江苏省响水县土壤养分变化状况及耕地地力评价

2011-06-07孙国跃王祝余

大麦与谷类科学 2011年3期

孙国跃王祝余周萍

(1.南京农业大学资环学院，江苏南京 210095;2.响水县土壤肥料管理站，江苏响水 224600)

土地是人类赖以生存和发展的最根本的物质基础，是一切物质生产最基本的源泉［1］。耕地是土地的精华，是人们获取粮食及其它农产品而不可替代的生产资料，是农业生产最重要的资源。耕地地力是指在当前管理水平下，由土壤本身特性、自然条件和基础设施水平等要素综合构成的耕地生产能力［2］。耕地地力的好坏直接影响到农业的可持续发展和粮食安全。

响水县成立于1966年，仅在1984年全国第二次土壤普查中，进行过一次地力评价和分类。此后的近30年来，由于农村经营管理体制、耕作制度、作物品种、种植结构、产量水平、有机肥和化肥使用总量与品种结构等均已发生巨大变化，响水县的土壤性状和耕地地力与过去相比也发生了很大变化，迫切需要开展耕地地力评价，来适应现代农业生产形势。

本研究以江苏省响水县为研究区域，对1984年及2010年的土壤养分状况进行对比，掌握土壤养分变化状况;采用江苏省扬州市土肥站基于GIS技术开发的响水县耕地资源管理信息系统，选取13项评价因子，运用层次分析法、特尔斐法、模糊数学法等数据处理与分析方法，对响水县的耕地地力进行了评价。

1 研究区概况

响水县位于江苏省盐城市东北部，东经119°29'51″～120°05'21″，北纬 33°56'51″～34°32'43″之间，东临黄海，北枕灌河，西连灌南、涟水，南抵中山河，与滨海县毗邻。县境东西长61 km，南北宽23 km，总面积为1 339.4 km2，耕地面积4.85万hm2，全县总人口59万人，农业人口人均耕地0.11 hm2。响水县处于暖温带南缘，因濒临黄海，具有明显的海洋性气候特征，全年四季分明，夏季受来自东面海洋季风影响，天气炎热多雨;冬季受北方南下季风影响，以干冷天气为主;春、秋两季处于-南北季风交替转换时期，天气冷暖多变。本县光热资源比较丰富，降雨量适中，无霜期较长，雨热同季，有利多种农作物生长。年平均日照2 402.7 h，年平均气温14.5℃，年平均降雨量为928.2 mm。全年无霜期211 d左右。全县土壤分为潮土、盐土2个土类，黄潮土、碱性潮盐土、潮盐土、潮间盐土4个亚类，两合土、油泥土、沙性潮盐土、壤性潮盐土、黏性潮盐土等8个土属、飞沙土、沙土、两合土、油泥土、沙碱土、沙质脱盐土、沙质轻盐土、壤质脱盐土、壤质轻盐土、黏质脱盐土等32个土种。

2 响水县耕地土壤养分变化状况

2.1 土壤养分现状

按照农业部《测土配方施肥技术规范》规定的要求，2007至2010年响水县共采集化验耕层土壤样品4 180个，并按照其中“测土配方施肥和耕地地力评价样品测试项目汇总表”的要求，进行包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH值、有效锌、可溶性盐等12个项目的化验分析［3］，各乡镇的养分状况及采样数见表1。

由表1可知，目前响水县耕层土壤有机质含量平均为15.16 g/kg，全氮含量平均为1.13 g/kg，有效磷含量平均为13.92 mg/kg，速效钾含量平均为93.96 mg/kg，pH值平均为8.12。

表1 响水县各镇 (中心社区)土壤养分现状

表2 响水县各主要养分变化状况

2.2 土壤养分变化趋势

与1984年第二次土壤普查时相比 (表2)，2010年响水县的土壤有机质含量平均上升了5.9 g/kg，增幅达63.4%;全氮含量平均提高了0.47 g/kg，增幅达71.2%;有效磷含量平均上升了10 mg/kg，增幅达250%;速效钾上升了10 mg/kg，增幅为11.9%。ph值则下降了0.08，降幅为0.98%。总体来说，响水县土壤肥力水平有了明显的提高。

土壤有机质提高的主要原因是由于农业生产条件的改善，生产技术的提高，化肥的合理施用，使得农田作物产量和生物量显著增加，归还土壤的作物根系、枯枝落叶及秸秆等有机物增多，提高了土壤有机质的含量［4］，同时浅耕、少免耕、直播等农艺措施的推广，也促进了土壤有机质的积累。土壤有效磷提高则主要是磷肥施用量大，施用时间长;其次是土壤改良和耕作制度的影响，如稻麦轮作田的推广和应用，淹水解磷，提高了磷的利用率;再次是土壤有机质含量的提高，其在分解过程中产生能溶于水的有机酸，有利于无机磷的释放［5］。土壤速效钾增加的主要原因是钾肥、复合肥、配方肥料的广泛使用，省市沃土工程、补钾工程、测土配方施肥等项目的实施，使广大农民对钾肥施用的认识有了提高，投入量相应增加;另外一个重要原因是秸秆还田技术的推广带进大量有机钾素所致［6］。土壤pH的变化则不大，可能与潮土和盐土一般被认为缓冲性能较强［7］，而响水县主要是潮土与盐土有关。

3 响水县耕地地力评价

3.1 评价单元的确定

利用响水县土壤图与基本农田保护地块图及土地利用现状图叠加产生的图斑作为耕地地力评价的评价单元图。将基本评价单元图与各专题图 (如水利分区图、地貌类型图、有机质图等)叠加，获取链接在这些图层上的属性数据，使得基本评价单元的每个图斑都有相应的属性资料。用这种方法得到的评价单元，空间界线及行政隶属关系明晰、面积准确，地貌类型及土壤类型一致，利用方式和耕作方法基本相同，有利于评价结果在农业生产中的应用。

3.2 评价指标的确定

响水县的地力评价指标体系是以全国耕地地力评价因子总集和江苏省地力评价指标体系作为依据，邀请盐城市及扬州市土肥技术指导部门及响水县农业专家，遵循对耕地地力有较大影响因子在评价区域内的变异较大、在时间序列上具有相对稳定性、具有良好的操作性和实际意义等原则［8］，经专家们的充分研究和讨论，确定由养分状况、剖面障碍、理化性状、土壤管理等4大类13个指标，形成响水县耕地地力评价指标体系。

3.3 评价指标的量化处理

耕地地力评价选取的评价因子对耕地地力的影响程度都是单因素概念，且评价因子间相互的量纲和数据类型都不尽相同，为方便比较，只有让每一个因素都处于同一量纲后，才能用来衡量综合因子对耕地地力的影响程度［9］。本研究对地貌类型、土壤剖面构型、质地等这类概念型且与耕地生产能力之间是一种非线性的关系的评价因子，采用特尔菲法直接给出相应的隶属度;对有机质、有效磷、速效钾、耕层含盐量等可定量化且与耕地生产能力之间存在线性关系的评价因子，采用模糊数学方法，将选定的评价指标与耕地生产能力的关系拟合为戒上型、负直线型2种隶属函数;对于这种可量化要素利用特尔非法对一组实测值评估出相应的一组隶属度，并根据这两组数据拟合隶属函数，由隶属函数计算出相应评价因子的隶属度［10］。由此两种方法得到的响水县两种类型评价指标的隶属函数分别见表4、表5。

3.4 评价指标权重的确定——层次分析法

在耕地地力评价中，由于所选定的各评价指标对耕地地力的影响程度是不同的，因而能否科学的确定各评价指标的权重，是决定评价准确性与否的关键。通常确定评价指标权重的方法有:主成分分析法、多元回归分析法、专家经验法和层次分析法等［11］。本研究采用的是层次分析法，它的基本原理是将要分析的问题层次化;根据问题的性质和所要达到的目标，将问题分成不同的组成因素，并按照这些因素间的关联影响及其隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。层次分析法的具体做法主要是通过建立层次分析结构、构造判断矩阵、层次单排序及一致性检验、层次总排序及一次性检验等来完成。当层次单排序及总排序一致性系数CR＜0.1时，说明一致性较好，权重匹配合理［12］。

响水耕地地力评价的层次分析模型经计算，目标层CR=0.000 009 72，准则层 (1)CR=0.000 000 96，准则层 (2)CR=0.000 009 04，准则层(3)CR=0.000 003 47，准则层 (4)CR=0.000 000 00，层次总排序CR=0.000 005 46，所有的CR均小于0.1。此结果说明响水县耕地地力评价的层次分析模型，一致性较好，权重匹配合理。通过计算得到响水县耕地地力评价层次分析结果及参评因子的权重，详见表6。

表3 响水县耕地地力评价指标

表4 响水县概念型评价因素的隶属函数

表5 响水县定量化评价指标的隶属函数

表6 响水县耕地地力评价层次分析结果及参评因子权重表

3.5 耕地生产性能综合指数 (IFI)计算

根据各评价指标的隶属度和权重，利用加法模型计算各评价单元耕地生产性能综合指数［13］。

IFI=耕地地力综合指数

Fi=第i个要素评语

CiAi=第i个要素的组合权重

通过比较各个评价单元的综合地力指数 (IFI)值的大小，即可知道相应地块耕地地力的优劣。

4 耕地地力评价结果

根据由响水县耕地资源管理信息系统完成的耕地生产性能综合指数分布图，将响水县耕地地力划分为四个等级，见表7，其中一级地921.07 hm2，占耕地总面积的1.9%;二级地19 051.00 hm2，占耕地总面积的39.3%;三级地22 735.13 hm2，占耕地总面积的46.9%;四级地5 768.60 hm2，占耕地总面积的11.9%。

表7 响水县耕地地力等级评价结果

从响水县耕地地力等级评价结果表可以看出，响水县的绝大部分耕地是属于2级和3级地，总体地力水平以中等和中等偏上为主。为验证本次耕地地力评价的结果，响水县土肥站组织相关技术人员进行了实地调查走访和现场评估，结果表明，本次耕地评价的结果与本县的实际情况基本相符，且与1984年第二次土壤普查时所反映的耕地地力高低分布情况大致一致。