庫爾勒市香梨園土壤肥力評價

劉 茂 ，王雪梅 ，陳波浪 ，柴仲平，丁 闊 ，王 成

（1.新疆農業(yè)大學 草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054）

庫爾勒市香梨園土壤肥力評價

劉 茂1，王雪梅2，陳波浪1，柴仲平1，丁 闊1，王 成1

（1.新疆農業(yè)大學 草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054）

為了掌握庫爾勒市香梨園土壤肥力的基本情況，從而為香梨施肥與生產提供科學指導，應用GIS技術和模糊綜合評價法，從庫爾勒全市中選取100個香梨園，對其土壤肥力情況進行了調查與評價。結果表明：庫爾勒市香梨園土壤肥力水平普遍較低，土壤肥力水平主要分布在3級和4級，這兩個肥力等級的香梨園面積占所調查的香梨園總面積的81.89%；香梨園土壤肥力的主要障礙因素是有機質、全氮和堿解氮，其含量均處于相對較低水平，并伴有輕度鹽化作用。文中的評價結果，可用以指導香梨的優(yōu)化平衡施肥，提高庫爾勒香梨園土壤生產力。

香梨園；土壤肥力；模糊綜合評價法；庫爾勒市

土壤肥力是水、肥、氣、熱狀況在土壤中的綜合表現，是農業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要基礎，是評價土壤質量的重要指標之一[1-2]。國內外有很多關于土壤肥力質量評價方法的論述，國外學者主要運用土壤質量動力學方法、土壤質量綜合評分法、多變量指標克立格法等方法進行評價[3-5]，而國內的大多數專家學者則運用因子分析法、主成分分析法、聚類分析法等統計方法來綜合評價土壤肥力水平[6-10]。近年來，GIS技術逐漸應用到土地質量評價中[11-14]，運用GIS和相關統計技術建立多指標評價體系，對土壤肥力進行綜合評價和快速信息查詢、地圖和圖表輸出等，不僅加快了評價的速度，也保證了評價結果的準確性和精確性，對于土壤質量評價研究和土壤資源可持續(xù)利用均有重要意義。

庫爾勒香梨是新疆特色林果業(yè)的優(yōu)勢樹種，已成為南疆環(huán)塔里木盆地區(qū)域特色林果的優(yōu)勢產業(yè)[15-17]。目前，在新疆南部庫爾勒市香梨果園中存在土壤肥力主控因素不明、施肥不合理，導致香梨樹體營養(yǎng)嚴重失調、產量不穩(wěn)定、果品品質下降等突出問題。針對這些問題，運用GIS技術和模糊綜合評價法，對庫爾勒市香梨園土壤肥力情況進行了調查與評價，分析了庫爾勒香梨園土壤養(yǎng)分的豐缺狀況，明確了土壤肥力的障礙因素，以期為香梨園的科學施肥、調節(jié)樹體的營養(yǎng)平衡、提高香梨產量、改善果品品質而提供理論依據。

1 研究區(qū)概況

庫爾勒全市總面積7 116.9 km2，海拔918.7 m，地處天山南麓，塔里木盆地東北邊緣，孔雀河沖洪積平原上。屬典型的溫暖帶大陸性干旱荒漠氣候，年平均氣溫10.7～11.2 ℃，主導風向為東北風，年平均積溫（≥10 ℃）在4 200 ℃以上，無霜期170～227 d，年日照時數2 762.1～3 186.3 h，年平均相對濕度45.0%～50.3%，干燥度39.6～63.3。根據庫爾勒市2010年的統計資料，全市香梨園的核定面積為45 135.04 hm2，果園土壤類型主要為灌淤土和潮土類。

2 材料與方法

2.1 樣點布設與采樣

樣點布設是土壤肥力調查與評價工作的重要環(huán)節(jié)之一，正確的樣點布設能夠確保獲取信息的典型性和代表性，可以提高土壤肥力調查與評價的準確性和可靠性。本研究根據果園土壤肥力調查與評價工作的需要，收集整理了庫爾勒市2010年土地利用現狀圖（1︰10 000）、行政區(qū)劃圖（1︰10 000）和果園用地地塊圖（1︰10 000）等基礎圖件及庫爾勒市自然和經濟的相關數據（2010年庫爾勒市統計年鑒），在庫爾勒市行政轄區(qū)香梨種植區(qū)域內大致等間距選取100個香梨園，于2012年9月初，利用GPS定位技術，組織人員在所選庫爾勒市香梨園內采集土壤樣品，在香梨樹冠幅內進行土鉆取樣，土壤樣品采用固定深度法分層（0～10、10～30、30～60 cm共3層）獲取，每個果園采集5～7個樣點的土樣，并將其分層混合，經過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備測定分析之用。

2.2 評價指標的選取與測定

評價指標的選取是保證評價準確和精確的關鍵環(huán)節(jié)。由于庫爾勒市梨園范圍內光、熱、水、土條件差異不大，根據該地區(qū)土壤特點和香梨樹的生理特征，遵循重要性、易獲取性、差異性、穩(wěn)定性等原則，咨詢有關專家，運用特爾斐法選擇評價原則，確定以土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值、鹽分和有效鋅作為評價指標。各評價指標均采用常規(guī)分析方法進行測定[18]，土壤有機質的測定采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮的測定采用堿解擴散法，有效磷的測定采用鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用火焰光度法，采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量，采用玻璃電極法測定土壤pH值，采用火焰原子吸收光譜法測定有效鋅含量。根據測定結果，參照表1的土壤養(yǎng)分分級標準，對庫爾勒市香梨園土壤肥力狀況進行分析與評價。

表1 土壤養(yǎng)分分級標準Table 1 Classification standards of soil nutrient status

2.3 評價指標隸屬函數與權重的確定

土壤肥力評價就是對土壤肥力高低的評判和鑒定，評價指標對土壤肥力的影響較為模糊，根據評價指標與土壤肥力的關系以及各個評價指標與作物產量的作用曲線，實際上是評價指標與作物生長效應曲線之關系的數學表達式，可以將肥力評價指標標準化轉變成范圍為0.1～1.0的無量綱值，其值的大小反映了其隸屬程度，最大值1.0表示土壤肥力最為良好的狀態(tài)，對香梨樹的生長提供了合適的條件，最小值0.1表示土壤肥力的嚴重缺乏或各肥力因子間不協調。各評價指標的隸屬度函數類型及閾值見表2。

表2 各評價指標的隸屬度函數類型及閾值Table 2 Membership function type and threshold of each evaluation index

由于各養(yǎng)分評價指標對香梨的影響不同，并且各指標的量綱不一，需要根據各個指標對香梨作用效果的不同來確定其權重。本研究采用相關系數法確定各指標的權重，首先求得單項肥力指標間的相關系數（見表3），構建相關系數矩陣，然后根據相關系數矩陣求得某項肥力指標與其他指標間相關系數的平均值，以該平均值與所有指標相關系數平均值總和之比作為該項指標的權重（詳見表4）。

表3 單項指標間的相關系數Table 3 Correlation coefficients between the indexes

表4 各評價指標的權重Table 4 Weights of the evaluation Indexes

2.4 綜合評價值的計算

利用 ArcGIS9.0、SupMap2003和 MapGIS6.5等GIS軟件，采用北京54坐標系統和高斯-克里格投影完成地圖矢量化、圖形疊加，屬性提取、評價單元賦值空間數據處理工作。采用Excel和Access作為數據庫、以SPSS10.0作為屬性數據統計分析工具，采用模糊綜合評價法對供試土樣進行肥力評價。模糊綜合評價法即 Fuzzy 綜合評判法，主要是根據模糊數學中的加乘法原則在相互交叉的同類指標間合成，提供反映土壤肥力狀況的綜合指標 IFI（Integrated Fertility Index），其計算公式如下：

式中：Wi表示第i個土壤肥力指標的權重值，Qi表示第i個土壤肥力指標的隸屬度。土壤肥力綜合狀況指標 IFI 值越高，代表土壤肥力水平越高，土壤質量越好。

3 結果與分析

3.1 香梨園土壤有機質與全氮的肥力等級分布特征

庫爾勒市香梨園土壤有機質與全氮的肥力等級分布特征見表5。庫爾勒市香梨園土壤有機質平均含量12.66 g/kg，變化幅度在6.16～18.25 g/kg之間。根據表1的分級標準，庫爾勒市香梨園土壤有機質含量主要分布在4級肥力等級內，其占香梨園總面積（指所調查的100個香梨園的總面積，下文同）的79.10%，其余全部集中在5級肥力等級內，占香梨園總面積的20.90%。庫爾勒市香梨園土壤有機質平均含量略高于庫爾勒市耕地土壤有機質平均含量11.63 g/kg[19]。庫爾勒香梨園土壤有機質含量屬于中等偏下水平。

表5 庫爾勒市香梨園土壤有機質與全氮的肥力等級分布特征Table 5 Distribution characteristics of fertility grades of soil organic matter and total N of fragrant pear orchards in Korla City

庫爾勒市香梨園土壤中全氮含量的平均值為0.60 g/kg，其變化幅度在0.18～0.96 g/kg之間。庫爾勒市香梨園土壤全氮含量水平在4、5和6級肥力等級內均有分布，其中5級香梨園分布面積相對較大，占香梨園總面積的48.9%，而4級和6級香梨園分別占29.99%和21.11%，說明庫爾勒市香梨園土壤全氮營養(yǎng)水平普遍較低。

3.2 香梨園土壤各速效養(yǎng)分的肥力等級分布特征

庫爾勒市香梨園土壤各速效養(yǎng)分的肥力等級分布特征見表6。由表6可知，庫爾勒市香梨園土壤中堿解氮的平均含量為56.85 mg/kg，其變化幅度在45.90～67.40 mg/kg之間，高于庫爾勒市耕地土壤中堿解氮的平均含量44.00 mg/kg。庫爾勒市香梨園土壤中堿解氮的含量水平主要分布在5級肥力等級內，其占香梨園總面積的61.50%，其余均分布在4級肥力等級內，其占香梨園總面積的38.5%，說明庫爾勒市香梨園土壤中堿解氮的含量普遍較低。

表6 庫爾勒市香梨園土壤各速效養(yǎng)分的肥力等級分布特征Table 6 Distribution characteristics of fertility grades of soil available nutrients of fragrant pear orchards in Korla City

庫爾勒市香梨園土壤中有效磷的平均含量為10.51 mg/kg，其變化幅度在8.36～13.27 mg/kg之間，低于庫爾勒市耕地中有效磷的平均含量17.70 mg/kg。庫爾勒市香梨園土壤有效磷含量水平主要分布在3級肥力等級內，其占香梨園總面積的73.60%，其余均分布在4級肥力等級內，占香梨園總面積的26.40%，說明庫爾勒市香梨園土壤有效磷含量處于中等偏低水平。

庫爾勒市香梨園土壤中速效鉀的平均含量為166.79 mg/kg，其變化幅度在229.42～113.52 mg/kg之間，略低于庫爾勒市耕地土壤中速效鉀的平均含量171 mg/kg。庫爾勒市香梨園土壤速效鉀的含量水平主要集中在2級肥力等級內，其占香梨園總面積的74.5%，其余分別分布在1、3、4級肥力等級內，各等級香梨園面積分別占香梨園總面積的6.20%、11.50%和7.80%，說明庫爾勒市香梨園土壤中的速效鉀含量豐富。

庫爾勒市香梨園土壤中有效鋅的平均含量為2.35 mg/kg，其變幅在0.85～4.49 mg/kg之間，遠高于庫爾勒市耕地土壤有效鋅的平均含量0.59 mg/kg。根據土壤中有效鋅的分級評價指標，庫爾勒市香梨園土壤含鋅量普遍豐富，香梨園土壤豐鋅面積占香梨園總面積的69.00%，基本不缺鋅的香梨園面積占香梨園總面積的30.80%，缺鋅的香梨園面積僅占香梨園總面積的0.20%。這一結果說明庫爾勒市香梨園土壤有效鋅含量相對豐富。

3.3 香梨園土壤pH值與鹽分的肥力等級分布特征

土壤酸堿度是土壤形成過程中各種養(yǎng)分綜合作用的結果，是土壤多種化學性質的綜合反映，它對于土壤的一系列肥力因素又有著深刻的影響。氮素、磷素、鉀素和有效鋅的有效性較好的pH值范圍分別為5.5～8.5、6.0～8.0、5. 5～10.0和4.5～8.0。另外土壤的pH值高，不僅反映了土壤鹽分含量高，這會直接毒害作物，還因為降低了微量元素的有效性，缺素嚴重而影響作物生長。庫爾勒市香梨園土壤pH平均值為8.7，其變化幅度在8.3～9.1之間，庫爾勒市香梨園土壤pH值多在8.5～9.0之間，基本適宜香梨的種植。

庫爾勒市香梨園土壤鹽分的肥力等級分布特征見表7。由表7可知，庫爾勒市香梨園土壤鹽分含量的平均值為3.20 g/kg，其變化幅度在1.10～6.00 g/kg之間，其變幅主要集中在2.50～6.00 g/kg之間，屬于輕度鹽化土壤，這類香梨園面積占香梨園總面積的72.90%，其余都低于2.50 g/kg，屬于非鹽化土壤。庫爾勒市香梨種植灌水條件相對較好，使得該地區(qū)土壤鹽分含量相對較低，土壤鹽害作用較弱。

表7 庫爾勒市香梨園土壤鹽分的肥力等級分布特征Table 7 Distribution characteristics of fertility grades of soil salinity of fragrant pear orchards in Korla City

3.4 香梨園土壤肥力評價

根據庫爾勒市2010年的統計資料，庫爾勒市的核定香梨園面積為45 135.04 hm2。應用累計頻率曲線法，計算所調查香梨園土壤各肥力等級的實體面積，可將庫爾勒市香梨園分為5個等級（見表8）。土壤肥力等級為1級的香梨園地面積有1 021.41 hm2，占香梨園總面積的2.35%，這一等級香梨園土壤的肥力屬中高水平，土壤養(yǎng)分含量高于其他肥力等級的香梨園，土壤生產性能高，無不良障礙因素；土壤肥力等級為2級的香梨園地面積有5 013.79 hm2，占香梨園總面積的13.77%，這一等級香梨園土壤速效養(yǎng)分含量基本處于中等水平，土壤生產性能較高，較少有不良障礙因素，但在土地利用上存在重用輕養(yǎng)的問題；土壤肥力等級為3級的香梨園地面積有26 029.35 hm2，占香梨園總面積的54.70%，這一等級香梨園土壤中的有機質、全氮及速效養(yǎng)分含量都處于中等偏低水平，土壤生產性能中等，由于灌溉條件弱于1級與2級的香梨園，土壤存在輕度鹽化作用；土壤肥力等級為4級的香梨園地面積有12 248.26 hm2，占香梨園總面積的27.19%，這一等級香梨園土壤中的有機質、全氮及速效養(yǎng)分含量都處于低水平，土壤存在輕度鹽化作用，生產性能較低；土壤肥力等級為5級的香梨園地面積有822.23 hm2，占香梨園總面積的1.72%，這一等級香梨園土壤的保肥和生產性能都較差。綜上所述，庫爾勒市香梨園土壤肥力水平總體偏低。

表8 庫爾勒市香梨園土壤肥力等級評價結果Table 8 Evaluation result of soil fertility grades of fragrant pear orchards in Korla City

4 結 論

（1）庫爾勒市香梨園土壤肥力主要呈現以下特點：土壤中有機質含量不豐富，以中等水平為主，略有欠缺，所調查的香梨園中有20.90%的面積處于“缺”的等級中；土壤中氮素較缺乏，其含量處于較低水平，以“缺”為主，香梨園中有70.01%的面積其全氮含量水平處于“缺” 的等級中，有61.50%的香梨園面積處于堿解氮“缺”的等級中；磷素不豐也不缺，所調查的香梨園全部處于“平”的狀態(tài)；鉀素較為豐富，所調查的香梨園中有80.70%的面積處于“豐”的等級中，說明土壤中不缺鉀。土壤中的有效鋅含量相對較為豐富，所調查的香梨園中有69.00%的面積處于“豐”的等級中，僅有0.20%的面積處于“缺”的等級中。

（2）庫爾勒市香梨園土壤肥力水平總體較低，土壤肥力等級主要分布在3級和4級內，其占香梨園總面積的81.89%，表明香梨園生產潛力較高。在土壤肥力等級相對較低的香梨園中，土壤肥力的主要障礙因素是有機質、全氮和堿解氮，其均處于相對較低水平，并伴有輕度鹽化作用，都存在重用輕養(yǎng)的現象。

（3）充分利用本次調查與評價結果，可以科學指導香梨園的優(yōu)化平衡施肥，增施有機肥，實施配方施肥，合理配施氮、磷、鉀及微肥，不斷培肥地力，提高庫爾勒市香梨園土壤的整體生產力，從而實現庫爾勒市香梨園的養(yǎng)分資源高效利用和持續(xù)生產。

[1]王子龍,付 強,姜秋香.土壤肥力綜合評價研究進展[J].農業(yè)系統科學與綜合研究,2007,23(1):15－18.

[2]周 勇,田有國.基于GIS的區(qū)域土壤資源管理決策支持系統[J].系統工程理論與實踐,2003,(4):140－144.

[3]Smith J L, Halvorson J J, papendick R l. Using Multiple-variable Indicator Kriging for Evaluating soil Quality[J].soil Science society of America Journal,1993,57:743－749.

[4]Doran J W, Parkin T B. Defining and assessing soil quality [C]//Doran J W, Coleman D C, Bezdiek D F,et al.Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Madison, USA: soil Science Society of America,1994:3－21.

[5]Larson W E, Pierce F J. The dynamics of soil quality as a measure of sustainable management [C]//Doran J W, Coleman D C, Bezdiek D F,et al.Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Madison, USA: soil Science Society of America,1994:37－52.

[6]沈善敏.長期土壤肥力試驗的科學價值[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,1995,l(l):l－9.

[7]趙麗娟,韓曉增,王守宇,等.黑土長期施肥及養(yǎng)分循環(huán)再利用的作物產量及土壤肥力變化[J].應用生態(tài)學報,2006,17(5):817－821.

[8]張 貞,魏朝富,高 明,等.土壤質量評價方法進展[J].土壤通報,2006,37(5):999－1007.

[9]王建國,楊林章.模糊數學在土壤質量評價中的應用研究[J].土壤學報,2001,38(2):176－183.

[10]李凡修,梅 平.五元聯系數模型在土壤肥力評價中的應用研究[J].江蘇農業(yè)科學,2010,(6):529－530.

[11]周 旭,安裕倫,許武成,等.基于GIS和改進層次分析法的耕地土壤肥力模糊評價——以貴州省普安縣為例[J].土壤通報,2009,40(1):51－55.

[12]肖連剛,張建明.基于GIS寧夏引黃灌區(qū)農地土壤綜合養(yǎng)分狀況評價[J].水土保持研究,2010,17(5):273－276.

[13]馮惠妍,陳爭光.基于WebGIS 的模糊評判法的土壤肥力評價研究[J].黑龍江八一農墾大學學報,2012,24(6):65－67.

[14]王雪梅,柴仲平,武紅旗,等.阿克蘇市耕地地力評價與改良利用研究[J].水土保持通報,2013,33(1):162－166.

[15]柴仲平,王雪梅,陳波浪,等.氮、磷、鉀施肥配比對香梨果實品質的影響[J].經濟林研究,2013,31(3):154－157.

[16]李 萍,柴仲平,武紅旗,等.基于光譜的庫爾勒香梨葉片氮素含量估算模型[J].經濟林研究,2013,31(3):48－53.

[17]柴仲平,王雪梅,陳波浪,等.氮、磷、鉀施肥配比對香梨長勢和產量的影響[J].核農學報,2013,27(7):41－46.

[18]鮑士旦.土壤農化分析[M].第3版.北京:中國農業(yè)出版社,2000: 25－114.

[19]周 嬋.基于GIS的耕地地力評價研究——以庫爾勒市為例[D].烏魯木齊:新疆農業(yè)大學,2012.

Soil fertility evaluation of fragrant pear orchard in Korla City

LIU Mao1, WANG Xue-mei2, CHEN Bo-lang1, CHAI Zhong-ping1, DING Kuo1, WANG Cheng1
(1.College of Pratacultural and Environmental Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China;2.College of Geography Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, Xinjiang, China)

In order to grasp the basic situation of soil fertility of fragrant pear orchard in Korla City and scientifically guide the fertilization and production of fragrant pear, soil fertility of 100 fragrant pear orchards in Korla City were investigated and evaluated, through applying GIS technology and fuzzy comprehensive evaluation method. The results showed that: the soil fertility levels of fragrant pear orchards in Korla City were general low, and were mainly distributed at the third and fourth grades, which accounting for 81.89% of the total area of investigated fragrant pear orchards. The major influencing factors of soil fertility of fragrant pear orchards were contents of organic matter, total N and alkalihydrolyzable N, and they were all at relatively low levels, and accompanied with low-grade salinization. The evaluation results can guide the balanced fertilization of fragrant pear orchard and improve soil productivity of fragrant pear orchard in Korla.

fragrant pear orchard; soil fertility; fuzzy comprehensive evaluation method; Korla City

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.016 http: //qks.csuft.edu.cn

2014-07-28

新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱澘茖W研究重點項目（XJEDU2014I017）；土壤學新疆維吾爾自治區(qū)重點學科資助項目。

劉 茂，碩士研究生。

柴仲平，副教授，博士。E-mail：chaizhongpingth@sina.com

劉 茂,王雪梅,陳波浪,等. 庫爾勒市香梨園土壤肥力評價[J].經濟林研究,2015,33(3):93－98.

S661.2；S606＋.2

A

1003—8981(2015)03—0093—06

[本文編校：伍敏濤]