北方滨海盐碱化地区宅基地复垦效果评价

韩娜娜，周青云，孙书洪

（天津农学院 水利工程学院，天津 300384）

随着中国城镇化、工业化和农业产业化进程的深入推进，大量农村宅基地闲置。为引导城乡建设集约、节约用地，国务院和国土资源部提出了城乡建设用地增减挂钩政策，通过建新拆旧和土地复垦，盘活城乡存量建设用地，坚守1.2亿hm2耕地红线，最终实现复垦后的耕地数量和质量的占补平衡[1]。在耕地严格保护和耕地资源不可减少的情况下，农村建设用地将是补给城市规模扩张的主要土地资源来源，但由于农村劳动力转移、宅基地审批制度不严、布局不合理等原因，农村宅基地闲置和浪费土地的现象较为严重，农村宅基地复垦为耕地的潜力大[2]，是补充被占用耕地的重要途径之一。

国外学者对于宅基地复垦的研究较少，复垦研究主要集中于工矿复垦的生态修复和环境保护、复垦技术、方案编制以及复垦法规和管理等方面，又大多集中于社会经济效益、复垦模式与潜力分析、工程技术等方面[3-9]，而缺乏对于宅基地复垦后耕地地力的提升技术方面的研究。

国内对农村宅基地复垦的研究主要集中在复垦现状、存在问题及对策分析、复垦效益分析、复垦后土壤质量情况等方面。闫锐等[10]以秸秆、菌渣和猪粪3种物料为有机肥料对四川宅基地复垦土壤易变有机碳的影响进行了研究。张宏等[11]选择6种种植模式比较分析了不同种植模式对重庆市农村宅基地复垦耕地的土壤理化性质的影响。乔亮等[12]对三峡库区农村宅基地复垦耕地地力进行了评价。华颖[13]研究了不同种植模式下重庆市农村宅基地复垦耕地快速培肥技术。孙亚芳等[14]分析了天津市西青区农村宅基地复垦耕地的适宜性评价。

综上所述，国内关于南方地区宅基地复垦的研究较多，北方地区则较少，尤其缺乏我国北方滨海盐碱化地区宅基地复垦的相关研究。为保证农村宅基地复垦后的耕地质量，《国土资源部关于强化管控落实最严格耕地保护制度的通知》〈国土资发（2014）18号〉强调，“土地整治补充耕地要先评定等级再验收，没有达到要求的不得验收”，因此，对宅基地复垦后的效果进行研究分析十分必要。针对我国目前宅基地复垦的研究现状，本研究选取滨海盐碱化地区作为研究区域，采用3种不同复垦集成模式对农村宅基地进行试验研究，基于主成分分析的模糊综合评判法建立复垦效果评价模型，对3种集成模式宅基地复垦后的效果进行详细分析，提出适宜滨海盐碱化地区农村宅基地的复垦模式。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

北方滨海盐碱化地区，即黄河以北及海河流域的滨海地区，包括河北、山东、天津三省市沿海地区，是我国重要的粮棉、果蔬产区。研究区位于具有代表性的滨海新区葛沽地区（N38°98′、E117°38′），属暖温带季风型大陆性气候，年平均气温11.7 ℃；全年无霜期平均216 d，平均年降水量为556.4 mm，土壤为潮土，质地为砂壤土。在复垦前项目示范区挖土壤剖面，分层取土，并测定土壤养分基本参数，测定结果见表1。从表1可以看出，土壤含盐量为0.37%～0.44%，属轻度盐碱和中度盐碱；0～60 cm土壤有机质含量为4.6～18 g/kg，说明复垦前宅基地土壤有机质含量很低；土壤有效磷含量在0.015～0.021 g/kg之间，土壤速效钾含量较高；土壤微生物含量为0，说明宅基地土壤由于长期受房屋压力的作用，土壤质地密实，无微生物活动。

表1 复垦前宅基地各层土壤养分状况

1.2 样品采集及测定

复垦前在整个拆旧区村庄的院子和房屋处各设置10个取样点，采样深度间隔20 cm，深度为60 cm进行取样，取均值得到复垦前宅基地各层土壤理化状况，见表1。复垦后，分别在3种不同复垦模式的田间采集土样，采样深度间隔20 cm，深度60 cm。pH值采用pH计测定；有机质采用高温外热重铬酸钾氧化—容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用采用碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵提取法测定；土壤含盐量采用EC110便携式盐分计测定，并用蒸干法率定[15]。

1.3 效果评价方法

宅基地复垦后的效果采用基于主成分分析的模糊综合评判法进行评价。

1.3.1 主成分分析

主成分分析利用降维的思想，将多个变量转化为少数几个综合变量，其中每个主成分都是原始变量的线性组合，各主成分之间互不相关，从而这些主成分能够反映始变量的绝大部分信息，且所含的信息互不重叠[16]。本文采用SPSS软件进行计算，主要步骤如下：

（1）设估计样本数为n，选取指标数为p，则有估计样本的原始数据可得矩阵X＝（xij）n×p，其中，xij表示第i个样本的第j项土壤肥力指标数据。

（2）为消除各项土壤肥力指标之间在量纲化和数量级上的差别，对指标数据进行标准化，得到标准化矩阵。

（3）根据标准化数据矩阵建立协方差矩阵Rp×p

（4）根据协方差矩阵R求出特征值、主成分贡献率和累计方差贡献率。

（5）建立初始因子载荷矩阵，揭示主成分与各土壤养分指标之间的相关程度。

（6）确定评价因子权重，见公式（1）：

式中，wj为第j个评价因子的权重，r为选取的评价因子数，lij为主成分荷载值，Ei为主成分的方差贡献率。

1.3.2 模糊综合评判法

模糊综合评价法以隶属度来描述土壤养分指标的模糊界限，通过模糊关系矩阵与权重矩阵的复合运算，得出总体土壤养分对各级别标准的隶属程度，最后采用加权平均原则对结果矩阵进行处理，确定土壤养分的级别。

（1）建立评价对象的因素集。本文选取土壤含盐量、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标。

（2）建立评价标准集。在土壤养分评价中，依据《全国第二次土壤普查养分分级标准》和《农用地分等定级规程》的相关规定，结合土壤质量的实际状况和生产需要，将土壤养分等级划分为6个标准。具体见表2。

表2 土壤养分等级分级标准

（3）确定评价因素的模糊权向量。根据各因子的重要程度不同，对每个因子赋予相应的权重，构成权重集A，本文采用主成分分析法确定。

（4）确定模糊综合评价矩阵R。

（5）综合评价。将模糊权向量A与单因素模糊评价矩阵R复合，得到综合评价向量B。

其中，bj为第j个元素的隶属程度。

（6）采用加权平均法对对模糊综合评价结果向量进行分析，用G值表示。

式中，待定系数k取值为2。

2 复垦模式

本项目提出了3种集成复垦模式，并在天津滨海盐碱化地区葛沽镇扬岑子村的拆旧区进行研究。复垦技术主要有水盐调控技术、土壤功能重构技术、生物选择技术和微区改土技术。其中水盐调控技术有土壤淋洗技术、明沟排水技术和暗管排水技术；土壤功能重构技术有土壤培肥技术、种植绿肥技术和土壤调理剂技术；生物选择技术主要指种植耐盐碱作物；微区改土技术包括采用3种隔盐材料（炉渣、锯末、塑料膜）形成局部范围土壤改良。复垦模式1主要由水盐调控技术和土壤功能重构技术集成，水盐调控的3种单项技术与土壤功能重构3种单项技术组合时，仍采用各单项技术参数。明沟排水和暗管排水结合并与土壤功能重构技术集成时，明沟排水系统仅布设农沟及以上排水沟，明沟的边坡比为1∶1.25，排水农沟深度1.7 m，沟底宽度0.4 m，农沟间距为100～200 m，田间不布设毛沟，布设排水暗管，暗管直径70～110 mm，暗管水流直接排入明沟，或经过集水管排入集水井。该模式技术集成易于掌握实施，成本可控性较高，能够较好满足田间作物生长需求。复垦模式2主要由水盐调控技术、土壤功能重构技术和生物选择技术集成，水盐调控的3种技术、土壤功能再造的3种技术和生物选择技术可以自由组合。其技术参数同技术集成模式1。可结合地域特点和土壤条件，因地制宜种植耐盐碱生长的作物，特别是在不同程度盐碱化地区，选择耐盐程度不同的作物，作物较易获得高产。复垦模式3主要由水盐调控技术、土壤功能重构技术、生物选择技术和微区改土技术集成，水盐调控的3种技术、土壤功能再造的3种技术、生物选择技术和微区改土技术的3种隔盐材料可以自由组合。明沟主要是收集铺设在微区底部排水暗管中的水，因此，明沟深度应大于暗管埋设深度，隔盐材料的埋设深度应满足作物根系生长需要，田间作物埋设深度可选为80 cm，则暗管的埋设深度也为80 cm，明沟沟深大于80 cm即可；若种植经济作物，隔盐材料的埋设深度可适当减小，该模式种植作物品种的选择范围较大。

3 复垦效果评价

3.1 复垦前宅基地各层土壤养分评价

由表3宅基地复垦前各层指标权重可以看出，土壤含盐量、有机质含量、有效磷、碱解氮和速效钾这5个评价指标对土壤养分贡献度整体上相差不大，尤其是0～20 cm的地面部分，5个指标的权重基本上在0.2左右，20～40 cm碱解氮的权重较其他指标低，40～60 cm含盐量的权重较低，其他指标相差不大。由表4可知，复垦前0～20 cm的土壤养分属于中下偏低等水平，20～40 cm和40～60 cm的土壤养分均属于中上偏中下等水平。由于所研究区域原为农庄，因此接近地面的0～20 cm土壤密实度较大，土壤养分的级别较低。另外，该区域含盐量较高，属于盐碱地，若对该区域进行复垦，应首要解决含盐量高的问题。该地区由于长时间未种植作物，有机质含量很低，碱解氮、有效磷含量中等偏差，但富含速效钾，所以该地区复垦的主要任务是降低含盐量，提高有机质含量。在种植作物时，适量增施氮肥和磷肥。

表3 复垦前各层土壤养分状况评价指标权重

表4 复垦前各层土壤养分状况评价结果

3.2 模式1复垦后效果评价

研究区采用水盐调控技术＋土壤功能重构技术模式经过2年复垦后，各层土壤指标权重与土壤养分评价结果见表5和表6。由表5可知，土壤有机质、碱解氮和速效钾对土壤养分的贡献度均较大，其次为含盐量，有效磷的贡献度最小。根据表6的评价结果可以看出，0～20 cm和40～60 cm的土壤养分为高偏中上等水平，20～40 cm的土壤养分为很高偏高等水平。可见，该模式在一定程度上对盐碱化进行了改善，同时土壤养分由复垦前的中上或中下等提高到了高等水平，该模式的复垦效果非常明显，适用于轻度盐碱化地区村庄的土地复垦整理。

表5 复垦后各层土壤养分状况评价指标权重（模式1）

表6 复垦后各层土壤养分状况评价结果（模式1）

3.3 模式2复垦后效果评价

研究区采用水盐调控技术＋土壤功能重构技术＋生物选择技术集成模式，经过2年复垦后，各层土壤指标权重与土壤养分评价等级结果见表7和表8。由表7可知，各层土壤碱解氮、土壤有机质、土壤速效钾、土壤含盐量和土壤有效磷对土壤养分的贡献度均较大，尤其是土壤有效磷权重较大。根据表8的评价结果可以看出，0～20 cm和20～40 cm土壤养分均为高等偏中上水平，40～60 cm土壤养分为高等水平。采用模式2可结合地域特点选择适宜的耐盐作物，可有效提高土壤养分。该模式适用于轻度盐碱化和中度盐碱化地区村庄的土地复垦整理。

表7 复垦后各层土壤养分状况评价指标权重（模式2）

表8 复垦后各层土壤养分状况评价结果（模式2）

3.4 模式3复垦后效果评价

研究区采用水盐调控技术＋土壤功能重构技术＋生物选择技术和微区改土技术模式，经过2年复垦后，各层土壤指标权重与土壤养分评价等级结果见表9和表10。由表9可知，0～20 cm土壤的速效钾对土壤养分的贡献度较低，但土壤有机质含量贡献度较大。其他两层各指标的权重相差不大，即对土壤养分的贡献度相差不大。土壤含盐量的权重比前两个模式的权重较大。由表10可以看出，0～20 cm、40～60 cm土壤养分为高等水平，20～40 cm土壤养分为很高偏高等水平。该模式明显降低了土壤的含盐量，提高了土壤养分等级，土壤复垦效果较前两个模式整体效果较好。通过微区改土方法，可选择种植作物的范围较大，但该技术涉及的参数和设计不易掌握，且成本较高，适用于现代都市型农业。

表9 复垦后各层土壤养分状况评价指标权重（模式3）

表10 复垦后各层土壤养分状况评价结果（模式3）

4 讨论

针对滨海盐碱化地区，采用模式1对宅基地进行复垦研究，2年后土壤的有机质、碱解氮和速效钾含量提高较大，与郭义强等[17]认为可通过施用无机肥、农家肥、绿肥等改良土壤，王学东等[18]采用土壤重构技术后所含养分均高于原状土壤的研究相一致。宅基地复垦土壤由于长期受房屋压力的作用，土壤质地密实，养分贫瘠，无微生物活动，成为制约土壤生产力提高的重要因素。大量研究表明，施肥处理措施能有效改善土壤质量，提高土壤中微生物的数量和活性[19]。其中，绿肥作为一种养分完全的生物肥源，分解快，肥效迅速，能增加土壤中的有机质和氮、磷、钾、钙、镁以及各种微量元素，同时能改善土壤结构，提高土壤的保水保肥和供肥能力。另外，模式1采用明沟排水等措施降低了0～60 cm土层中的含盐量，该技术简单，易操作，但由于每条排沟控制的侧渗区有限，靠近沟渠的地方排盐效果较好，与韩建均[20]研究相一致。模式2由于比模式1增加了生物选择技术，尤其是选择了固氮、耐盐的植物，对土壤中氮素等各项指标均有较大改善[21]，复垦后的效果也很明显，与Wei等[22]采用生物技术在矿区环境修复中的研究相一致。与模式1不同的是，水盐调控技术采用的是暗管排水，在地下一定深度埋设暗管，结合灌溉或者降雨淋洗，将土壤表层土壤盐分溶解并通过暗管排出，该模式比模式1具有节地、节水的优势。模式3增加了微区改土技术，由于采用了3种隔盐材料（炉渣、锯末、塑料膜）对局部范围土壤改良，隔绝了地下水和土壤水向耕作区的运移，同时耕作区的排水系统将超过土壤田间持水量的水分排到蓄水池，这样在土壤淋洗和排水的作用下，耕作区的盐分会逐渐减小，解决了目前滨海盐碱地矿化度高以及客土费用高、土壤返盐性大等问题[23]。因此可选择的植物范围不局限于耐盐植物，范围较广，能够显著提高土壤养分，与闫锐等[10]研究结果相一致。

5 结论

基于水盐调控、土壤功能重构、生物选择和微区改土4种复垦技术，提出了3种集成复垦模式。研究区经过2年复垦后，选取土壤含盐量、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾作为评价宅基地复垦后土壤养分的指标，采用主成分分析法确定各指标的权重，并采用模糊综合评判法对3种不同复垦模式的效果分层进行评价。研究表明，3种模式均降低了土壤的含盐量，提高了土壤的活性和肥力。

（1）复垦前0～20 cm土壤养分为中下偏低水平，20～40 cm和40～60 cm土壤养分均为中上偏中下水平。由于复垦前为宅基地，因此接近地面0～20 cm的密实度较大，土壤养分比下层的较差。

（2）复垦集成模式1对土壤中有机质、碱解氮和速效钾改善较大，其次为土壤含盐量，0～20 cm和40～60 cm土壤养分为高偏中上等水平，20～40 cm土壤肥力为很高偏高等水平。该模式适用于轻度盐碱化地区村庄的土地复垦整理。

（3）复垦集成模式2对土壤中各评价指标的改善均较大，0～20 cm和20～40 cm土壤养分均为高等偏中上水平，40～60 cm土壤养分为高等水平。该模式适用于轻度盐碱化和中度盐碱化地区村庄的土地复垦整理。

（4）复垦集成模式3对土壤中含盐量的改善有明显变化，0～20 cm、40～60 cm土壤养分为高等水平，20～40 cm土壤养分为很高偏高等水平。该模式选择种植作物的范围较大，但成本较高，适用于现代都市型农业。