酉陽縣耕地土壤肥力水平模糊綜合評價(jià)

冉文秀，李君保

（酉陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會，重慶酉陽 409800）

土壤生產(chǎn)力主要由肥力來表征，受區(qū)域土壤理化性質(zhì)、氣候特征、土地利用方式、作物種類等因素綜合作用[1]。土壤肥力一般包括土壤的養(yǎng)分狀況及土壤在供給植物時(shí)所處的特定環(huán)境條件[2]。土壤養(yǎng)分特征及水平?jīng)Q定了土壤肥力的高低。除了土壤養(yǎng)分各因子含量水平的高低外，因子之間的相互作用也是影響土壤肥力狀況的重要因素。因此對土壤養(yǎng)分含量綜合評價(jià)具有重要意義[3-7]。重慶市酉陽土家族苗族自治縣（簡稱為酉陽縣）位于重慶市東南部，地處武陵山區(qū)腹地，屬于典型的山地丘陵地形地貌，山多平壩少，土地破碎，產(chǎn)出率低。因此，對該地區(qū)土壤養(yǎng)分進(jìn)行全面評價(jià)，對促進(jìn)該地山地特色農(nóng)業(yè)發(fā)展尤其是提升油茶、青花椒等特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程意義重大。雖然有些文獻(xiàn)已對重慶市不同利用類型土壤養(yǎng)分進(jìn)行了綜合評價(jià)[8-9]，但是對酉陽縣土壤養(yǎng)分評價(jià)的資料目前還較缺乏。常見的土壤肥力評價(jià)方法包括田間描述評價(jià)、指數(shù)法評價(jià)模型、環(huán)境指數(shù)評價(jià)模型、模糊綜合評價(jià)模型、地統(tǒng)計(jì)學(xué)評價(jià)、系統(tǒng)評價(jià)方法、動力學(xué)評價(jià)、決策樹法等[10]。而模糊綜合評價(jià)模型在從土壤養(yǎng)分狀況角度進(jìn)行土壤肥力評價(jià)應(yīng)用的最多[11]。該模型對隸屬函數(shù)和權(quán)重系數(shù)進(jìn)行了定量化建立，且綜合利用了各種養(yǎng)分元素，更適合表征土壤的真實(shí)肥力。本研究基于服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的初衷，在酉陽縣主要農(nóng)用地（耕地和少量園地）進(jìn)行采樣分析，并借助模糊綜合評價(jià)法對土壤肥力水平進(jìn)行評價(jià)，以期為酉陽縣的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)診斷與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

酉陽縣位于長江上游地區(qū)、重慶東南部，地處東經(jīng)108°18′25″～109°19′02″、北緯28°19′28″～29°24′18″。東鄰湖南省龍山縣，南與秀山縣、貴州省松桃縣、印江縣接壤，西與貴州沿河縣隔烏江相望，西北與彭水縣，正北與黔江區(qū)、湖北省咸豐縣、來鳳縣相連?？偯娣e5 173 km2，東西寬98.3 km，南北長119.7 km。酉陽縣屬武陵山區(qū)，地勢中部高，東西兩側(cè)低。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，全年雨量充沛，冬暖夏涼。年平均日照時(shí)間為1 131 h，年平均氣溫由海拔280 m 的沿河地區(qū)17 ℃遞減到中山區(qū)的11.8 ℃，年降水量一般在1 000～1 500 mm。

1.2 土壤樣品采集和測定

基于酉陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村委組織的“測土配方施肥補(bǔ)充采樣”工作，2020—2021 年分別于酉陽縣的板橋鄉(xiāng)、板溪鎮(zhèn)、蒼嶺鎮(zhèn)、大溪鎮(zhèn)、丁市鎮(zhèn)、泔溪鎮(zhèn)、龔灘鎮(zhèn)、官清鄉(xiāng)、黑水鎮(zhèn)、后坪壩鄉(xiāng)、可大鄉(xiāng)、浪坪鄉(xiāng)、李溪鎮(zhèn)、兩罾鄉(xiāng)、麻旺鎮(zhèn)、毛壩鄉(xiāng)、廟溪鄉(xiāng)、楠木鄉(xiāng)、偏柏鄉(xiāng)、雙泉鄉(xiāng)、天館鄉(xiāng)、涂市鄉(xiāng)、五福鄉(xiāng)、興隆鎮(zhèn)、宜居鄉(xiāng)、酉酬鎮(zhèn)、腴地鄉(xiāng)共27 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行土樣采集，共采集土壤樣品724 個(gè)，采樣地塊的土地利用方式主要為耕地（含少量園地）。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所采集的樣品數(shù)量列于表1。各樣品采用梅花形布點(diǎn)法（不少于5 點(diǎn)）采集耕層（約20 cm）樣品，四分法保留約2 kg 土樣，風(fēng)干后揀去雜物并磨碎過2.00 mm、1.00 mm、0.25 mm 尼龍篩備用。采用常規(guī)方法測定了土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效氮（堿解氮）、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、有效鐵、有效錳、有效銅的含量[12]。土壤pH 值采用電位法測定（土水比1∶2.5），土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，土樣有效氮采用堿解擴(kuò)散法測定，土壤有效磷采用pH 8.5 NaHCO3提取-磷鉬藍(lán)比色法測定；土壤速效鉀采用NH4Ac 提取-火焰光度法（AP1401，上海傲譜）測定；土壤全氮采用H2SO4消煮-凱氏定氮法測定；全磷采用NaOH 熔融-磷鉬藍(lán)比色法測定；全鉀采用NaOH 熔融-火焰光度法測定；有效鐵、有效錳、有效銅采用DTPA（二乙三銨五乙酸）提取-原子吸收分光光度法（Z-5000，日本日立）測定。

表1 酉陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土樣采集數(shù)量 單位：個(gè)

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Microsoft Excel、SPSS 17.0 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用模糊綜合評價(jià)模型對土壤樣品進(jìn)行綜合肥力評價(jià)。

1）根據(jù)各養(yǎng)分因子的含量水平計(jì)算隸屬度值（Ni）。根據(jù)土壤養(yǎng)分因子對作物產(chǎn)量和品質(zhì)間的相互關(guān)系建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，再將隸屬度函數(shù)簡化為相應(yīng)的折線型函數(shù)來計(jì)算其隸屬度值。如果作物的效應(yīng)與養(yǎng)分值的關(guān)系呈現(xiàn)為拋物線型曲線（如土壤pH），其隸屬函數(shù)見公式（1）。

根據(jù)酉陽縣土壤情況及主要栽種作物的實(shí)際情況，確定土壤pH 在隸屬度函數(shù)曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值為：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5。

如果作物的效應(yīng)隨著土壤養(yǎng)分因子值的增加先增加后穩(wěn)定在一定水平上，呈現(xiàn)為“S”形曲線（如土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量等），相應(yīng)的隸屬度函數(shù)見公式（2）。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究報(bào)告[13-16]和本次樣品的測得數(shù)據(jù)，確定各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值（見表2）。

表2 S型隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值

2）采用相關(guān)系數(shù)法計(jì)算各養(yǎng)分因子對土壤肥力的貢獻(xiàn)水平確定各養(yǎng)分因子的權(quán)重系數(shù)（Wi）。相關(guān)系數(shù)法首先計(jì)算各單項(xiàng)養(yǎng)分因子間的相關(guān)系數(shù)，再求得各單項(xiàng)養(yǎng)分因子與其他養(yǎng)分因子間相關(guān)系數(shù)的平均值，該平均值占所有養(yǎng)分因子相關(guān)系數(shù)平均值總和的比，作為該單項(xiàng)養(yǎng)分因子的權(quán)重系數(shù)。

3）加權(quán)求出土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)INI（intergraded nutrient index），計(jì)算公式如（3）。根據(jù)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)對土壤肥力進(jìn)行綜合評判。

（3）式中WNi、μN(yùn)i分別為相關(guān)系數(shù)法確定的第i種養(yǎng)分因子的權(quán)重系數(shù)、隸屬度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的含量水平

土壤各養(yǎng)分因子含量水平如表3 所示。酸性土壤（pH 值在5.0～6.5）比例最高（53.7%），其次為強(qiáng)酸性土壤（pH 值＜5.0，占比20.6%）和中性土壤（pH值在6.5～7.5，20.6%），堿性土壤（pH 值在7.5～8.5）比例最?。?.1%）。強(qiáng)酸性土壤對作物生長不利，需要進(jìn)行改良。有機(jī)質(zhì)含量中等，主要在1%～4%范圍內(nèi)，變異系數(shù)較小，分布相對均勻。全氮含量中上等，主要分布在1～2 g·kg-1區(qū)間內(nèi)。全磷含量中等，均值為0.77 g·kg-1。全鉀處于中上水平，均值為18.0 g·kg-1。土壤有效氮、速效鉀和有效磷豐富，但有效磷變異性較大。有效鐵、有效錳、有效銅的含量也較為豐富，但變異性均較大，其中絕大部分土壤的有效錳含量達(dá)到極豐富水平。

表3 酉陽縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2 各養(yǎng)分指標(biāo)對土壤肥力的貢獻(xiàn)水平

運(yùn)用SPSS軟件的相關(guān)性分析獲得各單項(xiàng)養(yǎng)分因子間的相關(guān)系數(shù)（見表4），通過計(jì)算獲得某一養(yǎng)分因子與其他養(yǎng)分因子間相關(guān)系數(shù)的平均值，以該平均值占所有養(yǎng)分因子相關(guān)系數(shù)平均值總和的比值作為該單項(xiàng)養(yǎng)分因子的權(quán)重系數(shù)（見表5）。由表4 可知，相關(guān)系數(shù)在0.4 以上的包括：pH 值與有效錳呈顯著負(fù)相關(guān)，其原因可能源于土壤酸化對金屬離子的活化作用[17]；有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮三者之間呈顯著正相關(guān)，這是由于土壤氮素主要以有機(jī)態(tài)氮形態(tài)存在，堿解氮除銨態(tài)氮外，還含有大量的易水解有機(jī)態(tài)氮，所以三者相關(guān)性顯著；總磷和有效磷呈顯著正相關(guān)，土壤有效磷是指土壤中能被植物直接吸收利用的正磷酸鹽，對于耕地土壤，一般土壤的全磷含量越高，有效磷含量也較高；有效鐵和有效銅呈顯著正相關(guān)。由表5 權(quán)重系數(shù)結(jié)果可知，權(quán)重系數(shù)較高的是有機(jī)質(zhì)、堿解氮，pH值、全鉀的權(quán)重系數(shù)最低，說明有機(jī)質(zhì)和堿解氮對土壤肥力的貢獻(xiàn)水平較高。

表4 酉陽縣耕地土壤各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣

表5 各養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)及與其他指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)絕對值的平均數(shù)

2.3 土壤養(yǎng)分等級綜合評價(jià)

根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算得到pH值和其他各養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值（μN(yùn)i），根據(jù)表5獲得各養(yǎng)分因子的權(quán)重系數(shù)（WNi），最后采用公式（3）計(jì)算得到各土樣的土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)（INI）。土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)INI的總體變幅為0.25～0.93（見圖1），平均值為0.66，變異系數(shù)為21%。一般根據(jù)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)值的大小劃分為高（INI≥0.8）、較高（0.6≤INI＜0.8）、中（0.4≤INI＜0.6）、較低（0.2≤INI＜0.4）和低（INI＜0.2）等5 個(gè)等級。據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，酉陽縣本次采集土壤樣品中，養(yǎng)分等級屬于“中”“較高”和“高”的分別有191、387和116 個(gè)樣品，共占總樣品的96%，其中“較高”及以上的占69%，說明該縣土壤總體肥力水平較高。

圖1 土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)與各養(yǎng)分因子的相關(guān)性

為進(jìn)一步驗(yàn)證土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)INI的準(zhǔn)確性和確定影響土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)INI的核心肥力指標(biāo)，進(jìn)一步將土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)與各養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（見表6、圖1）。分析結(jié)果表明，受拋物線型函數(shù)關(guān)系的影響，INI與pH 值間的相關(guān)性未達(dá)到顯著性水平。但I(xiàn)NI與其他肥力指標(biāo)間的相關(guān)性均達(dá)到顯著性水平。堿解氮、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀、有效銅、有效鐵和全鉀與INI呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性依次減弱；而有效錳與INI呈顯著負(fù)相關(guān)，其原因在于供試樣品大部分錳含量豐富，隸屬度值（μN(yùn)i）為1，有效錳含量已不是影響INI的關(guān)鍵因素。氮是植物必需的大量元素之一，也是化肥投入量最大的養(yǎng)分元素，是決定土壤肥力水平和影響作物生長的最關(guān)鍵元素。土壤有機(jī)質(zhì)可促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，維持土壤良好結(jié)構(gòu)和促進(jìn)土壤微生物活性，是土壤物理肥力和生物肥力水平的決定性因素；有機(jī)質(zhì)礦化后還能釋放出養(yǎng)分元素，對土壤化學(xué)肥力有一定程度影響。由于本文得到的土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)與有機(jī)質(zhì)和氮素含量關(guān)系最為密切，因此提升土壤有效氮和有機(jī)質(zhì)含量對提升土壤養(yǎng)分等級至關(guān)重要。

表6 土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)與各養(yǎng)分因子的相關(guān)系數(shù)

本次取樣共涉及27個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，比較土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)均值（見表7）可知，毛壩的土壤養(yǎng)分屬于“高”等級，蒼嶺、大溪、兩罾、后坪、偏柏、龔灘、李溪、宜居、丁市、楠木、黑水、天館、板橋、麻旺、興隆、五福、涂市、泔溪、雙泉、官清和腴地21個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤養(yǎng)分屬于“較高”等級，板溪、可大、廟溪、酉酬和浪坪5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤養(yǎng)分屬于“中”等級。

表7 酉陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)

3 結(jié)論

酉陽縣土壤整體肥力較高，但酸化土壤占比較高，除自然因素外，應(yīng)在施用氮肥種類、種植作物種類、施用有機(jī)肥、水分管理等方面因地制宜制定合理的改良措施。土壤有機(jī)質(zhì)對該地區(qū)的肥力貢獻(xiàn)水平最高，且有機(jī)質(zhì)提升空間較大，應(yīng)結(jié)合化肥減量配施有機(jī)肥，使土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)一步提高。氮磷鉀的有效態(tài)均對植物生長有重要影響，且也是該地區(qū)土壤肥料的重要影響因素，而施用緩效復(fù)合肥有利于作物吸收養(yǎng)分的平衡。錳是植物必需的微量元素之一，但是過量的錳會對植物造成毒害作用，鑒于有效錳的增加與肥力的負(fù)相關(guān)性，下一步應(yīng)進(jìn)一步分析土壤中的錳形態(tài)和氧化還原狀況，為抑制有效錳含量的上升提供對策。