基于Fuzzy法的木壘縣農業土壤肥力評價

摘要：科學評價農業土壤的肥力，可為種植業結構調整和作物科學施肥提供科學依據。根據木壘縣耕層土壤酸堿度和養分情況，以pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀為土壤肥力指標，采用基于Fuzzy法得到的IFI值評價了木壘縣農業土壤質量。結果表明，木壘縣土壤含有機質14.85 g/kg、堿解氮72.10 mg/kg、有效磷14.94 mg/kg、速效鉀275.07 mg/kg，pH為8.08。總體表現為土壤偏堿性，有機質和堿解氮缺乏，有效磷中等水平，速效鉀極豐富。土壤肥力綜合指數（IFI）平均值為0.541。木壘縣農業土壤肥力英格堡鄉、雀仁鄉為2級，肥力較高、質量良好，其他鄉鎮為3級。綜上，木壘縣的農業土壤總體上屬堿性，有機質、堿解氮、有效磷為農業土壤肥力的限制因子，pH和速效鉀是主要影響因子，建議適量補充氮磷，增施有機肥。

關鍵詞：土壤；Fuzzy法；IFI；肥力質量評價

中圖分類號：S158.5 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）07-0666-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.07.016

Agricultural Soil Fertility Evaluation in Mulei County Based on

Fuzzy Method

LUO Guoan， ABLAITI Shadati

（Mulei County Agricultural Technology Promotion Station， Mulei Xinjiang 831900， China）

Abstract： Scientific evaluation of agricultural soil fertility can provide a scientific basis for the adjustment of planting structure and scientific fertilization of crops. Based on the pH and nutrient status of the cultivated soil in Mulei County， using pH， organic matter， alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus， and available potassium as soil fertility indicators， the fertility comprehensive index（IFI） value obtained based on the Fuzzy method was used to evaluate the agricultural soil quality of Mulei County. The results showed that the soil in Mulei County contained organic matter 14.85 g/kg， alkali-hydrolyzable nitrogen 72.10 mg/kg， available phosphorus 14.94 mg/kg， available potassium 275.07 mg/kg， with a pH of 8.08， indicating an alkaline nature of the soil. Organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen were deficient， available phosphorus was at a medium level， and available potassium was abundant. The average value of the soil IFI was 0.541. The agricultural soil fertility in Mulei County showed that Yinggebao Township and Queren Township were rated as level 2， with higher fertility and good quality， while other townships were rated as level 3. In summary， the agricultural soil in Mulei County is generally alkaline， with organic matter， alkali-hydrolyzable nitrogen， and available phosphorus as limiting factors for soil fertility， and pH and available potassium as the main influencing factors. It is recommended to appropriately supplement nitrogen and phosphorus and increase the application of organic fertilizers.

Key words： Soil; Fuzzy method; IFI; Fertility quality evaluation

木壘縣是農業大縣，又是糧食生產大縣，以旱作農業為主，耕地近6.33萬hm2。2008年后全縣農業快速發展，不少農業技術得到推廣應用，如測土配方施肥、膜下滴灌、種子包衣、無人機飛防、生物防治等，糧食單產穩中有升。土壤養分對農作物的生長發育至關重要，但其受自然因素和人為因素的影響，處于動態變化［1 - 2 ］。 木壘縣干旱缺水，旱地靠自然降水，水地以滴灌方式灌溉，土壤養分流失少，糧食作物1年一收，開展農業土壤養分和耕地肥力評價意義重大。

土壤肥力評價一直倍受學者重視。楊艷生［3 ］提出了Fuzzy法與土壤質量評價結合的預想和理論，孫波等［4 - 5 ］于1995年建立了基于Fuzzy法來評價土壤綜合肥力的公式。之后唐曉平等［6 ］用Fuzzy綜合評判法對四川省南充地區的紫色土土種的肥力進行評價，劃分出紫色土的肥力等級；呂曉男等［7 ］用Fuzzy綜合評價法對浙江省低丘紅壤的肥力進行了綜合評價，認為其結果準確；梁紅［8 ］用Fuzzy綜合評價方法評價了重慶植煙土壤的綜合肥力。可見Fuzzy法在土壤肥力評價上應用較多［9 - 15 ］。此外，還有評分法、聚類分析法、主成分分析法、特爾斐法、數值綜合評價法等［16 - 25 ］。我們以pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀為因子，用Fuzzy法評價了木壘縣農業土壤肥力和分布特征，以期為木壘縣的種植業結構調整及作物栽培的科學施肥提供依據。

1 研究區概況

木壘縣位于天山北麓，準噶爾盆地東南緣（東經89° 51′～92° 19′，北緯43° 34′～45° 15′），東與巴里坤縣接壤，西與奇臺縣毗鄰，南倚天山，與蒙古交界，南北長198 km，東西寬138 km，總面積22 171 km2。地處阿爾泰構造帶、博格達構造帶和準噶爾地塊交匯處，有明顯的干旱大陸性氣候特征。有山地、山前丘陵、平原戈壁和沙漠等地貌類型，南部博格達山，北部北塔山和大小哈甫提克山，東部蒙羅克山和青居呂山，山勢由西向東降低，中部霍景湟期辛沙漠，南北東三面高、中部低的半壁盆地。多年平均氣溫5～6 ℃，≥10 ℃ 有效積溫2 538.5 ℃，年日照時3 037 h，無霜期145 d，年均降水量294.9 mm，年蒸發量2 207.6 mm，年降雪天數139 d，極端最高氣溫36.9 ℃，極端最低氣溫-31.8 ℃［26 ］。

2 材料與方法

2.1 土樣采集與分析

考慮木壘縣的自然條件和種植制度，選擇以pH、有機質（OM）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）為評價指標。2018 — 2022年，昌吉州農業技術推廣中心在木壘縣共布設了710個點位，在農作物收獲后或播種前采集土壤樣品。樣本選擇以整塊農田為單元，取混合樣，深度為0～30 cm。土樣捏碎后撿除根莖、落葉、塑料、磚塊等侵入物，采用四分法取1～2 kg裝入布袋。采樣方式為蛇形、S形、梅花形布點法。土樣采集后曬干粉碎并過篩備用。用堿解擴散法測定堿解氮，用碳酸氫鈉浸提—分光光度法測定有效磷，用醋酸銨浸提—火焰光度法測定速效鉀，用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定有機質，用酸堿度儀測定法測定pH［27 ］。

2.2 肥力評價

2.2.1 單因子評價 依據第二次全國土壤普查相關文獻，確定木壘縣農業土壤酸堿度和養分分級標準［26 - 29 ］，見表1。

2.2.2 土壤綜合肥力質量評價 指標權重的確定：用相關系數法確定各評價指標的權重Wi ［5 ］。

Wi =■

式中，Ri均為評價指標i與其他各指標間相關系數的均值。

隸屬度計算：根據隸屬度函數，計算隸屬度值，表示各指標的狀態［5， 30 ］。

拋物線形隸屬度函數：包括pH、物理性粘粒含量和粉、粘比，函數如下。

f（x）=0.9（x4-x）/（x4-x3）+0.1 x3 ＜ x≤x11.0 x2≤x≤x30.9（x-x1）/（x2-x1）+0.1 x1 ＜ x ＜ x20.1 x4≤x或x≤x1

S型隸屬度函數：屬于本類型的土壤肥力因素包括有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀，函數如下。

f（x）=1.0 x ≥ x20.9（x-x1）/（x2-x1）+0.1 x1 ≤ x ＜ x20.1 x ＜x1

拋物線和S型函數曲線如圖1所示。根據相關資料［27 - 29 ］，確定拋物型曲線和S型曲線中轉折點的取值，見表2。

土壤肥力綜合質量指數［29 ］：

IFI=■NiWi

式中，Wi表示各評價指標的權重，Ni表示各評價指標的隸屬度。IFI為土壤肥力綜合質量指數，取值范圍（0，1］，值越高，土壤質量越好。采用等間距法劃分等級：1級（IFI > 0.8），土壤肥力高、質量好；2級（0.6 < IFI ≤0.8），土壤肥力較高、質量良好；3級（0.4 < IFI ≤0.6），土壤肥力一般、質量中等；4級（0.2 < IFI ≤0.4），土壤肥力較低、質量較差；5級（IFI ≤0.2），土壤肥力低、質量很差。

2.3 數據處理

采用WPS表格制表制圖，運用SAS8.0進行數據分析。

3 結果與分析

3.1 pH和養分變化分析

3.1.1 pH和有機質 從表3可以看出，木壘縣農業土壤的pH為7.10～9.00，均值為8.08。變異系數為3.71%，變異較小。其中博斯坦鄉最高，西吉爾鎮、新戶鎮最低。從頻率分布上看，中性、堿性、強堿性土壤分別占1.83%、90.56%、7.61%。有機質含量為3.80～58.50 g/kg，均值為14.85 g/kg，屬4級水平；變異系數為40.47%，中等程度變異。其中英格堡鄉最高，大南溝烏孜別克族鄉最低。有機質含量集中分布于缺乏水平，中等、缺乏、很缺乏的土壤分別占12.68%、69.86%、14.51%（圖2）。表明木壘縣農業土壤總體呈堿性，各鄉鎮差異小；有機質缺乏，且各鄉鎮有一定差異。

3.1.2 氮、磷、鉀 木壘縣農業土壤的堿解氮含量為5.60～304.40 mg/kg，均值為72.10 mg/kg，屬4級水平。變異系數為49.47%，變異中等。其中英格堡鄉最高，新戶鎮最低。堿解氮含量集中分布于缺乏、很缺乏水平，中等、缺乏、很缺乏的土壤分別占10.99%、42.82%、34.65%。有效磷含量為2.50～167.00 mg/kg，均值為14.94 mg/kg，屬3級中等水平；變異系數為87.15%，變異較大。其中雀仁鄉最高，博斯坦鄉最低。有效磷含量集中分布于豐富中等缺乏水平，豐富、中等、缺乏的土壤分別占15.21%、40.00%、34.93%。速效鉀含量為100.00～1 880.00 mg/kg，均值為275.07 mg/kg，屬1級極豐富水平，變異系數為49.89%，變異中等。雀仁鄉最高，新戶鎮最低。速效鉀集中分布于極豐富水平，極豐富、豐富的土壤分別占78.31%、17.89%（表3，圖2）。以上結果表明，木壘縣農業土壤堿解氮缺乏，各鄉鎮有一定差異；有效磷中等水平，各鄉鎮差異較大；速效鉀極豐富，各鄉鎮有一定差異。

3.2 土壤肥力綜合質量評價

3.2.1 隸屬度和權重 評價指標隸屬度范圍是［0，1］，其值越高，表明單項肥力越高。速效鉀的隸屬度值為1，pH的隸屬度為0.700，堿解氮的隸屬度為0.480，有機質和有效磷的隸屬度分別為0.348、0.331（圖3）。表明有效磷、有機質、堿解氮含量是木壘縣種植業生產的限制因子。

分析肥力指標間相關性可以看出（表4、表5），pH與有效磷呈負強相關，有效磷與速效鉀呈正強相關；pH與堿解氮、有機質與堿解氮、有機質與有效磷均呈中等程度相關；其他指標間相關性弱。pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀的權重分別為0.18、0.21、0.19、0.25、0.17（表4、表5）。

3.2.2 肥力質量綜合評價 木壘縣農業土壤的IFI為0.43～0.61，平均0.54，屬3級。各鄉鎮的IFI依次為英格堡鄉、雀仁鄉（0.61）>西吉爾鎮（0.59）>新戶鎮、照壁山鄉（0.57）>東城鎮、白楊河鄉（0.54）>大南溝烏孜別克族鄉、大石頭鄉（0.48）>博斯坦鄉（0.43）。英格堡鄉、雀仁鄉屬2級，其他鄉鎮屬3級。從樣點分布看，2級、3級、4級占比達99.58%，分別為26.48%、62.68%、10.42%。總的來看，木壘縣農業土壤綜合肥力中偏高，土壤質量中等偏良好水平，各鄉鎮差異較小（表6、圖4）。

4 討論與結論

pH是農業土壤化學和肥力的重要指標，對土壤環境以及植物生長發育具有重要作用［27， 31 ］。一般認為，pH的增加抑制有效磷含量，有效磷與速效鉀有協同作用。適宜農作物生長的土壤為中性6.5～7.5，過酸過堿均不適宜農作物生長［27］。木壘縣的堿性農業土壤占到98.17%，需采取相應措施防止土壤繼續堿化。木壘縣耕地的有機質含量普遍較低，主要原因是農戶對旱地投入少和氣候影響。堿解氮反映土壤短期供應氮的能力，木壘縣耕地堿解氮含量缺乏原因為旱地每年補充的二胺或尿素過少。全縣僅英格堡鄉、白楊河鄉的耕地堿解氮不缺乏，其他鄉鎮都需要補充氮肥和有機肥。磷肥在土壤中移動性較差，固定率可達70%以上［32 ］。當土壤有效磷含量高于20 mg/kg時，磷補給充足，過量的磷會造成環境污染［33 - 34 ］。全縣耕地有效磷含量集中分布于豐富中等缺乏水平，處于缺乏水平的土壤占34.93%，雀仁鄉最豐富。有效磷含量與pH呈強負相關，這表示pH升高會降低耕地有效磷含量。雀仁鄉有效磷補給充足，應當控制其使用。速效鉀可被植物直接吸收利用。木壘縣耕地的速效鉀含量為1級，屬極豐富水平。

Fuzzy法評價耕地質量，其效果已經得到了很多學者的驗證，是一種科學有效的評價方法。評價結果表明，木壘縣土壤含有機質14.85 g/kg、堿解氮72.10 mg/kg、有效磷14.94 mg/kg、速效鉀275.07 mg/kg，pH為8.08，偏堿性，有機質和堿解氮缺乏，有效磷中等水平，速效鉀極豐富，堿解氮、有機質、有效磷是肥力限制因子。土壤肥力綜合指數（IFI）平均值為0.541。木壘縣農業土壤肥力一般，質量中等，木壘縣農業土壤總體屬3級，其中英格堡鄉、雀仁鄉屬2級土壤肥力較高、質量良好水平，其他各鄉鎮屬于3級。木壘縣土壤肥力的限制因子是有機質、堿解氮、速效磷，速效鉀和pH對肥力的影響大。建議在作物生產中適量補充氮磷肥，增施農家肥。

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收稿日期：2023 - 11 - 15；修訂日期：2024 - 03 - 04

基金項目：昌吉州高層次人才赴晉培養項目；2018 — 2022年測土配方項目。

作者簡介：羅國安（1992 — ），男，安徽宿松人，農藝師，碩士，研究方向為土壤肥料。Email： 1558553656@qq.com。

通信作者：沙達提·阿布來提（1972— ），女（維吾爾族），新疆哈密人，高級農藝師，主要從事土壤肥料、農業技術推廣工作。Email： 2530598872@qq.com。