土壤并非一个匀质体,而是一个时空连续的变异体,具有高度的空间异质性。管理好土壤养分,进而合理施肥,是关系到我国农业可持续发展的重大技术问题。然而,目前我国土壤养分管理研究工作尚不深入,应用有关信息技术（GPS和GIS）与更能反应田间实际状况的地统计学方法研究较大区域范围内土壤养分空间变异仍处于起步阶段,尤其是把土壤养分空间变异与作物品质、产量结合起来的研究罕见报道。本研究应用现代先进技术与方法,选择仁怀茅台酒原料基地为试区,研究土壤养分的空间变异特征,探讨土壤空间特性与高梁品质、产量的关系,为发展适合我国小规模分散经营体制下的作物高产优质分区平衡施肥技术提供理论基础。主要研究结果如下:1.土壤养分状况初步评价应用土壤养分综合系统评价法测定了取自仁怀茅台酒原料基地耕层土壤样品的速效养分,及部分全量养分含量,采用传统统计方法评价了仁怀茅台酒原料基地土壤养分状况。结果表明:贵州省仁怀市19个乡镇的土壤有机质含量普遍偏高。对于土壤有机质含量偏低的土壤,如合马等地,在作物种植上应适量补施有机肥,加强有机物质在轮作周期中的使用,底肥中加大有机肥料比例,做到用地与养地相结合。合马、二合、九仓地区土壤碱解氮含量的不适宜值相对较大,也仅为29%,适当提高氮肥的用量。仁怀其它各地区土壤碱解氮的含量均较高,对于土壤氮的供应较丰富的土壤,要适当控制氮肥的施用。九仓、沙滩、合马三个地区处于低水平磷含量的土壤分别占57%、60%、65%,生产中应适当补充一些磷肥。各地区土壤有效磷含量变幅较大,在施磷运筹上要区别对待。仁怀地区土壤中有效钾的含量总体偏高,施钾肥对作物的产量和质量影响不十分明显,生产上应控制钾肥的施入比例。仁怀市土壤pH值总体水平较高,有70%属中性及碱性土壤,且变异系数不大,可能与研究区水热条件相似有关。基地土壤有效态微量元素含量均较高,且变异系数较大,土壤有效锰的变异系数高达108%,属强变异性。只有个别地区,如:中枢有42%比例的土壤,其有效锰在缺乏范围内;龙井、合马、茅坝、沙滩、九仓地区比例依此分别为57%、50%、41%、40%、28%的土壤,其有效铁在缺乏和很缺乏范围内。所以对于施用微量元素肥料必须有的放矢,因土因作物合理施用。以确保土壤养分均衡试区全氮含量丰富,全磷、全钾缺乏。变异系数均属于中等变异性水平。2.土壤养分的空间变异性应用地统计学的半方差分析方法对仁怀茅台酒原料基地土壤养分含量的空间变异结构进行了分析和探讨。结果表明:研究区域的土壤主要养分含量的最大相关距离均较大,在8.7～61.9km之间,表明研究区域土壤主要养分含量均在较大范围内存在着空间相关性。研究区域中土壤的有机质的块金值与基台值之比较低,为14.7%,说明影响有机质含量分布的结构性因素作用很强（如土壤形成因子）,它们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。速效磷、有效铜、全磷、全氮、有效铁的块金值与基台值之比比较高,分别为94.8%、84.4%、82.7%、78.4%、77.0%,说明系统空间相关性很弱,人为活动对速效磷、有效铜、全磷、全氮、有效铁的影响程度很大,削弱了结构性因素造成的强的空间自相关作用。其它的元素的块金值与基台值之比都在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（如土壤形成因子）和随机性因素（施肥、耕作措施、种植制度等）共同作用的结果。3.土壤养分的空间格局应用地统计学的Kriging差值法,对土壤养分含量的空间分布特征进行了研究。结果表明:试区各种主要养分含量一般呈斑块状分布。土壤有机质含量的分布与土壤碱解氮、全氮、速效磷、全磷及微量元素有效态锌、铜、铁含量的分布均有极显著的正相关关系,表明有机质的积累和分解速率对土壤全氮、全磷的储积及碱解氮、速效磷、土壤微量元素的分布具有重要的影响。土壤中全氮和碱解氮、全磷和速效磷、全钾和速效钾的含量分布也均呈现极显著的正相关关系。全氮和碱解氮与速效钾、全磷、速效磷之间;速效钾与全磷、速效磷之间也存在着显著的正相关关系,说明土壤中的各种养分均存在着一定的空间相关性。pH值与全钾、速效钾存在着明显的正相关关系,相关系数分别为0.304^**和0.269^**,可能是因为酸性土壤的淋溶作用强烈,钾容易流失;而pH值与有效锌、有效锰、有效铁呈极显著负相关,因为微量元素在酸性土壤中因可溶而有效性高。试区土壤pH和全钾含量在不同土层深度上差别不大。而有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷的含量则呈现较明显的垂直分布规律,总的趋势是0～20cm土层养分含量明显高于20～40、40～60和60～80cm土层,其中0～20cm土层速效磷含量数倍高于20～40、40～60和60～80cm土层,显示磷肥应尽可能深施,以提高下部土层磷素肥力,改善土壤磷素空间分布严重不均的状况,促进作物根系的正常生长和对养分的吸收。4.作物品质与产量状况评价根据酒用高粱品质标准,对仁怀茅台酒原料基地高粱品质及产量状况作以评价。结果表明:茅台原料基地高粱的总淀粉含量平均值在71.79%,支链淀粉占总淀粉含量的78.9%。酿酒高粱籽粒的蛋白质含量不宜过高,一般以8%～10%为宜,茅台原料基地酒用高粱蛋白质含量平均值在10.29%,在这个适宜值范围内的比例为39%。单宁一般以0.5%～2.0%较为适宜,基地酒用高粱单宁平均含量在2.05%,在这个适宜值范围内的比例为44%。仁怀茅台酒用高粱亩产平均值为314.58公斤,变幅为198～406公斤,变异系数为14.51%。其中,坛厂地区的高粱平均亩产量最高,为363.54公斤,而且变异系数也相对偏小,为5.17%,产量相对比较稳定;三合地区的高粱平均亩产量最低,为263.25公斤,且变异系数相对较大,为13.7%。产量高的地区其稳定程度也相对偏高;产量低的地区其稳定程度也相对交差,可能与各个地区的土壤类型与养分状况有关。5.土壤空间特性与作物品质、产量的关系通过对土壤空间特性因子与作物品质、产量进行相关分析而得到的结果表明:代表酒用高粱整体品质的一些指标在较大程度上受着土壤自然养分状况的影响。土壤pH值与高梁支链淀粉比重呈显著的负相关,偏相关系数为-0.186^*,说明酸性土壤有利于高梁支链淀粉含量的蓄积。土壤速效磷与高粱支链淀粉比重的偏相关系数分别为:-0.156^*;土壤碱解氮与淀粉呈极显著负相关,偏相关系数为-0.259^**。本研究通过高粱品质、产量指标与土壤空间特性因子的两种相关性分析可以看出,高粱产量及各品质指标大小分别受土壤空间特性因子的共同影响,而非单一作用,只是作用大小与方向不同。海拔高度与高粱中单宁、淀粉均呈正相关;海拔高度与支链淀粉比重呈负相关,但相关性不是很明显,相关系数分别为:0.066、0.072和-0.093。海拔高度与高粱中蛋白质含量、产量的相关性相对比较复杂,高粱蛋白质含量和产量均随着海拔的升高有先增多后降低的趋势。海拔高度低于870m样地的高粱,其蛋白质含量和海拔高度呈显著正相关,相关系数为0.263^*;海拔高度大于870m样地的高粱,其蛋白质含量与海拔高度呈负相关,相关系数为-0.111。海拔高度低于960m样地的高粱,其产量和海拔高度呈极显著正相关,相关系数为0.262^**;海拔高度在960m到1250m之间样地的高粱,其产量和海拔高度呈正相关,相关性不是很明显,相关系数为0.027;海拔高度大于1250m样地的高粱,其产量和海拔高度呈显著负相关,相关系数为-0.811^*。这与太阳辐射量、有效积温、昼夜温差、空气湿度以及土壤类型、养分有效性等常随海拔高度的变化而发生显著变化有关,海拔高度正是集成了多种生态因子而影响作物的品质和产量。