基于相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法的銅梁區(qū)農(nóng)田質(zhì)量評(píng)價(jià)

胡勝勇 詹雪萍 文玲 梁濤 張濤 陶偉林 鄭陽(yáng)

摘要 ［目的］明確銅梁區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田土壤質(zhì)量狀況，揭示影響土壤質(zhì)量的敏感因子。［方法］選擇銅梁區(qū)具有代表性的農(nóng)田0～20 cm土層土壤作為研究對(duì)象，利用統(tǒng)計(jì)法分析該區(qū)域土壤理化特性分布特征，并利用相關(guān)性分析土壤各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，借助層次分析法得到各指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量的貢獻(xiàn)率，最后利用相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法對(duì)比不同區(qū)域農(nóng)田土壤質(zhì)量狀況。［結(jié)果］該區(qū)域主要以弱酸性土壤為主，土壤理化指標(biāo)變異系數(shù)為31.79%～125.88%，變異程度由大到小的指標(biāo)依次為有效磷、全磷、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、全氮、堿解氮、pH、全鉀；各指標(biāo)之間均為正相關(guān)，尤其pH與各養(yǎng)分指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)性較大；相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)為1.769～3.416，平均值為2.905。［結(jié)論］該研究有助于客觀地評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量以及科學(xué)指導(dǎo)土壤改良。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田；相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法；相關(guān)性；土壤理化指標(biāo)

中圖分類號(hào) S 151.9? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）07-0081-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.020

Evaluation of Farmland Quality in Tongliang District Based on Relative Soil Quality Index

HU Sheng-yong， ZHAN Xue-ping， WEN Ling et al

（Tongliang District Agricultural Technology Extension Center， Chongqing 402560）

Abstract ［Objective］To clarify the status of farmland soil quality in different areas of Tongliang District and reveal the sensitive factors affecting soil quality.［Method］The representative farmland soil of 0-20 cm soil layer in Tongliang District was selected as the research object. The distribution characteristics of soil physical and chemical properties were analyzed by statistical method， and the correlation between soil evaluation indexes was analyzed by correlation. The contribution rate of each index to soil quality was obtained by using the analytic hierarchy process. Finally， the farmland soil quality in different regions was compared by using the relative soil quality index method.［Result］Weakly acidic soil was the main soil in this region， and the variation coefficient of soil physical and chemical indexes were 31.79%-125.88%，the variation degree of the indexes from large to small was in order of available phosphorus， total phosphorus， organic matter， available potassium， total nitrogen， alkali-hydrolytic nitrogen， pH and total potassium. There was a positive correlation between all indexes， especially pH and each nutrient index. The relative soil quality index was 1.769-3.416， with an average value of 2.905.［Conclusion］ This study is helpful to evaluate soil quality objectively and guide soil improvement scientifically.

Key words Farmland;Relative soil quality index method;Correlation;Soil physical and chemical index

基金項(xiàng)目 重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專項(xiàng)面上項(xiàng)目（CSTB2022TIAD-GPX0011）。

作者簡(jiǎn)介 胡勝勇（1965—），男，重慶人，農(nóng)藝師，從事耕地提質(zhì)增效技術(shù)研究。

通信作者，副研究員，博士，從事農(nóng)田生態(tài)相關(guān)研究。

收稿日期 2022-06-27；修回日期 2022-08-09

土壤是作物賴于生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，而土壤質(zhì)量能夠直接影響作物產(chǎn)量。土壤質(zhì)地、物理特性、養(yǎng)分、微生物等是衡量農(nóng)業(yè)區(qū)土壤生態(tài)功能的重要因子［1-4］，人類對(duì)農(nóng)田的不恰當(dāng)管理及開(kāi)發(fā)，會(huì)嚴(yán)重導(dǎo)致土壤退化或污染［5-8］，因此通過(guò)科學(xué)的方法掌握、評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量尤為重要?？蒲腥藛T對(duì)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和影響因素進(jìn)行了大量研究，并取得了一定成果。貢璐等［9］ 選取了土壤pH、養(yǎng)分、酶等12個(gè)指標(biāo)，利用主因子分析和聚類分析法對(duì)棉花田的土壤質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比和等級(jí)劃分；鄭琦等［10］利用模糊綜合評(píng)價(jià)法、加權(quán)綜合污染指數(shù)法及土壤綜合質(zhì)量指數(shù)對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到土壤質(zhì)量指數(shù)法評(píng)價(jià)最為合理；盧鐵光等［11］利用相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法對(duì)富錦市農(nóng)田進(jìn)行了縱向比較，得到了開(kāi)墾年限與土壤質(zhì)量之間的變化規(guī)律；張智勇等［12］對(duì)吳起縣退耕還林后的不同植被土壤質(zhì)量進(jìn)行比較，得到了最優(yōu)植被類型；張春等［13］對(duì)不同地形部位土壤質(zhì)量進(jìn)行了深入分析，得到了丘體土壤質(zhì)量變化規(guī)律。但以往研究沒(méi)有系統(tǒng)地研究土壤因子之間的關(guān)聯(lián)性以及對(duì)土壤質(zhì)量擾動(dòng)因子次序，而且不同農(nóng)田土壤橫向比較之間的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。由于銅梁區(qū)屬于重慶市重點(diǎn)農(nóng)產(chǎn)品輸出地，因此該研究選擇銅梁區(qū)具有代表性的村，測(cè)定土壤理化特性，利用層次分析法確定各因子對(duì)土壤質(zhì)量的權(quán)重，并利用相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法對(duì)該區(qū)域不同農(nóng)田土壤質(zhì)量進(jìn)行比較。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

銅梁區(qū)位于長(zhǎng)江上游地區(qū)、重慶市西部，地處105°46′22″～106°16′40″E、29°31′10″～30°05′55″N，主要以丘陵地形為主，地面坡度3°～50°，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有日照少、風(fēng)速小、多云霧的特點(diǎn)，無(wú)霜期為325 d，年降雨量為1 070.6 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 090.0 h，年平均相對(duì)濕度為81.9%，年平均氣溫為18.1 ℃，年平均最高氣溫為21.7 ℃，年平均最低氣溫為15.4 ℃，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫差異較小，一年中最高氣溫一般出現(xiàn)在8月份，最低氣溫在1月。根據(jù)地形條件有灌溉和無(wú)灌溉種植，主要種植作物為水稻和玉米，主要以黏壤土和粉砂質(zhì)黏壤土為主。通過(guò)實(shí)地調(diào)研和查閱資料，選擇銅梁區(qū)農(nóng)田面積與作物產(chǎn)量集中的鏨巖村、萬(wàn)橋村、東風(fēng)村、羊明村、翠英村、插臘村、垣桿村的農(nóng)田土壤為研究對(duì)象。

1.2 土壤樣品的采集

該研究針對(duì)銅梁區(qū)7個(gè)代表性的村進(jìn)行采樣，采樣田面積≥0.5 hm2以上，每個(gè)采樣田分布3個(gè)樣點(diǎn)，以耕層厚度（0～20 cm）的土壤樣品作為研究對(duì)象，并將采集的土樣裝入密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，用于養(yǎng)分測(cè)定試驗(yàn)。

1.3 土壤測(cè)定指標(biāo)

選取了pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀作為評(píng)價(jià)土壤的指標(biāo)，具體測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)化分析》［14］，每個(gè)樣品測(cè)定3次，取平均值。

1.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

1.4.1 相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法。

相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法便于橫向比較且沒(méi)有量綱的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其方法首先將樣本量中的數(shù)據(jù)分為5個(gè)區(qū)間，并對(duì)每個(gè)區(qū)間賦予等級(jí)，等級(jí)分別為1、2、3、4、5，其次確定各指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量中的權(quán)重，則相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)為指標(biāo)等級(jí)與權(quán)重的乘積再相加，也可理解為樣品中各指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量的貢獻(xiàn)率之和，具體計(jì)算方法如下［15-16］：

RSQI=ni=1（Ii×Wi）（1）

式中，RSQI為相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)；I為各指標(biāo)等級(jí)；W為各指標(biāo)所占權(quán)重；i為第i個(gè)指標(biāo)，n為評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)的數(shù)量。

1.4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與等級(jí)劃分。

該研究選擇土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)體系主要包括土壤質(zhì)地、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，指標(biāo)等級(jí)劃分的方法各有不同，該研究參照文獻(xiàn)［17］和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，具體方法為將所測(cè)數(shù)據(jù)從小到大進(jìn)行排列，并分為5個(gè)相等區(qū)間，每個(gè)區(qū)間定義和賦值分別為一級(jí)（5）、二級(jí)（4）、三級(jí)（3）、四級(jí)（2）、五級(jí)（1）。

1.4.3 指標(biāo)權(quán)重確定。

指標(biāo)權(quán)重即指標(biāo)主成分分析所得的公因子所占所有指標(biāo)公因子的比值，如果權(quán)重越大，則表明指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量的貢獻(xiàn)率越高。確定權(quán)重的方法較多，有人為打分、層次分析法、主因子分析法等，為避免人為和外界因素干擾，該研究利用層次分析法計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重，且滿足所有指標(biāo)權(quán)重相加等于1［18］。

1.4.4 土壤質(zhì)量對(duì)比模型。

利用矩陣的方法構(gòu)建相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)矩陣，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

RSQIm×1=Im×n×Wn×1（2）

式中，RSQIm×1為土壤樣本相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)矩陣；Im×n為指標(biāo)等級(jí)矩陣；Wn×1為指標(biāo)權(quán)重矩陣；m為土壤樣本數(shù)量；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量。Im×n和Wn×1數(shù)學(xué)表達(dá)式分別如公式（3）和（4）所示。

Im×n=

I11I12…I1j…I1m

Ii1Ii2…Iij…Iim

In1In2…Inj…Inm

（3）

Wn×1=［W1…Wj…Wn］T（4）

式中，Iij為第i個(gè)土壤樣本第j個(gè)指標(biāo)等級(jí)賦值；Wj為第j個(gè)指標(biāo)權(quán)重。

通過(guò)公式（2）～（4），可計(jì)算得到銅梁區(qū)不同采樣點(diǎn)的相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)，并且可以橫向比較，綜合評(píng)價(jià)不同農(nóng)田的肥力，以便給予客觀評(píng)價(jià)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

該研究利用Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、簡(jiǎn)單分析及作圖，利用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，借助yaahp層次分析輔助軟件，對(duì)測(cè)定的土壤理化特性進(jìn)行層次分析，得到土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)特征分析

從銅梁區(qū)7個(gè)村21個(gè)點(diǎn)土壤理化特性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)特征（表1）可以看出，該區(qū)域土壤pH為4.9～7.6，平均值為6.7，屬于弱酸性土壤；有機(jī)質(zhì)含量為16.4～53.3 g/kg，平均值為31.0 g/kg；全氮含量為1.1～2.5 g/kg，平均值為1.8 g/kg；堿解氮含量為97.2～178.3 mg/kg，平均值為130.6 mg/kg；全磷含量為0.17 ～0.87 g/kg，平均值為0.51 g/kg；有效磷含量為0.1～11.4 mg/kg，平均值為5.1 mg/kg；全鉀含量為12.5～22.6 g/kg，平均值為17.6 g/kg；速效鉀含量為50.0～190.3 mg/kg，平均值為118.5 mg/kg；所測(cè)指標(biāo)變異系數(shù)為31.79%～125.88%，變異程度由大到小依次為有效磷、全磷、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、全氮、堿解氮、pH、全鉀，整體上研究區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田土壤養(yǎng)分差異較大。

2.2 土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

土壤養(yǎng)分因子之間具有一定協(xié)調(diào)和依賴作用，為了更好地揭示該區(qū)域土壤養(yǎng)分之間依賴程度，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。由表2可知，各理化指標(biāo)之間存在不同程度的關(guān)聯(lián)性，其中相關(guān)性達(dá)到顯著性水平的有pH與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，有機(jī)質(zhì)與全氮、全磷、有效磷、全鉀，全氮與全磷、有效磷、全鉀、速效鉀，全磷與有效磷、全鉀、速效鉀，有效磷與全鉀，全鉀與速效鉀，而且各指標(biāo)之間均為正相關(guān)，即當(dāng)某一指標(biāo)增加時(shí)另一個(gè)指標(biāo)也隨之增加。同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)該區(qū)域土壤pH與各養(yǎng)分之間的相關(guān)性存在非常緊密的聯(lián)系。

2.3 土壤肥力質(zhì)量綜合比較

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及科研單位對(duì)土壤質(zhì)量的定義［10］，對(duì)銅梁區(qū)土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分，并利用層次分析法計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重，具體如表3所示。

根據(jù)銅梁區(qū)農(nóng)田的理化特性實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，選擇鏨巖村、萬(wàn)橋村、東風(fēng)村、羊明村、翠英村、插臘村、垣桿村代表不同農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)，依據(jù)表3對(duì)其賦值，構(gòu)建土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)矩陣，并得到7類土壤的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣I7×9，具體如公式（5）所示。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重矩陣W9×1，具體如公式（6）所示。

則銅梁區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)RSQI7×1為土壤指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣與指標(biāo)權(quán)重矩陣相乘，具體如公式（7）所示。

RSQI7×1=I7×9×W9×1（7）

將公式（1）和公式（2）中的數(shù)據(jù)代入公式（3）計(jì)算得到銅梁區(qū)7個(gè)代表農(nóng)田的土壤質(zhì)量矩陣，具體如公式（8）所示。

相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法可以有效評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)田施肥利用，同時(shí)可為農(nóng)田保護(hù)和恢復(fù)提供依據(jù)。該研究以土壤的質(zhì)地、pH以及土壤養(yǎng)分為指標(biāo)，對(duì)銅梁區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田土壤肥力進(jìn)行橫向比較，具體如圖1所示。由圖1可知，銅梁區(qū)相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)從大到小依次為萬(wàn)橋村、鏨巖村、羊明村、插臘村、垣桿村、翠英村、東風(fēng)村，其值為1.769～3.416，平均值為2.905。說(shuō)明銅梁區(qū)不同區(qū)域農(nóng)田的基本肥力有所差異，為了提高作物產(chǎn)量可通過(guò)配方施肥的方法具有針對(duì)性地提高土地肥力。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)銅梁區(qū)7個(gè)代表性村農(nóng)田土壤采樣分析得到，該區(qū)域以弱酸性土壤為主，不同區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分差異較大，各指標(biāo)的變異系數(shù)31.79%～125.88%，說(shuō)明該區(qū)域土壤理化特性差異極大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況配方施肥或選擇栽培作物。

（2）通過(guò)相關(guān)性分析得到銅梁區(qū)土壤各理化指標(biāo)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，而且均為正相關(guān)，其中pH與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效鉀的相關(guān)系數(shù)分別為0.724、0.846、0.906、0.577、0.562，均達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），可知該區(qū)域pH與各養(yǎng)分指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)性極大。

（3）對(duì)銅梁區(qū)農(nóng)田質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，以及相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)為1.769～3.416，平均值為2.905。因此土壤質(zhì)量改良時(shí)可抓住主要因素，具有針對(duì)性的施肥。

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