基于灰色關(guān)聯(lián)分析的寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤質(zhì)量評價(jià)

賈濤

摘要：在對寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤養(yǎng)分調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇西瓜地、枸杞地、沙棗地和撂荒地作為研究對象，以有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀作為評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析模型對該區(qū)域土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)。結(jié)果表明，該區(qū)域西瓜地土壤質(zhì)量最優(yōu)，枸杞地和撂荒地次之，沙棗地土壤質(zhì)量較差。

關(guān)鍵詞：灰色關(guān)聯(lián)分析;土壤質(zhì)量;壓砂地;寧夏中部旱區(qū)

中圖分類號：S158? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：1001-1463（2021）11-0065-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.11.014

Evaluation of Soil Fertility in Gravel-sand Mulched in Arid Area of Central Ningxia Base on Grey Correlation Analysis

JIA Tao

（Wuzhong Kexin Environmental Testing Co.， Ltd.， Wuzhong Ningxia 751100， China）

Abstract：Based on the investigation and analysis of soil nutrients on the gravel-sand mulched field in arid area of central Ningxia， watermelon land， wolfberry land， sand jujube land and abandoned land were chosen as research objects， organic matter， alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium were used as evaluation indexes， the grey relational analysis model was used to evaluate the soil fertility in this area. The results showed that soil fertility of watermelon field was the best in this area， followed by wolfberry field and abandoned land， and the soil quality of oleaster field was poor.

Key words：Grey correlation analysis;Soil fertility;Gravel-sand mulched;Arid area of central Ningxia

土壤是人類賴以生存的最基本的自然資源之一，土壤質(zhì)量是影響土地生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子，也是影響農(nóng)民增收致富的重要因素[1 - 2 ]。但近年來，農(nóng)藥化肥的大量使用，致使土壤受到不同程度的影響，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3 ]。因此對土壤質(zhì)量進(jìn)行客觀評價(jià)具有重要意義。

傳統(tǒng)的土壤質(zhì)量評價(jià)依據(jù)調(diào)查有關(guān)數(shù)據(jù)，憑借調(diào)查研究者的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)既定原則進(jìn)行，評價(jià)結(jié)果主觀性較大，科學(xué)性不夠。灰色系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)分析是對系統(tǒng)變化態(tài)勢的量化分析，其原理是將若干個(gè)數(shù)列構(gòu)成的各條曲線幾何形狀作比較，即幾何形狀越相似，則它們的變化趨勢越接近，關(guān)聯(lián)度就越大。灰色關(guān)聯(lián)分析法能改善單因素土壤質(zhì)量評價(jià)不確定性高的缺點(diǎn)，從而提高評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和合理性。周建飛等[4 ]、趙國鋒等[5 ]、王維等[6 ]分別采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對城市擴(kuò)展用地、灘涂圍耕地、高寒草地土壤進(jìn)行評價(jià)，均取得十分明顯的效果。壓砂地是寧夏中部旱區(qū)最主要的土地利用方式之一，但近年來，隨著種植年限的增加，土壤養(yǎng)分含量相對不足、施肥管理粗放等現(xiàn)象突出。筆者采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對壓砂地土壤進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，旨在揭示該區(qū)域土壤質(zhì)量情況，為土壤可持續(xù)利用和農(nóng)田管理提供參考。

1? ?材料和方法

1.1? ?研究區(qū)概括

研究區(qū)位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)香山鄉(xiāng)三眼井村（104° 59′ 22″～105° 04′ 38″E，36°59′ 48″～ 37° 03 ′13″N），為寧夏中部旱區(qū)的核心地帶，也是壓砂地的典型分布區(qū)。該區(qū)域位于香山西南側(cè)，地勢東北高西南低，屬于典型的荒漠草原氣候區(qū)，干旱少雨，晝夜溫差大，年均氣溫8.5 ℃，年均降水量243.6 mm。土壤主要為灰鈣土，局部地區(qū)為黃綿土。壓砂地是當(dāng)?shù)赝恋氐闹饕梅绞剑N植的作物以西瓜、枸杞和沙棗為主。

1.2? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為確保對土壤質(zhì)量的研究具有科學(xué)性和代表性，根據(jù)植被調(diào)查狀況，在研究區(qū)分別選取沙棗、枸杞、西瓜和撂荒地4種具有代表性的壓砂地植被類型。每種植被利用類型區(qū)域采集土壤5個(gè)，共計(jì)20個(gè)，然后放入自封袋內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)風(fēng)干、研磨、剔除雜物后過60目篩備用。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定[7 ]，全氮采用半微量開氏法[7 ]，全磷采用酸溶鉬銻抗比色法[7 ]，全鉀采用NaOH熔融火焰光度計(jì)法[7 ];土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定[8 ]，土壤速效磷采用NaHCO3測定法[8 ]，土壤速效鉀采用NH4Ac浸提—火焰光度法測定[8 ]。

1.3? ?數(shù)據(jù)處理

參照我國的土壤適宜性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)借鑒前人對適宜性評價(jià)指標(biāo)的選擇，依據(jù)寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤特點(diǎn)，以有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀為土壤質(zhì)量評價(jià)因子，構(gòu)建該區(qū)域的土壤質(zhì)量評價(jià)體系（表 1）。

1.4? ?研究方法

土壤是一個(gè)具有多層次和多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，在一定的時(shí)間和空間內(nèi)，難以的獲取土壤的全部的信息，因此采用獲取有限的土壤環(huán)境影響因子來評價(jià)土壤的質(zhì)量狀況是可行的。土壤肥力評價(jià)的灰色關(guān)聯(lián)分析模型具體步驟如下。

1.4.1? ?比較數(shù)列和參考數(shù)列的確定和無量綱化? ?將各土壤肥力評價(jià)指標(biāo)實(shí)測值作為比較數(shù)列，即{xi（k）}，其中下標(biāo)i為待評價(jià)樣地，k為肥力評價(jià)因子。選擇有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀7個(gè)作為評價(jià)因子。各肥力標(biāo)準(zhǔn)值作為參考數(shù)列，即{xj（k）}，其中j表示土壤肥力級別。土壤各指標(biāo)的無量綱化采用初值法。

1.4.2? ?計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度? ?關(guān)聯(lián)系數(shù)是參考數(shù)列和比較數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)程度， {xi（k）}對{xj（k）}在地i點(diǎn)k項(xiàng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

ξij（k）=■

式中，△ij（k）=|xi（k）-xj（k）|為{xi（k）}與{xj（k）}在第i點(diǎn)k項(xiàng)的絕對差;minj mink△ij（k）為兩極最小差;maxj maxk△ij（k）為兩極最大差。ρ為分辨系數(shù)，其值為0～1，取ρ= 0.5。

關(guān)聯(lián)系數(shù)難以從總體上反映序列之間的關(guān)聯(lián)程度，因此必須獲取它們的時(shí)間均值，即關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為：

rij=■■ξij（k）? ? ? k=1，2，3，…n

2? ?結(jié)果和分析

2.1? ?土壤質(zhì)量指標(biāo)的描述統(tǒng)計(jì)分析

對該地區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表2）表明，有機(jī)質(zhì)為4.32～9.89 g/kg，變異系數(shù)為24.67%;全氮、全磷、全鉀量養(yǎng)分含量變化范圍分別為0.32～0.76、0.34～0.68、14.34～20.14 g/kg，變異系數(shù)為7.32%～20.61%。與張興[9 ]于2019年對當(dāng)?shù)厣疤锿寥蕾|(zhì)量研究相比，各指標(biāo)均呈現(xiàn)出輕微下降趨勢。堿解氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量變化范圍分別為14.34～29.32、2.07～5.63、36.64～145.34 mg/kg，變異系數(shù)為19.34%～23.33%。從偏度與峰度看，土壤質(zhì)量各指標(biāo)的差異較小，即其數(shù)據(jù)的離散程度較均一。通過KS檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)量各指標(biāo)P值均大于0.05，即均服從正態(tài)分布。

從表2看，該區(qū)域的土壤質(zhì)量總體偏低，一些地區(qū)甚至出現(xiàn)了較嚴(yán)重的質(zhì)量低下問題。其原因可能與地處內(nèi)陸腹地、土質(zhì)疏松、降水稀少、土壤養(yǎng)分易流失有關(guān)。與此同時(shí)，隨著砂田種植年限延長，其礫石層的含土量也隨之增加，易造成板結(jié)，對土壤的保水透氣性和保肥能力產(chǎn)生不良的影響。因此，有必要對砂田實(shí)行輪作制度，特別是壓砂年限在10年以上的砂田。

2.2? ?土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析

對寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤適宜性評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，并根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。可以看出，西瓜地的質(zhì)量評價(jià)結(jié)果較好，為II級，關(guān)聯(lián)度為0.58;枸杞地和撂荒地的評價(jià)結(jié)果次之，評價(jià)為III級，關(guān)聯(lián)度分別為0.51和0.52;沙棗樹的質(zhì)量評價(jià)結(jié)果最差，為IV級，關(guān)聯(lián)度為0.48。主要原因沙棗和枸杞的生長期長，地上生物量大，對土壤的養(yǎng)分消耗較大;撂荒地植被稀疏，且多為低矮的雜草，土壤質(zhì)量消耗較少。西瓜是一年生作物，作物消耗主要集中在春夏兩季，秋冬季節(jié)土壤肥力幾乎無消耗。同時(shí)，硒砂瓜種植是該區(qū)域的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的重要來源，農(nóng)民會(huì)定期進(jìn)行施肥、除草、灌溉等措施，有利于土壤的保護(hù)，所以西瓜田土壤適宜性評價(jià)最高。對比枸杞地和沙棗地發(fā)現(xiàn)，枸杞地適宜性高于沙棗地，其原因是沙棗種植年代較久，且種植密度較高，對土壤養(yǎng)分的消耗較大，且枸杞是該區(qū)域除西瓜外最重要的經(jīng)濟(jì)作物，定期除草、施肥等農(nóng)田管理措施保護(hù)了土壤質(zhì)量。除此之外，土壤質(zhì)地、地形等因素都是影響壓砂地土壤質(zhì)量的重要因素，具體情況還需要進(jìn)一步研究。

3? ?小結(jié)

通過對寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域西瓜地土壤質(zhì)量最優(yōu)，為II級，枸杞地和撂荒地次之，為III級，沙棗地土壤質(zhì)量較差，為IV級。

寧夏中部旱區(qū)壓砂地土壤質(zhì)量總體偏低，甚至在一些地區(qū)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的質(zhì)量地下問題。其原因可能與地處內(nèi)陸腹地，土質(zhì)疏松，降水稀少，土壤養(yǎng)分易流失有關(guān)。

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收稿日期：2021 - 07 - 31

作者簡介：賈? ?濤（1987 — ），男，寧夏吳忠人，工程師，主要從事環(huán)境檢測工作。聯(lián)系電話：（0）13895007937。Email：515865384@qq.com。