江蘇省響水縣土壤養(yǎng)分變化狀況及耕地地力評(píng)價(jià)

孫國躍 王祝余 周 萍

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院，江蘇 南京 210095;2.響水縣土壤肥料管理站，江蘇 響水 224600)

土地是人類賴以生存和發(fā)展的最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一切物質(zhì)生產(chǎn)最基本的源泉［1］。耕地是土地的精華，是人們獲取糧食及其它農(nóng)產(chǎn)品而不可替代的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的資源。耕地地力是指在當(dāng)前管理水平下，由土壤本身特性、自然條件和基礎(chǔ)設(shè)施水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力［2］。耕地地力的好壞直接影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全。

響水縣成立于1966年，僅在1984年全國第二次土壤普查中，進(jìn)行過一次地力評(píng)價(jià)和分類。此后的近30年來，由于農(nóng)村經(jīng)營管理體制、耕作制度、作物品種、種植結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量水平、有機(jī)肥和化肥使用總量與品種結(jié)構(gòu)等均已發(fā)生巨大變化，響水縣的土壤性狀和耕地地力與過去相比也發(fā)生了很大變化，迫切需要開展耕地地力評(píng)價(jià)，來適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢(shì)。

本研究以江蘇省響水縣為研究區(qū)域，對(duì)1984年及2010年的土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行對(duì)比，掌握土壤養(yǎng)分變化狀況;采用江蘇省揚(yáng)州市土肥站基于GIS技術(shù)開發(fā)的響水縣耕地資源管理信息系統(tǒng)，選取13項(xiàng)評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用層次分析法、特爾斐法、模糊數(shù)學(xué)法等數(shù)據(jù)處理與分析方法，對(duì)響水縣的耕地地力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

響水縣位于江蘇省鹽城市東北部，東經(jīng)119°29'51″～120°05'21″，北緯 33°56'51″～34°32'43″之間，東臨黃海，北枕灌河，西連灌南、漣水，南抵中山河，與濱?？h毗鄰。縣境東西長61 km，南北寬23 km，總面積為1 339.4 km2，耕地面積4.85萬hm2，全縣總?cè)丝?9萬人，農(nóng)業(yè)人口人均耕地0.11 hm2。響水縣處于暖溫帶南緣，因?yàn)l臨黃海，具有明顯的海洋性氣候特征，全年四季分明，夏季受來自東面海洋季風(fēng)影響，天氣炎熱多雨;冬季受北方南下季風(fēng)影響，以干冷天氣為主;春、秋兩季處于-南北季風(fēng)交替轉(zhuǎn)換時(shí)期，天氣冷暖多變。本縣光熱資源比較豐富，降雨量適中，無霜期較長，雨熱同季，有利多種農(nóng)作物生長。年平均日照2 402.7 h，年平均氣溫14.5℃，年平均降雨量為928.2 mm。全年無霜期211 d左右。全縣土壤分為潮土、鹽土2個(gè)土類，黃潮土、堿性潮鹽土、潮鹽土、潮間鹽土4個(gè)亞類，兩合土、油泥土、沙性潮鹽土、壤性潮鹽土、黏性潮鹽土等8個(gè)土屬、飛沙土、沙土、兩合土、油泥土、沙堿土、沙質(zhì)脫鹽土、沙質(zhì)輕鹽土、壤質(zhì)脫鹽土、壤質(zhì)輕鹽土、黏質(zhì)脫鹽土等32個(gè)土種。

2 響水縣耕地土壤養(yǎng)分變化狀況

2.1 土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

按照農(nóng)業(yè)部《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的要求，2007至2010年響水縣共采集化驗(yàn)耕層土壤樣品4 180個(gè)，并按照其中“測(cè)土配方施肥和耕地地力評(píng)價(jià)樣品測(cè)試項(xiàng)目匯總表”的要求，進(jìn)行包括有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH值、有效鋅、可溶性鹽等12個(gè)項(xiàng)目的化驗(yàn)分析［3］，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的養(yǎng)分狀況及采樣數(shù)見表1。

由表1可知，目前響水縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為15.16 g/kg，全氮含量平均為1.13 g/kg，有效磷含量平均為13.92 mg/kg，速效鉀含量平均為93.96 mg/kg，pH值平均為8.12。

表1 響水縣各鎮(zhèn) (中心社區(qū))土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

表2 響水縣各主要養(yǎng)分變化狀況

2.2 土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)

與1984年第二次土壤普查時(shí)相比 (表2)，2010年響水縣的土壤有機(jī)質(zhì)含量平均上升了5.9 g/kg，增幅達(dá)63.4%;全氮含量平均提高了0.47 g/kg，增幅達(dá)71.2%;有效磷含量平均上升了10 mg/kg，增幅達(dá)250%;速效鉀上升了10 mg/kg，增幅為11.9%。ph值則下降了0.08，降幅為0.98%。總體來說，響水縣土壤肥力水平有了明顯的提高。

土壤有機(jī)質(zhì)提高的主要原因是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，生產(chǎn)技術(shù)的提高，化肥的合理施用，使得農(nóng)田作物產(chǎn)量和生物量顯著增加，歸還土壤的作物根系、枯枝落葉及秸稈等有機(jī)物增多，提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量［4］，同時(shí)淺耕、少免耕、直播等農(nóng)藝措施的推廣，也促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的積累。土壤有效磷提高則主要是磷肥施用量大，施用時(shí)間長;其次是土壤改良和耕作制度的影響，如稻麥輪作田的推廣和應(yīng)用，淹水解磷，提高了磷的利用率;再次是土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高，其在分解過程中產(chǎn)生能溶于水的有機(jī)酸，有利于無機(jī)磷的釋放［5］。土壤速效鉀增加的主要原因是鉀肥、復(fù)合肥、配方肥料的廣泛使用，省市沃土工程、補(bǔ)鉀工程、測(cè)土配方施肥等項(xiàng)目的實(shí)施，使廣大農(nóng)民對(duì)鉀肥施用的認(rèn)識(shí)有了提高，投入量相應(yīng)增加;另外一個(gè)重要原因是秸稈還田技術(shù)的推廣帶進(jìn)大量有機(jī)鉀素所致［6］。土壤pH的變化則不大，可能與潮土和鹽土一般被認(rèn)為緩沖性能較強(qiáng)［7］，而響水縣主要是潮土與鹽土有關(guān)。

3 響水縣耕地地力評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)單元的確定

利用響水縣土壤圖與基本農(nóng)田保護(hù)地塊圖及土地利用現(xiàn)狀圖疊加產(chǎn)生的圖斑作為耕地地力評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)單元圖。將基本評(píng)價(jià)單元圖與各專題圖 (如水利分區(qū)圖、地貌類型圖、有機(jī)質(zhì)圖等)疊加，獲取鏈接在這些圖層上的屬性數(shù)據(jù)，使得基本評(píng)價(jià)單元的每個(gè)圖斑都有相應(yīng)的屬性資料。用這種方法得到的評(píng)價(jià)單元，空間界線及行政隸屬關(guān)系明晰、面積準(zhǔn)確，地貌類型及土壤類型一致，利用方式和耕作方法基本相同，有利于評(píng)價(jià)結(jié)果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

響水縣的地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是以全國耕地地力評(píng)價(jià)因子總集和江蘇省地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系作為依據(jù)，邀請(qǐng)鹽城市及揚(yáng)州市土肥技術(shù)指導(dǎo)部門及響水縣農(nóng)業(yè)專家，遵循對(duì)耕地地力有較大影響因子在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的變異較大、在時(shí)間序列上具有相對(duì)穩(wěn)定性、具有良好的操作性和實(shí)際意義等原則［8］，經(jīng)專家們的充分研究和討論，確定由養(yǎng)分狀況、剖面障礙、理化性狀、土壤管理等4大類13個(gè)指標(biāo)，形成響水縣耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化處理

耕地地力評(píng)價(jià)選取的評(píng)價(jià)因子對(duì)耕地地力的影響程度都是單因素概念，且評(píng)價(jià)因子間相互的量綱和數(shù)據(jù)類型都不盡相同，為方便比較，只有讓每一個(gè)因素都處于同一量綱后，才能用來衡量綜合因子對(duì)耕地地力的影響程度［9］。本研究對(duì)地貌類型、土壤剖面構(gòu)型、質(zhì)地等這類概念型且與耕地生產(chǎn)能力之間是一種非線性的關(guān)系的評(píng)價(jià)因子，采用特爾菲法直接給出相應(yīng)的隸屬度;對(duì)有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、耕層含鹽量等可定量化且與耕地生產(chǎn)能力之間存在線性關(guān)系的評(píng)價(jià)因子，采用模糊數(shù)學(xué)方法，將選定的評(píng)價(jià)指標(biāo)與耕地生產(chǎn)能力的關(guān)系擬合為戒上型、負(fù)直線型2種隸屬函數(shù);對(duì)于這種可量化要素利用特爾非法對(duì)一組實(shí)測(cè)值評(píng)估出相應(yīng)的一組隸屬度，并根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)擬合隸屬函數(shù)，由隸屬函數(shù)計(jì)算出相應(yīng)評(píng)價(jià)因子的隸屬度［10］。由此兩種方法得到的響水縣兩種類型評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)分別見表4、表5。

3.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定——層次分析法

在耕地地力評(píng)價(jià)中，由于所選定的各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)耕地地力的影響程度是不同的，因而能否科學(xué)的確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，是決定評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性與否的關(guān)鍵。通常確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法有:主成分分析法、多元回歸分析法、專家經(jīng)驗(yàn)法和層次分析法等［11］。本研究采用的是層次分析法，它的基本原理是將要分析的問題層次化;根據(jù)問題的性質(zhì)和所要達(dá)到的目標(biāo)，將問題分成不同的組成因素，并按照這些因素間的關(guān)聯(lián)影響及其隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。層次分析法的具體做法主要是通過建立層次分析結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗(yàn)、層次總排序及一次性檢驗(yàn)等來完成。當(dāng)層次單排序及總排序一致性系數(shù)CR＜0.1時(shí)，說明一致性較好，權(quán)重匹配合理［12］。

響水耕地地力評(píng)價(jià)的層次分析模型經(jīng)計(jì)算，目標(biāo)層CR=0.000 009 72，準(zhǔn)則層 (1)CR=0.000 000 96，準(zhǔn)則層 (2)CR=0.000 009 04，準(zhǔn)則層(3)CR=0.000 003 47，準(zhǔn)則層 (4)CR=0.000 000 00，層次總排序CR=0.000 005 46，所有的CR均小于0.1。此結(jié)果說明響水縣耕地地力評(píng)價(jià)的層次分析模型，一致性較好，權(quán)重匹配合理。通過計(jì)算得到響水縣耕地地力評(píng)價(jià)層次分析結(jié)果及參評(píng)因子的權(quán)重，詳見表6。

表3 響水縣耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)

表4 響水縣概念型評(píng)價(jià)因素的隸屬函數(shù)

表5 響水縣定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)

表6 響水縣耕地地力評(píng)價(jià)層次分析結(jié)果及參評(píng)因子權(quán)重表

3.5 耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù) (IFI)計(jì)算

根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度和權(quán)重，利用加法模型計(jì)算各評(píng)價(jià)單元耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù)［13］。

IFI=耕地地力綜合指數(shù)

Fi=第i個(gè)要素評(píng)語

CiAi=第i個(gè)要素的組合權(quán)重

通過比較各個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合地力指數(shù) (IFI)值的大小，即可知道相應(yīng)地塊耕地地力的優(yōu)劣。

4 耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)由響水縣耕地資源管理信息系統(tǒng)完成的耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù)分布圖，將響水縣耕地地力劃分為四個(gè)等級(jí)，見表7，其中一級(jí)地921.07 hm2，占耕地總面積的1.9%;二級(jí)地19 051.00 hm2，占耕地總面積的39.3%;三級(jí)地22 735.13 hm2，占耕地總面積的46.9%;四級(jí)地5 768.60 hm2，占耕地總面積的11.9%。

表7 響水縣耕地地力等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

從響水縣耕地地力等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表可以看出，響水縣的絕大部分耕地是屬于2級(jí)和3級(jí)地，總體地力水平以中等和中等偏上為主。為驗(yàn)證本次耕地地力評(píng)價(jià)的結(jié)果，響水縣土肥站組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查走訪和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，結(jié)果表明，本次耕地評(píng)價(jià)的結(jié)果與本縣的實(shí)際情況基本相符，且與1984年第二次土壤普查時(shí)所反映的耕地地力高低分布情況大致一致。

5 結(jié)論

1)通過1984年與2010年響水縣耕層土壤養(yǎng)分狀況比較可知，響水縣土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量大幅度提高，總體來說，響水縣土壤肥力水平有了明顯的提高。

2)目前響水縣的耕地地力等級(jí)以2級(jí)、3級(jí)為主，總體地力水平以中等和中等偏上為主。根據(jù)耕地地力評(píng)價(jià)因子的權(quán)重可知，必須通過加強(qiáng)農(nóng)田基本設(shè)施建設(shè)，來提高灌溉保證率，降低土壤中可溶性鹽含量;通過深耕深松加深耕層厚度等，來提高耕地地力等級(jí)。

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