長江下游典型地區(qū)補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價實例分析

毛 偉,李文西,趙海濤,陳 欣,王長松,曾洪玉

(1 江蘇省揚州市耕地質(zhì)量保護(hù)站,揚州225101;2 揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,揚州225127;3儀征市耕地質(zhì)量管理站,揚州211400;4 揚州市江都區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,揚州225200)

補(bǔ)充耕地是指土地開發(fā)、復(fù)墾和整理形成的新增耕地,是協(xié)調(diào)國家建設(shè)用地需求和1.2 億hm2耕地紅線的核心手段。 耕地“占補(bǔ)平衡”政策對補(bǔ)充耕地的質(zhì)量提出了明確要求,使得補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價得到廣泛關(guān)注。 耕地質(zhì)量評價由評價指標(biāo)體系和評價方法兩部分組成。 評價過程中指標(biāo)體系不同,可能導(dǎo)致評價結(jié)果出現(xiàn)差異,甚至出現(xiàn)與客觀實際相悖的結(jié)果[1]。 耕地基礎(chǔ)地力、地理位置、評價方法等均影響耕地質(zhì)量評價指標(biāo)的選擇。 李梅等[2]以河南省延津縣中低產(chǎn)田為例,選取土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷、速效鉀、pH 和陽離子交換量等指標(biāo)作為耕地質(zhì)量評價因子。 葉回春等[3]發(fā)現(xiàn)粗糙集理論下可選取土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等指標(biāo)評價耕地質(zhì)量。 土壤質(zhì)量評價指標(biāo)既要全面、綜合反映土壤肥力,也要避免指標(biāo)間多重共線性問題[1]。 主導(dǎo)性、穩(wěn)定性、差異性、分層次控制、定量分析與定性分析相結(jié)合是土壤肥力評價指標(biāo)的選擇原則[4]。

模糊評價法和層次分析法是確定評價指標(biāo)分值和權(quán)重的有效方法[4]。 張炳寧等[5]應(yīng)用模糊評價和層次分析等方法,通過選擇評價要素、構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)、建立單因素評價模型以及計算單因素權(quán)重的技術(shù)路線建立了定性與定量相結(jié)合的耕地質(zhì)量等級評價方法。 聶艷等[6-7]根據(jù)模糊數(shù)學(xué)和多元統(tǒng)計分析原理建立了定量的耕地定級方法,采用綜合指數(shù)模型、聚類分析法將耕地劃分為5 級,評價結(jié)果與實際情況基本符合。 包耀賢等[8]認(rèn)為因子分析法、相關(guān)系數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法均適用于長期施肥下土壤肥力的綜合評價,應(yīng)首選內(nèi)梅羅指數(shù)法。

綜上可知,國內(nèi)外關(guān)于耕地質(zhì)量評價研究對象主要集中在一般成熟耕地,缺少對補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價的系統(tǒng)研究。 補(bǔ)充耕地的性質(zhì)和成熟耕地之間存在明顯差異,因此不適宜直接用一般成熟耕地的評價體系評價補(bǔ)充耕作質(zhì)量。 一般成熟耕地和補(bǔ)充耕地質(zhì)量建設(shè)納入統(tǒng)一管理有利于區(qū)域性耕作質(zhì)量整體協(xié)調(diào)提升,因此建立一套指標(biāo)體系用來同時評定一般成熟耕地和補(bǔ)充耕地就顯得尤為重要。 本研究在現(xiàn)有的全國“縣域耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系”的基礎(chǔ)上,依照長江下游典型地區(qū)(江蘇省儀征市)補(bǔ)充耕地性質(zhì)特征,增列特征性評價指標(biāo),并調(diào)整評價體系各指標(biāo)的權(quán)重,統(tǒng)一評價一般成熟耕地和補(bǔ)充耕地的質(zhì)量,以期為全國耕地質(zhì)量提升工作提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

儀征市位于江蘇省中部,地處長江下游北岸,主要由丘陵、崗地、平原三大類型地貌構(gòu)成,地貌特征在長江下游地區(qū)具備較強(qiáng)的代表性。 儀征市位于亞熱帶濕潤氣候帶,光照充足,降雨充沛,常年降水量1 079 mm、區(qū)域范圍內(nèi)降水量由南向北逐步減少,年均氣溫15.7 ℃,雨熱同期[9]。

1.2 數(shù)據(jù)收集

1.2.1 基礎(chǔ)圖的獲取

評價采用的儀征市土壤圖(1∶50 000)、儀征市地貌類型分區(qū)圖(1∶50 000)數(shù)據(jù)取自全國第二次土壤普查(1979 年)以及第二次國土資源調(diào)查成果土地利用現(xiàn)狀圖(1∶50 000)。

1.2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

通過數(shù)據(jù)調(diào)查、實地測量、農(nóng)化檢測等手段,獲取儀征市補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)調(diào)查獲取指標(biāo):補(bǔ)充耕地土壤的田間灌排設(shè)施、坡向、地貌類型、成土母質(zhì)、灌溉模數(shù)和排澇模數(shù);實地測量獲取指標(biāo):補(bǔ)充耕地的地形坡度、有效土層厚度、障礙層位置、耕層厚度、剖面構(gòu)型和侵入體含量;采用國標(biāo)農(nóng)化檢測方法獲取指標(biāo):補(bǔ)充耕地土壤的速效鉀含量、有效磷含量、pH、質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 分析方法

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件整理基礎(chǔ)數(shù)據(jù),采用通用的基于“層次分析-隸屬函數(shù)-累積曲線”技術(shù)路線開展縣域耕地質(zhì)量評價[10]。

2 補(bǔ)充耕地質(zhì)量評定方法

2.1 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

立地條件和剖面構(gòu)型是補(bǔ)充耕地與一般耕地之間存在的主要差異,因此本研究在儀征市現(xiàn)有縣域耕地質(zhì)量評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上新增剖面構(gòu)型、有效土層厚度、成土母質(zhì)和侵入體含量4 個指標(biāo),評價指標(biāo)由原有的12 個增加到16 個。 補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價體系由兩級指標(biāo)構(gòu)成:一級指標(biāo)有5 個,二級指標(biāo)有16個(圖1)。

2.1.1 剖面構(gòu)型

耕地土壤剖面構(gòu)型是耕地在長期耕種熟化過程中產(chǎn)生的一個重要性狀,良好的土壤剖面構(gòu)型不僅有利于作物根系生長發(fā)育,而且有利于保持土壤水分、養(yǎng)分,保證作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。 土體構(gòu)型是反映土壤農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性狀的重要指標(biāo),高肥力耕地一般具有良好的土壤剖面構(gòu)型。 補(bǔ)充耕地大多是從其他地方移來的混合土體堆積,一般沒有剖面構(gòu)型,土壤養(yǎng)分不均衡且肥力低。 實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充耕地平整復(fù)墾后相當(dāng)長時間作物都生長不良,在土壤剖面基本結(jié)構(gòu)形成后植物的生長狀況才明顯好轉(zhuǎn)。 增加土壤剖面構(gòu)型指標(biāo)并在指標(biāo)體系中占有較大的權(quán)重,有利于將補(bǔ)充耕地與耕種多年的成熟耕地區(qū)分開來。

2.1.2 有效土層厚度

有效土層厚度是指能滿足植物根系正常生長的土層厚度,不僅反映土壤的發(fā)育程度,也影響土壤養(yǎng)分、水分的容量和轉(zhuǎn)移。 多數(shù)作物的根系能夠利用深度為1 m 土層內(nèi)的水分和養(yǎng)分,一般都把1 m 土層厚度作為有效土層厚度的上限。 儀征市補(bǔ)充耕地主要來源于灘涂洼地開發(fā)整理以及廢棄工礦、居民宅基地復(fù)墾,有效土層厚度多數(shù)不足1 m,甚至不足30 cm。 增加有效土層厚度這個指標(biāo)并在指標(biāo)體系中占有較大的權(quán)重,也有利于將補(bǔ)充耕地與耕種多年的成熟耕地區(qū)分開來。

2.1.3 成土母質(zhì)

成土母質(zhì)作為土壤發(fā)育的主要形成因素,二者間的關(guān)系密切,母質(zhì)空間分布多樣性與土類空間分布多樣性間存在相關(guān)性[12]。 不同母質(zhì)發(fā)育的耕地土壤,其物理性狀和化學(xué)組成不同,決定了耕地的肥力水平和生產(chǎn)能力[13]。 成土母質(zhì)和土地利用均可以對土壤機(jī)械組成產(chǎn)生影響,成土母質(zhì)影響更為深刻[14]。補(bǔ)充耕地的土體一般是多種來源的混合物,成土母質(zhì)組成復(fù)雜,其物理性狀和化學(xué)組成一般都比較差。成土母質(zhì)給予適當(dāng)?shù)臋?quán)重分?jǐn)?shù),有利于將高肥力的成熟耕地與生產(chǎn)能力較差的補(bǔ)充耕地區(qū)分開來。

2.1.4 侵入體含量

侵入體指土壤中礫石、磚塊、廢棄建筑物等殘留物。 成熟耕地在長期耕作過程中,侵入體一般都被清理出土壤。 丘陵山區(qū)開墾的補(bǔ)充耕地,或者通過廢棄工礦宅基地復(fù)墾形成的補(bǔ)充耕地土體中一般都含有一定數(shù)量的侵入體。 這些侵入體不僅妨礙作物生長,而且影響機(jī)械作業(yè)和農(nóng)民在田間的農(nóng)事操作。 賦予侵入體含量一個較高的權(quán)重分?jǐn)?shù)有利于將補(bǔ)充耕地與成熟耕地區(qū)分開來。

2.2 指標(biāo)體系的權(quán)重分配

對已選定的16 個二級指標(biāo)進(jìn)行分類,評價專家組綜合分析各指標(biāo)對補(bǔ)充耕地土壤和成熟耕地土壤質(zhì)量評價的相關(guān)度和重要性,確定剖面構(gòu)型、耕層厚度、有效土層厚度、有機(jī)質(zhì)含量、成土母質(zhì)和侵入體含量等6 個指標(biāo)為A 類,土壤有效磷含量、速效鉀含量、土壤pH、質(zhì)地、障礙層位置、坡向、坡度、地貌類型、灌溉模數(shù)和排澇模數(shù)等10 個指標(biāo)為B 類。

2.2.1 A 類指標(biāo)的權(quán)重分配

根據(jù)A 類指標(biāo)對耕地質(zhì)量影響的程度,專家組應(yīng)用特爾菲方法評估了6 個指標(biāo)在補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系中的權(quán)重。 A 類指標(biāo)總權(quán)重為50%,有機(jī)質(zhì)含量權(quán)重最高為14%,剖面構(gòu)型權(quán)重為10%,其他指標(biāo)權(quán)重見圖2。

2.2.2 B 類指標(biāo)的權(quán)重分配

B 類指標(biāo)權(quán)重參照 2002 年儀征市耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系中相對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重,用乘系數(shù)的方法分配各指標(biāo)的權(quán)重。 B 類指標(biāo)總權(quán)重為 50%,其中地貌類型和灌溉模數(shù)最高,各占 10%,其他指標(biāo)權(quán)重見圖 3。

2.2.3 評價指標(biāo)的權(quán)重確定

依據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重分配方案,采用構(gòu)造層次分析模型計算獲得 16 個評價指標(biāo)在耕作質(zhì)量評價中的權(quán)重(表 1)。

表1 各個指標(biāo)的組合權(quán)重Table 1 Combined weight of each index

3 實例應(yīng)用

利用通用的縣域耕地質(zhì)量評價指標(biāo)系統(tǒng)(2002 年制定),采用 1 級地(≥0. 85)、2 級地(0. 76—0. 85)、3 級地(0. 68—0. 76)、4 級地(0. 57—0. 68)以及5 級地(0—0. 57)的評價系數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)對儀征市49 093. 3 hm 2(含補(bǔ)充耕地和一般耕地)的耕地質(zhì)量進(jìn)行評價分級。 結(jié)果表明(圖 4A):儀征市耕地 1、2、3、4 和 5 級地面積的比例分別為 11. 35%、28. 33%、35. 72%、18. 55% 和 6. 05%。 利用本研究修訂后的指標(biāo)體系,采用相同的評價系數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)對儀征市耕地質(zhì)量狀況進(jìn)行評價分級。 結(jié)果表明(圖 4B):儀征市耕地質(zhì)量分為5 級,1、2、3、4 和 5 級地的面積比例分別為 12. 55%、26. 88%、37. 16%、19. 85%、3. 56%。

比較兩種評價體系得出的結(jié)果可知:儀征市 14 090 個評價單元采用修訂后的耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系進(jìn)行耕地評價后,等級升高 1 級的單元數(shù)為 1 337 個,占 9. 49%;等級不變的單元數(shù)為 11 442 個,占81.21%;等級降低1 級的單元數(shù)為1 282 個,占9.10%;等級降低2 級的單元數(shù)為29 個,占0.2%。 可見,修訂后的評價方法與現(xiàn)有通用評價結(jié)果吻合度較高。 評價結(jié)果表明,采用修訂后的耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系進(jìn)行耕地質(zhì)量評價,評價結(jié)果不僅能夠真實地反應(yīng)補(bǔ)充耕地存在的問題和地力等級,而且一般成熟耕地的地力等級與現(xiàn)有通用耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系評價結(jié)果基本一致。

修訂后的耕地地力評價體系在江蘇省寶應(yīng)縣、高郵市、江都區(qū)、邗江區(qū)、江陰市和海安縣等長江下游地區(qū)縣域行政區(qū)進(jìn)行了驗證性應(yīng)用,均取得了與儀征市基本一致的效果。

4 結(jié)論

在現(xiàn)有的全國“縣域耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系”中新增剖面構(gòu)型、有效土層厚度、成土母質(zhì)和侵入體含量等4 個指標(biāo),重新分配了各指標(biāo)體系的權(quán)重構(gòu)建的“縣域耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系”有效地統(tǒng)一了一般成熟耕地和補(bǔ)充耕地地力評價體系,在我國補(bǔ)充耕地質(zhì)量評價工作和耕地質(zhì)量管理工作中能夠發(fā)揮重要作用。