埃塞俄比亚西南部比德勒地区土壤酸度和养分的空间预测，用于特定地点的土壤管理gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

了解土壤特性的空间变异性有助于调整特定地点的农业投入，以可持续地提高作物生产。本研究旨在利用地统计学方法评估和绘制土壤酸度和养分的空间格局，并支持埃塞俄比亚西南部比德勒地区特定地点的石灰和肥料建议。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

采用栅格采样技术，在农用地20 cm深度采集土壤样品。采用半变异函数分析方法对土壤参数进行精确空间预测，采用克里格法插值土壤参数。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

土壤pH值在4.5 ~ 6.8之间。土壤有机碳(OC)含量为0.3 ~ 5.6%，平均OC密度为0.81 kg mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}．速效磷(AvP)为0.8 ~ 38.6 mg kggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}近80.23%的土壤表现出极低至低的AvP，这可能是由于强酸性的固定所致。研究区土壤的交换性钾(K)含量很高，而交换性钙(Ca)和镁(Mg)含量很低。钾镁比(K:Mg)为0.2:1 ~ 10.9:1，钙镁比(Ca:Mg)为0.3 ~ 3.4。土壤参数中，交换性Ca (CV = 54%)和K:Mg (CV = 57.62%)比其他土壤参数变化更大。pH值的空间变异性最低(CV = 10%)。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

研究场地的大部分受强酸性(pH≤5.5)的影响。因此，大约89%的土壤需要0.09 - 3.6吨公顷的石灰gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．除土壤酸性外，有效磷、有效钙和有效镁的缺乏是影响研究区作物生产的主要石灰性因素。利用数字土壤测绘技术显示了农田土壤酸度和养分的空间变异性，并应用于有效的石灰和养分咨询工作。gydF4y2Ba

土壤肥力下降仍然是热带地区许多地区粮食生产的主要制约因素[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和撒哈拉以南非洲更广泛的地区[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．到2050年，粮食产量需要增加，才能养活预计的93亿全球人口和25亿非洲人口[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］．农业在粮食供应和粮食质量方面发挥着核心作用，也是目前发展中国家70-80%饥饿人口的主要收入和生计来源[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba］．除了提供广泛的其他服务外，土壤还为人类提供了98.8%的食物[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．许多研究报告说，粮食生产与健康的土壤有内在联系，并揭示健康的土壤是可持续粮食安全的先决条件[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba];健康的土壤是健康食品生产和健康生活的基础[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]，而健康的土壤促进经济[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba］．土壤酸化、养分流失、土壤侵蚀和土壤内的化学失衡可能导致作物歉收和营养不良，从而降低快速增长人口可获得的食物的质量和数量[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

据估计，埃塞俄比亚约40%的耕地受到土壤酸度的影响[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba］．在这片土地中，约27.7%为中等酸性(pH值在KCl 4.5 - 5.5)，约13.2%为强酸性(pH值在KCl < 4.5)。埃塞俄比亚西南部的土壤酸度问题非常严重，那里有大量降雨[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．土壤酸度通过降低营养物质的溶解度、H、Al、Mn、Fe的毒性以及有益微生物的低活性来影响作物生产[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．如果不解决这些与土壤相关的问题，小农就无法公平地从改良的植物遗传学和其他相关农艺措施带来的产量收益中获益[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］．土壤生产力不仅受到土壤相关问题的影响，而且还受到土壤管理做法的传统影响。这意味着，传统的养分应用没有考虑特定地点的土壤养分和作物需求是作物生产的主要障碍。包括研究区域在内的发展中国家的小农在不考虑农田土壤养分异质性的情况下施肥[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］．同样，该地区很少使用根据土壤pH值变化的可变比例石灰施用[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba］．在这方面，根据整个农田土壤养分的空间分布和pH值施用化肥和石灰的审慎管理决策对于提高作物产量和确保可持续的粮食安全至关重要[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

撒哈拉以南非洲地区目前和未来的粮食安全需要采用能够在有限的土地上实现高产的农业技术。考虑土壤系统空间异质性和动力学的精准农业创新形式被用于提高土壤生产力[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba］．精确农业涉及到测绘和地理参考土壤信息系统，包括土壤pH值和土壤养分的变化。地质统计学提供了绘制土壤特性和特定地点的养分和石灰率的方法。许多研究表明地质统计分析在表征不同土壤特性的空间变异性方面的重要性[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］．地理空间预测是基于研究区空间尺度、采样点间距及其格局的空间分布和变异性分析[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba］．在许多地质统计工具中，kriging被广泛用于绘制土壤属性的空间变化，它比其他插值技术产生更好的土壤属性点估计值[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba］．kriging插值技术被广泛认为是一种重要的空间插值技术，用于评估土壤的空间相关性和分析土壤性质在空间上的连续变异性[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．Kriging插值需要确定半方差图，它必须用100或更多的数据点来计算[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］．根据(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]，地质统计学利用变差函数技术来测量区域化变量的空间变异性，并为克里格空间插值提供输入参数。这些技术可以精确地绘制土壤的土壤酸度和肥力参数之间的复杂空间关系。它们有助于估计和调整农业投入，以适应土壤和作物的空间需求。gydF4y2Ba

了解不同景观的土壤酸度和养分的最新状况，绘制其空间分布图，对于建议特定地点的石灰和肥料，以可持续的方式提高农业部门的产量和生产力发挥着至关重要的作用。然而，研究区土壤酸度和养分的现状及空间分布信息有限。因此，该研究旨在评估、预测和绘制土壤酸度和养分的空间格局，以支持特定地点的石灰和肥料咨询工作。gydF4y2Ba

研究网站gydF4y2Ba

这项研究是在位于埃塞俄比亚西南部的奥罗米亚州的比德尔地区进行的。该地区位于8gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba14”30 N和8gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba37 53″北纬36度gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba13“17”E 36gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba35 05“E经度(无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．研究区海拔高度为1013 ~ 2390 m a.s.l，年平均降水量为1945 mm，年平均最低气温和最高气温分别为12.9℃和25.8℃[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba］．研究区属于湿润农业生态区。该地区的特点是崎岖不平的地形，以平缓的斜坡和局部的陡坡为主，坡度在2 - 45%之间。高原和边坡的土壤类型以Dystric nitsols为主，陡坡的土壤类型以Leptosols为主[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］．混合耕作是该地区开展的主要农业活动。该地区的主要生计策略包括作物生产、牲畜饲养和非农活动。该地区种植的主要作物包括玉米(gydF4y2BaZea-maizegydF4y2Ba)、小麦(gydF4y2Ba氚aestivumgydF4y2Ba)、高粱(gydF4y2Ba高粱二色的gydF4y2Ba)、指粟(gydF4y2BaEleusine coracanagydF4y2Ba)、咖啡(gydF4y2Ba阿拉比卡咖啡LgydF4y2Ba)和画眉草(gydF4y2BaEragrotis abyssinicagydF4y2Ba)．豆类作物，如蚕豆(gydF4y2Ba蚕豆根尖gydF4y2Ba)和豌豆(gydF4y2Ba中投arieinumgydF4y2Ba)也在特定地区种植。总的来说，研究覆盖的土地总面积为74468.50公顷。比德勒地区的人口密度估计为每平方公里83.1人[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

土壤调查和取样gydF4y2Ba

将30 × 30 m分辨率的LANDSAT和Google-Earth影像叠加，形成研究区底图。利用ArcGIS 10.2软件在全区以1.5 km × 1.5 km的格点间距分布暂定采样点，并在底图上以1:5万比例尺编制预定采样点。排除了落在农用地上的暂定采样点，调查了落在农用地上的预定采样点。通过全球定位系统(GPS)定位格点后，用螺旋钻采集15-20个子样本，深度为20 cm，混合后制成每个格点的复合样本。当预定义采样点落在不可达和非代表性区域时，网格点具有灵活性。在这种情况下，系统地从代表性区域采集样本，并记录采样点的GPS坐标。据此，在该区域农用地共采集了132个复合土壤样品(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．在每个样地描述土壤景观信息，如纹理、土壤深度、地理坐标、地形和内涝情况。将土壤样品风干，并按[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

土壤分析gydF4y2Ba

粒度分布由Bouyoucos比重计法确定[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．在1:25土壤-水悬浮液中电位测量土壤pH值[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba］．用氢氧化钠(NaOH)滴定法测定交换性酸度gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］．采用湿法氧化法测定土壤有机碳[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba］．全氮测定采用Kjeldhal法[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]，而有效P采用Olsen法提取[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］．用乙酸铵法测定阳离子交换容量[gydF4y2Ba41gydF4y2Ba］．交换碱中，CagydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}和毫克gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}用原子吸收分光光度计测定了原乙酸铵渗滤液中钾的含量，而交换态钾gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba和钠gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba用火焰光度计读取[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

石灰率估算与土壤养分诊断技术gydF4y2Ba

土壤的石灰需氧量是根据[开发的作物允许酸饱和度(PAS)过渡期逻辑估算的。gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]为埃塞俄比亚土壤。此外，基于[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，改进后的石灰需要量为1160 kg石灰公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}对埃塞俄比亚土壤施用10%的PAS，估算所需石灰率如下:gydF4y2Ba

建议的石灰率(公斤公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})， EA为交换性酸度(cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})， ECEC为有效阳离子交换容量(cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})， PAS是该作物允许的特定酸饱和度百分比(%)。gydF4y2Ba

利用学者们采用的土壤参数临界值对土壤的酸度和肥力状况进行评价和判断。土壤养分阈值作为一般养分或肥料推荐工作的基线。gydF4y2Ba

统计和地质统计分析gydF4y2Ba

对测量的土壤变量计算描述性统计，如平均值、最小值和最大值、标准差、变异系数、偏度和峰度。利用XLSTAT 2017软件，采用主成分分析法(PCA)分析土壤参数(组分)之间的关系。利用XLSTAT 2017软件，在0.05显著水平下计算土壤肥力参数间的Pearson相关系数。利用地质统计学的半变异函数模型来测量区域化变量的空间变异性，并为空间插值的普通克里格方法生成输入参数。半变异函数是配对数据值Z(x)和Z(x + h)之间的期望平方差与位置分离的滞后距离h的一半[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]，定义为:gydF4y2Ba

式中γ(h) =区间距离类(h)的半方差，ZgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba=点处的测量样本值gydF4y2Ba我gydF4y2Ba，gydF4y2BaZgydF4y2Ba_{我gydF4y2Ba+gydF4y2BahgydF4y2Ba}=点处的测量样本值gydF4y2Ba我gydF4y2Ba+gydF4y2BahgydF4y2Ba， N (h) =分离区间的样本偶对总数gydF4y2BahgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

在ArcGIS 10.2软件中使用普通的kriging插值方法对未采样位置的数据进行插值[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]，以获得土壤肥力参数的概率图。在未采样位置S上进行克里格插值的基本方程gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba是由:gydF4y2Ba

Z(年代gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba)是第i个位置的测量值，λgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是第i个位置的测量值的未知权值，SgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba预测位置和gydF4y2BangydF4y2Ba为测量值的个数。然后，以1:50 000分辨率编制空间分布图。gydF4y2Ba

土壤酸度和养分的描述性统计gydF4y2Ba

数据见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示采样点土壤特性的测量值统计摘要。平均测量的粘土含量为44%，最大值高达72%(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．这表明土壤以粘土和粘壤土为主。采样点土壤pH的平均测量值为5.3，标准差为0.53，表明平均值周围的值密集分布(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．土壤pH的变异系数(CV)最低(见表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．土壤pH值最小为4.5，最大值为6.8。交换性酸度(EA)的最大值和最小值分别为0.1和5.1 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}，平均值为1 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．土壤pH值越低，交换性酸度越高。gydF4y2Ba

土壤有机碳含量范围为0.3 ~ 5.6%，平均值为0.28%。OC含量的偏度值为−0.58，峰度值为3.20gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．OC值的分布呈中等偏左。土壤全氮含量在0.03 ~ 0.48%之间。速效磷含量为0.8 ~ 38.6 mg kggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．其平均值为6.2 mg kggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．速效磷的变异系数为45.16%，在研究区农业土壤中表现出较高的变异率。这表明，根据磷养分的田间变异性施用磷肥可以提高作物产量。gydF4y2Ba

研究区土壤交换性钙含量在0.3 ~ 3.2 cmol之间gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}，而可交换性Mg在0.2 ~ 2.2 cmol之间gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．交换性钙和镁均表现出较高的CV值(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．交换性K的最大值和最小值分别为0.3和4.5 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},分别。可交换钠不是一种植物营养物质。可交换性Na的值在0 ~ 1.5 cmol之间gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}，说明Na含量较低，对作物生长和土壤物理性质没有不利影响。土壤CEC在2.6 ~ 35.3 cmol之间gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．钾镁比(K:Mg)范围从0.2:1到10.9:1(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，但钙镁比(Ca:Mg)在0.3 ~ 3.4之间变化。土壤钙、镁比值见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba小于临界值4-6，提示存在镁诱导的钙缺乏。各土壤肥力参数的偏度值在−1 ~ + 1之间，如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，除EA和有效磷略有偏差外。gydF4y2Ba

速效磷与土壤pH (rgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.57,gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05)(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．这说明在低pH值(pH≤5.5)时，酸性土壤中铝(Al)和氢(H)离子的固着作用可能导致有效磷的降低。土壤有机碳与全氮(rgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba= 0.99gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05)。研究区土壤中CEC与沙粒组分呈显著负相关(r =−0.32gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05)(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

变异函数建模gydF4y2Ba

半变异函数建模的结果和所选土壤特性的最佳拟合模型如图所示。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．在本研究中，半变异函数模型由稳定函数、球面函数、指数函数和高斯函数发展而来。半方差分析表明，土壤pH、TN、交换性Mg和交换性Ca在高斯模型下的空间自相关范围最小;球形OC和可交换K;对有效磷稳定;和CEC指数(表gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．拟合半变异函数的球形性质表明，研究地点土壤变量的变化模式为常数。拟合半变异函数土壤参数的块金与基床比为有效磷(0)最低，交换性镁(0.684)最高(表)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．块金与基台比表示在小于最小滞后间隔的距离上发现的总方差的百分比，并给出了模型中成功解释了多少方差的感觉。gydF4y2Ba

绘制土壤pH值和养分的空间变异性gydF4y2Ba

根据实测数据和拟合的半方差图生成的土壤性质空间分布图如下图所示。研究区土壤的大部分(62.61%)表现为强酸性(pH≤5.5)(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，其空间分布如图所示。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．只有11%的土壤pH值在农业无害范围内(5.8-7.5)，表明超过89%的土壤需要采取酸性管理措施(表)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．精耕细作的高海拔土壤pH值较低，而低海拔土壤pH值较高。土壤交换酸性(Al + H)变化范围为0.1 ~ 5.1 cmolc kggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}pH≤5.5的土壤(见表5)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．结果表明，pH为> 5.5的土壤不存在交换性酸性。gydF4y2Ba

近54653.81公顷土地，73.39%的土壤OC含量较低(2 ~ 4%)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，其空间分布如图所示。gydF4y2Ba5gydF4y2Baa.我们发现土壤平均OC密度为0.81 kg mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}在上耕层(20厘米)内。在研究场地的高地部分，最大OC密度为1.39 kg mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}记录深度为20厘米。土壤有机碳含量较低的主要原因是土壤侵蚀和碳源添加量较低。再加上自然过程，人为因素，如作物残渣的完全清除和地上生物量(用于能源、动物饲料、建筑)是埃塞俄比亚农业土壤低碳的主要原因。气候变暖也可能是土壤有机碳含量降低的原因，气候变暖使矿化速率加快。然而，当转换为土壤碳储量(吨)时，更广泛的耕地存储了大量的碳，需要谨慎处理。gydF4y2Ba

近91.2%的区域TN≥0.15%(见表1)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba5gydF4y2Bab).这说明研究区只有8.8%的土壤全氮含量较低(< 0.15%)。因此，根据土壤全氮的临界值以及作物对不同施氮量的响应，可确定最佳施氮量。近80.23%的土壤速效磷含量处于极低(< 5%)和低(5-10%)类别。只有6%的土壤表现出高速效磷，其余都在中等范围(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．Av.P的空间变异性如图所示。gydF4y2Ba6gydF4y2Baa.在土壤pH值较高(微酸性)的地区，由于土壤pH小于5.5时大部分植物养分是固定的，有效磷值相对较高。速效磷缺乏是高度限制研究区土壤生产力的因素之一。该地区土壤有效磷含量低可能与土壤有机质含量低有关。与氮肥一样，磷肥的施用量也取决于土壤试验磷肥临界值和作物对磷肥施用的响应。以土壤试验为基础的混合和复混肥配方将是纠正这类土壤广泛的养分缺乏的理想配方。研究区所有土壤的交换性K值均表现为高值和非常高值gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba6gydF4y2Bab).这意味着K不是研究场地的限制养分。gydF4y2Ba

研究区约90.09%的土壤表现为极低(< 2 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})可交换性Ca，而研究地点的其余部分显示为2-4 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba7gydF4y2Baa).另一方面，67.12%的研究区域表现为交换性镁含量低或缺乏(图。gydF4y2Ba7gydF4y2Bab).研究地点只有0.03% (21.12 ha)的土壤显示< 0.3 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可交换的毫克。除可交换K值外，其他交换碱值均较低。这可能是由于有机碳含量低，以及侵蚀和淋滤使交换性碱脱除所致。除非通过添加有机物质来加强营养保留机制，否则交换性阳离子的淋失可能导致进一步的缺乏。gydF4y2Ba

特定场地石灰推荐gydF4y2Ba

虽然一些植物种类倾向于容忍某些程度的土壤酸性，强酸性土壤通常使用石灰管理。采用埃塞俄比亚土壤推荐的对一年生作物的10%的耐受水平，石灰率如图所示。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba是为研究区域的土壤开发的。不同农田土壤对石灰的要求不同。估计石灰产量在0.09 - 3.6吨公顷之间gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．近15.22%(11337.34公顷)的研究区域需要超过2吨公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}石灰。研究区域的大部分(61.03%)(45446.13公顷)需要的面积小于1吨公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}石灰。研究区域的剩余部分(23.75%)需要1-2吨公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}石灰。从pH图的关系可以看出，土壤pH值降低时石灰速率增加。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)和石灰率图(图。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)．估计最高的石灰产量为3.6吨每公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}推荐用于交换性酸度最高的地区(5.10 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})，表明居住在该地区的所有农民需要施用3.6吨公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}石灰，此刻。gydF4y2Ba

然而，土壤酸度水平可能会随时间波动，这取决于管理做法和环境因素，从而改变该地区在其他时间的石灰需求。另外，需要知道的是，居住在交换酸性较高地区的农民一般处于低pH的危险区，建议他们以后根据测试结果，收集参考样品和石灰进行土壤测试。农业官员和推广人员也被建议为这些农民分配更多的石灰，而农民居住在交换酸为0.08 cmol的地区gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可以通过种植不含石灰的耐酸作物品种来优化作物产量。gydF4y2Ba

土壤交换Ca值低于5 cmol的临界水平gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}这一数值被认为足以满足大多数作物的营养需求。缺镁是研究区土壤的另一个问题。这表明需要更多的钙和镁作为生产投入，以石灰的形式施用钙和镁更有可能提高生产力。一般来说，研究区域农田土壤酸度和养分的空间变异性表明，需要可变比例的石灰和肥料施用。gydF4y2Ba

基于由[确定的酸度等级]gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]时，研究区土壤呈微酸性至极强酸性。这可能是由于酸性火成岩的淋滤和风化导致交换性碱(Ca, Mg, K, Na)非常低[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba］．考虑到许多植物的最适pH值为5.5 - 6.8 [gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]，自由交换性铝(Al)的缺失在这个范围内，研究区土壤pH值只有31%适合大部分作物生产。这对植物生长和其他土壤肥力问题有多重影响，包括对磷酸铵和尿素肥料的反应减弱，由于营养缺乏导致根系和植物生长发育不良(产量经常下降)，发病率增加，以及锰中毒(如在叶片上观察到黑点和条痕)。酸性土壤的问题是高酸性和低交换性阳离子，尤其是钙，这会降低土壤肥力，进而影响作物产量[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba］．微酸性土壤的生产力可以通过施用化学改良剂来提高，但它们仍然只能通过种植相对耐酸的作物品种来栽培。作物耐受性高的作物会减少对石灰的需求[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba］．提高土壤的有机质含量也可能有助于减少中和交换酸所需的石灰量，因为有机物质充当螯合剂，与H形成稳定的有机复合物gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba和艾尔gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}减少向土壤溶液中释放的离子。gydF4y2Ba

目前研究的土壤碳含量可以认为较低，根据[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba)的评级。本研究估算的耕地土壤平均有机碳密度小于土耳其Kocaeli-Kartepe地区(3.85 kg m)gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}深度达到20厘米)由[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba］．土壤平均有机碳含量为5.1 kg mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}中国北方内蒙古20厘米深常规耕地报告[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]的数值也高于本研究的数值。有限的作物轮作做法、将作物残留物用于能源、动物饲料、建筑等，以及刀耕火种是埃塞俄比亚的常见做法，这些都导致了土壤碳的消耗[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba］．研究区单作制度也导致土壤有机碳含量明显较低，与[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba］．因此，我们建议通过施用有机肥、覆盖作物和绿肥以及避免烧烧等措施来改善土壤的有机碳吸收状况。此外，控制放牧和随后的农作物秸秆还田也会增加土壤的碳含量。这种碳管理做法不仅应被视为改善土壤性质的一种手段，而且还应减少对大气的碳排放。研究区90%以上的土壤明显具有全氮(> 0.15%)，根据[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

速效磷是研究区土壤的主要限制性养分。根据[设置的阈值水平gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，超过89%的土壤缺乏有效磷。与这一观察结果一致，包括[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba的研究报告指出，土壤缺磷是一种普遍现象，被认为是世界上仅次于氮的土壤肥力问题，而且通常是热带酸性土壤中的第一限制元素。埃塞俄比亚的研究报告显示，SOM是可用磷的主要来源[gydF4y2Ba60gydF4y2Ba埃塞俄比亚大部分土壤中P的有效性由于固定作用、土壤扰动以及作物丰收和侵蚀导致的低土壤OC的影响而下降[gydF4y2Ba61gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

根据(gydF4y2Ba62gydF4y2Ba，可交换K被评为高到非常高。但可交换性钙含量偏低，导致钙缺乏症和钙镁失衡。大于1cmol的可交换镁gydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}被认为是足够植物营养的[gydF4y2Ba62gydF4y2Ba］．当Ca:Mg比例接近4-6:1时，植物产量更高。gydF4y2Ba63gydF4y2Ba酸性土壤中K:Mg比值为0.7:1 [gydF4y2Ba64gydF4y2Ba］．K:Mg比值小于0.7:1表明存在Mg诱导的K缺乏症，根据[gydF4y2Ba64gydF4y2Ba]和[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba］．施用钾肥可使钾与镁的比例接近0.7:1。K:Mg比值大于0.7:1的研究区也存在由K引起的Mg缺乏，说明土壤需要Mg。一般来说，单靠土壤钾素信息可能不足以预测钾素响应。研究区近37%的土壤CEC较低(< 12 cmolgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}) -低于[设定的临界值]gydF4y2Ba66gydF4y2Ba］．粘土组分在土壤中占主导地位，但只有4.5%的土壤具有较高的CEC。这可能是由于碱基的浸出和有机质含量较低所致。一般来说，研究区域土壤的酸性会导致复杂的营养失调。gydF4y2Ba

半变异函数测量给定模型运行克里格的适用性。以块金与基床比作为划分土壤性质空间依赖性的标准。如果该变量具有较低的块金与基槛比(< 25%)，表明很大一部分方差是在空间上引入的，则该变量具有较强的空间依赖性:在25到75%之间表明该变量具有中等的空间依赖性，而较高的比例(> 75%)往往表明较弱的空间依赖性[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba］．当数值接近0%时，表明该变量具有较强的空间自相关性，而当数值接近100%时，表明空间异质性以随机性或金块效应为主[gydF4y2Ba68gydF4y2Ba］．基于块金/基比，速效磷和速效钾的空间结构和空间相关性较强，pH、TN、OC、Ca、Mg和CEC的空间相关性较弱;因此，预测的地图具有可接受的精度[gydF4y2Ba69gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

土壤酸度和养分的空间格局对石灰和肥料管理的选址决策具有重要意义。近62.61%的土壤呈强酸性(pH≤5.5)。同时，89%的土壤需要0.09 - 3.6吨公顷的石灰gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．速效磷、钙、镁的缺乏也是影响研究区作物产量的主要限制因素。研究区土壤的有机碳密度很低。这些都导致土壤不肥沃，对该区域的作物生产和粮食安全产生负面影响。地理空间模型有助于根据土壤的空间变异性和特定地点的需求估计和调整农业投入。这种技术可以避免在农田上不必要和统一的投入，从而降低农业成本。通过施用适当种类和数量的石灰和混和肥料，可提高广泛营养缺乏的酸性土壤的生产力。我们的研究结果表明，精确农业的每一个土壤管理决策都取决于土壤的空间变异性。gydF4y2Ba

在这项研究工作中产生的所有数据都包含在本文中。gydF4y2Ba

简历:gydF4y2Ba

变异系数gydF4y2Ba

EA:gydF4y2Ba

可交换的酸度gydF4y2Ba

ECEC:gydF4y2Ba

有效阳离子交换容量gydF4y2Ba

全球定位系统(GPS):gydF4y2Ba

全球定位系统gydF4y2Ba

LR:gydF4y2Ba

石灰的要求gydF4y2Ba

度:gydF4y2Ba

有机碳gydF4y2Ba

不是:gydF4y2Ba

容许酸饱和gydF4y2Ba

主成分分析:gydF4y2Ba

主成分分析gydF4y2Ba

SD:gydF4y2Ba

标准偏差gydF4y2Ba

耶鲁大学管理学院:gydF4y2Ba

土壤有机质gydF4y2Ba

UTM:gydF4y2Ba

统一横轴墨卡托gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

这项研究是在奥罗米亚农业研究所(OARI)的资金支持下进行的。gydF4y2Ba

作者和联系gydF4y2Ba

1. 土壤肥力改良与水土保持研究核心过程，奥罗米亚农业研究所，比得勒土壤研究中心，埃塞俄比亚比得勒167信箱gydF4y2Ba

   Gedefa孢子堆gydF4y2Ba

2. 沃勒加大学土壤资源和流域管理系，邮政信箱38,Shambu，埃塞俄比亚gydF4y2Ba

   Birhanu ItichagydF4y2Ba

3. 土壤肥力改良和水土保持研究核心过程，奥罗米亚农业研究所，邮政信箱587,Nekemte，埃塞俄比亚gydF4y2Ba

   Chalsissa TakelegydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

GS:构思和设计研究;进行实验;分析和解释数据;然后写了这篇论文。BI:进行实验;解释数据;然后写了这篇论文。CT:进行实验;分析和解释数据;然后写了这篇论文。 All authors have read and approved the final manuscript.

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaBirhanu ItichagydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理认可和同意参与gydF4y2Ba

不适用于本手稿。gydF4y2Ba

同意出版gydF4y2Ba

所有数据和信息都是由作者生成和组织的。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明他们之间没有利益冲突。gydF4y2Ba

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