延吉市农田土壤肥力综合评价

王天娇 朱卫红 吴婷婷

摘要[目的]研究延吉市农田土壤肥力状况，为延吉市农田土壤的合理施肥提供参考依据。[方法] 采集82个农田土壤样品，其中玉米农田57个，水稻农田25个，对其进行土壤肥力相关的化学分析，然后采用主成分分析法对该区域的农田土壤肥力进行分级研究，并给予综合评价。[结果]延吉市农田土壤肥力指标可归为4个主要成分的82个评价因子，通过聚类分析方法计算得到玉米样点IFI值的得分在-1.643 2～1.732 0，水稻样点IFI值的得分在-1.673 1～1.712 9。[结论]该方法可从一定程度上反映田区土壤的肥力标准概况以及能对土壤养分供应能力及丰缺度作出相对正确的评价。

关键词土壤肥力；主成分分析；综合评价

中图分类号S158.3文献标识码

A文章编号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

土壤作為农业生产的基础，土壤质量水平的高低与作物产量、农产品质量以及农业发展物有直接的关系，因此土壤质量已经成为现代土壤学研究的核心[1]。近十几年来，国内外的许多学者对土壤质量以及土壤肥力综合评价与演变机理展开了研究，曹承绵等[2]提出了数值综合评价法，此方法要求从整体观点出发，不能仅考虑个别的单项肥力指标。另外，指数和法[3]、分数定级法[4]和Fuzzy综合评判法[5]也在土壤肥力评价中具有一定的价值。目前，各国都十分重视土壤质量，美国[6]的NRCS、ARS等部门及其他部门多年来一直鼓励人们采取最好的管理措施。

对土壤肥力的正确认识和科学客观的评价是准确了解土壤本质及更好利用土壤资源的保障，成为近年来国内外研究的重点[7]。延吉市是歷史悠久的农耕区，该研究通过对延吉玉米、水稻两大农作物生长区域进行土壤肥力相关的综合评价，为提高延吉市农用土壤的肥力提供参考。

1研究区概况与方法

1.1研究区概况 研究区设在吉林省的东部、长白山脉北麓的延吉市（ 129°01′～129°48′E，42°50′～43°23′N），东、南、北三面环山，西面开阔，中间平坦，呈马蹄状盆地，平均海拔150 m。境内河流皆为图们江支流，主要有布尔哈通河、烟集河和海兰江[8]。延吉市地处北半球中温带，不仅受亚洲大陆和太平洋高低气压季节变化的影响，而且处于各种气团势力消长以及风带季节移动的过渡带。因此，延吉市气候属于中温带大陆性半湿润季风气候。主要特点是季风明显，春季干旱多风，夏季温热而雨量较多，秋季凉爽少雨，冬季寒冷期长。区内土质主要为灰棕壤土、暗棕壤、水稻土、冲积土、草甸土、白浆土。自然植被为阔叶林，草甸土为草甸、沼泽植被，现大多变为农田。

1.2调查方法

使用GPS定位，分别在依兰镇、三道湾镇、朝阳川镇、小营镇的44个村82个地点进行了采样。采用5点取样法，在0～20 cm土层取土并混合。在研究区域内，因为各种环境因素和管理水平相对一致，土壤养分成为影响土壤肥力质量的主要因素，而且该研究旨在评价同一土壤类型的农田土壤肥力状况[9]。因此，在指标选择时侧重土壤养分指标的选取及显著影响土壤肥力的环境因子，主要选择土壤pH、全氮（TN）、有机质（SOM）、水解性氮（WSON）、速效磷（AP）、速效钾（AK）6项肥力指标，按照土壤农业化学分析法进行测定。

根据延吉市2012年统计年鉴，延吉市农作物播种面积为19 189 hm2，其中水稻3 335 hm2，玉米9 518 hm2，大豆2 852 hm2，三大作物应收面积为16 034 hm2，总产量为80 015 t，其中水稻产量为20 858 t，玉米为53 057 t，大豆为4 650 t。该研究主要对延吉市农业产量比重较大的水稻和玉米农田的土壤肥力情况进行研究。

1.3数据处理与评价方法

所有数据通过Excel整理，利用SPSS 19.0软件对数据进行平均值、標准差等统计。评价方法主要采用主成分分析法、聚类分析法等，其中主要采用主成分分析法对延吉市土壤肥力进行评价，由于主成分分析法应用最为广泛，步骤比较规范，大部分过程可通过计算机处理，各原始指标的比重不受人为影响，分析结果相对客观科学，有利于提高测算结果的准确性和可靠性。而且主成分分析是将多个指标化为少数几个指标，实现降维的一种统计方法，可以很好地处理变量间的多重相关性，使彼此之间具有相互独立性。计算土壤肥力质量的综合指标（IFI）时，通常采用加权法，其表达式为：

IFI=Wi×Zi（1）

式中，Wi为各主成分贡献率表示的权重，Zi为各样本主成分得分。

2结果与分析

2.1延吉市农田土壤肥力主成分分析

2.1.1种植玉米的土壤肥力主成分分析。

由表1可得，前4个成分累计贡献率达84.874%，反映出了土壤全部肥力指标84.874%的信息，已能够代表主要影响因素。各处理有机质含量为6.60～79.0 g/kg，全氮含量为0.25～6.84 g/kg，速效钾含量为27.30～901.0 mg/kg，pH为5.3～7.0，速效磷含量为6.60～524.10 mg/kg，水解性氮含量为54.0～636.0 mg/kg。

2.1.2种植水稻的土壤肥力主成分分析。

由表2可得，前4个成分其累积贡献率达到87.375%，即反映出了土壤全部肥力指标87.375%的信息，已能够代表主要影响因素。各处理有机质含量为2.40～28.0 g/kg，全氮含量为0.091～2.09 g/kg，速效钾含量为66.0～298.0 mg/kg，速效磷含量為6.60～524.10 mg/kg，水解性氮含量为5.30～167.0 mg/kg，pH为1.30～6.90。

2.2延吉市农田土壤肥力分级

根据主成分分析结果，对土壤肥力因子含量进行分级，每种级别对应的养分含量不同。而在实际工作中，可以对照或参考这个标准，对土壤进行测试分析，以了解土壤的真实肥力状况。根据全国第二次土壤普查及有关标准，将土壤养分含量分为以下级别（表3）。

按照以上土壤养分分级标准对延吉市玉米种植地及水稻种植地2种农业用地的土壤进行养分因子分级。

（1）土壤有机质。测得的延吉市2种主要农田土壤养分指标中有机质含量达到1级水平的占28%，含量达到2级水平的占24%，含量达到3级水平的占28%，含量达到4级水平的占14%。

（2）全氮。延吉市2种主要农田土壤养分指标中全氮含量达到1级水平的占26%，含量达到2级水平的占22%，含量达到3级水平的占44%，含量达到4级水平的占4%，含量达到5级水平的占4%。

（3）速效磷。测得的延吉市2种主要农田土壤养分指标中速效磷含量达到1级水平的占44%，含量达到2级水平的占24%，含量达到3级水平的占30%，含量达到4级水平的占10%。

根据上述分级结果，可以看出延吉市农田土壤肥力综合水平大致在1～3级水平，有机质含量为2级水平，全氮含量为2级水平，速效氮含量为1级水平，土壤肥力指标与耕地的利用方式有密切关系，由于采样时间为1月，冬季相应养分挟出量较小，所以土壤肥力质量有明显上升的趋势，土壤肥力各指标含量较高。

2.3延吉市农田土壤肥力指标评价结果

2.3.1玉米土壤肥力综合评价。

通过聚类分析方法计算得到样点的得分在-1.643 2～1.732 0（表4）。结果发现，所有样点肥力可划分为4个等级，其中 Ⅰ 级土壤肥力高，得分为1.463 5～1.732 0，土样3个；Ⅱ 级土壤肥力较高，得分为0.086 1～1.632 9，土样22个；Ⅲ级土壤肥力中等，得分为-1.012 9～-0.037 4，土样16个；Ⅳ级土壤肥力较低，得分为-1.643 2～-1.182 4，土样12个；其所占样点比例分别为5.2%、38.5%、28.0%和21.0%。

据延吉市玉米土壤肥力等级分级结果与数据，利用GIS制图方法输出延吉市玉米土壤肥力等级分布状况（图1）。由图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较高，南部地区较低，而且较近地区土壤肥力也存在差异。

2.3.2水稻土壤肥力综合评价。

通过聚类分析方法计算得到样点的得分在-1.673 1～1.712 9。结果发现，所有样点肥力可划分为4个等级（表5），其中 Ⅰ 级土壤肥力高，得分为1.412 1～1.638 3，土样1个；Ⅱ 级土壤肥力较高，得分为0.072 1～1.712 9，土样8个；Ⅲ 级土壤肥力中等，得分为-1.029 1～-0.045 1，土样13个；Ⅳ 级土壤肥力较低，得分为-1.673 1～-1.176 3，土样3个；其所占样点比例分别为4.0%、32.0%、52.0%和12.0%。

根据延吉市水稻土壤肥力等级分级结果与数据，利用GIS制图方法输出延吉市水稻土壤肥力等级分布状况（图2）。由图2可知，延吉市土壤肥力分布不均，中部的水稻地土壤肥力较高，南部地区较低，而且较近地区土壤肥力也存在差异。

3结论与讨论

根据以往土壤肥力评价的常规养分指标为基础，并以延吉市为例，采用统计学方法进行了土壤肥力综合评价。综上所述对土壤肥力进行了分级，延吉市农耕区土壤普遍呈酸性，有机质、水解性氮、速效磷、速效钾含量时空分布不均。其中速效磷和速效钾的含量都高于一般土壤。在延吉市农用土壤肥力评价中，速效钾的含量高于一般土壤，接近于高产土壤，而其他元素含量较低。

延吉市农田土壤肥力總体水平在较高和中等2个等级，而且时空分布不均，西北地区土壤肥力较高，南部地区较低，而且附近地区土壤也存在等级差异，可能是施肥的原因。通过该研究能相对准确地对延吉市农田土壤肥力丰缺度作出评价，并指导今后合理施肥。

参考文献

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