基于土壤限制因子改良的耕地質量等別提升研究

葉達　吳克寧　趙華甫

摘要：基于農安縣農用地分等工作數據，確定影響研究區耕地質量等別的土壤限制因子，探索對應的土壤改良方法并判定不同改良組合模式下土壤限制因子改良后的耕地質量等別，分析土壤限制因子改良對耕地質量等別提升的效果。結果表明，通過對農安縣典型試驗區存在的土壤有機質含量、剖面構型和土壤酸化程度3個土壤限制因子在不同組合模式下進行改良，國家自然等別最高可提升一等，國家利用等別最高可提升一等，最大提升效果可將國家自然等別指數從1 756提升至2 345，將國家利用等別指數從1 003提升至1 242。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；土地整治；農安縣

中圖分類號：F323.24 文獻標識碼：A 文章編號：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

糧食安全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、挖掘產能潛力則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。在《農用地分等規程》（TD-T1004-2003）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[6-13]。何冠諦等[14]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。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[15-17]。張德才等[18]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。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工程內容。而全國土地整治規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良方法，明晰在差異化投入水平下進行土壤限制因子改良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方法上的借鑒，符合中國土地整治的基本方向[20-27]，有助于維護國家糧食安全。

1 研究區概況與典型試驗區確定

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 km2的松遼平原腹地（圖1）。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。農安縣耕地等別（利用等別）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別成果補充完善工作。

1.2 確定典型試驗區

為便于進行土壤限制因子改良對耕地質量等別提升影響的對比分析，根據農安縣耕地的質量狀況，從中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。試驗區位于農安縣西北部的西林村，面積346.04 hm2，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，試驗區耕地質量情況見表1。

2 研究方法

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[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。土壤限制因子改良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別的土壤限制因子，并提出針對各個土壤限制因子的改良措施。在對試驗區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，揭示不同改良組合模式下，土壤限制因子改良對耕地質量提升的影響。

2.2 耕地質量等別轉換模型

在判別改良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：

ZG=ZS×2.088-110.836；

LG=LS×1.311 6+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、15等別最差的表示方式。

2.3 不同改良組合模式設計

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[3]與土壤限制因子篩選方法[30-32]，結合農安縣農用地分等成果，確定試驗區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，提出不同的改良組合模式，借此對比分析在不同改良組合模式下土壤限制因子改良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良對耕地質量等別提升的影響。單因子改良指對試驗區存在的3個土壤限制因子中的一個進行改良；雙因子指對試驗區存在的3個土壤限制因子中的兩個進行改良；3因子改良指對試驗區存在的3個土壤限制因子全部進行改良。不同改良組合模式設計如表2。

3 改良效果與分析

通過分析試驗區改良前后的耕地質量情況（見表3），可以明晰在不同改良組合模式下土壤限制因子改良對耕地質量等別的提升效果。

在單因子改良模式下，即對試驗區存在的3個強烈土壤限制因子中的一個進行改良的情況下，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間，單個土壤限制因子改良后的耕地質量指數可能無法越過原有的等別區間。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良仍然能在一定程度上提升耕地的質量水平。

在雙因子改良模式下，即對試驗區存在的3個強烈土壤限制因子中的兩個進行改良的情況下，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間，而選擇進行改良的兩個土壤限制因子可能限制強度并沒有達到能夠引起改良后的耕地質量指數超越原有的等別區間的強度。但明顯可得出的是在雙因子改良模式下，耕地質量情況得到了較大的提升，比較容易直接引起耕地質量等別的變化。

在3因子改良模式下，即對試驗區存在的3個強烈土壤限制因子均進行改良的情況下，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因子改良模式下，土壤限制因子改良對提升耕地質量等別的效果明顯。

4 小結與討論

在不同改良組合模式下，土壤限制因子改良對耕地質量等別的影響程度不同。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質量等別，對提升耕地質量效果顯著；雙因子改良模式下，耕地質量等別是否提升取決于改良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；單因子改良模式下，土壤限制因子改良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較有限。

對農安縣典型試驗區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良措施，并在組合模式下進行相應改良，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1 756提升至2 345，將國家利用等指數從1 003提升至1 242。

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[28]，本研究的最大提升效果經計算可轉化為標準糧產量從12 283.77 kg/hm2提高至14 673.58 kg/hm2，每公頃增產2 389.81 kg，增產率達到19.46%。2012年，中國糧食總產量為5.9億t，糧食進口8 000萬t[33]，若考慮同樣增產23.34%，則可實現糧食增產11 478.48萬t，實現糧食完全自給。

吉林省農安縣農用地分等評價7個因子中6個為土壤限制因子。因此，農安縣的耕地質量等別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別的地區，本研究可能不具有典型性。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尚還不夠全面，可能對現實意義造成一定的影響。

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