河北平原冬小麥/夏玉米高產(chǎn)田土壤肥力質(zhì)量最小數(shù)據(jù)集構(gòu)建及其評價

馮萬忠　馬振朝　張麗娟

摘要：基于河北平原區(qū)冬小麥/夏玉米11縣高產(chǎn)田的396個土壤樣點數(shù)據(jù)，利用主成分分析及相關(guān)關(guān)系法確定了該區(qū)域土壤肥力質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集，并采用模糊數(shù)學(xué)隸屬度函數(shù)法對該區(qū)域土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評價。結(jié)果表明，河北平原區(qū)小麥/玉米高產(chǎn)田土壤肥力質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集（MDS）由pH值、土壤容重、有機質(zhì)含量、速效磷含量、磷酸酶活性、陽離子交換量（CEC）、微生物量碳、微生物量氮等8項指標(biāo)組成；微生物量氮和土壤陽離子交換量的隸屬度均值較低，是該地區(qū)主要的限制性因子，有機質(zhì)含量次之，土壤容重的隸屬度值最高；曲周、吳橋的土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)（IFI）處于Ⅲ級的中等水平，其他9縣均為Ⅱ級的良水平。綜合分析可知，河北平原小麥/玉米高產(chǎn)田土壤肥力有待于進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：最小數(shù)據(jù)集；隸屬度；土壤肥力質(zhì)量評價；土壤指標(biāo)權(quán)重；冬小麥/夏玉米；河北平原；高產(chǎn)糧田；評價分級

中圖分類號： S158文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）15-0233-06

土壤肥力作為土壤質(zhì)量的重要組成部分，體現(xiàn)了土壤的本質(zhì)特征。土壤肥力的高低直接影響作物生長與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)、布局和效益等方面[1]。因此，只有對土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的評價，才能客觀地了解不同土壤管理措施對土壤肥力的影響，才能為土壤的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

河北省歷來是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，糧食總產(chǎn)量由1990年的12 166.8萬t增加到2012年的12 683.23萬t，產(chǎn)量也由8 011.8 kg/hm2上升到11 086.05 kg/hm2[2]，土壤肥力對小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（PSFC）為44.3%，對玉米的貢獻(xiàn)率為 47.3%[3]。土壤肥力質(zhì)量成為培育高產(chǎn)糧田的主攻目標(biāo)，其評價工作成為培育高產(chǎn)糧田的必不可少的一部分。正確地選擇參評指標(biāo)，是科學(xué)地揭示土壤肥力的前提，會直接影響土壤肥力綜合評價的準(zhǔn)確程度[4]。由于土壤利用方式的多變性、土壤性質(zhì)的時空變異性，不可能獲取所有因子的數(shù)據(jù)，而只能從候選參數(shù)數(shù)據(jù)集中選出能最大限度地代表所有候選參數(shù)的最小數(shù)據(jù)集（MDS）[5]。Andrews等采用主成分分析的方法獲得了小流域尺度上評價農(nóng)田的MDS成分，主要包括有機質(zhì)、電導(dǎo)率、pH值、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、有效鋅（Zn）和容重[6]。Sparling等在國家的尺度上，選取了總碳、總氮、可礦化氮、pH值、有效磷、容重和孔隙7個指標(biāo)作為MDS對新西蘭不同土地利用類型的土壤進(jìn)行了評價[7]。張世文等根據(jù)縣域、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）2個空間尺度及1980、2008年2個時間尺度的特點，建立了不同時空尺度下土壤評價最小數(shù)據(jù)集[8]。隨之出現(xiàn)的特爾斐法[9]、相關(guān)系數(shù)法[10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[11]、地統(tǒng)計學(xué)方法[12]、灰色關(guān)聯(lián)法[13]等方法被應(yīng)用到構(gòu)建最小數(shù)據(jù)集中。土壤肥力質(zhì)量評價方法主要包括定性、定量2種，定性評價應(yīng)用最早的是土壤質(zhì)量卡[14]，然后為半定量的土壤質(zhì)量試驗箱[15]，但是這2種方法并不能全面詳細(xì)地反映土壤肥力質(zhì)量的實際變化。目前，出現(xiàn)了許多定量的評價方法，主要有多變量綜合評分法、模糊數(shù)學(xué)、聚類分析法、“3S”（即遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)）技術(shù)等[16-18]。

高產(chǎn)糧田的持續(xù)發(fā)展與土壤肥力息息相關(guān)，但是到目前為止，高產(chǎn)田的土壤肥力質(zhì)量評價指標(biāo)的選取及其評價較少。因此，本研究以河北省冬小麥/夏玉米輪作的高產(chǎn)糧田為研究對象，通過基于主成分分析方法構(gòu)建土壤肥力質(zhì)量評價最小數(shù)據(jù)集和確定指標(biāo)權(quán)重，采用模糊數(shù)學(xué)法、綜合評分法對高產(chǎn)糧田進(jìn)行土壤肥力質(zhì)量評價，以期為高產(chǎn)田的評價分級、高產(chǎn)田的培育提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地選擇河北平原典型冬小麥/夏玉米輪作區(qū)。河北省處于歐亞大陸東部中緯度地帶，地貌形態(tài)多樣，四季分明。屬于溫帶季風(fēng)氣候-暖溫帶半濕潤-半干旱大陸性季風(fēng)氣候，特點是冬季寒冷少雪，夏季炎熱多雨；春多風(fēng)沙，秋高氣爽。全省年平均氣溫在4～13 ℃之間，1月平均氣溫-4～2 ℃，7月平均氣溫20～27 ℃，各地的氣溫年較差、日較差都較大，全年無霜期110～220 d。全省年平均降水量分布很不均勻，年變率也很大。年平均降水量在400～800 mm之間。

1.2樣品采集與測定

1.2.1樣品采集在冬小麥種植前，采集河北省太行山山麓平原的定興、寧晉、趙縣、正定、藁城和低平原的固安、深州、景縣、吳橋、曲周、辛集等11個高產(chǎn)示范縣的高產(chǎn)攻關(guān)田土壤，采集深度為0～30 cm。共采集396個土樣，每個樣品由3個樣點組成。測定項目包括容重、總孔隙度、粉黏比、田間持水量、土壤pH值、土壤陽離子交換量（CMC）、有機質(zhì)含量、土壤全氮含量、硝態(tài)氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、過氧化氫酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性、微生物量碳、微生物量氮。

1.2.2測定方法容重、孔隙度、土壤pH值、CEC、有機質(zhì)含量、土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量采用常規(guī)方法測定[19]。粉黏比是通過吸管法測得土壤粉粒、黏粒含量[20]，取其比值。硝態(tài)氮含量采用1 mol KCl浸提，流動分析儀測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；脲酶活性采用比色法測定，利用酶促作用產(chǎn)物氨與苯酚鈉、次氯酸鈉反應(yīng)顯色；蔗糖酶活性采用比色法測定，利用酶促作用產(chǎn)物葡萄糖與3，5-二硝基水楊酸反應(yīng)生成3-氨基-5-硝基水楊酸而呈橙黃色；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[21]；微生物量碳、氮的測定方法均用三氯甲烷熏蒸浸提法，浸提液通過重鉻酸鉀氧化法測定土壤微生物量碳，轉(zhuǎn)化系數(shù)0.38；經(jīng)蒸餾、消煮后用凱氏定氮法測定土壤微生物量氮，轉(zhuǎn)換系數(shù) 0.45[22]。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析和相關(guān)性分析，運用主成分分析方法構(gòu)建最小數(shù)據(jù)集，并確定各指標(biāo)的權(quán)重，運用模糊數(shù)學(xué)方法、綜合評分法對土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評價。endprint