河北平原冬小麥/夏玉米高產田土壤肥力質量最小數據集構建及其評價

馮萬忠　馬振朝　張麗娟

摘要：基于河北平原區冬小麥/夏玉米11縣高產田的396個土壤樣點數據，利用主成分分析及相關關系法確定了該區域土壤肥力質量評價的最小數據集，并采用模糊數學隸屬度函數法對該區域土壤肥力質量進行評價。結果表明，河北平原區小麥/玉米高產田土壤肥力質量評價的最小數據集（MDS）由pH值、土壤容重、有機質含量、速效磷含量、磷酸酶活性、陽離子交換量（CEC）、微生物量碳、微生物量氮等8項指標組成；微生物量氮和土壤陽離子交換量的隸屬度均值較低，是該地區主要的限制性因子，有機質含量次之，土壤容重的隸屬度值最高；曲周、吳橋的土壤肥力綜合質量指數（IFI）處于Ⅲ級的中等水平，其他9縣均為Ⅱ級的良水平。綜合分析可知，河北平原小麥/玉米高產田土壤肥力有待于進一步提高。

關鍵詞：最小數據集；隸屬度；土壤肥力質量評價；土壤指標權重；冬小麥/夏玉米；河北平原；高產糧田；評價分級

中圖分類號： S158文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）15-0233-06

土壤肥力作為土壤質量的重要組成部分，體現了土壤的本質特征。土壤肥力的高低直接影響作物生長與農業生產的結構、布局和效益等方面[1]。因此，只有對土壤肥力質量進行準確的評價，才能客觀地了解不同土壤管理措施對土壤肥力的影響，才能為土壤的可持續利用提供理論依據。

河北省歷來是我國重要的糧食產區，糧食總產量由1990年的12 166.8萬t增加到2012年的12 683.23萬t，產量也由8 011.8 kg/hm2上升到11 086.05 kg/hm2[2]，土壤肥力對小麥產量的貢獻率（PSFC）為44.3%，對玉米的貢獻率為 47.3%[3]。土壤肥力質量成為培育高產糧田的主攻目標，其評價工作成為培育高產糧田的必不可少的一部分。正確地選擇參評指標，是科學地揭示土壤肥力的前提，會直接影響土壤肥力綜合評價的準確程度[4]。由于土壤利用方式的多變性、土壤性質的時空變異性，不可能獲取所有因子的數據，而只能從候選參數數據集中選出能最大限度地代表所有候選參數的最小數據集（MDS）[5]。Andrews等采用主成分分析的方法獲得了小流域尺度上評價農田的MDS成分，主要包括有機質、電導率、pH值、水穩性團聚體、有效鋅（Zn）和容重[6]。Sparling等在國家的尺度上，選取了總碳、總氮、可礦化氮、pH值、有效磷、容重和孔隙7個指標作為MDS對新西蘭不同土地利用類型的土壤進行了評價[7]。張世文等根據縣域、鄉（鎮）2個空間尺度及1980、2008年2個時間尺度的特點，建立了不同時空尺度下土壤評價最小數據集[8]。隨之出現的特爾斐法[9]、相關系數法[10]、神經網絡法[11]、地統計學方法[12]、灰色關聯法[13]等方法被應用到構建最小數據集中。土壤肥力質量評價方法主要包括定性、定量2種，定性評價應用最早的是土壤質量卡[14]，然后為半定量的土壤質量試驗箱[15]，但是這2種方法并不能全面詳細地反映土壤肥力質量的實際變化。目前，出現了許多定量的評價方法，主要有多變量綜合評分法、模糊數學、聚類分析法、“3S”（即遙感技術、地理信息系統、全球定位系統）技術等[16-18]。

高產糧田的持續發展與土壤肥力息息相關，但是到目前為止，高產田的土壤肥力質量評價指標的選取及其評價較少。因此，本研究以河北省冬小麥/夏玉米輪作的高產糧田為研究對象，通過基于主成分分析方法構建土壤肥力質量評價最小數據集和確定指標權重，采用模糊數學法、綜合評分法對高產糧田進行土壤肥力質量評價，以期為高產田的評價分級、高產田的培育提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地選擇河北平原典型冬小麥/夏玉米輪作區。河北省處于歐亞大陸東部中緯度地帶，地貌形態多樣，四季分明。屬于溫帶季風氣候-暖溫帶半濕潤-半干旱大陸性季風氣候，特點是冬季寒冷少雪，夏季炎熱多雨；春多風沙，秋高氣爽。全省年平均氣溫在4～13 ℃之間，1月平均氣溫-4～2 ℃，7月平均氣溫20～27 ℃，各地的氣溫年較差、日較差都較大，全年無霜期110～220 d。全省年平均降水量分布很不均勻，年變率也很大。年平均降水量在400～800 mm之間。

1.2樣品采集與測定

1.2.1樣品采集在冬小麥種植前，采集河北省太行山山麓平原的定興、寧晉、趙縣、正定、藁城和低平原的固安、深州、景縣、吳橋、曲周、辛集等11個高產示范縣的高產攻關田土壤，采集深度為0～30 cm。共采集396個土樣，每個樣品由3個樣點組成。測定項目包括容重、總孔隙度、粉黏比、田間持水量、土壤pH值、土壤陽離子交換量（CMC）、有機質含量、土壤全氮含量、硝態氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、過氧化氫酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性、微生物量碳、微生物量氮。

1.2.2測定方法容重、孔隙度、土壤pH值、CEC、有機質含量、土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量采用常規方法測定[19]。粉黏比是通過吸管法測得土壤粉粒、黏粒含量[20]，取其比值。硝態氮含量采用1 mol KCl浸提，流動分析儀測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；脲酶活性采用比色法測定，利用酶促作用產物氨與苯酚鈉、次氯酸鈉反應顯色；蔗糖酶活性采用比色法測定，利用酶促作用產物葡萄糖與3，5-二硝基水楊酸反應生成3-氨基-5-硝基水楊酸而呈橙黃色；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[21]；微生物量碳、氮的測定方法均用三氯甲烷熏蒸浸提法，浸提液通過重鉻酸鉀氧化法測定土壤微生物量碳，轉化系數0.38；經蒸餾、消煮后用凱氏定氮法測定土壤微生物量氮，轉換系數 0.45[22]。

1.3數據統計與分析

采用SPSS 19.0進行主成分分析和相關性分析，運用主成分分析方法構建最小數據集，并確定各指標的權重，運用模糊數學方法、綜合評分法對土壤肥力質量進行評價。endprint