延吉市農(nóng)田土壤肥力綜合評價(jià)

王天嬌 朱衛(wèi)紅 吳婷婷

摘要[目的]研究延吉市農(nóng)田土壤肥力狀況，為延吉市農(nóng)田土壤的合理施肥提供參考依據(jù)。[方法] 采集82個(gè)農(nóng)田土壤樣品，其中玉米農(nóng)田57個(gè)，水稻農(nóng)田25個(gè)，對其進(jìn)行土壤肥力相關(guān)的化學(xué)分析，然后采用主成分分析法對該區(qū)域的農(nóng)田土壤肥力進(jìn)行分級研究，并給予綜合評價(jià)。[結(jié)果]延吉市農(nóng)田土壤肥力指標(biāo)可歸為4個(gè)主要成分的82個(gè)評價(jià)因子，通過聚類分析方法計(jì)算得到玉米樣點(diǎn)IFI值的得分在-1.643 2～1.732 0，水稻樣點(diǎn)IFI值的得分在-1.673 1～1.712 9。[結(jié)論]該方法可從一定程度上反映田區(qū)土壤的肥力標(biāo)準(zhǔn)概況以及能對土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力及豐缺度作出相對正確的評價(jià)。

關(guān)鍵詞土壤肥力；主成分分析；綜合評價(jià)

中圖分類號S158.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）26-0116-03

Comprehensive Evaluation of Farmland Soil Fertility in Yanji City

WANG Tianjiao，ZHU Weihong*，WU Tingting（College of Science ，Yanbian University，Yanji，Jilin 133000）

Abstract[Objective] Farmland soil fertility was studied to provide references for rational fertilization of farmland soil in Yanji City. [Methods]Collected 82 soils， including 57 corn farmland， 25 rice farmland， chemical analysis related to soil fertility was carried out，and then principal component analysis method was adopted to study classification of soil fertility and gave comprehensive evaluation in the region. [Result] The soil fertility index of farmland in Yanji City can be classified into 82 major components of the 4 evaluation factors， the corn samples values of IFI score was in the range of -1.643 2-1.732 0 by cluster analysis method， the rice sample value of IFI score was in the range of -1.673 1-1.712 9. [Conclusion] This research can reflect the soil fertility standard of soil in a certain extent and can make a relatively correct evaluation of soil nutrient supply capacity and abundance.

Key wordsSoil fertility；Principal component analysis；Comprehensive evaluation

土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤質(zhì)量水平的高低與作物產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量以及農(nóng)業(yè)發(fā)展物有直接的關(guān)系，因此土壤質(zhì)量已經(jīng)成為現(xiàn)代土壤學(xué)研究的核心[1]。近十幾年來，國內(nèi)外的許多學(xué)者對土壤質(zhì)量以及土壤肥力綜合評價(jià)與演變機(jī)理展開了研究，曹承綿等[2]提出了數(shù)值綜合評價(jià)法，此方法要求從整體觀點(diǎn)出發(fā)，不能僅考慮個(gè)別的單項(xiàng)肥力指標(biāo)。另外，指數(shù)和法[3]、分?jǐn)?shù)定級法[4]和Fuzzy綜合評判法[5]也在土壤肥力評價(jià)中具有一定的價(jià)值。目前，各國都十分重視土壤質(zhì)量，美國[6]的NRCS、ARS等部門及其他部門多年來一直鼓勵人們采取最好的管理措施。

對土壤肥力的正確認(rèn)識和科學(xué)客觀的評價(jià)是準(zhǔn)確了解土壤本質(zhì)及更好利用土壤資源的保障，成為近年來國內(nèi)外研究的重點(diǎn)[7]。延吉市是歷史悠久的農(nóng)耕區(qū)，該研究通過對延吉玉米、水稻兩大農(nóng)作物生長區(qū)域進(jìn)行土壤肥力相關(guān)的綜合評價(jià)，為提高延吉市農(nóng)用土壤的肥力提供參考。

1研究區(qū)概況與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)設(shè)在吉林省的東部、長白山脈北麓的延吉市（ 129°01′～129°48′E，42°50′～43°23′N），東、南、北三面環(huán)山，西面開闊，中間平坦，呈馬蹄狀盆地，平均海拔150 m。境內(nèi)河流皆為圖們江支流，主要有布爾哈通河、煙集河和海蘭江[8]。延吉市地處北半球中溫帶，不僅受亞洲大陸和太平洋高低氣壓季節(jié)變化的影響，而且處于各種氣團(tuán)勢力消長以及風(fēng)帶季節(jié)移動的過渡帶。因此，延吉市氣候?qū)儆谥袦貛Т箨懶园霛駶櫦撅L(fēng)氣候。主要特點(diǎn)是季風(fēng)明顯，春季干旱多風(fēng)，夏季溫?zé)岫炅枯^多，秋季涼爽少雨，冬季寒冷期長。區(qū)內(nèi)土質(zhì)主要為灰棕壤土、暗棕壤、水稻土、沖積土、草甸土、白漿土。自然植被為闊葉林，草甸土為草甸、沼澤植被，現(xiàn)大多變?yōu)檗r(nóng)田。

1.2調(diào)查方法

使用GPS定位，分別在依蘭鎮(zhèn)、三道灣鎮(zhèn)、朝陽川鎮(zhèn)、小營鎮(zhèn)的44個(gè)村82個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了采樣。采用5點(diǎn)取樣法，在0～20 cm土層取土并混合。在研究區(qū)域內(nèi)，因?yàn)楦鞣N環(huán)境因素和管理水平相對一致，土壤養(yǎng)分成為影響土壤肥力質(zhì)量的主要因素，而且該研究旨在評價(jià)同一土壤類型的農(nóng)田土壤肥力狀況[9]。因此，在指標(biāo)選擇時(shí)側(cè)重土壤養(yǎng)分指標(biāo)的選取及顯著影響土壤肥力的環(huán)境因子，主要選擇土壤pH、全氮（TN）、有機(jī)質(zhì)（SOM）、水解性氮（WSON）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）6項(xiàng)肥力指標(biāo)，按照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法進(jìn)行測定。

根據(jù)延吉市2012年統(tǒng)計(jì)年鑒，延吉市農(nóng)作物播種面積為19 189 hm2，其中水稻3 335 hm2，玉米9 518 hm2，大豆2 852 hm2，三大作物應(yīng)收面積為16 034 hm2，總產(chǎn)量為80 015 t，其中水稻產(chǎn)量為20 858 t，玉米為53 057 t，大豆為4 650 t。該研究主要對延吉市農(nóng)業(yè)產(chǎn)量比重較大的水稻和玉米農(nóng)田的土壤肥力情況進(jìn)行研究。

1.3數(shù)據(jù)處理與評價(jià)方法

所有數(shù)據(jù)通過Excel整理，利用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)。評價(jià)方法主要采用主成分分析法、聚類分析法等，其中主要采用主成分分析法對延吉市土壤肥力進(jìn)行評價(jià)，由于主成分分析法應(yīng)用最為廣泛，步驟比較規(guī)范，大部分過程可通過計(jì)算機(jī)處理，各原始指標(biāo)的比重不受人為影響，分析結(jié)果相對客觀科學(xué)，有利于提高測算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。而且主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)降維的一種統(tǒng)計(jì)方法，可以很好地處理變量間的多重相關(guān)性，使彼此之間具有相互獨(dú)立性。計(jì)算土壤肥力質(zhì)量的綜合指標(biāo)（IFI）時(shí)，通常采用加權(quán)法，其表達(dá)式為：

IFI=Wi×Zi（1）

式中，Wi為各主成分貢獻(xiàn)率表示的權(quán)重，Zi為各樣本主成分得分。

2結(jié)果與分析

2.1延吉市農(nóng)田土壤肥力主成分分析

2.1.1種植玉米的土壤肥力主成分分析。

由表1可得，前4個(gè)成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.874%，反映出了土壤全部肥力指標(biāo)84.874%的信息，已能夠代表主要影響因素。各處理有機(jī)質(zhì)含量為6.60～79.0 g/kg，全氮含量為0.25～6.84 g/kg，速效鉀含量為27.30～901.0 mg/kg，pH為5.3～7.0，速效磷含量為6.60～524.10 mg/kg，水解性氮含量為54.0～636.0 mg/kg。

2.1.2種植水稻的土壤肥力主成分分析。

由表2可得，前4個(gè)成分其累積貢獻(xiàn)率達(dá)到87.375%，即反映出了土壤全部肥力指標(biāo)87.375%的信息，已能夠代表主要影響因素。各處理有機(jī)質(zhì)含量為2.40～28.0 g/kg，全氮含量為0.091～2.09 g/kg，速效鉀含量為66.0～298.0 mg/kg，速效磷含量為6.60～524.10 mg/kg，水解性氮含量為5.30～167.0 mg/kg，pH為1.30～6.90。

2.2延吉市農(nóng)田土壤肥力分級

根據(jù)主成分分析結(jié)果，對土壤肥力因子含量進(jìn)行分級，每種級別對應(yīng)的養(yǎng)分含量不同。而在實(shí)際工作中，可以對照或參考這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對土壤進(jìn)行測試分析，以了解土壤的真實(shí)肥力狀況。根據(jù)全國第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將土壤養(yǎng)分含量分為以下級別（表3）。

按照以上土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)對延吉市玉米種植地及水稻種植地2種農(nóng)業(yè)用地的土壤進(jìn)行養(yǎng)分因子分級。

（1）土壤有機(jī)質(zhì)。測得的延吉市2種主要農(nóng)田土壤養(yǎng)分指標(biāo)中有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到1級水平的占28%，含量達(dá)到2級水平的占24%，含量達(dá)到3級水平的占28%，含量達(dá)到4級水平的占14%。

（2）全氮。延吉市2種主要農(nóng)田土壤養(yǎng)分指標(biāo)中全氮含量達(dá)到1級水平的占26%，含量達(dá)到2級水平的占22%，含量達(dá)到3級水平的占44%，含量達(dá)到4級水平的占4%，含量達(dá)到5級水平的占4%。

（3）速效磷。測得的延吉市2種主要農(nóng)田土壤養(yǎng)分指標(biāo)中速效磷含量達(dá)到1級水平的占44%，含量達(dá)到2級水平的占24%，含量達(dá)到3級水平的占30%，含量達(dá)到4級水平的占10%。

根據(jù)上述分級結(jié)果，可以看出延吉市農(nóng)田土壤肥力綜合水平大致在1～3級水平，有機(jī)質(zhì)含量為2級水平，全氮含量為2級水平，速效氮含量為1級水平，土壤肥力指標(biāo)與耕地的利用方式有密切關(guān)系，由于采樣時(shí)間為1月，冬季相應(yīng)養(yǎng)分挾出量較小，所以土壤肥力質(zhì)量有明顯上升的趨勢，土壤肥力各指標(biāo)含量較高。

2.3延吉市農(nóng)田土壤肥力指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

2.3.1玉米土壤肥力綜合評價(jià)。

通過聚類分析方法計(jì)算得到樣點(diǎn)的得分在-1.643 2～1.732 0（表4）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有樣點(diǎn)肥力可劃分為4個(gè)等級，其中 Ⅰ 級土壤肥力高，得分為1.463 5～1.732 0，土樣3個(gè)；Ⅱ 級土壤肥力較高，得分為0.086 1～1.632 9，土樣22個(gè)；Ⅲ級土壤肥力中等，得分為-1.012 9～-0.037 4，土樣16個(gè)；Ⅳ級土壤肥力較低，得分為-1.643 2～-1.182 4，土樣12個(gè)；其所占樣點(diǎn)比例分別為5.2%、38.5%、28.0%和21.0%。

據(jù)延吉市玉米土壤肥力等級分級結(jié)果與數(shù)據(jù)，利用GIS制圖方法輸出延吉市玉米土壤肥力等級分布狀況（圖1）。由圖1可知，延吉市土壤肥力分布不均，西北部的玉米地土壤肥力較高，南部地區(qū)較低，而且較近地區(qū)土壤肥力也存在差異。

2.3.2水稻土壤肥力綜合評價(jià)。

通過聚類分析方法計(jì)算得到樣點(diǎn)的得分在-1.673 1～1.712 9。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有樣點(diǎn)肥力可劃分為4個(gè)等級（表5），其中 Ⅰ 級土壤肥力高，得分為1.412 1～1.638 3，土樣1個(gè)；Ⅱ 級土壤肥力較高，得分為0.072 1～1.712 9，土樣8個(gè)；Ⅲ 級土壤肥力中等，得分為-1.029 1～-0.045 1，土樣13個(gè)；Ⅳ 級土壤肥力較低，得分為-1.673 1～-1.176 3，土樣3個(gè)；其所占樣點(diǎn)比例分別為4.0%、32.0%、52.0%和12.0%。

根據(jù)延吉市水稻土壤肥力等級分級結(jié)果與數(shù)據(jù)，利用GIS制圖方法輸出延吉市水稻土壤肥力等級分布狀況（圖2）。由圖2可知，延吉市土壤肥力分布不均，中部的水稻地土壤肥力較高，南部地區(qū)較低，而且較近地區(qū)土壤肥力也存在差異。

3結(jié)論與討論

根據(jù)以往土壤肥力評價(jià)的常規(guī)養(yǎng)分指標(biāo)為基礎(chǔ)，并以延吉市為例，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行了土壤肥力綜合評價(jià)。綜上所述對土壤肥力進(jìn)行了分級，延吉市農(nóng)耕區(qū)土壤普遍呈酸性，有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效磷、速效鉀含量時(shí)空分布不均。其中速效磷和速效鉀的含量都高于一般土壤。在延吉市農(nóng)用土壤肥力評價(jià)中，速效鉀的含量高于一般土壤，接近于高產(chǎn)土壤，而其他元素含量較低。

延吉市農(nóng)田土壤肥力總體水平在較高和中等2個(gè)等級，而且時(shí)空分布不均，西北地區(qū)土壤肥力較高，南部地區(qū)較低，而且附近地區(qū)土壤也存在等級差異，可能是施肥的原因。通過該研究能相對準(zhǔn)確地對延吉市農(nóng)田土壤肥力豐缺度作出評價(jià)，并指導(dǎo)今后合理施肥。

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