基于土壤限制因子改良的耕地質量等別提升研究

基于土壤限制因子改良的耕地質量等別提升研究基于土壤限制因子改進的耕地質量等別提升研究

中圖分類號：F323.24文獻標識碼：A文章編號：0439-8114〔2022〕15-3651-05

DOI：10.14088/jki.issn0439-8114.2022.15.016

Abstract：Thisstudyfocusontheimportanceofsoilfactorstothequalityofarableland，andgetNong’anCounty，JilinProvinceasacase.BasedondatefromfarmlandevaluationinNong’anCounty，makingsurewhatsoilfactorlimitthequalityofarablelandandproposingtargetedsoilimprovementmethod.Thencalculatethedegreeofarablelandqualityandanalysistheeffectofsoilimprovementtothedegreeofarablelandquality.Theresultsshowthattherearethreesoilfactorsexisttolimitthequalityofarablelandinexperimentalzone，theyaresoilorganiccontent，soilconstructionandsoilpH.Throughimprovementofthesesoilfactorsindifferentcombination，thenationalnaturaldegreeofarablelandqualityfrom11to10andnationalutilizabledegreefrom10to9atmostinNong’ancounty.Correspondingly，thenationalnaturaldegreeindexofarablelandqualityfrom1756to2345andnationalutilizabledegreeindexfrom1003to1242atmost.Soilimprovementcanplayanimportantroleinarablelandqualityenhancement.

Keywords：soilimprovement；arablelandquality；landremediation；Nong’anCounty

糧食平安問題一直是全社會關注的重大問題。中國人多地少、耕地資源稀缺、后備資源匱乏，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速開展還將占用大量耕地。穩(wěn)定耕地數量、提升耕地質量、挖掘產能潛力那么是破解耕地愛護難題、確保國家糧食平安的有效辦法[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，其余的條件全部或局部是由土壤供應的。在?農用地分等規(guī)程》〔TD-T1004-2022〕中，其所推薦的13個農用地分等因素中有9個與土壤直接相關[2-5]。由此可見，土壤對耕地質量有顯著影響。

但是，長期以來中國的耕地整治和根本農田建設多關注于田水路林村等方面，不足對耕地不良土壤性質的有效改進措施，使得整治后的耕地質量并沒有明顯提高[6-13]。何冠諦等[14]在喀斯特地區(qū)進行的土地整治研究對土壤有所波及，但偏重于土壤調查。在土地整治中引入農用地分等定級成果，提出了在可持續(xù)開展條件下提高耕地根底地力的主要措施[15-17]。張德才等[18]應用5年耕地土壤定位監(jiān)測取得的數據，對作物產量、肥料施用和土壤主要養(yǎng)分屬性狀況等進行分析，提出了一些改進土壤的途徑。吳金華等[19]結合陜西省神木縣農用地分等定級成果，分析了相關因素對土地等級的影響，提出了土地整治的重點方向和主要項目內容。而全國土地整治規(guī)劃提出要將耕地質量提升一個利用等別，基于此，本研究針對不同土壤限制因子提出改進辦法，明晰在差別化投入水平下進行土壤限制因子改進對耕地質量等別提升的影響，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辦法上的借鑒，合乎中國土地整治的根本方向[20-27]，有助于維護國家糧食平安。

1研究區(qū)概況與典型試驗區(qū)確定

1.1研究區(qū)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60km2的松遼平原腹地〔圖1〕。目前，建成區(qū)20km2，常住人口23.2萬人，初具中等城市規(guī)模。全縣總人口120萬，其中農業(yè)人口90萬。根據2022年農安縣土地變更調查，全縣農用地面積436183.68hm2，耕地面積390160.21hm2。農安縣耕地等別〔利用等別〕分布表現為高等地和低等地少，代表較優(yōu)效益的中上水平的利用等別較多。其中9等別地最多，10和8等別地數量相當，這3個等別的面積之和為367718.17hm2，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別成果補充完善工作。1.2確定典型試驗區(qū)

為便于進行土壤限制因子改進對耕地質量等別提升影響的比照分析，根據農安縣耕地的質量狀況，從當選取具有代表性且存在多個土壤限制因子的田塊作為試驗區(qū)。試驗區(qū)位于農安縣西北部的西林村，面積346.04hm2，縣域內與其質量狀況相似的耕地面積較大，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。試驗區(qū)一年一熟，基準作物為水稻，其在農安縣的位置如圖2所示，試驗區(qū)耕地質量情況見表1。

2研究辦法

2.1研究技術路線

農用地分等指標及其分等過程較好地體現了土地生產力形成的機理[28]，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進的實際作用效果，為耕地愛護、耕地整理及保障國家糧食平安提供科學依據[29]。農用地分等別有3個層次的評價成果，即自然質量等別、利用等別和經濟等別。土壤限制因子改進直接影響的是自然質量等別，而利用等別體現的是實際生產能力，因此，選取國家自然質量等別和國家利用等別作為衡量土壤限制因子改進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(qū)，再確定此試驗區(qū)影響耕地質量等別的土壤限制因子，并提出針對各個土壤限制因子的改進措施。在對試驗區(qū)存在的土壤限制因子選取一個或多個進行不同組合模式改進后，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(qū)改進后的耕地質量情況。最后通過比照分析，揭示不同改進組合模式下，土壤限制因子改進對耕地質量提升的影響。

2.2耕地質量等別轉換模型

在判別改進后耕地的質量等別時，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(guī)定隔斷劃分出國家級農安縣耕地自然質量等別和利用等別。按照農用地分等工作中確定的吉林省農用地等指數與規(guī)范糧產量的回歸方程，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：

ZG=ZS×2.088-110.836；

LG=LS×1.3116+371.44；

式中，ZG表示國家級自然等指數；ZS表示省級自然等指數；LG表示國家級利用等指數；LS表示省級利用等指數。

依據等指數平衡轉換規(guī)那么，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別，按照200分的等間距確定國家級利用等別。并按要求轉換成1等別最優(yōu)、15等別最差的表示方式。

2.3不同改進組合模式設計

根據?農用地分等規(guī)程》中關于吉林省農用地分等工作推薦因素的規(guī)定[3]與土壤限制因子篩選辦法[30-32]，結合農安縣農用地分等成果，確定試驗區(qū)耕地質量土壤限制因子為：土壤有機質含量、剖面構型、酸堿化程度。針對這3個土壤限制因子，提出不同的改進組合模式，借此比照分析在不同改進組合模式下土壤限制因子改進對耕地質量等別提升的影響。

探索單個及多個土壤限制因子改進對耕地質量等別提升的影響。單因子改進指對試驗區(qū)存在的3個土壤限制因子中的一個進行改進；雙因子指對試驗區(qū)存在的3個土壤限制因子中的兩個進行改進；3因子改進指對試驗區(qū)存在的3個土壤限制因子全部進行改進。不同改進組合模式設計如表2。

3改進效果與分析

通過分析試驗區(qū)改進前后的耕地質量情況〔見表3〕，可以明晰在不同改進組合模式下土壤限制因子改進對耕地質量等別的提升效果。

在單因子改進模式下，即對試驗區(qū)存在的3個強烈土壤限制因子中的一個進行改進的情況下，耕地的國家自然等指數與國家利用等指數均有提升，但國家自然等和國家利用等可能均有所提升，也可能僅其中之一有所提升，亦可能兩者均沒有變化，這是由于一個耕地等別對應的指數是一個區(qū)間，單個土壤限制因子改進后的耕地質量指數可能無法越過原有的等別區(qū)間。但從國家自然等指數與國家利用等指數的變換情況可知，即使是單個土壤限制因子的改進仍然能在一定程度上提升耕地的質量水平。

在雙因子改進模式下，即對試驗區(qū)存在的3個強烈土壤限制因子中的兩個進行改進的情況下，耕地的國家自然等指數與國家利用等指數均有明顯提升，國家自然等和國家利用等提升的概率與幅度與低投入水平下相比均有所提高，但也并非兩者均必定會提升，這是由于一個耕地等別對應的指數是一個區(qū)間，而選擇進行改進的兩個土壤限制因子可能限制強度并沒有到達能夠引起改進后的耕地質量指數超越原有的等別區(qū)間的強度。但明顯可得出的是在雙因子改進模式下，耕地質量情況得到了較大的提升，比擬容易直接引起耕地質量等別的變化。

在3因子改進模式下，即對試驗區(qū)存在的3個強烈土壤限制因子均進行改進的情況下，耕地的國家自然等指數與國家利用等指數均顯著提升，國家自然等和國家利用等也均有所提高。由此可以得出在3因子改進模式下，土壤限制因子改進對提升耕地質量等別的效果明顯。

4小結與討論

在不同改進組合模式下，土壤限制因子改進對耕地質量等別的影響程度不同。3因子改進模式下，土壤限制因子改進往往能直接提升耕地質量等別，對提升耕地質量效果顯著；雙因子改進模式下，耕地質量等別是否提升取決于改進的土壤限制因子的限制強度及其在耕地等別評定中所占的權重，能在一定程度上提升耕地的質量水平；單因子改進模式下，土壤限制因子改進往往不能直接提升耕地質量等別，但其耕地質量指數一般會有所提升，對提高耕地質量的效果比擬有限。

對農安縣典型試驗區(qū)存在的土壤有機質含量、剖面構型和土壤酸堿化程度3個土壤限制因子提出了針對性的改進措施，并在組合模式下進行相應改進，國家自然等最高提升1等，國家利用等最高提升1等，最大提升效果將國家自然等指數從1756提升至2345，將國家利用等指數從1003提升至1242。根據東北地區(qū)農用地分等國家利用等指數和規(guī)范產量間的關系[28]，本研究的最大提升效果經計算可轉化為規(guī)范糧產量從12283.77kg/hm2提高至14673.58kg/hm2，每公頃增產2389.81kg，增產率到達19.46%。2022年，中國糧食總產量為5.9億t，糧食進口8000萬t[33]，假設考慮同樣增產23.34%，那么可實現糧食增產11478.48萬t，實現糧食完全自給。