永昌縣耕地質(zhì)量評價及特征分析

馬文軍，張廷龍，武均，3，蔡立群，3*

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2永昌縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，甘肅永昌 737200；3甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，蘭州 730070）

耕地是人類賴以生存的基本生產(chǎn)要素，是糧食安全的基本保障。我國一直十分重視對全國耕地資源的監(jiān)管，從最初單一強調(diào)數(shù)量，到如今的數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)并重［1，2］。耕地質(zhì)量評價對掌握耕地質(zhì)量變化特征，提升耕地質(zhì)量以及耕地與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［3，4］。

國內(nèi)外耕地質(zhì)量評價研究歷史悠久，都是從單一內(nèi)涵走向綜合性內(nèi)涵［2］。隨著土壤學(xué)科的發(fā)展以及對作物與立地條件關(guān)系的深入研究［5］，人們對耕地質(zhì)量也有了進一步的認識。耕地質(zhì)量，是指在特定氣候區(qū)域以及地形、地貌、成土母質(zhì)、土壤理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施及培肥水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力，受立地條件、剖面性狀、耕層理化性狀、養(yǎng)分狀況、土壤健康狀況和土壤管理等因素影響并決定［6-10］。近幾年來，很多學(xué)者通過GIS軟件、遙感以及層次分析等方法進行耕地質(zhì)量評價并取得了大量研究成果［11］，如李建華等［12］、陳朝等［13］、李聆宇等［14］分別利用GIS軟件針對不同地區(qū)進行了耕地質(zhì)量評價研究。

永昌縣地處河西走廊，地形復(fù)雜，氣象要素各異，盛產(chǎn)糧、油、瓜、果、禽、蛋、肉、毛，是全國重要商品糧基地，土地成為永昌縣農(nóng)民增收致富的保障?？v觀國內(nèi)外相關(guān)研究，針對永昌縣耕地質(zhì)量系統(tǒng)研究尚較少。本研究對永昌縣耕地質(zhì)量狀況進行分析，旨在為永昌縣耕地質(zhì)量的保護與提升等提供科學(xué)依據(jù)和對策。

1 研究區(qū)概況、資料收集與整理

1.1 研究區(qū)概況

永昌縣隸屬甘肅省金昌市，地處河西走廊東部、祁連山北麓、阿拉善臺地南緣。屬中溫帶大陸性干旱氣候。地理坐標為東經(jīng)101°04′～102°43′，北緯37°47′～38°39′，海拔1 327～4 442 m，地勢走向西南高東北低。全年日照時數(shù)2 812.2 h，年平均氣溫5.7℃，總降水量243.3 mm，年蒸發(fā)量2 067.9 mm，全年無霜期一般為121 d，耕地總面積6萬hm2，耕地土壤類型為灌漠土，主要經(jīng)濟作物為青稞、小麥、豌豆等。

1.2 資料收集與整理

永昌縣耕地總面積6萬hm2，按每670 hm2耕地不少于1個樣點的密度，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況共布設(shè)調(diào)查樣點128個。永昌縣耕地質(zhì)量等級評價是依據(jù)《耕地質(zhì)量等級》國家標準（GB/T33469—2016），對耕地的條件、養(yǎng)分狀況、耕層理化性狀、剖面性狀、健康進行分析，充分利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，通過空間、層次、綜合指數(shù)等方法，對耕地質(zhì)量進行綜合評價。采用5點取樣法和國標法，涉及數(shù)據(jù)4 700余項次，化驗指標包括有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH及其他理化指標。

為確保耕地地力評價結(jié)果的真實、可靠，對收集的數(shù)據(jù)進行分類、篩選。屬性數(shù)據(jù)資料審核的方法包括人工檢查和機器篩查和基本統(tǒng)計量、計算方法、頻數(shù)分布類型檢驗、異常值的判斷與剔除等。圖件資料審查按照點位坐標、制圖標準、圖件專題內(nèi)容實際分布狀況逐圖檢查核實。

2 評價方法

2.1 耕地質(zhì)量評價原理

以2019年度耕地質(zhì)量等級調(diào)查采樣與檢測數(shù)據(jù)過錄表提取屬性數(shù)據(jù)，充分利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，通過空間、層次、綜合指數(shù)等方法，對耕地地力、土壤健康狀況和田間基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成持續(xù)產(chǎn)出和質(zhì)量安全的能力進行綜合評價。

2.2 評價原則

在評價過程中遵循綜合研究與主導(dǎo)因素分析相結(jié)合、定性與定量評價相結(jié)合、GIS和GPS技術(shù)支持的評價方法及共性評價與專題研究相結(jié)合原則。

2.3 評價單元劃分

將土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、行政區(qū)劃圖三者疊加，形成的圖斑作為耕地質(zhì)量等級評價底圖，底圖的每一個圖斑為一個評價單元。永昌縣耕地質(zhì)量等級評價單元圖包含豐富的屬性數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)狀地類、土壤類型、權(quán)屬坐落及評價指標、養(yǎng)分分級等，主要來源于點位、線性、矢量及外部數(shù)據(jù)表。

3 永昌縣耕地質(zhì)量評價等級劃分

3.1 評價指標及其權(quán)重的確定

根據(jù)指標選取原則，按照甘新區(qū)耕地質(zhì)量等級評價標準，針對永昌縣耕地質(zhì)量評價要求，建立目標、準則、指標等三個層次。目標層即耕地質(zhì)量，準則層包括立地條件、土壤管理、養(yǎng)分狀況、剖面性狀、耕層理化性狀、健康狀況，指標層包括16個評價指標。應(yīng)用特爾斐法和層次分析法相結(jié)合的方法確定指標權(quán)重，見表1。

表1 永昌縣耕地質(zhì)量等級評價指標權(quán)重Table 1 The evaluation index weight of cultivated land quality grade in Yongchang County

3.2 評價指標隸屬函數(shù)構(gòu)建

隸屬函數(shù)類型包括戒上型、峰型、戒下型、直線型、概念型等5類函數(shù)。對概念型數(shù)據(jù)，直接采用特爾斐法給出隸屬度，見表2～3。

表2 永昌縣耕地質(zhì)量等級評價函數(shù)型指標及其隸屬函數(shù)Table 2 The evaluation function index of cultivated land quality grade in Yongchang County

表3 永昌縣耕地質(zhì)量等級評價指標描述及其隸屬度Table 3 The evaluation index description of cultivated land quality grade and its subordinate degree in Yongchang County

3.3 耕地質(zhì)量的綜合評分與定級

根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》（GB/T33469-2016），采用累加法計算各評價單元的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，其計算公式為：

式中：IFI—耕地質(zhì)量綜合指數(shù)；Fi—第i個評價指標的隸屬度；Ci—第i個評價指標的組合權(quán)重。

采用等距離法將耕地質(zhì)量劃分為十個等級。一等地耕地質(zhì)量最好，十等地耕地質(zhì)量最差。按照永昌縣耕地質(zhì)量等級劃分標準，永昌縣IFI值在一至五等地之間，并對永昌縣耕地質(zhì)量區(qū)域評價結(jié)果進行集中審查，通過產(chǎn)量、對比、專家與實地驗證相結(jié)合評價結(jié)果，確保耕地質(zhì)量等級結(jié)果數(shù)據(jù)科學(xué)準確、符合實際（表4）。

表4 永昌縣耕地地力等級劃分標準Table 4 The standard for grading of cultivated land in Yongchang County

3.4 耕地質(zhì)量主要性狀指標分級標準

永昌縣耕地土壤養(yǎng)分分級標準以甘新區(qū)蒙寧甘農(nóng)牧二級區(qū)為準（表5）。

表5 永昌縣耕地質(zhì)量主要性狀標準Table 5 Main character criteria of cultivated land quality in Yongchang County

4 評價結(jié)果及其分析

4.1 永昌縣耕地質(zhì)量評價等級分析

永昌縣耕地質(zhì)量等級評價面積共85 492.59 hm2。永昌縣耕地質(zhì)量等級由高到低依次劃分為一等至五等，沒有六、七、八、九、十等級。通過耕地質(zhì)量等級面積加權(quán)法，得到永昌縣耕地質(zhì)量平均等級為1.52等。一等地到五等地面積占比分別為65.07%、21.35%、11.16%、1.24%、1.18%，其中，一、二、三等耕地所占比重較大。評價為一等地的耕地面積為55 628.57 hm2，占評價耕地總面積的65.07%，灌溉和排水條件均滿足，少部分耕地有瘠薄現(xiàn)象，土壤類型主要是灌漠土。評價為二等地的耕地面積為18 256.01 hm2，占評價耕地總面積的21.35%，灌排條件滿足，二分之一耕地輕度鹽漬化，少部分耕地瘠薄，主要以灌漠土為主。評價為三等地的耕地面積為9 538.7 hm2，占永昌縣耕地總面積的11.16%，以灰棕漠土為主，灌溉條件良好，該地區(qū)少部分耕地存在瘠薄障礙因素，大部分耕地輕度鹽漬化，部分耕地存在中度鹽漬化。評價為四等地的耕地面積為1 057.49 hm2，占評價耕地總面積的1.24%，以風(fēng)沙土為主，滿足灌溉和排水能力，土壤存在輕度鹽漬化，無障礙因素。評價為五等地的耕地面積為1 011.82 hm2，占評價耕地總面積的1.18%，土壤類型為風(fēng)沙土，質(zhì)地為薄層型，耕地均滿足灌排條件，部分耕地鹽漬化面積較大，均呈現(xiàn)出輕、中度鹽漬化，少部分耕地存在瘠薄現(xiàn)象。

4.2 永昌縣耕地土壤養(yǎng)分分布特征分析

保護土壤、培肥地力，不斷提高生產(chǎn)力是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要目標［9］。土壤養(yǎng)分狀況決定耕地地力的高低［10］，因此了解土壤養(yǎng)分的變化對研究耕地地力具有重要意義。依據(jù)甘新區(qū)土壤養(yǎng)分分級標準，分析土壤養(yǎng)分等級狀況。結(jié)果表明：永昌縣土壤有機質(zhì)整體水平較高、土壤全氮處中低等水平、有效磷和速效鉀主要分布處中等水平。具體表現(xiàn)為：土壤有機質(zhì)含量主要集中在20～25 g/kg之間，屬較高水平，其面積占比達51.39%，在低水平?jīng)]有分布?？梢?，永昌縣耕地土壤有機質(zhì)含量普遍較高。土壤全氮含量集中分布在1.0～1.5 g/kg之間，屬中等水平，其面積占比達73.39%，高水平?jīng)]有分布，較低等級面積占比為20.94%，說明該地區(qū)土壤氮素缺乏。土壤有效磷含量主要集中分布在20～30 mg/kg之間，屬于中等水平，其面積占比75.91%；土壤速效鉀含量在150～200 mg/kg和200～250 mg/kg之間，屬中、高水平，其面積占比93.37%（表7）。

表6 永昌縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質(zhì)量等級Table 6 The grade of cultivated land quality in villages and towns of Yongchang County hm2

表7 永昌縣耕地土壤養(yǎng)分分級及面積占比Table 7 Soil Nutrient Classification Area of Cultivated Land in Yongchang County

從空間分布看，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤有機質(zhì)含量處中高水平，全氮含量整體處中等水平，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)處較低水平；速效鉀含量處于較高和中等水平，有效磷含量整體處于中等水平，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)處較低水平（表8）。

表8 永昌縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤養(yǎng)分含量與等級分布Table 8 Soil Nutrient Content and Grade Distribution of Cultivated Land in Yongchang County

圖1 永昌縣耕地質(zhì)量等級分布圖Fig 1 The distribution of cultivated land quality in Yongchang County

5 結(jié)論

（1）永昌縣土壤有機質(zhì)平均含量主要集中在20～25 g/kg之間，處于較高水平；全氮平均含量主要集中在1.0～1.5 g/kg之間，處于中等水平；有效磷平均含量主要集中在20～30 mg/kg之間，處中等水平；速效鉀平均含量主要集中在150～200 mg/kg和200～250 mg/kg之間，處中等和較高水平。同時，其城市周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如紅山窯鎮(zhèn)、東寨鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)等地耕地土壤養(yǎng)分平均含量較高；而離城市較遠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如河西堡鎮(zhèn)、六壩鎮(zhèn)、水源鎮(zhèn)、朱王堡鎮(zhèn)等地耕地土壤養(yǎng)分平均含量較均低。

（2）永昌縣耕地質(zhì)量平均等級為1.52；分布有一至五等級地，一、二、三等級地為永昌縣耕地質(zhì)量等級主體，面積占比分別為65.07%、21.35%、11.16%。因此，永昌縣耕地質(zhì)量水平整體較高。

6 建議

（1）永昌縣鹽漬化耕地分布范圍較廣，鹽堿地含鹽量過高，土壤養(yǎng)分含量和有機質(zhì)含量均較差，生產(chǎn)能力和地力水平均較低，對作物生長不利［14］。可利用水利工程改良，合理灌溉降低水分蒸發(fā)；深翻使表層與深層土壤充分混合可有效緩解土壤的次生鹽漬化進程；添加有機肥可改善土壤的酸堿度、增強土壤的松散度、減少土壤板結(jié)，從而有效緩解土壤鹽漬化。

（2）永昌縣耕地存在貧瘠現(xiàn)象，導(dǎo)致土壤板結(jié)，漏水漏肥，土壤有機質(zhì)含量下降、大量與中微量養(yǎng)分存在不均衡等現(xiàn)象［15］?？赏ㄟ^施用有機肥料和測土配方施肥來改善。有機肥能提高土壤有機質(zhì)含量，吸附較多的陽離子，使土壤的肥力顯著提高；測土配方施肥能夠精確補充土壤缺失的營養(yǎng)，既能提高作物產(chǎn)量，又能避免浪費。

（3）永昌縣地處河西走廊東部，土壤沙化較嚴重，影響生態(tài)環(huán)境，制約經(jīng)濟的發(fā)展［16］。建立完善的防護體系和灌排體系，有效開發(fā)利用沙化土地，堅持長、中、短期利益相結(jié)合的原則，注重高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效和市場競爭動態(tài)，在經(jīng)濟林、林糧間作、農(nóng)作物種植上分別進行高產(chǎn)開發(fā)利用。