藁城市蔬菜地力调查与土壤质量评价

刁琢 尹兴 李婷

摘要 土壤质量是影响农产品质量安全的关键因素之一。本研究通过蔬菜地耕层地力调查与定量化评价工作，明确了藁城市蔬菜耕地的土壤质量和蔬菜地耕层地力状况；并采用层次分析法、模糊评价法对藁城市菜地土壤质量进行评价。结果表明，研究区耕地基础地力可分为5个等级，其中一等地占41.90%，二等地占32.81%，三等地占15.37%，四等地占4.45%，五等地占5.47%。菜地土壤肥力质量从其耕层养分总体水平看，土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾平均含量高于1980年全省平均水平；微量元素中有效锌有明显提高。设施菜地土壤肥力明显高于露地菜地。本研究结果对耕地土壤养分资源的科学管理、城郊农业生态园区发展、土壤可持续利用及测土配方施肥有积极意义。

关键词 菜地；土壤质量；GIS；地力评价；河北藁城

中图分类号 S159 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）13-0057-02

Investigation on Vegetable Fertility and Soil Quality Evaluation in Gaocheng City

DIAO Zhuo 1 YIN Xing 2 LI Ting 2

（1 Greater Khingan Range Institute of Agricultural and Forestry Science，Greater Khingan Range Heilongjiang 165000； 2 Hebei University of Economics and Business）

Abstract The quality of soil is one of the key factors affecting the quality and safety of agricultural products.In this study，through the investigation and quantification of cultivated land fertility in vegetable fields，the soil quality of cultivated land and the soil fertility of vegetables in Gaocheng City were clarified.The quality of vegetable land in Gaocheng City was evaluated by using AHP and fuzzy evaluation method.The results showed that the basic cultivated land area in the study area could be divided into five levels，accounting for 41.90%，32.81%，15.37%，4.45% and 5.47%，respectively.From the overall level of nutrients in the plough layer，the soil fertility quality of vegetable fields was higher，the average content of soil organic matter，total nitrogen，available phosphorus，and available potassium were higher than the average level of the province in 1980；the effective zinc has significantly increased.The soil fertility of the vegetable plots in the facilities was significantly higher than that in the exposed vegetable plots.The results have positive significance for the scientific management of cultivated soil nutrient resources，the development of suburban agricultural ecological parks，the sustainable use of soil，soil testing and formula fertilization.

Key words vegetable land；soil quality；GIS；land evaluation；Gaocheng Hebei

在人口增加和經济建设占用耕地不可逆转的条件下，摸清耕地资源数量，及时了解和掌握耕地土壤养分含量现状及其变化规律，是提高耕地资源利用率、保持农业可持续发展的重要措施之一。近年来，在农业生产中仍沿用第二次土壤普查数据资料指导农业生产，而第二次土壤普查时间是1979—1985年，至今已有30多年。为此，农业部从2005年开始在全国实施了测土配方施肥项目。藁城市蔬菜种植面积大，对蔬菜地土壤质量现状进行调研可为当地蔬菜安全生产保驾护航[1]。

本文以藁城市测土配方施肥项目取得的大量数据资料为依据，开展蔬菜地耕层地力评价工作，通过野外调查、采样分析，以及地理信息系统将所得数据与1982年的第二次土壤普查数据和1993年耕层养分调查数据进行比较[2]，分析藁城市土壤养分含量和土壤中微量元素含量与分布状况，并对蔬菜地、耕地进行分等定级。通过外业调查和资料分析，阐明藁城市耕地地力状况、土壤养分变化趋势，为提高耕地地力、粮食安全生产、科学施肥以及种植业结构调整提供科学依据。

近年来，全国各地基于地理信息系统（GIS）技术，采用聚类法分析法、层次分析法、综合归纳法、模糊评价法对耕地地力评价方面等进行了一系列研究，也取得了一些成果[3-7]。王瑞燕等[8]利用模糊评价法、层次分析法和数学模型，以山东青州为研究地，对耕地地力实现了自动化、定量化评价。林碧珊[9]等以土种为单元，采用限制因素法和综合归纳法，评价了耕地地力等级。本文运用GIS技术与传统耕地地力评价方法相结合，分析藁城市菜地地力与土壤各肥力因子的时空变化特征，及时掌握菜地资源的数量、质量及其分布，可准确地反映了菜地地力的空间差异，提高了菜地地力评价结果的精度。通过GIS强大的数据处理和分析功能，统一管理菜地地力等级划分，实现评价单元属性值的自动计算，并可快速更新耕地资源信息库。对推动蔬菜地资源的合理配置、优化种植业的生产结构具有重要的理论价值和现实意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

藁城市地处冀中南平原，总耕地面积5.44万hm2。境内地势平坦，土壤肥沃，水源丰富，日照充足，气候温和。平均海拔55～65 m，属暖温带半湿润大陆性季风气候。年平均降水量498 mm，蒸发量1 589.3 mm，日照时数为2 711.4 h，太阳辐射总量为546.5 kJ/cm2，无霜期为189 d。

1.2 布点及样品采集

由于第二次土壤普查的布點具有代表性和均匀性，此次布点尽可能在第二次土壤普查的取样点上布点。一是室内样点布置。按规定的密度要求，根据采样总数量，采用MapGis、MapInfo、ArcGIS等软件进行布点设计，布设采样点前需准备好项目县行政区划图、土地利用现状图（最新，1∶50 000）、DEM图、土壤类型图（1∶50 000）。二是野外纠正。采样人员带上采样点分布和对应属性表，深入实地对布点情况进行及时纠正。

样品采集要具有明显、稳定、典型的性质。在藁城市具体地块取样首先用GPS定位仪，确定准确地理位置。耕层采样深度0～20 cm，在取样地块用“S”法，均匀随机采取10～15个采样点，每个分样点的采土部位、深度、数量要求要保持一致。采样的工具用不锈钢土钻，按照地块垄、沟比例确定垄、沟取土点位数量，采集的各样点土壤挑出杂质，充分混匀后，四分法留取1.5 kg装入样品袋，放置在阴凉处自然风干，过100目尼龙筛，密封保存。

1.3 菜地质量评价过程

1.3.1 评价指标选取和权重的确定。参评指标是指参与评定菜地地力等级的菜地的诸属性。遵循稳定性、综合性、差异性、定量性和定性相结合原则，结合藁城市的具体实际，选取有机质、有效磷、速效钾、碱解氮、灌溉能力、质地、地貌类型、土体构型、耕层厚度等9项因素作为菜地地力评价的参评指标。采用层次分析法来确定各参评指标的权重[10-12]。

1.3.2 参评因素隶属函数的建立。采用模糊数学法，根据各因素对土壤质量的影响特点和各因素评价指标建立隶属函数，然后再根据各因素实际值求得隶属度[8]。因为定量因子与土地质量之间的关系比较复杂，根据前人研究的成果，有机质、速效钾、有效磷、碱解氮等表现为戒上型隶属函数；坡度、海拔和耕层厚度表现为直线型隶属函数。

1.3.3 综合评价指数计算与耕地分级。利用累加模型计算菜地综合指数IFI，对应于每个图斑的综合指数计算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci（i=1，2，3，k，n）

式中，Fi表示第i个因子的隶属度，Ci表示第i个因素的权重值。根据综合指数的计算结果，根据分级标准，然后采用累积曲线分级法[13]，将试验区的耕地地力分为5级。

2 结果与分析

2.1 藁城市菜地土壤耕层养分含量变化规律与评价

从表1可以看出，藁城市菜地有机质含量平均为25.6 g/kg，其中设施菜地和露地菜地分别为30.1、22.5 g/kg；全氮含量平均为0.89 g/kg，其中设施菜地和露地菜地分别为0.95、0.75 g/kg；硝态氮含量平均为91.64 mg/kg，其中设施菜地和露地菜地分别为114.69、56.71 mg/kg；有效磷含量平均为83.13 mg/kg，其中设施菜地和露地菜地分别为113.88、52.13 mg/kg；速效钾含量平均为134.77 mg/kg，其中设施菜地和露地菜地分别为173.81、52.13 mg/kg。由此表明，设施菜地耕层有机质及大量元素养分含量明显高于露地菜地。

耕层土壤交换性钙含量平均为10.41 mg/kg，交换性镁平均为2.25 mg/kg，有效硫平均为89.02 mg/kg，有效硅含量为145.47 mg/kg，中量元素比较丰富；微量元素中，有效硼、有效铜、有效锌、有效钼、有效锰、有效铁含量平均分别为0.50、1.29、2.54、0.14、6.08、10.83 mg/kg。

从表2可以看出，大量元素有机质、全氮、速效磷、速效钾2017年平均含量都高于1980年全省平均水平。微量元素中有效锌提高很快，藁城市土壤有效锌的含量自第二次土壤普查以来已经发生了很大的变化，1982年全市土壤有效锌含量多处于3级或4级，20多年来由于肥料的合理施用，土壤有效锌含量逐年增加，目前土壤有效锌含量多处于2级，还有一部分属于1级地和3级地水平。

2.2 各等级耕地的空间分布与划分

根据藁城地区菜地实际情况，以1∶50 000耕地土种图、土地利用现状图、基本农田保护区现状图3种图件叠加形成的图斑为评价单元，选取15个因素建立评价指标体系，将藁城市菜地地力共划分为5个等级，各等级菜地地力综合指数见表3。

菜地地力评价是由多种因素综合作用的结果，每一个因素均对地力有复杂影响，且因素之间相互制约、相互影响。本研究主要采用层次分析法确定各参评因素的权重[11-12]，菜

地地力方面则选取土壤地貌类型、质地、有机质、土壤养分等方面组成进行分析、比较、量化和排序，再比较各因素之间的重要性，构造判断矩阵，确定权重。其中地貌类型、质地、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、灌溉能力、土体构型、耕层厚度权重分别为0.138 3、0.605 0、0.083 0、0.107 0、0.940 0、0.057 5、0.057 0、0.025 8、0.023 5。

采用模糊数学法，根据各因素对土壤质量的影响特点和各因素鉴定指标建立隶属函数，然后再根据各因素实际值求得隶属度。定量因子与土地质量的关系比较复杂，根据前人研究成果，其中有机质含量、有效磷、速效钾、碱解氮表现为戒上型函数，坡度、海拔等与耕层厚度表现为直线型函数。具体如表4所示。

从表5和图1可以看出，藁城市共有菜地34 266.66 hm2，地力可分为5等：一等地面积14 357.73 hm2，占菜地面积的41.90%；二等地面积11 242.9 hm2，占菜地面积的32.81%；三等地面积5 266.79 hm2，占菜地面积的15.37%；四等地面积1 524.87 hm2，占菜地面积的4.45%；五等地面积1 874.39 hm2，占菜地面积的5.47%。该市一等地较多，占41.9%，其次是二等地，占32.81%，四、五等地较少。

菜地等级的地域分布特点是一等地主要集中分布于西南部，以岗上、廉州、丘头、南营、梅花等乡镇为主。土壤类型为洪冲积褐土、洪冲积潮褐土地貌类型以缓平坡地、槽状洼地、缓岗为主，部分地块属山前倾斜平地、山前缓平地，地面坡度很小。二级地土壤位于山前冲积扇平原的中部，主要分布于增村、西关、张家庄、南孟、九门南董、贾市庄等乡镇，土壤类型多为石灰性褐土、潮褐土，地貌类型主要是山前缓平地、缓平坡地为主，地面坡度较小。三级地位于山前冲积扇上，主要分布于九门、兴安、常安、贾市庄、张家庄等乡镇。土壤类型多为褐潮土，地貌类型以山前平地为主，带有山前缓平地，地面坡度较小。

3 结论

分析结果表明，藁城市设施菜地耕层有机质及大量元素养分含量明显高于露地菜地。大量元素有機质、全氮、速效磷、速效钾平均含量高于1980年全省平均水平。菜地耕层微量元素中有效锌提高很快。

按照河北省菜地质量调查和评价规程以及分级标准将藁城市菜地地力进行了评价和分级。将藁城市菜地地力共划分为5个等级，其中，一等地占41.9%；二等地占32.81%；三等地占15.37%；四等地占4.45%；五等地占5.47%。

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