基于经验指数和法的贵州施秉太子参产地土壤适宜性评价

秦 维，林昌虎，何腾兵，张清海

(1.贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州医科大学，贵州 贵阳 550001；3.贵州省分析测试研究院，贵州 贵阳 550001)

·山区开发·

基于经验指数和法的贵州施秉太子参产地土壤适宜性评价

秦 维1，林昌虎2*，何腾兵1，张清海3

(1.贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州医科大学，贵州 贵阳 550001；3.贵州省分析测试研究院，贵州 贵阳 550001)

土壤适宜性评价是针对具体作物在特定地域种植的土壤适宜度所做出的定性、定量和定位的结论性评价，具有实践性、经验性、客观性及应用性的特点。本论文在采集、分析施秉县种植区70个土壤样品理化性质的基础上，基于GIS技术，采用检验指数和方法对复杂地理环境条件下的土壤适宜性评价进行研究，得出土壤适宜性评价结果以及适宜性评价图。

土壤适宜性评价；指数和法；评价结果

中药材太子参为石竹科植物，以块根入药。又名孩儿参、童参。有补气益血、生津、补脾胃的作用。很受中医药界和保健品行业的青睐，致使用量逐年增加[1]。太子参的生长和太子参的品质要受土壤等因素的影响[2]，土壤因素包括土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等，土壤条件的好坏直接影响土地综合开发与利用和生产力高低，并关系到种植业发展的方向及种植业模式规划等问题[3]。土壤适宜性是土地对一定的用途是否适宜以及适宜程度高低的特性[4]。土壤适宜性评价的目的就在于揭示土壤对不同农业用途的适宜性与限制性，为确定最适宜的用地方式和充分发挥生产潜力提供依据[5]。适宜性分析要综合考虑区位以及土壤发育的生物、物理、化学条件，能够帮助农户和决策者对区域的土壤条件综合考虑，建立和规范农户行为。提高土壤及土地资源质量，以实现土壤及土地资源的可持续利用。目前对于土壤适宜性评价主要集中于评价方法和指标体系的研究，评价方法已经融合多学科的特点进行定量评价，而土壤适宜性指标主要就是考虑影响土壤质量的因素[6]。基于经验指数和法的土壤适宜性评价主要是通过选择影响太子参种植的主要土壤因素，按其影响强度进行经验和统计分级，然后用各因子之和的相应数来表示[7]。主要过程为评价基本单元划分、选取评价因素、求出各评价因素的经验指数、确定评价因素权重、确定等级分值、求出各因素的经验指数和、适宜性等级划分。

1 基于经验指数和法的土壤适宜性评价

1.1 土壤适宜性评价指标的选取

对研究区进行合理的单元划分，结合太子参土壤及品质相关性分析拟选定了19个指标：土壤类型、土层厚度、海拔、坡度、坡向、≥10℃有效积温、年均降水量、空气相对湿度、日照时数、土壤pH值、有机质、碱解氮、全氮、有效磷、速效钾、政府重视程度、药农纯收入、劳动者素质、交通通达度。通过专家打分及主成分分析法选出6个指标，即土层厚度、pH、有机质、速效钾、有效磷、碱解氮，建立评价指标体系。土壤适宜性评价指标标准见表1[8]。

表1 土壤适宜性评价标准Tab.1 Soil suitability evaluation standard

注：此评价标准来源《施秉县耕地地力评价》。

1.2 土壤适宜性评价体系的建立

我们要进行土壤适宜性评价，建立土壤适宜性评价体系是基础和前提，根据以上选取的评价指标，遵循层次分析原理，将土壤适宜性评价指标体系分为3个层次[9]。最上层为目标层，即土壤适宜性水平(A)，该指数是土壤适宜作物生长能力的综合体现；第二层为准则层，包括地质地貌与土壤特性(B1)、土壤养分(B2)[10]；第三层为具体评价指标层(C1～C6)，分别对应每个适宜性评价指标，对准则层进行进一步分解和描述。通过构建土壤适宜性评价指标体系及层次结构模型，将评价指标体系化，分析各个评价指标对评价系统的贡献，进一步综合为评价系统可比较的量值，作为适宜性评价的标准来衡量土地系统对作物种植的适宜度(图1)[11]。

图1 土壤适宜性评价指标层次结构图Fig.1 Soil suitability evaluation index hierarchy structure

1.3 评价指标权重的确定

指标体系的权重通过层次分析法)与特尔菲法相结合的赋值方法确定[12]。具体做法就是将研究区的土壤适宜性评价看作一个系统，通过对系统的多个影响因素的分析，将指标体系的目标层分解为若干有序层次，采用比例法由专家和决策者对所列各层指标的递阶层次结构关系通过两两比较重要程度而逐步进行评分，将专家和决策者的分散意见整理成判断矩阵，再利用判断矩阵的特征向量，应用和积法确定下层指标对上层指标的贡献程度，从而得到基层指标对目标的重要性的赋值结果并进行层次总排序及其一致性检验[13]。

对于研究区土壤适宜性水平而言，在准则层按照层次分析法原理设计层次分析调查表，请相关专业的专家、技术人员及研究区有经验农户根据层次分析法的标度要求(表2)对准则层各指标相对于总指标适宜性水平的重要性做出判断[14]。共发出调查表20份，收到答卷18份，回收率为92%，得到准则层对于目标层的判断矩阵。同理，分别得到指标层对于准则层的判断矩阵。将判断矩阵每一列归一化处理，归一化处理后的新判断矩阵的每一行求和，求和后所得的向量做归一化处理得到特征向量(表3)。通过比较一致性指标(CI)与平均随机一致性指标(RI)的一致性检验(表4)，各判断矩阵均具有令人满意的一致性[15]。

表2 判断矩阵标度及其含义Tab.2 Judgment matrix scale and its meaning

表3 评价指标层判断矩阵Tab.3 Evaluation index layer judgment matrix

表4 平均随机一致性Tab.4 The average random consistency

表5 评价指标权重Tab.5 The evaluation index weight

1.4 土壤适宜性经验指数的计算

依据专家及研究区有经验农户对土壤适宜度标准的打分，计算方差离散程度和总体意见倾向，通过反复修正来确定分级指数[16](表6)。

表6 土壤适宜性评价分级指数Tab.6 Soil suitability evaluation classification index

根据经验指数和法评价模型公式：

计算出各样本综合指数和(表7)，其中，E(A)为评价单元的总分值：Wi和Pi分别为第i个评价单元的权重和分级指数；n为评价模型中的总参评因子个数[17]。

表7 土壤适宜性评价经验指数计算结果Tab.7 Soil suitability evaluation experience index calculation results

续表7编号土层厚度cmpH有机质g/kg速效钾mg/kg有效磷mg/kg碱解氮mg/kg经验指数23204.9821.93147.5914.3751.8890.5724194.9420.01120.2413.4945.7883.5325185.8529.69150.1015.7685.4686.6526205.7625.09110.7811.0368.6780.7127185.2232.54135.9114.41115.9883.2328185.0429.8197.4412.39102.2476.8829184.9532.67111.6719.54123.6173.3730184.8630.8485.7712.66105.2972.0331195.1631.57145.8314.03100.7286.432184.9426.0890.5411.2968.6786.0133184.9131.44153.4715.36125.1382.934194.8526.5898.8012.7797.6671.3735185.6935.67195.3113.65102.2492.3236185.4132.00106.3811.9183.9377.8737194.8932.64109.5614.13125.1370.4538184.7530.7494.2510.88100.7272.5839185.1431.41187.0110.81122.0890.4440175.0630.78141.138.85114.4581.6941185.4932.33156.7515.74103.7782.1642194.7629.53104.5813.4399.1980.2543175.0331.98157.0612.06134.2982.444194.9931.23118.1110.88128.1873.4745205.6932.28186.6414.54112.9296.0946195.4130.11107.3614.4393.0975.8747205.3622.41174.6513.1182.4098.0448195.0518.2688.7610.9062.5785.5449205.9733.76207.9213.76134.2992.1850185.2431.09186.2513.37114.4590.7751184.9231.57178.5717.0482.4093.6852174.8229.80129.7416.9745.7885.953185.0832.53218.2516.84131.2494.6054174.7831.36128.7113.76117.5085.955185.9736.54156.2514.13132.7686.1356205.7333.92100.4013.76102.2479.1257184.8830.20167.3319.53137.3490.5958174.5228.35107.8415.26114.4570.8959175.1525.82187.0114.0885.4692.1160177.4922.97140.1611.9065.6284.4961197.2229.59187.0121.10106.8293.6962174.7726.54114.9319.9386.9880.663205.2428.27145.5112.0485.4683.6664204.9826.12118.8110.9262.5777.1565175.3630.81157.0613.6593.0987.2266175.1529.52114.1711.5274.7778.0667197.2029.39209.5810.92100.7276.87

2 结果与分析

2.1 土壤适宜性等级的划分

土壤适宜性级别的划分方法有很多种，常用的有总分值频率曲线法和等间距法，总分值频率曲线法是将每一个综合指数作为样本，对其进行频率统计，并绘制频率直方图和曲线，然后选择若干频率曲线突变处来确定级别间的界线值和总级数[18]。等间距法是按照评价综合指数等间隔划分级别。本文采用总分值频率曲线法[19]划分等级，根据评价样本单元的综合指数绘制直方图，将样本评价单元划分为4级(表3-8)。

表8 土壤适宜性等级划分标准Tab.8 Soil suitability rank standard

最后，运用农业部县域耕地资源管理信息系统在耕地资源管理单元图上进行太子参适宜性评价结果专题图的绘制，得到施秉县太子参适宜性评价分布图，使评价结果能够更加直观，且有效的指导农业生产实践，具体见下图：

图2 施秉县太子参适宜性评价图Fig.2 Shi bing county radix pseudostellariae suitability evaluation

2.2 土壤适宜性评价结果

利用农业部县域耕地资源管理信息系统，计算评价结果图各评价单元的面积，然后又对其属性表进行操作，统计出各等级耕地的面积及图幅总面积得到太子参适宜性结果面积如表(表9)。

表9 土壤适宜性评价结果Tab.9 Soil suitability evaluation results

施秉县耕地总面积为225682.71亩，其中高度适宜的面积为79462.88亩，占耕地总面积的35.21%；中度适宜的面积为98375.09亩，占耕地总面积的43.59%；勉强适宜的面积为35838.41亩，占耕地总面积的15.88%；不适宜种植太子参的耕地面积为12006.32亩，占耕地总面积的5.32%。2.4 环境适宜性评价结果检验

土壤适宜性评价结果必须通过实际验证才能得到认可，在研究区选取太子参一些性状指标如产量、品质等对其进行一致性检验[20]。具体检验过程：把研究区分为若干单元，对于每一个单元， 高度适宜对应高品质高产量，中度适宜对应中品质高产量或高品质中产量或中品质中产量或高产量中品质，勉强适宜对应高品质低产量或高产量低品质高品质低产量或中品质低产量或中产量低品质，不适宜对应低品质低产量[21]。将70个样点分别叠加到不同数据处理评价图上，检验土壤适宜性评价结果与太子参样本等级之间的对应关系，检验结果表明：利用经验指数和法对样点评价结果进行克立格插值所得评价结果与太子参品质等级的对应数目达到25个[22]，符合率为46.30%。

3 结论与讨论

经验指数法是一种简单的定量评价方法，依据评价目的，选取相关土壤指标，对指标相互间的重要性分别给出数值，这些数值代替评价要素。然后按数学规律将这些数值加以结合，产生最后的性能指数，最后依据次序进行分等[23]，以反映土壤质量的高低。将土壤资源与空间分布相结合，采用土壤资源自然指数、耕地地力指数等探讨土壤资源利用的区域差异，空间适宜性及优化配置问题，可以把握土壤质量总体状况，对区域土壤资源利用的合理程度进行分析，比较不同区域土壤资源利用适宜程度、土壤质量状况以及不同管理措施对土壤适宜性的影响程度，比较真实地反映土壤资源利用状况，为定量化研究土壤资源的可持续利用提供较为合理的方法体系[24]。指数法特别适合于计算机和数据库管理，将标准数学模式非主观处理，但除了参评因素的数学处理是纯客观的外，因素的选择和组合应注意控制人为因素的影响[25]。指数和法在土壤质量、土壤适宜性评价乃至土地资源评价上都得到广泛的应用，能够指出众多指标的总体趋势并分析存在的潜在矛盾。这种方法运用在土壤质量评价上，能帮助农业管理者做出正确的决策。

贵州省施秉县是其主要产地之一，太子参产业已成为施秉县的支柱产业之一，也是当地农民增加收入的重要来源。但由于太子参的生长和太子参的品质受土壤等因素的影响，并不是任何地方都适宜种植太子参，现在可以根据太子参土壤适宜性评价图，选择种植区域，实现太子参产地资源合理利用及中药材太子参生产集约化和规范化种植。

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Soil suitability evaluation of Radix Pseudostellariae production area in Shibing County， Guizhou Province， based on experience index method

QINWei1，LINChang-hu2*，HETeng-bing2，ZHANGQing-hai3

(1.CollegeofLifeScience，GuizhouUniversity，Guiyang，Guizhou550025，China; 2.GuizhouUniversityofMedicalSciencesGuiyang，Guizhou550001，China；3.GuizhouAcademyofAnalysisandTest，Guiyang，Guizhou550001，China)

Soil suitability evaluation aims to optimally allocate crop planting through measuring the coupling of designating crop to given land， and considers simultaneously soil physical features and current/future land use patterns．In this paper， data acquisition and analysis were based on physical and chemical properties of 70 soil samples from planting area of Shibing County. Using the GIS technology， soil suitability was evaluated by the testing index and method under complex geographical environment conditions to obtain soil suitability evaluation results and suitability map.

Soil suitability evaluation；index method；evaluation results.

2016-10-27；

2016-11-16

贵州省中药现代化重大专项(黔科合重大专项字〔2012〕6010号)。

S181

A

1008-0457(2017)01-0061-06 国际

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.01.011

*通讯作者：林昌虎(1963-)，男，研究员，主要研究方向：环境科学；E-mail：linchanghu79@sina.com。