基于土壤限制因子改良的耕地質(zhì)量等別提升研究

葉達(dá)　吳克寧　趙華甫

摘要：基于農(nóng)安縣農(nóng)用地分等工作數(shù)據(jù)，確定影響研究區(qū)耕地質(zhì)量等別的土壤限制因子，探索對(duì)應(yīng)的土壤改良方法并判定不同改良組合模式下土壤限制因子改良后的耕地質(zhì)量等別，分析土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別提升的效果。結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)農(nóng)安縣典型試驗(yàn)區(qū)存在的土壤有機(jī)質(zhì)含量、剖面構(gòu)型和土壤酸化程度3個(gè)土壤限制因子在不同組合模式下進(jìn)行改良，國(guó)家自然等別最高可提升一等，國(guó)家利用等別最高可提升一等，最大提升效果可將國(guó)家自然等別指數(shù)從1 756提升至2 345，將國(guó)家利用等別指數(shù)從1 003提升至1 242。土壤限制因子改良對(duì)提升耕地質(zhì)量具有重要作用。

關(guān)鍵詞：土壤改良；耕地質(zhì)量；土地整治；農(nóng)安縣

中圖分類號(hào)：F323.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）15-3651-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.016

Abstract： This study focus on the importance of soil factors to the quality of arable land，and get Nongan County，Jilin Province as a case. Based on date from farmland evaluation in Nongan County， making sure what soil factor limit the quality of arable land and proposing targeted soil improvement method. Then calculate the degree of arable land quality and analysis the effect of soil improvement to the degree of arable land quality. The results show that there are three soil factors exist to limit the quality of arable land in experimental zone， they are soil organic content， soil construction and soil pH. Through improvement of these soil factors in different combination， the national natural degree of arable land quality from 11 to 10 and national utilizable degree from 10 to 9 at most in Nongan county. Correspondingly， the national natural degree index of arable land quality from 1 756 to 2 345 and national utilizable degree index from 1 003 to 1 242 at most. Soil improvement can play an important role in arable land quality enhancement.

Key words： soil improvement； arable land quality； land remediation； Nongan County

糧食安全問(wèn)題一直是全社會(huì)關(guān)注的重大問(wèn)題。中國(guó)人多地少、耕地資源稀缺、后備資源匱乏，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展還將占用大量耕地。穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量、提升耕地質(zhì)量、挖掘產(chǎn)能潛力則是破解耕地保護(hù)難題、確保國(guó)家糧食安全的有效方法[1]。土壤作為組成土地的自然要素之一，是植物生長(zhǎng)的基地。作物生長(zhǎng)需要的具體條件雖然各有不同，但除陽(yáng)光外，其余的條件全部或部分是由土壤供給的。在《農(nóng)用地分等規(guī)程》（TD-T1004-2003）中，其所推薦的13個(gè)農(nóng)用地分等因素中有9個(gè)與土壤直接相關(guān)[2-5]。由此可見(jiàn)，土壤對(duì)耕地質(zhì)量有顯著影響。

但是，長(zhǎng)期以來(lái)中國(guó)的耕地整治和基本農(nóng)田建設(shè)多關(guān)注于田水路林村等方面，缺乏對(duì)耕地不良土壤性質(zhì)的有效改良措施，使得整治后的耕地質(zhì)量并沒(méi)有明顯提高[6-13]。何冠諦等[14]在喀斯特地區(qū)進(jìn)行的土地整治研究對(duì)土壤有所涉及，但偏重于土壤調(diào)查。在土地整治中引入農(nóng)用地分等定級(jí)成果，提出了在可持續(xù)發(fā)展條件下提高耕地基礎(chǔ)地力的主要措施[15-17]。張德才等[18]應(yīng)用5年耕地土壤定位監(jiān)測(cè)取得的數(shù)據(jù)，對(duì)作物產(chǎn)量、肥料施用和土壤主要養(yǎng)分屬性狀況等進(jìn)行分析，提出了一些改良土壤的途徑。吳金華等[19]結(jié)合陜西省神木縣農(nóng)用地分等定級(jí)成果，分析了相關(guān)因素對(duì)土地等級(jí)的影響，提出了土地整治的重點(diǎn)方向和主要工程內(nèi)容。而全國(guó)土地整治規(guī)劃提出要將耕地質(zhì)量提升一個(gè)利用等別，基于此，本研究針對(duì)不同土壤限制因子提出改良方法，明晰在差異化投入水平下進(jìn)行土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別提升的影響，為轉(zhuǎn)變耕地整治模式、提升耕地生產(chǎn)力、提高糧食產(chǎn)量提供思路和方法上的借鑒，符合中國(guó)土地整治的基本方向[20-27]，有助于維護(hù)國(guó)家糧食安全。

1 研究區(qū)概況與典型試驗(yàn)區(qū)確定

1.1 研究區(qū)概況

農(nóng)安縣隸屬吉林省長(zhǎng)春市（124°31′-125°45′E， 43°55′-44°55′N），位于長(zhǎng)春市西北約60 km2的松遼平原腹地（圖1）。目前，建成區(qū)20 km2，常住人口23.2萬(wàn)人，初具中等城市規(guī)模。全縣總?cè)丝?20萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口90萬(wàn)。根據(jù)2011年農(nóng)安縣土地變更調(diào)查，全縣農(nóng)用地面積436 183.68 hm2，耕地面積390 160.21 hm2。農(nóng)安縣耕地等別（利用等別）分布表現(xiàn)為高等地和低等地少，代表較優(yōu)效益的中上水平的利用等別較多。其中9等別地最多，10和8等別地?cái)?shù)量相當(dāng)，這3個(gè)等別的面積之和為367 718.17 hm2，占全縣耕地的94.24%。研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于農(nóng)安縣農(nóng)用地分等工作以及農(nóng)安縣耕地質(zhì)量等別成果補(bǔ)充完善工作。

1.2 確定典型試驗(yàn)區(qū)

為便于進(jìn)行土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別提升影響的對(duì)比分析，根據(jù)農(nóng)安縣耕地的質(zhì)量狀況，從中選取具有代表性且存在多個(gè)土壤限制因子的田塊作為試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)位于農(nóng)安縣西北部的西林村，面積346.04 hm2，縣域內(nèi)與其質(zhì)量狀況相似的耕地面積較大，存在剖面構(gòu)型、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酸化程度3個(gè)土壤限制因子。試驗(yàn)區(qū)一年一熟，基準(zhǔn)作物為水稻，其在農(nóng)安縣的位置如圖2所示，試驗(yàn)區(qū)耕地質(zhì)量情況見(jiàn)表1。

2 研究方法

2.1 研究技術(shù)路線

農(nóng)用地分等指標(biāo)及其分等過(guò)程較好地體現(xiàn)了土地生產(chǎn)力形成的機(jī)理[28]，依據(jù)農(nóng)用地分等成果來(lái)衡量耕地的質(zhì)量，能夠客觀地揭示耕地生產(chǎn)力，理清土壤因素對(duì)土地生產(chǎn)能力的影響，明確土壤限制因子改良的實(shí)際作用效果，為耕地保護(hù)、耕地整理及保障國(guó)家糧食安全提供科學(xué)依據(jù)[29]。農(nóng)用地分等別有3個(gè)層次的評(píng)價(jià)成果，即自然質(zhì)量等別、利用等別和經(jīng)濟(jì)等別。土壤限制因子改良直接影響的是自然質(zhì)量等別，而利用等別體現(xiàn)的是實(shí)際生產(chǎn)能力，因此，選取國(guó)家自然質(zhì)量等別和國(guó)家利用等別作為衡量土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量提升效果的指標(biāo)。

首先通過(guò)對(duì)農(nóng)安縣耕地質(zhì)量情況的調(diào)查分析選擇典型試驗(yàn)區(qū)，再確定此試驗(yàn)區(qū)影響耕地質(zhì)量等別的土壤限制因子，并提出針對(duì)各個(gè)土壤限制因子的改良措施。在對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的土壤限制因子選取一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行不同組合模式改良后，根據(jù)農(nóng)安縣農(nóng)用地分等流程再對(duì)其進(jìn)行分等評(píng)價(jià)，以此評(píng)判試驗(yàn)區(qū)改良后的耕地質(zhì)量情況。最后通過(guò)對(duì)比分析，揭示不同改良組合模式下，土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量提升的影響。

2.2 耕地質(zhì)量等別轉(zhuǎn)換模型

在判別改良后耕地的質(zhì)量等別時(shí)，為使評(píng)價(jià)結(jié)果全國(guó)可比，需對(duì)評(píng)價(jià)縣級(jí)成果進(jìn)行國(guó)家級(jí)轉(zhuǎn)換。按照省等與國(guó)家等轉(zhuǎn)換關(guān)系，將農(nóng)安縣計(jì)算的自然質(zhì)量等和利用等結(jié)果對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為國(guó)家級(jí)自然質(zhì)量等指數(shù)和利用等指數(shù)，并依據(jù)規(guī)定隔斷劃分出國(guó)家級(jí)農(nóng)安縣耕地自然質(zhì)量等別和利用等別。按照農(nóng)用地分等工作中確定的吉林省農(nóng)用地等指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量的回歸方程，確定農(nóng)安縣耕地省級(jí)等指數(shù)向國(guó)家級(jí)等指數(shù)平衡轉(zhuǎn)換模型為：

ZG=ZS×2.088-110.836；

LG=LS×1.311 6+371.44；

式中，ZG表示國(guó)家級(jí)自然等指數(shù)；ZS表示省級(jí)自然等指數(shù)；LG表示國(guó)家級(jí)利用等指數(shù)；LS表示省級(jí)利用等指數(shù)。

依據(jù)等指數(shù)平衡轉(zhuǎn)換規(guī)則，計(jì)算匯總單元的國(guó)家級(jí)等指數(shù)，按照400分的等間距確定國(guó)家級(jí)自然等別，按照200分的等間距確定國(guó)家級(jí)利用等別。并按要求轉(zhuǎn)換成1等別最優(yōu)、15等別最差的表示方式。

2.3 不同改良組合模式設(shè)計(jì)

根據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》中關(guān)于吉林省農(nóng)用地分等工作推薦因素的規(guī)定[3]與土壤限制因子篩選方法[30-32]，結(jié)合農(nóng)安縣農(nóng)用地分等成果，確定試驗(yàn)區(qū)耕地質(zhì)量土壤限制因子為：土壤有機(jī)質(zhì)含量、剖面構(gòu)型、酸堿化程度。針對(duì)這3個(gè)土壤限制因子，提出不同的改良組合模式，借此對(duì)比分析在不同改良組合模式下土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別提升的影響。

探索單個(gè)及多個(gè)土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別提升的影響。單因子改良指對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)土壤限制因子中的一個(gè)進(jìn)行改良；雙因子指對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)土壤限制因子中的兩個(gè)進(jìn)行改良；3因子改良指對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)土壤限制因子全部進(jìn)行改良。不同改良組合模式設(shè)計(jì)如表2。

3 改良效果與分析

通過(guò)分析試驗(yàn)區(qū)改良前后的耕地質(zhì)量情況（見(jiàn)表3），可以明晰在不同改良組合模式下土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別的提升效果。

在單因子改良模式下，即對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)強(qiáng)烈土壤限制因子中的一個(gè)進(jìn)行改良的情況下，耕地的國(guó)家自然等指數(shù)與國(guó)家利用等指數(shù)均有提升，但國(guó)家自然等和國(guó)家利用等可能均有所提升，也可能僅其中之一有所提升，亦可能兩者均沒(méi)有變化，這是由于一個(gè)耕地等別對(duì)應(yīng)的指數(shù)是一個(gè)區(qū)間，單個(gè)土壤限制因子改良后的耕地質(zhì)量指數(shù)可能無(wú)法越過(guò)原有的等別區(qū)間。但從國(guó)家自然等指數(shù)與國(guó)家利用等指數(shù)的變換情況可知，即使是單個(gè)土壤限制因子的改良仍然能在一定程度上提升耕地的質(zhì)量水平。

在雙因子改良模式下，即對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)強(qiáng)烈土壤限制因子中的兩個(gè)進(jìn)行改良的情況下，耕地的國(guó)家自然等指數(shù)與國(guó)家利用等指數(shù)均有明顯提升，國(guó)家自然等和國(guó)家利用等提升的概率與幅度與低投入水平下相比均有所提高，但也并非兩者均必定會(huì)提升，這是由于一個(gè)耕地等別對(duì)應(yīng)的指數(shù)是一個(gè)區(qū)間，而選擇進(jìn)行改良的兩個(gè)土壤限制因子可能限制強(qiáng)度并沒(méi)有達(dá)到能夠引起改良后的耕地質(zhì)量指數(shù)超越原有的等別區(qū)間的強(qiáng)度。但明顯可得出的是在雙因子改良模式下，耕地質(zhì)量情況得到了較大的提升，比較容易直接引起耕地質(zhì)量等別的變化。

在3因子改良模式下，即對(duì)試驗(yàn)區(qū)存在的3個(gè)強(qiáng)烈土壤限制因子均進(jìn)行改良的情況下，耕地的國(guó)家自然等指數(shù)與國(guó)家利用等指數(shù)均顯著提升，國(guó)家自然等和國(guó)家利用等也均有所提高。由此可以得出在3因子改良模式下，土壤限制因子改良對(duì)提升耕地質(zhì)量等別的效果明顯。

4 小結(jié)與討論

在不同改良組合模式下，土壤限制因子改良對(duì)耕地質(zhì)量等別的影響程度不同。3因子改良模式下，土壤限制因子改良往往能直接提升耕地質(zhì)量等別，對(duì)提升耕地質(zhì)量效果顯著；雙因子改良模式下，耕地質(zhì)量等別是否提升取決于改良的土壤限制因子的限制強(qiáng)度及其在耕地等別評(píng)定中所占的權(quán)重，能在一定程度上提升耕地的質(zhì)量水平；單因子改良模式下，土壤限制因子改良往往不能直接提升耕地質(zhì)量等別，但其耕地質(zhì)量指數(shù)一般會(huì)有所提升，對(duì)提高耕地質(zhì)量的效果比較有限。

對(duì)農(nóng)安縣典型試驗(yàn)區(qū)存在的土壤有機(jī)質(zhì)含量、剖面構(gòu)型和土壤酸堿化程度3個(gè)土壤限制因子提出了針對(duì)性的改良措施，并在組合模式下進(jìn)行相應(yīng)改良，國(guó)家自然等最高提升1等，國(guó)家利用等最高提升1等，最大提升效果將國(guó)家自然等指數(shù)從1 756提升至2 345，將國(guó)家利用等指數(shù)從1 003提升至1 242。

根據(jù)東北地區(qū)農(nóng)用地分等國(guó)家利用等指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量間的關(guān)系[28]，本研究的最大提升效果經(jīng)計(jì)算可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量從12 283.77 kg/hm2提高至14 673.58 kg/hm2，每公頃增產(chǎn)2 389.81 kg，增產(chǎn)率達(dá)到19.46%。2012年，中國(guó)糧食總產(chǎn)量為5.9億t，糧食進(jìn)口8 000萬(wàn)t[33]，若考慮同樣增產(chǎn)23.34%，則可實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)11 478.48萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)糧食完全自給。

吉林省農(nóng)安縣農(nóng)用地分等評(píng)價(jià)7個(gè)因子中6個(gè)為土壤限制因子。因此，農(nóng)安縣的耕地質(zhì)量等別與土壤質(zhì)量狀況有極密切的聯(lián)系，相較于部分不以土壤質(zhì)量狀況為主決定耕地質(zhì)量等別的地區(qū)，本研究可能不具有典型性。在進(jìn)行以土壤限制因子改良為主的耕地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮項(xiàng)目區(qū)耕地土壤限制因子的限制強(qiáng)度及強(qiáng)限制因子的數(shù)量，并從實(shí)際出發(fā)統(tǒng)籌考慮項(xiàng)目預(yù)算，確定合理的投入水平，以期制定出合理高效科學(xué)的能夠提升地力，提高糧食產(chǎn)能，符合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的耕地整治規(guī)劃方案，本研究對(duì)這些方面的考慮尚還不夠全面，可能對(duì)現(xiàn)實(shí)意義造成一定的影響。

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