基于土壤限制因子改良的耕地质量等别提升研究

叶达　吴克宁　赵华甫

摘要：基于农安县农用地分等工作数据，确定影响研究区耕地质量等别的土壤限制因子，探索对应的土壤改良方法并判定不同改良组合模式下土壤限制因子改良后的耕地质量等别，分析土壤限制因子改良对耕地质量等别提升的效果。结果表明，通过对农安县典型试验区存在的土壤有机质含量、剖面构型和土壤酸化程度3个土壤限制因子在不同组合模式下进行改良，国家自然等别最高可提升一等，国家利用等别最高可提升一等，最大提升效果可将国家自然等别指数从1 756提升至2 345，将国家利用等别指数从1 003提升至1 242。土壤限制因子改良对提升耕地质量具有重要作用。

关键词：土壤改良；耕地质量；土地整治；农安县

中图分类号：F323.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）15-3651-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.016

Abstract： This study focus on the importance of soil factors to the quality of arable land，and get Nongan County，Jilin Province as a case. Based on date from farmland evaluation in Nongan County， making sure what soil factor limit the quality of arable land and proposing targeted soil improvement method. Then calculate the degree of arable land quality and analysis the effect of soil improvement to the degree of arable land quality. The results show that there are three soil factors exist to limit the quality of arable land in experimental zone， they are soil organic content， soil construction and soil pH. Through improvement of these soil factors in different combination， the national natural degree of arable land quality from 11 to 10 and national utilizable degree from 10 to 9 at most in Nongan county. Correspondingly， the national natural degree index of arable land quality from 1 756 to 2 345 and national utilizable degree index from 1 003 to 1 242 at most. Soil improvement can play an important role in arable land quality enhancement.

Key words： soil improvement； arable land quality； land remediation； Nongan County

粮食安全问题一直是全社会关注的重大问题。中国人多地少、耕地资源稀缺、后备资源匮乏，工业化、城镇化的快速发展还将占用大量耕地。稳定耕地数量、提升耕地质量、挖掘产能潜力则是破解耕地保护难题、确保国家粮食安全的有效方法[1]。土壤作为组成土地的自然要素之一，是植物生长的基地。作物生长需要的具体条件虽然各有不同，但除阳光外，其余的条件全部或部分是由土壤供给的。在《农用地分等规程》（TD-T1004-2003）中，其所推荐的13个农用地分等因素中有9个与土壤直接相关[2-5]。由此可见，土壤对耕地质量有显著影响。

但是，长期以来中国的耕地整治和基本农田建设多关注于田水路林村等方面，缺乏对耕地不良土壤性质的有效改良措施，使得整治后的耕地质量并没有明显提高[6-13]。何冠谛等[14]在喀斯特地区进行的土地整治研究对土壤有所涉及，但偏重于土壤调查。在土地整治中引入农用地分等定级成果，提出了在可持续发展条件下提高耕地基础地力的主要措施[15-17]。张德才等[18]应用5年耕地土壤定位监测取得的数据，对作物产量、肥料施用和土壤主要养分属性状况等进行分析，提出了一些改良土壤的途径。吴金华等[19]结合陕西省神木县农用地分等定级成果，分析了相关因素对土地等级的影响，提出了土地整治的重点方向和主要工程内容。而全国土地整治规划提出要将耕地质量提升一个利用等别，基于此，本研究针对不同土壤限制因子提出改良方法，明晰在差异化投入水平下进行土壤限制因子改良对耕地质量等别提升的影响，为转变耕地整治模式、提升耕地生产力、提高粮食产量提供思路和方法上的借鉴，符合中国土地整治的基本方向[20-27]，有助于维护国家粮食安全。

1 研究区概况与典型试验区确定

1.1 研究区概况

农安县隶属吉林省长春市（124°31′-125°45′E， 43°55′-44°55′N），位于长春市西北约60 km2的松辽平原腹地（图1）。目前，建成区20 km2，常住人口23.2万人，初具中等城市规模。全县总人口120万，其中农业人口90万。根据2011年农安县土地变更调查，全县农用地面积436 183.68 hm2，耕地面积390 160.21 hm2。农安县耕地等别（利用等别）分布表现为高等地和低等地少，代表较优效益的中上水平的利用等别较多。其中9等别地最多，10和8等别地数量相当，这3个等别的面积之和为367 718.17 hm2，占全县耕地的94.24%。研究数据主要来源于农安县农用地分等工作以及农安县耕地质量等别成果补充完善工作。

1.2 确定典型试验区

为便于进行土壤限制因子改良对耕地质量等别提升影响的对比分析，根据农安县耕地的质量状况，从中选取具有代表性且存在多个土壤限制因子的田块作为试验区。试验区位于农安县西北部的西林村，面积346.04 hm2，县域内与其质量状况相似的耕地面积较大，存在剖面构型、土壤有机质含量和土壤酸化程度3个土壤限制因子。试验区一年一熟，基准作物为水稻，其在农安县的位置如图2所示，试验区耕地质量情况见表1。

2 研究方法

2.1 研究技术路线

农用地分等指标及其分等过程较好地体现了土地生产力形成的机理[28]，依据农用地分等成果来衡量耕地的质量，能够客观地揭示耕地生产力，理清土壤因素对土地生产能力的影响，明确土壤限制因子改良的实际作用效果，为耕地保护、耕地整理及保障国家粮食安全提供科学依据[29]。农用地分等别有3个层次的评价成果，即自然质量等别、利用等别和经济等别。土壤限制因子改良直接影响的是自然质量等别，而利用等别体现的是实际生产能力，因此，选取国家自然质量等别和国家利用等别作为衡量土壤限制因子改良对耕地质量提升效果的指标。

首先通过对农安县耕地质量情况的调查分析选择典型试验区，再确定此试验区影响耕地质量等别的土壤限制因子，并提出针对各个土壤限制因子的改良措施。在对试验区存在的土壤限制因子选取一个或多个进行不同组合模式改良后，根据农安县农用地分等流程再对其进行分等评价，以此评判试验区改良后的耕地质量情况。最后通过对比分析，揭示不同改良组合模式下，土壤限制因子改良对耕地质量提升的影响。

2.2 耕地质量等别转换模型

在判别改良后耕地的质量等别时，为使评价结果全国可比，需对评价县级成果进行国家级转换。按照省等与国家等转换关系，将农安县计算的自然质量等和利用等结果对应转换为国家级自然质量等指数和利用等指数，并依据规定隔断划分出国家级农安县耕地自然质量等别和利用等别。按照农用地分等工作中确定的吉林省农用地等指数与标准粮产量的回归方程，确定农安县耕地省级等指数向国家级等指数平衡转换模型为：

ZG=ZS×2.088-110.836；

LG=LS×1.311 6+371.44；

式中，ZG表示国家级自然等指数；ZS表示省级自然等指数；LG表示国家级利用等指数；LS表示省级利用等指数。

依据等指数平衡转换规则，计算汇总单元的国家级等指数，按照400分的等间距确定国家级自然等别，按照200分的等间距确定国家级利用等别。并按要求转换成1等别最优、15等别最差的表示方式。

2.3 不同改良组合模式设计

根据《农用地分等规程》中关于吉林省农用地分等工作推荐因素的规定[3]与土壤限制因子筛选方法[30-32]，结合农安县农用地分等成果，确定试验区耕地质量土壤限制因子为：土壤有机质含量、剖面构型、酸碱化程度。针对这3个土壤限制因子，提出不同的改良组合模式，借此对比分析在不同改良组合模式下土壤限制因子改良对耕地质量等别提升的影响。

探索单个及多个土壤限制因子改良对耕地质量等别提升的影响。单因子改良指对试验区存在的3个土壤限制因子中的一个进行改良；双因子指对试验区存在的3个土壤限制因子中的两个进行改良；3因子改良指对试验区存在的3个土壤限制因子全部进行改良。不同改良组合模式设计如表2。

3 改良效果与分析

通过分析试验区改良前后的耕地质量情况（见表3），可以明晰在不同改良组合模式下土壤限制因子改良对耕地质量等别的提升效果。

在单因子改良模式下，即对试验区存在的3个强烈土壤限制因子中的一个进行改良的情况下，耕地的国家自然等指数与国家利用等指数均有提升，但国家自然等和国家利用等可能均有所提升，也可能仅其中之一有所提升，亦可能两者均没有变化，这是由于一个耕地等别对应的指数是一个区间，单个土壤限制因子改良后的耕地质量指数可能无法越过原有的等别区间。但从国家自然等指数与国家利用等指数的变换情况可知，即使是单个土壤限制因子的改良仍然能在一定程度上提升耕地的质量水平。

在双因子改良模式下，即对试验区存在的3个强烈土壤限制因子中的两个进行改良的情况下，耕地的国家自然等指数与国家利用等指数均有明显提升，国家自然等和国家利用等提升的概率与幅度与低投入水平下相比均有所提高，但也并非两者均必定会提升，这是由于一个耕地等别对应的指数是一个区间，而选择进行改良的两个土壤限制因子可能限制强度并没有达到能够引起改良后的耕地质量指数超越原有的等别区间的强度。但明显可得出的是在双因子改良模式下，耕地质量情况得到了较大的提升，比较容易直接引起耕地质量等别的变化。

在3因子改良模式下，即对试验区存在的3个强烈土壤限制因子均进行改良的情况下，耕地的国家自然等指数与国家利用等指数均显著提升，国家自然等和国家利用等也均有所提高。由此可以得出在3因子改良模式下，土壤限制因子改良对提升耕地质量等别的效果明显。

4 小结与讨论

在不同改良组合模式下，土壤限制因子改良对耕地质量等别的影响程度不同。3因子改良模式下，土壤限制因子改良往往能直接提升耕地质量等别，对提升耕地质量效果显著；双因子改良模式下，耕地质量等别是否提升取决于改良的土壤限制因子的限制强度及其在耕地等别评定中所占的权重，能在一定程度上提升耕地的质量水平；单因子改良模式下，土壤限制因子改良往往不能直接提升耕地质量等别，但其耕地质量指数一般会有所提升，对提高耕地质量的效果比较有限。

对农安县典型试验区存在的土壤有机质含量、剖面构型和土壤酸碱化程度3个土壤限制因子提出了针对性的改良措施，并在组合模式下进行相应改良，国家自然等最高提升1等，国家利用等最高提升1等，最大提升效果将国家自然等指数从1 756提升至2 345，将国家利用等指数从1 003提升至1 242。

根据东北地区农用地分等国家利用等指数和标准产量间的关系[28]，本研究的最大提升效果经计算可转化为标准粮产量从12 283.77 kg/hm2提高至14 673.58 kg/hm2，每公顷增产2 389.81 kg，增产率达到19.46%。2012年，中国粮食总产量为5.9亿t，粮食进口8 000万t[33]，若考虑同样增产23.34%，则可实现粮食增产11 478.48万t，实现粮食完全自给。

吉林省农安县农用地分等评价7个因子中6个为土壤限制因子。因此，农安县的耕地质量等别与土壤质量状况有极密切的联系，相较于部分不以土壤质量状况为主决定耕地质量等别的地区，本研究可能不具有典型性。在进行以土壤限制因子改良为主的耕地整治规划设计时应充分考虑项目区耕地土壤限制因子的限制强度及强限制因子的数量，并从实际出发统筹考虑项目预算，确定合理的投入水平，以期制定出合理高效科学的能够提升地力，提高粮食产能，符合社会、经济、生态效益的耕地整治规划方案，本研究对这些方面的考虑尚还不够全面，可能对现实意义造成一定的影响。

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