酉陽縣耕地土壤肥力水平模糊綜合評價

冉文秀，李君保

（酉陽縣農業農村委員會，重慶酉陽 409800）

土壤生產力主要由肥力來表征，受區域土壤理化性質、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分狀況及土壤在供給植物時所處的特定環境條件[2]。土壤養分特征及水平決定了土壤肥力的高低。除了土壤養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。因此對土壤養分含量綜合評價具有重要意義[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，產出率低。因此，對該地區土壤養分進行全面評價，對促進該地山地特色農業發展尤其是提升油茶、青花椒等特色農產品產能，加快農業現代化進程意義重大。雖然有些文獻已對重慶市不同利用類型土壤養分進行了綜合評價[8-9]，但是對酉陽縣土壤養分評價的資料目前還較缺乏。常見的土壤肥力評價方法包括田間描述評價、指數法評價模型、環境指數評價模型、模糊綜合評價模型、地統計學評價、系統評價方法、動力學評價、決策樹法等[10]。而模糊綜合評價模型在從土壤養分狀況角度進行土壤肥力評價應用的最多[11]。該模型對隸屬函數和權重系數進行了定量化建立，且綜合利用了各種養分元素，更適合表征土壤的真實肥力。本研究基于服務農業生產實際的初衷，在酉陽縣主要農用地（耕地和少量園地）進行采樣分析，并借助模糊綜合評價法對土壤肥力水平進行評價，以期為酉陽縣的土壤養分營養診斷與管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

酉陽縣位于長江上游地區、重慶東南部，地處東經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、湖北省咸豐縣、來鳳縣相連。總面積5 173 km2，東西寬98.3 km，南北長119.7 km。酉陽縣屬武陵山區，地勢中部高，東西兩側低。屬亞熱帶濕潤季風氣候區，全年雨量充沛，冬暖夏涼。年平均日照時間為1 131 h，年平均氣溫由海拔280 m 的沿河地區17 ℃遞減到中山區的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

基于酉陽縣農業農村委組織的“測土配方施肥補充采樣”工作，2020—2021 年分別于酉陽縣的板橋鄉、板溪鎮、蒼嶺鎮、大溪鎮、丁市鎮、泔溪鎮、龔灘鎮、官清鄉、黑水鎮、后坪壩鄉、可大鄉、浪坪鄉、李溪鎮、兩罾鄉、麻旺鎮、毛壩鄉、廟溪鄉、楠木鄉、偏柏鄉、雙泉鄉、天館鄉、涂市鄉、五福鄉、興隆鎮、宜居鄉、酉酬鎮、腴地鄉共27 個鄉鎮進行土樣采集，共采集土壤樣品724 個，采樣地塊的土地利用方式主要為耕地（含少量園地）。各鄉鎮所采集的樣品數量列于表1。各樣品采用梅花形布點法（不少于5 點）采集耕層（約20 cm）樣品，四分法保留約2 kg 土樣，風干后揀去雜物并磨碎過2.00 mm、1.00 mm、0.25 mm 尼龍篩備用。采用常規方法測定了土壤pH、有機質、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），土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，土樣有效氮采用堿解擴散法測定，土壤有效磷采用pH 8.5 NaHCO3提取-磷鉬藍比色法測定；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 酉陽縣各鄉鎮土樣采集數量 單位：個

1.3 數據統計與分析

利用Microsoft Excel、SPSS 17.0 對試驗數據進行統計分析。采用模糊綜合評價模型對土壤樣品進行綜合肥力評價。

1）根據各養分因子的含量水平計算隸屬度值（Ni）。根據土壤養分因子對作物產量和品質間的相互關系建立相應的隸屬度函數，再將隸屬度函數簡化為相應的折線型函數來計算其隸屬度值。如果作物的效應與養分值的關系呈現為拋物線型曲線（如土壤pH），其隸屬函數見公式（1）。

根據酉陽縣土壤情況及主要栽種作物的實際情況，確定土壤pH 在隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值為：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5。

如果作物的效應隨著土壤養分因子值的增加先增加后穩定在一定水平上，呈現為“S”形曲線（如土壤有機質、氮、磷、鉀含量等），相應的隸屬度函數見公式（2）。

根據相關文獻的研究報告[13-16]和本次樣品的測得數據，確定各指標的隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值（見表2）。

表2 S型隸屬度函數曲線轉折點的取值

2）采用相關系數法計算各養分因子對土壤肥力的貢獻水平確定各養分因子的權重系數（Wi）。相關系數法首先計算各單項養分因子間的相關系數，再求得各單項養分因子與其他養分因子間相關系數的平均值，該平均值占所有養分因子相關系數平均值總和的比，作為該單項養分因子的權重系數。

3）加權求出土壤養分綜合指數INI（intergraded nutrient index），計算公式如（3）。根據土壤養分綜合指數對土壤肥力進行綜合評判。

（3）式中WNi、μNi分別為相關系數法確定的第i種養分因子的權重系數、隸屬度。

2 結果與分析

2.1 土壤養分指標的含量水平

土壤各養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）比例最小（5.1%）。強酸性土壤對作物生長不利，需要進行改良。有機質含量中等，主要在1%～4%范圍內，變異系數較小，分布相對均勻。全氮含量中上等，主要分布在1～2 g·kg-1區間內。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到極豐富水平。

表3 酉陽縣土壤養分指標測定結果統計

2.2 各養分指標對土壤肥力的貢獻水平

運用SPSS軟件的相關性分析獲得各單項養分因子間的相關系數（見表4），通過計算獲得某一養分因子與其他養分因子間相關系數的平均值，以該平均值占所有養分因子相關系數平均值總和的比值作為該單項養分因子的權重系數（見表5）。由表4 可知，相關系數在0.4 以上的包括：pH 值與有效錳呈顯著負相關，其原因可能源于土壤酸化對金屬離子的活化作用[17]；有機質、全氮和堿解氮三者之間呈顯著正相關，這是由于土壤氮素主要以有機態氮形態存在，堿解氮除銨態氮外，還含有大量的易水解有機態氮，所以三者相關性顯著；總磷和有效磷呈顯著正相關，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。由表5 權重系數結果可知，權重系數較高的是有機質、堿解氮，pH值、全鉀的權重系數最低，說明有機質和堿解氮對土壤肥力的貢獻水平較高。

表4 酉陽縣耕地土壤各指標間的相關系數矩陣

表5 各養分指標的權重系數及與其他指標間相關系數絕對值的平均數

2.3 土壤養分等級綜合評價

根據公式（1）和公式（2）計算得到pH值和其他各養分指標的隸屬度值（μNi），根據表5獲得各養分因子的權重系數（WNi），最后采用公式（3）計算得到各土樣的土壤養分綜合指數（INI）。土壤養分綜合指數INI的總體變幅為0.25～0.93（見圖1），平均值為0.66，變異系數為21%。一般根據土壤養分綜合指數值的大小劃分為高（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 個等級。據分析統計，酉陽縣本次采集土壤樣品中，養分等級屬于“中”“較高”和“高”的分別有191、387和116 個樣品，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 土壤養分綜合指數與各養分因子的相關性

為進一步驗證土壤養分綜合指數INI的準確性和確定影響土壤養分綜合指數INI的核心肥力指標，進一步將土壤養分綜合指數與各養分指標進行相關性分析（見表6、圖1）。分析結果表明，受拋物線型函數關系的影響，INI與pH 值間的相關性未達到顯著性水平。但INI與其他肥力指標間的相關性均達到顯著性水平。堿解氮、有機質、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，相關性依次減弱；而有效錳與INI呈顯著負相關，其原因在于供試樣品大部分錳含量豐富，隸屬度值（μNi）為1，有效錳含量已不是影響INI的關鍵因素。氮是植物必需的大量元素之一，也是化肥投入量最大的養分元素，是決定土壤肥力水平和影響作物生長的最關鍵元素。土壤有機質可促進土壤團聚體形成，維持土壤良好結構和促進土壤微生物活性，是土壤物理肥力和生物肥力水平的決定性因素；有機質礦化后還能釋放出養分元素，對土壤化學肥力有一定程度影響。由于本文得到的土壤養分綜合指數與有機質和氮素含量關系最為密切，因此提升土壤有效氮和有機質含量對提升土壤養分等級至關重要。

表6 土壤養分綜合指數與各養分因子的相關系數

本次取樣共涉及27個鄉鎮，比較土壤養分綜合指數均值（見表7）可知，毛壩的土壤養分屬于“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個鄉鎮的土壤養分屬于“較高”等級，板溪、可大、廟溪、酉酬和浪坪5個鄉鎮的土壤養分屬于“中”等級。

表7 酉陽縣各鄉鎮土壤養分綜合指數

3 結論

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，應在施用氮肥種類、種植作物種類、施用有機肥、水分管理等方面因地制宜制定合理的改良措施。土壤有機質對該地區的肥力貢獻水平最高，且有機質提升空間較大，應結合化肥減量配施有機肥，使土壤有機質含量進一步提高。氮磷鉀的有效態均對植物生長有重要影響，且也是該地區土壤肥料的重要影響因素，而施用緩效復合肥有利于作物吸收養分的平衡。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相關性，下一步應進一步分析土壤中的錳形態和氧化還原狀況，為抑制有效錳含量的上升提供對策。