孫國躍 王祝余 周 萍

(1.南京農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院，江蘇 南京 210095;2.響水縣土壤肥料管理站，江蘇 響水 224600)

土地是人類賴以生存和發(fā)展的最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一切物質(zhì)生產(chǎn)最基本的源泉［1］。耕地是土地的精華，是人們獲取糧食及其它農(nóng)產(chǎn)品而不可替代的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的資源。耕地地力是指在當前管理水平下，由土壤本身特性、自然條件和基礎(chǔ)設(shè)施水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力［2］。耕地地力的好壞直接影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全。

響水縣成立于1966年，僅在1984年全國第二次土壤普查中，進行過一次地力評價和分類。此后的近30年來，由于農(nóng)村經(jīng)營管理體制、耕作制度、作物品種、種植結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量水平、有機肥和化肥使用總量與品種結(jié)構(gòu)等均已發(fā)生巨大變化，響水縣的土壤性狀和耕地地力與過去相比也發(fā)生了很大變化，迫切需要開展耕地地力評價，來適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢。

本研究以江蘇省響水縣為研究區(qū)域，對1984年及2010年的土壤養(yǎng)分狀況進行對比，掌握土壤養(yǎng)分變化狀況;采用江蘇省揚州市土肥站基于GIS技術(shù)開發(fā)的響水縣耕地資源管理信息系統(tǒng)，選取13項評價因子，運用層次分析法、特爾斐法、模糊數(shù)學法等數(shù)據(jù)處理與分析方法，對響水縣的耕地地力進行了評價。

1 研究區(qū)概況

響水縣位于江蘇省鹽城市東北部，東經(jīng)119°29'51″～120°05'21″，北緯 33°56'51″～34°32'43″之間，東臨黃海，北枕灌河，西連灌南、漣水，南抵中山河，與濱?？h毗鄰?？h境東西長61 km，南北寬23 km，總面積為1 339.4 km2，耕地面積4.85萬hm2，全縣總?cè)丝?9萬人，農(nóng)業(yè)人口人均耕地0.11 hm2。響水縣處于暖溫帶南緣，因瀕臨黃海，具有明顯的海洋性氣候特征，全年四季分明，夏季受來自東面海洋季風影響，天氣炎熱多雨;冬季受北方南下季風影響，以干冷天氣為主;春、秋兩季處于-南北季風交替轉(zhuǎn)換時期，天氣冷暖多變。本縣光熱資源比較豐富，降雨量適中，無霜期較長，雨熱同季，有利多種農(nóng)作物生長。年平均日照2 402.7 h，年平均氣溫14.5℃，年平均降雨量為928.2 mm。全年無霜期211 d左右。全縣土壤分為潮土、鹽土2個土類，黃潮土、堿性潮鹽土、潮鹽土、潮間鹽土4個亞類，兩合土、油泥土、沙性潮鹽土、壤性潮鹽土、黏性潮鹽土等8個土屬、飛沙土、沙土、兩合土、油泥土、沙堿土、沙質(zhì)脫鹽土、沙質(zhì)輕鹽土、壤質(zhì)脫鹽土、壤質(zhì)輕鹽土、黏質(zhì)脫鹽土等32個土種。

2 響水縣耕地土壤養(yǎng)分變化狀況

2.1 土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

按照農(nóng)業(yè)部《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的要求，2007至2010年響水縣共采集化驗耕層土壤樣品4 180個，并按照其中“測土配方施肥和耕地地力評價樣品測試項目匯總表”的要求，進行包括有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH值、有效鋅、可溶性鹽等12個項目的化驗分析［3］，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的養(yǎng)分狀況及采樣數(shù)見表1。

由表1可知，目前響水縣耕層土壤有機質(zhì)含量平均為15.16 g/kg，全氮含量平均為1.13 g/kg，有效磷含量平均為13.92 mg/kg，速效鉀含量平均為93.96 mg/kg，pH值平均為8.12。

表1 響水縣各鎮(zhèn) (中心社區(qū))土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

表2 響水縣各主要養(yǎng)分變化狀況

2.2 土壤養(yǎng)分變化趨勢

與1984年第二次土壤普查時相比 (表2)，2010年響水縣的土壤有機質(zhì)含量平均上升了5.9 g/kg，增幅達63.4%;全氮含量平均提高了0.47 g/kg，增幅達71.2%;有效磷含量平均上升了10 mg/kg，增幅達250%;速效鉀上升了10 mg/kg，增幅為11.9%。ph值則下降了0.08，降幅為0.98%?？傮w來說，響水縣土壤肥力水平有了明顯的提高。

土壤有機質(zhì)提高的主要原因是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，生產(chǎn)技術(shù)的提高，化肥的合理施用，使得農(nóng)田作物產(chǎn)量和生物量顯著增加，歸還土壤的作物根系、枯枝落葉及秸稈等有機物增多，提高了土壤有機質(zhì)的含量［4］，同時淺耕、少免耕、直播等農(nóng)藝措施的推廣，也促進了土壤有機質(zhì)的積累。土壤有效磷提高則主要是磷肥施用量大，施用時間長;其次是土壤改良和耕作制度的影響，如稻麥輪作田的推廣和應(yīng)用，淹水解磷，提高了磷的利用率;再次是土壤有機質(zhì)含量的提高，其在分解過程中產(chǎn)生能溶于水的有機酸，有利于無機磷的釋放［5］。土壤速效鉀增加的主要原因是鉀肥、復(fù)合肥、配方肥料的廣泛使用，省市沃土工程、補鉀工程、測土配方施肥等項目的實施，使廣大農(nóng)民對鉀肥施用的認識有了提高，投入量相應(yīng)增加;另外一個重要原因是秸稈還田技術(shù)的推廣帶進大量有機鉀素所致［6］。土壤pH的變化則不大，可能與潮土和鹽土一般被認為緩沖性能較強［7］，而響水縣主要是潮土與鹽土有關(guān)。

3 響水縣耕地地力評價

3.1 評價單元的確定

利用響水縣土壤圖與基本農(nóng)田保護地塊圖及土地利用現(xiàn)狀圖疊加產(chǎn)生的圖斑作為耕地地力評價的評價單元圖。將基本評價單元圖與各專題圖 (如水利分區(qū)圖、地貌類型圖、有機質(zhì)圖等)疊加，獲取鏈接在這些圖層上的屬性數(shù)據(jù)，使得基本評價單元的每個圖斑都有相應(yīng)的屬性資料。用這種方法得到的評價單元，空間界線及行政隸屬關(guān)系明晰、面積準確，地貌類型及土壤類型一致，利用方式和耕作方法基本相同，有利于評價結(jié)果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.2 評價指標的確定

響水縣的地力評價指標體系是以全國耕地地力評價因子總集和江蘇省地力評價指標體系作為依據(jù)，邀請鹽城市及揚州市土肥技術(shù)指導部門及響水縣農(nóng)業(yè)專家，遵循對耕地地力有較大影響因子在評價區(qū)域內(nèi)的變異較大、在時間序列上具有相對穩(wěn)定性、具有良好的操作性和實際意義等原則［8］，經(jīng)專家們的充分研究和討論，確定由養(yǎng)分狀況、剖面障礙、理化性狀、土壤管理等4大類13個指標，形成響水縣耕地地力評價指標體系。

3.3 評價指標的量化處理

耕地地力評價選取的評價因子對耕地地力的影響程度都是單因素概念，且評價因子間相互的量綱和數(shù)據(jù)類型都不盡相同，為方便比較，只有讓每一個因素都處于同一量綱后，才能用來衡量綜合因子對耕地地力的影響程度［9］。本研究對地貌類型、土壤剖面構(gòu)型、質(zhì)地等這類概念型且與耕地生產(chǎn)能力之間是一種非線性的關(guān)系的評價因子，采用特爾菲法直接給出相應(yīng)的隸屬度;對有機質(zhì)、有效磷、速效鉀、耕層含鹽量等可定量化且與耕地生產(chǎn)能力之間存在線性關(guān)系的評價因子，采用模糊數(shù)學方法，將選定的評價指標與耕地生產(chǎn)能力的關(guān)系擬合為戒上型、負直線型2種隸屬函數(shù);對于這種可量化要素利用特爾非法對一組實測值評估出相應(yīng)的一組隸屬度，并根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)擬合隸屬函數(shù)，由隸屬函數(shù)計算出相應(yīng)評價因子的隸屬度［10］。由此兩種方法得到的響水縣兩種類型評價指標的隸屬函數(shù)分別見表4、表5。

3.4 評價指標權(quán)重的確定——層次分析法

在耕地地力評價中，由于所選定的各評價指標對耕地地力的影響程度是不同的，因而能否科學的確定各評價指標的權(quán)重，是決定評價準確性與否的關(guān)鍵。通常確定評價指標權(quán)重的方法有:主成分分析法、多元回歸分析法、專家經(jīng)驗法和層次分析法等［11］。本研究采用的是層次分析法，它的基本原理是將要分析的問題層次化;根據(jù)問題的性質(zhì)和所要達到的目標，將問題分成不同的組成因素，并按照這些因素間的關(guān)聯(lián)影響及其隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。層次分析法的具體做法主要是通過建立層次分析結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗、層次總排序及一次性檢驗等來完成。當層次單排序及總排序一致性系數(shù)CR＜0.1時，說明一致性較好，權(quán)重匹配合理［12］。

響水耕地地力評價的層次分析模型經(jīng)計算，目標層CR=0.000 009 72，準則層 (1)CR=0.000 000 96，準則層 (2)CR=0.000 009 04，準則層(3)CR=0.000 003 47，準則層 (4)CR=0.000 000 00，層次總排序CR=0.000 005 46，所有的CR均小于0.1。此結(jié)果說明響水縣耕地地力評價的層次分析模型，一致性較好，權(quán)重匹配合理。通過計算得到響水縣耕地地力評價層次分析結(jié)果及參評因子的權(quán)重，詳見表6。

表3 響水縣耕地地力評價指標

表4 響水縣概念型評價因素的隸屬函數(shù)

表5 響水縣定量化評價指標的隸屬函數(shù)

表6 響水縣耕地地力評價層次分析結(jié)果及參評因子權(quán)重表

3.5 耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù) (IFI)計算

根據(jù)各評價指標的隸屬度和權(quán)重，利用加法模型計算各評價單元耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù)［13］。

IFI=耕地地力綜合指數(shù)

Fi=第i個要素評語

CiAi=第i個要素的組合權(quán)重

通過比較各個評價單元的綜合地力指數(shù) (IFI)值的大小，即可知道相應(yīng)地塊耕地地力的優(yōu)劣。

4 耕地地力評價結(jié)果

根據(jù)由響水縣耕地資源管理信息系統(tǒng)完成的耕地生產(chǎn)性能綜合指數(shù)分布圖，將響水縣耕地地力劃分為四個等級，見表7，其中一級地921.07 hm2，占耕地總面積的1.9%;二級地19 051.00 hm2，占耕地總面積的39.3%;三級地22 735.13 hm2，占耕地總面積的46.9%;四級地5 768.60 hm2，占耕地總面積的11.9%。

表7 響水縣耕地地力等級評價結(jié)果

從響水縣耕地地力等級評價結(jié)果表可以看出，響水縣的絕大部分耕地是屬于2級和3級地，總體地力水平以中等和中等偏上為主。為驗證本次耕地地力評價的結(jié)果，響水縣土肥站組織相關(guān)技術(shù)人員進行了實地調(diào)查走訪和現(xiàn)場評估，結(jié)果表明，本次耕地評價的結(jié)果與本縣的實際情況基本相符，且與1984年第二次土壤普查時所反映的耕地地力高低分布情況大致一致。

5 結(jié)論

1)通過1984年與2010年響水縣耕層土壤養(yǎng)分狀況比較可知，響水縣土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷含量大幅度提高，總體來說，響水縣土壤肥力水平有了明顯的提高。

2)目前響水縣的耕地地力等級以2級、3級為主，總體地力水平以中等和中等偏上為主。根據(jù)耕地地力評價因子的權(quán)重可知，必須通過加強農(nóng)田基本設(shè)施建設(shè)，來提高灌溉保證率，降低土壤中可溶性鹽含量;通過深耕深松加深耕層厚度等，來提高耕地地力等級。

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