土壤空间变异研究,尤其是对其量化过程的研究,对提高农田水肥利用效率,改善田间管理,特别是对我国“精准农业”的实施具有重要意义。由于土壤受成土母质、地形等自然因素和人类活动等人为因素的影响,使得土壤成为不均一变化的时空连续体,并具有高度的空间变异性。地统计学侧重于区域变量空间结构的分析、模拟和空间插值,GIS侧重于空间显示和查询,目前两者结合发展趋势非常迅速。本文拟在前人研究的基础上,应用地统计学的基本原理和方法,利用ArcGIS软件中Arcmap的地统计学分析模块(Geostatistical Analysis)和空间分析模块(Spatial Analysis),以新郑市为例,对土壤养分的空间变异情况进行研究,从而为有效利用土壤和科学开展测土配方施肥工作提供依据。以下是本文运用GIS技术,采用地统计学方法,以新郑市为例,对其土壤中的有机质、全氮、速效钾、有效磷、缓效钾、PH、有效锌等七种土壤养分的空间变异性规律进行分析研究的结果:1.本次试验的采样区位于河南省中部的新郑市,全市地势西高东低,山、丘、岗和平原兼有,土壤类型有褐土、潮土和风砂土。由于土壤耕作多年且每一田块的肥力高低不同,从而导致了不同的生产力,这表明土壤养分含量具有高度的空间变异性。2.通过新郑市土壤养分的统计特征值来看,各土壤养分的空间变异系数范围在12%-75%,其中有效磷的变异系数最高为75%,显示出高度空间变异性,有效锌变异系数最低为12%,其他各养分处于中等变异程度。新郑市七种土壤养分中有机质、全氮、pH值和有效锌均符合正态分布,而有效磷、速效钾和缓效钾经对数转换后也符合正态分布。3.根据新郑市各土壤养分的半方差图,确定合理的理论模型,以便进行最优的参数估计。通过各向同性分析表明,各土壤养分变异函数的理论模型以球状模型和指数模型为主;七种土壤养分的变程在57m-380m之间,其中有效磷的变程最小,为57.78m,有机质、缓效钾、pH和有效锌的变程都较大,为376m。七种土壤养分中缓效钾的块金效应最小,为15.22%,说明影响缓效钾含量分布的结构性因素作用很强,它的变化主要由结构性因素控制,导致样点之间的空间自相关作用强。有效磷的块金效应最大,为85.75%,说明人为活动对有效磷的影响较大,削弱了结构性因素造成的强的空间自相关作用。而有机质、全氮、有效钾、PH、有效锌的块金效应在25%-75%之间,为中等强度的空间相关性,表明这些性质的空间变化是结构性因素(如土壤形成因素)和随机性因素(施肥耕作等措施)共同作用的结果。各向异性分析的结果显示,新郑市七种土壤养分在不同方向上具有明显的各向异性结构特征,有效磷、速效钾在四个方向上的块金值、基台值不相同,变程也不同,属于典型的带状异向性,而缓效钾、有机质、有效锌既具有典型的带状异向性也具有典型的几何异向性。七种养分的变程变化范围在57m-380m之间,其中有效磷在西北---东南(135°)方向上的空间变异尺度最小,为57.78m。各种养分在不同方向上的空间变异尺度都不相同,表明土壤养分在空间分布上的几何形状是极不规则的。新郑市七种土壤养分含量具有明显的空间变异特征,利用克立格法对各土壤养分进行空间插值分析,按照第二次土壤普查及河南省耕地地力评价分级标准并结合新郑市实际对土壤养分进行分级,生成分级图。从土壤养分插值分级图可以看出,有机质和全氮在空间变异趋势一致,南部含量大于东北部土壤有机质和全氮的含量,有效磷在空间分布上东南部含量高于中北部有效磷含量,速效钾和缓效钾含量由南向北逐渐减少,pH值插值图显示全市土壤呈偏碱性,全市有效锌含量处于中等水平。克立格插值结果进一步显示了土壤表层养分含量具有高度的空间变异性,从而存在一定的空间格局,各土壤养分含量空间分布虽有显著差异,但不论在各个方向上,养分含量由低到高分布的梯度规律仍然存在。通过七种土壤养分的空间插值分布图以及分级面积统计表,可更加准确和直观地了解新郑市土壤各种养分的空间分布状况及各土壤养分的丰缺状况。本文运用ArcGIS技术,结合地统计学理论与方法,用克立格最优内插法绘制了新郑市七种土壤养分的插值分级图,能够从总体上、空间上了解各土壤养分的空间分布状况,这对于及时调整施肥和灌水等农业管理措施具有一定的指导作用,对于合理开展测土配方施肥工作具有重大意义。