全 文 ：　 　 倡 　 刎山东省教育厅课题“黄河三角洲土壤质量时空演变规律研究”（J０４D０３）资助
收稿日期 ：２００４唱１２唱１０ 　 改回日期 ：２００５唱０８唱１５
黄河三角洲土壤质量自动化评价及指标体系研究 倡
李新举１ ，２ 　刘 　宁２ 　张雯雯２ 　王霖琳１ 　马小友３
（１畅中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所 　北京 　 １０００８３ ；
２畅山东农业大学资源与环境学院 　泰安 　 ２７１０１８ ；３畅山东省济宁农业学校 　济宁 　 ２７２０００）
摘 　要 　采用 ４种评价方案 ，利用相关系数法确定指标权重 ，利用隶属度函数计算指标隶属度 ，采用综合指数法 ，
在 Arcgis中进行黄河三角洲土壤质量的自动化评价和比较 。结果表明 ：利用 GIS自动化评价土壤质量快速准确 ；
基于土壤全量养分和速效养分的评价差异较小 ，两者可选其一 ；基于土壤有机质和土壤含盐量指标的评价与土壤
质量的全面评价（基于土壤全量 、速效养分 、有机质 、含盐量 、地下水埋深及矿化度）之间差异较小 ，在其他数据有限
的前提下 ，土壤质量可以用土壤有机质和盐分含量指标评价 。
关键词 　土壤质量 　指标体系 　 GIS 　黄河三角洲
Evaluation index systems of soil quality in the Yellow River Delta ．LI Xin唱Ju１ ，２ ，LIU Ning２ ，ZHANG Wen唱Wen２ ，
WANG Lin唱Lin１ ，MA Xiao唱You３ （１ ．Research Institute of Land Reclamation & Ecological Restoration ，China University
of Mining and Technology ，Beijing １０００８３ ，China ；２ ．College of Resources and Environment ，Shandong Agricultural Uni唱
versity ，Tai摧an ２７１０１８ ，China ；３ ．Jining Agricultural School of Shandong Province ， Jining ２７２０００ ，China） ，CJEA ，
２００７ ，１５（１） ：１４５ ～ １４８
Abstract 　 The soil quality was evaluated by using four schemes with Arcgis ，in which the index weight was determined
with correlation analysis method ， the index membership degree with membership function ．Results show that the soil
quality evaluation based on GIS is fast and accurate ．The difference between the results evaluated by the total contents of
soil nutrients and by the soil available nutrients is not obvious and the two index schemes can be used alternatively ．The
results evaluated by soil organic matter and salt contents present similar outcomes to that by the comprehensive index sys唱
tem including soil total nutrients ，available nutrients ，organic matter ，salt content ，groundwater level and mineralization
degree ．Therefore ，the organic matter and salt contents can be used to evaluate the soil quality in the case of limited evalu唱
ation data ．
Key words 　 Soil quality ，Index system ，GIS ，Yellow River Delta
（Received Dec ．１０ ，２００４ ；revised Aug ．１５ ，２００５）
２０世纪 ９０年代以来 ，土壤质量问题逐渐成为国际研究热点［９ ，１０］ ，在土壤质量评价指标体系和评价方法
方面开展了大量的研究工作 。国内学者初步建立了几种类型地区的评价指标体系［１ ～ ３］ ，包括土壤养分 、土
壤物理性状 、土壤生物 、土壤环境 ４大类近 ２０个指标［４ ，５］ 。国外学者结合农业的持续利用和土壤持续管理
提出了多种指标体系［１１ ～ １３］ 。然而评价方法多为传统方法［１ ，４ ，６ ，７］ ，随着计算机技术的发展 ，土壤质量评价逐
渐向自动化方向发展［８］ 。但目前的研究中往往采用的指标过多 ，指标的获取难度较大 ，缺乏统一的评价指
标体系 ，影响了土壤质量的评价 。本研究的目的一是探讨应用 GIS 进行土壤质量自动化评价的方法 ，二是
结合黄河三角洲实际 ，构建可以简便快速准确评价土壤质量的指标体系 。
1 　资料来源与评价方法
研究区为黄河三角洲最具代表性的区域 ———垦利县 ，以全国第二次土壤普查数据作为土壤质量评价的
基础数据 。应用 Mapgis对各种图进行矢量化 ，利用 Arcgis软件进行图件的栅格化处理和计算 ，最终实现土
壤质量评价的自动化 ，评价程序见图 １ 。将评价区的土壤图 、地貌图 、土壤利用现状图在 Arcgis中进行叠加 ，
修正后作为土壤评价单元 ，共划分出 ２４１个评价单元（见图 ２） 。参照前人的研究结果［２ ，３ ，５ ，９ ，１０ ，１４］ ，结合研究
第 １５ 儍卷第 １期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 换　 No ．１
２ ０ ０ ７ 乔年 １ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Jan ．，　 ２００７ 後
图 1 　土壤质量评价流程图
Fig ．１ 　 Process of soil quality evaluation
地区的实际情况 ，采用了 ４种评价指标的选择方案 。方
案 Ⅰ选择土壤有机质 、土壤全量及速效养分 、含盐量 、潜
水埋深 、矿化度 、土体构型作为评价指标 ；方案 Ⅱ 选择土壤
有机质 、土壤全量养分 、含盐量 ；方案 Ⅲ 选择土壤有机质 、
土壤速效养分 、含盐量 ；方案 Ⅳ选择土壤有机质 、含盐量 。
评价因素权重的确定 。确定评价因素权重的方法有
多种 ，在以往的研究中 ，普遍采用人为打分确定 ，如层次
分析法 、特尔菲法等［１ ，２ ，４］ 。 为了避免人为主观影响 ，本
研究采用指标之间相关系数确定权重系数［７］ 。首先计算
单项评价指标之间的相关系数 ，然后求某评价指标之间
相关系数的平均值 （珋r） ，并以该平均值占所有评价指标相
关系数平均值总和（ ∑ 珋r）的比（珋r ／ ∑ 珋r） ，作为该单项评
价指标的权重 ，计算结果见表 １ 。
　 　评价因素隶属度的确定 。由于评价因素指标值之间
缺乏可比性 ，因此利用隶属度函数进行归一化处理 。根
据前人研究经验 ，结合研究区实际情况 ，采用 ３ 种方法确
定各指标的隶属度函数 。一是戒上型隶属度函数 ，属于
这类函数的评价因素包括土壤有机质 、全 N 、碱解氮 、全
P 、速效磷 、速效钾和地下水埋深 。其函数为 ：
f （x）＝
１畅０ 　 　 　 　 　 　 x ≥ x２
０畅９（ x － x１ ）／（ x２ － x１ ） ＋ ０畅１ 　 x１ ≤ x ＜ x２
０畅１ 　 　 　 　 　 　 x ＜ x１
（１）
二是戒下型隶属度函数 ，属于这类函数的评价因素
包括土壤含盐量 、地下水矿化度 。其函数为 ：
图 2 　评价单元分布图
Fig ．２ 　 Distribution map of evaluation units
表 1 　评价指标权重系数
Tab ．１ 　 Weight value of soil evaluation indexes
评价指标
Evaluation indexes
方案 Ⅰ
Scheme Ⅰ
方案 Ⅱ
Scheme Ⅱ
方案 Ⅲ
Scheme Ⅲ
方案 Ⅳ
Scheme Ⅳ
碱 解 氮 ０ 畅１２０４ ０ T畅２４５９
全 　 　 N ０ 畅１２９９ ０ 汉畅２５７９
速 效 磷 ０ 畅１１２２ ０ T畅１６７１
全 　 　 P ０ 畅１２６７ ０ 汉畅１１８２
速 效 钾 ０ 畅１３０５ ０ 汉畅２９４５ ０ T畅２３７４
有 机 质 ０ 畅１３８３ ０ 汉畅２３４８ ０ T畅２５８９ ０畅５
潜水埋深 ０ 畅０６７８５
矿 化 度 ０ 畅０６９３３
土体构型 ０ 畅０５６３８
含 盐 量 ０ 畅０４８５１ ０ ゥ畅０９４５５ ０ ?畅０９０６６ ０畅５
f （ x）＝
０畅１ 　 　 　 　 　 　 x ≥ x２
０畅９（x２ － x）／（ x２ － x１ ） ＋ ０畅１ 　 x１ ≤ x ＜ x２
１畅０ 　 　 　 　 　 　 x ＜ x１
（２）
三是经验法量化 ，土体构型很难用某一函数量化 ，根据黄河三角洲实际情况 ，对不同土体构型分别赋予
不同的隶属度 。结合当地实际 ，以各指标的最大值和最小值作为指标的转折点 x１ 和 x２ 。根据上述 ３种隶
属度函数 ，在 Arcgis中运算生成隶属度图 。
土壤评价单元综合指标值（IQI）计算及评价 。根据各指标的隶属度和权重 ，计算每个土壤评价单元的
１４６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
综合指标值 ：
IQI ＝ ∑ Wi × Ni （３）
式中 ，Wi 和 Ni 分别代表第 i指标的隶属度和权重 。根据公式（３） ，在 Arcgis中进行自动化运算 ，形成土壤质
量等级图（图 ３） 。
图 3 　不同方案的土壤质量等级图 ，a为方案 Ⅰ ，b为方案 Ⅱ ，c为方案 Ⅲ ，d为方案 Ⅳ
Fig ．３ 　 Grade maps of soil quality evaluated by different schemes ，a is scheme Ⅰ ，b is scheme Ⅱ ，c is scheme Ⅲ ，d is scheme Ⅳ
2 　评价方案选择
不同方案之间的相关性分析 。从各方案的综合分值相关分析（表 ２）可以看出 ，各方案之间均有较强的
相关性 ，说明各方案之间不是孤立的而是相互关联 ，通过一种方案可推论另几种方案的结果 。
评价面积比较 。从 ４种方案的评价结果（图 ４）看 ，各方案之间有一定的差异 。除了方案 Ⅰ和 Ⅳ中 ７等
地较多外 ，研究区土壤主要集中在 ２ 、３ 、４ 、５等级上 ，１等地较少 ，不同方案评价结果基本一致 。
图 4 　不同方案土壤质量评价结果
Fig ．４ 　 Evaluation results of soil fertility quality
evaluated by different schemes
表 2 　不同方案综合分值的相关系数
Tab ．２ 　 Correlation coefficients of comprehensive results
of different schemes
方案 Ⅰ
Scheme Ⅰ
方案 Ⅱ
Scheme Ⅱ
方案 Ⅲ
Scheme Ⅲ
方案 Ⅳ
Scheme Ⅳ
方案 Ⅰ 　 １ 行
方案 Ⅱ 　 ０ 行畅８２９８ 　 １ 技
方案 Ⅲ 　 ０ 行畅８６３６ 　 ０ 技畅９１３４ 　 １ è
方案 Ⅳ 　 ０ 行畅７３３６ 　 ０ 技畅７１２１ 　 ０ è畅６７１２ 　 １ 敂
第 １ 媼期 李新举等 ：黄河三角洲土壤质量自动化评价及指标体系研究 １４７　
　 　方案选择 。在 Arcgis下 ，对上述 ４种评价图（图 ３）两两之间进行差值计算 ，结果见表 ３ 。从表 ３可以看
出方案 Ⅰ和方案 Ⅳ评价结果一致率达 ９１畅０７％ ，其主要原因是土壤有机质可以代表土壤养分 ，而土壤含盐量
与地下水矿化度 、埋深及土壤质地 、土体构型有关 ，即土壤含盐量是这 ４种因素的综合反映 ，因此在黄河三角
洲土壤评价中 ，在其他因素无法获取的情况下 ，可以用土壤有机质和土壤含盐量评价土壤质量 。方案 Ⅰ 和
方案 Ⅱ评价结果基本一致 ，一致率达 ８５畅７２％ ，方案 Ⅱ和方案 Ⅲ评价结果一致性为 ８２畅１６％ ，这说明在土壤质
量评价中 ，全量养分和速效养分高度相关 ，而这两种方案又与方案 Ⅰ基本一致 ，因此在指标选取中可以仅选
其一 。
表 3 　不同方案评价结果的一致率 　 　
Tab ．３ 　 Unanimous rate of different schemes 　 　
　 　 　 　 　 　 　 　 一致率／％ Unanimous rate
方案 Ⅰ
Scheme Ⅰ
方案 Ⅱ
Scheme Ⅱ
方案 Ⅲ
Scheme Ⅲ
方案 Ⅳ
Scheme Ⅳ
方案 Ⅰ 　 　 　 １００
方案 Ⅱ 　 　 　 　 ８５ 畅７２ 　 　 　 １００ �
方案 Ⅲ 　 　 　 　 ６１ 畅０３ 　 　 　 　 ８２ �畅１６ 　 　 　 １００ 鬃
方案 Ⅳ 　 　 　 　 ９１ 畅０７ 　 　 　 　 ３７ �畅２０ 　 　 　 　 ２５ 鬃畅０３ １００
3 　小 　结
GIS的空间分析功能可快速形成土壤评价指标隶属度分布图 ，结合各指标的相关系数 ，利用 GIS进行叠
加形成土地质量等级图 ，从而实现土壤质量评价的自动化 。土壤有机质和含盐量是黄河三角洲土壤质量的
主要限制因素 ，基于这 ２种指标的评价与土壤质量的全面评价（基于土壤有机质 、全量及速效养分 、含盐量 、
地下水埋深及矿化度 、土体构型的评价）具有较高的一致性 ，因此在其他因素无法获取的情况下可选择这两
种因素评价土壤质量 。基于土壤全量养分和速效养分的评价基本一致 ，因此可以仅选择其一进行土壤质量
评价 。
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