高瑞，邵艷玲，喬紅波，張慧，夏斌*，王勇，張華鋒，常劍波

1.河南農(nóng)業(yè)大學信息與管理科學學院，鄭州市文化路95號450002

2.南陽理工學院計算機科學與技術系，河南省南陽市長江路80號473004

3.河南省煙草公司三門峽市公司，河南省三門峽市崤山路472000

種植待定作物的土壤適宜性評價，在土壤的合理利用和有序開發(fā)中具有重要意義[1-2]。土壤是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是半自然、半人工的開放系統(tǒng)，自然生態(tài)因子、人類農(nóng)事活動等都會對其產(chǎn)生影響，這些影響的性質(zhì)及程度有些是已知的，有些是未知的，所以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是灰色系統(tǒng)。與其他評價方法相比，對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤進行適宜性評價時，采用灰色聚類方法較為適宜。目前灰色聚類評價的應用范圍主要集中在水利、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會、經(jīng)濟、生態(tài)、地質(zhì)等領域[3-8]。在植煙田土壤適宜性評價中利用灰色聚類方法尚未見報道。為此，采用灰色定權聚類法對三門峽植煙區(qū)土壤進行了適宜性評價，旨在優(yōu)化烤煙的種植區(qū)域，提高煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 三門峽生態(tài)概況

三門峽地處中緯度內(nèi)陸區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫13.2℃，年平均日照2354.3 h，無霜期184～218 d，年平均降雨量550～800 mm，植煙區(qū)土壤主要以褐土為主，較適宜煙草的生長。

1.2 土壤樣品的采集

在植煙區(qū)選擇有代表性的田塊，取耕層0～20 cm土樣，每個采樣點所代表的面積為20 hm2，總采樣點299個，樣點分布見圖1。

1.3 適宜性評價方法

在灰色系統(tǒng)理論中，灰色聚類是根據(jù)灰色關聯(lián)矩陣或灰數(shù)的白化權函數(shù)將一些觀測對象聚集成若干個可以定義類別的方法[9]?；疑P聯(lián)聚類主要用于同類因素的歸并，而灰色白化權函數(shù)聚類是根據(jù)灰數(shù)的白化權函數(shù)檢查觀測對象是否屬于事先設定的不同類別。植煙區(qū)土壤適宜性評價宜采用灰色白化權函數(shù)聚類。由于聚類指標的意義、量綱不同，且在數(shù)量上懸殊較大，宜采用灰色定權聚類方法，評價步驟:首先，根據(jù)現(xiàn)有觀測值給出j指標k子類白化權函數(shù)fkj(j=1，2，∧，m;k=1，2，∧，s)。其次，確定各指標的聚類權ηj(j=1，2，∧，m)。第三，從前兩步得出的白化權函數(shù)fkj(·)(j=1，2，∧，m;k=1，2，∧，s)、聚類權ηj(j=1，2，∧，m)以及對象i關于j指標的觀測值xij(i=1，2，∧，n;j=1，2，∧，m)，計算出灰色定權聚類系數(shù)1，2，∧，s。最后，若，則斷定對象i屬于灰類k*[9]。

圖1 三門峽植煙區(qū)土壤采樣點分布

2 植煙土壤適宜性評價

2.1 評價指標的選取

在查閱相關文獻及聽取專家意見、經(jīng)驗的基礎上，依據(jù)指標對烤煙的生長發(fā)育和品質(zhì)的影響力、指標的變異程度、穩(wěn)定性及可操作性等原則[10-13]，最終選取了植煙土壤適宜性評價的5個指標為pH、有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀等。

2.2 評價指標適宜性標準劃分

共采集土壤樣品299個。根據(jù)土壤養(yǎng)分的評價標準及三門峽煙區(qū)的實際情況，將每一項評價指標劃分為最適宜、適宜和不適宜3個等級，5個指標所對應的等級見表1。

由于三門峽煙區(qū)土壤pH在6.6～8.8之間，將數(shù)據(jù)進行預處理，使之與適宜性評價指標近似呈正相關。

2.3 白化權函數(shù)的確定

將5個評價指標按照評價標準各自分為最適宜、適宜、不適宜3個灰類，將指標和灰類編號，則有j(j=1，2，3，4，5)指標k(k=1，2，3)灰類表示第j個指標第k個灰類。下面設定j指標k灰類的白化權函數(shù)為

在灰色系統(tǒng)理論中，常用的白化權函數(shù)有典型白化權函數(shù)、上限測度白化權函數(shù)、適中測度白化權函數(shù)、下限測度白化權函數(shù)和三角白化權函數(shù)。分別選取上限測度白化權函數(shù)，用以適宜灰類的測度;選取適中測度白化權函數(shù)，用以基本適宜灰類的測度;選取下限測度白化權函數(shù)，用以不適宜灰類的測度。根據(jù)煙區(qū)土壤狀況確定白化權函數(shù)，分別為:根據(jù)以上白化權函數(shù)可以相應寫出各白化權函數(shù)的具體函數(shù)表達式。這里僅給出土壤有機質(zhì)指標(j=1)3個灰類的白化權函數(shù)表達式，其他表達式可類似寫出，從略。

表1 三門峽煙區(qū)植煙土壤適宜性評價指標及其所對應的等級標準

2.4 聚類及土壤適宜性評價結果

根據(jù)煙田基本情況調(diào)查資料，結合相關專家的意見和建議以及參考部分文獻[14-16]，確定有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、pH的權值分別為η1=0.45，η2=0.15，η3=0.08，η4=0.15，η5=0.17。

根據(jù)樣本值和上述步驟，計算出試驗區(qū)3個灰類的聚類系數(shù)見表2。

對表2數(shù)據(jù)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進行分析，結果見表3。土壤植煙適宜性最高的地區(qū)有:盧氏縣的杜關鎮(zhèn)、東明鎮(zhèn)、木桐鄉(xiāng)、徐家灣、雙槐樹、官坡鎮(zhèn)、五里川鎮(zhèn)、獅子坪鄉(xiāng)、朱陽關鎮(zhèn)，陜縣的宮前鄉(xiāng)，澠池縣的果園鄉(xiāng)、洪陽鎮(zhèn)、仁村鄉(xiāng)，靈寶市的五畝鄉(xiāng)、朱陽鎮(zhèn);這15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有機質(zhì)和土壤含鉀量較高，pH和含氮量適中。屬于這部分的煙田面積為12709.53 hm2，占三門峽基本煙田總面積的48.56%。

植煙土壤適宜性中等的煙田主要分布在盧氏縣的管道口鎮(zhèn)、范里鎮(zhèn)、沙河鄉(xiāng)、磨口鄉(xiāng)、瓦窯溝鄉(xiāng)，陜縣的菜園鄉(xiāng)、觀音堂鄉(xiāng)、西里村鄉(xiāng)，澠池縣的陳村鄉(xiāng)、坡頭鄉(xiāng)、天池鎮(zhèn)、陳村鄉(xiāng)、仰韶鄉(xiāng)、英豪鎮(zhèn)，靈寶市的川口鄉(xiāng)、蘇村鄉(xiāng)。這些地區(qū)土壤雖然含鉀量較高，但部分地區(qū)土壤有機質(zhì)含量稍低。屬于這部分的煙田面積為12507.47 hm2，占煙田總面積的47.79%。植煙土壤適宜性較差的地區(qū)為盧氏縣的湯河鄉(xiāng)、橫澗鄉(xiāng)、文峪鄉(xiāng)，這幾個鄉(xiāng)的土壤有機質(zhì)含量較低，pH值偏高，速效氮和速效磷含量較低，屬于這部分的煙田面積為954.53 hm2，僅占三門峽煙區(qū)總面積的3.65%。

表2 三門峽煙區(qū)植煙土壤適宜性評價聚類系數(shù)

表3 三門峽植煙土壤的適宜性評價

總體而言，三門峽煙區(qū)植煙土壤適宜性較好，適合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉。但近年來土壤pH有升高趨勢，速效氮含量有增加趨勢，應予注意。

3 小結

采用灰色聚類方法，對三門峽植煙土壤適宜性進行了評價，在299個土壤樣本所涉及的鄉(xiāng)(鎮(zhèn))中，一般地區(qū)的農(nóng)田土壤適宜煙草種植，不適宜煙草種植的農(nóng)田僅占4%。

灰色聚類方法用于土壤適宜性評價是一種新的嘗試，通過選取評價指標，確定白化權函數(shù)進行土壤有關指標的灰色聚類，但指標權重的確定，仍采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗值方法，這主要是因為土壤本身是一個復雜的多相有機無機復合體，所涉及的因素較多，且各因素間又相互作用。因此，這方面尚有待進一步研究檢驗。

致謝:河南農(nóng)業(yè)大學馬繼盛教授對本論文撰寫予以指導，特此感謝。

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