對潮土區(qū)金絲小棗棗園施用微生物菌劑減量施氮效益的評價
——基于模糊綜合評價法

劉全鳳，金會賞，孫 一，武 婷，岳 雷，孫月麗，張立樹

（1.滄州市農(nóng)林科學(xué)院，河北 滄州 061001；2.滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 滄州 061001）

模糊綜合評價法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞鞒鲆粋€總體的評價，該方法能較好地解決模糊的、難以量化的問題［1，2］，具有客觀性、準(zhǔn)確性，而且包容信息量大，系統(tǒng)性強的特點，是一種簡便、清晰、靈活而又實用的多準(zhǔn)則決策方法，被廣泛應(yīng)用［3，4］。石曉翠等［5］和俞丹萍等［6］分別利用模糊數(shù)學(xué)對土壤重金屬污染和溫室黃瓜種植最優(yōu)化施肥模式進(jìn)行了有效的評價。

金絲小棗（Ziziphus jujuba）具有悠久的栽培歷史，因其香甜的味道和較高的營養(yǎng)價值而暢銷于國內(nèi)外［7，8］。滄州市土地以潮土為主，部分土壤鹽漬化，在多鹽的環(huán)境中，金絲小棗能夠增強碳水化合物、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的合成能力，滄州市特有的地質(zhì)背景、土壤條件成就了金絲小棗特有、極佳的品質(zhì)特征［9，10］。氮素為植物生長所必需的大量元素之一，是金絲小棗產(chǎn)量和品質(zhì)的保障［11］，但氮肥的濫用現(xiàn)象嚴(yán)重，提高了環(huán)境風(fēng)險，導(dǎo)致生態(tài)效益的下降［12，13］。微生物菌劑具有環(huán)境友好、無污染等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有不可替代的作用，它可以明顯改善土壤營養(yǎng)與環(huán)境狀況，有利于提高肥料的利用效率［14，15］。

本研究采用模糊綜合評價法對滄州市潮土區(qū)金絲小棗棗園施入微生物菌劑減量施氮的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益進(jìn)行量化評價，根據(jù)綜合評價值，選擇適合該地區(qū)的微生物菌劑與無機氮肥配施的最佳配比，提高氮肥的利用效率，旨在為該地區(qū)金絲小棗的生產(chǎn)建立生態(tài)環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)計

于2019年在河北省滄州市滄縣杜生鎮(zhèn)陳會頭村金絲小棗棗園開展田間試驗，土壤類型主要為潮土，其理化性質(zhì)：pH 7.98，含鹽量0.286%，有機質(zhì)12.56 g/kg，全氮1.22 g/kg，堿解氮75.43 mg/kg，速效磷27.54 mg/kg，速效鉀123.81 mg/kg。

供試微生物菌劑為滄州旺發(fā)生物技術(shù)研究所有限公司提供，主要含有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、膠凍樣類芽孢桿菌、光合細(xì)菌、酵母菌、放線菌等多種有益微生物。有效活菌總數(shù)≥100億個/g。性狀為粉劑。施用時，按比例與肥料混合均勻后施用。

試驗區(qū)棗樹為20年老樹，長勢健壯的金絲小棗棗園，株距為3 m×4 m，采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)5個處理，每個處理10株，3次重復(fù)。對照（CK），100%無機氮肥（N 600 kg/hm2）；處理1（N1M），90%無機氮肥（N 540 kg/hm2）+微生物菌劑（60 kg/hm2）；處理2（N2M），80%無機氮肥（N 480 kg/hm2）+微生物菌劑（60kg/hm2）；處理3（N3M），70%無機氮肥（N 420kg/hm2+微生物菌劑（60 kg/hm2）；處理4（N4M），60%無機氮肥（N 360 kg/hm2）+微生物菌劑（60 kg/hm2）。

無機肥N、P、K分別由尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O548%）、硫酸鉀（K2O 50%）提供，重過磷酸鈣和硫酸鉀用量分別為350 kg/hm2和450 kg/hm2。分別在4月3日（萌芽前）、5月28日（初花期）、7月5日（幼果膨大期）采用放射狀溝施。

1.2 綜合評價計算方法

1.2.1 建立評價因子權(quán)重 利用變異系數(shù)法建立評價因子權(quán)重［4］。計算各指標(biāo)的變異公式如下。

1.2.2 建立綜合評價指標(biāo)隸屬度函數(shù)R采用線性插值法建立綜合評價指標(biāo)隸屬度函數(shù)R［16］。指標(biāo)值越高效益越好的指標(biāo)計算公式如下。

1.2.3 綜合評價合成運算 綜合評價合成運算選擇M（·，+）模型進(jìn)行運算［17］。運算公式如下。

2 結(jié)果與分析

2.1 對金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施評價指標(biāo)體系的建立

金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施評價指標(biāo)體系建立的目的是要提供一個科學(xué)的、可供操作的評價系統(tǒng)，以便能對金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的效益進(jìn)行有效的多層次多因素綜合評價。對其評價的目的是建立生態(tài)環(huán)境友好型的生產(chǎn)模式，擯棄導(dǎo)致環(huán)境污染和生態(tài)退化的高耗低效的生產(chǎn)方式，達(dá)到生態(tài)合理性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性［18］。因此，將評價指標(biāo)劃分為生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益3類評價指標(biāo)。

在構(gòu)建指標(biāo)時，由于金絲小棗的表觀大小、營養(yǎng)品質(zhì)、風(fēng)味特色直接影響人們對其接受的程度，在考慮金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的社會效益時，通過評價金絲小棗的單果重、維生素C含量、可溶性總糖含量來定量表征；經(jīng)濟效益方面主要考慮金絲小棗的產(chǎn)量和肥料的投入，計算出金絲小棗生產(chǎn)的收益；生態(tài)環(huán)境效益方面主要考慮土壤-小棗-肥料系統(tǒng)中土壤氮素相關(guān)的敏感指標(biāo)，即土壤脲酶活性和土壤堿解氮，以及影響種植環(huán)境中小棗的漿爛率和裂果率。

根據(jù)綜合評價指標(biāo)體系確定評價的因素集如下。

U=｛U1，U2，U3｝=｛社會效益，經(jīng)濟效益，生態(tài)環(huán)境效益｝

U1=｛u11，u12，u13，u14｝=｛單果重，維生素C含量，可溶性總糖含量｝

U2=｛u21｝=｛收益｝

U3=｛u31，u32，u33，u34｝=｛土壤脲酶活性，土壤堿解氮，漿爛率，裂果率｝

2.2 以社會效益為單一目標(biāo)的微生物菌劑與無機氮肥配比評價

金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施社會效益的各指標(biāo)見表1。根據(jù)式（1）、式（2），計算得θ1（單果重）=0.146 4，θ2（維生素C含量）=0.057 5，θ3（可溶性總糖含量）=0.058 9，3項評價指標(biāo)的權(quán)重分別為ω1=0.557 1，ω2=0.218 8，ω3=0.224 1，可以看出單果重的指標(biāo)所占權(quán)重較大。

表1 社會效益指標(biāo)

在采用線性插值法建立綜合評價指標(biāo)隸屬度函數(shù)時，選擇了指標(biāo)值越高效益越好的指標(biāo)計算公式，根據(jù)式（3），求得隸屬度矩陣。

將社會效益指標(biāo)權(quán)重向量A和不同氮肥用量處理的隸屬矩陣R進(jìn)行模糊復(fù)合運算，根據(jù)式（5），得出其評價結(jié)果如下。

由模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果可以看出，金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施，社會效益較高的是N2M（80%無機氮肥+微生物菌劑），其評價值達(dá)0.96，而社會效益最低的是對照，評價值為0.20，說明通過施用微生物菌劑，不僅無機氮肥可以減量20%，且金絲小棗的品質(zhì)也能表現(xiàn)較好。

2.3 以經(jīng)濟效益為單一目標(biāo)的微生物菌劑與無機氮肥配比評價

本研究考慮經(jīng)濟效益的2個變量，一個為金絲小棗的產(chǎn)值，另一個為肥料和菌劑的消耗量，其收益見表2。因只考慮了金絲小棗的收益，所以其評價指標(biāo)的權(quán)重為ω=1。

表2 經(jīng)濟效益指標(biāo)

根據(jù)式（3）、式（4）求得隸屬度矩陣如下。

模糊綜合評價的結(jié)果如下。

由模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果可以看出，對金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的經(jīng)濟效益最高的是N2M（80%無機氮肥+微生物菌劑），5個不同處理的經(jīng)濟效益高低順序為80%無機氮肥+微生物菌劑（N2M）>90%無機氮肥+微生物菌劑（N1M）>對照（CK）>70%無機氮肥+微生物菌劑（N3M）>60%無機氮肥+微生物菌劑（N4M）。由此看出，通過施用微生物菌劑，不僅無機氮肥可以減量20%，經(jīng)濟效益收益還可以明顯增加。

2.4 以生態(tài)環(huán)境效益為單一目標(biāo)的微生物菌劑與無機氮肥配比評價

金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施生態(tài)環(huán)境效益的各指標(biāo)值如表3所示。根據(jù)式（1）、式（2），計算得θ1（土壤脲酶活性）=0.259 3，θ2（土壤堿解氮）=0.185 6，θ3（漿爛率）=0.323 3，θ4（裂果率）=0.244 4，4項評價指標(biāo)的權(quán)重分別為ω1=0.256 0，ω2=0.183 3，ω3=0.319 3，ω4=0.241 4，可以看出各指標(biāo)中漿爛率所占權(quán)重較大。

表3 生態(tài)效益環(huán)境指標(biāo)

根據(jù)式（3）、式（4）求得隸屬度矩陣。

將社會效益指標(biāo)權(quán)重向量A和微生物菌劑與無機氮肥不同配施處理的隸屬矩陣R進(jìn)行模糊復(fù)合運算，根據(jù)式（5），可得其評價結(jié)果。

由模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果可以看出，金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施生態(tài)環(huán)境效益較高的是N2M（80%無機氮肥+微生物菌劑），評價值達(dá)1，而社會效益最低的是對照（CK），評價值為0，說明通過施用微生物菌劑，不僅無機氮肥可以減量20%，而且也能達(dá)到較佳的生態(tài)環(huán)境效益。

2.5 以3種效益為綜合目標(biāo)的金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施評價

借鑒俞丹萍等［6］在評價溫室黃瓜種植中的最優(yōu)化施肥模式，利用專家打分法得出3項效益指標(biāo)的權(quán)重，分別為ω1（社會效益）=0.279，ω2（經(jīng)濟效益）=0.326，ω3（生態(tài)環(huán)境效益）=0.395。

根據(jù)B1、B2、B3，得到隸屬度矩陣R。

運用式（5）計算得其評價結(jié)果。

由此可得，金絲小棗種植中微生物菌劑與無機氮肥配施，綜合效益最高的是N2M（80%無機氮肥+微生物菌劑），評價值為0.989 6，對照的綜合評價值最低，僅為0.061 4。

3 小結(jié)與討論

本研究對金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的效益進(jìn)行多層次多因素綜合評價，借助模糊數(shù)學(xué)理論，構(gòu)建了金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境效益3項主體指標(biāo)，8項分指標(biāo)的隸屬函數(shù)，主要通過變異系數(shù)法確定了各項分指標(biāo)的權(quán)重，通過比較綜合評價值的大小來篩選微生物菌劑與無機氮肥的最佳配比。

N2M（80%無機氮肥+微生物菌劑）處理的各效益值無論社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境效益以及綜合效益均較高，說明通過施用微生物菌劑，不僅無機氮肥可以減量20%，效益方面也達(dá)到了理想狀態(tài)，80%無機氮肥和微生物菌劑是最佳的配比，這與張旺林等［11］通過對各指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析的結(jié)果一致，符鮮等［13］通過研究鹽漬化土壤中氮和微生物量的關(guān)系表明，土壤微生物的數(shù)量隨著施氮水平的提高呈先增加后降低的趨勢，這也說明了無機氮肥和微生物菌劑最佳配比的重要性。陳桂華等［19］研究表明名、優(yōu)、特農(nóng)產(chǎn)品是在特定生態(tài)環(huán)境中各個因子綜合作用下形成。金絲小棗因抗旱、耐澇、耐鹽堿而得名，是旱澇保收的“鐵桿莊稼”，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)味好、富營養(yǎng)、無污染、有競爭力的產(chǎn)品是今后努力的方向。

在本次評價中所選的評價指標(biāo)體系可以一定程度上評價金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的綜合效益，基于模糊評價法的特點，評價體系還可以不斷完善，如社會效益指標(biāo)可以根據(jù)人們對產(chǎn)品的不斷需要，增加顏色、糖酸比、可滴定酸等。應(yīng)用模糊綜合評價法來評價金絲小棗微生物菌劑與無機氮肥配施的綜合效益，既可兼顧環(huán)境風(fēng)險，又可考慮到經(jīng)濟收入，可較好地指導(dǎo)肥料的科學(xué)有效利用。