唐群鋒，郭澎濤，劉志崴，林釗沐，羅微，蔣菊生,*

(1. 海南省農(nóng)墾科學(xué)院，?？?570206； 2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，儋州 571737)

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國在2002年就取代美國成為世界第一大天然橡膠消費(fèi)國[1]。2010年中國天然橡膠產(chǎn)量不足70萬t，自給率不足20%，遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的30%安全保障線[2]。橡膠園的地力直接影響天然橡膠的生產(chǎn)量，海南農(nóng)墾是中國最大的天然橡膠生產(chǎn)基地，自第二次全國土壤普查以來其橡膠園養(yǎng)分狀況已發(fā)生了很大變化，干部職工并不了解當(dāng)前橡膠園地力的空間變異及其影響，必需摸清橡膠園地力水平，提升其生產(chǎn)能力。耕地地力評價技術(shù)正快速向規(guī)范化方向發(fā)展，其評價方法日益完善和豐富[3-9]。因此，運(yùn)用耕地地力評價方法查清主要橡膠園的養(yǎng)分狀況和地力水平并提出相應(yīng)的措施，對橡膠園土肥資源的優(yōu)化配置和海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 研究區(qū)與方法1.1 研究區(qū)概況

海南農(nóng)墾地處18°15′35″—20°02′14″ N，108°42′09″ — 110°47′42″E，屬熱帶季風(fēng)氣候，年積溫高、日照充足、雨量豐富，四季不明顯，但干濕季節(jié)明顯，東部濕潤多臺風(fēng)、西部干旱、南暖北涼。海南農(nóng)墾現(xiàn)有25個國營橡膠種植基地分公司，遍布海南省18個市縣(圖1)，面積和產(chǎn)量占全國的40%以上，橡膠職工達(dá)7.2萬余人，天然橡膠種植面積約246068.7 hm2，其中已開割橡膠總株數(shù)約4747.5萬株，是全國最大的天然橡膠生產(chǎn)基地。

根據(jù)20世紀(jì)80年代第二次土壤普查資料，海南墾區(qū)橡膠園可劃分為花崗巖類、片麻變質(zhì)巖類、玄武巖類、砂頁沉積巖類4個主要土壤母質(zhì)類型區(qū)。其中花崗巖類母質(zhì)發(fā)育的土壤主要分布在墾區(qū)的中部并向四周輻射，是墾區(qū)天然橡膠的主要種植區(qū)，占海南墾區(qū)橡膠園面積的61.21%?；◢弾r地區(qū)巖石主要由正長石、云母和石英組成，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，所形成土壤砂粒適中。

圖1 海南農(nóng)墾天然橡膠基地分公司分布圖

1.2 樣品采集與處理

綜合土壤類型、土地利用、管理界線、橡膠園面積和生產(chǎn)隊數(shù)量等因素，平均約20 hm2布設(shè)一個樣點(diǎn)，在研究區(qū)共布點(diǎn)采集7204個土壤樣品，采集0—20 cm層土壤，記錄樣點(diǎn)坐標(biāo)及所在橡膠園基本情況。將所采土壤樣品在整潔無污染的室溫下風(fēng)干，研磨過2 mm孔徑篩用于pH、有效磷、速效鉀、有效態(tài)微量元素等含量及物理性狀的測定，繼續(xù)研磨過0.25 mm孔徑篩用于有機(jī)質(zhì)等含量的測定。

土壤質(zhì)地采用指測法測定；pH采用電位法測定；有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容重法測定；有效磷采用氟化銨-鹽酸浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度計法測定；交換性鎂采用原子吸收分光光度計法測定[10]。

1.3 分區(qū)方法與評價范圍

一般認(rèn)為月降雨量100 mm以上適宜橡膠生長，而海南島降雨量存在明顯的時空分布不均，區(qū)域上自東向西逐漸減少，一年之內(nèi)有明顯干濕季節(jié)[11]；另外，在同一土壤母質(zhì)類型區(qū)中橡膠園的肥力特性、土壤理化性狀以及橡膠樹栽培管理相類似，而不同土壤母質(zhì)類型區(qū)橡膠園之間，上述條件和特點(diǎn)必有差異[12]；故本研究選取降雨量和土壤母質(zhì)類型作為海南農(nóng)墾橡膠園類型區(qū)劃分的兩個因素。

以海南島橡膠園四大土壤母質(zhì)類型區(qū)劃為基礎(chǔ)，進(jìn)一步考慮降雨量對橡膠樹生長的影響，利用海南島多年月平均降雨量圖提取出月平均降雨量100 mm等值線，然后將該等值線與海南島橡膠園土壤母質(zhì)類型區(qū)劃圖疊加，對海南島橡膠園進(jìn)行分區(qū)，獲取海南島橡膠園的不同類型分區(qū)。本研究選取面積最大的花崗巖類母質(zhì)土壤區(qū)中月均降雨量100 mm以上的橡膠園作為研究區(qū)的評價范圍(以下稱為“花崗巖類多雨區(qū)”)。

1.4 評價方法

邀請相關(guān)行業(yè)專家，依據(jù)必要性、重要性、差異性、穩(wěn)定性、易獲取、精簡性“六”原則，運(yùn)用德爾菲法(Delphi Method, DM)選取pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、交換性鎂、成土母質(zhì)、質(zhì)地、坡度、坡向、有效土層厚度和年降水量(共11個)作為花崗巖類多雨區(qū)橡膠園的地力評價指標(biāo)，借助模糊數(shù)學(xué)(FMT)的隸屬函數(shù)模型確定各評價指標(biāo)的隸屬度。1965年Zadehl提出模糊數(shù)學(xué)理論[13]，以后不斷得到完善和廣泛應(yīng)用，利用模糊子集和隸屬函數(shù)確定評價指標(biāo)的隸屬度是其核心[14-15]。

表1 數(shù)值型指標(biāo)的隸屬函數(shù)

隸屬函數(shù)分為5種：戒上型、戒下型、峰型、直線型、概念型(散點(diǎn)型)，本研究中評價指標(biāo)的隸屬函數(shù)屬于峰型、戒上型和概念型。戒上型、峰型隸屬函數(shù)，是利用特爾菲法對評價指標(biāo)一組實(shí)測值通過專家打分評估出相應(yīng)的一組打分值(隸屬度)，并根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)擬合隸屬函數(shù)建立(表1)。概念性隸屬函數(shù)則是直接通過專家經(jīng)驗(yàn)打分建立(表2)。

通過層次分析法(AHP)確定各評價指標(biāo)的權(quán)重。首先，根據(jù)研究區(qū)地力評價指標(biāo)相互關(guān)系構(gòu)建其層次結(jié)構(gòu)圖(圖2)；然后，邀請相關(guān)行業(yè)專家討論、比較同層次每個指標(biāo)與上一層次的相對重要性，并量化評估打分，形成判斷矩陣；再計算矩陣最大特征根及特征向量進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，直至通過一致性檢驗(yàn)。

圖2 評價要素層次分析結(jié)構(gòu)圖

將模糊數(shù)學(xué)確定的評價指標(biāo)隸屬度和層次分析法確定的權(quán)重，通過加權(quán)求和計算出其對應(yīng)的評價單元橡膠園的地力綜合指數(shù)(IFI)，計算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci(i= 1,2,3,…,n)

式中,IFI為橡膠園地力綜合指數(shù)，F(xiàn)i為第i個評價指標(biāo)的隸屬度；Ci為第i個評價指標(biāo)對應(yīng)組合權(quán)重值。根據(jù)綜合指數(shù)計算結(jié)果，采用累積頻率曲線分級法來劃分研究區(qū)橡膠園的地力等級，見表3結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計與圖表制作采用SPSS 16.0、Excel 2010和ArcGIS 10.0來完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型區(qū)橡膠園劃分

由圖3可知，紅線為月均降雨量100 mm等值線，該線縱貫海南島南北，將玄武巖、花崗巖、片麻變質(zhì)巖和砂頁沉積巖四大土壤母質(zhì)類型區(qū)分割為東西兩部分。月均降雨量100 mm等值線以東地區(qū)降雨充沛，橡膠樹生長很少遇到干旱的影響，而該線以西地區(qū)則會受到干旱的影響。本研究將月均降雨量100 mm等。

表2 概念型指標(biāo)的隸屬函數(shù)

表3 橡膠園地力等級劃分

圖3 不同類型橡膠園分區(qū)圖

值線以東地區(qū)稱為“多雨區(qū)”，即紅線以東區(qū)域；月均降雨量100 mm等值線以西地區(qū)稱為“少雨區(qū)”，即紅線以西區(qū)域。本研究以土壤母質(zhì)類型和降雨量為主要因素將海南農(nóng)墾橡膠園劃分為玄武巖類多雨區(qū)、玄武巖類少雨區(qū)、花崗巖類多雨區(qū)、花崗巖類少雨區(qū)、片麻變質(zhì)巖類多雨區(qū)、片麻變質(zhì)巖類少雨區(qū)、砂頁沉積巖類多雨區(qū)、砂頁沉積巖類少雨區(qū)等8個類型區(qū)從圖3可以看出，花崗巖類多雨區(qū)面積占了海南島一大半多，主要分布在瓊中、儋州、白沙、屯昌、五指山、保亭、樂東、萬寧、陵水、澄邁等市縣，是海南農(nóng)墾天然橡膠的主要種植區(qū)(圖1)，故本研究確定花崗巖類多雨區(qū)為評價范圍，對海南農(nóng)墾橡膠園生產(chǎn)具有更廣泛的指導(dǎo)意義。

表4表明，花崗巖類多雨區(qū)橡膠園面積140174.4 hm2，占海南農(nóng)墾橡膠園面積的56.97%；其次是片麻變質(zhì)巖類多雨區(qū)和砂頁沉積巖類多雨區(qū)橡膠園，分別為31063.3 hm2和21211.5 hm2，分別占到海南農(nóng)墾橡膠園面積的12.62%和8.62%；其余5個類型區(qū)橡膠園面積共53619.5 hm2，僅占海南農(nóng)墾橡膠園面積的21.79%。

2.2 橡膠園地力水平分布

海南農(nóng)墾花崗巖類多雨區(qū)橡膠園(以下簡稱為評價區(qū))面積為140174.4 hm2，本研究以地力綜合指數(shù)為依據(jù)，采用累積頻率曲線法將橡膠園地力劃分為5個等級。其中，一等地橡膠園面積8328.0 hm2，分布面積最小，占參評橡膠園面積的5.94%；二等地橡膠園面積42462.5 hm2，分布面積第二大，占參評橡膠園面積的30.29%；三等地橡膠園面積53228.6 hm2，分布面積最大，占參評橡膠園面積的37.97%；四等地橡膠園有一定面積分布，面積24661.5 hm2排第三大，占參評橡膠園面積的17.59%；五等地橡膠園面積11493.8 hm2，分布面積較小，占參評橡膠園面積的8.20%，見表5。

表4 各類型區(qū)橡膠園面積與比例

表5 評價區(qū)各等級橡膠園面積與比例

從圖4可以看出，評價區(qū)主要分布在瓊中、屯昌、澄邁、儋州、萬寧、保亭、樂東、三亞、陵水、定安、瓊海、五指山、昌江、文昌和東方等15個縣市。一等地橡膠園分布較散，而且面積很少，在白沙的北部和西部、瓊中的中部和西部、定安的南部、萬寧的中北部和西南部、三亞和樂東交界線上的中間部等均有少面積分布；二等地橡膠園主要分布于白沙、瓊中和三亞；三等地橡膠園主要分布于儋州、白沙、屯昌、澄邁、保亭的中部、瓊中的中北部；四等地橡膠園主要分布于屯昌、樂東、保亭、瓊中的東南部；五等地橡膠園分布比較集中，主要分布于瓊中的西北和東南部、儋州的中西部、保亭的中部、陵水的中部、樂東的東北部。

2.3 不同等級橡膠園土壤pH及養(yǎng)分含量分布

從表6中可以看出，評價區(qū)土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)、有效磷和pH的標(biāo)準(zhǔn)誤都很小，表明該區(qū)橡膠園同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示0.05水平的差異顯著性土壤采樣測試的pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量均具有很好的代表性；而該區(qū)pH平均值為4.68，說明其橡膠園土壤整體呈酸性；其中橡膠園土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量的平均值分別為42.39 mg/kg、10.51 g/kg和4.62 mg/kg，故此區(qū)有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量都不高。

表6 評價區(qū)各等級橡膠園土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷及速效鉀分布

圖4 評價區(qū)橡膠園地力水平分布圖

表6表明，評價區(qū)不同地力等級橡膠園之間土壤的pH和有機(jī)質(zhì)含量均達(dá)到顯著差異，但只有pH和速效鉀是隨著地力水平升高而含量增加，在地力水平高的橡膠園土壤有效磷含量較高，有機(jī)質(zhì)含量高低與地力水平高低不相關(guān)；另外，土壤有效磷含量只有二等地與四等地之間沒有達(dá)到顯著差異，土壤速效鉀含量只有三等地與四等地之間沒有達(dá)到顯著差異，其余各地力水平橡膠園之間的土壤有效磷或速效鉀含量均達(dá)到了顯著差異；說明上述4個指標(biāo)對該區(qū)橡膠園的地力水平具有重要影響，尤其是pH和有機(jī)質(zhì)的影響較大。

3 結(jié)論與討論

耕地地力是指由特定氣候區(qū)域地形、地貌、成土母質(zhì)、土壤理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、培肥水平等要素綜合構(gòu)成、影響并決定的耕地生產(chǎn)能力[16]。耕地地力評價是以利用方式為目的，估價耕地生產(chǎn)潛力和土地適宜性的過程，揭示生物生產(chǎn)力的高低和潛在生產(chǎn)力[17]。美國國際環(huán)境與發(fā)展研究所和世界資源研究所在《世界資源》中認(rèn)定種植天然橡膠的橡膠園是耕地的一種類型。1984年全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會和原國家土地管理局在《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中把種植農(nóng)作物的土地確定為耕地，《辭?！?經(jīng)濟(jì)分冊)把耕地定義為經(jīng)過開墾用以種植農(nóng)作物并經(jīng)常耕耘的土地。海南省在2010年以公文《瓊農(nóng)字[2010]73號》確定天然橡膠為海南省的主要農(nóng)作物。因此，橡膠園地力評價的對象是橡膠園生產(chǎn)能力，屬于耕地地力評價的一種，可以看成是土地評價學(xué)的一個新分支。橡膠園是海南墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的資源，其地力的好壞直接影響到天然橡膠的可持續(xù)發(fā)展，重視橡膠園的質(zhì)量建設(shè)、落實(shí)橡膠園地力評價、實(shí)現(xiàn)橡膠園土壤肥料科學(xué)管理是海南墾區(qū)的重要課題。

3.1 橡膠園分區(qū)評價地力的優(yōu)勢

近些年，很多學(xué)者借助新興的“3S”技術(shù)，采用系統(tǒng)聚類法、層次分析法和模糊評價法等建立了耕地地力評價指標(biāo)體系，開展了大量的耕地地力評價方面的研究[3-9]。其中，跨行政區(qū)域范圍的土地評價研究也有報道，如新疆天然草地類型質(zhì)量評價[17]、湖北省清江流域旅游景區(qū)開發(fā)潛力評價[18]及何毓蓉等對川江流域及其周邊典型農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的耕地地力評價[19]。另外，歐陽進(jìn)良等依托GIS還評價了種植不同作物的土地適宜性，并劃分出作物種植區(qū)[20]。但是，國內(nèi)大量的地力評價研究幾乎全部集中于大田作物，而對諸如橡膠樹等此類多年生高大喬木種植園區(qū)的地力評價研究很少。關(guān)于橡膠園的地力評價僅見于數(shù)篇文獻(xiàn)[21-23]，又局限于農(nóng)場區(qū)域小范圍、調(diào)查采樣量少或指標(biāo)內(nèi)容片面等不足。而在跨行政區(qū)域范圍的分區(qū)基礎(chǔ)上開展耕地地力評價，尤其對天然橡膠這類特殊作物的園地，進(jìn)行大量采樣、系統(tǒng)、定量、全面的跨行政區(qū)域范圍的地力評價研究，目前還未見報道，本次研究尚屬首次，進(jìn)一步完善了耕地地力評價方法和技術(shù)在各類作物耕地上的應(yīng)用，尤其是積累了耕地地力評價方法在橡膠園這類特殊而又重要作物上管理養(yǎng)分等方面的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，這對國內(nèi)外橡膠園的地力評價與養(yǎng)分管理工作具有重要的借鑒意義。

在海南島大區(qū)域尺度下，土壤母質(zhì)類型與氣候往往是影響橡膠樹生長的主要因素，其中土壤母質(zhì)類型對橡膠樹生長的影響最明顯[11]，不同地力水平橡膠園土壤母質(zhì)類型的養(yǎng)分狀況差異很大(表6)。氣候條件中，降雨和溫度又是影響橡膠樹生長的關(guān)鍵因子。海南島不同區(qū)域之間溫度的差異不大，且年均溫都在23—25℃之間，滿足橡膠樹生長對溫度(20—30℃)的要求。與溫度的均勻性不同，海南島不同區(qū)域尤其是東部和西部之間降雨量的差異很明顯，降雨的差異顯著地影響到橡膠樹的生長和產(chǎn)膠量。海南島月平均降雨量都在75 mm以上，都是可以滿足種植橡膠的需求。但是，一般月平均降雨量在100 mm以下的區(qū)域一年中都會發(fā)生不同程度的旱害，對橡膠樹的生長造成不利影響[11]。因此，依據(jù)對橡膠樹影響大的土壤母質(zhì)和降雨量劃分評價區(qū)域，其評價結(jié)果與橡膠樹生長環(huán)境更吻合，更適宜為橡膠園養(yǎng)分的合理管理與利用以及配方施肥提供科學(xué)依據(jù)。

相對于王晶晶和韋娉婷針對單個農(nóng)場橡膠園地力的評價[22-23]，或袁秀杰等[24]對平原和丘陵區(qū)耕地地力評價及其兩套指標(biāo)銜接的研究來講，本研究覆蓋了整個海南農(nóng)墾花崗巖類多雨區(qū)的橡膠園，地力評價結(jié)果能代表整個海南島此類型區(qū)橡膠園的地力狀況，跨農(nóng)場區(qū)域且同地力評價體系的研究使得各農(nóng)場間橡膠園地力等級具有統(tǒng)一可比性，其評價結(jié)果無需通過復(fù)雜的線性模型轉(zhuǎn)換后才具可比性，對橡膠園生產(chǎn)實(shí)踐具有更廣泛的指導(dǎo)作用。吳敏等[21]雖然評估了海南島整個橡膠園的土壤肥力狀況，但由于其評價指標(biāo)僅限于土壤化學(xué)屬性(如pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷等)，而未涉及諸如立地條件、氣候等因素，其評價指標(biāo)并不能很準(zhǔn)確地反映整個海南島橡膠園的綜合地力；同時，其采樣點(diǎn)個數(shù)也較少(共202個土樣)；相比而言，本研究采集了7204個土壤樣品，評價指標(biāo)涵蓋了理化性狀、立地條件、養(yǎng)分狀況、剖面性狀等4個方面11項(xiàng)指標(biāo)，其評估結(jié)果更系統(tǒng)、更全面，能更準(zhǔn)確地反映海南島同類型區(qū)橡膠園的地力狀況。

3.2 評價區(qū)橡膠園地力提升的建議

本研究以占海南農(nóng)墾橡膠園面積56.97%的花崗巖類多雨區(qū)為代表，其研究結(jié)果可以對海南農(nóng)墾主要天然橡膠種植園區(qū)的管理提供理論支持。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，評價區(qū)地力以中等水平為主(二等地、三等地、四等地)，占到其總面積的85.85%，中等地力橡膠園遍布海南省瓊中、屯昌、澄邁、儋州、萬寧、保亭、樂東、三亞、陵水、定安、瓊海、五指山、昌江、文昌和東方等15個縣市。

研究結(jié)果表明評價區(qū)土壤屬于酸性，pH位于適合橡膠樹生長的4.5—6.5(pH)之間；但表6中數(shù)據(jù)顯示pH下降時地力等級同步下降，且各等級橡膠園間土壤pH均達(dá)到顯著差異，說明該區(qū)橡膠園土壤進(jìn)一步酸化將會降低其地力水平，從而可能影響到橡膠樹的正常生長，應(yīng)該重視生產(chǎn)中對該類橡膠園土壤的酸堿度改良，適當(dāng)提高其pH。

研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，一等地和五等地橡膠園土壤的有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量，與中等水平(二等地、三等地、四等地)橡膠園土壤中對應(yīng)養(yǎng)分含量達(dá)到了顯著差異，說明土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀的含量是影響該區(qū)橡膠園地力水平的主要因素，應(yīng)該要加強(qiáng)其上述主要養(yǎng)分的管理。根據(jù)適宜橡膠樹正常生長所需土壤養(yǎng)分含量[25](有機(jī)質(zhì)為20—25 g/kg，有效磷為5—8 mg/kg，速效鉀為40—60 mg/kg)來判斷，表6中數(shù)據(jù)說明評價區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于橡膠樹正常生長的要求水平，其有效磷含量也不能滿足橡膠樹正常生長；而該區(qū)一等地和二等地橡膠園土壤速效鉀含量水平達(dá)到了橡膠樹正常生長所要求的范圍，其三等地和四等地的才剛剛達(dá)到，五等地橡膠園土壤速效鉀含量水平甚至低于橡膠樹正常生長所要求的范圍。因此，提高該區(qū)橡膠園土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分的含量，將會提升其地力水平；建議在大力增施有機(jī)肥的基礎(chǔ)上增施磷肥，尤其是增施鈣鎂磷肥等堿性肥調(diào)節(jié)土壤酸堿度；同時，加強(qiáng)氮鉀養(yǎng)分的管理，提高其利用率，在橡膠樹抽葉等關(guān)鍵期補(bǔ)施氮鉀肥，平衡氮鉀的流失。此外，要在橡膠園間作豆科綠肥作物，諸如爪哇葛藤、蘭花毛蔓豆和無刺含羞草等，以增加有機(jī)質(zhì)，培肥土壤。

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