滇西南勐永蔗區(qū)土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)

方

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開遠(yuǎn)661600）

滇西南勐永蔗區(qū)土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)

方志存，劉少春*，高欣欣，刀靜梅

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開遠(yuǎn)661600）

以滇西南勐永蔗區(qū)185份土壤樣本為研究對(duì)象，采用主成分分析法、隸屬度函數(shù)和模糊數(shù)學(xué)法，對(duì)蔗區(qū)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：（1）勐永蔗區(qū)土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀、有效磷含量適宜，全氮含量偏高，全磷、堿解氮含量偏低；（2）pH和有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀含量的空間變異較小，有效磷含量的空間變異較大；（3）勐永蔗區(qū)土壤肥力平均綜合指標(biāo)值0.53，中等水平及以上的占92.3%，說明該蔗區(qū)土壤肥力狀況總體良好。

土壤肥力；綜合評(píng)價(jià)；勐永蔗區(qū)

土壤是人類生存的重要資源，土壤肥力是其各方面特性的綜合反映［1］。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的核心部分，是反應(yīng)土壤生產(chǎn)力的綜合指標(biāo)，且影響著植物群落生物量的多少和物種的多樣性［2～4］。正確評(píng)價(jià)土壤肥力可為合理規(guī)劃、開發(fā)土壤資源、進(jìn)行科學(xué)施肥、合理種植及提高水土資源利用率提供科學(xué)依據(jù)［5］。近年來，相關(guān)學(xué)者對(duì)土壤肥力的有關(guān)研究已取得了較多成果，對(duì)土壤肥力的評(píng)價(jià)更加趨于定量化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而揭示土壤的實(shí)質(zhì)［6～8］。土壤肥力評(píng)價(jià)隨著數(shù)值化評(píng)價(jià)方法的提出和應(yīng)用，以及模糊數(shù)學(xué)方法和多元統(tǒng)計(jì)分析方法等方法的滲透及廣泛應(yīng)用，土壤灰色肥力評(píng)價(jià)研究向定量化和多指標(biāo)化方向發(fā)展［9］。目前，土壤肥力綜合評(píng)價(jià)的方法有Fuzzy綜合評(píng)判法、聚類分析法、主成分分析法、關(guān)聯(lián)度法及地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法等［10～16］。有關(guān)甘蔗土壤肥力的研究很少。本文主要探討勐永蔗區(qū)土壤肥力狀況，旨在了解耕地肥力質(zhì)量的現(xiàn)狀，為提高蔗區(qū)土壤的生產(chǎn)力提供參考。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)榈嵛髂羡掠勒釁^(qū)，地理位置為23° 57′N、98°46′E，總面積41 176 hm2。地勢(shì)東高北低，有較好的氣候條件，屬亞熱帶氣候類型，雨熱同期，干涼同季，終年無霜。

1.2土樣采集

采樣點(diǎn)的位置、數(shù)量綜合考慮當(dāng)?shù)氐匦?、土質(zhì)、植被類型等因素來確定。對(duì)勐永蔗區(qū)91個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行調(diào)查、采樣。土壤樣品利用全園土鉆垂直采集，按照對(duì)角線取樣法采集0～30 cm種植區(qū)的表層土。將每個(gè)小蔗區(qū)5個(gè)點(diǎn)的土壤混合為一個(gè)土壤樣品，每個(gè)土樣采集1 kg土壤。樣品經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過篩后，留取100 g左右，編號(hào)以備分析。

1.3土壤樣本測(cè)定方法

土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干、研磨和過篩處理（分析堿解氮、有效磷、速效鉀、pH的樣品過2 mm篩，分析有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀和全磷的樣品過0.149 mm篩）。測(cè)定方法如下：堿解氮、有效磷、速效鉀的測(cè)定分別用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol/L NaHCO3提取分光光度法、1 mol/L NH4OAc提取原子吸收法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮、磷、鉀分別用凱氏定氮蒸餾法、氫氧化鈉熔融比色法、氫氧化鈉熔融原子吸收法測(cè)定，pH用1∶2.5土水比的懸濁液法測(cè)定。

1.4土壤肥力指標(biāo)分級(jí)

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)（表1）［17］。

表1 主要土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab le 1 G rading standard of main soil nutrients

1.5數(shù)據(jù)處理

采用主成分分析方法確定各土壤肥力指標(biāo)權(quán)重，采用隸屬度函數(shù)評(píng)價(jià)各指標(biāo)肥力狀況，利用各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和隸屬度值，加權(quán)求和計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)。試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理后，利用SPSS18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)分析以及主成分分析。

1.6評(píng)價(jià)方法

我國領(lǐng)土遼闊，自然條件復(fù)雜多樣，土壤肥力質(zhì)量高低差異較大，給出一個(gè)統(tǒng)一的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較困難［18］。結(jié)合甘蔗土壤實(shí)際情況，本研究應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法對(duì)土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值化的綜合評(píng)價(jià)。具體做法：

（1）單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)隸屬度的確定。在模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)中，隸屬度可用隸屬度函數(shù)表示。對(duì)土壤中各項(xiàng)肥力指標(biāo)建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，并計(jì)算出隸屬度值，用來表示各肥力指標(biāo)的狀態(tài)值。根據(jù)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)對(duì)作物的效應(yīng)曲線將隸屬度函數(shù)分為兩種類型，即S型（正相關(guān)型）隸屬度函數(shù)和拋物線型隸屬度函數(shù)，并將曲線型函數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的折線型函數(shù)，便于計(jì)算［19～20］。

S型（正相關(guān)型）隸屬度函數(shù)：適用于正相關(guān)型的因子，即該因子指標(biāo)越高，評(píng)價(jià)對(duì)象的質(zhì)量就越好，但是達(dá)到一定臨界點(diǎn)時(shí)，其效用也趨于平衡，如土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀等，其隸屬度函數(shù)表達(dá)式為：

拋物線隸屬度函數(shù)：土壤一些屬性對(duì)土壤質(zhì)量的影響有一個(gè)最適范圍，超出此范圍，隨評(píng)價(jià)指標(biāo)偏離程度的增大會(huì)對(duì)土壤各方面的功能越不利，從而導(dǎo)致土壤質(zhì)量的退化。屬于這種類型的土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)有pH，其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式為：

本文根據(jù)錳永蔗區(qū)土壤肥力特性、甘蔗品種特點(diǎn)以及相關(guān)研究的結(jié)果［21～25］，確定隸屬函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值（表2）。

表2 隸屬函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值Table 2 Values of turning point in membership function

（2）參評(píng)指標(biāo)權(quán)重的確定。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱不一，對(duì)作物的影響也不一致，因此需要根據(jù)各個(gè)要素對(duì)作物作用效果的不同確定其權(quán)重值。目前確定指標(biāo)權(quán)重的方法有很多種，如相關(guān)系數(shù)法、層次分析法、主成分分析法等。本研究采用主成分分析法確定各參評(píng)指標(biāo)權(quán)重，以避免人為主觀性的影響［26］。首先求出各參評(píng)指標(biāo)主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，并求出各指標(biāo)的公因子方差，其大小表示了該評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)土壤肥力總體貢獻(xiàn)，由此求出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。本研究中以累積貢獻(xiàn)率大于85%作為選取主成分的條件，經(jīng)分析前5個(gè)主成分貢獻(xiàn)率達(dá)到90.0%（表3），所以決定用5個(gè)新變量即5個(gè)主成分來代替原來的8個(gè)變量，第一主成分為有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮，第二主成分為全磷、有效磷，第三主成分為全鉀，第四主成分pH，第五主成分為速效鉀。權(quán)重分析結(jié)果見表4。

表4 各項(xiàng)肥力指標(biāo)公因子方差和權(quán)重Table 4 Communalities and weight value ________________of each fertility index

表3 各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues and contributing ratio of principal components

（3）土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)。土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)方法中的綜合肥力指數(shù)（IFI）評(píng)價(jià)模型進(jìn)行，其表達(dá)式為：

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

由于隸屬度取值范圍在區(qū)間［0.1，1.0］，因此，IFI取值也處于［0.1，1.0］，該值越接近于1，表明其土壤肥力越高。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤養(yǎng)分含量描述性統(tǒng)計(jì)分析

勐永蔗區(qū)土壤養(yǎng)分的含量狀況和分布情況見表5和表6。蔗區(qū)土壤60%以上呈酸性。土壤中全氮含量豐富；有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀和有效磷含量處于中上水平；全磷、堿解氮含量處于中等水平。變異系數(shù)可以表征土壤特性的空間變異程度，變異系數(shù)最小的為土壤pH，僅14.47%，屬弱變異強(qiáng)度；最大的為有效磷含量，達(dá)112.17%，變異強(qiáng)度較高，遠(yuǎn)高于其它肥力指標(biāo)；其它肥力指標(biāo)變異系數(shù)處于28.45%～53.52%之間，屬于中等變異強(qiáng)度。

表5 土壤屬性統(tǒng)計(jì)Table5 Descriptive statistics analysis of soil properties

表6 土壤肥力指標(biāo)分布情況（%）Table 6 Distribu tion of the soil fertility indexes（%）

2.2錳永蔗區(qū)土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

土壤綜合肥力指標(biāo)（IFI）是一個(gè)全面反映土壤養(yǎng)分狀況的指標(biāo)值。對(duì)錳永蔗區(qū)185個(gè)土壤樣本的計(jì)算分析可知，該地區(qū)土壤IFI變幅0.15～0.83，平均值0.53±0.14，變異系數(shù)26.04%。185份土樣IFI的頻數(shù)分布情況見圖1。土壤IFI的偏度系數(shù)-0.169，小于零，峰度系數(shù)-0.101，小于零，說明其分布形態(tài)為負(fù)偏斜的平峰。一般按土壤IFI值劃分為高（IFI≥0.8）、較高（0.6≤IFI＜0.8）、中（0.4≤IFI＜0.6）、較低（0.2≤IFI＜0.4）和低（IFI＜0.2）5個(gè)等級(jí)［27～30］。錳永蔗區(qū)所有土壤樣本中土壤適宜性指數(shù)大于0.8的占1.6%，0.6～0.8的占26.7%，0.4～0.6的占64.0%，小于0.2的占1.1%。

圖1 勐永蔗區(qū)土壤肥力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 Integrated evaluation of soil fertility in M engyong sugarcane area

3 結(jié)論與討論

從土壤—植物—環(huán)境整體角度看，土壤肥力是土壤養(yǎng)分針對(duì)特定植物的供應(yīng)能力，以及土壤養(yǎng)分供應(yīng)植物時(shí)對(duì)環(huán)境條件的綜合反應(yīng)［31］。韋劍鋒等研究施氮水平對(duì)甘蔗苗期氮磷鉀吸收與分配的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，甘蔗吸收的氮素15.18%～16.77%來自施用的氮肥，而83.23%～84.84%來自土壤和種莖［32］。因此依據(jù)土壤肥力情況，采取相應(yīng)的措施來提高其肥力是相當(dāng)重要的。

本研究表明，錳永蔗區(qū)土壤全氮含量豐富，有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀和有效磷含量處于中上水平，全磷、堿解氮含量處于中等水平。因此錳永蔗區(qū)應(yīng)該減少氮肥的施用，而加大有機(jī)肥的施用。

本研究在分析云南勐永蔗區(qū)土壤肥力狀況的基礎(chǔ)上，側(cè)重采用綜合評(píng)價(jià)方法估算土壤肥力綜合指標(biāo)值，對(duì)該蔗區(qū)的土壤肥力狀況進(jìn)行了總體評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，云南省勐永蔗區(qū)土壤肥力綜合指標(biāo)值平均為0.53，分別有64.0%和26.7%的土壤處于中等和較高水平，表明蔗區(qū)土壤肥力狀況總體良好。

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Integrated Evaluation of Soil Fertility of Mengyong Sugarcane Area in Southwest Yunnan

FANG Zhi-cun，LIU Shao-chun*，GAO Xin-xin，DAO Jing-m ei
（Sugarcane Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kaiyuan，Yunnan 661600，China）

Integrated evaluation of soil fertility of sugarcane area was carry out with 185 soil samples from Mengyong in southwest Yunnan by principal component analysis，subordinating degree function and fuzzy mathematics.The results showed that（1）The pH and content of organicmatter，total K，rapidly available K and available Pwere appropriate，while total N contentwashigher，and content of total P and available N were lower in Mengyong sugarcane area.（2）The spatial variability of pH，organic matter，total N，total P，total K，available N and rapidly available K was little，while that of available P was greater.（3）Average integrated index of soil fertility in Mengyong sugarcane area was 0.53，in which samp les with imiddle or high level accounted for 92.3%，which showed that the soil fertility situation in Mengyong sugarcane area was good as a whole.

soil fertility；integrated evaluation；Mengyong sugarcane area

S158.3；S566.106

A

1001-5280（2015）01-0021-05 DO I：10.3969/j.issn.1001-5280.2015.01.06

2014 08- 21

方志存（1987-），女，云南屏邊人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事甘蔗栽培與生理研究，Email：810103712@qq.com。*通信作者：劉少春，研究員，Email：ynliushch@163.com。

國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-20-3-4）；云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目；國家科技支撐“循環(huán)農(nóng)業(yè)科技工程”項(xiàng)目（2012BAD14B18-04）。