基于Fuzzy法的木壘縣農(nóng)業(yè)土壤肥力評(píng)價(jià)

摘要：科學(xué)評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)土壤的肥力，可為種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和作物科學(xué)施肥提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)木壘縣耕層土壤酸堿度和養(yǎng)分情況，以pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀為土壤肥力指標(biāo)，采用基于Fuzzy法得到的IFI值評(píng)價(jià)了木壘縣農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量。結(jié)果表明，木壘縣土壤含有機(jī)質(zhì)14.85 g/kg、堿解氮72.10 mg/kg、有效磷14.94 mg/kg、速效鉀275.07 mg/kg，pH為8.08?？傮w表現(xiàn)為土壤偏堿性，有機(jī)質(zhì)和堿解氮缺乏，有效磷中等水平，速效鉀極豐富。土壤肥力綜合指數(shù)（IFI）平均值為0.541。木壘縣農(nóng)業(yè)土壤肥力英格堡鄉(xiāng)、雀仁鄉(xiāng)為2級(jí)，肥力較高、質(zhì)量良好，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)為3級(jí)。綜上，木壘縣的農(nóng)業(yè)土壤總體上屬堿性，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷為農(nóng)業(yè)土壤肥力的限制因子，pH和速效鉀是主要影響因子，建議適量補(bǔ)充氮磷，增施有機(jī)肥。

關(guān)鍵詞：土壤；Fuzzy法；IFI；肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S158.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2024）07-0666-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.07.016

Agricultural Soil Fertility Evaluation in Mulei County Based on

Fuzzy Method

LUO Guoan， ABLAITI Shadati

（Mulei County Agricultural Technology Promotion Station， Mulei Xinjiang 831900， China）

Abstract： Scientific evaluation of agricultural soil fertility can provide a scientific basis for the adjustment of planting structure and scientific fertilization of crops. Based on the pH and nutrient status of the cultivated soil in Mulei County， using pH， organic matter， alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus， and available potassium as soil fertility indicators， the fertility comprehensive index（IFI） value obtained based on the Fuzzy method was used to evaluate the agricultural soil quality of Mulei County. The results showed that the soil in Mulei County contained organic matter 14.85 g/kg， alkali-hydrolyzable nitrogen 72.10 mg/kg， available phosphorus 14.94 mg/kg， available potassium 275.07 mg/kg， with a pH of 8.08， indicating an alkaline nature of the soil. Organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen were deficient， available phosphorus was at a medium level， and available potassium was abundant. The average value of the soil IFI was 0.541. The agricultural soil fertility in Mulei County showed that Yinggebao Township and Queren Township were rated as level 2， with higher fertility and good quality， while other townships were rated as level 3. In summary， the agricultural soil in Mulei County is generally alkaline， with organic matter， alkali-hydrolyzable nitrogen， and available phosphorus as limiting factors for soil fertility， and pH and available potassium as the main influencing factors. It is recommended to appropriately supplement nitrogen and phosphorus and increase the application of organic fertilizers.

Key words： Soil; Fuzzy method; IFI; Fertility quality evaluation

木壘縣是農(nóng)業(yè)大縣，又是糧食生產(chǎn)大縣，以旱作農(nóng)業(yè)為主，耕地近6.33萬(wàn)hm2。2008年后全縣農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，不少農(nóng)業(yè)技術(shù)得到推廣應(yīng)用，如測(cè)土配方施肥、膜下滴灌、種子包衣、無(wú)人機(jī)飛防、生物防治等，糧食單產(chǎn)穩(wěn)中有升。土壤養(yǎng)分對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，但其受自然因素和人為因素的影響，處于動(dòng)態(tài)變化［1 - 2 ］。 木壘縣干旱缺水，旱地靠自然降水，水地以滴灌方式灌溉，土壤養(yǎng)分流失少，糧食作物1年一收，開(kāi)展農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分和耕地肥力評(píng)價(jià)意義重大。

土壤肥力評(píng)價(jià)一直倍受學(xué)者重視。楊艷生［3 ］提出了Fuzzy法與土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)合的預(yù)想和理論，孫波等［4 - 5 ］于1995年建立了基于Fuzzy法來(lái)評(píng)價(jià)土壤綜合肥力的公式。之后唐曉平等［6 ］用Fuzzy綜合評(píng)判法對(duì)四川省南充地區(qū)的紫色土土種的肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分出紫色土的肥力等級(jí)；呂曉男等［7 ］用Fuzzy綜合評(píng)價(jià)法對(duì)浙江省低丘紅壤的肥力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為其結(jié)果準(zhǔn)確；梁紅［8 ］用Fuzzy綜合評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了重慶植煙土壤的綜合肥力?？梢?jiàn)Fuzzy法在土壤肥力評(píng)價(jià)上應(yīng)用較多［9 - 15 ］。此外，還有評(píng)分法、聚類分析法、主成分分析法、特爾斐法、數(shù)值綜合評(píng)價(jià)法等［16 - 25 ］。我們以pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀為因子，用Fuzzy法評(píng)價(jià)了木壘縣農(nóng)業(yè)土壤肥力和分布特征，以期為木壘縣的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及作物栽培的科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

木壘縣位于天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地東南緣（東經(jīng)89° 51′～92° 19′，北緯43° 34′～45° 15′），東與巴里坤縣接壤，西與奇臺(tái)縣毗鄰，南倚天山，與蒙古交界，南北長(zhǎng)198 km，東西寬138 km，總面積22 171 km2。地處阿爾泰構(gòu)造帶、博格達(dá)構(gòu)造帶和準(zhǔn)噶爾地塊交匯處，有明顯的干旱大陸性氣候特征。有山地、山前丘陵、平原戈壁和沙漠等地貌類型，南部博格達(dá)山，北部北塔山和大小哈甫提克山，東部蒙羅克山和青居呂山，山勢(shì)由西向東降低，中部霍景湟期辛沙漠，南北東三面高、中部低的半壁盆地。多年平均氣溫5～6 ℃，≥10 ℃ 有效積溫2 538.5 ℃，年日照時(shí)3 037 h，無(wú)霜期145 d，年均降水量294.9 mm，年蒸發(fā)量2 207.6 mm，年降雪天數(shù)139 d，極端最高氣溫36.9 ℃，極端最低氣溫-31.8 ℃［26 ］。

2 材料與方法

2.1 土樣采集與分析

考慮木壘縣的自然條件和種植制度，選擇以pH、有機(jī)質(zhì)（OM）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）為評(píng)價(jià)指標(biāo)。2018 — 2022年，昌吉州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心在木壘縣共布設(shè)了710個(gè)點(diǎn)位，在農(nóng)作物收獲后或播種前采集土壤樣品。樣本選擇以整塊農(nóng)田為單元，取混合樣，深度為0～30 cm。土樣捏碎后撿除根莖、落葉、塑料、磚塊等侵入物，采用四分法取1～2 kg裝入布袋。采樣方式為蛇形、S形、梅花形布點(diǎn)法。土樣采集后曬干粉碎并過(guò)篩備用。用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，用碳酸氫鈉浸提—分光光度法測(cè)定有效磷，用醋酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定速效鉀，用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，用酸堿度儀測(cè)定法測(cè)定pH［27 ］。

2.2 肥力評(píng)價(jià)

2.2.1 單因子評(píng)價(jià) 依據(jù)第二次全國(guó)土壤普查相關(guān)文獻(xiàn)，確定木壘縣農(nóng)業(yè)土壤酸堿度和養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［26 - 29 ］，見(jiàn)表1。

2.2.2 土壤綜合肥力質(zhì)量評(píng)價(jià) 指標(biāo)權(quán)重的確定：用相關(guān)系數(shù)法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重Wi ［5 ］。

Wi =■

式中，Ri均為評(píng)價(jià)指標(biāo)i與其他各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)的均值。

隸屬度計(jì)算：根據(jù)隸屬度函數(shù)，計(jì)算隸屬度值，表示各指標(biāo)的狀態(tài)［5， 30 ］。

拋物線形隸屬度函數(shù)：包括pH、物理性粘粒含量和粉、粘比，函數(shù)如下。

f（x）=0.9（x4-x）/（x4-x3）+0.1 x3 ＜ x≤x11.0 x2≤x≤x30.9（x-x1）/（x2-x1）+0.1 x1 ＜ x ＜ x20.1 x4≤x或x≤x1

S型隸屬度函數(shù)：屬于本類型的土壤肥力因素包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀，函數(shù)如下。

f（x）=1.0 x ≥ x20.9（x-x1）/（x2-x1）+0.1 x1 ≤ x ＜ x20.1 x ＜x1

拋物線和S型函數(shù)曲線如圖1所示。根據(jù)相關(guān)資料［27 - 29 ］，確定拋物型曲線和S型曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值，見(jiàn)表2。

土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)［29 ］：

IFI=■NiWi

式中，Wi表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，Ni表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度。IFI為土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)，取值范圍（0，1］，值越高，土壤質(zhì)量越好。采用等間距法劃分等級(jí)：1級(jí)（IFI > 0.8），土壤肥力高、質(zhì)量好；2級(jí)（0.6 < IFI ≤0.8），土壤肥力較高、質(zhì)量良好；3級(jí)（0.4 < IFI ≤0.6），土壤肥力一般、質(zhì)量中等；4級(jí)（0.2 < IFI ≤0.4），土壤肥力較低、質(zhì)量較差；5級(jí)（IFI ≤0.2），土壤肥力低、質(zhì)量很差。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS表格制表制圖，運(yùn)用SAS8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 pH和養(yǎng)分變化分析

3.1.1 pH和有機(jī)質(zhì) 從表3可以看出，木壘縣農(nóng)業(yè)土壤的pH為7.10～9.00，均值為8.08。變異系數(shù)為3.71%，變異較小。其中博斯坦鄉(xiāng)最高，西吉爾鎮(zhèn)、新戶鎮(zhèn)最低。從頻率分布上看，中性、堿性、強(qiáng)堿性土壤分別占1.83%、90.56%、7.61%。有機(jī)質(zhì)含量為3.80～58.50 g/kg，均值為14.85 g/kg，屬4級(jí)水平；變異系數(shù)為40.47%，中等程度變異。其中英格堡鄉(xiāng)最高，大南溝烏孜別克族鄉(xiāng)最低。有機(jī)質(zhì)含量集中分布于缺乏水平，中等、缺乏、很缺乏的土壤分別占12.68%、69.86%、14.51%（圖2）。表明木壘縣農(nóng)業(yè)土壤總體呈堿性，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異??；有機(jī)質(zhì)缺乏，且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有一定差異。

3.1.2 氮、磷、鉀 木壘縣農(nóng)業(yè)土壤的堿解氮含量為5.60～304.40 mg/kg，均值為72.10 mg/kg，屬4級(jí)水平。變異系數(shù)為49.47%，變異中等。其中英格堡鄉(xiāng)最高，新戶鎮(zhèn)最低。堿解氮含量集中分布于缺乏、很缺乏水平，中等、缺乏、很缺乏的土壤分別占10.99%、42.82%、34.65%。有效磷含量為2.50～167.00 mg/kg，均值為14.94 mg/kg，屬3級(jí)中等水平；變異系數(shù)為87.15%，變異較大。其中雀仁鄉(xiāng)最高，博斯坦鄉(xiāng)最低。有效磷含量集中分布于豐富中等缺乏水平，豐富、中等、缺乏的土壤分別占15.21%、40.00%、34.93%。速效鉀含量為100.00～1 880.00 mg/kg，均值為275.07 mg/kg，屬1級(jí)極豐富水平，變異系數(shù)為49.89%，變異中等。雀仁鄉(xiāng)最高，新戶鎮(zhèn)最低。速效鉀集中分布于極豐富水平，極豐富、豐富的土壤分別占78.31%、17.89%（表3，圖2）。以上結(jié)果表明，木壘縣農(nóng)業(yè)土壤堿解氮缺乏，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有一定差異；有效磷中等水平，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異較大；速效鉀極豐富，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有一定差異。

3.2 土壤肥力綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.2.1 隸屬度和權(quán)重 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度范圍是［0，1］，其值越高，表明單項(xiàng)肥力越高。速效鉀的隸屬度值為1，pH的隸屬度為0.700，堿解氮的隸屬度為0.480，有機(jī)質(zhì)和有效磷的隸屬度分別為0.348、0.331（圖3）。表明有效磷、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量是木壘縣種植業(yè)生產(chǎn)的限制因子。

分析肥力指標(biāo)間相關(guān)性可以看出（表4、表5），pH與有效磷呈負(fù)強(qiáng)相關(guān)，有效磷與速效鉀呈正強(qiáng)相關(guān)；pH與堿解氮、有機(jī)質(zhì)與堿解氮、有機(jī)質(zhì)與有效磷均呈中等程度相關(guān)；其他指標(biāo)間相關(guān)性弱。pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的權(quán)重分別為0.18、0.21、0.19、0.25、0.17（表4、表5）。

3.2.2 肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià) 木壘縣農(nóng)業(yè)土壤的IFI為0.43～0.61，平均0.54，屬3級(jí)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的IFI依次為英格堡鄉(xiāng)、雀仁鄉(xiāng)（0.61）>西吉爾鎮(zhèn)（0.59）>新戶鎮(zhèn)、照壁山鄉(xiāng)（0.57）>東城鎮(zhèn)、白楊河鄉(xiāng)（0.54）>大南溝烏孜別克族鄉(xiāng)、大石頭鄉(xiāng)（0.48）>博斯坦鄉(xiāng)（0.43）。英格堡鄉(xiāng)、雀仁鄉(xiāng)屬2級(jí)，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬3級(jí)。從樣點(diǎn)分布看，2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)占比達(dá)99.58%，分別為26.48%、62.68%、10.42%?？偟膩?lái)看，木壘縣農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力中偏高，土壤質(zhì)量中等偏良好水平，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異較?。ū?、圖4）。

4 討論與結(jié)論

pH是農(nóng)業(yè)土壤化學(xué)和肥力的重要指標(biāo)，對(duì)土壤環(huán)境以及植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用［27， 31 ］。一般認(rèn)為，pH的增加抑制有效磷含量，有效磷與速效鉀有協(xié)同作用。適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤為中性6.5～7.5，過(guò)酸過(guò)堿均不適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)［27］。木壘縣的堿性農(nóng)業(yè)土壤占到98.17%，需采取相應(yīng)措施防止土壤繼續(xù)堿化。木壘縣耕地的有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，主要原因是農(nóng)戶對(duì)旱地投入少和氣候影響。堿解氮反映土壤短期供應(yīng)氮的能力，木壘縣耕地堿解氮含量缺乏原因?yàn)楹档孛磕暄a(bǔ)充的二胺或尿素過(guò)少。全縣僅英格堡鄉(xiāng)、白楊河鄉(xiāng)的耕地堿解氮不缺乏，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)都需要補(bǔ)充氮肥和有機(jī)肥。磷肥在土壤中移動(dòng)性較差，固定率可達(dá)70%以上［32 ］。當(dāng)土壤有效磷含量高于20 mg/kg時(shí)，磷補(bǔ)給充足，過(guò)量的磷會(huì)造成環(huán)境污染［33 - 34 ］。全縣耕地有效磷含量集中分布于豐富中等缺乏水平，處于缺乏水平的土壤占34.93%，雀仁鄉(xiāng)最豐富。有效磷含量與pH呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，這表示pH升高會(huì)降低耕地有效磷含量。雀仁鄉(xiāng)有效磷補(bǔ)給充足，應(yīng)當(dāng)控制其使用。速效鉀可被植物直接吸收利用。木壘縣耕地的速效鉀含量為1級(jí)，屬極豐富水平。

Fuzzy法評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量，其效果已經(jīng)得到了很多學(xué)者的驗(yàn)證，是一種科學(xué)有效的評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，木壘縣土壤含有機(jī)質(zhì)14.85 g/kg、堿解氮72.10 mg/kg、有效磷14.94 mg/kg、速效鉀275.07 mg/kg，pH為8.08，偏堿性，有機(jī)質(zhì)和堿解氮缺乏，有效磷中等水平，速效鉀極豐富，堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷是肥力限制因子。土壤肥力綜合指數(shù)（IFI）平均值為0.541。木壘縣農(nóng)業(yè)土壤肥力一般，質(zhì)量中等，木壘縣農(nóng)業(yè)土壤總體屬3級(jí)，其中英格堡鄉(xiāng)、雀仁鄉(xiāng)屬2級(jí)土壤肥力較高、質(zhì)量良好水平，其他各鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于3級(jí)。木壘縣土壤肥力的限制因子是有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷，速效鉀和pH對(duì)肥力的影響大。建議在作物生產(chǎn)中適量補(bǔ)充氮磷肥，增施農(nóng)家肥。

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收稿日期：2023 - 11 - 15；修訂日期：2024 - 03 - 04

基金項(xiàng)目：昌吉州高層次人才赴晉培養(yǎng)項(xiàng)目；2018 — 2022年測(cè)土配方項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：羅國(guó)安（1992 — ），男，安徽宿松人，農(nóng)藝師，碩士，研究方向?yàn)橥寥婪柿?。Email： 1558553656@qq.com。

通信作者：沙達(dá)提·阿布來(lái)提（1972— ），女（維吾爾族），新疆哈密人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。Email： 2530598872@qq.com。