謝 文，郭 熙*，趙小敏，2，黃 超

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045;2.南昌師范高等?？茖W(xué)校，江西 南昌 330029)

耕地是土地的精華，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的資源，耕地地力的好壞直接影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全，根據(jù)我國(guó)土地少，但人口眾多的基本國(guó)情，必須有效地保護(hù)土地，特別是保護(hù)好耕地的數(shù)量和質(zhì)量［1］。耕地地力是指在當(dāng)前管理水平下，由耕地土壤本身特性、自然背景條件和基礎(chǔ)設(shè)施水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力。因此，耕地地力評(píng)價(jià)是一種一般目的的評(píng)價(jià)，并不是針對(duì)某種利用類型，而是根據(jù)所在地特定氣候區(qū)域以及地形地貌、成土母質(zhì)、土壤理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施等要素相互作用表現(xiàn)出來(lái)的綜合特征，揭示生物生產(chǎn)力的高低和潛在生產(chǎn)力［2－3］，實(shí)質(zhì)是對(duì)土地生產(chǎn)力高低的鑒定。

木桶原理，也叫做“短板原理”，是指一個(gè)木桶裝多少水并不取決于木桶壁上最長(zhǎng)的木板，而是取決于最短的那塊木板［4］。在評(píng)價(jià)耕地地力水平過(guò)程中，可以把木桶的最大容量比作耕地地力水平的高低，而木板則是影響耕地地力水平中的每一個(gè)因素，木板間的長(zhǎng)短差異即是耕地地力水平的個(gè)體差異，正是影響耕地地力水平的最大障礙。因此，根據(jù)木桶原理，制約耕地地力水平的關(guān)鍵因素并不是等級(jí)高的因子，而是等級(jí)最低的因子，本文以婺源縣為例，結(jié)合木桶原理確定婺源縣耕地地力等級(jí)，以等級(jí)最低的因子級(jí)數(shù)作為每個(gè)評(píng)價(jià)單元的最終等級(jí)值，與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比，更能直觀地體現(xiàn)出限制耕地生產(chǎn)力的因子情況，及限制因子影響的程度，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更具有指導(dǎo)性和直觀性。

1 材料與方法［5］

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省東北部邊沿，地處浙、贛、皖三省交界處，地理位置為東經(jīng)117°22'～118°11'，北緯29°01'～29°35'，地形以中低山、丘陵為主，地域略呈橢圓形，屬亞熱帶東南季風(fēng)性氣候類型，該區(qū)域以變質(zhì)巖為主，沉積巖較少，巖漿活動(dòng)微弱，植被類型以亞熱帶常綠闊葉林和針闊混交林為主，耕地面積為18736.71 hm2，約占土地總面積的6.36%，該區(qū)適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的耕地土壤類型主要有水稻土、潮土、棕色石灰土、紅壤、紫色土5類。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源

土壤屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于兩個(gè)方面，首先是2007—2009年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中研究區(qū)采集的4000多個(gè)樣點(diǎn)分析數(shù)據(jù)，分析的項(xiàng)目包括:pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀;其次，土壤物理性質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)從第2次土壤普查數(shù)據(jù)中獲取，包括土壤質(zhì)地、有效土層厚度、剖面構(gòu)型、土壤結(jié)構(gòu)、成土母質(zhì)、障礙層類型。

空間數(shù)據(jù)包括1∶5萬(wàn)地形圖、1∶5萬(wàn)土壤圖、1∶5萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖、1∶5萬(wàn)排灌圖、1∶5萬(wàn)侵蝕圖。

2 地力綜合評(píng)價(jià)過(guò)程

2.1 評(píng)價(jià)單元的確定

評(píng)價(jià)單元是性狀特點(diǎn)基本一致的獨(dú)立土地單位，是土地評(píng)價(jià)的基本控件單位，其劃分應(yīng)成分體系突襲質(zhì)量的差異性［6］。本文從含有行政區(qū)劃信息的土地利用現(xiàn)狀圖中提取出耕地圖層，再和土壤圖疊加，形成圖斑單元，土壤屬性數(shù)據(jù)中檢測(cè)的pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀值，通過(guò)經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成空間數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)樣點(diǎn)空間插值形成的柵格圖像與單元圖進(jìn)行區(qū)域統(tǒng)計(jì)來(lái)獲取數(shù)據(jù);土壤屬性數(shù)據(jù)中從第2次土壤普查數(shù)據(jù)中獲取的土壤質(zhì)地等數(shù)據(jù)，通過(guò)與土種名稱進(jìn)行關(guān)聯(lián)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)中的排灌圖和侵蝕圖通過(guò)數(shù)字化處理后，屬性錄入信息形成矢量圖，通過(guò)與圖斑單元進(jìn)行屬性提取來(lái)獲取數(shù)據(jù);地形圖通過(guò)GIS軟件進(jìn)行三維分析，形成坡度柵格圖，通過(guò)與圖斑單元區(qū)域統(tǒng)計(jì)來(lái)獲取坡度數(shù)據(jù)。從而形成一幅包含有成土母質(zhì)、剖面構(gòu)型、土壤結(jié)構(gòu)、耕層厚度、障礙層類型、pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮、坡度、質(zhì)地、侵蝕程度、排水條件、灌溉條件數(shù)據(jù)的單元圖。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

耕地地力評(píng)價(jià)實(shí)質(zhì)是評(píng)價(jià)地形地貌、土壤理化性狀等自然要素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)限制程度的強(qiáng)弱，因此，根據(jù)耕地地力評(píng)價(jià)因子總集(農(nóng)業(yè)部《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范》)，遵循重要性、易獲取性、差異性、穩(wěn)定性等原則［7］，結(jié)合婺源縣實(shí)際情況，初步建立了立地條件、剖面性狀、耕層狀況、障礙因素和土壤管理5個(gè)因素層，15個(gè)指標(biāo)層的指標(biāo)體系。

耕地地力評(píng)價(jià)也要求數(shù)量化、客觀化、綜合化。合理的耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)既能反映土壤的自然養(yǎng)分狀況，又能顯示土壤養(yǎng)分對(duì)植物的供應(yīng)能力，還能反映土壤所處的環(huán)境［8］。因此，本評(píng)價(jià)在綜合以上因素基礎(chǔ)上，根據(jù)初步建立的包含有15個(gè)指標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，利用SPSS分析，通過(guò)因子分析，得到15個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣，見表1。由表中可以看出，有機(jī)質(zhì)與有效磷、堿解氮3者之間的相關(guān)系數(shù)比較大，只需保留有機(jī)質(zhì)一項(xiàng)指標(biāo)即可;質(zhì)地與剖面構(gòu)型、土壤結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)系數(shù)比較大，同理，保留質(zhì)地一項(xiàng)指標(biāo)。因此，建立新的指標(biāo)體系包含了5個(gè)因素層，11個(gè)指標(biāo)層，見圖1。

表1 相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.1 Correlation matrix

圖1 耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of cropland soil fertility

2.3 評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

根據(jù)木桶原理，制約木桶盛水的高度主要取決于其中最短的那塊木板高度，而耕地地力可看作是一個(gè)盛水的木桶，11個(gè)指標(biāo)則相當(dāng)于是圍成這個(gè)木桶的不同木板，因此，決定耕地地力水平的這個(gè)木桶主要取決于11個(gè)木板中最短的那個(gè)指標(biāo)。本文首先對(duì)耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的11個(gè)指標(biāo)分級(jí)，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，分別劃分為6等，級(jí)數(shù)越小，質(zhì)量越好;級(jí)數(shù)越大，質(zhì)量越差，見表2。然后依據(jù)木桶原理，由級(jí)數(shù)最差的指標(biāo)決定耕地地塊地力整體質(zhì)量的級(jí)數(shù)。

3 結(jié)果與分析

最終將婺源縣耕地地力綜合等級(jí)劃分成4個(gè)等級(jí)見圖2，各等級(jí)面積以及所占比例見表3。

3.1 三級(jí)耕地

耕地面積8.83 hm2，占耕地總面積的0.05%，所占面積最小，是婺源縣耕地地力綜合等級(jí)中質(zhì)量最高的一級(jí)耕地，主要分布在大鄣山鄉(xiāng)、段莘鄉(xiāng)和中云鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)地勢(shì)平坦、土層深厚，保水保肥性能好，質(zhì)地壤土，耕性良好，養(yǎng)分含量屬中上等。該級(jí)土壤沒有障礙因素，無(wú)明顯侵蝕，土壤pH值5.3～5.4，有機(jī)質(zhì) 28.5 ～37.5 mg/kg，排灌條件理想。該等級(jí)耕地的主要限制因素是土壤酸堿度、速效鉀、土壤質(zhì)地等因子，今后土壤改良的主要措施是控制廢氣二氧化碳的排放，制止酸雨發(fā)展或添加碳酸鈉、硝石灰等土壤改良劑;注意平衡施肥，有效提高土壤對(duì)鉀肥的吸收;有效增施有機(jī)肥等。

表2 耕地地力綜合評(píng)價(jià)各指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standard of indexs in comprehensive evaluation of cropland soil fertility

圖2 江西省婺源縣耕地地力綜合等級(jí)圖Fig.2 Map of comprehensive productivity grade of cropland in Wuyuan county of Jiangxi Province

表3 江西省婺源縣各耕地等級(jí)面積Tab.3 Area of cropland soil fertility evaluation results in Wuyuan county of Jiangxi Province

3.2 四級(jí)耕地

耕地面積128.49 hm2，占耕地總面積的0.69%，所占面積也很小，是婺源縣耕地地力綜合等級(jí)中質(zhì)量次高的一級(jí)耕地，主要分布在浙源鄉(xiāng)和紫陽(yáng)鎮(zhèn)兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大鄣山鄉(xiāng)、賦春鎮(zhèn)、中云鎮(zhèn)、秋口鎮(zhèn)、溪頭鄉(xiāng)、江灣鎮(zhèn)、思口鎮(zhèn)有少量分布，該區(qū)土層較為深厚，成土母質(zhì)以酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物或酸性結(jié)晶巖類殘積物為主，質(zhì)地壤土，養(yǎng)分含量較高。該級(jí)土壤主要是粘化層，大部分土壤無(wú)明顯侵蝕，土壤pH值為5.2～5.4，有機(jī)質(zhì)含量為25.8～42.9 mg/kg。該等級(jí)耕地土壤的主要限制因素是速效鉀、坡度和排水條件等因子，今后改良措施是合理配施氮磷鉀肥，修整田間水利工程，有效提高農(nóng)田排水能力等。

3.3 五級(jí)耕地

耕地面積13143.80 hm2，占耕地總面積的70.15%，是婺源縣耕地地力綜合等級(jí)中分布最廣的一級(jí)耕地，全縣均有分布，主要集中在大鄣山鄉(xiāng)、段莘鄉(xiāng)、沱川鄉(xiāng)、浙源鄉(xiāng)、溪頭鄉(xiāng)、清華鎮(zhèn)和太白鎮(zhèn)等北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本級(jí)耕地土壤土層較差，平均厚度為14 cm，質(zhì)地壤土為主，有少部分粘土，有機(jī)質(zhì)含量較高，成土母質(zhì)以泥質(zhì)巖類風(fēng)化物為主，速效鉀含量偏低。該級(jí)土壤限制因素主要是土壤成土母質(zhì)、排灌條件、土壤質(zhì)地和坡度等因子，今后改良措施是深翻地、深施有機(jī)肥;pH值過(guò)低土壤可用肥沃土替換;新建田間水利工程，加強(qiáng)農(nóng)田排灌能力等。

3.4 六級(jí)耕地

耕地面積5455.59 hm2，占耕地總面積的29.11%，是婺源縣耕地地力綜合等級(jí)中分別較廣、條件最差的一級(jí)耕地，主要分布在全縣的中南部地區(qū)，集中分布在許村鎮(zhèn)、珍珠山鄉(xiāng)、賦春鎮(zhèn)、中云鎮(zhèn)、紫陽(yáng)鎮(zhèn)、秋口鎮(zhèn)和江灣鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本級(jí)土壤土層較差，有效耕層厚度在6～28 cm，質(zhì)地粘、壤土，土壤肥力較差，成土母質(zhì)以碳酸鹽巖類風(fēng)化物、泥質(zhì)巖類風(fēng)化物和紫砂巖類風(fēng)化物為主，障礙層類型以潛育層和粘化層為主。該級(jí)土壤限制因素主要是農(nóng)田排灌條件、土壤障礙層和土壤坡度等因子，今后改良措施是開溝挖圳，排除漬水;水旱輪作，改善土壤通氣性;合理耕作、科學(xué)管水;合理施肥;低于25°的坡耕地，可采取各類改變微地形，或增加地面植物被覆，或增加土壤入滲，提高土壤抗蝕性能，以保水保土，減輕土壤侵蝕;大于25°的不適宜耕種的耕地可實(shí)行退耕還林發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)等。

4 結(jié)論

耕地地力評(píng)價(jià)是對(duì)決定耕地生產(chǎn)能力的內(nèi)在屬性和影響耕地生產(chǎn)能力的外部環(huán)境條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［9］，基于木桶原理，通過(guò)對(duì)比各種影響耕地生產(chǎn)能力指標(biāo)的差異，來(lái)確定土地的質(zhì)量等級(jí)。研究在獲取了大量耕地地力相關(guān)信息基礎(chǔ)上，借助SPSS工具選取主要影響婺源縣耕地質(zhì)量的11個(gè)指標(biāo)，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后根據(jù)木桶原理，對(duì)婺源縣耕地地力進(jìn)行了自動(dòng)化對(duì)比評(píng)價(jià)。通過(guò)此種途徑進(jìn)行耕地地力評(píng)價(jià)方法具有很強(qiáng)的客觀性，比僅根據(jù)糧食產(chǎn)量判讀耕地地力等級(jí)或?qū)χ笜?biāo)進(jìn)行定量化處理得出的耕地地力等級(jí)更加直觀、更加客觀。用戶可以通過(guò)直接點(diǎn)擊圖上圖斑綜合等級(jí)結(jié)果，可以從屬性表中明顯查看到每塊耕地的指標(biāo)因子等級(jí)情況，及制約每塊耕地的因子情況，針對(duì)制約因子可以很快找到限制每塊耕地生產(chǎn)力的原因，并提出最直接的改良措施，對(duì)于耕地土壤的改良來(lái)說(shuō)，是最有效最便捷的一種評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)今后農(nóng)業(yè)區(qū)劃調(diào)整、指導(dǎo)科學(xué)施肥、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展后勁、更科學(xué)合理地利用有限耕地資源、全面提高耕地綜合生產(chǎn)能力將產(chǎn)生巨大的作用。

［1］龍惠芳，郭熙，趙小敏，等.基于GIS的縣域耕地地力評(píng)價(jià)研究［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(2):359-363.

［2］張炳寧.耕地地力評(píng)價(jià)的原理與方法［C］//農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司.第一期全國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)培訓(xùn)教材，2004:84-114.

［3］彭世琪.《全國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》總體框架及重點(diǎn)內(nèi)容說(shuō)明［C］//農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司.第一期全國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)培訓(xùn)教材，2004:50-59.

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［5］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).NY/T 1634—2008.耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

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