藁城市蔬菜地力調(diào)查與土壤質(zhì)量評價

刁琢 尹興 李婷

摘要 土壤質(zhì)量是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的關(guān)鍵因素之一。本研究通過蔬菜地耕層地力調(diào)查與定量化評價工作，明確了藁城市蔬菜耕地的土壤質(zhì)量和蔬菜地耕層地力狀況；并采用層次分析法、模糊評價法對藁城市菜地土壤質(zhì)量進(jìn)行評價。結(jié)果表明，研究區(qū)耕地基礎(chǔ)地力可分為5個等級，其中一等地占41.90%，二等地占32.81%，三等地占15.37%，四等地占4.45%，五等地占5.47%。菜地土壤肥力質(zhì)量從其耕層養(yǎng)分總體水平看，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀平均含量高于1980年全省平均水平；微量元素中有效鋅有明顯提高。設(shè)施菜地土壤肥力明顯高于露地菜地。本研究結(jié)果對耕地土壤養(yǎng)分資源的科學(xué)管理、城郊農(nóng)業(yè)生態(tài)園區(qū)發(fā)展、土壤可持續(xù)利用及測土配方施肥有積極意義。

關(guān)鍵詞 菜地；土壤質(zhì)量；GIS；地力評價；河北藁城

中圖分類號 S159 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0057-02

Investigation on Vegetable Fertility and Soil Quality Evaluation in Gaocheng City

DIAO Zhuo 1 YIN Xing 2 LI Ting 2

（1 Greater Khingan Range Institute of Agricultural and Forestry Science，Greater Khingan Range Heilongjiang 165000； 2 Hebei University of Economics and Business）

Abstract The quality of soil is one of the key factors affecting the quality and safety of agricultural products.In this study，through the investigation and quantification of cultivated land fertility in vegetable fields，the soil quality of cultivated land and the soil fertility of vegetables in Gaocheng City were clarified.The quality of vegetable land in Gaocheng City was evaluated by using AHP and fuzzy evaluation method.The results showed that the basic cultivated land area in the study area could be divided into five levels，accounting for 41.90%，32.81%，15.37%，4.45% and 5.47%，respectively.From the overall level of nutrients in the plough layer，the soil fertility quality of vegetable fields was higher，the average content of soil organic matter，total nitrogen，available phosphorus，and available potassium were higher than the average level of the province in 1980；the effective zinc has significantly increased.The soil fertility of the vegetable plots in the facilities was significantly higher than that in the exposed vegetable plots.The results have positive significance for the scientific management of cultivated soil nutrient resources，the development of suburban agricultural ecological parks，the sustainable use of soil，soil testing and formula fertilization.

Key words vegetable land；soil quality；GIS；land evaluation；Gaocheng Hebei

在人口增加和經(jīng)濟(jì)建設(shè)占用耕地不可逆轉(zhuǎn)的條件下，摸清耕地資源數(shù)量，及時了解和掌握耕地土壤養(yǎng)分含量現(xiàn)狀及其變化規(guī)律，是提高耕地資源利用率、保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍沿用第二次土壤普查數(shù)據(jù)資料指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而第二次土壤普查時間是1979—1985年，至今已有30多年。為此，農(nóng)業(yè)部從2005年開始在全國實(shí)施了測土配方施肥項(xiàng)目。藁城市蔬菜種植面積大，對蔬菜地土壤質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研可為當(dāng)?shù)厥卟税踩a(chǎn)保駕護(hù)航[1]。

本文以藁城市測土配方施肥項(xiàng)目取得的大量數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，開展蔬菜地耕層地力評價工作，通過野外調(diào)查、采樣分析，以及地理信息系統(tǒng)將所得數(shù)據(jù)與1982年的第二次土壤普查數(shù)據(jù)和1993年耕層養(yǎng)分調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較[2]，分析藁城市土壤養(yǎng)分含量和土壤中微量元素含量與分布狀況，并對蔬菜地、耕地進(jìn)行分等定級。通過外業(yè)調(diào)查和資料分析，闡明藁城市耕地地力狀況、土壤養(yǎng)分變化趨勢，為提高耕地地力、糧食安全生產(chǎn)、科學(xué)施肥以及種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

近年來，全國各地基于地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，采用聚類法分析法、層次分析法、綜合歸納法、模糊評價法對耕地地力評價方面等進(jìn)行了一系列研究，也取得了一些成果[3-7]。王瑞燕等[8]利用模糊評價法、層次分析法和數(shù)學(xué)模型，以山東青州為研究地，對耕地地力實(shí)現(xiàn)了自動化、定量化評價。林碧珊[9]等以土種為單元，采用限制因素法和綜合歸納法，評價了耕地地力等級。本文運(yùn)用GIS技術(shù)與傳統(tǒng)耕地地力評價方法相結(jié)合，分析藁城市菜地地力與土壤各肥力因子的時空變化特征，及時掌握菜地資源的數(shù)量、質(zhì)量及其分布，可準(zhǔn)確地反映了菜地地力的空間差異，提高了菜地地力評價結(jié)果的精度。通過GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，統(tǒng)一管理菜地地力等級劃分，實(shí)現(xiàn)評價單元屬性值的自動計算，并可快速更新耕地資源信息庫。對推動蔬菜地資源的合理配置、優(yōu)化種植業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

藁城市地處冀中南平原，總耕地面積5.44萬hm2。境內(nèi)地勢平坦，土壤肥沃，水源豐富，日照充足，氣候溫和。平均海拔55～65 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。年平均降水量498 mm，蒸發(fā)量1 589.3 mm，日照時數(shù)為2 711.4 h，太陽輻射總量為546.5 kJ/cm2，無霜期為189 d。

1.2 布點(diǎn)及樣品采集

由于第二次土壤普查的布點(diǎn)具有代表性和均勻性，此次布點(diǎn)盡可能在第二次土壤普查的取樣點(diǎn)上布點(diǎn)。一是室內(nèi)樣點(diǎn)布置。按規(guī)定的密度要求，根據(jù)采樣總數(shù)量，采用MapGis、MapInfo、ArcGIS等軟件進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計，布設(shè)采樣點(diǎn)前需準(zhǔn)備好項(xiàng)目縣行政區(qū)劃圖、土地利用現(xiàn)狀圖（最新，1∶50 000）、DEM圖、土壤類型圖（1∶50 000）。二是野外糾正。采樣人員帶上采樣點(diǎn)分布和對應(yīng)屬性表，深入實(shí)地對布點(diǎn)情況進(jìn)行及時糾正。

樣品采集要具有明顯、穩(wěn)定、典型的性質(zhì)。在藁城市具體地塊取樣首先用GPS定位儀，確定準(zhǔn)確地理位置。耕層采樣深度0～20 cm，在取樣地塊用“S”法，均勻隨機(jī)采取10～15個采樣點(diǎn)，每個分樣點(diǎn)的采土部位、深度、數(shù)量要求要保持一致。采樣的工具用不銹鋼土鉆，按照地塊壟、溝比例確定壟、溝取土點(diǎn)位數(shù)量，采集的各樣點(diǎn)土壤挑出雜質(zhì)，充分混勻后，四分法留取1.5 kg裝入樣品袋，放置在陰涼處自然風(fēng)干，過100目尼龍篩，密封保存。

1.3 菜地質(zhì)量評價過程

1.3.1 評價指標(biāo)選取和權(quán)重的確定。參評指標(biāo)是指參與評定菜地地力等級的菜地的諸屬性。遵循穩(wěn)定性、綜合性、差異性、定量性和定性相結(jié)合原則，結(jié)合藁城市的具體實(shí)際，選取有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮、灌溉能力、質(zhì)地、地貌類型、土體構(gòu)型、耕層厚度等9項(xiàng)因素作為菜地地力評價的參評指標(biāo)。采用層次分析法來確定各參評指標(biāo)的權(quán)重[10-12]。

1.3.2 參評因素隸屬函數(shù)的建立。采用模糊數(shù)學(xué)法，根據(jù)各因素對土壤質(zhì)量的影響特點(diǎn)和各因素評價指標(biāo)建立隸屬函數(shù)，然后再根據(jù)各因素實(shí)際值求得隸屬度[8]。因?yàn)槎恳蜃优c土地質(zhì)量之間的關(guān)系比較復(fù)雜，根據(jù)前人研究的成果，有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷、堿解氮等表現(xiàn)為戒上型隸屬函數(shù)；坡度、海拔和耕層厚度表現(xiàn)為直線型隸屬函數(shù)。

1.3.3 綜合評價指數(shù)計算與耕地分級。利用累加模型計算菜地綜合指數(shù)IFI，對應(yīng)于每個圖斑的綜合指數(shù)計算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci（i=1，2，3，k，n）

式中，F(xiàn)i表示第i個因子的隸屬度，Ci表示第i個因素的權(quán)重值。根據(jù)綜合指數(shù)的計算結(jié)果，根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)，然后采用累積曲線分級法[13]，將試驗(yàn)區(qū)的耕地地力分為5級。

2 結(jié)果與分析

2.1 藁城市菜地土壤耕層養(yǎng)分含量變化規(guī)律與評價

從表1可以看出，藁城市菜地有機(jī)質(zhì)含量平均為25.6 g/kg，其中設(shè)施菜地和露地菜地分別為30.1、22.5 g/kg；全氮含量平均為0.89 g/kg，其中設(shè)施菜地和露地菜地分別為0.95、0.75 g/kg；硝態(tài)氮含量平均為91.64 mg/kg，其中設(shè)施菜地和露地菜地分別為114.69、56.71 mg/kg；有效磷含量平均為83.13 mg/kg，其中設(shè)施菜地和露地菜地分別為113.88、52.13 mg/kg；速效鉀含量平均為134.77 mg/kg，其中設(shè)施菜地和露地菜地分別為173.81、52.13 mg/kg。由此表明，設(shè)施菜地耕層有機(jī)質(zhì)及大量元素養(yǎng)分含量明顯高于露地菜地。

耕層土壤交換性鈣含量平均為10.41 mg/kg，交換性鎂平均為2.25 mg/kg，有效硫平均為89.02 mg/kg，有效硅含量為145.47 mg/kg，中量元素比較豐富；微量元素中，有效硼、有效銅、有效鋅、有效鉬、有效錳、有效鐵含量平均分別為0.50、1.29、2.54、0.14、6.08、10.83 mg/kg。

從表2可以看出，大量元素有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀2017年平均含量都高于1980年全省平均水平。微量元素中有效鋅提高很快，藁城市土壤有效鋅的含量自第二次土壤普查以來已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，1982年全市土壤有效鋅含量多處于3級或4級，20多年來由于肥料的合理施用，土壤有效鋅含量逐年增加，目前土壤有效鋅含量多處于2級，還有一部分屬于1級地和3級地水平。

2.2 各等級耕地的空間分布與劃分

根據(jù)藁城地區(qū)菜地實(shí)際情況，以1∶50 000耕地土種圖、土地利用現(xiàn)狀圖、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀圖3種圖件疊加形成的圖斑為評價單元，選取15個因素建立評價指標(biāo)體系，將藁城市菜地地力共劃分為5個等級，各等級菜地地力綜合指數(shù)見表3。

菜地地力評價是由多種因素綜合作用的結(jié)果，每一個因素均對地力有復(fù)雜影響，且因素之間相互制約、相互影響。本研究主要采用層次分析法確定各參評因素的權(quán)重[11-12]，菜

地地力方面則選取土壤地貌類型、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分等方面組成進(jìn)行分析、比較、量化和排序，再比較各因素之間的重要性，構(gòu)造判斷矩陣，確定權(quán)重。其中地貌類型、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、灌溉能力、土體構(gòu)型、耕層厚度權(quán)重分別為0.138 3、0.605 0、0.083 0、0.107 0、0.940 0、0.057 5、0.057 0、0.025 8、0.023 5。

采用模糊數(shù)學(xué)法，根據(jù)各因素對土壤質(zhì)量的影響特點(diǎn)和各因素鑒定指標(biāo)建立隸屬函數(shù)，然后再根據(jù)各因素實(shí)際值求得隸屬度。定量因子與土地質(zhì)量的關(guān)系比較復(fù)雜，根據(jù)前人研究成果，其中有機(jī)質(zhì)含量、有效磷、速效鉀、堿解氮表現(xiàn)為戒上型函數(shù)，坡度、海拔等與耕層厚度表現(xiàn)為直線型函數(shù)。具體如表4所示。

從表5和圖1可以看出，藁城市共有菜地34 266.66 hm2，地力可分為5等：一等地面積14 357.73 hm2，占菜地面積的41.90%；二等地面積11 242.9 hm2，占菜地面積的32.81%；三等地面積5 266.79 hm2，占菜地面積的15.37%；四等地面積1 524.87 hm2，占菜地面積的4.45%；五等地面積1 874.39 hm2，占菜地面積的5.47%。該市一等地較多，占41.9%，其次是二等地，占32.81%，四、五等地較少。

菜地等級的地域分布特點(diǎn)是一等地主要集中分布于西南部，以崗上、廉州、丘頭、南營、梅花等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主。土壤類型為洪沖積褐土、洪沖積潮褐土地貌類型以緩平坡地、槽狀洼地、緩崗為主，部分地塊屬山前傾斜平地、山前緩平地，地面坡度很小。二級地土壤位于山前沖積扇平原的中部，主要分布于增村、西關(guān)、張家莊、南孟、九門南董、賈市莊等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土壤類型多為石灰性褐土、潮褐土，地貌類型主要是山前緩平地、緩平坡地為主，地面坡度較小。三級地位于山前沖積扇上，主要分布于九門、興安、常安、賈市莊、張家莊等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。土壤類型多為褐潮土，地貌類型以山前平地為主，帶有山前緩平地，地面坡度較小。

3 結(jié)論

分析結(jié)果表明，藁城市設(shè)施菜地耕層有機(jī)質(zhì)及大量元素養(yǎng)分含量明顯高于露地菜地。大量元素有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀平均含量高于1980年全省平均水平。菜地耕層微量元素中有效鋅提高很快。

按照河北省菜地質(zhì)量調(diào)查和評價規(guī)程以及分級標(biāo)準(zhǔn)將藁城市菜地地力進(jìn)行了評價和分級。將藁城市菜地地力共劃分為5個等級，其中，一等地占41.9%；二等地占32.81%；三等地占15.37%；四等地占4.45%；五等地占5.47%。

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