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user: 3. 结果与分析 3.1. 土壤养分状况描述性统计分析 从土壤养分指标看(图1)，2009~2010年普查结果全体土壤pH值介于4.90~7.70之间，均值为6.45 ± 0.52，变异系数为6.5%，其中海拔 < 1600 m土壤pH值最高，海拔 > 1800 m土壤pH值最低，土壤pH值与海拔呈现出明显负相关；2015~2017年结果显示总体土壤pH值介于4.31~8.12之间，均值为6.88 ± 0.91，变异系数为13.2%，其中海拔1600~1800 m土壤pH值最低，海拔 > 1800 m土壤pH值最高，土壤pH值与海拔无相关关系。两次普查结果pH值差异较大，连年施肥和有意识的改良土壤酸化状况，致使高海拔土壤pH大幅度上升(增幅为13.4%)，同时导致土壤pH值变异系数增加。 图1. 仁和烟区土壤养分指标值的描述统计 2009~2010年结果显示，总体土壤有机质平均含量为15.23 ± 8.88 g∙kg −1 ，且与海拔呈现明显正相关，而2017年显示总体土壤有机质平均含量为12.09 ± 4.88 g∙kg −1 ，且与海拔无相关关系。可见两次普查之间施肥措施致使土壤有机质降低。两次普查显示土壤碱解氮、水溶性氯保持稳定，基本无变化，且其含量与海拔无明显关系。2017年土壤速效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁四个指标明显高于2010年，总体均值分别提高50.0%、36.4%、695.0%和95.2%；2010年土壤速效钾含量随海拔升高而升高，交换性镁、交换性钙则随海拔升高而降低，2017年则土壤速效磷、速效钾在1600~1800 m海拔范围最高，交换性钙在此海拔最低，交换性镁则随海拔升高而降低。 变异系数结果显示，在时间尺度上，从2010年至2017年，除有机质和碱解氮变异系数降低，其他指标变异系数均有所增加，其中速效钾和交换性钙变异系数增加最高，说明这些肥力指标空间变异性增加。在空间尺度上，2010年土壤有机质、碱解氮、速效钾等指标变异系数随海拔升高而降低，交换性钙、镁则随海拔升高而升高；速效磷、氯含量则在1600~1800 m海拔变异系数最高；2017年则速效磷、速效钾、交换性镁、水溶性氯在1600~1800 m海拔变异系数最低，pH值、交换性钙在1600~1800 m海拔变异系数最高。 3.2. 土壤养分状况时空变化及综合分析 3.2.1. 隶属度函数确定及赋值 隶属度函数是指肥力指标与作物生长曲线之间的数学表达式，通过函数计算得到隶属度值，其大小能反映土壤肥力状况。常用的隶属度函数类型有抛物线型和S型隶属函数 [ 11 ]。S型隶属函数表达式为(2)： f ( x ) = { 1.0                           ( x ≥ x 2 ) 0.9 × ( x − x 1 ) / ( x 2 − x 1 ) + 0.1         ( x 1 ≤ x < x 2 ) 0.1                           ( x ≥ x 2 ) (2) 抛物线型隶属函数表达式为(3)： f ( x ) = { 0.1                           ( x < x 1 ， x > x 4 ) 0.9 × ( x − x 1 ) / ( x 2 − x 1 ) + 0.1         ( x 1 ≤ x < x 2 ) 1.0                           ( x 2 ≤ x ≤ x 3 ) 1.0 − 0.9 × ( x − x 4 ) / ( x 2 − x 4 )     ( x 3 < x ≤ x 4 ) (3) 式(2)和式(3)中，x 1 、x 2 、x 3 、x 4 分别为下限、下限最优、上限最优和上限。根据生产实践和有关专家建议，同时结合相关文献 [ 11 ]，确定各个养分指标的隶属度函数类型和曲线转折点取值，见表1。 3.2.2. 肥力指标权重值 不同养分指标对土壤综合肥力的贡献程度不同，因此在评价土壤肥力时应对各项指标进行权重值计算。确定不同养分指标权重的方法较多，本研究选用主成分分析法 [ 3 ] [ 4 ] [ 11 ]，通过R语言主成分分析为主成分选取条件，取得评价因子主成分的特征值和贡献率，进而求出公因子方差，公因子方差的大小反映了该指标对总体变异的贡献。通过成分矩阵、特征根、贡献率计算出不同养分因子的权重值，见表2。 表2结果显示，总体上2009~2010年土壤肥力各项指标中有机质、交换性钙、交换性镁权重值最高，pH值最低；2015~2017年则碱解氮和有机质权重，速效磷、速效钾和氯的权重最低。由此可见不论是时间尺度上还是空间尺度上，土壤养分各项指标对综合肥力贡献处于不断变化状态。 Table 1 Types of membership function and threshold values of each soil fertility inde 函数类型 Type of membership function 下限(x 1 ) Lower limit value 下限最优(x 2 ) Optimal value of lower limit value 上限最优(x 3 ) Optimal value of Upper limit value 上限(x 4 ) Upper limit value pH 抛物线型 Parabola-type function 4.5 5.5 7 7.5 有机质g/kg 10 15 25 45 碱解氮mg/kg 30 50 70 100 交换性钙mg/kg 600 1600 2000 3400 交换性镁mg/kg 72 180 420 840 氯含量mg/kg 10 20 35 45 速效磷mg/kg S型 S-type function 10 20 速效钾mg/kg 80 150 表1. 各指标的隶属函数类型及曲线转折点取值 Table 2 Communalities and weight value of each fertility inde 2009~2010年 2015~2017年 权重Weight value 公因子方差Communality 权重Weight value 公因子方差Communality pH 0.108 0.33 0.114 0.66 有机质g/kg 0.138 0.71 0.146 0.62 碱解氮mg/kg 0.126 0.71 0.179 0.8 速效磷mg/kg 0.114 0.38 0.088 0.43 速效钾mg/kg 0.110 0.49 0.088 0.37 交换性钙mg/kg 0.133 0.57 0.132 0.76 交换性镁mg/kg 0.139 0.58 0.121 0.24 氯mg/kg 0.133 0.38 0.089 0.43 表2. 各指标公因子方差和权重 3.2.3. 土壤肥力综合评价 在土壤肥力综合评价中，一般使用等间距法将土壤肥力综合指标值(IFI)进行划分，本研究中参照 [ 4 ] 的方法，将土壤肥力综合指标值划分为4个等级：I级(IFI ≥ 0.75)，II级(0.50 ≤ IFI < 0.75)，III级(0.25 ≤ IFI < 0.50)，IV级(IFI < 0.25)。由表3可知，2009~2010年土壤肥力综合指标IFI值平均为0.51，最高为0.79，最低为0.27，且IFI值随海拔升高而提高；2015~2017年IFI值平均为0.52，最高和最低分别为0.82和0.19，且以1600~1800 m海拔IFI值最高，可见随着种植时间延长，总体上土壤肥力在提高，但是不同海拔变化并不相同。从分布状况看，随着种植年限延长，在<1600 m海拔上土壤肥力变异增大；在1600~1800 m海拔上以Ⅱ级和Ⅲ级为主(2009~2010年)转变为以II级为主(2015~2017年)；>1800 m海拔则基本没有变化，总体上，土壤肥力IFI值以III级比例在降低、II级比例在提高。