基于相對土壤質量指數法的銅梁區農田質量評價

胡勝勇 詹雪萍 文玲 梁濤 張濤 陶偉林 鄭陽

摘要 ［目的］明確銅梁區不同區域農田土壤質量狀況，揭示影響土壤質量的敏感因子。［方法］選擇銅梁區具有代表性的農田0～20 cm土層土壤作為研究對象，利用統計法分析該區域土壤理化特性分布特征，并利用相關性分析土壤各評價指標之間的關聯性，借助層次分析法得到各指標對土壤質量的貢獻率，最后利用相對土壤質量指數法對比不同區域農田土壤質量狀況。［結果］該區域主要以弱酸性土壤為主，土壤理化指標變異系數為31.79%～125.88%，變異程度由大到小的指標依次為有效磷、全磷、有機質、速效鉀、全氮、堿解氮、pH、全鉀；各指標之間均為正相關，尤其pH與各養分指標之間關聯性較大；相對土壤質量指數為1.769～3.416，平均值為2.905。［結論］該研究有助于客觀地評價土壤質量以及科學指導土壤改良。

關鍵詞 農田；相對土壤質量指數法；相關性；土壤理化指標

中圖分類號 S 151.9? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）07-0081-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.020

Evaluation of Farmland Quality in Tongliang District Based on Relative Soil Quality Index

HU Sheng-yong， ZHAN Xue-ping， WEN Ling et al

（Tongliang District Agricultural Technology Extension Center， Chongqing 402560）

Abstract ［Objective］To clarify the status of farmland soil quality in different areas of Tongliang District and reveal the sensitive factors affecting soil quality.［Method］The representative farmland soil of 0-20 cm soil layer in Tongliang District was selected as the research object. The distribution characteristics of soil physical and chemical properties were analyzed by statistical method， and the correlation between soil evaluation indexes was analyzed by correlation. The contribution rate of each index to soil quality was obtained by using the analytic hierarchy process. Finally， the farmland soil quality in different regions was compared by using the relative soil quality index method.［Result］Weakly acidic soil was the main soil in this region， and the variation coefficient of soil physical and chemical indexes were 31.79%-125.88%，the variation degree of the indexes from large to small was in order of available phosphorus， total phosphorus， organic matter， available potassium， total nitrogen， alkali-hydrolytic nitrogen， pH and total potassium. There was a positive correlation between all indexes， especially pH and each nutrient index. The relative soil quality index was 1.769-3.416， with an average value of 2.905.［Conclusion］ This study is helpful to evaluate soil quality objectively and guide soil improvement scientifically.

Key words Farmland;Relative soil quality index method;Correlation;Soil physical and chemical index

基金項目 重慶市技術創新與應用發展專項面上項目（CSTB2022TIAD-GPX0011）。

作者簡介 胡勝勇（1965—），男，重慶人，農藝師，從事耕地提質增效技術研究。

通信作者，副研究員，博士，從事農田生態相關研究。

收稿日期 2022-06-27；修回日期 2022-08-09

土壤是作物賴于生長的基礎，而土壤質量能夠直接影響作物產量。土壤質地、物理特性、養分、微生物等是衡量農業區土壤生態功能的重要因子［1-4］，人類對農田的不恰當管理及開發，會嚴重導致土壤退化或污染［5-8］，因此通過科學的方法掌握、評價土壤質量尤為重要。科研人員對土壤質量評價方法和影響因素進行了大量研究，并取得了一定成果。貢璐等［9］ 選取了土壤pH、養分、酶等12個指標，利用主因子分析和聚類分析法對棉花田的土壤質量進行對比和等級劃分；鄭琦等［10］利用模糊綜合評價法、加權綜合污染指數法及土壤綜合質量指數對農田土壤質量進行評價，得到土壤質量指數法評價最為合理；盧鐵光等［11］利用相對土壤質量指數法對富錦市農田進行了縱向比較，得到了開墾年限與土壤質量之間的變化規律；張智勇等［12］對吳起縣退耕還林后的不同植被土壤質量進行比較，得到了最優植被類型；張春等［13］對不同地形部位土壤質量進行了深入分析，得到了丘體土壤質量變化規律。但以往研究沒有系統地研究土壤因子之間的關聯性以及對土壤質量擾動因子次序，而且不同農田土壤橫向比較之間的研究鮮見報道。由于銅梁區屬于重慶市重點農產品輸出地，因此該研究選擇銅梁區具有代表性的村，測定土壤理化特性，利用層次分析法確定各因子對土壤質量的權重，并利用相對土壤質量指數法對該區域不同農田土壤質量進行比較。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

銅梁區位于長江上游地區、重慶市西部，地處105°46′22″～106°16′40″E、29°31′10″～30°05′55″N，主要以丘陵地形為主，地面坡度3°～50°，屬亞熱帶濕潤季風氣候，具有日照少、風速小、多云霧的特點，無霜期為325 d，年降雨量為1 070.6 mm，年日照時數為1 090.0 h，年平均相對濕度為81.9%，年平均氣溫為18.1 ℃，年平均最高氣溫為21.7 ℃，年平均最低氣溫為15.4 ℃，不同鄉鎮氣溫差異較小，一年中最高氣溫一般出現在8月份，最低氣溫在1月。根據地形條件有灌溉和無灌溉種植，主要種植作物為水稻和玉米，主要以黏壤土和粉砂質黏壤土為主。通過實地調研和查閱資料，選擇銅梁區農田面積與作物產量集中的鏨巖村、萬橋村、東風村、羊明村、翠英村、插臘村、垣桿村的農田土壤為研究對象。

1.2 土壤樣品的采集

該研究針對銅梁區7個代表性的村進行采樣，采樣田面積≥0.5 hm2以上，每個采樣田分布3個樣點，以耕層厚度（0～20 cm）的土壤樣品作為研究對象，并將采集的土樣裝入密封袋中帶回實驗室自然風干，用于養分測定試驗。

1.3 土壤測定指標

選取了pH、有機質、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀作為評價土壤的指標，具體測定方法參照《土壤農化分析》［14］，每個樣品測定3次，取平均值。

1.4 土壤質量評價方法

1.4.1 相對土壤質量指數法。

相對土壤質量指數法便于橫向比較且沒有量綱的評價指標，其方法首先將樣本量中的數據分為5個區間，并對每個區間賦予等級，等級分別為1、2、3、4、5，其次確定各指標對土壤質量中的權重，則相對土壤質量指數為指標等級與權重的乘積再相加，也可理解為樣品中各指標對土壤質量的貢獻率之和，具體計算方法如下［15-16］：

RSQI=ni=1（Ii×Wi）（1）

式中，RSQI為相對土壤質量指數；I為各指標等級；W為各指標所占權重；i為第i個指標，n為評價體系中指標的數量。

1.4.2 評價指標體系與等級劃分。

該研究選擇土壤質量評價體系主要包括土壤質地、pH、有機質、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，指標等級劃分的方法各有不同，該研究參照文獻［17］和實測數據進行劃分，具體方法為將所測數據從小到大進行排列，并分為5個相等區間，每個區間定義和賦值分別為一級（5）、二級（4）、三級（3）、四級（2）、五級（1）。

1.4.3 指標權重確定。

指標權重即指標主成分分析所得的公因子所占所有指標公因子的比值，如果權重越大，則表明指標對土壤質量的貢獻率越高。確定權重的方法較多，有人為打分、層次分析法、主因子分析法等，為避免人為和外界因素干擾，該研究利用層次分析法計算得到各指標的權重，且滿足所有指標權重相加等于1［18］。

1.4.4 土壤質量對比模型。

利用矩陣的方法構建相對土壤質量指數矩陣，其數學表達式如下：

RSQIm×1=Im×n×Wn×1（2）

式中，RSQIm×1為土壤樣本相對土壤質量指數矩陣；Im×n為指標等級矩陣；Wn×1為指標權重矩陣；m為土壤樣本數量；n為評價指標數量。Im×n和Wn×1數學表達式分別如公式（3）和（4）所示。

Im×n=

I11I12…I1j…I1m

Ii1Ii2…Iij…Iim

In1In2…Inj…Inm

（3）

Wn×1=［W1…Wj…Wn］T（4）

式中，Iij為第i個土壤樣本第j個指標等級賦值；Wj為第j個指標權重。

通過公式（2）～（4），可計算得到銅梁區不同采樣點的相對土壤質量指數，并且可以橫向比較，綜合評價不同農田的肥力，以便給予客觀評價和生產指導。

1.5 數據處理與分析

該研究利用Excel 2016對數據進行整理、簡單分析及作圖，利用SPSS 19.0對數據進行描述性統計，借助yaahp層次分析輔助軟件，對測定的土壤理化特性進行層次分析，得到土壤評價指標的權重。

2 結果與分析

2.1 土壤養分統計特征分析

從銅梁區7個村21個點土壤理化特性指標統計特征（表1）可以看出，該區域土壤pH為4.9～7.6，平均值為6.7，屬于弱酸性土壤；有機質含量為16.4～53.3 g/kg，平均值為31.0 g/kg；全氮含量為1.1～2.5 g/kg，平均值為1.8 g/kg；堿解氮含量為97.2～178.3 mg/kg，平均值為130.6 mg/kg；全磷含量為0.17 ～0.87 g/kg，平均值為0.51 g/kg；有效磷含量為0.1～11.4 mg/kg，平均值為5.1 mg/kg；全鉀含量為12.5～22.6 g/kg，平均值為17.6 g/kg；速效鉀含量為50.0～190.3 mg/kg，平均值為118.5 mg/kg；所測指標變異系數為31.79%～125.88%，變異程度由大到小依次為有效磷、全磷、有機質、速效鉀、全氮、堿解氮、pH、全鉀，整體上研究區不同區域農田土壤養分差異較大。

2.2 土壤養分相關性分析

土壤養分因子之間具有一定協調和依賴作用，為了更好地揭示該區域土壤養分之間依賴程度，對其進行相關性分析，結果如表2所示。由表2可知，各理化指標之間存在不同程度的關聯性，其中相關性達到顯著性水平的有pH與有機質、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，有機質與全氮、全磷、有效磷、全鉀，全氮與全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，全磷與有效磷、全鉀、速效鉀，有效磷與全鉀，全鉀與速效鉀，而且各指標之間均為正相關，即當某一指標增加時另一個指標也隨之增加。同時也可發現該區域土壤pH與各養分之間的相關性存在非常緊密的聯系。

2.3 土壤肥力質量綜合比較

根據實測數據及科研單位對土壤質量的定義［10］，對銅梁區土壤評價指標進行等級劃分，并利用層次分析法計算得到各指標的權重，具體如表3所示。

根據銅梁區農田的理化特性實測數據，選擇鏨巖村、萬橋村、東風村、羊明村、翠英村、插臘村、垣桿村代表不同農業區進行土壤質量評價，依據表3對其賦值，構建土壤質量評價矩陣，并得到7類土壤的評價指標矩陣I7×9，具體如公式（5）所示。

根據表3中的數據構建指標權重矩陣W9×1，具體如公式（6）所示。

則銅梁區不同區域農田相對土壤質量指數RSQI7×1為土壤指標評價矩陣與指標權重矩陣相乘，具體如公式（7）所示。

RSQI7×1=I7×9×W9×1（7）

將公式（1）和公式（2）中的數據代入公式（3）計算得到銅梁區7個代表農田的土壤質量矩陣，具體如公式（8）所示。

相對土壤質量指數法可以有效評價土壤質量和科學指導農田施肥利用，同時可為農田保護和恢復提供依據。該研究以土壤的質地、pH以及土壤養分為指標，對銅梁區不同區域農田土壤肥力進行橫向比較，具體如圖1所示。由圖1可知，銅梁區相對土壤質量指數從大到小依次為萬橋村、鏨巖村、羊明村、插臘村、垣桿村、翠英村、東風村，其值為1.769～3.416，平均值為2.905。說明銅梁區不同區域農田的基本肥力有所差異，為了提高作物產量可通過配方施肥的方法具有針對性地提高土地肥力。

3 結論

（1）通過對銅梁區7個代表性村農田土壤采樣分析得到，該區域以弱酸性土壤為主，不同區域農田養分差異較大，各指標的變異系數31.79%～125.88%，說明該區域土壤理化特性差異極大，應根據實際情況配方施肥或選擇栽培作物。

（2）通過相關性分析得到銅梁區土壤各理化指標之間存在一定的關聯性，而且均為正相關，其中pH與有機質、全氮、全磷、全鉀、速效鉀的相關系數分別為0.724、0.846、0.906、0.577、0.562，均達到了極顯著水平（P<0.01），可知該區域pH與各養分指標之間關聯性極大。

（3）對銅梁區農田質量進行綜合評價得到各評價指標的權重，以及相對土壤質量指數為1.769～3.416，平均值為2.905。因此土壤質量改良時可抓住主要因素，具有針對性的施肥。

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