藁城市蔬菜地力調查與土壤質量評價

刁琢 尹興 李婷

摘要 土壤質量是影響農產品質量安全的關鍵因素之一。本研究通過蔬菜地耕層地力調查與定量化評價工作，明確了藁城市蔬菜耕地的土壤質量和蔬菜地耕層地力狀況；并采用層次分析法、模糊評價法對藁城市菜地土壤質量進行評價。結果表明，研究區耕地基礎地力可分為5個等級，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%。菜地土壤肥力質量從其耕層養分總體水平看，土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀平均含量高于1980年全省平均水平；微量元素中有效鋅有明顯提高。設施菜地土壤肥力明顯高于露地菜地。本研究結果對耕地土壤養分資源的科學管理、城郊農業生態園區發展、土壤可持續利用及測土配方施肥有積極意義。

關鍵詞 菜地；土壤質量；GIS；地力評價；河北藁城

中圖分類號 S159 文獻標識碼 A 文章編號 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

在人口增加和經濟建設占用耕地不可逆轉的條件下，摸清耕地資源數量，及時了解和掌握耕地土壤養分含量現狀及其變化規律，是提高耕地資源利用率、保持農業可持續發展的重要措施之一。近年來，在農業生產中仍沿用第二次土壤普查數據資料指導農業生產，而第二次土壤普查時間是1979—1985年，至今已有30多年。為此，農業部從2005年開始在全國實施了測土配方施肥項目。藁城市蔬菜種植面積大，對蔬菜地土壤質量現狀進行調研可為當地蔬菜安全生產保駕護航[1]。

本文以藁城市測土配方施肥項目取得的大量數據資料為依據，開展蔬菜地耕層地力評價工作，通過野外調查、采樣分析，以及地理信息系統將所得數據與1982年的第二次土壤普查數據和1993年耕層養分調查數據進行比較[2]，分析藁城市土壤養分含量和土壤中微量元素含量與分布狀況，并對蔬菜地、耕地進行分等定級。通過外業調查和資料分析，闡明藁城市耕地地力狀況、土壤養分變化趨勢，為提高耕地地力、糧食安全生產、科學施肥以及種植業結構調整提供科學依據。

近年來，全國各地基于地理信息系統（GIS）技術，采用聚類法分析法、層次分析法、綜合歸納法、模糊評價法對耕地地力評價方面等進行了一系列研究，也取得了一些成果[3-7]。王瑞燕等[8]利用模糊評價法、層次分析法和數學模型，以山東青州為研究地，對耕地地力實現了自動化、定量化評價。林碧珊[9]等以土種為單元，采用限制因素法和綜合歸納法，評價了耕地地力等級。本文運用GIS技術與傳統耕地地力評價方法相結合，分析藁城市菜地地力與土壤各肥力因子的時空變化特征，及時掌握菜地資源的數量、質量及其分布，可準確地反映了菜地地力的空間差異，提高了菜地地力評價結果的精度。通過GIS強大的數據處理和分析功能，統一管理菜地地力等級劃分，實現評價單元屬性值的自動計算，并可快速更新耕地資源信息庫。對推動蔬菜地資源的合理配置、優化種植業的生產結構具有重要的理論價值和現實意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

藁城市地處冀中南平原，總耕地面積5.44萬hm2。境內地勢平坦，土壤肥沃，水源豐富，日照充足，氣候溫和。平均海拔55～65 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。年平均降水量498 mm，蒸發量1 589.3 mm，日照時數為2 711.4 h，太陽輻射總量為546.5 kJ/cm2，無霜期為189 d。

1.2 布點及樣品采集

由于第二次土壤普查的布點具有代表性和均勻性，此次布點盡可能在第二次土壤普查的取樣點上布點。一是室內樣點布置。按規定的密度要求，根據采樣總數量，采用MapGis、MapInfo、ArcGIS等軟件進行布點設計，布設采樣點前需準備好項目縣行政區劃圖、土地利用現狀圖（最新，1∶50 000）、DEM圖、土壤類型圖（1∶50 000）。二是野外糾正。采樣人員帶上采樣點分布和對應屬性表，深入實地對布點情況進行及時糾正。

樣品采集要具有明顯、穩定、典型的性質。在藁城市具體地塊取樣首先用GPS定位儀，確定準確地理位置。耕層采樣深度0～20 cm，在取樣地塊用“S”法，均勻隨機采取10～15個采樣點，每個分樣點的采土部位、深度、數量要求要保持一致。采樣的工具用不銹鋼土鉆，按照地塊壟、溝比例確定壟、溝取土點位數量，采集的各樣點土壤挑出雜質，充分混勻后，四分法留取1.5 kg裝入樣品袋，放置在陰涼處自然風干，過100目尼龍篩，密封保存。

1.3 菜地質量評價過程

1.3.1 評價指標選取和權重的確定。參評指標是指參與評定菜地地力等級的菜地的諸屬性。遵循穩定性、綜合性、差異性、定量性和定性相結合原則，結合藁城市的具體實際，選取有機質、有效磷、速效鉀、堿解氮、灌溉能力、質地、地貌類型、土體構型、耕層厚度等9項因素作為菜地地力評價的參評指標。采用層次分析法來確定各參評指標的權重[10-12]。

1.3.2 參評因素隸屬函數的建立。采用模糊數學法，根據各因素對土壤質量的影響特點和各因素評價指標建立隸屬函數，然后再根據各因素實際值求得隸屬度[8]。因為定量因子與土地質量之間的關系比較復雜，根據前人研究的成果，有機質、速效鉀、有效磷、堿解氮等表現為戒上型隸屬函數；坡度、海拔和耕層厚度表現為直線型隸屬函數。

1.3.3 綜合評價指數計算與耕地分級。利用累加模型計算菜地綜合指數IFI，對應于每個圖斑的綜合指數計算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci（i=1，2，3，k，n）

式中，Fi表示第i個因子的隸屬度，Ci表示第i個因素的權重值。根據綜合指數的計算結果，根據分級標準，然后采用累積曲線分級法[13]，將試驗區的耕地地力分為5級。

2 結果與分析

2.1 藁城市菜地土壤耕層養分含量變化規律與評價

從表1可以看出，藁城市菜地有機質含量平均為25.6 g/kg，其中設施菜地和露地菜地分別為30.1、22.5 g/kg；全氮含量平均為0.89 g/kg，其中設施菜地和露地菜地分別為0.95、0.75 g/kg；硝態氮含量平均為91.64 mg/kg，其中設施菜地和露地菜地分別為114.69、56.71 mg/kg；有效磷含量平均為83.13 mg/kg，其中設施菜地和露地菜地分別為113.88、52.13 mg/kg；速效鉀含量平均為134.77 mg/kg，其中設施菜地和露地菜地分別為173.81、52.13 mg/kg。由此表明，設施菜地耕層有機質及大量元素養分含量明顯高于露地菜地。

耕層土壤交換性鈣含量平均為10.41 mg/kg，交換性鎂平均為2.25 mg/kg，有效硫平均為89.02 mg/kg，有效硅含量為145.47 mg/kg，中量元素比較豐富；微量元素中，有效硼、有效銅、有效鋅、有效鉬、有效錳、有效鐵含量平均分別為0.50、1.29、2.54、0.14、6.08、10.83 mg/kg。

從表2可以看出，大量元素有機質、全氮、速效磷、速效鉀2017年平均含量都高于1980年全省平均水平。微量元素中有效鋅提高很快，藁城市土壤有效鋅的含量自第二次土壤普查以來已經發生了很大的變化，1982年全市土壤有效鋅含量多處于3級或4級，20多年來由于肥料的合理施用，土壤有效鋅含量逐年增加，目前土壤有效鋅含量多處于2級，還有一部分屬于1級地和3級地水平。

2.2 各等級耕地的空間分布與劃分

根據藁城地區菜地實際情況，以1∶50 000耕地土種圖、土地利用現狀圖、基本農田保護區現狀圖3種圖件疊加形成的圖斑為評價單元，選取15個因素建立評價指標體系，將藁城市菜地地力共劃分為5個等級，各等級菜地地力綜合指數見表3。

菜地地力評價是由多種因素綜合作用的結果，每一個因素均對地力有復雜影響，且因素之間相互制約、相互影響。本研究主要采用層次分析法確定各參評因素的權重[11-12]，菜

地地力方面則選取土壤地貌類型、質地、有機質、土壤養分等方面組成進行分析、比較、量化和排序，再比較各因素之間的重要性，構造判斷矩陣，確定權重。其中地貌類型、質地、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、灌溉能力、土體構型、耕層厚度權重分別為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。

采用模糊數學法，根據各因素對土壤質量的影響特點和各因素鑒定指標建立隸屬函數，然后再根據各因素實際值求得隸屬度。定量因子與土地質量的關系比較復雜，根據前人研究成果，其中有機質含量、有效磷、速效鉀、堿解氮表現為戒上型函數，坡度、海拔等與耕層厚度表現為直線型函數。具體如表4所示。

從表5和圖1可以看出，藁城市共有菜地34 266.66 hm2，地力可分為5等：一等地面積14 357.73 hm2，占菜地面積的41.90%；二等地面積11 242.9 hm2，占菜地面積的32.81%；三等地面積5 266.79 hm2，占菜地面積的15.37%；四等地面積1 524.87 hm2，占菜地面積的4.45%；五等地面積1 874.39 hm2，占菜地面積的5.47%。該市一等地較多，占41.9%，其次是二等地，占32.81%，四、五等地較少。

菜地等級的地域分布特點是一等地主要集中分布于西南部，以崗上、廉州、丘頭、南營、梅花等鄉鎮為主。土壤類型為洪沖積褐土、洪沖積潮褐土地貌類型以緩平坡地、槽狀洼地、緩崗為主，部分地塊屬山前傾斜平地、山前緩平地，地面坡度很小。二級地土壤位于山前沖積扇平原的中部，主要分布于增村、西關、張家莊、南孟、九門南董、賈市莊等鄉鎮，土壤類型多為石灰性褐土、潮褐土，地貌類型主要是山前緩平地、緩平坡地為主，地面坡度較小。三級地位于山前沖積扇上，主要分布于九門、興安、常安、賈市莊、張家莊等鄉鎮。土壤類型多為褐潮土，地貌類型以山前平地為主，帶有山前緩平地，地面坡度較小。

3 結論

分析結果表明，藁城市設施菜地耕層有機質及大量元素養分含量明顯高于露地菜地。大量元素有機質、全氮、速效磷、速效鉀平均含量高于1980年全省平均水平。菜地耕層微量元素中有效鋅提高很快。

按照河北省菜地質量調查和評價規程以及分級標準將藁城市菜地地力進行了評價和分級。將藁城市菜地地力共劃分為5個等級，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%。

4 參考文獻

[1] 孟娟，劉樹慶，賈文竹，等.定州市菜地土壤質量評價研究[J].安徽農業科學，2009，37（9）：4102-4104.

[2] 李承緖.河北土壤[M].石家莊：河北科學技術出版社，1990：3-5.

[3] 牛彥斌，許皞，秦雙月，等.GIS支持下的耕地地力評價方法研究[J].河北農業大學學報，2004，27（3）：85-88.

[4] 尹君，許皞，林培，等.地理信息系統在土地多宜性評價中的應用[J].河北農業大學學報，1998，21（1）：83-89.

[5] 張柄寧，張月平，張秀美，等.基本農田信息系統的建立及其應用[I].耕地地力等級體系研究[J].土壤學報，1999，36（4）：510-521.

[6] 徐夢潔，葛向東，張永勤，等.耕地可持續利用評價指標體系及評價[J].土壤學報，2001，38（3）：275-284.

[7] 邢世和，黃吉，黃河，等.GIS支持下的區域耕地質量評價[J].福建農林大學學報（自然科學版），2002，31（3）：378-382.

[8] 王瑞燕，趙庚星，李濤.山東省青州市耕地地力等級評價研究[J].土壤，2004，36（1）：76-80.

[9] 林碧珊，湯建東，張滿紅.廣東省耕地地力等級研究與評價[J].生態環境，2005，14（1）：145-149.

[10] 張海濤，周勇，汪善勤，等.利用GIS和RS資料及層次分析法綜合評價江漢平原后湖地區耕地自然地力[J].農業工程學報，2003，19（2）：219-223.

[11] THOMAS L S.The analytical hierarchy process：Planning，priority sett-ing，resource allocation[M].New York：MeGraw-Hill，1980.

[12] 莊鎖法.基于層次分析法的綜合評價模型[J].合肥工業大學學報，2000，23（4）：582-590.

[13] 付進，李志洪，王藩.基于GIS的長春市二道區耕地地力評價[J].安徽農業科學，2011，39（7）：4177-4180.