植烟土壤养分适宜性评价

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摘 要:植烟土壤适宜性评价是进行土壤资源空间分析与优化配置的基础,为土壤资源的合理开发提供科学依据。该研究以河南省三门峡市植烟土壤为研究对象,选取了5个与烟草生长密切相关的参评因子,评价结果表明:研究区灵宝和陕县部分烟区有机质和含K量较高,为土壤适宜性较高地区;卢氏县和渑池县有机质与含N量均较低,为土壤适宜性较低地区。与传统适宜性评价方法相比,灰色聚类法根据指标确定权重,使评价结果更为客观合理。

关键词:适宜性评价;灰色聚类;三门峡;土壤

植烟田土壤适宜性评价是针对烟草在特定区域种植的土壤适宜度所做出的定性、定量和定位的结论性评价,具有实践性、经验性及应用性的特点[1]。土壤条件是优质烟叶系统工程的基础,是影响烟叶质量的首要环境因素[2]。对植烟土壤的适应性评价不仅能充分合理利用自然资源,进一步开发土地潜力,更能促进社会经济的可持续发展,具有重要的现实意义。邱炳文等利用人工神经元网络法对区域土壤适宜性动态评价进行了研究,探讨了如何在空间与时间上实现土壤适宜性评价[4];刘友兆等研究了土壤适宜性评价专家系统的实现方法[3];陈海生等利用层次分析法与模糊数学研究了河南省烤烟种植区土壤肥力适宜性评价[5-6]。国内的土壤适宜性评价方法多使用地统计学法、模糊数学法,针对植烟土壤大尺度范围采用灰色聚类方法进行适宜性评价进行研究少有报道。

植烟区土壤主要分布在海拔300至1500m之间,地貌复杂,土壤养分具有较高的空间变异性。本研究以河南省三门峡市植烟区土壤为研究对象,运用灰色定权聚类方法对土壤养分适宜性进行评价,旨在检测土壤养分状况,为烤烟种植的合理布局,烟草平衡施肥提供参考,为实现烟草可持续发展提供依据。

一、材料与方法

(一)研究区域

研究区三门峡 市位于河南省西部边陲,是全国知名的优质烟产区,属暖温带大陆性季风气候。植烟区土壤主要以褐土为主,比较适宜烟草的生长。

(二)土壤样品的采集

根据全国第二次土壤普查中土壤采集方法进行土壤采样。在三门峡市选择有代表性的植烟土壤,取耕层0～20cm土样,每个采样点代表的面积为20hm2,共采集土壤样品299个。

(三)研究方法

灰色定权聚类是根据指标的白化权函数将一些观测对象聚集成若干个可以定义类别的方法,它对各聚类指标事先赋权。灰色定权聚类可以按照下列步骤进行:

首先,根据现有观测值给出j指标k子类白化权函数(fkj()(j=1,2,∧,m;k=1,2,∧,s)。

其次,确定各指标的聚类权ηj(j=1,2,∧,m)。

第三,从前两步得出的白化权函数(fkj()(j=1,2,∧,m;k=1,2,∧,s)、聚类权ηj(j=1,2,∧,m)以及对象i关于j指标的观测值xij(i=1,2,∧,n;j=1,2,∧,m),计算出灰色定权聚类系数σkj=f(x)η,i=1,2,∧,n;k=1,2,∧,s。

最后,若σ=σ,则断定对象i属于灰类k*。

二、三门峡烟区土壤适宜性评价

(一)评价指标的选取

在查阅相关文献及听取多名专家经验和意见的基础上,依据指标对烤烟的生长发育和品质的影响力、指标的变异程度等原则最终选取了5个土壤适宜性评价指标:pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾。

(二)评价指标适宜性标准划分

根据土壤养分的评价标准(及三门峡烟区的实际情况,将每一项评价指标划分为3个适宜度等级,即最适宜、适宜和不适宜,分别对应1~3级(表1)。

表1 植烟土壤养分适宜性评价标准

(三)白化权函数的确定

我们将5个评价指标按照评价标准各自分为最适宜,适宜,不适宜3个灰类,将指标和灰类编号,则有j(j=1,2,3,4,5)指标k(k=1,2,3)灰类表示第j个指标第k个灰类。下面设定j指标k灰类的白化权函数为

(fkj()(j=1,2,3,4,5; k=1,2,3)

这里分别选取上限测度白化权函数,用以对适宜灰类的测度;适中测度白化权函数,用以基本适宜灰类的测度;下限测度白化权函数,用以不适宜灰类的测度。根据烟区土壤状况确定白化权函数,分别为:

f11[0,20,-,-],f12[0,13,-,20],f13[-,-,11,13]

f21[0,65,-,-],f22[0,50,-,65],f23[-,-,45,50]

f31[0,20,-,-],f32[0,14,-,20],f33[-,-,10,14]

f41[0,250,-,-],f42[0,180,-,250],f43[-,-,120,180]

f51[0,2.2,-,-],f52[0,2.0,-,2.2],f53[-,-,1.6,2.0]

根据以上白化权函数可以相应写出各白化权函数的具体函数表达式。这里仅给出土壤有机质指标(j=1)指标三个灰类的白化权函数表达式,其他表达式可类似写出。

f(x)=0,x20

f(x)=0, x∈[0,20],x∈[0,13],x∈[13,20]

f13(x)=0,x∈[0,13]1,x∈[0,11],x∈[11,13]

(四)聚类结果及土壤适宜性评价(下转第60页)(上接第41页)基于烟田基本情况调查资料,结合多名相关专家的意见和建议,有机质、速效氮、速效磷、速效钾、pH的权值分别为η1=0.45,η2=0.15,η3=0.08,η4=0.150,η5=0.17。

白化权函数(fkj()(j=1,2,∧,m;k=1,2,∧,s),聚类权ηi(j=1,2,∧,m)以及对象i关于j指标的观测值xij(i=1,2,∧,n;j=1,2,∧,m),计算出灰色定权聚类系数σkj=f(x)η,i=1,2,∧,n;k=1,2,∧,s。。

根据样本值和上述步骤,可以计算出实验区三个灰类的聚类系数。从计算结果可以看出土壤适宜性最高的地区有:卢氏县的杜关镇等八个乡镇,陕县的宫前乡,渑池县的果园乡、洪阳镇、仁村乡,灵宝市的五庙乡、朱阳镇。这15个乡镇土壤有机质和土壤含K量较高,pH和含N量适中。这部分采样点大约占采样点总数的29.4%。

土壤适宜性中等的地区有:卢氏县的七个乡镇,陕县的菜园乡、大延洼乡、西里村乡,渑池县的陈村乡等六个乡镇,灵宝市的川口乡、苏村乡。这些地区虽然含钾量较高,但部分地区土壤有机质含量稍低。这部分地区采样点数占总采样点数的70.4%。

土壤适应性较差的地区为卢氏县的汤河乡,这一地区土壤有机质含量较低,pH值偏高,速效氮和速效磷含量较低。

总体上三门峡烟区土壤适宜性较好,适合优质烟叶的生长。这几年,三门峡烟区土壤pH值有增加趋势,速效氮含量有所上升,今后应注意平衡施肥,确保氮、磷、钾比例协调。

三、结束语

灰色聚类方法用于土壤适宜性评价是一种新的尝试,它通过选取评价指标,确定白化权函数进行土壤养分的灰色聚类。本文借助上述方法,以三门峡为例,对三门峡植烟土壤适宜性评价进行了研究。研究结果表明:三门峡烟区接近30%的地区土壤适宜性较好,不到1%的地区土壤适宜性较差,其余地区土壤基本适宜。

参考文献:

[1]秦建成,罗云云,魏朝富等.基于ArcGIS的彭水县烟区土壤有效态微量元素丰缺评价[J].土壤学报,2006,43(6):892-897.

[2]黄功标.GIS支持下茶园土壤适宜性评价的技术[J].福建茶业,2005(1):2-22.

[3]刘友兆,夏敏,杨建海.GIS支持的土壤适宜性评价专家系统地实现[J].土壤通报,2001,32(5):193-196.

[4]邱炳文,周勇,李学垣.地理信息系统支持下的区域土壤资源适宜性动态评价[J].土壤学报,2002,39(3):301-307.

[5]陈海生,叶协锋,刘国顺等.基于GIS的河南省南阳市植烟土壤肥力适宜性评价[J].农业系统与综合研究,2007,23(4):498-501.

[6]陈海生,叶协锋,刘国顺等.基于GIS的河南省烤烟土壤肥力适宜性研究[J].土壤通报,2007,38(6):1081-1085.

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