东莞主要森林类型土壤肥力质量综合评价采用模糊数学和先关系数法来确定指标权重.docx

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东莞主要森林类型土壤肥力质量综合评价采用模糊数学和先关系数法来确定指标权重

东莞主要森林类型土壤肥力质量综合评价

莫罗坚1，吕浩荣1，2，叶永昌1，刘颂颂1，3，朱剑云1，2

（1东莞市林业科学研究所,东莞523106;2华南农业大学林学院,广州510642;

3华南农业大学资源环境学院,广州510642）

摘要：

利用相关分析和模糊数学原理，采用土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾以及pH值等8个土壤肥力指标对东莞主要森林类型进行肥力质量综合评价。

结果表明，5种植被类型土壤肥力评价指标具有明显的异质性，不同植被类型土壤综合肥力质量排序为：

次生常绿阔叶林＞马占相思林＞尾叶桉林＞马尾松林＞荔枝林。

多响应置换过程（MRPP）分析结果表明5种植被类型之间的土壤综合肥力质量存在显著差异（P=0.0000，A=0.4027），并且这种差异存在于各个植被类型的全部配对之间。

关键词：

土壤肥力；综合评价；森林类型；东莞

IntegratedSoilFertilityQualityEvaluationofMajorForestTypesinDongguan

MOLuo-jian1,LÜHao-rong1,2,YEYongchang1,LIUSong-song1,3,ZHUJian-yun1,2

（1DongguanInstituteofForestryScience,Dongguan523106,Guangdong，China;

2CollegeofForestry,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;

3CollegeofResourcesandEnvironment,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）

Abstract:

Basedonthecorrelationanalysisandfuzzymathematicstheory,theintegratedevaluationofsoilfertilityqualityonmajorforesttypesinDongguanwasstudiedwitheightindexes,namelysoilorganicmatter,totalN,totalP,totalK,alkalizedN,availableP,availableKandpH.Resultsindicatedthattherewassignificantheterogeneityofeightsoilfertilityindexesinfivevegetation,andtheorderofintegratedsoilfertilityqualitywas:

secondaryevergreenbroadleavedforest＞Acaciamangiumforest＞Eucalyptusurophyllaforest＞Pinusmassonianaforest＞Litchichinensisforest.TheanalysisresultsforintegratedsoilfertilityqualityusingMulti-responsepermutationprocedures（MRPP）showedthatsignificantdifferencecanfoundamongthefivevegetationtypes（P＜0.001，A=0.4027）,andthepairwisecomparisonbetweenallthefivevegetationtypesalsosignificantlydifferentfromeachother.

Keywords:

soilfertility;integratedevaluation;foresttype;Dongguan

森林是陆地生态系统的主体，具有涵养水源、水土保持、净化水源、吸碳放氧、吸热降温和调节气候等生态功能（Costanzaetal.,1997），对于维护环境的生态平衡，保障生态安全，支撑社会经济的可持续发展，实现人与自然和谐起着不可替代的作用。

土壤作为植物生长发育的基质，是维系森林生态系统地球化学循环的一个重要环节，并对植物的生长及森林生态效益的发挥有重要影响。

土壤肥力质量是土壤系统的化学、生物和物理组分之间复杂相互作用的综合体现（章海波等，2006）。

近年来，较多学者综合模糊数学和多元统计分析方法应用于土壤肥力的综合评价中，从而避免了人为因素的影响（孙波等，1995；蔡崇法等，2000）。

在评价的尺度上，较大尺度如孙波等（1995）对我国东南丘陵山区土壤肥力进行综合评价，赵玉国等（2004）系统评价了海南岛土壤肥力质量；在中等尺度上，章海波等（2006）研究了香港土壤肥力质量特征及其主要影响因素，而甘海华等（2007）也揭示了广东新会地区耕地土壤肥力指标的时空变异性；在较小尺度上，蔡崇法等（2000）应用GIS对乡镇的土壤肥力进行评价和分析，张华等（2003）也对热带地区农场的土壤质量现状进行了系统评价。

东莞作为华南地区一个高度发达的工业城市，经济发展与生态环境的矛盾日益突出。

为改善日益恶化的生态环境，东莞市大力开展城市林业建设和生态公益林建设，努力提高全市生态公益林的林分质量水平。

过去，对东莞森林土壤的基本性质和肥力状况的研究较多，主要有罗薇（1998）报道了东莞荔枝果园土壤的基本性质；薛立等（2005）研究了大屏嶂林场马占相思林分改造初期的土壤化学性质；龚弘娟等（2006）分析了东莞林科园内20个土壤剖面的土壤养分状况；陈礼芬等（2007）研究了东莞植物园三个生态公益林示范样地上坡和下坡土壤的理化性质；叶永昌等（2007）利用组平均聚类法（UPGMA）对东莞林科园20个土壤剖面的理化性质分布规律进行了深入研究。

然而，上述的研究工作集中于土壤物理和化学性质的比较上，并未涉及土壤肥力质量的综合评价，仅见钟慕尧等（2006）对东莞的尾巨桉、马占相思和马尾松人工林的土壤肥力进行过简单的比较。

本文对东莞市的次生常绿阔叶林、荔枝林、马尾松林、相思林以及桉树林等5种主要植被类型的土壤肥力质量进行综合评价，以期为东莞的森林生态建设和土壤环境保护提供科学依据。

1研究区概况

东莞市位于广东省中南部，珠江口东岸，东江下游的珠江三角洲腹地。

地理坐标为东经113°31′-114°15′，北纬22°39′-23°09′。

全市国土面积2465公里2，其中林业用地面积559公里2，占23.22%。

境内地貌类型复杂，山地、丘陵、台地、平原等各种类型并存。

地势东南高西北低，东、南部属丘陵台地，西、北部为平原河涌，低山分布在最东部，境内最高峰为东部的银瓶咀，海拔898m。

土壤类型为赤红壤、山地红壤、山地黄壤。

土层较厚，透水性、通气性良好，有机质含量较低，呈酸性（陈后东和伍惠球，2007）。

该市地处南亚热带，温暖多雨。

年平均气温22.1℃，最热月（7月）平均气温28.2℃，极端最高温37.9℃，最冷月（1月）平均气温13.4℃，极端最低温低于0℃；年平均降水量1800mm，但分布不均，每年4-9月为雨季，降雨量约占全年的80%；常有台风灾害。

现状植被以人工种植的马尾松林、桉林、相思林和竹林等为主，以及较大面积的荔枝、龙眼、芒果等果园（王登峰和曹洪麟，1999）。

2研究方法

2.1样品的采集与分析

根据东莞目前的森林植被现状，选择具有代表性的次生常绿阔叶林、荔枝林、马尾松林、相思林、桉树林5种不同植被类型作为土壤采样样地。

其中次生常绿阔叶林3个，其余植被类型各一个，共设置7个样地。

在每个样地中，采用网格法进行土壤样品取样，按“S”形采每个10m×10m网格中表层0~20cm的土壤，然后每10个网格的土壤样品经充分混合后用四分法反复取舍，保留1kg左右混合土样带回实验室分析。

依据样地的实际情况考虑，每个样地的混合土壤样品数量为5个或10个，共有55个混合土壤样品。

选取土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾以及pH值作为评价土壤肥力质量的指标。

土壤有机质用重铬酸钾容量法测定；全氮用半微量凯氏法测定；全磷用氢氧化钠熔融－钼锑抗比色法测定；全钾用氢氧化钠熔融－火焰光度计法测定；碱解氮用碱解扩散法测定；速效磷用0.5mol/L的碳酸氢钠提取后用钼蓝比色法测定；速效钾用1mol/L的中性醋酸钠提取后用火焰光度计法测定；pH以2.5:

1的水土比混合后用pH计测定（中国科学院南京土壤研究所，1978）。

各个植被类型取样样地的立地条件见表1。

表1不同植被类型取样样地的立地条件

Tab.1Theconditionofsamplingplotsindifferentvegetationtypes

土壤编号

植被类型

土壤类型

海拔（m）

坡向

坡度（°）

坡位

1-10

红苞木林

黄壤

581

东北

上坡

11-20

青冈林

黄壤

246

西北

上坡

21-30

鸭脚木林

赤红壤

496

东南

上坡

31-40

荔枝林

赤红壤

西北

下坡

41-45

马尾松林

赤红壤

东

上坡

46-50

马占相思林

赤红壤

西南

下坡

51-55

尾叶桉林

赤红壤

东南

下坡

2.2土壤肥力质量评价隶属度矩阵的建立

由于各项指标对土壤肥力质量的贡献并不完全相同，并且实测值之间量纲有很大的差别，所以对8个指标不能同等对待，而需要运用综合评价模型，并对各项数据进行归一化处理。

土壤肥力质量评价利用模糊数学原理，通过确定各项指标隶属度函数以及分级标准，采用评价分值表示肥力质量等级的方法来进行综合评价（王建国等，2001）。

根据在一定范围内评价指标与作物效应的关系函数，即S型隶属度函数，计算各个评价指标的隶属度值。

隶属度函数的表达式如下：

本文结合研究区域土壤特点，依据研究资料和前人经验（孙波等，1995；张华等，2003；赵玉国等，2004；章海波等，2006），确定隶属度函数中转折点的相应取值。

上式中，x1和x2分别为评价指标的上限值和下限值。

表2列出了本研究涉及的评价指标x1和x2的相应取值。

根据S型隶属度函数和表2各个指标的取值，可计算出上述8个肥力指标的隶属度值（表3），从而建立土壤肥力质量评价隶属度矩阵。

隶属度值大小介于0.1～1.0之间。

最大值为1.0表示土壤肥力指标完全适宜植物生长，最低值0.1则表示土壤肥力指标严重缺乏（吕晓男等，1999）。

表2S型隶属度函数对应的上下限值

Tab.2UpperandlowerboundsofS-typesubjectedfunction

指标

临界值

指标

临界值

有机质（g/kg）

碱解氮（g/kg）

120

全氮（g/kg）

0.5

1.5

速效磷（mg/kg）

全磷（g/kg）

0.2

2.5

速效钾（mg/kg）

150

全钾（g/kg）

pH（H2O）

4.5

6.0

表3不同植被类型土壤肥力指标的隶属度值

Tab.3Subjectedfunctionofsoilfertilityindexindifferentvegetationtypes

土壤编号

有机质

全氮

全磷

全钾

碱解氮

速效磷

速效钾

0.95

0.88

0.10

0.19

0.81

0.23

1.00

0.27

0.78

0.73

0.31

0.19

0.91

0.14

0.58

0.30

0.88

0.76

1.00

0.39

0.71

0.13

0.49

0.10

1.00

0.22

1.00

0.15

0.81

0.11

0.99

0.98

1.00

0.20

1.00

0.14

0.93

0.26

1.00

0.88

1.00

0.36

0.79

0.14

0.83

0.22

0.56

0.94

1.00

0.26

0.89

0.16

0.68

0.24

0.22

0.56

1.00

0.16

0.81

0.14

0.46

0.20

0.82

0.83

1.00

0.34

0.78

0.13

0.42

0.10

0.82

0.86

1.00

0.30

0.86

0.15

0.69

0.10

0.87

0.33

0.10

0.37

0.77

0.10

0.46

0.38

0.99

0.57

0.10

0.37

0.67

0.16

0.53

0.16

0.46

0.10

0.06

0.25

0.39

0.10

0.48

0.19

0.59

0.49

0.21

0.49

0.62

0.12

0.36

0.41

1.00

0.76

0.10

0.73

0.91

0.18

0.72

0.29

0.69

0.12

0.07

0.10

0.56

0.10

0.37

0.18

0.73

0.34

0.15

0.51

0.65

0.11

0.41

0.12

1.00

0.74

0.10

0.30

0.95

0.19

0.60

0.21

1.00

0.69

0.29

0.35

0.92

0.14

0.60

0.30

0.86

0.45

0.20

0.46

0.72

0.13

0.50

0.25

0.10

0.61

1.00

0.17

0.60

0.14

0.48

0.10

0.55

1.00

0.32

0.60

0.18

0.55

0.10

0.42

1.00

0.05

0.61

0.17

0.34

0.10

0.55

1.00

0.63

0.16

0.63

0.10

0.31

0.73

1.00

0.23

0.75

0.16

0.53

0.10

0.46

0.56

1.00

0.14

0.71

0.12

0.26

0.10

0.55

0.33

0.15

0.13

0.67

0.14

0.72

0.10

0.88

0.66

0.10

0.26

0.56

0.15

0.54

0.10

0.59

0.47

0.21

0.22

0.54

0.14

0.34

0.10

0.52

0.38

0.10

0.30

0.67

0.11

0.29

0.14

0.25

0.10

0.06

0.75

0.10

0.11

0.35

0.36

0.10

0.06

0.37

0.18

0.11

0.27

0.22

0.10

0.06

0.77

0.10

0.11

0.10

0.35

0.19

0.10

0.06

0.41

0.13

0.23

0.10

0.28

0.48

0.10

0.06

0.87

0.26

0.12

0.21

0.18

0.31

0.10

0.06

0.42

0.11

0.10

0.12

0.19

0.23

0.10

1.00

0.29

0.18

0.26

0.25

0.36

0.32

0.10

0.06

1.00

0.33

0.14

0.10

0.33

0.45

0.10

1.00

0.81

0.28

0.13

0.26

0.33

0.45

0.16

0.08

0.18

0.37

0.30

0.15

0.33

0.29

1.00

0.24

0.22

0.12

0.10

0.30

0.25

0.12

0.22

0.33

0.27

0.39

0.36

0.24

0.12

0.33

0.22

0.14

0.34

0.31

0.23

0.26

0.12

0.11

0.27

0.12

0.27

0.35

0.13

0.10

0.06

0.22

0.28

0.11

0.10

0.32

0.67

0.10

1.00

0.54

0.59

0.40

0.41

0.21

0.56

0.10

1.00

0.37

0.46

0.35

0.17

0.24

0.50

0.14

0.08

0.56

0.39

0.20

0.45

0.28

0.64

0.30

0.10

0.54

0.21

1.00

0.55

0.19

0.69

0.35

0.16

0.42

0.50

0.25

0.39

0.10

0.67

0.34

0.16

0.94

0.41

0.11

0.15

0.78

0.32

0.15

0.38

0.41

0.15

0.47

0.13

1.00

0.35

0.16

0.83

0.18

0.10

0.27

0.10

0.72

0.42

0.19

0.89

0.33

0.14

0.18

0.10

1.00

0.19

0.10

0.19

0.14

0.10

2.3评价指标权重的确定

采用相关系数法，计算各单项肥力指标间的相关系数（表4），再求各单项肥力指标与其它肥力指标间相关系数的平均值，以其平均值占所有肥力指标的相关系数平均值总和的比率，作为该单项肥力指标的权重系数Wi1（李方敏等，2002）（表5）。

表4肥力指标之间相关系数的半矩阵

Tab.4Semi-matrixofcorrelativecoefficientbetweensoilfertilityindex

有机质

全氮

全磷

全钾

碱解氮

速效磷

速效钾

有机质

1.0000

全氮

0.5116

1.0000

全磷

0.2612

0.4399

1.0000

全钾

0.3727

0.2637

0.3818

1.0000

碱解氮

0.4891

0.8579

0.3789

0.1331

1.0000

速效磷

0.0014

0.0635

0.0288

0.0419

0.1259

1.0000

速效钾

0.4932

0.8062

0.3491

0.1773

0.8052

0.1021

1.0000

0.0717

0.3137

0.3575

0.4675

0.1558

0.0871

0.1253

1.0000

表5肥力指标的相关系数平均值和权重系数

Tab.5Themeancorrelativecoefficientandweightcoefficientofsoilfertilityindex

肥力指标