正寧縣蘋果園土壤肥力綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

張彥山，韓明玉，馬 杰，張有龍，張文偉

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.甘肅省慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽745000）

正寧縣蘋果園土壤肥力綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

張彥山1，2，韓明玉1，馬 杰2，張有龍2，張文偉2

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.甘肅省慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽745000）

應(yīng)用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)模型，對(duì)正寧縣60個(gè)蘋果園土壤進(jìn)行土壤肥力綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，土壤鉀素營(yíng)養(yǎng)充足，有機(jī)質(zhì)、有效Fe和有效Zn是影響土壤肥力水平的限制性因子，施肥時(shí)應(yīng)重視有機(jī)質(zhì)、有效Fe和有效Zn的投入。土壤肥力質(zhì)量指數(shù)為0.5～0.6，土壤質(zhì)量總體處于中等水平。

隸屬度；限制因子；土壤肥力；評(píng)價(jià)；正寧縣

基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的土壤質(zhì)量定量評(píng)價(jià)成為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)［1］，土壤質(zhì)量指數(shù)法是定量化評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的常用方法。我們于2012年選用土壤質(zhì)量指數(shù)法對(duì)正寧縣蘋果園土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在了解研究區(qū)果園土壤肥力的現(xiàn)狀，為研究果園生產(chǎn)力的調(diào)控提供參考。

1 研究區(qū)概況

正寧縣位于黃土高塬溝壑區(qū)，屬大陸性季風(fēng)半濕潤(rùn)氣候，年均溫9℃，氣溫≥35℃為2～5 d。1月中旬均溫-8～-6℃，年最低溫度-19.7～21.6℃?！?0℃年有效積溫3 000～3 300℃，年降水量694.8 mm，果園土壤以黑壚土為主。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)方法

選取樹齡負(fù)載量基本一致的富士系果園60個(gè)左右。每個(gè)地塊按照“S”型走向選取6～8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，采樣深度為30～40 cm。各點(diǎn)土樣充分混合后，用四分法保留1 kg樣品測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定，全氮采用開氏法測(cè)定，速效P采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效K采用1 mol/L乙酸銨浸提-原子吸收法測(cè)定，有效Fe、有效Mn、有效Cu、有效Zn采用原子吸收法測(cè)定，pH采用水土比= 2.5∶1電位法測(cè)定，緩效K采用1 mol/L硝酸浸提-原子吸收法測(cè)定，速效氮采用擴(kuò)散法測(cè)定［2～3］。

2.2 計(jì)算方法

式中t為T分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的值，n為自由度，a為置信水平，S為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，d=樣本平均值×相對(duì)誤差（%）［4］。

式中Nik為第i個(gè)變量在特征值≥1的前k個(gè)主成分上的綜合載荷，uik為第i個(gè)變量在第k個(gè)主成分上的載荷，λk為第k個(gè)主成分的特征值。

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重=單個(gè)公因子方差/（∑單個(gè)公因子方差）

式中x1、x2為這種類型肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)在曲線中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（表1）

表1 隸屬度函數(shù)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值

模糊數(shù)學(xué)中的綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)模型IFI及權(quán)重加權(quán)求和指數(shù)ADD FQI模型數(shù)學(xué)表達(dá)為：

式中：Wi為第i個(gè)因子的權(quán)重；Fi為第i個(gè)因子的隸屬度；n為參評(píng)因子數(shù)［5］。

3 結(jié)果與分析

3.1 采樣數(shù)目的合理性分析

用樣本土壤的肥力特性去估計(jì)正寧縣的土壤肥力狀況，有必要對(duì)采樣數(shù)目進(jìn)行合理性分析。從表2可以看出，除速效P、速效K、有效Zn外，其他指標(biāo)均能夠滿足90%置信水平條件下15%和20%的相對(duì)誤差精度需求，說明用60個(gè)樣點(diǎn)結(jié)果去估計(jì)正寧縣整體的土壤肥力狀況具有可行性。

表2 在90%置信水平下合理取樣數(shù)量分析

3.2 最小數(shù)據(jù)庫(kù)集及權(quán)重的確定

進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)，需從土壤肥力指標(biāo)中篩選出參評(píng)指標(biāo)組成最小數(shù)據(jù)庫(kù)集（MDS）。根據(jù)李桂林等的研究，主成分分析法并結(jié)合Norm值是進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)的常用方法［6］。通過參評(píng)土壤屬性Norm值（表3），結(jié)合符合MDS中穩(wěn)定性、易測(cè)定性、重現(xiàn)性、主導(dǎo)型、精確性、實(shí)用性等原則，所選的11項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)最終進(jìn)入MDS指標(biāo)集的為有效Zn、有效Cu、速效K、有機(jī)質(zhì)和有效Fe。由于果園土壤肥力指標(biāo)內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合黃婷、吳玉紅等的研究［7～8］，通過公因子方差占公因子方差總和的百分?jǐn)?shù)，將權(quán)重值轉(zhuǎn)換為0～1的數(shù)值（表4）。

表3 土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)載荷及Norm值

表4 MDS集各因子方差及因子權(quán)重

3.3 土壤肥力單因素評(píng)價(jià)

由于養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量的影響處在動(dòng)態(tài)變化中，因此，對(duì)土壤肥力單因素評(píng)價(jià)宜采用模糊評(píng)價(jià)方法。通過建立土壤肥力因子與土壤生產(chǎn)力效應(yīng)之間的隸屬度函數(shù)，可反映各指標(biāo)在土壤中的優(yōu)劣狀況，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)在量綱上的統(tǒng)一，使評(píng)價(jià)指標(biāo)間更客觀、具體，易于相互之間的比較。利用隸屬度函數(shù)計(jì)算得到各指標(biāo)隸屬度函數(shù)值，用各指標(biāo)的平均隸屬度值制成雷達(dá)圖來反映各指標(biāo)的狀態(tài)及研究區(qū)肥力質(zhì)量的整體狀況（圖1）。雷達(dá)圖上每個(gè)坐標(biāo)軸上的點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，表明該指標(biāo)屬性越好，相反，離坐標(biāo)原點(diǎn)越近，表明該指標(biāo)屬性狀態(tài)越差。可見，有效Zn隸屬函數(shù)值最小，為0.28；有效Fe和有機(jī)質(zhì)次之，表明有效Zn、有效Fe和有機(jī)質(zhì)是影響土壤肥力水平的限制性因子；有效銅隸屬度值為0.63，速效鉀隸屬度值為0.59，這兩項(xiàng)指標(biāo)均處在較理想的狀態(tài)。

3.4 土壤肥力指數(shù)評(píng)價(jià)

土壤質(zhì)量指數(shù)法是將評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)化成0～1的數(shù)值，使評(píng)價(jià)結(jié)果更直觀，更易于比較，土壤質(zhì)量指數(shù)越高代表土壤質(zhì)量越好。從圖2可以看出，F(xiàn)QI函數(shù)圖像位于IFI函數(shù)圖像之上，這表明FQI評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于IFI結(jié)果。同時(shí)觀察到，IFI值主要分布在Y=0.5的軸線上下，F(xiàn)QI值主要分布在Y=0.6的軸線上下。

圖1 土壤肥力各指標(biāo)隸屬度值雷達(dá)圖

圖2 土壤肥力FQI和IFI指數(shù)散點(diǎn)圖

4 小結(jié)

1）評(píng)價(jià)結(jié)果表明，參評(píng)的13項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)能夠基本滿足90%置信水平15%和20%的相對(duì)誤差取樣數(shù)的需求，表明用60個(gè)樣本數(shù)去估計(jì)研究區(qū)土壤肥力狀況具有合理性。研究區(qū)土壤鉀素營(yíng)養(yǎng)充足，有機(jī)質(zhì)、有效Fe和有效Zn是影響土壤肥力水平的限制性因子，施肥時(shí)應(yīng)重視有機(jī)質(zhì)、有效Fe和有效Zn的投入。

2）土壤肥力綜合模型充分考慮了評(píng)價(jià)因素指標(biāo)值，評(píng)價(jià)因素權(quán)重和評(píng)價(jià)因素之間交互作用對(duì)土壤肥力質(zhì)量的共同作用，與加權(quán)指數(shù)模型相比能夠綜合反映土壤肥力質(zhì)量的狀況。土壤肥力綜合模型評(píng)價(jià)結(jié)果表明，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)為0.5～0.6，說明正寧縣蘋果園土壤質(zhì)量總體處于中等水平。

［1］ 廖桂堂，李廷軒，王永東，等.2007.基于GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)的低山茶園土壤肥力質(zhì)量評(píng)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，27 （5）：1 978-1 986.

［2］ 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［3］ 張保田.天水市麥積區(qū)耕地土壤養(yǎng)分狀況評(píng)價(jià)［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2014（3）：10-13.

［4］ 王 珂，沈掌泉，John SB，等.精確農(nóng)業(yè)田間土壤空間變異與采樣方式研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，17 （2）：33-36.

［6］ 王建國(guó)，楊林章，單艷紅.模糊數(shù)學(xué)在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2001，38（2）：176-183.

［5］ 李桂林，陳 杰，孫志英，等.基于土壤特征和土地利用變化的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集確定［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（7）：2 715-2 724.

［7］ 黃 婷，岳西杰，葛璽祖，等.基于主成分分析的黃土溝壑區(qū)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（3）：141-147.

［8］ 吳玉紅，田霄鴻，同延安，等.基于主成分分析的土壤肥力綜合指數(shù)評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)雜志2010，29（1）：173-180.

（本文責(zé)編：陳 偉）

Assessment of Soil Fertility Comprehensive Index in Apple Orchard in Zhengning County

ZHANG Yan-shan1，2，Han Ming-yu1，MA Jie2，ZAHANG You-long2，ZHANG Wen-wei2
（1.College of Horticulture，Northwest A&F University，Yangling Shaanxi 712100，China；2.Qingyang Academy of Agricultural Sciences，Qingyang Gansu 745000，China）

Taking 60 apple orchard of Zhengning as a case，the limiting soil fertility factors of apple orchard are evaluated by using comprehensive index evaluation model.The result shows that the organic matter，available Fe and available Zn are the soil fertility factors limiting the level of soil fertility，F(xiàn)ertilization should pay attention to them.The soil fertility quality indices being 0.5～0.6，the total quality of soil at the level of basically well.

Membership degree；Limiting ecological factors；Soil fertility；Assessment；Zhengning county

S661.1

A

1001-1463（2015）02-0006-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.02.003

2014-10-31

慶陽市重大科技專項(xiàng)“慶陽蘋果提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)研究集成與示范推廣”（ZX2014-01）部分內(nèi)容

張彥山（1981—），男，甘肅鎮(zhèn)原人，農(nóng)藝師，主要從事矮化蘋果建園技術(shù)等方面的研究工作。聯(lián)系電話：（0934）8217710。

韓明玉（1962—），男，陜西寶雞人，教授，主要從事果樹遺傳育種與栽培生理等方面的研究工作。E-mail：hanmy@nwsuaf.edu.cn