基于模糊综合评判方法的辽河流域土壤养分分级与特征_边维勇.pdf

第 26 卷第 4 期 2007 年 8 月 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 26，No． 4 August， 2007 文章编号 02545357 2007 04033603 基于模糊综合评判方法的辽河流域土壤养分分级与特征 边维勇，马力*，杨晓波，谢忠，佟成冶 辽宁地质矿产调查院，辽宁 沈阳110032 摘要 选取土壤中有机质、 N、 P、 K2O、 B、 Cu、 TFe、 Mn、 Mo、 Se、 Zn 等 11 种组分为评价指标， 以 “土壤养分元素丰 缺分级标准” 和 “辽宁省土壤微量元素评价分级” 为标准， 按照元素指标在农业生产中的重要性， 分别赋予不同的 权重， 使用模糊综合评判方法计算出辽河流域土壤营养状况分级。通过土壤营养状况分级， 使土壤整体营养特征 更加明晰， 矛盾更加突出， 为农业规划和因地施肥提供了基础的土壤地球化学资料。 关键词 土壤养分分级; 模糊综合评判; 辽河流域 中图分类号 O213 P596文献标识码A 收稿日期 2007- 02- 28; 修订日期 2007- 05- 05 基金项目 国土资源地质大调查 辽宁省辽河流域农业地质调查项目资助 2004142000004 作者简介 边维勇 1968 ， 男， 辽宁省沈阳市人， 学士， 现从事农业地质调查工作。E- mail bianwy1968123． com。 通讯作者 马力 1970 ， 男， 吉林省九台市人， 博士， 现从事环境地球化学研究。E- mail mali119 sina． com。 Nutrition Classification and Characteristics of Soils in Liaohe Drainage Area Based on Fuzzy Comprehensive uation BIAN Wei- yong，MA Li*，YANG Xiao- bo，XIE Zhong，TONG Cheng- ye Liaoning Institute of Geological Survey，Shenyang110032，China Abstract According to ＜ Classification criteria for soil nutrient element quality ＞ and ＜ Classification criteria for soil trace element abundance assessment in Liaoning Province ＞ ，selecting orgC，N，P，K2O，B，Cu，TFe，Mn，Mo，Se，Zn as uation inds and giving each component different weighting based on their importance in crop growth，the classification of nutrition status of soils in Liaohe Drainage Area are implemented using fuzzy comprehensive uation ． The classification of soil nutrient status pro- vides the basic soil geochemical ination for agriculture planning and reasonably applying fertilizer． Key words classification for soil nutrition; fuzzy comprehensive uation; Liaohe Drainage Area 土壤的形成受多种因素影响， 经历了复杂的成土过程， 其成分和营养状况存在较大差异 ［1 －2 ］。由于土壤营养状况 直接决定农业生产， 因此对土壤的营养状况评价成为土壤 工作的重点之一， 近几十年在这方面提出许多理论和方 法 ［3 －8 ］。众多的评价方法多局限于小区域的少量样品评价 研究上， 对于以大流域土壤为对象的土壤营养状况评价工 作则未涉及 ［9 －10 ］。本文以辽河流域土壤多目标调查成果 为依托， 以土壤营养元素含量指标为基础， 通过模糊综合评 判方法对辽河流域土壤营养状况进行分级， 全面认识辽河 流域土壤营养元素分级特征， 为辽河流域土壤地球化学研 究、 农业施肥规划和环境治理提供基础地球化学资料， 为土 壤营养状况分级提供一种新的思路和方法。 1辽河流域自然地理概况 辽河流域是由以辽河为主的众多河流冲积作用形成的 北东向长方形平原， 地势由东北向西南缓倾， 南北长约 230 ～280 km， 东西宽约 110 ～130 km。其中， 北部岗丘平原海 拔 50 ～250 m， 南部平原多在 50 m 以下。辽河平原区属松 辽平原的南部， 土地整齐平坦， 土壤肥沃， 水源较充足， 盛产 玉米、 大豆、 水稻、 高粱、 谷子、 棉花、 烟草等农作物， 是辽宁 省粮食作物稳产高产的主要商品粮基地。 2样品采集、 处理及分析 样品采集对象为农业耕种土壤， 采集范围主要为下辽 河平原区和辽东、 辽西低山丘陵区及辽北丘陵区， 采样密度 一般为每 km2采集1 个样， 在城镇采样加密至每 km2采集两 个样。为保证样品的代表性， 每 4 km2采集 3 个子样组合为 一个土壤样品。样品经干燥后， 过 0． 833 mm 20 目 尼龙 筛， 再按每 4 km2生成 1 个组合样， 进行化学分析。本次工 作共采集53000余个样品， 获得分析数据 13094 个。 633 ChaoXing 分析测试工作由辽宁地质勘察局分析测试中心完成， 共测试土壤中 53 种元素含量和 pH。分析测试过程中使用 中国地质调查局提供的标准样品作为密码样来检验分析测 试的准确度。测试结果通过了中国地质调查局组织的专家 团检查和验收。 3模糊综合评判原理与计算过程 3． 1模糊综合评判原理 模糊综合评判是美国 Zadeh L A 教授于 1965 年提出 的， 现已形成较为完整的体系 模糊系统 ［6 ］。其中的模 糊回归、 模糊聚类、 模糊统计等方法在地学及其他诸多学科 中得到广泛应用， 取得了良好成果 ［7 ］。模糊综合评判属模 糊系统中的模糊统计决策分析， 其实质是借助模糊综合变 换， 综合考虑与被评事物有关的各个因素， 对事物作出总的 评价， 并给出综合评判值。 3． 2计算方法和步骤 设影响某一评价目标的评价因素有 n 个， 评判等级有 m 个， E 为模糊综合评判值。表示为 E WRV 式中， W 称为权重矢量， 表示与地质因素有关的权重， 为 1 n阶矩阵; R 为模糊矩阵， 表示每个地质因素对应于各评 判等级的隶属度， 为 n m 阶矩阵; V 为评判矢量， 表示评判 等级。 根据上述公式可以计算出各评价目标的模糊综合评判 值。其计算步骤为 ① 识别对象的特性指标抽取; ② 构造 模糊模式的隶属函数组; ③ 构造待识别对象的隶属函数; ④ 确定待识别对象与每个标准的隶属度; ⑤ 按择近原则识 别判断， 给出评判值。 在使用该方法时， 最为关键的环节是各评价指标权重的选 择。本次组织辽宁省植物营养专家和土壤肥力专家， 使用德尔 菲 Delphi 方法对土壤营养元素赋予了权重值 表1 ［ 8 ］。 表 1评价元素与指标的权重值 Table 1Weighting values of inds in uation 组分指标权重组分指标权重组分指标权重 有机质0． 1B0． 02Mo0． 02 N0． 4Cu0． 01Se0． 01 P0． 2Fe0． 01Zn0． 02 K0． 2Mn0． 01 4辽河流域表层土壤营养分级与特征 4． 1土壤营养分级 选取有机质、 N、 P、 K2O、 B、 Cu、 TFe、 Mn、 Mo、 Se、 Zn 等 11 个组分指标为评价指标， 以 “土壤养分元素丰缺分级标准” 和 “辽宁省土壤微量元素评价分级” 为标准 表 2、 表 3 ， 按 照元素指标在农业生产中的重要性， 分别赋予不同的权重 值， 通过模糊综合评判方法对土壤营养状况进行分级。按 标准共划分出 6 个营养级别土壤， 分别为很富足级、 富足 级、 适度级、 相对缺乏级、 缺乏级和严重缺乏级。 表 2土壤养分元素丰缺分级标准［11 ］ Table 2Classification criteria for abundance of nutrient elements in soils 组分 wB/ 很富 足级 富足级适度级 相对 缺乏级 缺乏级 严重 缺乏级 有机质＞43 ～42 ～31 ～20． 6 ～1＜0． 6 全氮＞0． 2 0． 15 ～0． 2 0． 10 ～0． 15 0． 075 ～0． 10 0．05 ～0．075＜0． 05 全磷＞0． 2 0． 15 ～0． 2 0． 10 ～0． 150． 07 ～0． 10． 04 ～0． 07＜0． 04 全氧化钾 ＞3． 6 2． 4 ～3． 61． 8 ～2． 41． 2 ～1． 80． 6 ～1． 2＜0． 6 表 3辽宁省土壤微量元素评价分级［11 ］ Table 3Classification criteria for abundance assessment of trace elements in soils from Liaoning Province 组分 wB/ μgg－1 很高高中等低很低 Mo＞42． 5 ～41． 5 ～2． 50． 5 ～1． 5＜0． 5 B＞8065 ～8045 ～6520 ～45＜20 Zn＞10065 ～10045 ～6525 ～45＜25 Cu＞5030 ～5015 ～305 ～15＜5 Mn＞1200900 ～1200700 ～900300 ～700＜300 TFe①＞5540 ～5525 ～4010 ～25＜10 Se＞10． 4 ～10． 3 ～0． 40． 2 ～0． 3＜0． 1 ① TFe 的质量分数 w 为。 4． 2土壤营养状况分级特征 土壤营养状况分级总体分布特征是围绕柳河 彰武 － 新民 至辽河中游 辽中 －盘锦 呈现对称分布。由外到内， 土壤营养元素含量由高至低分布。 通过辽河流域土壤综合营养状况分析， 流域内86． 06 的土壤属于贫瘠范围， 仅有不足 15 的土壤能满足耕种的 基本需要。土壤中磷含量过低， 氮元素的空间分布不均匀， 使得流域内综合土壤营养元素含量偏低。 4． 2． 1很富足级和富足级土壤特征 很富足级和富足级土壤特征土壤分布面积小， 占全流 域面积的 2． 33， 其中很富足级土壤面积为 640 km2， 富足 级土壤面积仅有 580 km2。集中分布在铁岭地区东部和 抚顺北部山区， 部分零星分布在鞍山南部地区 图 1 。 很富足级和富足级土壤营养指标特征是 有机质和氮 元素含量较高， 属于很富足级和富足级范围， 氧化钾含量属 于适度级和富足级范围; 磷元素相对缺乏; 微量元素含量多 数属于低至中等级别范围。整体归属为很富足级和富足级 土壤类型 表 2 ～ 表 4 和图 1 。 4． 2． 2适度级和相对缺乏级土壤特征 适度级和相对缺乏级土壤面积较大， 占全流域面积的 57．25， 其中适度级土壤面积为6096 km2， 相对缺乏级土壤面 积23880 km2。主要分布在铁岭、 沈阳和鞍山、 营口一线的东部 低丘和山前地区及阜新 －盘锦的低山丘陵区和平原区 图1 。 适度级和相对缺乏级土壤的有机质和氮元素含量属适 度级和相对缺乏级范围; 氧化钾含量富足; 但磷元素含量属 于相对缺乏级和缺乏级范围; 微量元素含量多数属于低级 733 第 4 期边维勇等 基于模糊综合评判方法的辽河流域土壤养分分级与特征第 26 卷 ChaoXing 别范围。整体归属为适度级和相对缺乏级土壤类型 表 2 ～ 表 4 和图 1 。 4． 2． 3缺乏级和严重缺乏级土壤特征 缺乏级和严重缺乏级土壤面积较大， 占全流域面积的 40． 42， 其中缺乏级土壤面积为 16704 km2， 严重缺乏级土 壤面积 4460 km2。主要集中在彰武一带的风沙土分布区， 并向辽中方向呈带状延伸 图 1 。 图 1辽河流域土壤营养分级分布 Fig．1The distribution of soil nutrient classification in Liaohe River basin 缺乏级和严重缺乏级土壤氮和磷元素含量处于缺乏级 和严重缺乏级范围; 有机质含量处于相对缺乏级和缺乏级 范围; 氧化钾含量处于富足级范围; 微量元素含量多数属于 很低至低级别范围。整体归属为缺乏级和严重缺乏级土壤 类型 表 2 ～ 表 4 和图 1 。 表 4辽河流域各土壤营养分级元素平均值① Table 4Average levels of nutrient classification for each component in soil from Liaohe River basin 组分 wB/ μgg－1 很富足级富足级适度级 相对缺乏级缺乏级严重缺乏级 有机质4． 53． 22． 51． 71． 20． 7 N0． 2260． 170． 1320． 0970． 0690． 046 P0． 0860． 0790． 0710． 0590． 0440． 028 K2O 2． 402． 482． 492． 622． 782． 84 B393838363023 Cu302830241811 TFe5． 475． 225． 164． 403． 292． 03 Mn830750670590460300 Mo0． 80． 80． 80． 70． 60． 4 Se0． 310． 270． 260． 210． 150． 10 Zn908185664729 分布面积/ km2 640580609623880167044460 ① 有机质、 N、 P、 K2O、 TFe 的质量分数 wB 为。 5结语 使用模糊综合评判方法对土壤营养状况进行分级， 归纳 整理出了辽河流域表层土壤不同营养级别的分布特征， 使土 壤营养特征更加明晰， 矛盾更加突出， 为规划农业种植、 合理 施肥等提供了基础性地球化学资料。区域上的土壤营养综 合分级在农业规划和农业产业调整方面发挥着重要作用。 辽宁铁岭北部及东部地区多山、 多水， 地貌类型复杂多样， 林木茂盛， 森林资源储藏量大。很富足级和富足级的土壤在本 区集中分布， 适度级和相对缺乏级的土壤面积也较多， 整体上 有机质含量较高， N、 P 和K 及各种微量营养元素含量充足。林 地可考虑发展绿色纯天然的山野菜、 菌类、 坚果、 药材等山珍产 业， 山间沟谷冲积平原则利用肥沃土壤生产具有品牌的绿色东 北大米。沈阳和鞍山地区土地肥沃， 土壤中各种营养元素能满 足农业生产需要， 是传统的农业种植区， 应注重土地的合理利 用和保护， 在因地施肥方面加大力度。辽北彰武地区地处内蒙 古科尔沁沙地南侧边缘， 是风沙土分布区， 土地极为贫瘠， 营养 元素含量不能满足玉米、 水稻等大宗农作物的生长; 但风沙土 土质疏松透气性好， 特别适合花生的生长， 并且利用花生特有 的固氮特性， 使施肥量减少， 有利于提高土壤的肥力。 通过模糊综合评判方法在辽河流域的土壤营养分级中 的应用， 对农业规划和因地施肥等方面都起到了积极的指导 作用。这些工作都具有区域性指导意义， 可以为政府的宏观 决策提供基本素材和依据。 6参考文献 ［ 1］马力， 郝立波， 潘军， 等． 大兴安岭阿龙山地区流纹岩风化的 地球化学特征［J］ ． 吉林大学学报 地球科学版， 2003， 33 3 296 －299， 314． ［ 2］郝立波， 马力， 赵海滨． 岩石风化成土过程中元素均一化作用 及机理 以大兴安岭北部火山岩区为例［J］ ． 地球化学， 2004， 33 2 131 －138． ［ 3］叶文虎． 环境质量评价学［M］ ． 北京 高等教育出版社， 1994 103 －105． ［ 4］刘培桐． 环境学概论［M］． 北京 高等教育出版社， 1994 48 － 52． ［ 5］郦桂芬． 环境质量评价［M］ ． 北京 中国环境科学出版社， 1989 5 －658． ［ 6］汪培庄． 模糊集合论及其应用［M］ ． 上海 上海科学技术出版 社， 1983 10 －12． ［ 7］刘康兰． 模糊综合评判在环境质量评价中的应用［J］． 环境 工程， 2000， 18 1 13 －15． ［ 8］卢学强． 环境评价中的赋权问题［J］ ． 环境保护， 1995， 11 19 28 －29． ［ 9］蔡崇法， 丁树文， 史志华， 等． GIS 支持下乡镇域土壤肥力 评价与分析［ J］． 土壤与环境， 2000， 9 2 99 －102． ［ 10］邹亚荣， 欧阳二明， 陈炳贵． 基于 GIS 的 FUZZY 在土地评价中 的应用研究［ J］ ． 国土与自然资源研究， 2000， 12 4 46 －47． ［ 11］ 曹文锦． 辽宁土壤 ［ M ］ ．沈阳 辽宁科学技术出版社， 1992695． 833 第 4 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing