CN109358178A - 一种紫色土稻田土壤肥力评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤肥力评价技术领域，公开了一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，包括步骤：S1、获取土壤肥力指标中各个土壤指标的值，根据各个土壤指标的值分别计算各个土壤指标的隶属度值和权重系数，土壤肥力指标由如下的土壤指标组成：容重、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量；S2、根据各个土壤指标的隶属度值和权重系数计算得到用于对土壤肥力进行评价的土壤肥力综合指标值。本发明具有土壤评价指标选取全面、合理的特点；实现了对土壤肥力与生产力相结合的综合评价。
Description
技术领域
本发明属于土壤肥力评价技术领域，具体涉及的是一种紫色土稻田土壤肥力评价方法。
背景技术
紫色土是中国一种特有的土地资源，广泛分布于我国的四川、重庆、云南、贵州等省份，这些区域也是我国长江上游水旱轮作区，即水稻-小麦或水稻-油菜轮作区，对我国的粮食安全至关重要。稻田土壤肥力是水稻生产可持续发展的基础资源，也是影响水稻产量的重要因素。如何选择合理的评价方法和指标对稻田土壤肥力进行科学的评价，为稻田可持续生产和管理提供理论指导就显得尤为重要。目前，土壤肥力评价已由原来的定性描述阶段发展到现在的定量评价阶段。土壤单一养分或肥力指标的变化能从一定角度反映土壤肥力的变化特征，但往往难以全面表征土壤肥力状况；国内外学者提出了专家打分法、Fuzzy综合评判法、土壤质量动态法、内梅罗指数法和主成分-聚类分析法等多种土壤肥力评价方法。这些方法的优点是能够为定量评价土壤肥力发挥重要作用；但上述评价方法基本都没有直接将作物产量纳入参评指标进行评价，而在实际生产中，由于施肥、耕作和管理措施等因素的影响，评价时会出现土壤肥力指数较高而实际生产力较低的矛盾现象。因此，如何将作物产量纳入土壤肥力综合评价指标体系值得进一步探讨。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种准确、普及性较好的紫色水稻土壤肥力评价方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，包括步骤：
S1、获取土壤肥力指标中各个土壤指标的值，根据各个土壤指标的值分别计算各个土壤指标的隶属度值和权重系数，土壤肥力指标由如下的土壤指标组成：容重、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量；
S2、根据各个土壤指标的隶属度值和权重系数计算得到用于对土壤肥力进行评价的土壤肥力综合指标值。
进一步的，所述步骤S1中各个土壤指标的隶属度值是采用如下方式得到的：根据反S型隶属度函数计算容重的隶属度值；根据正S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH的隶属度值。
进一步的，所述步骤S1中容重对应的反S型隶属度函数曲线转折点处的取值为1.1、1.5；有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量分别对应的正S型隶属度函数曲线转折点处的取值：有机质为8、35；全氮为0.65、1.75；全磷为0.3、1.0；全钾为7.5、23；碱解氮为50、135；速效磷为4、30；速效钾为40、175；阳离子交换量为10、20；微生物量碳为300、500；微生物量氮为50、70；相对产量为40、100；pH对应的抛物线型隶属度函数曲线转折点处的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。
进一步的，所述步骤S1中的每个土壤指标权重系数是通过下述方式计算得出的：计算各个土壤指标相互之间的相关系数，取每个土壤指标计算得出的所有相关系数的平均值，该平均值的绝对值与所有土壤指标相关系数的绝对值总和的比值为每个土壤指标的权重系数。
进一步的，所述步骤S2中土壤肥力综合指标值是采用指数和法得到的。
进一步的，所述步骤S2中的各个土壤指标的权重系数乘以其各个对应的隶属度值的总和值为土壤肥力的综合指标值，具体计算公式为：
式中，IFI表示综合指标值，n表示土壤指标的总数；Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。
进一步的，还包括步骤S3：用S2中的IFI的值表示土壤的肥沃程度，评价土壤肥力。
本发明的有益效果为：本发明的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法通过采用选定的十三个土壤指标，并运用由各个土壤指标计算得到的隶属度值和权重系数，得到了与水稻生产产量和土壤肥力正相关的土壤肥力综合指标值，实现了对土壤肥力与生产力相结合的综合评价。土壤肥力综合指标值与水稻产量呈极显著正相关关系，表明土壤越肥沃，水稻产量也越高；从而也说明本发明的评价方法很好的建立了土壤肥沃状况和水稻产量之间的关联；因此，本发明土壤评价指标的选取全面、先进。本发明由过去重视土壤物理、化学和生物肥力指标，改变为将作物产量纳入评价指标体系，实现了土壤肥力与生产力相结合的土壤肥力综合评价，使评价结果更准确可靠。
附图说明
图1是水稻产量与土壤肥力综合指标值的关系图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
相对产量是指水稻实际产量与当地最高产量比值的百分数。
一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，包括步骤：
S1、获取土壤肥力指标中各个土壤指标的值，根据各个土壤指标的值分别计算各个土壤指标的隶属度值和权重系数，土壤肥力指标由如下的土壤指标组成：容重、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量；
S2、根据各个土壤指标的隶属度值和权重系数计算得到用于对土壤肥力进行评价的土壤肥力综合指标值。
进一步的，所述步骤S1中各个土壤指标的隶属度值是采用如下方式得到的：根据反S型隶属度函数计算容重的隶属度值；根据正S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH的隶属度值。
进一步的，所述步骤S1中容重对应的反S型隶属度函数曲线转折点处的取值为1.1、1.5；有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量分别对应的正S型隶属度函数曲线转折点处的取值：有机质为8、35；全氮为0.65、1.75；全磷为0.3、1.0；全钾为7.5、23；碱解氮为50、135；速效磷为4、30；速效钾为40、175；阳离子交换量为10、20；微生物量碳为300、500；微生物量氮为50、70；相对产量为40、100；pH对应的抛物线型隶属度函数曲线转折点处的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。
进一步的，所述步骤S1中的每个土壤指标权重系数是通过下述方式计算得出的：计算各个土壤指标相互之间的相关系数，取每个土壤指标计算得出的所有相关系数的平均值，该平均值的绝对值与所有土壤指标相关系数的绝对值总和的比值为每个土壤指标的权重系数。
进一步的，所述步骤S2中土壤肥力综合指标值是采用指数和法得到的。
进一步的，所述步骤S2中的各个土壤指标的权重系数乘以其各个对应的隶属度值的总和值为土壤肥力的综合指标值，具体计算公式为：
式中，IFI表示综合指标值，n表示土壤指标的总数；Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。
进一步的，还包括步骤S3：用S2中的IFI的值表示土壤的肥沃程度，评价土壤肥力。
实施例
一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，包括步骤：
1、评价指标的选取
土壤质量指标是表示从土壤生产潜力与环境管理的角度进行监测和评价土壤健康状况的性状、功能或条件。评价指标的选取应遵循以下原则：(1)综合分析与主导因素相结合原则；(2)稳定性原则，即首先选取对土壤生产力经常起作用的稳定因素；(3)考虑现有资料的科学性、现势性和完整性以及当前的技术条件。本发明选取与土壤生产力有关的容重(BD)、pH、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、阳离子交换量(CEC)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和相对产量十三个项目作为评价指标，全面从土壤物理肥力、化学肥力、生物肥力和作物产量多角度指标进行评价。
2、隶属度的确定
1)隶属函数的确定
目前，用于土壤肥力评价的隶属度函数主要有2类，即S型(半梯形)和抛物线型(梯形)隶属度函数。反S型隶属度函数的评价指标有BD，正S型隶属度函数的评价指标有SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK、CEC、MBC、MBN和相对产量，这些肥力指标与作物产量呈“S”型曲线关系，即在一定的范围内评价指标值与作物产量成负相关或正相关，而低于或高于此范围评价指标值的变化对作物产量影响很小。反S型和正S型隶属度函数表达式分别为(1)和(2)：
(1)(2)式中，x1和x2表示土壤肥力指标隶属度函数曲线转折点处的取值。容重对应的反S型隶属度函数曲线转折点处的取值为x1＝1.1、x2＝1.5；有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量分别对应的正S型隶属度函数曲线转折点处的取值：有机质为x1＝8、x2＝35；全氮为x1＝0.65、x2＝1.75；全磷为x1＝0.3、1.0；全钾为x1＝7.5、x2＝23；碱解氮为x1＝50、x2＝135；速效磷为x1＝4、x2＝30；速效钾为x1＝40、x2＝175；阳离子交换量为x1＝10、x2＝20；微生物量碳为x1＝300、x2＝500；微生物量氮为x1＝50、x2＝70；相对产量为x1＝40、x2＝100。
抛物线型(梯形)隶属度函数的评价指标有pH值，这类评价指标对作物生长发育都有一个最佳适宜范围，超过此范围，随着偏离程度的增大，对作物生长发育的影响越不利，直至达某一值时作物不能生长发育。其隶属度函数表达式为(3)：
(3)式中，x1、x2、x3和x4表示土壤pH值隶属度函数曲线转折点处的取值。pH对应的抛物线型隶属度函数曲线转折点处的取值为x1＝5.5、x2＝6.5、x3＝7.5、x4＝8.5。
相对产量的计算是水稻实际产量与当地最高产量比值的百分数。
2)隶属函数曲线中转折点的取值
根据上述S型(半梯形)和抛物线型(梯形)隶属度函数计算各项土壤指标的隶属度值，必须先确定各评价指标的转折点值，参考全国第二次土壤普查和四川土壤种志中的分级标准，土壤肥力各项指标转折点取值见表1。根据相应的隶属度函数和转折点取值，可以计算各项土壤指标的隶属度值，这些值介于0.1～1.0之间。
表1土壤肥力各项指标隶属函数曲线中转折点的取值
其中，土壤pH隶属函数转折点取值，X1＝5.5，X2＝6.5，X3＝7.5，X4＝8.5。
3、评价指标权重系数的确定
基于相关系数分析法来确定单项肥力质量指标的权重系数。首先应用统计软件计算出各土壤指标之间的相关系数，其次计算单项指标之间相关系数的平均值，最后以该平均数的绝对值占所有评价指标相关系数平均数绝对值总和的比重，作为该单项评价指标的权重系数。本发明基于四川省遂宁市持续开展34年的紫色水稻土长期肥料定位试验数据，计算单项肥力指标的权重系数如表2：
表2各评价指标的相关系数平均值和权重系数
4、土壤肥力综合指标值的计算
土壤肥力综合指标值IFI(Integrated Fertility Index)的计算采用指数和法，即根据各指标的权重系数和隶属度值计算土壤肥力的综合指标值，其计算公式为：
式中，n表示所有参评指标；Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。
5、土壤肥力等级划分
评价综合指标值构成了土壤肥力水平得分值，它综合反映了土壤肥力状况，是进行土壤肥力等级划分的依据。IFI取值为0～1之间，其值越大，表明土壤越肥沃。本发明根据IFI值的大小将土壤肥力等级划分为5个等级。
表3土壤质量等级综合指标值
实验例
1、评价指标的选取
2017年在四川省广汉市百里村开展试验，选取田块1、田块2、田块3和田块4，采集不同田块耕层(0-20cm)混合土壤样品，同时野外测定土壤容重(BD)和水稻产量，样品带回实验室，室内分析土壤pH、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)各项指标。
2、隶属度的确定
根据相应的隶属度函数公式(1)、(2)或(3)，以及转折点取值(表1)，可以计算不同田块各项土壤指标的隶属度值，结果见表4。
表4不同田块土壤肥力各项指标隶属度值
3、评价指标权重系数的确定
利用上述表2中各评价指标的权重系数。
4、土壤肥力综合指标值的计算及肥力等级
根据上述公式(4)中描述，计算不同田块土壤肥力综合指标值(IFI)，结果见表5。
表5不同田块土壤肥力综合指标值及肥力等级
5、应用的效果
将不同田块土壤肥力综合指标值IFI和水稻实际产量进行线性回归，如图1所示，发现两者呈极显著正相关关系，即IFI越大相应田块水稻产量越高，说明用IFI能很好反应土壤肥力状况。
综上，本发明的评价方法得到了与水稻生产产量和土壤肥力正相关的土壤肥力综合指标值，实现了对土壤肥力与生产力相结合的综合评价。土壤肥力综合指标值与水稻产量呈极显著正相关关系，表明土壤越肥沃，水稻产量也越高；从而也说明本发明的评价方法很好的建立了土壤肥沃状况和水稻产量之间的关联。本发明将作物产量纳入评价指标体系，实现了土壤肥力与生产力相结合的土壤肥力综合评价，从而使评价结果更准确可靠。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (7)
1.一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：包括步骤：
S1、获取土壤肥力指标中各个土壤指标的值，根据各个土壤指标的值分别计算各个土壤指标的隶属度值和权重系数，土壤肥力指标由如下的土壤指标组成：容重、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量；
S2、根据各个土壤指标的隶属度值和权重系数计算得到用于对土壤肥力进行评价的土壤肥力综合指标值。
2.根据权利要求1所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：所述步骤S1中各个土壤指标的隶属度值是采用如下方式得到的：根据反S型隶属度函数计算容重的隶属度值；根据正S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH的隶属度值。
3.根据权利要求2所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：所述步骤S1中容重对应的反S型隶属度函数曲线转折点处的取值为1.1、1.5；有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、微生物量碳、微生物量氮和相对产量分别对应的正S型隶属度函数曲线转折点处的取值：有机质为8、35；全氮为0.65、1.75；全磷为0.3、1.0；全钾为7.5、23；碱解氮为50、135；速效磷为4、30；速效钾为40、175；阳离子交换量为10、20；微生物量碳为300、500；微生物量氮为50、70；相对产量为40、100；pH对应的抛物线型隶属度函数曲线转折点处的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：所述步骤S1中的每个土壤指标权重系数是通过下述方式计算得出的：计算各个土壤指标相互之间的相关系数，取每个土壤指标计算得出的所有相关系数的平均值，该平均值的绝对值与所有土壤指标相关系数的绝对值总和的比值为每个土壤指标的权重系数。
5.根据权利要求4所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：所述步骤S2中土壤肥力综合指标值是采用指数和法得到的。
6.根据权利要求5所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：所述步骤S2中的各个土壤指标的权重系数乘以其各个对应的隶属度值的总和值为土壤肥力的综合指标值，具体计算公式为：
式中，IFI表示综合指标值，n表示土壤指标的总数；Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。
7.根据权利要求6所述的一种紫色土稻田土壤肥力评价方法，其特征在于：还包括步骤S3：采用S2中的IFI的值表示土壤的肥沃程度，评价土壤肥力。
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