酉阳县耕地土壤肥力水平模糊综合评价

冉文秀，李君保

（酉阳县农业农村委员会，重庆酉阳 409800）

土壤生产力主要由肥力来表征，受区域土壤理化性质、气候特征、土地利用方式、作物种类等因素综合作用[1]。土壤肥力一般包括土壤的养分状况及土壤在供给植物时所处的特定环境条件[2]。土壤养分特征及水平决定了土壤肥力的高低。除了土壤养分各因子含量水平的高低外，因子之间的相互作用也是影响土壤肥力状况的重要因素。因此对土壤养分含量综合评价具有重要意义[3-7]。重庆市酉阳土家族苗族自治县（简称为酉阳县）位于重庆市东南部，地处武陵山区腹地，属于典型的山地丘陵地形地貌，山多平坝少，土地破碎，产出率低。因此，对该地区土壤养分进行全面评价，对促进该地山地特色农业发展尤其是提升油茶、青花椒等特色农产品产能，加快农业现代化进程意义重大。虽然有些文献已对重庆市不同利用类型土壤养分进行了综合评价[8-9]，但是对酉阳县土壤养分评价的资料目前还较缺乏。常见的土壤肥力评价方法包括田间描述评价、指数法评价模型、环境指数评价模型、模糊综合评价模型、地统计学评价、系统评价方法、动力学评价、决策树法等[10]。而模糊综合评价模型在从土壤养分状况角度进行土壤肥力评价应用的最多[11]。该模型对隶属函数和权重系数进行了定量化建立，且综合利用了各种养分元素，更适合表征土壤的真实肥力。本研究基于服务农业生产实际的初衷，在酉阳县主要农用地（耕地和少量园地）进行采样分析，并借助模糊综合评价法对土壤肥力水平进行评价，以期为酉阳县的土壤养分营养诊断与管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

酉阳县位于长江上游地区、重庆东南部，地处东经108°18′25″～109°19′02″、北纬28°19′28″～29°24′18″。东邻湖南省龙山县，南与秀山县、贵州省松桃县、印江县接壤，西与贵州沿河县隔乌江相望，西北与彭水县，正北与黔江区、湖北省咸丰县、来凤县相连。总面积5 173 km2，东西宽98.3 km，南北长119.7 km。酉阳县属武陵山区，地势中部高，东西两侧低。属亚热带湿润季风气候区，全年雨量充沛，冬暖夏凉。年平均日照时间为1 131 h，年平均气温由海拔280 m 的沿河地区17 ℃递减到中山区的11.8 ℃，年降水量一般在1 000～1 500 mm。

1.2 土壤样品采集和测定

基于酉阳县农业农村委组织的“测土配方施肥补充采样”工作，2020—2021 年分别于酉阳县的板桥乡、板溪镇、苍岭镇、大溪镇、丁市镇、泔溪镇、龚滩镇、官清乡、黑水镇、后坪坝乡、可大乡、浪坪乡、李溪镇、两罾乡、麻旺镇、毛坝乡、庙溪乡、楠木乡、偏柏乡、双泉乡、天馆乡、涂市乡、五福乡、兴隆镇、宜居乡、酉酬镇、腴地乡共27 个乡镇进行土样采集，共采集土壤样品724 个，采样地块的土地利用方式主要为耕地（含少量园地）。各乡镇所采集的样品数量列于表1。各样品采用梅花形布点法（不少于5 点）采集耕层（约20 cm）样品，四分法保留约2 kg 土样，风干后拣去杂物并磨碎过2.00 mm、1.00 mm、0.25 mm 尼龙筛备用。采用常规方法测定了土壤pH、有机质、有效氮（碱解氮）、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有效铁、有效锰、有效铜的含量[12]。土壤pH 值采用电位法测定（土水比1∶2.5），土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定，土样有效氮采用碱解扩散法测定，土壤有效磷采用pH 8.5 NaHCO3提取-磷钼蓝比色法测定；土壤速效钾采用NH4Ac 提取-火焰光度法（AP1401，上海傲谱）测定；土壤全氮采用H2SO4消煮-凯氏定氮法测定；全磷采用NaOH 熔融-磷钼蓝比色法测定；全钾采用NaOH 熔融-火焰光度法测定；有效铁、有效锰、有效铜采用DTPA（二乙三铵五乙酸）提取-原子吸收分光光度法（Z-5000，日本日立）测定。

表1 酉阳县各乡镇土样采集数量 单位：个

1.3 数据统计与分析

利用Microsoft Excel、SPSS 17.0 对试验数据进行统计分析。采用模糊综合评价模型对土壤样品进行综合肥力评价。

1）根据各养分因子的含量水平计算隶属度值（Ni）。根据土壤养分因子对作物产量和品质间的相互关系建立相应的隶属度函数，再将隶属度函数简化为相应的折线型函数来计算其隶属度值。如果作物的效应与养分值的关系呈现为抛物线型曲线（如土壤pH），其隶属函数见公式（1）。

根据酉阳县土壤情况及主要栽种作物的实际情况，确定土壤pH 在隶属度函数曲线中转折点的相应取值为：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5。

如果作物的效应随着土壤养分因子值的增加先增加后稳定在一定水平上，呈现为“S”形曲线（如土壤有机质、氮、磷、钾含量等），相应的隶属度函数见公式（2）。

根据相关文献的研究报告[13-16]和本次样品的测得数据，确定各指标的隶属度函数曲线中转折点的相应取值（见表2）。

表2 S型隶属度函数曲线转折点的取值

2）采用相关系数法计算各养分因子对土壤肥力的贡献水平确定各养分因子的权重系数（Wi）。相关系数法首先计算各单项养分因子间的相关系数，再求得各单项养分因子与其他养分因子间相关系数的平均值，该平均值占所有养分因子相关系数平均值总和的比，作为该单项养分因子的权重系数。

3）加权求出土壤养分综合指数INI（intergraded nutrient index），计算公式如（3）。根据土壤养分综合指数对土壤肥力进行综合评判。

（3）式中WNi、μNi分别为相关系数法确定的第i种养分因子的权重系数、隶属度。

2 结果与分析

2.1 土壤养分指标的含量水平

土壤各养分因子含量水平如表3 所示。酸性土壤（pH 值在5.0～6.5）比例最高（53.7%），其次为强酸性土壤（pH 值＜5.0，占比20.6%）和中性土壤（pH值在6.5～7.5，20.6%），碱性土壤（pH 值在7.5～8.5）比例最小（5.1%）。强酸性土壤对作物生长不利，需要进行改良。有机质含量中等，主要在1%～4%范围内，变异系数较小，分布相对均匀。全氮含量中上等，主要分布在1～2 g·kg-1区间内。全磷含量中等，均值为0.77 g·kg-1。全钾处于中上水平，均值为18.0 g·kg-1。土壤有效氮、速效钾和有效磷丰富，但有效磷变异性较大。有效铁、有效锰、有效铜的含量也较为丰富，但变异性均较大，其中绝大部分土壤的有效锰含量达到极丰富水平。

表3 酉阳县土壤养分指标测定结果统计

2.2 各养分指标对土壤肥力的贡献水平

运用SPSS软件的相关性分析获得各单项养分因子间的相关系数（见表4），通过计算获得某一养分因子与其他养分因子间相关系数的平均值，以该平均值占所有养分因子相关系数平均值总和的比值作为该单项养分因子的权重系数（见表5）。由表4 可知，相关系数在0.4 以上的包括：pH 值与有效锰呈显著负相关，其原因可能源于土壤酸化对金属离子的活化作用[17]；有机质、全氮和碱解氮三者之间呈显著正相关，这是由于土壤氮素主要以有机态氮形态存在，碱解氮除铵态氮外，还含有大量的易水解有机态氮，所以三者相关性显著；总磷和有效磷呈显著正相关，土壤有效磷是指土壤中能被植物直接吸收利用的正磷酸盐，对于耕地土壤，一般土壤的全磷含量越高，有效磷含量也较高；有效铁和有效铜呈显著正相关。由表5 权重系数结果可知，权重系数较高的是有机质、碱解氮，pH值、全钾的权重系数最低，说明有机质和碱解氮对土壤肥力的贡献水平较高。

表4 酉阳县耕地土壤各指标间的相关系数矩阵

表5 各养分指标的权重系数及与其他指标间相关系数绝对值的平均数

2.3 土壤养分等级综合评价

根据公式（1）和公式（2）计算得到pH值和其他各养分指标的隶属度值（μNi），根据表5获得各养分因子的权重系数（WNi），最后采用公式（3）计算得到各土样的土壤养分综合指数（INI）。土壤养分综合指数INI的总体变幅为0.25～0.93（见图1），平均值为0.66，变异系数为21%。一般根据土壤养分综合指数值的大小划分为高（INI≥0.8）、较高（0.6≤INI＜0.8）、中（0.4≤INI＜0.6）、较低（0.2≤INI＜0.4）和低（INI＜0.2）等5 个等级。据分析统计，酉阳县本次采集土壤样品中，养分等级属于“中”“较高”和“高”的分别有191、387和116 个样品，共占总样品的96%，其中“较高”及以上的占69%，说明该县土壤总体肥力水平较高。

图1 土壤养分综合指数与各养分因子的相关性

为进一步验证土壤养分综合指数INI的准确性和确定影响土壤养分综合指数INI的核心肥力指标，进一步将土壤养分综合指数与各养分指标进行相关性分析（见表6、图1）。分析结果表明，受抛物线型函数关系的影响，INI与pH 值间的相关性未达到显著性水平。但INI与其他肥力指标间的相关性均达到显著性水平。碱解氮、有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾、有效铜、有效铁和全钾与INI呈显著正相关，相关性依次减弱；而有效锰与INI呈显著负相关，其原因在于供试样品大部分锰含量丰富，隶属度值（μNi）为1，有效锰含量已不是影响INI的关键因素。氮是植物必需的大量元素之一，也是化肥投入量最大的养分元素，是决定土壤肥力水平和影响作物生长的最关键元素。土壤有机质可促进土壤团聚体形成，维持土壤良好结构和促进土壤微生物活性，是土壤物理肥力和生物肥力水平的决定性因素；有机质矿化后还能释放出养分元素，对土壤化学肥力有一定程度影响。由于本文得到的土壤养分综合指数与有机质和氮素含量关系最为密切，因此提升土壤有效氮和有机质含量对提升土壤养分等级至关重要。

表6 土壤养分综合指数与各养分因子的相关系数

本次取样共涉及27个乡镇，比较土壤养分综合指数均值（见表7）可知，毛坝的土壤养分属于“高”等级，苍岭、大溪、两罾、后坪、偏柏、龚滩、李溪、宜居、丁市、楠木、黑水、天馆、板桥、麻旺、兴隆、五福、涂市、泔溪、双泉、官清和腴地21个乡镇的土壤养分属于“较高”等级，板溪、可大、庙溪、酉酬和浪坪5个乡镇的土壤养分属于“中”等级。

表7 酉阳县各乡镇土壤养分综合指数

3 结论

酉阳县土壤整体肥力较高，但酸化土壤占比较高，除自然因素外，应在施用氮肥种类、种植作物种类、施用有机肥、水分管理等方面因地制宜制定合理的改良措施。土壤有机质对该地区的肥力贡献水平最高，且有机质提升空间较大，应结合化肥减量配施有机肥，使土壤有机质含量进一步提高。氮磷钾的有效态均对植物生长有重要影响，且也是该地区土壤肥料的重要影响因素，而施用缓效复合肥有利于作物吸收养分的平衡。锰是植物必需的微量元素之一，但是过量的锰会对植物造成毒害作用，鉴于有效锰的增加与肥力的负相关性，下一步应进一步分析土壤中的锰形态和氧化还原状况，为抑制有效锰含量的上升提供对策。