测土配方施肥项目中县级土壤基本肥力评价研究(1)

测土配方施肥项目中县级土壤基本肥力评价研究

殷本华　(安徽省宣城市宣州区农业技术推广中心,安徽宣城242000)

摘要　[目的]为县级土壤肥力评价及其空间变异研究提供技术方案。[方法]以安徽宣城市宣州区为例,在地理信息系统(GIS)支持下,采用模糊数学方法建立肥力评价模型,运用因子分析法确定模糊评分方程,进行县级土壤基本肥力的综合评价。[结果]宣州区土壤基本肥力综合指数为0.4～0.8,其肥力可分为7级。各肥力等级间差异明显,沿圩区、沿湖阶地、沿河流域、丘陵山区、山区土壤肥力水平依

2

次降低。肥力最好的土壤主要分布在水阳镇,面积约6700hm。[结论]利用该方法进行县级土壤肥力评价是可行的。关键词　土壤肥力;评价;宣城中图分类号　S158　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)15-06389-03StudyonBasicSoilFertilityEvaluationinCountyLevelinProjectofFormulaFertilizationbySoilTesting

(YINBen2hua　AgriculturalTechnologyExtensionCenterofXuanzhouDistrict,XuanchengCityofAnhuiProvince,Xuancheng,Anhui242000)

Abstract　[Objective]Theaimoftheresearchwastoprovidetechnicalschemeforevaluatingthesoilfertilityatcountylevelandstudyingitsspatialvariation.[Method]TakingXuanzhoudistrictofXuanchengcityinAnhuiprovinceasanexample,withthesupportofgeographicinformationsystem(GIS),fuzzymathematicsmethodwasusedtosetupsoilfertilityevaluationmodel.Thefuzzyscoringequationwasconfirmedbyfactoranalysismethodtomakethecomprehensiveevaluationonthebasicsoilfertilityatcountylevel.[Result]ThecomprehensiveindexofbasicfertilityofsoilinXuanzhouDis2trictwas0.4～0.8anditsfertilitycouldbedividedinto7levels.Thedifferencesamongdifferentfertilitylevelwasobviousandthesoilfertilitylevelofpolder2alongregion,lake2alongterrace,river2alongbasin,hillyandmountainousareasqandmountainousareawasdecreasedinturn.Soilwiththebest

2

fertilitywasmainlydistributedinShuiyangtownshipwiththeareaof6700hm.[Conclusion]Itwasfeasibletoevaluatethefertilityofcountysoilbyusingthismethod.Keywords　Soilfertility;Evaluation;Xuancheng

　　土壤质量是土壤特性的综合反映,可以指示土壤条件差异及其动态变化[1],因而能体现自然因素及人类活动对土壤的影响。土壤质量评价监测是关系到可持续性农业、环境、生态发展的重要手段[2]。土壤肥力质量是土壤质量的重要组成部分,对它进行评价就是对土壤供肥能力高低的评判和鉴定,其结果可以用于指导合理施肥、保证农业稳产高产以及控制非点源污染等方面。目前全国范围内正在开展县级测土配方施肥项目,其主要工作环节包括合理布设监测样点、测土、小区实验、肥力评价及空间变异、不同土壤和肥力条件下的配方制定及其推广应用5个部分,前3个环节农业部已经有一套比较健全的技术体系,并组织多次相关培训;而肥力及其空间变异评价和配方制定环节尚缺乏统一标准,由于土壤肥力概念的不统一性、内涵的不确定性、评价目的侧重的不同以及各地自然和社会经济条件的差异,即使在省级范围内,也不可能统一评价方法和指标;而且由于前期基层农业技术工作的弱化,在全国范围内基层专业技术力量差异较大,因此,势必影响到测土配方施肥项目的开展效果。笔者以安徽宣城市宣州区为例,在GIS支持下,利用数学方法构建评价模型,以减少主观的不确定性,为县级土壤肥力评价及其空间变异提供一个可行的技术方案。

1　材料与方法

1.1　研究区概况　研究区位于安徽省东南部的宣城市宣州

1.2　基础数据来源　土壤属性数据来源于两方面,首先为

该次测土配方施肥项目中全县采集的6000余个样点分析数据;其次,由于土壤物理性质等指标对土壤供肥能力具有显著影响,因此从第二次土壤普查数据中获得部分数据,包括粘粒含量、土壤阳离子交换量(CEC)。

空间数据包括1∶50000的地形图、DEM(数字化高程模型)、土壤图和土地利用现状图。

1.3　软件平台　采用的软件平台有ArcMAP9.0、SPSS11.0、

县域耕地资源管理信息系统3.0,其中ArcMAP9.0与县域耕地资源管理信息系统3.0两者在空间数据格式上具有良好的通用性,后者难以兼顾的一些复杂空间分析计算可以在

ArcMAP9.0中实现,其结果亦可以直接调入县域耕地地力管

理信息系统中进行显示和管理。

2　评价模型构建

2.1　基本肥力指标选取　土壤肥力评价也要求数量化、客

观化、综合化,尽可能地反映土壤肥力的养分状况、物理性状、生物特征和土壤的环境条件。合理的土壤肥力评价指标既能反映土壤的自然养分状况,又能显示土壤养分对植物的供应能力,还能反映土壤所处的小环境和大环境。土壤基本肥力属于狭义的土壤肥力概念,可以认为是土壤中养分的丰度及其可供作物吸收利用的效率。该评价在综合以上因素的基础上,并参阅国内其他类似研究,把基本肥力指标分为2个因子集:①土壤养分含量状态集,包含常规的有机质、N、P、

K以及Zn、B、CEC;②土壤养分有效性状态因子集,主要影响

区,为亚热带山地丘陵区与长江沿江平原的过渡地带,地理位置为118°37′31″～40′15″E,30°50′55″～52′30″N,属亚热带湿润季风气候类型;成土母质主要为白垩纪风化物、第四纪红土、黄土以及河流冲积物;植被类型为常绿针叶林和落叶阔叶林,以次生林为主。耕地面积约占32%,以水旱轮作为主,林地和草地共占研究区面积的50%左右。

作者简介　殷本华(1963-),男,安徽宣州人,高级农艺师,从事农业

技术推广工作。

收稿日期　2008204209

土壤吸附和植物吸收的pH、粘粒含量。其中,OM、AP、AK、

Zn、B、pH从此次分析数据项目中直接获得,CEC、粘粒含量从

第二次土壤普查资料《宣州土壤》中查找与此次调查采样点的对应剖面,获得有关数据。尽管此次分析还有很多其他中微量元素项目,但不宜于作为基本肥力评价指标,CEC在一定程度上能够反应大部分中微量元素的综合供应潜力。

2.2　标准评分方程　标准评分方程(StandardScoringFunc2

6390　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年

tion)是解决系统工程问题时提出的方法,该方法可以将数值的测定数值代入标准评分方程计算得到标准得分值。综合各方面的研究资料,经过研究小组讨论并由专家审定,最后确定了土壤质量评价指标的标准评分方程类型及其参数(表

1)。参数选择的基本原则是既要具有较强的区分能力,也要

或等级划分转变为0～1的无量纲值。土壤指标标准化一般采用3类标准评分方程:①SSF1,越多越好;②SSF2,最合适范围;③SSF3,越少越好(图1)[3],对于每个指标,需要选择合适的评分方程,并确定评分方程的上限(U)、下限(L)、基准值

(B)、斜率(S)、最优值(O)等参数,最后将各项土壤质量指标

避免评价范围过窄而缺乏足够的容纳能力。

图1　土壤肥力指标标准化采用的标准评分方程

Fig.1Standardscoringequationintheadoptionofsoilfertilityevaluationindex

表1　土壤肥力评价指标标准评分方程的参数

Table1　Parametersofstandardscoringequationoftheevaluationindexof

soilfertility

析[4-7],得到各个肥力因子主成分的贡献率和特征值,计算相应的荷载矩阵,求出各肥力指标的公因子方差,方差的大小表示了该项肥力指标对土壤肥力总体变异的贡献,由此转变为其权重值。利用SPSS分析,通过正交旋转可以使各指标与提取的主成分之间的相关系数向0～1两极分化,使每个主成分中需要解释的原土壤养分达到最少。得到肥力指标间的相关关系矩阵、特征向量、特征值、贡献率和累积贡献率(表2、3)。

由表2可知,前6个主成分从8个变量中提取的信息量已达到全部信息量的84%,取前6个主成分已足以说明问题。利用主成分分析的结果来计算对应样品前6个主成分的总得分,根据主成分计算公式得到6个主成分与其主因子的线性组合如下:

主成分的总分值:

F=0.153×F1+0.144×F2+0.141×F3+0.139×F4+

指标Index粘粒含量∥%

ClaycontentpH值pHvalueOM∥%

SSF22122221

L25.03.50.55.030.00.50.5

BU65.09.5B140.05.3O45.06.5

B250.07.71.53.0150.0525.02.52.520.0

15.0

30.0100.0

有效P∥mg/kg

AvailableP

速效K∥mg/kg

RapidlyavailableKZn∥mg/kgB∥mg/kgCEC∥mg/kg

85.0175.0450.01.0

1.51.5

2.0

3.010.0

2.3　因子分析方法确定模糊评分方程　由于各肥力因素(指标)影响土壤整体肥力的作用不同,即各指标对土壤肥力

0.136×F5+0.126×F6

的贡献是不一致的,故对各项指标应给予一定的权重。权重系数的确定是肥力综合评价中的一个关键问题,该研究采取因子分析方法(主成分分析)对参评因子进行主成分分

其中,F1=0.87X5-0.62X2+0.25X7;F2=0.14X2+0.92X3

-0.51X7;F3=0.91X1+0.36X2+0.37X7;F4=0.41X2+0.94X4+0.21X7;F5=0.95X6+0.38X7;F6=0.98X8。

表2　可解释的总方差

Table2Interpretabletolalvariance

主成分

Principalcomponent

12345678

初始特征值Invitialeigenvalue方差∥%累积贡献率∥%

Total1.71.51.10.90.80.70.70.6

Variance　　　　21.0

18.813.311.110.69.18.67.4

Cumulativecontribution　　　　21.0

39.953.264.374.884.092.6100.0

Total1.21.21.11.11.11.0

方差∥%

Variance15.314.414.113.913.612.6

旋转结果Rotationresult

累积贡献率∥%

Cumulativecontribution15.3

29.843.957.871.484.0

3　综合评价壤肥力综合指数:将各评价指标的指数与其权重的积相加得到综合指数,总值越高,土壤肥力质量越好。计算公式如下:

各参评指标权重的标准化指数确定后,通过一定方法的计算得到综合指数,即土壤肥力指数。采用加和方法计算土

36卷15期　　　　　　　　　　　　　　　　殷本华　测土配方施肥项目中县级土壤基本肥力评价研究

n

6391

IFI=ΣFi×Wi

i=1

10600hm2。③肥力三级主要分布在卫东、朱桥、沈村、棋盘、

式中,IFI为土壤肥力质量综合评价指数,Fi为i评价指标的标准指数,Wi为i指标的权重系数,n为参评指标数目。

得到评价结果后,在县域耕地资源管理信息系统中,进行点-面扩展,扩展规则为“空间距离+土地利用类型+土壤类型”,结果显示:宣州区土壤基本肥力综合指数分布在

0.4～0.8,肥力等级分为七级:①第一级为肥力最好的,主要

金坝、黄渡。约31300hm2。④肥力4级主要分布在南湖、团山、古泉(竹棵、麒麟)、沈村、棋盘(陈文村)、寒亭、杨柳、金坝、峄山、杨林。面积约为34600hm2。⑤肥力五级主要分布在新河、古溪、寒亭、水东、新田、金坝、杨林。面积约为21300

hm2。⑥肥力六级主要分布在寒亭、团山、向阳、水东(宗村)、

夏渡。面积约为15300hm2。⑦肥力七级主要分布在寒亭

(龙山、肖北)、夏渡(双边)、古溪(狮峰)、华阳(东溪、双峰)

分布在水阳镇。面积约有6700hm2。②肥力二级主要分布在水阳、狸桥(湖滨)、孙埠、养贤、朱桥、五星等地。面积约为

等。面积约为12000hm2。

表3　旋转主成分矩阵

Table3Matrixofrotaryprincipalcomponent

指标

IndexOM

变量

VariableX1X2X3X4X5X6X7X8

主成分Principalcomponent

F1

F2

F3

F4

F5

F6

权重

　　-0.11

0.04-0.030.050.030.950.38-0.111.113.6

　　-0.06

-0.620.110.010.87-0.020.25-0.041.215.3　　0.00

0.140.92-0.130.12-0.07-0.510.061.214.4　　0.91

0.360.06-0.030.06-0.120.370.081.114.1

　　-0.03

0.41-0.060.940.110.030.210.021.113.9

　　0.09

0.010.040.02-0.04-0.10-0.110.98112.6

Weight0.140.040.150.140.150.140.110.14

有效PAvailableP

pH

速效KRapidlyavailableK

ZnBCEC

粘粒Clay

特征值Eigenvalue

贡献率Contributionrate

4　结论

(1)通过GIS统一管理土壤肥力评价过程中的空间数据

丘陵山区、山区土壤,具有肥力水平依次降低的特征。参考文献

[1]赵其国,孙波,张桃林.土壤质量与持续环境Ⅱ.土壤质量的定义及评

()价方法[J].土壤,19973:113-120.

[2]UnitedStatesDepartmentofAgricultureNaturalResourcesConservationService.

American’sprivateland———ageographyofhope[M].WashingtonDC:USGovernmentOffice,1997:162-171.[3]KARLENDL,STOTTDE.Aframeworkforevaluatingphysicalandchemical

indicatorsofsoilquality[Z]//DORANJW.Definingsoilqualityforasustain2ableenvironment.SoilScienceSocietyofAmericanPublicationNo.35.Inc,Madison,Wisconsin,USA,1994:53-72.

[4]贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津:天津科学技术出版社,1985:52-72.

[5]张兴昌.土壤肥力的数学评价初探[J].陕西农业科学,1993(4):8-11.[6]沈汉.土壤评价中参评因素的选定与分级指标的划分[J].华北农学

报,1990,5(3):63-69.

[7]曹承绵,严长生,张志明,等.关于土壤肥力数值化综合评价的探讨

[J].土壤通报,1983(4):13-15.

和属性数据,实现评价单元的计算机划分、数值的自动批量计算,提高了工作效率。评价单元的划分采用空间距离、土壤图与土地利用现状图的叠置划分法,可反映单元之间的空间差异性,使土地利用类型有了土壤属性的均一性。

(2)该研究中,利用模糊数学的评价方法可在一定程度

上减少评价者主观因素的影响,更准确地反映土壤肥力的差异,提高评价结果的精度。

(3)宣州区耕地总资源103851hm2,实际参与此次土壤

基本肥力评价的耕地面积达131800hm2,略高于统计面积。

(4)该评价模型第一次运行所获结果与农业技术人员掌

握的实际产量情况具有很好的吻合度。各肥力等级间的差异明显,按地貌类型可概括为沿圩区、沿湖阶地、沿河流域、

(上接第6382页)

治。第1代若虫出现比较整齐一致,抗性差,利于集中消灭,是1年中药剂防治梨木虱的又一个关键期(约4月底在落花达90%左右时),可选用600倍液1.2%苦・烟乳油或200倍

99.1%加德士敌死虫喷药,隔7～10d再喷1次,以后可以和

和发生规律,筛选出几种高效低毒农药,为梨木虱化学防治提供了参考依据。在成虫发生期首选吡虫啉、阿维菌素、莫比朗,且杀卵效果很好。在若虫发生期首选1.2%苦・烟乳油或99.1%加德士敌死虫。

　　防治梨木虱应重点放在前期,抓关键期,并树立全年性综合防治的观念。采用农业、物理、生物和化学等防治措施相结合的办法进行有效控制,使其为害程度降到最低。越冬成虫出蛰盛期(3月上旬),也是第1代卵出现初期,可选用

2000倍液的吡虫啉、阿维菌素或莫比朗喷药防治,兼杀卵作

吡虫啉、速灭杀丁交替使用,每隔25～30d喷1次。人工摘梢后,立即补打1次2000倍液0.6%阿维菌素,由于其高效、广谱、低毒,害虫较难产生抗药性,对人、畜、植物和天敌安全,效果很好。参考文献

[1]司晋生.梨木虱的化学防治及抗药性研究[J].山西农业科学,2002(2):

63-65.

[2]林冰.浅谈有机农药的污染和生物防治前景[J].环境科学动态,2004

(2):21-22.

用。若梨木虱发生较重,10d后再补打1次药。若虫防治应掌握在各代若虫初孵化尚未大量产生粘液以前,及时用药防