不同覆土厚度下粉煤灰充填復(fù)墾土壤肥力綜合評價

鄭印+葛暢+劉慧琳+許光泉+黃元仿+張世文

摘 要：以安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場為例，選取土壤有機質(zhì)、容重、土壤粘粒、含水量等指標作為評價因子，利用ArcGIS10.1軟件和模糊數(shù)學(xué)方法對土壤肥力進行了綜合評價，揭示不同覆土厚度下粉煤灰重構(gòu)土壤肥力狀況。結(jié)果表明：該區(qū)土壤肥力綜合指數(shù)為0.50～0.65 ，肥力以中低產(chǎn)田為主，整體相對偏低。土壤肥力指標在不同覆土厚度整體表現(xiàn)出顯著差異，覆土越厚，土壤肥力等級相對較高，且覆土厚度超過30cm后各土壤肥力指標變化緩慢，而覆土厚度達到40-50cm時，復(fù)墾土壤肥力綜合指標基本不再變化，此時，復(fù)墾土壤肥力水平最高。相關(guān)研究成果為復(fù)墾土地管理和改良提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：粉煤灰充填；覆土厚度；復(fù)墾土壤；肥力指標；評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.171

1 引言

土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。土壤肥力是土壤的本質(zhì)屬性，是土壤各種性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。土壤肥力反映了土壤為植物提供適宜條件的能力 [1-2]。對于以粉煤灰充填基質(zhì)的復(fù)墾土壤的覆土厚度與土壤肥力的關(guān)系研究較少。

因此，本文以安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場為例，以土壤有機質(zhì)（soil organic matter，SOM）、土壤容重（soil bulk density，BD）、土壤黏粒含量（Clay）、土壤含水量（soil moisture content，SMC）等為評價因子，基于ArcGIS10.1軟件和模糊數(shù)學(xué)方法對土壤肥力進行了綜合評價，分析不同覆土厚度下粉煤灰重構(gòu)土壤肥力狀況。以期為粉煤灰作為充填基質(zhì)的復(fù)墾模式及復(fù)墾土地的治理改良提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)為安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場，該堆場啟用于1986年，面積為231.95公頃，分東西兩坑。復(fù)墾方式包括直接復(fù)墾、覆土復(fù)墾兩類。西坑于2005年復(fù)墾，復(fù)墾年限10年以上，西坑粉煤灰平均堆深為9m。覆土復(fù)墾區(qū)種植模式為小麥-玉米輪作，直接利用的復(fù)墾區(qū)種植灌木。

采樣點布設(shè)采用網(wǎng)格采樣與分層抽樣相結(jié)合的方法，本次共確定0、10（土灰混合體）、10-20、20-30、30-40、40-50和50-60cm 等不同覆土厚度復(fù)墾區(qū)采樣點35個，1個粉煤灰堆場樣，1個周邊正常土樣（圖1），采樣深度為0-20cm。利用 SPSS16.0軟件對研究區(qū)實際采樣點屬性數(shù)據(jù)進行常規(guī)統(tǒng)計分析，以地統(tǒng)計方法對各屬性值進行空間插值，結(jié)合 ArcGIS10.1的空間分析工具得到土壤肥力綜合評價圖。

3 土壤肥力評價方法

3.1 隸屬度函數(shù)確定

隸屬度函數(shù)實際上是評價指標與作物生長效應(yīng)曲線之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，根據(jù)各評價因子對作物產(chǎn)量的效應(yīng)將隸屬度函數(shù)分為兩種類型，即S型和拋物線型。

S型隸屬度函數(shù)：此類函數(shù)參評因子指標值越高，作物生長效果越好，但是達到一定臨界值后效用趨于穩(wěn)定，土壤有機質(zhì)等養(yǎng)分因子就屬于這類函數(shù)。

拋物線型：屬于這類函數(shù)的參評因子對作物的效應(yīng)表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)作物生長效應(yīng)最好，但是超出這個范圍時作物生長效應(yīng)變差，如土壤物理粘粒含量、含水量、容重等屬于這種類型。

根據(jù)研究區(qū)土壤實際特點并聽取有關(guān)專家意見，本研究中有機質(zhì)的轉(zhuǎn)折x1=2 x2=5、容重的轉(zhuǎn)折點x3=0.1 x4=3、含水量的轉(zhuǎn)折點x1=10 x2=20 x3=30 x4=40、土壤粘粒的轉(zhuǎn)折點x1=1 x2=10 x3=20 x4=30。

3.2 權(quán)重確定

本研究采用相關(guān)系數(shù)法確定指標權(quán)重，有效避免了人為主觀性的影響。首先求得單項肥力指標間的相關(guān)系數(shù)，構(gòu)建相關(guān)系數(shù)矩陣，然后根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣求得某項肥力指標與其他指標間的相關(guān)系數(shù)平均值，將該平均值與所有指標相關(guān)系數(shù)平均值總和的比作為該項因子的權(quán)重 [2]。BD、Clay、SMC和SOM的權(quán)重分別為0.27、0.17、0.25和0.31。

3.3 復(fù)墾土壤肥力綜合評價

按照公式（1）、（2）求得各指標隸屬度后，根據(jù)以下公式計算復(fù)墾土壤肥力綜合指數(shù)，式中ai、bi分別表示第i個樣點指標的權(quán)重和隸屬度值。根據(jù)全國農(nóng)業(yè)地力等級劃分標準，結(jié)合該地區(qū)實際生產(chǎn)情況，將土壤肥力劃分為高、中、低和極低4個等級，綜合指數(shù)分別為>62、62-58、58-54、<54。

4 結(jié)果與分析

基于ArcGIS10.1繪制土壤肥力綜合指數(shù)分布圖，土壤肥力綜合指數(shù)空間分布格局差異比較明顯，隨著從北到南覆土厚度大體上是依次增加，土壤肥力綜合指數(shù)也依次增加。A區(qū)土壤肥力綜合指數(shù)最低，土壤肥力極低，這些區(qū)域主要為土灰混合覆蓋的區(qū)域，通過現(xiàn)場調(diào)查，這些區(qū)域作物長勢較差；B、C區(qū)有覆土40-50cm、30-40cm、20-30cm、10-20cm、10cm（土灰）不同地塊，這個區(qū)域有些覆土厚度較厚，但肥力等級卻較差，主要可能是由于覆土方式造成，這個區(qū)域主要采用泥漿泵法覆土。D區(qū)覆土厚度為50-60 cm、40-50cm、30-40cm、20-30cm的地塊，雖然各小地塊有不同的覆土厚度，但區(qū)域內(nèi)土壤肥力綜合指數(shù)卻是相同的?？傮w而言，覆土厚度越大，土壤肥力綜合指數(shù)越大，當覆土厚度達到40-50cm后土壤肥力已達到復(fù)墾區(qū)的最高水平。

5 結(jié)論與討論

粉煤灰復(fù)墾土壤的覆土厚度對復(fù)墾土地肥力有很大的影響。本文以粉煤灰充填基質(zhì)為對象，利用 SPSS16.0軟件對研究區(qū)實際采樣點屬性數(shù)據(jù)進行常規(guī)統(tǒng)計分析，以地統(tǒng)計方法對各屬性值進行空間插值，結(jié)合 ArcGIS10.1的空間分析工具，對不同覆土厚度下復(fù)墾土壤肥力綜合評價，揭示覆土厚度對土壤的肥力要素影響。獲取如下結(jié)論：分析綜合肥力指標對覆土厚度的響應(yīng)，確定研究區(qū)內(nèi)覆土厚度為40-50cm較為合理。后續(xù)還需進一步結(jié)合產(chǎn)量進行相關(guān)分析，建立量化的土壤肥力與覆土厚度關(guān)系。

本文重點闡述不同覆土厚度下的土壤肥力綜合評價，以下方面有待進一步研究。第一，影響復(fù)墾后土壤肥力因素眾多，后續(xù)需要進一步研究多因素耦合下的土壤肥力指數(shù)。第二，目前眾多學(xué)者多熱衷于對正常土壤的研究，對復(fù)墾土地的肥力評價較少，很多研究方法還有待于優(yōu)化以期更適合對復(fù)墾土地的評價研究。

參考文獻：

[1]駱伯勝，鐘繼洪，陳俊堅.土壤肥力數(shù)值化綜合評價研究[J].土壤，2004，36（01）：104-106.

[2]李梅，張學(xué)雷.基于GIS的農(nóng)田土壤肥力評價及其與土體構(gòu)型的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22（01）：129-136.