对潮土区金丝小枣枣园施用微生物菌剂减量施氮效益的评价——基于模糊综合评价法

刘全凤，金会赏，孙 一，武 婷，岳 雷，孙月丽，张立树

（1.沧州市农林科学院，河北 沧州 061001；2.沧州职业技术学院，河北 沧州 061001）

模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象作出一个总体的评价，该方法能较好地解决模糊的、难以量化的问题［1，2］，具有客观性、准确性，而且包容信息量大，系统性强的特点，是一种简便、清晰、灵活而又实用的多准则决策方法，被广泛应用［3，4］。石晓翠等［5］和俞丹萍等［6］分别利用模糊数学对土壤重金属污染和温室黄瓜种植最优化施肥模式进行了有效的评价。

金丝小枣（Ziziphus jujuba）具有悠久的栽培历史，因其香甜的味道和较高的营养价值而畅销于国内外［7，8］。沧州市土地以潮土为主，部分土壤盐渍化，在多盐的环境中，金丝小枣能够增强碳水化合物、蛋白质等物质的合成能力，沧州市特有的地质背景、土壤条件成就了金丝小枣特有、极佳的品质特征［9，10］。氮素为植物生长所必需的大量元素之一，是金丝小枣产量和品质的保障［11］，但氮肥的滥用现象严重，提高了环境风险，导致生态效益的下降［12，13］。微生物菌剂具有环境友好、无污染等优势，在农业可持续发展中具有不可替代的作用，它可以明显改善土壤营养与环境状况，有利于提高肥料的利用效率［14，15］。

本研究采用模糊综合评价法对沧州市潮土区金丝小枣枣园施入微生物菌剂减量施氮的社会效益、经济效益和生态效益进行量化评价，根据综合评价值，选择适合该地区的微生物菌剂与无机氮肥配施的最佳配比，提高氮肥的利用效率，旨在为该地区金丝小枣的生产建立生态环境友好型的农业生产模式提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与设计

于2019年在河北省沧州市沧县杜生镇陈会头村金丝小枣枣园开展田间试验，土壤类型主要为潮土，其理化性质：pH 7.98，含盐量0.286%，有机质12.56 g/kg，全氮1.22 g/kg，碱解氮75.43 mg/kg，速效磷27.54 mg/kg，速效钾123.81 mg/kg。

供试微生物菌剂为沧州旺发生物技术研究所有限公司提供，主要含有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、放线菌等多种有益微生物。有效活菌总数≥100亿个/g。性状为粉剂。施用时，按比例与肥料混合均匀后施用。

试验区枣树为20年老树，长势健壮的金丝小枣枣园，株距为3 m×4 m，采用随机区组设计，共设5个处理，每个处理10株，3次重复。对照（CK），100%无机氮肥（N 600 kg/hm2）；处理1（N1M），90%无机氮肥（N 540 kg/hm2）+微生物菌剂（60 kg/hm2）；处理2（N2M），80%无机氮肥（N 480 kg/hm2）+微生物菌剂（60kg/hm2）；处理3（N3M），70%无机氮肥（N 420kg/hm2+微生物菌剂（60 kg/hm2）；处理4（N4M），60%无机氮肥（N 360 kg/hm2）+微生物菌剂（60 kg/hm2）。

无机肥N、P、K分别由尿素（N 46%）、重过磷酸钙（P2O548%）、硫酸钾（K2O 50%）提供，重过磷酸钙和硫酸钾用量分别为350 kg/hm2和450 kg/hm2。分别在4月3日（萌芽前）、5月28日（初花期）、7月5日（幼果膨大期）采用放射状沟施。

1.2 综合评价计算方法

1.2.1 建立评价因子权重 利用变异系数法建立评价因子权重［4］。计算各指标的变异公式如下。

1.2.2 建立综合评价指标隶属度函数R采用线性插值法建立综合评价指标隶属度函数R［16］。指标值越高效益越好的指标计算公式如下。

1.2.3 综合评价合成运算 综合评价合成运算选择M（·，+）模型进行运算［17］。运算公式如下。

2 结果与分析

2.1 对金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施评价指标体系的建立

金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施评价指标体系建立的目的是要提供一个科学的、可供操作的评价系统，以便能对金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的效益进行有效的多层次多因素综合评价。对其评价的目的是建立生态环境友好型的生产模式，摈弃导致环境污染和生态退化的高耗低效的生产方式，达到生态合理性、经济可行性和社会可接受性［18］。因此，将评价指标划分为生态环境效益、经济效益和社会效益3类评价指标。

在构建指标时，由于金丝小枣的表观大小、营养品质、风味特色直接影响人们对其接受的程度，在考虑金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的社会效益时，通过评价金丝小枣的单果重、维生素C含量、可溶性总糖含量来定量表征；经济效益方面主要考虑金丝小枣的产量和肥料的投入，计算出金丝小枣生产的收益；生态环境效益方面主要考虑土壤-小枣-肥料系统中土壤氮素相关的敏感指标，即土壤脲酶活性和土壤碱解氮，以及影响种植环境中小枣的浆烂率和裂果率。

根据综合评价指标体系确定评价的因素集如下。

U=｛U1，U2，U3｝=｛社会效益，经济效益，生态环境效益｝

U1=｛u11，u12，u13，u14｝=｛单果重，维生素C含量，可溶性总糖含量｝

U2=｛u21｝=｛收益｝

U3=｛u31，u32，u33，u34｝=｛土壤脲酶活性，土壤碱解氮，浆烂率，裂果率｝

2.2 以社会效益为单一目标的微生物菌剂与无机氮肥配比评价

金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施社会效益的各指标见表1。根据式（1）、式（2），计算得θ1（单果重）=0.146 4，θ2（维生素C含量）=0.057 5，θ3（可溶性总糖含量）=0.058 9，3项评价指标的权重分别为ω1=0.557 1，ω2=0.218 8，ω3=0.224 1，可以看出单果重的指标所占权重较大。

表1 社会效益指标

在采用线性插值法建立综合评价指标隶属度函数时，选择了指标值越高效益越好的指标计算公式，根据式（3），求得隶属度矩阵。

将社会效益指标权重向量A和不同氮肥用量处理的隶属矩阵R进行模糊复合运算，根据式（5），得出其评价结果如下。

由模糊数学评价结果可以看出，金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施，社会效益较高的是N2M（80%无机氮肥+微生物菌剂），其评价值达0.96，而社会效益最低的是对照，评价值为0.20，说明通过施用微生物菌剂，不仅无机氮肥可以减量20%，且金丝小枣的品质也能表现较好。

2.3 以经济效益为单一目标的微生物菌剂与无机氮肥配比评价

本研究考虑经济效益的2个变量，一个为金丝小枣的产值，另一个为肥料和菌剂的消耗量，其收益见表2。因只考虑了金丝小枣的收益，所以其评价指标的权重为ω=1。

表2 经济效益指标

根据式（3）、式（4）求得隶属度矩阵如下。

模糊综合评价的结果如下。

由模糊数学评价结果可以看出，对金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的经济效益最高的是N2M（80%无机氮肥+微生物菌剂），5个不同处理的经济效益高低顺序为80%无机氮肥+微生物菌剂（N2M）>90%无机氮肥+微生物菌剂（N1M）>对照（CK）>70%无机氮肥+微生物菌剂（N3M）>60%无机氮肥+微生物菌剂（N4M）。由此看出，通过施用微生物菌剂，不仅无机氮肥可以减量20%，经济效益收益还可以明显增加。

2.4 以生态环境效益为单一目标的微生物菌剂与无机氮肥配比评价

金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施生态环境效益的各指标值如表3所示。根据式（1）、式（2），计算得θ1（土壤脲酶活性）=0.259 3，θ2（土壤碱解氮）=0.185 6，θ3（浆烂率）=0.323 3，θ4（裂果率）=0.244 4，4项评价指标的权重分别为ω1=0.256 0，ω2=0.183 3，ω3=0.319 3，ω4=0.241 4，可以看出各指标中浆烂率所占权重较大。

表3 生态效益环境指标

根据式（3）、式（4）求得隶属度矩阵。

将社会效益指标权重向量A和微生物菌剂与无机氮肥不同配施处理的隶属矩阵R进行模糊复合运算，根据式（5），可得其评价结果。

由模糊数学评价结果可以看出，金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施生态环境效益较高的是N2M（80%无机氮肥+微生物菌剂），评价值达1，而社会效益最低的是对照（CK），评价值为0，说明通过施用微生物菌剂，不仅无机氮肥可以减量20%，而且也能达到较佳的生态环境效益。

2.5 以3种效益为综合目标的金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施评价

借鉴俞丹萍等［6］在评价温室黄瓜种植中的最优化施肥模式，利用专家打分法得出3项效益指标的权重，分别为ω1（社会效益）=0.279，ω2（经济效益）=0.326，ω3（生态环境效益）=0.395。

根据B1、B2、B3，得到隶属度矩阵R。

运用式（5）计算得其评价结果。

由此可得，金丝小枣种植中微生物菌剂与无机氮肥配施，综合效益最高的是N2M（80%无机氮肥+微生物菌剂），评价值为0.989 6，对照的综合评价值最低，仅为0.061 4。

3 小结与讨论

本研究对金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的效益进行多层次多因素综合评价，借助模糊数学理论，构建了金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的社会效益、经济效益、生态环境效益3项主体指标，8项分指标的隶属函数，主要通过变异系数法确定了各项分指标的权重，通过比较综合评价值的大小来筛选微生物菌剂与无机氮肥的最佳配比。

N2M（80%无机氮肥+微生物菌剂）处理的各效益值无论社会效益、经济效益、生态环境效益以及综合效益均较高，说明通过施用微生物菌剂，不仅无机氮肥可以减量20%，效益方面也达到了理想状态，80%无机氮肥和微生物菌剂是最佳的配比，这与张旺林等［11］通过对各指标进行差异显著性分析的结果一致，符鲜等［13］通过研究盐渍化土壤中氮和微生物量的关系表明，土壤微生物的数量随着施氮水平的提高呈先增加后降低的趋势，这也说明了无机氮肥和微生物菌剂最佳配比的重要性。陈桂华等［19］研究表明名、优、特农产品是在特定生态环境中各个因子综合作用下形成。金丝小枣因抗旱、耐涝、耐盐碱而得名，是旱涝保收的“铁杆庄稼”，生产出优质味好、富营养、无污染、有竞争力的产品是今后努力的方向。

在本次评价中所选的评价指标体系可以一定程度上评价金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的综合效益，基于模糊评价法的特点，评价体系还可以不断完善，如社会效益指标可以根据人们对产品的不断需要，增加颜色、糖酸比、可滴定酸等。应用模糊综合评价法来评价金丝小枣微生物菌剂与无机氮肥配施的综合效益，既可兼顾环境风险，又可考虑到经济收入，可较好地指导肥料的科学有效利用。