楊全合，安永龍

(北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 102218)

【研究意義】土壤肥力是衡量土壤養(yǎng)分針對特定植物的供應(yīng)的能力，也是土壤區(qū)別于成土母質(zhì)和其他自然體的最本質(zhì)的特征。土壤肥力綜合評價(jià)是依據(jù)對土壤資源調(diào)查的數(shù)據(jù)，針對土壤資源的利用價(jià)值和可利用潛力進(jìn)行的評估與預(yù)算[1]。以往由于受到技術(shù)和方法條件的限制，對土壤肥力的評價(jià)一般采用定性的方法進(jìn)行描述，評價(jià)的準(zhǔn)確度偏低。隨著地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)在土壤領(lǐng)域研究中的不斷發(fā)展和應(yīng)用，土壤評價(jià)的定量研究技術(shù)脫穎而出，大幅度提升了土壤評價(jià)工作的精準(zhǔn)性和確定性?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前國內(nèi)已有不少的學(xué)者成功應(yīng)用定量化技術(shù)對土壤肥力進(jìn)行綜合評價(jià)，鄭城等[2]利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了小流域內(nèi)7種地類的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀的特征，并對土壤養(yǎng)分進(jìn)行了綜合評價(jià)；葉回春等[3]采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)、隸屬度函數(shù)和地統(tǒng)計(jì)方法，對北京市延慶盆地表層土壤肥力進(jìn)行綜合評價(jià)，并研究其空間變異特征；王妙星等[4]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析第十三師耕層土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀和演化趨勢，結(jié)合層次分析法和特爾斐法開展了地力評價(jià)，國外也有許多學(xué)者對此開展過研究[5-8]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】通州區(qū)位于北京市東南部，京杭大運(yùn)河北端，自2012年北京市委明確提出要將通州區(qū)建立成為北京唯一的行政副中心[9]，其影響力迅速上升，成為各界人士關(guān)注的焦點(diǎn)。通州是北京市重要的農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)、加工基地，適時(shí)調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，及時(shí)提高作物肥力供給效率顯得尤為重要，由此可見及時(shí)掌握通州區(qū)土壤肥力做好評價(jià)工作意義重大?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本次研究對通州區(qū)于家務(wù)鄉(xiāng)進(jìn)行高精度高密度采樣，共采集土壤樣品1399件，綜合運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和GIS技術(shù)對其中全氮、全磷、全鉀、堿解氮等8項(xiàng)肥力指標(biāo)進(jìn)行了綜合評價(jià)，為于家務(wù)鄉(xiāng)土壤規(guī)劃管理和改良提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于通州區(qū)南部的于家務(wù)回族鄉(xiāng)，其東鄰永樂店鎮(zhèn)，西南部與大興區(qū)采育鎮(zhèn)接壤，是通州區(qū)唯一的少數(shù)民族鄉(xiāng)，總面積約為6570 hm2，其中耕地面積約為4640.8 hm2，國家級民族農(nóng)產(chǎn)品加工基地、航天育種基地都位于此。通州屬溫帶大陸性半濕潤氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年日照2730 h，年降水量620 mm左右。地處永定河、潮白河沖積平原地帶，從屬華北大平原[10]。研究區(qū)地勢呈現(xiàn)由東北至西南向上的波狀起伏之勢。通州區(qū)土壤質(zhì)地主要以輕壤質(zhì)和砂壤質(zhì)為主，研究區(qū)內(nèi)主要以輕壤質(zhì)為主；通州區(qū)土壤主要包括褐土、潮土、風(fēng)沙土、沼澤土4種類型，本次研究區(qū)中以壤質(zhì)潮土、粘質(zhì)潮土、硫酸鹽鹽潮土為主[11]。

1.2 土壤樣品采集與測定方法

布置采樣點(diǎn)時(shí)充分考慮到了土地利用類型、土壤類型、流域分布等因素，為了盡量降低空間變異性所帶來的誤差，本次研究加大了采樣密度、盡量縮小采樣間距，最終按照32～64/km2的采樣密度進(jìn)行布設(shè)，共布設(shè)1399件表層土壤樣品(圖1)。野外用校正準(zhǔn)確的GPS尋找采樣點(diǎn)位，一件完整的土壤表層土壤樣品是由3～5個(gè)子樣點(diǎn)混合均勻后組合成，并去除雜草、草根、礫石、磚塊、肥料團(tuán)塊等雜物，樣品原始重量不低于1 kg，取樣位置0～20 cm。采樣時(shí)要盡量選擇在農(nóng)用大田、林帶地、菜地、山坡下側(cè)土層較厚處等地，避開明顯污染地塊、新近搬運(yùn)的堆積土、垃圾土、田埂等地段，以保證樣品的代表性。

堿解氮的測定：稱風(fēng)干土樣(通過2 mm篩)2.0 g平鋪于螺紋絲扣密封類型的塑料擴(kuò)散皿外室，吸取3 mL 20 g/L硼酸-指示劑溶液(pH=4.5)于擴(kuò)散皿內(nèi)室，向外室加10.0 mL 1.8 mol/L氫氧化鈉溶液于擴(kuò)散皿外室，輕搖晃動(dòng)后迅速旋緊蓋子，于40 ℃保溫箱內(nèi)恒溫24 h，0.01 mol/L HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定內(nèi)室硼酸中的氨，計(jì)算堿解氮含量；有效磷的測定：稱風(fēng)干土樣(通過2 mm篩)2.5 g于浸提瓶中，加50 mL 0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提劑，在(25±1)℃溫度中振蕩30 min后過濾；速效鉀的測定：稱風(fēng)干土樣(通過2 mm篩)5.0 g于浸提瓶中，加50 mL乙酸銨溶液，加塞振蕩30 min后過濾。

各項(xiàng)元素指標(biāo)測定方法見表1。

1.3 土壤肥力綜合評價(jià)方法

目前針對土壤肥力的綜合評價(jià)方法有很多，如指數(shù)和法[12]、灰度關(guān)聯(lián)分析法[13]、投影尋蹤模型法[14]、聚類分析法[15]、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[16]，本研究采用Fuzzy綜合評價(jià)法對土壤肥力進(jìn)行綜合[17-18]，這種方法是要以隸屬度函數(shù)中所求得隸屬度來刻畫肥力質(zhì)量指標(biāo)的狀態(tài)界線。

1.3.1 土壤肥力指標(biāo)的隸屬函數(shù)選擇 隸屬函數(shù)模型主要包括線性模型和非線性模型，確定隸屬度函數(shù)的方法有很多，如模糊統(tǒng)計(jì)法、例證法、分段函數(shù)法等[19]?？紤]評價(jià)工作的實(shí)用性和簡潔性，本次研究以線性模型為基礎(chǔ)，采用峰值型和戒上型。

(1)峰值型：

(1)

表1 土壤樣品測定方法

(2)戒上型：

(2)

綜合考慮土壤中肥力指標(biāo)的地球化學(xué)特點(diǎn)和專家經(jīng)驗(yàn)[20]，認(rèn)為土壤肥力指標(biāo)中全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、有效鉀、有機(jī)質(zhì)隸屬度函數(shù)采用戒上型，pH值的隸屬度函數(shù)采用峰值型。各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)及閾值見表1。

1.3.2 土壤肥力綜合評價(jià)指標(biāo)計(jì)算 IFI(Integrated Fertility Index)表示土壤肥力狀況的綜合評價(jià)值，是根據(jù)加法法則在相互交叉的同類指標(biāo)之間由加法而合成[21]，計(jì)算公式：

IFI=∑Wi×Ni

(3)

式中，Wi——第i種評價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，Ni——第i種評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

1.3.3 地統(tǒng)計(jì)處理方法 采用SPSS19.0對土壤肥力指標(biāo)值進(jìn)行正態(tài)分布性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)的計(jì)算，通過對數(shù)轉(zhuǎn)化將不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為正態(tài)分布，滿足半方差分析的要求。

采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+9.0進(jìn)行理論模型的擬合和半變異函數(shù)的計(jì)算，變異函數(shù)是研究土壤肥力指標(biāo)空間變異隨機(jī)性或結(jié)構(gòu)性的重要方法，能夠反映不同距離觀測值的空間自相關(guān)程度。該函數(shù)如下：

(4)

式中：γ(h)——半變異函數(shù)；h——步長；N(h)——

圖1 研究區(qū)土壤樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of soil sampling sites in the study area

表2 土壤肥力評價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)類型及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)

觀測樣點(diǎn)對數(shù)；Z(xi)和Z(xi+h)]——區(qū)域化變量Z(x)在空間觀測點(diǎn)xi和xi+h處的實(shí)測值。

在本次研究中為了更加準(zhǔn)確地反映土壤綜合指標(biāo)的空間變異性，根據(jù)半變異函數(shù)的決定系數(shù)R2和殘差RSS進(jìn)行擬合，構(gòu)建理論模型[22]，其中R2是回歸平方和與總平方和的比值，RSS為各采樣點(diǎn)實(shí)際值與預(yù)測值的差的平方和，因此R2值越大，RSS值越小，模型的擬合精度越高[23]。本次研究所建立的半方差函數(shù)模型為指數(shù)(Exponential)。

γ(h)=0h=0

(5)

式中：C0——塊金方差，即間距為0時(shí)的半方差，由隨機(jī)因素引起的變異；C——結(jié)構(gòu)方差，由系統(tǒng)因素引起的變異；C0/(C0+C)——塊金效應(yīng)，反映了系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性程度，可表明土壤肥力的空間依賴性；a——變程，即半方差達(dá)到基臺值所對應(yīng)的距離。

由ArcGIS10.0中地統(tǒng)計(jì)模塊的普通克里格空間插值法完成Kriging插值[24]。通過變量在點(diǎn)x處影響范圍內(nèi)的n個(gè)有效樣本值Z(xi)的線性組合得到在該點(diǎn)x處的估計(jì)值Zx，如下：

(6)

式中：λi——賦予樣本值Z(xi)的權(quán)重，表示各個(gè)樣本值Z(xi)對Zx的貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS19.0對所采集的1399件土壤樣品進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3，從表中可以看出有機(jī)質(zhì)含量分布在0.23～3.94 g/kg，平均值為1.3 g/kg。堿解氮、有效磷、速效鉀的平均含量分別為85.62、27.20、161.81 mg/kg，變化幅度分別為6.96～441.04、4.48～371.60、27.97～2699.56 mg/kg，有效磷的最大值是最小值的82.95倍，變幅最大。從變異系數(shù)分析，一般按照變異系數(shù)的大小一般分為四級[25]，<30 %為均勻分布，30 %≤c.v.<60 %為弱變異，60 %≤c.v.<100 %為中等分異，≥100 %為強(qiáng)分異。有效磷變異系數(shù)為107.04 %，屬于強(qiáng)程度變異，這可能與土壤中相關(guān)物理化學(xué)反應(yīng)及磷肥的使用有關(guān)，施用的磷肥易殘留在土壤中，因其利用率低、遷移速度慢，因而有效磷分布不均，變異程度大。速效鉀和堿解氮的變異系數(shù)分別為76.32 %和58.40 %，屬于中等程度變異；全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值的變異系數(shù)全部低于40 %，屬于弱程度變異，其中pH值最低，為2.80 %，體現(xiàn)出在空間中分布較為穩(wěn)定。

表3 研究區(qū)土壤肥力質(zhì)量的評價(jià)定量指標(biāo)測定結(jié)果

表4 土壤肥力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表4為第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，由此來看，本次研究中全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分布在Ⅰ～Ⅴ，全鉀含量分布在Ⅰ～Ⅳ，表明研究區(qū)肥力指標(biāo)分布較為均勻，土壤中養(yǎng)分分布較為平衡。由于北京地區(qū)的土壤大部分都為堿性，因此本次研究中pH值全部為Ⅰ。

2.2 土壤肥力綜合評價(jià)指標(biāo)分析

2.2.1 土壤肥力指標(biāo)權(quán)重值的計(jì)算 在多項(xiàng)肥力指標(biāo)綜合評價(jià)過程中，每一項(xiàng)肥力指標(biāo)由于對結(jié)果的影響程度和重要程度不同，因而貢獻(xiàn)率即權(quán)重也隨之不同。如何合理地確定各單項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重成為完成土壤肥力綜合評價(jià)的關(guān)鍵因素。目前，國內(nèi)外確定土壤肥力各指標(biāo)權(quán)重值的方法主要有主觀經(jīng)驗(yàn)法、專家征詢法、專家打分法、指標(biāo)法、主因子分析法、層次分析法等[26-28]。由于土壤是一個(gè)有機(jī)的整體，土壤肥力指標(biāo)之間是相互作用并相互影響的，之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，因此本次研究選用指標(biāo)相關(guān)系數(shù)法對各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值[29-30]。通過某項(xiàng)肥力指標(biāo)與其他肥力指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)的平均值占全部肥力指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)平均值的綜合比例作為該肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。由表5可知，全氮、全磷、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)的權(quán)重值相當(dāng)，并高于全鉀、速效鉀、pH值的權(quán)重值，其中全鉀的權(quán)重值最低，僅為2.58 %。

2.2.2 土壤肥力綜合評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算 由土壤中每一項(xiàng)肥力指標(biāo)的隸屬度函數(shù)和權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算，可得土壤肥力狀況的綜合評價(jià)值(IFI)。IFI的取值范圍在0～1，如果值越小，則表明土壤肥力水平越低，相反，如果值越大，表明土壤肥力水平越高。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)IFI在0.2～0.95，平均值為0.49，標(biāo)準(zhǔn)差為0.23，變異系數(shù)為45.98 %，由此可知肥力分布相對均勻。整體表明研究區(qū)內(nèi)土壤整體肥力狀況良好。

2.3 土壤肥力指標(biāo)的趨勢分析

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)全磷、有效磷、速效鉀、堿解氮和IFI數(shù)據(jù)呈非正態(tài)分布，這樣的數(shù)據(jù)會(huì)增大變異函數(shù)的波動(dòng)性，使誤差提高，因此對這四項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)服從對數(shù)正態(tài)分布，因而在計(jì)算這4項(xiàng)指標(biāo)的變異函數(shù)值時(shí)用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，同時(shí)在運(yùn)用ArcGIS 10.2中地統(tǒng)計(jì)模塊的趨勢分析功能和克里金插值時(shí)，變換類型應(yīng)當(dāng)選擇“Log”選項(xiàng)。

由于土壤與外界物質(zhì)(大氣、水、生物等)不斷接處，自然會(huì)受這些因素的內(nèi)在影響，故而土壤內(nèi)相關(guān)元素含量或按一定規(guī)律計(jì)算所得的指定系數(shù)的空間分布具有較為明顯的趨勢效應(yīng)特征，本文采用ArcGIS 10.2中趨勢分析模塊，通過異向性軸軸向自動(dòng)搜索功能，探討了土壤肥力各項(xiàng)單指標(biāo)和綜合指標(biāo)的空間分布趨勢效應(yīng)特征。在討論各項(xiàng)指標(biāo)的各向異性特征時(shí)，依次選取常數(shù)(區(qū)域化變量沿一定方向呈常量增加或減少)、一次(區(qū)域化變量沿一定方向呈直線變化)、二次(區(qū)域化變量沿一定方向呈多項(xiàng)式變化)[31]。圖2為研究區(qū)全氮、全鉀、速效鉀和IFI的空間分布趨勢效應(yīng)分析圖，圖中X軸表示正東方向，Y軸表示正北方向，Z軸表示各樣點(diǎn)測定值的大小；右后投影面上淺藍(lán)色線表示南北向的全局性趨勢效應(yīng)變化曲線，左后投影面上淺綠色線表示東西向的全局性趨勢效應(yīng)變化曲線。研究區(qū)全氮在南北方向上有一定程度的降低，屬于常數(shù)類型，堿解氮和pH值也屬于該類型；速效鉀表現(xiàn)為在東西方向和南北方向上呈直線分布，屬于一次類型；全鉀表現(xiàn)為在南北方向上先增加后降低的趨勢，屬于二次類型，全磷、有效磷、有機(jī)質(zhì)也屬于該類型；此外土壤IFI表現(xiàn)為在東西方向和南北方向上呈直線分布，也屬于一次類型。

表5 肥力指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)平均值和權(quán)重值

圖2 土壤微量養(yǎng)分元素趨勢分析Fig.2 Trend analysis of soil microelements

結(jié)合克里格插值法所造成的插值誤差進(jìn)行比較，綜合研究所選參數(shù)的合理性，參照標(biāo)準(zhǔn)為平均誤差(ME)的絕對值最接近0，若平均標(biāo)準(zhǔn)誤差(ASE)大于均方根誤差(RMSE)，則表示人為提高了預(yù)測值，反之則表示人為降低了預(yù)測值，故而兩者應(yīng)盡量相等。標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差(MSE)的絕對值盡量接近0，標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差(RMSSE)值盡量接近1，如果標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差大于1，說明人為降低了預(yù)測值，反之人為提高了預(yù)測值[32]。由表6可知，二次趨勢預(yù)測中MSE的值為1153.77，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0值，因此不予考慮，IFI的一次趨勢預(yù)測與常數(shù)趨勢預(yù)測相比，ME和MSE的絕對值更加接近0，ASE和RMSE最接近，的絕對值更加接近0，RMSSE的值最接近1，因此在之后克里格插值時(shí)趨勢參數(shù)選擇一次更加精準(zhǔn)，同理可知，全氮、堿解氮和pH值選擇常數(shù)，速效鉀選擇一次，其余指標(biāo)均選擇二次。通過運(yùn)用不同趨勢次數(shù)插值誤差分析，佐證了肥力指標(biāo)趨勢分析圖的結(jié)論。

2.4 土壤肥力指標(biāo)的空間變異

半變異函數(shù)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中應(yīng)用最廣泛的空間格局描述的基本工具[33]，不但可以利用半變異函數(shù)對參數(shù)的空間分布進(jìn)行結(jié)構(gòu)性和變異性分析，而且利用這一結(jié)果結(jié)合克里格法可以對未知樣點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測和模擬。塊金系數(shù)(C0/C+C0)是塊金值與基臺值的比值，若塊金系數(shù)大于75 %，則說明研究變量的空間相關(guān)性較弱，其空間變異主要受隨機(jī)性因子控制，如工業(yè)污染、耕作、施肥等[34]，它會(huì)對變量空間變異的結(jié)構(gòu)性起到消減作用，使土壤朝均一化方向發(fā)展[35-36]；當(dāng)塊金系數(shù)介于25 %～75 %說明變量具有中等強(qiáng)度空間相關(guān)性，其空間變異性是由隨機(jī)性因素與結(jié)構(gòu)性因素共同決定；當(dāng)塊金系數(shù)小于25 %時(shí)說明變量具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，其空間變異主要由結(jié)構(gòu)性因素如成土母質(zhì)、地形、地貌、氣候等控制[37-39]。本次研究所得全鉀的塊金系數(shù)為29.73 %，具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，主要由隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性因素共同控制，其余指標(biāo)的塊金系數(shù)9.63 %～20 %，具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性，主要由結(jié)構(gòu)性因素控制。由表7可知，研究區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)的R2值為0.691～0.976，說明各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)半變異與理論半變異指數(shù)模型擬合效果很好。變程分布范圍在468～2550，因此保障了對其進(jìn)行克里格插值得到結(jié)果的可靠性[40-41]。

表6 不同趨勢次數(shù)插值誤差比較

續(xù)表6 Continued table 6

指標(biāo)Index趨勢效應(yīng)Trend effect平均誤差ME均方根誤差RMSE平均標(biāo)準(zhǔn)誤差A(yù)SE標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差MSE標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差RMSSE二次-0.000040.12378-0.000450.127520.97442堿解氮常數(shù)0.1440245.654-0.0142046.5911.01602一次0.1416845.645-0.0152546.5261.01940二次0.1844045.798-0.0236546.4581.03993有效磷常數(shù)-1.311626.9451-0.0684818.4261.44717一次-1.312326.9452-0.0683718.4271.44677二次-1.311326.9414-0.0688218.4301.44726速效鉀常數(shù)-3.9305117.80-0.0629771.5091.57570一次-4.0402117.24-0.0600070.2301.54445二次-4.0609117.25-0.0614370.2231.54452有機(jī)質(zhì)常數(shù)0.001410.410240.002660.399921.02292一次0.001400.410230.002620.399071.02488二次0.000870.410870.001310.395431.03527pH值常數(shù)0.0000220.215410.000040.209281.02718一次0.0000360.215400.000110.209391.02661二次0.0000240.215450.000070.209611.02578IFI常數(shù)0.010280.209320.015450.658940.31763一次0.009290.210290.001290.295790.77613二次0.006980.26114-0.095121153.770.86881

表7 土壤養(yǎng)分含量變異函數(shù)理論模型及其相關(guān)參數(shù)

注：*代表已經(jīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了對數(shù)轉(zhuǎn)換。

圖3 土壤肥力綜合評價(jià)得分空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil integrated fertility scores

表8 研究區(qū)土壤不同等級面積統(tǒng)計(jì)

為了更加直觀地展現(xiàn)研究區(qū)土壤肥力指標(biāo)的空間分布格局，采用普通克里格插值法(Kriging)對土壤的肥力指標(biāo)進(jìn)行插值，其空間分布圖見圖3。研究區(qū)土壤整體pH為堿性，全鉀含量較高，堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量中等，全氮和全量含量偏低。整體來看，研究區(qū)土壤肥力分布較均勻，土壤肥力高的地區(qū)主要分布在南儀垡-大耕垡一帶、滿莊-果村-西馬坊一帶、養(yǎng)雞場和渠頭周邊。土壤肥力低的地區(qū)主要分布在研究區(qū)中部，周邊也有零星分布。此處土地利用主要以耕地為主，因此，應(yīng)當(dāng)合理選肥、合理配肥、合理施肥。切不可盲目濫施肥，不但造成肥料的浪費(fèi)和污染，而且肥料施用不合適的種類和比例用量都不利于作物生長。相關(guān)研究表明，無機(jī)肥一般用于增加土壤供肥強(qiáng)度，提高土壤中有效養(yǎng)分比例；有機(jī)肥用于增加土壤供肥容量，優(yōu)化養(yǎng)分庫容；兩者按照一定比例配置結(jié)合使用則會(huì)取長補(bǔ)短，在補(bǔ)充土壤肥力和增加作物產(chǎn)量方面優(yōu)于兩者單獨(dú)使用[42]。

用各指標(biāo)隸屬度函數(shù)平均值制作雷達(dá)圖不但可以反映研究區(qū)整體肥力狀況，而且能體現(xiàn)出哪項(xiàng)指標(biāo)對整體肥力貢獻(xiàn)率大。從圖4可以看出，全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)隸屬度函數(shù)平均值均在0.5附近波動(dòng)，體現(xiàn)了研究區(qū)肥力指標(biāo)整體分布均勻，而pH最小，僅為0.21?？傮w上各指標(biāo)隸屬度平均值所組成的多邊形面積中等，說明該區(qū)土壤肥力狀況處于中等水平。

本次研究中土壤肥力綜合指標(biāo)取值在0.2～0.95之間，參照以往的研究方法[43]，將土壤肥力綜合指標(biāo)取值劃定為5種土壤等級，即：優(yōu)質(zhì)(0.74～0.95)、良好(0.57～0.73)、中等(0.45～0.56)、差等(0.3～0.44)、劣等(0.2～0.29)，并統(tǒng)計(jì)其分布面積，見表8。研究區(qū)主要以良好級、中等級和差等級土壤為主，分別為15.17、26.51和20.32 km2，共占比為94.86 %。優(yōu)質(zhì)級和劣等級分布較少，分別為0.84和2.52 km2，共占比為5.14 %。

圖4 各指標(biāo)隸屬度函數(shù)平均值Fig.4 The membership mean values of indices

3 結(jié)論與討論

土壤是一個(gè)非常復(fù)雜的生態(tài)載體，不但空間上存在著較大的變異性，而且內(nèi)部某些元素和指標(biāo)之間在特定的環(huán)境下會(huì)發(fā)生一系列生物、化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為另外一些產(chǎn)物，直接或者間接地影響著評價(jià)結(jié)果。因此，對于土壤肥力評價(jià)研究最終重要的就是評價(jià)指標(biāo)的篩選。此次評價(jià)過程中指標(biāo)篩選應(yīng)遵循主導(dǎo)性原則、系統(tǒng)性原則、獨(dú)立性原則、空間變異性原則，依次降低主觀因素或片面原因?qū)υu價(jià)結(jié)果帶來的影響。同時(shí)，各指標(biāo)的權(quán)重是通過采用指標(biāo)相關(guān)系數(shù)法來確定的，再與隸屬度函數(shù)相結(jié)合得到土壤肥力狀況系數(shù)(IFI)，進(jìn)而對土壤肥力進(jìn)行綜合評價(jià)。

此次對于家務(wù)鄉(xiāng)土壤肥力進(jìn)行的綜合評價(jià)只能代表潛在的生產(chǎn)能力，尤其是對人口密集的北京地區(qū)而言，一些自然因素和人為因素的影響不可忽視，下一步研究應(yīng)當(dāng)根據(jù)地理位置周邊的實(shí)際情況，將氣候、地形、施肥周期、微生物、作物種類等因素與肥力指標(biāo)本身綜合分析，構(gòu)建一個(gè)更加全面的評價(jià)體系，這樣才能更加精準(zhǔn)地得到土壤的實(shí)際生產(chǎn)能力。

利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)結(jié)合的方法能夠更加全面、更加直觀地了解于家務(wù)鄉(xiāng)土壤單項(xiàng)和綜合肥力狀況。從土壤肥力綜合評價(jià)得分的空間分布來看，于家務(wù)鄉(xiāng)土壤肥力整體趨于良好，劣等土壤和優(yōu)質(zhì)等級土壤占比最低，僅為3.85 %和1.29 %，差等、中等和良好等級土壤占比為94.86 %；土壤綜合肥力主要受到結(jié)構(gòu)性因素影響的結(jié)論與變異系數(shù)普遍偏小有關(guān)。同時(shí)，對于綜合肥力較低地區(qū)要合理施肥尤其是氮肥和磷肥，盡快改善土壤性能，最終達(dá)到不斷增加農(nóng)產(chǎn)品附加值的作用。