不同限制因子組合區土壤改良對耕地質量等級的影響

葉達+吳克寧+趙華甫+李志洪+魏洪斌+高星

摘要：提升耕地質量是切實維護國家糧食安全的重要舉措。利用吉林省農安縣農用地分等工作獲得的數據，確定影響研究區耕地質量等級的土壤限制因子，探索對應的土壤改良方法并判定不同限制因子組合區土壤限制因子改良后的耕地質量等級，分析不同限制因子組合區土壤改良對耕地質量等級提升的效果。結果表明：通過對農安縣不同限制因子組合典型試驗區存在的土壤有機質含量、剖面構型、鹽漬化程度和土壤酸化程度4個土壤限制因子的改良，國家自然等指數最高可提升1個等級，國家利用等指數最高可提升1個等級，最大提升效果可將國家自然等指數從 1 649.31 提升至2 340.59，將國家利用等指數從1 017.80提升至1 208.38，土壤限制因子改良對提升耕地質量具有重要作用。

關鍵詞：土壤改良；耕地質量；不同限制強度區；土地整治；農安縣

中圖分類號： F323.211

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0427-03

糧食安全問題一直是全社會關注的重大問題。我國人多地少，耕地資源稀缺，后備資源匱乏，工業化、城鎮化的快速發展還將占用大量耕地。穩定耕地數量、提升耕地質量、挖掘產能潛力是破解耕地保護難題、確保國家糧食安全的有效方法[1]。土壤作為組成土地的自然要素之一，是植物生長的基地。作物生長需要的具體條件雖然各有不同，但除陽光外，其余的條件全部或部分是由土壤供給的[2]。《農用地分等規程》（TD/T 1004—2003）所推薦的13個農用地分等因素中有9個與土壤直接相關，可見土壤對耕地質量有著顯著的影響[3]。長期以來，我國的耕地整治和基本農田建設多關注于田水路林村等方面，缺乏對耕地不良土壤性質的有效改良措施，使得整治后的耕地質量并沒有明顯提高[4-6]。何冠諦等在喀斯特地區進行的土地整治研究對土壤有所涉及，但偏重于土壤調查[2]。黃河等在土地整治中引入農用地分等定級成果，提出了在可持續發展條件下提高耕地基礎地力的主要措施[7-8]。張德才等應用5年耕地土壤定位監測取得的數據，對作物產量、肥料施用和土壤主要養分屬性狀況等進行分析，提出了一些改良土壤的途徑[9]。吳金華等結合陜西省神木縣農用地分等定級成果，分析相關因素對土地等級的影響，提出土地整治的重點方向和主要工程內容[10]。而全國土地整治規劃提出要將耕地質量提升一個利用等級，因此，探索針對不同土壤限制因子的改良方法，明晰不同限制因子組合區土壤限制因子改良對耕地質量等級提升的影響，進而為轉變耕地整治模式、提升耕地生產力、提高糧食產量提供思路和方法上的借鑒，符合中國土地整治的基本方向，有助于維護國家糧食安全[4，11-14]。

1 研究區概況及典型試驗區確定

1.1 研究區概況

農安縣隸屬吉林省長春市（124°31′～125°45′E，43°55′～44°55′N），位于長春市西北約60 km的松遼平原腹地，目前建成區20 km2，常住人口23.2萬人，初具中等城市規模。全縣總人口120萬，其中農業人口90萬。根據2011年農安縣土地變更調查，全縣農用地面積436 183.68 hm2，耕地面積 390 160.21 hm2。農安縣耕地等級（利用等）分布表現為高等地和低等地少，代表較優效益的中上水平的利用等級較多。其中9等地最多，10和8等地數量相當，這3個等級的面積之和為367 718.17 hm2，占全縣耕地的94.24%。研究數據主要來源于農安縣農用地分等工作以及農安縣耕地質量等級成果補充完善工作（圖1）。

1.2 典型試驗區確定

為便于進行土壤限制因子改良對耕地質量等級影響的對比分析，根據各區域的耕地質量狀況，從農安縣選取了4個質量狀況相似、耕地面積較大且在土壤限制因子方面有所不同的耕地田塊作為試驗區進行土壤限制因子改良，并判定其改良后的耕地質量等級（圖2）。

試驗區均一年一熟，基準作物為水稻。Ⅰ號試驗區位于農安縣西北部的西林村，存在剖面構型、土壤有機質含量和土壤酸化程度3個土壤限制因子。Ⅱ號試驗區位于農安縣西南部的永久村，存在鹽漬化程度、土壤有機質含量和土壤酸化程度3個土壤限制因子。Ⅲ號試驗區位于農安縣中部東北方向的成家村，存在土壤有機質含量單一土壤限制因子。Ⅳ號試驗區位于農安縣東南部的東風村，無明顯的土壤限制因子（表1）。

2 研究技術方法

2.1 研究技術路線

農用地分等指標及分等過程較好地體現了土地生產力形成的機理，依據農用地分等成果來衡量耕地的質量，能夠客觀地揭示耕地生產力，理清土壤因素對土地生產能力的影響，明確土壤限制因子改良的實際作用效果，為耕地保護、 耕地整理及保障國家糧食安全提供科學依據。農用地分等有 3 個層次的評價成果，即自然質量等、利用等和經濟等。土壤限制因子改良直接影響自然質量等，而利用等體現實際生產能力，因此，本研究選取國家自然質量等和國家利用等作為衡量土壤限制因子改良對耕地質量提升效果的指標，首先通過對農安縣耕地質量情況的調查分析選擇典型試驗區，再確定此試驗區影響耕地質量等級的土壤限制因子，并提出針對各個土壤限制因子的改良措施。對不同土壤限制因子組合區進行相應改良后，根據農安縣農用地分等流程再對其進行分等評價，以此評判試驗區改良后的耕地質量情況。最后通過對比分析，揭示在不同土壤限制因子組合區，土壤限制因子改良對耕地質量提升的影響。

2.2 耕地質量等級轉換模型

在判別改良后耕地的質量等級時，為使評價結果全國可比，需對評價縣級成果進行國家級轉換。按照省等與國家等轉換關系，將農安縣計算的自然質量等和利用等結果對應轉換為國家級自然質量等指數和利用等指數，并依據規定隔斷劃分出國家級農安縣耕地自然質量等級和利用等級。按照農用地分等工作中確定的吉林省農用地等指數與標準糧產量的回歸方程，確定農安縣耕地省級等指數向國家級等指數平衡轉換模型為：

依據等指數平衡轉換規則，計算匯總單元的國家級等指數，按照400分的等間距確定國家級自然等，按照200分的等間距確定國家級利用等。并按要求轉換成1等地最優、15等最差的表示方式，即按區間劃分得到的15等表述為1等，按區間劃分得到的1等表述為15等。

2.3 不同限制強度區改良模式設計

根據《農用地分等規程》中關于吉林省農用地分等工作推薦因素的規定及宿慶瑞等提出的土壤限制因子篩選方法，結合農安縣農用地分等成果，確定試驗區存在的耕地質量土壤限制因子為土壤有機質含量、剖面構型、酸化程度、鹽漬化程度[3，15]。對4個試驗區所存在的土壤限制因子，提出相應的改良方法并進行改良，借此對比分析在不同限制因子組合區土壤限制因子改良對耕地質量等級提升的影響。探索多限制因子組合區及單因子、無強限制因子區土壤限制因子改良對耕地質量等級提升的影響。多限制因子組合區改良指對存在的多個土壤限制因子，如Ⅰ、Ⅱ號試驗區存在的3個限制因子全部進行改良；單限制因子區改良指對存在單個土壤限制因子，如對Ⅲ號試驗區存在的單一限制因子進行改良；無強限制因子區改良指對所存在的不明顯土壤限制因子，如Ⅳ號試驗區僅存在的土壤有機質含量這一弱限制因子進行改良（表2）。

3 改良效果分析

通過對比分析試驗區Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的改良情況，可以明晰在不同限制因子組合區土壤限制因子改良對耕地質量等級的影響。分析可知：（1）在存在多個強烈土壤限制因子地區進行土壤改良對耕地質量等級的提升效果顯著。試驗區Ⅰ、Ⅱ的耕地質量國家自然等與國家利用等均有提高。（2）在存在單個強烈土壤限制因子地區進行土壤改良能有效提高耕地的質量水平。盡管試驗區Ⅲ改良后國家利用等未變化，僅國家自然等上升了1個等級，但其耕地質量國家自然等指數與國家利用等指數明顯提高。（3）在不存在強烈土壤限制因子地區進行土壤改良雖然對耕地質量有所提升，但效果并不明顯。試驗區Ⅳ改良后耕地質量國家自然等與國家利用等均沒有變化，且國家自然等指數與國家利用等指數提升的幅度也并不大（表3）。

4 結論與討論

（1）在不同限制因子組合區，土壤限制因子改良對耕地質量等級的影響程度不同。在存在多個強限制程度土壤限制因子地區，土壤限制因子改良往往能直接提升耕地質量等級，對提升耕地質量效果顯著；在存在單個強限制強度土壤限制因子地區，耕地質量等級是否提升取決于改良的土壤限制因子的具體限制強度及其在耕地等級評定中所占的權重，能在一定程度上提升耕地的質量水平；在不存在強限制程度土壤限制因子地區，土壤限制因子改良往往不能直接提升耕地質量等級，對提高耕地質量的效果比較有限。（2）對農安縣典型試驗區存在的土壤有機質含量、剖面構型、鹽漬化程度和土壤酸化程度4個土壤限制因子提出了針對性的改良措施，并在不同限制強度區進行相應改良，國家自然等最高提升1個等級，國家利用等最高提升1個等級，最大提升效果將國家自然等指數從1 649.31提升至2 340.59，將國家利用等指數從1 017.80提升至1 208.38。（3）根據東北地區農用地分等國家利用等指數和標準產量間的關系，本研究的最大提升效果經計算可轉化為標準糧產量從 12 434.91 kg/hm2 提高至14 338.73 kg/hm2，增產1 903.82 kg/hm2，增產率達到 15.31%。2012年，中國糧食總產量為5.9億 t，糧食進口 8 000萬t[3-4]，若考慮同樣增產15.31%，則可實現糧食增產 9 032.9萬t，實現糧食完全自給[16]。（4）作為研究對象的吉林省農安縣，在其農用地分等評價因子體系中共有7個評價因子，其中6個為土壤限制因子。因此，農安縣的耕地質量等級與土壤質量狀況有極密切的聯系，相較于部分不以土壤質量狀況為主決定耕地質量等級的地區，本研究可能不具有典型性。（5）在進行以土壤限制因子改良為主的耕地整治規劃設計時，應充分考慮項目區耕地土壤限制因子的限制強度及強限制因子的數量，并從實際出發統籌考慮項目預算，確定合理的投入水平，以期制定出合理高效科學的能夠提升地力，提高糧食產能，符合社會、經濟、生態效益的耕地整治規劃方案，本研究對這些方面的考慮還不夠全面，可能對現實意義造成一定影響。

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