长江下游典型地区补充耕地质量评价实例分析

毛 伟,李文西,赵海涛,陈 欣,王长松,曾洪玉

(1 江苏省扬州市耕地质量保护站,扬州225101;2 扬州大学环境科学与工程学院,扬州225127;3仪征市耕地质量管理站,扬州211400;4 扬州市江都区农业技术推广中心,扬州225200)

补充耕地是指土地开发、复垦和整理形成的新增耕地,是协调国家建设用地需求和1.2 亿hm2耕地红线的核心手段。 耕地“占补平衡”政策对补充耕地的质量提出了明确要求,使得补充耕地质量评价得到广泛关注。 耕地质量评价由评价指标体系和评价方法两部分组成。 评价过程中指标体系不同,可能导致评价结果出现差异,甚至出现与客观实际相悖的结果[1]。 耕地基础地力、地理位置、评价方法等均影响耕地质量评价指标的选择。 李梅等[2]以河南省延津县中低产田为例,选取土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、有效磷、速效钾、pH 和阳离子交换量等指标作为耕地质量评价因子。 叶回春等[3]发现粗糙集理论下可选取土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾等指标评价耕地质量。 土壤质量评价指标既要全面、综合反映土壤肥力,也要避免指标间多重共线性问题[1]。 主导性、稳定性、差异性、分层次控制、定量分析与定性分析相结合是土壤肥力评价指标的选择原则[4]。

模糊评价法和层次分析法是确定评价指标分值和权重的有效方法[4]。 张炳宁等[5]应用模糊评价和层次分析等方法,通过选择评价要素、构造层次结构、建立单因素评价模型以及计算单因素权重的技术路线建立了定性与定量相结合的耕地质量等级评价方法。 聂艳等[6-7]根据模糊数学和多元统计分析原理建立了定量的耕地定级方法,采用综合指数模型、聚类分析法将耕地划分为5 级,评价结果与实际情况基本符合。 包耀贤等[8]认为因子分析法、相关系数法和内梅罗指数法均适用于长期施肥下土壤肥力的综合评价,应首选内梅罗指数法。

综上可知,国内外关于耕地质量评价研究对象主要集中在一般成熟耕地,缺少对补充耕地质量评价的系统研究。 补充耕地的性质和成熟耕地之间存在明显差异,因此不适宜直接用一般成熟耕地的评价体系评价补充耕作质量。 一般成熟耕地和补充耕地质量建设纳入统一管理有利于区域性耕作质量整体协调提升,因此建立一套指标体系用来同时评定一般成熟耕地和补充耕地就显得尤为重要。 本研究在现有的全国“县域耕地质量评价指标体系”的基础上,依照长江下游典型地区(江苏省仪征市)补充耕地性质特征,增列特征性评价指标,并调整评价体系各指标的权重,统一评价一般成熟耕地和补充耕地的质量,以期为全国耕地质量提升工作提供基础支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

仪征市位于江苏省中部,地处长江下游北岸,主要由丘陵、岗地、平原三大类型地貌构成,地貌特征在长江下游地区具备较强的代表性。 仪征市位于亚热带湿润气候带,光照充足,降雨充沛,常年降水量1 079 mm、区域范围内降水量由南向北逐步减少,年均气温15.7 ℃,雨热同期[9]。

1.2 数据收集

1.2.1 基础图的获取

评价采用的仪征市土壤图(1∶50 000)、仪征市地貌类型分区图(1∶50 000)数据取自全国第二次土壤普查(1979 年)以及第二次国土资源调查成果土地利用现状图(1∶50 000)。

1.2.2 基础数据采集

通过数据调查、实地测量、农化检测等手段,获取仪征市补充耕地质量评价的基础数据。 数据调查获取指标:补充耕地土壤的田间灌排设施、坡向、地貌类型、成土母质、灌溉模数和排涝模数;实地测量获取指标:补充耕地的地形坡度、有效土层厚度、障碍层位置、耕层厚度、剖面构型和侵入体含量;采用国标农化检测方法获取指标:补充耕地土壤的速效钾含量、有效磷含量、pH、质地和有机质含量。

1.3 分析方法

采用SPSS 20.0 统计分析软件整理基础数据,采用通用的基于“层次分析-隶属函数-累积曲线”技术路线开展县域耕地质量评价[10]。

2 补充耕地质量评定方法

2.1 构建评价指标体系

立地条件和剖面构型是补充耕地与一般耕地之间存在的主要差异,因此本研究在仪征市现有县域耕地质量评价指标的基础上新增剖面构型、有效土层厚度、成土母质和侵入体含量4 个指标,评价指标由原有的12 个增加到16 个。 补充耕地质量评价体系由两级指标构成:一级指标有5 个,二级指标有16个(图1)。

2.1.1 剖面构型

耕地土壤剖面构型是耕地在长期耕种熟化过程中产生的一个重要性状,良好的土壤剖面构型不仅有利于作物根系生长发育,而且有利于保持土壤水分、养分,保证作物的高产稳产。 土体构型是反映土壤农业生产性状的重要指标,高肥力耕地一般具有良好的土壤剖面构型。 补充耕地大多是从其他地方移来的混合土体堆积,一般没有剖面构型,土壤养分不均衡且肥力低。 实地调查中发现,补充耕地平整复垦后相当长时间作物都生长不良,在土壤剖面基本结构形成后植物的生长状况才明显好转。 增加土壤剖面构型指标并在指标体系中占有较大的权重,有利于将补充耕地与耕种多年的成熟耕地区分开来。

2.1.2 有效土层厚度

有效土层厚度是指能满足植物根系正常生长的土层厚度,不仅反映土壤的发育程度,也影响土壤养分、水分的容量和转移。 多数作物的根系能够利用深度为1 m 土层内的水分和养分,一般都把1 m 土层厚度作为有效土层厚度的上限。 仪征市补充耕地主要来源于滩涂洼地开发整理以及废弃工矿、居民宅基地复垦,有效土层厚度多数不足1 m,甚至不足30 cm。 增加有效土层厚度这个指标并在指标体系中占有较大的权重,也有利于将补充耕地与耕种多年的成熟耕地区分开来。

2.1.3 成土母质

成土母质作为土壤发育的主要形成因素,二者间的关系密切,母质空间分布多样性与土类空间分布多样性间存在相关性[12]。 不同母质发育的耕地土壤,其物理性状和化学组成不同,决定了耕地的肥力水平和生产能力[13]。 成土母质和土地利用均可以对土壤机械组成产生影响,成土母质影响更为深刻[14]。补充耕地的土体一般是多种来源的混合物,成土母质组成复杂,其物理性状和化学组成一般都比较差。成土母质给予适当的权重分数,有利于将高肥力的成熟耕地与生产能力较差的补充耕地区分开来。

2.1.4 侵入体含量

侵入体指土壤中砾石、砖块、废弃建筑物等残留物。 成熟耕地在长期耕作过程中,侵入体一般都被清理出土壤。 丘陵山区开垦的补充耕地,或者通过废弃工矿宅基地复垦形成的补充耕地土体中一般都含有一定数量的侵入体。 这些侵入体不仅妨碍作物生长,而且影响机械作业和农民在田间的农事操作。 赋予侵入体含量一个较高的权重分数有利于将补充耕地与成熟耕地区分开来。

2.2 指标体系的权重分配

对已选定的16 个二级指标进行分类,评价专家组综合分析各指标对补充耕地土壤和成熟耕地土壤质量评价的相关度和重要性,确定剖面构型、耕层厚度、有效土层厚度、有机质含量、成土母质和侵入体含量等6 个指标为A 类,土壤有效磷含量、速效钾含量、土壤pH、质地、障碍层位置、坡向、坡度、地貌类型、灌溉模数和排涝模数等10 个指标为B 类。

2.2.1 A 类指标的权重分配

根据A 类指标对耕地质量影响的程度,专家组应用特尔菲方法评估了6 个指标在补充耕地质量评价指标体系中的权重。 A 类指标总权重为50%,有机质含量权重最高为14%,剖面构型权重为10%,其他指标权重见图2。

2.2.2 B 类指标的权重分配

B 类指标权重参照 2002 年仪征市耕地质量评价指标体系中相对应指标的权重,用乘系数的方法分配各指标的权重。 B 类指标总权重为 50%,其中地貌类型和灌溉模数最高,各占 10%,其他指标权重见图 3。

2.2.3 评价指标的权重确定

依据各指标的权重分配方案,采用构造层次分析模型计算获得 16 个评价指标在耕作质量评价中的权重(表 1)。

表1 各个指标的组合权重Table 1 Combined weight of each index

3 实例应用

利用通用的县域耕地质量评价指标系统(2002 年制定),采用 1 级地(≥0. 85)、2 级地(0. 76—0. 85)、3 级地(0. 68—0. 76)、4 级地(0. 57—0. 68)以及5 级地(0—0. 57)的评价系数分级标准对仪征市49 093. 3 hm 2(含补充耕地和一般耕地)的耕地质量进行评价分级。 结果表明(图 4A):仪征市耕地 1、2、3、4 和 5 级地面积的比例分别为 11. 35%、28. 33%、35. 72%、18. 55% 和 6. 05%。 利用本研究修订后的指标体系,采用相同的评价系数分级标准对仪征市耕地质量状况进行评价分级。 结果表明(图 4B):仪征市耕地质量分为5 级,1、2、3、4 和 5 级地的面积比例分别为 12. 55%、26. 88%、37. 16%、19. 85%、3. 56%。

比较两种评价体系得出的结果可知:仪征市 14 090 个评价单元采用修订后的耕地质量评价指标体系进行耕地评价后,等级升高 1 级的单元数为 1 337 个,占 9. 49%;等级不变的单元数为 11 442 个,占81.21%;等级降低1 级的单元数为1 282 个,占9.10%;等级降低2 级的单元数为29 个,占0.2%。 可见,修订后的评价方法与现有通用评价结果吻合度较高。 评价结果表明,采用修订后的耕地质量评价指标体系进行耕地质量评价,评价结果不仅能够真实地反应补充耕地存在的问题和地力等级,而且一般成熟耕地的地力等级与现有通用耕地质量评价指标体系评价结果基本一致。

修订后的耕地地力评价体系在江苏省宝应县、高邮市、江都区、邗江区、江阴市和海安县等长江下游地区县域行政区进行了验证性应用,均取得了与仪征市基本一致的效果。

4 结论

在现有的全国“县域耕地质量评价指标体系”中新增剖面构型、有效土层厚度、成土母质和侵入体含量等4 个指标,重新分配了各指标体系的权重构建的“县域耕地质量评价指标体系”有效地统一了一般成熟耕地和补充耕地地力评价体系,在我国补充耕地质量评价工作和耕地质量管理工作中能够发挥重要作用。