苏北海涂围垦区耕层土壤养分分级及其模糊综合评价

苏北海涂围垦区耕层土壤养分分级及其模糊综合评价 苏北海涂围垦区耕层土壤养分分级及其模 糊综合评价 中国土壤与肥料2009(4) 苏北海涂围垦区耕层土壤养分分级及其模糊综合评价 姚荣江,杨劲松h,陈小兵,邹平,赵秀芳 (1.中国科学院南京土壤研究所,江苏南京210008; 2.中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,山东烟台264003) 摘要:针对制约滩涂土壤资源开发利用的障碍因素,以苏北滨海滩涂围垦区为研究区域,应用模糊综合评 价方法对耕层土壤养分进行了分级与定量评价,获取了区域土壤肥力状况分布.结果表明,研究区域土壤 磷素和钾素相对富余,有机质和氮素含量偏低,氮素亏缺较为严重,尤其是碱解氮.模糊综合评价表明研 究区土壤养分分布在I,?,?级,主要集中在I,?级,并没有?级和V级土壤;尽管总体上处于?级 水平,但可认为其养分仍处于极贫乏状态.研究区不同部位土壤养分分级存在明显差异性,养分分级较低 的部位作物生长状况较差,土壤盐渍化程度较高.研究结果为海涂围垦区中,低产地土壤培肥和农田精确 施肥提供一定的参考依据. 关键词:海涂;耕层;土壤养分;分级;模糊综合评价 中图分类号:S158.3文献标识码:A文章编号:1673—6257(2009)04—0016—05 苏北地区海涂资源十分丰富,在江苏省近千公 里的海岸线上,苏北沿海拥有占全国1/4以上的滩 涂面积,是非常重要的后备土地资源.2』.苏北海 涂土壤资源的围垦开发利用历史悠久,已取得了巨 大的社会经济效益.目前来看,土壤质量偏低依然 是制约苏北海涂土壤开发利用的一个主要障碍因 子,因此,开展土壤质量调查与评价对实现该区土 壤资源的高效可持续利用及现代化管理具有重要 意义. 土壤养分是土壤质量评价的重要指标之一,亦 是土壤肥力的核心部分.全面客观地评价土壤实际 养分水平是科学施肥的依据,也是农技推广和精确 农业实施的基础.在土壤养分的评价方面,有定性 描述和定量化描述两种,以往的土壤养分评价侧重 定性评价和单因素评价,而传统的定量化描述亦存 在着较大的主观随意性J.随着黑箱方法,模糊数 学方法和多元统计 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法等现代研究方法的广泛 收稿日期:2008—11—05 基金项目:国家863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 重点项目课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 (2007AA091702,2006AA 10A301);国家科技支撑计划(2006BAD05B02);中国科学院南 京土壤研究所创新领域前沿项目(200752010022);中国科学院知 识创新 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 重大项目(KSCX1一Yw—o9)和中国科学院知识创新 工程重要方向项目(KZCX2一Yw一4O6,3)资助. 作者简介:姚荣江(1980一),男,江苏靖江人,博士,助理研究 员,主要从事盐渍化防控与盐渍土资源利用研究.通讯作者为杨 劲松. 一 16一 应用,土壤养分评价逐渐侧重定量评价和多因素的 综合评价,如BP神经网络,主成分分析法,灰色 关联分析法和模糊综合评判法具有较好的应用效 果J.综合定量化研究在较大程度上避免了评价 者主观因素的影响,已成为土壤养分评价的一个趋 势.本文以苏北海涂围垦区为研究区域,运用模糊 综合评价方法对土壤养分进行定量评价,旨在全面 了解该区土壤肥力状况,为围垦区中,低产地土壤 培肥及精确施肥提供一定的参考依据. 1材料与方法 1.1研究区概况 研究区域为江苏省大丰市金海农场,地理位置 介于N32.5930",33.031",E120.4940",120.51 4",总面积约180hm,东距黄海约4km,西临大 丰麋鹿国家级自然保护区,于1999年进行围垦. 该区地处北亚热带季风气候区,具有明显的过渡性 海洋性和季风性,四季分明,年均降水量1058.4 inln,主要集中在6,8月份的雨季.由于当地缺乏 蓄水工程,雨季水量丰富但不能调蓄,非雨季淡水 资源紧缺,农田灌溉一般采用当地微咸水.土壤肥 力低下与盐渍化是制约该区域农业生产发展的重要 障碍因子.研究区域东部的种植 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 主要为"水稻 一 油菜"的一年两熟制,西部则是"棉花一大麦" 的一年两熟制.受种植模式影响,研究区东部和西 部的排渠密度存在一定差异,表现为东部水稻种植 中国土壤与肥料2009(4) 区域的排渠密度(平均间距约50m)明显大于棉 花种植区域(平均间距约100m). 1.2样品采集与分析 在研究区范围内布设采样点,采样点的位置, 数量综合考虑当地土质,植被类型,种植制度等因 素确定,共选取60个代表性样点.每个样点均对0 , 20em耕层进行采样,为保证样品的代表性,每 个样点均在中心点和相邻的3个角采集土样,并经 混合组成待测样品,共计采集60个混合土样,其 中水稻地25个,棉花地29个,杂草地6个.各采 样点的相对坐标采用差分GPS定位技术确定,样品 采集于2007年10月下旬进行,正处于棉铃吐絮期 的晚期(拔秆期).测定项目包括有机质,全氮, 碱解氮,速效磷和速效钾.土壤有机质测定采用重 铬酸钾稀释热法;全氮测定采用半微量开氏法;碱 解氮测定采用碱解扩散法;速效磷测定采用0.5 mol?L碳酸氢钠浸提一钼锑抗比色法;速效钾测 定采用1mol?L中性醋酸铵浸提一火焰光度 法ul...本文采用的土壤养分评价标准为全国第二 次土壤普查的分级标准…,具体如表1所示. 表1土壤养分分级标准 2结果与分析 2.1描述性统计分析 表2列出了各土壤养分指标的统计特征值及其 分级.可以看出,研究区域不同部位土壤养分含量 差异较大,如有机质的变化范围在4.44,l9.46g ? kg之间,极差达l5.02g?kg,;各养分指标的 变异系数介于23.14%一30.67%,总体呈中等变异 强度,其中有机质变异强度最大,速效磷变异强度 最小;从平均值来看,有机质,全氮,碱解氮,速 效磷和速效钾含量分别为l0.90g?kg一,0.60g? kg,,43.91mg?kg..,l3.72mg?kg和191.69 mg?kg,,有机质,全氮和碱解氮总体上偏低;按 土壤养分分级标准,研究区域有机质含量总体适 量,全氮和碱解氮总体较为贫乏,速效磷和速效钾 均相对丰富.由进一步分级结果可知,研究区域土 壤养分状况不容乐观,仅有56.67%的土壤有机质 含量?10g?kg,,而偏低范围(6—10g?kg) 的占40.O%;全氮和碱解氮亏缺最为严重,土壤全 氮<0.75g?kg的占81.67%,仅有18.33%的全 氮I>0.75g?kg,,尤其是碱解氮,占91.66%的土 样呈较为贫乏(<60mg?kg),适量的(60,90 mg?kg)仅占8.34%;速效磷和速效钾含量呈 较为丰富,速效磷?10mg?kg占90%,仅有 10%介于5,10mg?kg,;所有样点的速效钾含量 均?100mg?kg,,其中?150mg?kg达到 80%.总体来看,研究区域土壤磷素和钾素相对富 余,有机质和氮素含量偏低,氮素亏缺较为严重, 尤其是碱解氮,考虑到滨海滩涂区域多为砂质土 壤,养分易流失,保肥供肥性能较差,因而应加强 土壤培肥以提高有机质含量,并按照少量多次的方 法,针对作物需要及时补充土壤氮素养分. 表2耕层土壤养分的统计特征值及其分级 从表3列出的各土壤养分指标间的相关系数来 看,各养分间表现出一定相关性,如有机质与全 氮,碱解氮,速效磷含量间的相关系数分别为 0.529,0.411和0.312,其中与速效磷达到0.o5的 显着水平(Rn?=0.25),与全氮和碱解氮的相关 性达到了0.01的极显着水平(Rn.=0.325,n= 一 17— 中国土壤与肥料2009(4) 60),这充分说明有机质是土壤养分的储藏形式和 重要来源.其余各养分指标问相关性不显着,因 而,本研究采用有机质,全氮,碱解氮,速效磷和 速效钾作为土壤养分评价指标是可行的,若要了解 研究区域土壤供肥能力,须进一步对土壤养分指标 进行定量分级与评价. 表3各土壤养分指标的相关系数矩阵 注:+和分别表示显着性水平在P<O.05和P<0.O1(双尾检验). 2.2模糊综合评价计算过程 本文采用全国第二次土壤普查土壤养分的分级 标准(表1)作为评价标准.评价因素权重的确定 方法有多种,在以往的研究中,普遍采用人为打分 确定,如层次分析法,德尔菲法等.为了避免人为 主观因素影响,本研究采用指标之间相关系数确定 权重系数.首先计算单项评价指标之间的相关系 数,然后求某评价指标之间相关系数的平均值(r', 表4土壤养分指标平均相关系数及其权重 『0 r():{(0…【 1 并以该平均值占所有评价指标相关系数平均值总和 (,的比(r,/,作为该单项评价指标的权重 A,计算结果见表4. 确定好评价因素信息后,建立模糊综合评价矩 阵.评价矩阵的建立主要是确定矩阵中的参评因素 及其隶属度r().r()的建立是通过建立隶属 函数来确定的.由于评价因素指标值间缺乏可比 性,因此须利用隶属函数进行归一化处理.根据前 人研究经验,结合滨海滩涂地区实际情况,本研究 采用戒上型隶属函数确定各养分指标的隶属度,属 于这类函数的评价因素包括土壤有机质,全氮,碱 解氮,全磷,速效磷,速效钾和地下水埋深.其隶 属函数的解析式为: <ai 一 )/(a+1一a),(一ai)/(a+1一ai)口??0+1 式中:a,a…分别表示因子的i级和i+1级标 准值;(ai+l一)/(a+1一a),(—a)/(a+1一 a)分别表示当a.?<a…时,对a,a…的隶 属度. 此解析式可算出任一采样点各养分因子对各分 级标准的隶属度,从而建立起模糊关系矩阵.模糊 综合评价的具体原理和详细计算过程可参考相关 文献. 2.3土壤养分的模糊综合评价 按照以上方法与过程,计算得出所有样点的土 壤养分模糊综合指数FCI.与表1土壤养分分级标准 相对应,本文将土壤养分模糊综合评价分级也划分 为5级n:I级,极缺乏,FCI值<50;I1级,缺乏, 50~FCI值<65;11[级,适量,65?FCI值<80;IV 级,高量,80?FCI值<95;V级,过量,FCI值? 一 18一 >ai+l 95.依据该分级标准对所有样点养分状况进行模糊 综合评价,结果如图1所示.可以看出,研究区域 60个采样点土壤养分水平分布在I,?,?级,其中 FCI值<50的样点数为25个,占41.67%,土壤养 分极缺乏;50?FCI值<65的样点有34个,即土壤 养分缺乏的占56.67%;65FCI值<80的样点数仅 为1个,即土壤养分适量的仅占1.67%;采样点土 壤养分水平主要集中在I,?级,全区没有?级和V级 土壤.总体看来,所有样点FCI值介于23.741— 65.880之间,均值为51.629,总体处于?级水平;进 一 步分析FCI值的频数分布可知,其偏度值达 一 0.776,呈明显左偏分布,表明其在低值区具有较 高的频数分布,该结果说明研究区域土壤肥力较低, 尽管模糊综合评价结果表明其属于?级,但可认为其 养分状况仍处于极贫乏状态. 中国土壤与肥料2009(4) 5l0l52O25303540455O556065 样品号 图1各采样点土壤养分的模糊综合评价 图2显示了研究区土壤养分模糊综合评价结果的 等值线图.可以看出,研究区域不同部位土壤养分分 级存在明显的差异性.对于东部的水稻种植地,土壤 养分极贫乏区域分布于中部,且土壤养分综合评价最 低值亦出现在该部位,而养分贫乏区位于东部和南部, 养分极贫乏和贫乏区域面积大致相当;对于西部的棉 花地,土壤养分极贫乏区域分布于西部和北部,养分 贫乏区主要位于南部,养分极贫乏区面积要远大于贫 乏区域.事实上,通过对研究区土壤养分状况的实地 调查,FCI值<45的部位作物生长状况较差,植被覆 盖度较低,耕层土壤盐渍化程度较高.考虑到传统施 肥方式忽略了土壤养分在不同地块的差异性,一般是 凭经验平均施肥,会造成部分地块施肥不足和部分地 块施吧过量.因而,根据图2提供的土壤养分综合评 价分级图可掌握围垦区范围内的养分状况,并为精确 施肥提供一定的科学依据. 2969002973oo2977?29111oo搠5?嚣舢29舢 末向(m) 图2研究区域土壤养分模糊综合评价分级的等值线图 3结论 3.1研究区不同部位土壤养分含量差异较大,其 中有机质含量总体适量,全氮和碱解氮较为贫乏, 速效磷和速效钾相对丰富.由分级结果可知,有机 质含量偏低的占40.O%,土壤全氮<0.75g?kg 的占81.67%,占91.66%的土样碱解氮呈较为贫 乏,速效磷?10mg?kg占90%,所有样点的速 效钾含量均?100mg?kg,;总体上,研究区土壤 磷素和钾素相对富余,有机质和氮素含量偏低,氮 素亏缺较为严重,尤其是碱解氮,因而应加强土壤 培肥并及时补充土壤氮素养分. 3.2模糊综合评价结果显示,研究区所有采样点 土壤养分水平分布在I,?,?级,并主要集中在 I,?级,全区没有?级和V级土壤,其总体上处 于?级水平.研究区域土壤肥力较低,尽管模糊综 合评价结果表明其属于?级,但可认为其养分状况 仍处于极贫乏状态. 3.3研究区不同部位土壤养分分级存在明显差异 性.水稻种植地土壤养分极贫乏和贫乏区域面积大 致相当,棉花地养分极贫乏区面积要远大于贫乏区 域.实地调查结果表明,FCI值<45的部位作物生 长状况较差,土壤盐渍化程度较高.土壤养分综合 评价分级图可为精确施肥提供一定的参考依据. 参考文献- [1]王资生,阮成江,郑怀平.盐城滩涂资源特征及可持续利用 对策[J].海洋通报,2001,20(4):64—69. 陈洪全.苏北沿海港口开发与可持续发展研究[J].海洋 科学,2000,24(1):52—54. 武伟,唐明华,刘洪斌.土壤养分的模糊综合评价[J]. 西南农业大学,2000,22(3):270—272. 杨国栋,王肖娟.基于人工神经网络的土壤养分肥力等级 评价方法[J].土壤通报,2005,36(1):30—33. 彭佩钦,张满堂.盘塘红壤丘岗区水稻土肥力分级的研究 [J].热带亚热带土壤科学,1994,3(3):169—174. 马姜明,李昆.元谋干热河谷人工林的土壤养分效应及其 评价[J].林业科学研究,2006,19(4):467—471. 刘康兰,袁浩.模糊综合评判在环境质量评价中的应用 [J].环境工程,2000,18(1):l3一l5. 付延玲,骆祖江,王增辉.用聚类分析和模糊综合评判评 价地质环境质量[J].煤田地质与勘探,1999,27(6): 47—5O. 李月芬,汤洁,林年丰,等.灰色关联度法在草原土壤质 量评价中的应用[J].吉林农业大学,2003,25 (5):551—556. 一 】9, 蚰加???加 聋H0 1j1j1J1J o是nn鲁孽皿 (删v匿暑 中国土壤与肥料2009(4) [1O]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科[14] 技出版社,1999. 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Classificationandfuzzysyntheticevaluationofsoilnutrientatploughhorizonincoastalregionofnorth Jiangsuprovince YAORong-jiang,YANGJin— song',CHENXiao.bing,ZOUPing.,ZHAOXiu.fang.(1.InstituteofSoilScience, ChineseAcademyofSciences,JiangsuNanjing210008;2.YantaiInstituteofCoastalZoneResearchforSustainableDevel— opment,ChineseAcademyofSciences,ShandongYantai264003) Abstract:Aimingatsoilobstaclesrestrainingtheexploitationandutilizationofcoastalsoilresources,classificationand quantitativeassessmentofsoilnutrientatploughhorizonWasperformedbyusingfuzzysyntheticevaluationmethod,which WasconductedincoastalregionofnorthJiangsuprovince.Thedistributionofregionalsoilnut rientstatusWasfurtherob- tained.Thems~tsindicatedthatavailablePandKWasrelativelyabundant,thecontentofo~anicmatter(OM)andNnu— trientWasrelativelylow,andNnutrientWasinseveredeficiency,especiallyalkalidispellednitrogen.Fuzzysyntheticevalu— ationresultsshowedsoilnutrientstatusacrossthestudyareawasclassifiedintorankI,IIandllI,andmainlyintorankI andlI.ThereexistednosoilsamplesofrankIVandV.Soilnutrientstatusacrossthestudyareawasactuallyinextreme deficiency,althoughitWasclassifiedintorankIIgenerally.Soilnutrientclassificationsdifferedsignificantlyatdifferentposi— tionsofthestudyal~a.ThecropgrowthWasinpoorstatusandsoilWashighlysalinizedatpositionsoflownutrientclassifica- tion.Theresearchresultscouldselweasatheoreticalreferencetothesoilfertilityimprovementandprecisionfertilizationof moderateandlow-yieldfarmlandsincoastalregion. Keywords:coastalregion;ploughhorizon;soilnutrient;classification;fuzzysyntheticevaluation 一 20—