渭北旱塬土地整治新增耕地土壤養(yǎng)分特征及肥力等級評價
——以合陽縣為例

胡 一，王 晶，李 剛

（陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司；陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室；陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心；自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，西安 710021）

0 引言

當(dāng)前中國經(jīng)濟已步入高質(zhì)量發(fā)展階段，新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設(shè)持續(xù)深入推進，要實現(xiàn)區(qū)域和城鄉(xiāng)平衡發(fā)展，均衡發(fā)展，就要統(tǒng)籌推進鄉(xiāng)村振興和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，進一步擴大城市化建設(shè)規(guī)模。在此過程中，占用大量耕地不可避免，土地整治在盤活存量土地、節(jié)約集約用地、適時補充耕地和提升土地產(chǎn)能方面發(fā)揮著巨大作用[1]，已成為目前最大規(guī)模改變土地利用方式和影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的人類活動之一[2]。土地整治后，土地生產(chǎn)條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制已經(jīng)基本解除[3]。土壤養(yǎng)分狀況則成為新的制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，土壤養(yǎng)分是新增耕地能否實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的主要判斷標準[4]。目前，有關(guān)土地整治的研究已經(jīng)受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，在土地整治理論研究[5]、效益分析[6]、土地整理區(qū)劃與規(guī)劃[7-11]等方面都取得了較為系統(tǒng)性的研究成果。但前人的研究主要注重解決制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的外部因素，土壤有機結(jié)構(gòu)、農(nóng)田管理、植物營養(yǎng)保障等方面的因素研究還不深入。研究新增耕地土壤養(yǎng)分特征，有針對性地采取合理施肥及耕作技術(shù)，對于提高土地資源及肥料養(yǎng)分資源的利用率具有重要的理論和實踐意義。渭北旱塬水熱條件適宜農(nóng)作物的種植，是陜西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要基地[12]，有學(xué)者研究表明渭北旱塬的耕地面積不斷衰減[13-14]，通過土地整治等人為干預(yù)手段實現(xiàn)渭北旱塬耕地總量動態(tài)平衡迫在眉睫。目前關(guān)于該區(qū)域土壤養(yǎng)分的研究多集中在連續(xù)性較強的耕地土壤上[15-17]。關(guān)于新增耕地養(yǎng)分分析尤其是進行多指標綜合評價的研究鮮有報道。因此，本研究以地處渭北旱塬東部的陜西省合陽縣12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地整治項目新增耕地為對象，研究合陽縣域內(nèi)不同區(qū)域土地整治項目中新增耕地土壤養(yǎng)分狀況并對其進行評價，旨在為新增耕地后期管理和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

合陽縣位于陜西省關(guān)中平原東北部，渭北旱塬東部，渭南市中東部（東經(jīng) 109°58′—110°25′，北緯 34°59′—35°26′），東鄰黃河，與山西省臨猗縣相隔；西隔大峪河，與澄城縣毗鄰；北依梁山，與韓城市及黃龍縣接壤；南部為鐵鐮山，與大荔縣和澄城縣相連[14]，研究區(qū)平均海拔721 m，為暖溫帶半濕潤偏旱季風(fēng)氣候，降雨量分配不均，主要集中在7—9月，降雨量553 mm，年均溫度為11.5℃，晝夜溫差較大，整個縣域呈階梯地形，自東南向西北逐漸升高，海拔從335～1543 m，落差較大，南北長41.8 km，東西寬35.6 km，總面積1328.71 km2，地貌類型依次為河谷階地、黃土臺塬和低中山。轄區(qū)12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，215個行政村（社區(qū)），總面積1437 km2，總?cè)丝?1萬。

1.2 樣品采集

在合陽縣12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的典型土地整治項目設(shè)點采樣，在每塊研究樣地上，按照梅花采樣法分為5個點，然后按照“隨機”、“等量”和“多點混合”的原則進行采樣[18]，分別采集表層(0～30 cm)土樣，每個土樣1000 g左右，裝袋帶回實驗室風(fēng)干處理并進行室內(nèi)分析（表1）。

表1 新增耕地取樣點數(shù)目及區(qū)位

1.3 檢測項目及方法

土壤在實驗室內(nèi)自然風(fēng)干，按照常規(guī)方法進行處理[19]，檢測方法如表2。

表2 土壤各項指標及測定方法

選取土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀4項指標作為新增耕地土壤肥力的評價因子。各項指標的量級劃分參照全國第二次土壤普查分級標準[20]，具體劃分如表3。

表3 各級別分布下土壤肥力指標

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用Excel進行數(shù)據(jù)錄入、整理及制圖，SPSS.18.0進行統(tǒng)計分析。

1.5 物元模型評價方法

采用物元模型進行土壤養(yǎng)分評價。土壤養(yǎng)分是一個多指標體系，某個特定指標只能描述某一側(cè)面?；诳赏乩碚摰奈镌治龇ǔ浞挚紤]到每一個土壤養(yǎng)分的指標，并將其作為土壤養(yǎng)分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每個指標都是土壤養(yǎng)分的質(zhì)和量的統(tǒng)一體。通過引入負數(shù)的概念建立各個指標與整體的關(guān)聯(lián)度，綜合各種因素的全部信息，從而全面地反映土壤養(yǎng)分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個指標彼此之間的關(guān)系，更好的判定區(qū)域土壤養(yǎng)分的基本情況。各個指標評價權(quán)重，在通過一致性檢驗的基礎(chǔ)上，采用層次分析法(AHP)進行計算確定[21]。根據(jù)4個指標的分級標準，構(gòu)造物元模型，結(jié)合所確定的權(quán)重系數(shù)對結(jié)果進行計算評價，得出土壤的養(yǎng)分等級[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 新增耕地土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計分析

由表4可知，合陽縣土地整治項目新增耕地土壤養(yǎng)分含量普遍較低，其中有機質(zhì)平均含量8.66 g/kg，全氮1.30 g/kg，有效磷18.66 mg/kg，速效鉀151.21 mg/kg。根據(jù)全國第二次土壤普查分級標準，合陽縣新增耕地土壤有機質(zhì)屬于四級，全氮、有效磷屬于三級，速效鉀屬于二級。整體來看土壤有機質(zhì)含量偏低，而全氮、有效磷為適中水平，速效鉀較豐富，可能是因為土地整治 措施例如機械碾壓、土壤深翻、表土剝離以及回填，打破了土壤的原始狀態(tài)，并且新增耕地土壤來源主要為生土，故土壤肥力整體水平偏低。新增耕地土壤養(yǎng)分變異系數(shù)介于0.06～0.86之間，根據(jù)ZHANG等[23]對變異系數(shù)的劃分，當(dāng)變異系數(shù)小于10%時屬于弱變異，10%～90%為中等變異，大于90%則為高度變異，合陽縣新增耕地土壤養(yǎng)分介于弱變異到中等變異之間。

表4 合陽縣不同區(qū)位新增耕地土壤養(yǎng)分含量

續(xù)表4

2.2 新增耕地土壤養(yǎng)分含量特征

2.2.1 有機質(zhì) 合陽縣新增耕地土壤有機質(zhì)含量為5.09～12.23 g/kg，不同地區(qū)土壤有機質(zhì)含量由大到小依次為：黑池鎮(zhèn)、和家莊鎮(zhèn)、洽川鎮(zhèn)、王村鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、坊鎮(zhèn)、甘井鎮(zhèn)、百良鎮(zhèn)、新池鎮(zhèn)、金峪鎮(zhèn)、同家莊鎮(zhèn)、路井鎮(zhèn)。新增耕地土壤有機質(zhì)含量變異系數(shù)在13.86%～56.95%之間，屬于中等變異。土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)是土壤內(nèi)在性質(zhì)的反映，能夠區(qū)別不同土壤養(yǎng)分對外界條件的敏感性[24]，土壤有機質(zhì)含量變異系數(shù)較大可能是由于新增耕地土壤來源不一導(dǎo)致。

2.2.2 全氮 新增耕地土壤全氮為0.76～1.57 g/kg，不同地區(qū)土壤全氮含量由大到小依次為：金峪鎮(zhèn)、黑池鎮(zhèn)、王村鎮(zhèn)、新池鎮(zhèn)、坊鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、同家莊鎮(zhèn)、甘井鎮(zhèn)、和家莊鎮(zhèn)、洽川鎮(zhèn)、百良鎮(zhèn)、路井鎮(zhèn)。合陽縣新增耕地土壤全氮含量變異系數(shù)在18.82%～86.43%之間，百良鎮(zhèn)土壤全氮變異系數(shù)達到86.43%，說明土壤全氮含量在土壤中不穩(wěn)定，可能和氮的揮發(fā)、淋溶等較強的遷移性有關(guān)，今后需要在農(nóng)田管理過程中加強土壤肥力保障。

2.2.3 速效磷 新增耕地土壤有效磷含量為7.1～32.53 mg/kg，不同地區(qū)土壤速效磷含量由大到小依次為：百良鎮(zhèn)、坊鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、洽川鎮(zhèn)、甘井鎮(zhèn)、和家莊鎮(zhèn)、黑池鎮(zhèn)、同家莊鎮(zhèn)、金峪鎮(zhèn)、王村鎮(zhèn)、新池鎮(zhèn)、路井鎮(zhèn)。合陽縣新增耕地土壤速效磷含量變異系數(shù)在13.20%～83.51%之間，其中以金峪鎮(zhèn)83.51%最大，新增耕地土壤速效磷較強的變異性一方面是由于新增耕地客土來源不一，另一方面可能和土壤磷素易轉(zhuǎn)化成難溶性化合物有關(guān)。

2.2.4 速效鉀 新增耕地土壤中速效鉀含量為95.8～293.9 mg/kg，不同地區(qū)土壤速效磷含量由大到小依次為：洽川鎮(zhèn)、黑池鎮(zhèn)、王村鎮(zhèn)、和家莊鎮(zhèn)、新池鎮(zhèn)、坊鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、金峪鎮(zhèn)、甘井鎮(zhèn)、路井鎮(zhèn)、同家莊鎮(zhèn)、百良鎮(zhèn)。合陽縣新增耕地土壤速效鉀含量變異系數(shù)在6.27%～73.91%之間，其中百良鎮(zhèn)土壤速效鉀變異系數(shù)最小為6.27%，坊鎮(zhèn)土壤速效鉀變異系數(shù)最大為73.91%。嚴玉梅研究表明陜西省當(dāng)前耕層土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷平均含量要低于全國水平，速效鉀含量略高于全國水平[25]。因此合陽縣新增耕地土壤速效鉀相對其他養(yǎng)分，含量較高，達到了較豐富水平。

2.3 新增耕地土壤養(yǎng)分綜合評價

針對合陽縣新增耕地的土壤特征，選取了有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀4個指標作為評價因子進行評價。通過層次分析法確定權(quán)重并運用物元模型，對合陽縣新增耕地項目土壤養(yǎng)分質(zhì)量進行評價研究。

2.3.1 確定指標權(quán)重 采用AHP法對各指標進行賦權(quán)。通過構(gòu)造判斷矩陣，求出最大特征值λmax及其特征向量并歸一化，可得最大特征值λmax=3.98，對應(yīng)特征向量即權(quán)重集W=(0.5559，0.2316，0.1371，0.0754)。計算出一致性指標Ic=0.0026，查表得出平均隨機性指標IR=0.9，則隨機一致性比率Rc=Ic/IR=0.003＜0.1，表示結(jié)果具有滿意一致性，無需進行調(diào)整。

2.3.2 確定經(jīng)典域、節(jié)域和待判物元 采用全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分的分級標準進行評價（表3），將土壤養(yǎng)分分為豐富、較豐富、適量、貧乏、極貧乏5個等級進行分等評價，分別用羅馬數(shù)字Ⅰ～Ⅴ表示。根據(jù)表3建立經(jīng)典域物元R1、R2、R3、R4、R5與節(jié)域物元RP，如式(1)～(7)所示。由于實測數(shù)據(jù)中速效鉀含量有部分超出經(jīng)典域范圍，故對應(yīng)c4的量值范圍進行相應(yīng)的擴展。

以合陽縣洽川鎮(zhèn)新增耕地土樣為例，土壤有機質(zhì)9.53 g/kg，全氮1.16 g/kg，有效磷19.66 mg/kg，速效鉀293.96 mg/kg。則待判物元如式(7)所示。

2.4 計算關(guān)聯(lián)度，并確定質(zhì)量等級

計算待判物元Rx1關(guān)于各個單指標的關(guān)聯(lián)度及綜合關(guān)聯(lián)度，即可確定該土壤樣品養(yǎng)分的等級。以洽川鎮(zhèn)土樣S1單指標c1（有機質(zhì)）為例，v1=9.53，可得到該指標對應(yīng)的各評價等級關(guān)聯(lián)度分別為K1(v1)=-0.6824，K2(v1)=-0.5236，K3(v1)=-0.0472，K4(v1)=0.1181，K5(v1)=-0.2702，依據(jù)判斷標準，判定該指標的土壤養(yǎng)分級別屬于N4，即貧乏級別。同樣方法可以求出S1其他各項指標對應(yīng)各等級的關(guān)聯(lián)度及其養(yǎng)分級別。計算出所有指標對應(yīng)各評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度，并依據(jù)判斷標準，判定該鎮(zhèn)新增耕地土壤養(yǎng)分級別。

2.5 質(zhì)量評價

通過以上方法，可以得出合陽縣12個鎮(zhèn)新增耕地土壤樣本關(guān)于各質(zhì)量等級的綜合關(guān)聯(lián)度，并最終確定土壤養(yǎng)分級別（表5）。合陽縣土地整治項目區(qū)新增耕地土壤養(yǎng)分普遍較低，其中評價結(jié)果顯示Ⅲ級占8.3%，Ⅳ級占83.4%，Ⅴ級占8.3%。

表5 合陽縣新增耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價結(jié)果

3 結(jié)論

合陽縣土地整治項目區(qū)新增耕地土壤養(yǎng)分含量較低，Ⅳ級貧乏等級土壤占83.4%，肥力提升空間較大。土壤養(yǎng)分含量和分布會受到微地形、植被、土壤發(fā)育以及人為活動的影響，在土地整治項目施工過程中，改變了地形地貌、植被覆蓋以及土壤狀況，因此對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生了較大的影響。魏樣[26]以渭北黃土高原溝壑區(qū)白水、蒲城、富平三縣新增耕地土壤養(yǎng)分狀況得出，土壤有機質(zhì)處于中等水平，全氮含量較低，有效磷和速效鉀含量均處于較高水平。師晨迪[27]研究表明渭北臺塬區(qū)澄城縣土地整治項目新增耕地土壤肥力處于中低水平，且造成新增耕地土壤肥力指數(shù)低下的最主要因素是缺少土壤有效磷和土壤有機質(zhì)。本研究與前人的研究結(jié)果基本一致。

4 討論

王倩[15]、楊艷[16]在對渭北旱塬東部的陜西省合陽縣甘井鎮(zhèn)研究中發(fā)現(xiàn)，與連續(xù)翻耕相比，輪耕、深松處理能顯著提高土壤養(yǎng)分含量。根據(jù)本研究結(jié)果，建議結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟水平和施肥習(xí)慣，優(yōu)先考慮使用當(dāng)?shù)剞r(nóng)家肥等有機肥，同時，適量增加化肥施用量。在種植方式上，建議除黑池鎮(zhèn)外，其余11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)采用種植1年豆科作物和2年小麥的糧豆3年輪作種植模式。第一年春季種植一年生豆科作物，如有豌豆、綠豆、大豆等，秋季播種小麥；第二年春季小麥收獲后深耕深松，秋季播種小麥；第三年春季小麥收獲后，開始休耕，后進入新一輪輪作周期[28]。通過層次分析法確定權(quán)重，并將物元模型應(yīng)用于合陽縣土地整治項目區(qū)新增耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價當(dāng)中，能夠較好地反映土壤養(yǎng)分的實際情況，說明該評價方法具有較強的可行性和可操作性，評價結(jié)果可為新增耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評價及測土配方施肥、土地開放性利用提供重要依據(jù)。