秦 維，林昌虎，何騰兵，張清海

(1.貴州大學 生命科學學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州醫(yī)科大學，貴州 貴陽 550001；3.貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550001)

·山區(qū)開發(fā)·

基于經(jīng)驗指數(shù)和法的貴州施秉太子參產(chǎn)地土壤適宜性評價

秦 維1，林昌虎2*，何騰兵1，張清海3

(1.貴州大學 生命科學學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州醫(yī)科大學，貴州 貴陽 550001；3.貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550001)

土壤適宜性評價是針對具體作物在特定地域種植的土壤適宜度所做出的定性、定量和定位的結論性評價，具有實踐性、經(jīng)驗性、客觀性及應用性的特點。本論文在采集、分析施秉縣種植區(qū)70個土壤樣品理化性質(zhì)的基礎上，基于GIS技術，采用檢驗指數(shù)和方法對復雜地理環(huán)境條件下的土壤適宜性評價進行研究，得出土壤適宜性評價結果以及適宜性評價圖。

土壤適宜性評價；指數(shù)和法；評價結果

中藥材太子參為石竹科植物，以塊根入藥。又名孩兒參、童參。有補氣益血、生津、補脾胃的作用。很受中醫(yī)藥界和保健品行業(yè)的青睞，致使用量逐年增加[1]。太子參的生長和太子參的品質(zhì)要受土壤等因素的影響[2]，土壤因素包括土壤pH值、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀等，土壤條件的好壞直接影響土地綜合開發(fā)與利用和生產(chǎn)力高低，并關系到種植業(yè)發(fā)展的方向及種植業(yè)模式規(guī)劃等問題[3]。土壤適宜性是土地對一定的用途是否適宜以及適宜程度高低的特性[4]。土壤適宜性評價的目的就在于揭示土壤對不同農(nóng)業(yè)用途的適宜性與限制性，為確定最適宜的用地方式和充分發(fā)揮生產(chǎn)潛力提供依據(jù)[5]。適宜性分析要綜合考慮區(qū)位以及土壤發(fā)育的生物、物理、化學條件，能夠幫助農(nóng)戶和決策者對區(qū)域的土壤條件綜合考慮，建立和規(guī)范農(nóng)戶行為。提高土壤及土地資源質(zhì)量，以實現(xiàn)土壤及土地資源的可持續(xù)利用。目前對于土壤適宜性評價主要集中于評價方法和指標體系的研究，評價方法已經(jīng)融合多學科的特點進行定量評價，而土壤適宜性指標主要就是考慮影響土壤質(zhì)量的因素[6]?；诮?jīng)驗指數(shù)和法的土壤適宜性評價主要是通過選擇影響太子參種植的主要土壤因素，按其影響強度進行經(jīng)驗和統(tǒng)計分級，然后用各因子之和的相應數(shù)來表示[7]。主要過程為評價基本單元劃分、選取評價因素、求出各評價因素的經(jīng)驗指數(shù)、確定評價因素權重、確定等級分值、求出各因素的經(jīng)驗指數(shù)和、適宜性等級劃分。

1 基于經(jīng)驗指數(shù)和法的土壤適宜性評價

1.1 土壤適宜性評價指標的選取

對研究區(qū)進行合理的單元劃分，結合太子參土壤及品質(zhì)相關性分析擬選定了19個指標：土壤類型、土層厚度、海拔、坡度、坡向、≥10℃有效積溫、年均降水量、空氣相對濕度、日照時數(shù)、土壤pH值、有機質(zhì)、堿解氮、全氮、有效磷、速效鉀、政府重視程度、藥農(nóng)純收入、勞動者素質(zhì)、交通通達度。通過專家打分及主成分分析法選出6個指標，即土層厚度、pH、有機質(zhì)、速效鉀、有效磷、堿解氮，建立評價指標體系。土壤適宜性評價指標標準見表1[8]。

表1 土壤適宜性評價標準Tab.1 Soil suitability evaluation standard

注：此評價標準來源《施秉縣耕地地力評價》。

1.2 土壤適宜性評價體系的建立

我們要進行土壤適宜性評價，建立土壤適宜性評價體系是基礎和前提，根據(jù)以上選取的評價指標，遵循層次分析原理，將土壤適宜性評價指標體系分為3個層次[9]。最上層為目標層，即土壤適宜性水平(A)，該指數(shù)是土壤適宜作物生長能力的綜合體現(xiàn)；第二層為準則層，包括地質(zhì)地貌與土壤特性(B1)、土壤養(yǎng)分(B2)[10]；第三層為具體評價指標層(C1～C6)，分別對應每個適宜性評價指標，對準則層進行進一步分解和描述。通過構建土壤適宜性評價指標體系及層次結構模型，將評價指標體系化，分析各個評價指標對評價系統(tǒng)的貢獻，進一步綜合為評價系統(tǒng)可比較的量值，作為適宜性評價的標準來衡量土地系統(tǒng)對作物種植的適宜度(圖1)[11]。

圖1 土壤適宜性評價指標層次結構圖Fig.1 Soil suitability evaluation index hierarchy structure

1.3 評價指標權重的確定

指標體系的權重通過層次分析法)與特爾菲法相結合的賦值方法確定[12]。具體做法就是將研究區(qū)的土壤適宜性評價看作一個系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)的多個影響因素的分析，將指標體系的目標層分解為若干有序?qū)哟危捎帽壤ㄓ蓪＜液蜎Q策者對所列各層指標的遞階層次結構關系通過兩兩比較重要程度而逐步進行評分，將專家和決策者的分散意見整理成判斷矩陣，再利用判斷矩陣的特征向量，應用和積法確定下層指標對上層指標的貢獻程度，從而得到基層指標對目標的重要性的賦值結果并進行層次總排序及其一致性檢驗[13]。

對于研究區(qū)土壤適宜性水平而言，在準則層按照層次分析法原理設計層次分析調(diào)查表，請相關專業(yè)的專家、技術人員及研究區(qū)有經(jīng)驗農(nóng)戶根據(jù)層次分析法的標度要求(表2)對準則層各指標相對于總指標適宜性水平的重要性做出判斷[14]。共發(fā)出調(diào)查表20份，收到答卷18份，回收率為92%，得到準則層對于目標層的判斷矩陣。同理，分別得到指標層對于準則層的判斷矩陣。將判斷矩陣每一列歸一化處理，歸一化處理后的新判斷矩陣的每一行求和，求和后所得的向量做歸一化處理得到特征向量(表3)。通過比較一致性指標(CI)與平均隨機一致性指標(RI)的一致性檢驗(表4)，各判斷矩陣均具有令人滿意的一致性[15]。

表2 判斷矩陣標度及其含義Tab.2 Judgment matrix scale and its meaning

表3 評價指標層判斷矩陣Tab.3 Evaluation index layer judgment matrix

表4 平均隨機一致性Tab.4 The average random consistency

表5 評價指標權重Tab.5 The evaluation index weight

1.4 土壤適宜性經(jīng)驗指數(shù)的計算

依據(jù)專家及研究區(qū)有經(jīng)驗農(nóng)戶對土壤適宜度標準的打分，計算方差離散程度和總體意見傾向，通過反復修正來確定分級指數(shù)[16](表6)。

表6 土壤適宜性評價分級指數(shù)Tab.6 Soil suitability evaluation classification index

根據(jù)經(jīng)驗指數(shù)和法評價模型公式：

計算出各樣本綜合指數(shù)和(表7)，其中，E(A)為評價單元的總分值：Wi和Pi分別為第i個評價單元的權重和分級指數(shù)；n為評價模型中的總參評因子個數(shù)[17]。

表7 土壤適宜性評價經(jīng)驗指數(shù)計算結果Tab.7 Soil suitability evaluation experience index calculation results

續(xù)表7編號土層厚度cmpH有機質(zhì)g/kg速效鉀mg/kg有效磷mg/kg堿解氮mg/kg經(jīng)驗指數(shù)23204.9821.93147.5914.3751.8890.5724194.9420.01120.2413.4945.7883.5325185.8529.69150.1015.7685.4686.6526205.7625.09110.7811.0368.6780.7127185.2232.54135.9114.41115.9883.2328185.0429.8197.4412.39102.2476.8829184.9532.67111.6719.54123.6173.3730184.8630.8485.7712.66105.2972.0331195.1631.57145.8314.03100.7286.432184.9426.0890.5411.2968.6786.0133184.9131.44153.4715.36125.1382.934194.8526.5898.8012.7797.6671.3735185.6935.67195.3113.65102.2492.3236185.4132.00106.3811.9183.9377.8737194.8932.64109.5614.13125.1370.4538184.7530.7494.2510.88100.7272.5839185.1431.41187.0110.81122.0890.4440175.0630.78141.138.85114.4581.6941185.4932.33156.7515.74103.7782.1642194.7629.53104.5813.4399.1980.2543175.0331.98157.0612.06134.2982.444194.9931.23118.1110.88128.1873.4745205.6932.28186.6414.54112.9296.0946195.4130.11107.3614.4393.0975.8747205.3622.41174.6513.1182.4098.0448195.0518.2688.7610.9062.5785.5449205.9733.76207.9213.76134.2992.1850185.2431.09186.2513.37114.4590.7751184.9231.57178.5717.0482.4093.6852174.8229.80129.7416.9745.7885.953185.0832.53218.2516.84131.2494.6054174.7831.36128.7113.76117.5085.955185.9736.54156.2514.13132.7686.1356205.7333.92100.4013.76102.2479.1257184.8830.20167.3319.53137.3490.5958174.5228.35107.8415.26114.4570.8959175.1525.82187.0114.0885.4692.1160177.4922.97140.1611.9065.6284.4961197.2229.59187.0121.10106.8293.6962174.7726.54114.9319.9386.9880.663205.2428.27145.5112.0485.4683.6664204.9826.12118.8110.9262.5777.1565175.3630.81157.0613.6593.0987.2266175.1529.52114.1711.5274.7778.0667197.2029.39209.5810.92100.7276.87

2 結果與分析

2.1 土壤適宜性等級的劃分

土壤適宜性級別的劃分方法有很多種，常用的有總分值頻率曲線法和等間距法，總分值頻率曲線法是將每一個綜合指數(shù)作為樣本，對其進行頻率統(tǒng)計，并繪制頻率直方圖和曲線，然后選擇若干頻率曲線突變處來確定級別間的界線值和總級數(shù)[18]。等間距法是按照評價綜合指數(shù)等間隔劃分級別。本文采用總分值頻率曲線法[19]劃分等級，根據(jù)評價樣本單元的綜合指數(shù)繪制直方圖，將樣本評價單元劃分為4級(表3-8)。

表8 土壤適宜性等級劃分標準Tab.8 Soil suitability rank standard

最后，運用農(nóng)業(yè)部縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)在耕地資源管理單元圖上進行太子參適宜性評價結果專題圖的繪制，得到施秉縣太子參適宜性評價分布圖，使評價結果能夠更加直觀，且有效的指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，具體見下圖：

圖2 施秉縣太子參適宜性評價圖Fig.2 Shi bing county radix pseudostellariae suitability evaluation

2.2 土壤適宜性評價結果

利用農(nóng)業(yè)部縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)，計算評價結果圖各評價單元的面積，然后又對其屬性表進行操作，統(tǒng)計出各等級耕地的面積及圖幅總面積得到太子參適宜性結果面積如表(表9)。

表9 土壤適宜性評價結果Tab.9 Soil suitability evaluation results

施秉縣耕地總面積為225682.71畝，其中高度適宜的面積為79462.88畝，占耕地總面積的35.21%；中度適宜的面積為98375.09畝，占耕地總面積的43.59%；勉強適宜的面積為35838.41畝，占耕地總面積的15.88%；不適宜種植太子參的耕地面積為12006.32畝，占耕地總面積的5.32%。2.4 環(huán)境適宜性評價結果檢驗

土壤適宜性評價結果必須通過實際驗證才能得到認可，在研究區(qū)選取太子參一些性狀指標如產(chǎn)量、品質(zhì)等對其進行一致性檢驗[20]。具體檢驗過程：把研究區(qū)分為若干單元，對于每一個單元， 高度適宜對應高品質(zhì)高產(chǎn)量，中度適宜對應中品質(zhì)高產(chǎn)量或高品質(zhì)中產(chǎn)量或中品質(zhì)中產(chǎn)量或高產(chǎn)量中品質(zhì)，勉強適宜對應高品質(zhì)低產(chǎn)量或高產(chǎn)量低品質(zhì)高品質(zhì)低產(chǎn)量或中品質(zhì)低產(chǎn)量或中產(chǎn)量低品質(zhì)，不適宜對應低品質(zhì)低產(chǎn)量[21]。將70個樣點分別疊加到不同數(shù)據(jù)處理評價圖上，檢驗土壤適宜性評價結果與太子參樣本等級之間的對應關系，檢驗結果表明：利用經(jīng)驗指數(shù)和法對樣點評價結果進行克立格插值所得評價結果與太子參品質(zhì)等級的對應數(shù)目達到25個[22]，符合率為46.30%。

3 結論與討論

經(jīng)驗指數(shù)法是一種簡單的定量評價方法，依據(jù)評價目的，選取相關土壤指標，對指標相互間的重要性分別給出數(shù)值，這些數(shù)值代替評價要素。然后按數(shù)學規(guī)律將這些數(shù)值加以結合，產(chǎn)生最后的性能指數(shù)，最后依據(jù)次序進行分等[23]，以反映土壤質(zhì)量的高低。將土壤資源與空間分布相結合，采用土壤資源自然指數(shù)、耕地地力指數(shù)等探討土壤資源利用的區(qū)域差異，空間適宜性及優(yōu)化配置問題，可以把握土壤質(zhì)量總體狀況，對區(qū)域土壤資源利用的合理程度進行分析，比較不同區(qū)域土壤資源利用適宜程度、土壤質(zhì)量狀況以及不同管理措施對土壤適宜性的影響程度，比較真實地反映土壤資源利用狀況，為定量化研究土壤資源的可持續(xù)利用提供較為合理的方法體系[24]。指數(shù)法特別適合于計算機和數(shù)據(jù)庫管理，將標準數(shù)學模式非主觀處理，但除了參評因素的數(shù)學處理是純客觀的外，因素的選擇和組合應注意控制人為因素的影響[25]。指數(shù)和法在土壤質(zhì)量、土壤適宜性評價乃至土地資源評價上都得到廣泛的應用，能夠指出眾多指標的總體趨勢并分析存在的潛在矛盾。這種方法運用在土壤質(zhì)量評價上，能幫助農(nóng)業(yè)管理者做出正確的決策。

貴州省施秉縣是其主要產(chǎn)地之一，太子參產(chǎn)業(yè)已成為施秉縣的支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是當?shù)剞r(nóng)民增加收入的重要來源。但由于太子參的生長和太子參的品質(zhì)受土壤等因素的影響，并不是任何地方都適宜種植太子參，現(xiàn)在可以根據(jù)太子參土壤適宜性評價圖，選擇種植區(qū)域，實現(xiàn)太子參產(chǎn)地資源合理利用及中藥材太子參生產(chǎn)集約化和規(guī)范化種植。

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Soil suitability evaluation of Radix Pseudostellariae production area in Shibing County， Guizhou Province， based on experience index method

QINWei1，LINChang-hu2*，HETeng-bing2，ZHANGQing-hai3

(1.CollegeofLifeScience，GuizhouUniversity，Guiyang，Guizhou550025，China; 2.GuizhouUniversityofMedicalSciencesGuiyang，Guizhou550001，China；3.GuizhouAcademyofAnalysisandTest，Guiyang，Guizhou550001，China)

Soil suitability evaluation aims to optimally allocate crop planting through measuring the coupling of designating crop to given land， and considers simultaneously soil physical features and current/future land use patterns．In this paper， data acquisition and analysis were based on physical and chemical properties of 70 soil samples from planting area of Shibing County. Using the GIS technology， soil suitability was evaluated by the testing index and method under complex geographical environment conditions to obtain soil suitability evaluation results and suitability map.

Soil suitability evaluation；index method；evaluation results.

2016-10-27；

2016-11-16

貴州省中藥現(xiàn)代化重大專項(黔科合重大專項字〔2012〕6010號)。

S181

A

1008-0457(2017)01-0061-06 國際

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.01.011

*通訊作者：林昌虎(1963-)，男，研究員，主要研究方向：環(huán)境科學；E-mail：linchanghu79@sina.com。