基于FMT-AHP的海南農墾花崗巖類多雨區橡膠園地力評價

唐群鋒，郭澎濤，劉志崴，林釗沐，羅微，蔣菊生,*

(1. 海南省農墾科學院，海口 570206； 2. 中國熱帶農業科學院橡膠研究所，儋州 571737)

由于經濟的快速發展，我國在2002年就取代美國成為世界第一大天然橡膠消費國[1]。2010年中國天然橡膠產量不足70萬t，自給率不足20%，遠低于國際公認的30%安全保障線[2]。橡膠園的地力直接影響天然橡膠的生產量，海南農墾是中國最大的天然橡膠生產基地，自第二次全國土壤普查以來其橡膠園養分狀況已發生了很大變化，干部職工并不了解當前橡膠園地力的空間變異及其影響，必需摸清橡膠園地力水平，提升其生產能力。耕地地力評價技術正快速向規范化方向發展，其評價方法日益完善和豐富[3-9]。因此，運用耕地地力評價方法查清主要橡膠園的養分狀況和地力水平并提出相應的措施，對橡膠園土肥資源的優化配置和海南天然橡膠產業的可持續發展具有重要的意義。

1 研究區與方法1.1 研究區概況

海南農墾地處18°15′35″—20°02′14″ N，108°42′09″ — 110°47′42″E，屬熱帶季風氣候，年積溫高、日照充足、雨量豐富，四季不明顯，但干濕季節明顯，東部濕潤多臺風、西部干旱、南暖北涼。海南農墾現有25個國營橡膠種植基地分公司，遍布海南省18個市縣(圖1)，面積和產量占全國的40%以上，橡膠職工達7.2萬余人，天然橡膠種植面積約246068.7 hm2，其中已開割橡膠總株數約4747.5萬株，是全國最大的天然橡膠生產基地。

根據20世紀80年代第二次土壤普查資料，海南墾區橡膠園可劃分為花崗巖類、片麻變質巖類、玄武巖類、砂頁沉積巖類4個主要土壤母質類型區。其中花崗巖類母質發育的土壤主要分布在墾區的中部并向四周輻射，是墾區天然橡膠的主要種植區，占海南墾區橡膠園面積的61.21%。花崗巖地區巖石主要由正長石、云母和石英組成，抗風化能力強，所形成土壤砂粒適中。

圖1 海南農墾天然橡膠基地分公司分布圖

1.2 樣品采集與處理

綜合土壤類型、土地利用、管理界線、橡膠園面積和生產隊數量等因素，平均約20 hm2布設一個樣點，在研究區共布點采集7204個土壤樣品，采集0—20 cm層土壤，記錄樣點坐標及所在橡膠園基本情況。將所采土壤樣品在整潔無污染的室溫下風干，研磨過2 mm孔徑篩用于pH、有效磷、速效鉀、有效態微量元素等含量及物理性狀的測定，繼續研磨過0.25 mm孔徑篩用于有機質等含量的測定。

土壤質地采用指測法測定；pH采用電位法測定；有機質采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容重法測定；有效磷采用氟化銨-鹽酸浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度計法測定；交換性鎂采用原子吸收分光光度計法測定[10]。

1.3 分區方法與評價范圍

一般認為月降雨量100 mm以上適宜橡膠生長，而海南島降雨量存在明顯的時空分布不均，區域上自東向西逐漸減少，一年之內有明顯干濕季節[11]；另外，在同一土壤母質類型區中橡膠園的肥力特性、土壤理化性狀以及橡膠樹栽培管理相類似，而不同土壤母質類型區橡膠園之間，上述條件和特點必有差異[12]；故本研究選取降雨量和土壤母質類型作為海南農墾橡膠園類型區劃分的兩個因素。

以海南島橡膠園四大土壤母質類型區劃為基礎，進一步考慮降雨量對橡膠樹生長的影響，利用海南島多年月平均降雨量圖提取出月平均降雨量100 mm等值線，然后將該等值線與海南島橡膠園土壤母質類型區劃圖疊加，對海南島橡膠園進行分區，獲取海南島橡膠園的不同類型分區。本研究選取面積最大的花崗巖類母質土壤區中月均降雨量100 mm以上的橡膠園作為研究區的評價范圍(以下稱為“花崗巖類多雨區”)。

1.4 評價方法

邀請相關行業專家，依據必要性、重要性、差異性、穩定性、易獲取、精簡性“六”原則，運用德爾菲法(Delphi Method, DM)選取pH、有機質、有效磷、速效鉀、交換性鎂、成土母質、質地、坡度、坡向、有效土層厚度和年降水量(共11個)作為花崗巖類多雨區橡膠園的地力評價指標，借助模糊數學(FMT)的隸屬函數模型確定各評價指標的隸屬度。1965年Zadehl提出模糊數學理論[13]，以后不斷得到完善和廣泛應用，利用模糊子集和隸屬函數確定評價指標的隸屬度是其核心[14-15]。

表1 數值型指標的隸屬函數

隸屬函數分為5種：戒上型、戒下型、峰型、直線型、概念型(散點型)，本研究中評價指標的隸屬函數屬于峰型、戒上型和概念型。戒上型、峰型隸屬函數，是利用特爾菲法對評價指標一組實測值通過專家打分評估出相應的一組打分值(隸屬度)，并根據這兩組數據擬合隸屬函數建立(表1)。概念性隸屬函數則是直接通過專家經驗打分建立(表2)。

通過層次分析法(AHP)確定各評價指標的權重。首先，根據研究區地力評價指標相互關系構建其層次結構圖(圖2)；然后，邀請相關行業專家討論、比較同層次每個指標與上一層次的相對重要性，并量化評估打分，形成判斷矩陣；再計算矩陣最大特征根及特征向量進行一致性檢驗，直至通過一致性檢驗。

圖2 評價要素層次分析結構圖

將模糊數學確定的評價指標隸屬度和層次分析法確定的權重，通過加權求和計算出其對應的評價單元橡膠園的地力綜合指數(IFI)，計算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci(i= 1,2,3,…,n)

式中,IFI為橡膠園地力綜合指數，Fi為第i個評價指標的隸屬度；Ci為第i個評價指標對應組合權重值。根據綜合指數計算結果，采用累積頻率曲線分級法來劃分研究區橡膠園的地力等級，見表3結果。

1.5 數據處理

數據的數理統計與圖表制作采用SPSS 16.0、Excel 2010和ArcGIS 10.0來完成。

2 結果與分析

2.1 不同類型區橡膠園劃分

由圖3可知，紅線為月均降雨量100 mm等值線，該線縱貫海南島南北，將玄武巖、花崗巖、片麻變質巖和砂頁沉積巖四大土壤母質類型區分割為東西兩部分。月均降雨量100 mm等值線以東地區降雨充沛，橡膠樹生長很少遇到干旱的影響，而該線以西地區則會受到干旱的影響。本研究將月均降雨量100 mm等。

表2 概念型指標的隸屬函數

表3 橡膠園地力等級劃分

圖3 不同類型橡膠園分區圖

值線以東地區稱為“多雨區”，即紅線以東區域；月均降雨量100 mm等值線以西地區稱為“少雨區”，即紅線以西區域。本研究以土壤母質類型和降雨量為主要因素將海南農墾橡膠園劃分為玄武巖類多雨區、玄武巖類少雨區、花崗巖類多雨區、花崗巖類少雨區、片麻變質巖類多雨區、片麻變質巖類少雨區、砂頁沉積巖類多雨區、砂頁沉積巖類少雨區等8個類型區從圖3可以看出，花崗巖類多雨區面積占了海南島一大半多，主要分布在瓊中、儋州、白沙、屯昌、五指山、保亭、樂東、萬寧、陵水、澄邁等市縣，是海南農墾天然橡膠的主要種植區(圖1)，故本研究確定花崗巖類多雨區為評價范圍，對海南農墾橡膠園生產具有更廣泛的指導意義。

表4表明，花崗巖類多雨區橡膠園面積140174.4 hm2，占海南農墾橡膠園面積的56.97%；其次是片麻變質巖類多雨區和砂頁沉積巖類多雨區橡膠園，分別為31063.3 hm2和21211.5 hm2，分別占到海南農墾橡膠園面積的12.62%和8.62%；其余5個類型區橡膠園面積共53619.5 hm2，僅占海南農墾橡膠園面積的21.79%。

2.2 橡膠園地力水平分布

海南農墾花崗巖類多雨區橡膠園(以下簡稱為評價區)面積為140174.4 hm2，本研究以地力綜合指數為依據，采用累積頻率曲線法將橡膠園地力劃分為5個等級。其中，一等地橡膠園面積8328.0 hm2，分布面積最小，占參評橡膠園面積的5.94%；二等地橡膠園面積42462.5 hm2，分布面積第二大，占參評橡膠園面積的30.29%；三等地橡膠園面積53228.6 hm2，分布面積最大，占參評橡膠園面積的37.97%；四等地橡膠園有一定面積分布，面積24661.5 hm2排第三大，占參評橡膠園面積的17.59%；五等地橡膠園面積11493.8 hm2，分布面積較小，占參評橡膠園面積的8.20%，見表5。

表4 各類型區橡膠園面積與比例

表5 評價區各等級橡膠園面積與比例

從圖4可以看出，評價區主要分布在瓊中、屯昌、澄邁、儋州、萬寧、保亭、樂東、三亞、陵水、定安、瓊海、五指山、昌江、文昌和東方等15個縣市。一等地橡膠園分布較散，而且面積很少，在白沙的北部和西部、瓊中的中部和西部、定安的南部、萬寧的中北部和西南部、三亞和樂東交界線上的中間部等均有少面積分布；二等地橡膠園主要分布于白沙、瓊中和三亞；三等地橡膠園主要分布于儋州、白沙、屯昌、澄邁、保亭的中部、瓊中的中北部；四等地橡膠園主要分布于屯昌、樂東、保亭、瓊中的東南部；五等地橡膠園分布比較集中，主要分布于瓊中的西北和東南部、儋州的中西部、保亭的中部、陵水的中部、樂東的東北部。

2.3 不同等級橡膠園土壤pH及養分含量分布

從表6中可以看出，評價區土壤速效鉀、有機質、有效磷和pH的標準誤都很小，表明該區橡膠園同列數據后不同小寫字母表示0.05水平的差異顯著性土壤采樣測試的pH、有機質、有效磷和速效鉀含量均具有很好的代表性；而該區pH平均值為4.68，說明其橡膠園土壤整體呈酸性；其中橡膠園土壤速效鉀、有機質和有效磷含量的平均值分別為42.39 mg/kg、10.51 g/kg和4.62 mg/kg，故此區有機質、有效磷和速效鉀含量都不高。

表6 評價區各等級橡膠園土壤的pH、有機質、有效磷及速效鉀分布

圖4 評價區橡膠園地力水平分布圖

表6表明，評價區不同地力等級橡膠園之間土壤的pH和有機質含量均達到顯著差異，但只有pH和速效鉀是隨著地力水平升高而含量增加，在地力水平高的橡膠園土壤有效磷含量較高，有機質含量高低與地力水平高低不相關；另外，土壤有效磷含量只有二等地與四等地之間沒有達到顯著差異，土壤速效鉀含量只有三等地與四等地之間沒有達到顯著差異，其余各地力水平橡膠園之間的土壤有效磷或速效鉀含量均達到了顯著差異；說明上述4個指標對該區橡膠園的地力水平具有重要影響，尤其是pH和有機質的影響較大。

3 結論與討論

耕地地力是指由特定氣候區域地形、地貌、成土母質、土壤理化性狀、農田基礎設施、培肥水平等要素綜合構成、影響并決定的耕地生產能力[16]。耕地地力評價是以利用方式為目的，估價耕地生產潛力和土地適宜性的過程，揭示生物生產力的高低和潛在生產力[17]。美國國際環境與發展研究所和世界資源研究所在《世界資源》中認定種植天然橡膠的橡膠園是耕地的一種類型。1984年全國農業區劃委員會和原國家土地管理局在《土地利用現狀調查技術規程》中把種植農作物的土地確定為耕地，《辭海》(經濟分冊)把耕地定義為經過開墾用以種植農作物并經常耕耘的土地。海南省在2010年以公文《瓊農字[2010]73號》確定天然橡膠為海南省的主要農作物。因此，橡膠園地力評價的對象是橡膠園生產能力，屬于耕地地力評價的一種，可以看成是土地評價學的一個新分支。橡膠園是海南墾區農業生產最重要的資源，其地力的好壞直接影響到天然橡膠的可持續發展，重視橡膠園的質量建設、落實橡膠園地力評價、實現橡膠園土壤肥料科學管理是海南墾區的重要課題。

3.1 橡膠園分區評價地力的優勢

近些年，很多學者借助新興的“3S”技術，采用系統聚類法、層次分析法和模糊評價法等建立了耕地地力評價指標體系，開展了大量的耕地地力評價方面的研究[3-9]。其中，跨行政區域范圍的土地評價研究也有報道，如新疆天然草地類型質量評價[17]、湖北省清江流域旅游景區開發潛力評價[18]及何毓蓉等對川江流域及其周邊典型農業生態區的耕地地力評價[19]。另外，歐陽進良等依托GIS還評價了種植不同作物的土地適宜性，并劃分出作物種植區[20]。但是，國內大量的地力評價研究幾乎全部集中于大田作物，而對諸如橡膠樹等此類多年生高大喬木種植園區的地力評價研究很少。關于橡膠園的地力評價僅見于數篇文獻[21-23]，又局限于農場區域小范圍、調查采樣量少或指標內容片面等不足。而在跨行政區域范圍的分區基礎上開展耕地地力評價，尤其對天然橡膠這類特殊作物的園地，進行大量采樣、系統、定量、全面的跨行政區域范圍的地力評價研究，目前還未見報道，本次研究尚屬首次，進一步完善了耕地地力評價方法和技術在各類作物耕地上的應用，尤其是積累了耕地地力評價方法在橡膠園這類特殊而又重要作物上管理養分等方面的運用經驗，這對國內外橡膠園的地力評價與養分管理工作具有重要的借鑒意義。

在海南島大區域尺度下，土壤母質類型與氣候往往是影響橡膠樹生長的主要因素，其中土壤母質類型對橡膠樹生長的影響最明顯[11]，不同地力水平橡膠園土壤母質類型的養分狀況差異很大(表6)。氣候條件中，降雨和溫度又是影響橡膠樹生長的關鍵因子。海南島不同區域之間溫度的差異不大，且年均溫都在23—25℃之間，滿足橡膠樹生長對溫度(20—30℃)的要求。與溫度的均勻性不同，海南島不同區域尤其是東部和西部之間降雨量的差異很明顯，降雨的差異顯著地影響到橡膠樹的生長和產膠量。海南島月平均降雨量都在75 mm以上，都是可以滿足種植橡膠的需求。但是，一般月平均降雨量在100 mm以下的區域一年中都會發生不同程度的旱害，對橡膠樹的生長造成不利影響[11]。因此，依據對橡膠樹影響大的土壤母質和降雨量劃分評價區域，其評價結果與橡膠樹生長環境更吻合，更適宜為橡膠園養分的合理管理與利用以及配方施肥提供科學依據。

相對于王晶晶和韋娉婷針對單個農場橡膠園地力的評價[22-23]，或袁秀杰等[24]對平原和丘陵區耕地地力評價及其兩套指標銜接的研究來講，本研究覆蓋了整個海南農墾花崗巖類多雨區的橡膠園，地力評價結果能代表整個海南島此類型區橡膠園的地力狀況，跨農場區域且同地力評價體系的研究使得各農場間橡膠園地力等級具有統一可比性，其評價結果無需通過復雜的線性模型轉換后才具可比性，對橡膠園生產實踐具有更廣泛的指導作用。吳敏等[21]雖然評估了海南島整個橡膠園的土壤肥力狀況，但由于其評價指標僅限于土壤化學屬性(如pH、有機質、全氮、有效磷等)，而未涉及諸如立地條件、氣候等因素，其評價指標并不能很準確地反映整個海南島橡膠園的綜合地力；同時，其采樣點個數也較少(共202個土樣)；相比而言，本研究采集了7204個土壤樣品，評價指標涵蓋了理化性狀、立地條件、養分狀況、剖面性狀等4個方面11項指標，其評估結果更系統、更全面，能更準確地反映海南島同類型區橡膠園的地力狀況。

3.2 評價區橡膠園地力提升的建議

本研究以占海南農墾橡膠園面積56.97%的花崗巖類多雨區為代表，其研究結果可以對海南農墾主要天然橡膠種植園區的管理提供理論支持。研究結果發現，評價區地力以中等水平為主(二等地、三等地、四等地)，占到其總面積的85.85%，中等地力橡膠園遍布海南省瓊中、屯昌、澄邁、儋州、萬寧、保亭、樂東、三亞、陵水、定安、瓊海、五指山、昌江、文昌和東方等15個縣市。

研究結果表明評價區土壤屬于酸性，pH位于適合橡膠樹生長的4.5—6.5(pH)之間；但表6中數據顯示pH下降時地力等級同步下降，且各等級橡膠園間土壤pH均達到顯著差異，說明該區橡膠園土壤進一步酸化將會降低其地力水平，從而可能影響到橡膠樹的正常生長，應該重視生產中對該類橡膠園土壤的酸堿度改良，適當提高其pH。

研究結果還發現，一等地和五等地橡膠園土壤的有機質、有效磷和速效鉀含量，與中等水平(二等地、三等地、四等地)橡膠園土壤中對應養分含量達到了顯著差異，說明土壤有機質、有效磷和速效鉀的含量是影響該區橡膠園地力水平的主要因素，應該要加強其上述主要養分的管理。根據適宜橡膠樹正常生長所需土壤養分含量[25](有機質為20—25 g/kg，有效磷為5—8 mg/kg，速效鉀為40—60 mg/kg)來判斷，表6中數據說明評價區土壤的有機質含量遠低于橡膠樹正常生長的要求水平，其有效磷含量也不能滿足橡膠樹正常生長；而該區一等地和二等地橡膠園土壤速效鉀含量水平達到了橡膠樹正常生長所要求的范圍，其三等地和四等地的才剛剛達到，五等地橡膠園土壤速效鉀含量水平甚至低于橡膠樹正常生長所要求的范圍。因此，提高該區橡膠園土壤有機質、有效磷和速效鉀等養分的含量，將會提升其地力水平；建議在大力增施有機肥的基礎上增施磷肥，尤其是增施鈣鎂磷肥等堿性肥調節土壤酸堿度；同時，加強氮鉀養分的管理，提高其利用率，在橡膠樹抽葉等關鍵期補施氮鉀肥，平衡氮鉀的流失。此外，要在橡膠園間作豆科綠肥作物，諸如爪哇葛藤、蘭花毛蔓豆和無刺含羞草等，以增加有機質，培肥土壤。

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