湖南省耕地類(lèi)型與土壤潛育化對(duì)農(nóng)用地分等分級(jí)的影響

湖南省耕地類(lèi)型與土壤潛育化對(duì)農(nóng)用地分等分級(jí)的影響

湖南省位于長(zhǎng)江中游，湖泊洼地分布廣泛。其中，河網(wǎng)密集，地勢(shì)低洼，地下水位高。由于在原有的農(nóng)用地分等定級(jí)中沒(méi)有重視南方土壤潛育化問(wèn)題,因此南方地區(qū)農(nóng)用地等級(jí)與實(shí)際相差較大。另外,根據(jù)在湖南省境內(nèi)勘察的地球化學(xué)資料可知,土壤中重金屬元素含量超過(guò)正常值的土地約有2.8萬(wàn)km2,土壤中有害元素的增加不僅會(huì)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng),而且會(huì)通過(guò)食物鏈毒害人畜健康;而含有有益元素及良好質(zhì)地的土壤類(lèi)型則會(huì)成為優(yōu)勢(shì)作物和名優(yōu)農(nóng)作物的產(chǎn)地,這些都應(yīng)該反映到農(nóng)用地分等定級(jí)中去。1洞廷湖區(qū)耕地潛耕化對(duì)土壤肥力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響1.1潛育化水稻土/水土流失區(qū)洞庭湖湖區(qū)河湖眾多,水面寬廣,地下水豐富,潛水位高。在潛水面以下,土壤空隙全部充水,處于還原狀態(tài),高價(jià)鐵錳還原,形成青灰色的潛育層———青泥層,稱(chēng)為土壤潛育化。除此之外,湖區(qū)長(zhǎng)期推行雙季稻—綠肥輪作制,水稻土的耕作層和犁底層處于充水和過(guò)濕狀態(tài),常形成與地下潛水無(wú)直接聯(lián)系的高位青泥層,稱(chēng)為次生潛育化。湖區(qū)潛育化水稻土主要有青紫潮泥和青黃潮泥,面積8.2萬(wàn)hm2,約占水稻土總面積的16.9%,次生潛育化水稻土在湖區(qū)稱(chēng)為青隔紫潮泥和青隔黃潮泥,約占水稻土總面積的43.1%。潛育化和次生潛育化水稻土面積之和占湖區(qū)水田面積的60%。以湖南省華容、湘陰2縣為例,平原湖區(qū)38%~49%的耕地、41%~78%的水田均發(fā)生了不同程度的澤害。華容縣常年受災(zāi)面積達(dá)4萬(wàn)hm2,占耕地面積的70%,其中重災(zāi)面積和中災(zāi)面積所占比例為80%~90%;湘陰縣常年受災(zāi)面積達(dá)3.3萬(wàn)hm2,占耕地的80%,其中90%為重災(zāi)和中災(zāi)。該地區(qū)澤澇災(zāi)害常常發(fā)生在每年3—5月,以4月尤為嚴(yán)重(主要是對(duì)夏作物而言),當(dāng)降水量在這3個(gè)月中累計(jì)超過(guò)300mm時(shí),土壤便會(huì)產(chǎn)生澤害;超過(guò)400mm時(shí),便會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重澤害。1.2地下水位與作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量之間的關(guān)系1.2.1對(duì)水稻養(yǎng)分吸收能力的影響有資料表明,地下水位的高度除了會(huì)直接影響水稻的株高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量等指標(biāo)外,還會(huì)影響其對(duì)養(yǎng)分的吸收能力,最終影響水稻的產(chǎn)量,尤其在不施肥的情況下更為突出(表1、表2)。1.2.2地下水位對(duì)大豆和1112.3.3地下水位對(duì)旱作物如小麥、油菜和大豆的產(chǎn)量影響很大,小麥、油菜、大豆在脫潛育化土壤上能獲得高產(chǎn),但在重潛育化土壤中種旱作物會(huì)導(dǎo)致低產(chǎn),甚至顆粒無(wú)收。模擬地下水位試驗(yàn)時(shí),在4.67m2的水泥地里池內(nèi)填入不同厚度的土層,人為造成不同高度的地下水位,然后種上大豆和油菜。結(jié)果(表3)表明,地下水位對(duì)大豆和油菜的產(chǎn)量影響很大,大豆的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量隨地下水位升高而明顯降低。地下水位高于田面20cm且不低于田面100cm的小區(qū)減產(chǎn)98%,地下水位平田面的小區(qū)減產(chǎn)83%~98%,地下水位高的小區(qū)比地下水位低的小區(qū)減產(chǎn)38%~54%。由于澤害,隨處可見(jiàn)澤死的油菜,導(dǎo)致油菜提前20d收獲,產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。1.3總硫酸鋁還原自然還原社會(huì)功能主組元通過(guò)以往土壤潛育化的研究,對(duì)潛育化土壤中13項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主組元分析和系統(tǒng)聚類(lèi)法分析,得到各組元的特征值貢獻(xiàn)率(表4)。其中特征值貢獻(xiàn)率大于10%的有3個(gè)主組元,第一主組元為活性還原物質(zhì)濃度,其貢獻(xiàn)率為47.40%。在淹水條件下有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生還原物質(zhì),其中能為高錳酸鉀迅速氧化的部分稱(chēng)作活性還原物質(zhì),該值與氧化還原電位呈負(fù)相關(guān)。第二主組元為用硫酸鋁提取的亞鐵量,其貢獻(xiàn)率為17.49%,該值與氧化還原電位呈負(fù)相關(guān),與活性鐵量呈正相關(guān)。第三主組元為氧化還原電位(Eh),其貢獻(xiàn)率為14.42%,此值反映土壤氧化還原狀況,與土壤中的有機(jī)質(zhì)含量和淹水狀況密切相關(guān)。以上3個(gè)主組元累積方差貢獻(xiàn)為79.31%,可以認(rèn)為這三者已包括了原始變量中絕大部分信息,可以作為劃分土壤潛育化程度的一項(xiàng)重要指標(biāo),根據(jù)這樣的研究結(jié)果得出主要診斷指標(biāo)(表5)。2土壤元素對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響2.1對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和豐產(chǎn)的元素農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)與許多因素有關(guān),一般除與品種、耕作方式、管理技術(shù)和氣候條件有關(guān)外,還與土壤環(huán)境狀況和質(zhì)量密切相關(guān),尤其是與土壤化學(xué)元素的含量及其有效形態(tài)關(guān)系極為密切。由國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果可知,對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和增產(chǎn)起顯著作用的元素有N、P、K、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、V、Ti、Mg、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和增產(chǎn)有一定作用的元素有Ga、Co、Ni、F、Tl、Si、Na,對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和增產(chǎn)有害的元素有Cr、Pb、Cd、Hg、Se、Ba、Te、Ta。目前已知的化學(xué)元素有112種,植物體內(nèi)有70多種,與植物生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的有44種,元素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的作用主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:一是植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成部分;二是作為植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)者參與酶的活動(dòng);三是起化學(xué)作用即離子濃度平衡、膠體的穩(wěn)定和電荷的中和作用等。以往的研究已證實(shí)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育與元素有密切聯(lián)系,例如Zn是植物200多種酶的組成元素,參與葉綠素和生長(zhǎng)素的合成,在磷代謝和碳水化合物代謝中,Zn起重要作用,它能促使核酸和蛋白質(zhì)的合成,調(diào)節(jié)淀粉的合成,提高籽實(shí)量和籽粒質(zhì)量。江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作所1975—1988年進(jìn)行了139個(gè)點(diǎn)的水稻施Zn肥試驗(yàn),其中97個(gè)點(diǎn)增產(chǎn);Cd對(duì)作物的毒害作用很大,含有Cd的廢水排入農(nóng)田能使秧苗枯死,即使成活,作物吸收、積累的Cd在糧食內(nèi),人吃了會(huì)中毒。日本的相關(guān)研究結(jié)果表明,一般情況下,土壤中Cd含量為0.5~10μg/g時(shí),大米中的Cd含量為0.05~0.1μg/g。2.2湖南其他地區(qū)非香米田的“進(jìn)出”狀況眾所周知,香米是大米中的珍品,被譽(yù)為“一畝稻花香千里,一家煮飯萬(wàn)家香”,通過(guò)對(duì)香米和非香米的比較發(fā)現(xiàn),香米香味濃,外觀品質(zhì)好,堊白面積小,堊白粒率低,蛋白質(zhì)含量較高,食味好。在湖南江永源口鄉(xiāng)黃土坳、黔陽(yáng)深度鄉(xiāng)花洋溪、永順顆砂鄉(xiāng)桂溶坪有香米田13.33、6.67、1.33hm2。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),香米田和非香米田在小氣候、土壤、土層結(jié)構(gòu)等方面均相同,香米田有“出水”,“出水”蔓延范圍就是香米田,“出水”四周是最佳香米田。因此,對(duì)香米田起重要作用的是一種特殊水文地質(zhì)條件下形成的“出水”,對(duì)“出水”進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)其中含有多種微量元素,其中Zn、Ca、S、La、V、Ti、Cr、Sr等較當(dāng)?shù)胤窍忝滋锕喔人扛?表6)。微肥田間試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明,施用La、V、Co等可以明顯降低稻米堊白面積和堊白顆粒,并能提高稻米香味。2.3重金屬元素對(duì)土壤造成的污染近年來(lái),隨著湖南省有色金屬采礦業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和眾多以個(gè)人和集體的小型礦藏的非法開(kāi)采,違規(guī)作業(yè)及廢水廢渣的隨意排放,土壤受到不同程度的污染。根據(jù)勘察地球化學(xué)資料的整理,超過(guò)土壤正常值的重金屬元素、有毒元素和放射性元素對(duì)土壤造成的污染面積有2.8萬(wàn)km2,約占全省面積的15%。其中,以郴州市最為嚴(yán)重,郴州是湖南“有色金屬之鄉(xiāng)”,采選有色金屬引起Pb、As、Cd、Hg等污染的土地面積達(dá)2250km2,以上4種元素含量在該片土地上分別超過(guò)土壤正常值148、25、19、4倍。土壤受到有色金屬元素的污染,不僅使糧食作物和其他作物的產(chǎn)量明顯下降,并不同程度地存在品質(zhì)問(wèn)題,而且影響到該區(qū)域內(nèi)的水源。當(dāng)?shù)厝罕婇L(zhǎng)期飲用受到污染的地下水、河水,食用受到污染的糧食、蔬菜、水果,致使地方病流行,其中包括由多種重金屬在人體中積累所導(dǎo)致的各種疾病。2.4土壤碳?xì)浠衔镔|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的初步制定2.4.1采取保護(hù)自然背景的新選擇地濕地土壤環(huán)境質(zhì)量的方法我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以土壤應(yīng)用功能分區(qū),土地保護(hù)為目標(biāo),考慮土壤的主要性質(zhì),把土壤環(huán)境質(zhì)量劃分為3類(lèi):Ⅰ類(lèi)主要適用于國(guó)家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)(原有背景重金屬含量高除外),集中式生活飲用水源地、茶園、牧場(chǎng)和其他保護(hù)地區(qū)的土壤,土壤質(zhì)量基本保護(hù)在自然背景水平;Ⅱ類(lèi)主要適用于一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場(chǎng)等土壤,土壤質(zhì)量基本上保持在對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染;Ⅲ類(lèi)主要適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤(蔬菜地除外),土壤質(zhì)量基本上對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染。上述3類(lèi)土壤分別執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn):一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)、維持自然背景的土壤環(huán)境質(zhì)量的限制值;二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)人體健康的土壤限制值;三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤臨界值(表7)。2.4.2組合污染指數(shù)以國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算8種重金屬元素Cd、Hg、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的單項(xiàng)污染指數(shù)以及尼梅羅綜合污染指數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)其符合污染指數(shù)(也簡(jiǎn)稱(chēng)為CPI值),累乘指數(shù),再根據(jù)指數(shù)值由低到高依次劃分為清潔(非污染)、輕度污染、中度污染和重污染。2.4.3對(duì)于小氣候、耕作方式、品種,其土壤類(lèi)型及成分決定在自然土壤中適宜的有益元素含量及其組合會(huì)產(chǎn)生富有當(dāng)?shù)靥厣膬?yōu)勢(shì)作物和名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品。例如,在小氣候、耕作方式、同等品種等相同條件下,其土壤類(lèi)型及其有益元素含量及組合決定江永縣源口鄉(xiāng)的香米、優(yōu)質(zhì)柑橘等產(chǎn)品的名優(yōu)特性。因此,在對(duì)農(nóng)用地分等定級(jí)過(guò)程中應(yīng)該充分考慮土壤中有益元素對(duì)農(nóng)用地等級(jí)的影響。3在農(nóng)業(yè)分類(lèi)中的應(yīng)用3.1樣品測(cè)定結(jié)果本次外業(yè)調(diào)查獲得七寶山河沿岸、江永源口、華容垸田基本資料,結(jié)果見(jiàn)表8。依據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》中農(nóng)用地分等評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分級(jí)的相關(guān)規(guī)定,對(duì)七寶山河沿岸、江永源口、岳陽(yáng)華容垸田相關(guān)資料進(jìn)行打分,結(jié)果見(jiàn)表9。根據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》全國(guó)各區(qū)自然質(zhì)量因素及權(quán)重得出長(zhǎng)江中下游區(qū)土地自然質(zhì)量選取因素及權(quán)重(表10)。3.2農(nóng)業(yè)用地自然質(zhì)量分析—新土地自然質(zhì)量因素及權(quán)重計(jì)算農(nóng)用地自然質(zhì)量分此次研究除上述土地自然因素外,還補(bǔ)充收集了七寶山河沿岸土壤污染狀況、江永源口優(yōu)質(zhì)土壤對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響以及華容垸田土壤潛育化狀況。3.2.1學(xué)標(biāo)準(zhǔn)值的確定河流沿岸土壤pH值為8.1,鎘含量為0.97mg/kg。該區(qū)域土壤按照表7,土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)值相關(guān)規(guī)定執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),判定七寶山河沿岸土壤為重污染,給出的分?jǐn)?shù)為10分。該地區(qū)基本上無(wú)土壤潛育化和富有當(dāng)?shù)靥厣膬?yōu)勢(shì)農(nóng)作物和名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品。因此,在土壤潛育化程度和有益元素這2項(xiàng)給出的分?jǐn)?shù)為95、0分。采用加權(quán)平均法計(jì)算出七寶山河沿岸、江永源口、華容垸田三地的農(nóng)用地自然質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)果見(jiàn)表11。3.2.2土地有益元素添加量對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響江永源口產(chǎn)的香米在市場(chǎng)上價(jià)格高,具有一定品牌效益,深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài),根據(jù)香米與普通大米價(jià)格上的差異和一定的比例關(guān)系,給出江永源口在土壤有益元素對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響這一因素的單項(xiàng)分?jǐn)?shù),為98分。此外,該地區(qū)基本上沒(méi)有重金屬污染的土壤與潛育化土壤,因此土壤污染狀況和潛育化程度分別為98、95分。3.2.3華容哌田的土地自然質(zhì)量因素選取土壤潛育化相關(guān)數(shù)據(jù)如下,活性還原物質(zhì)為0.62mol/kg,亞鐵含量為0.47mol/kg,Eh值為460mV,地下水離地表深度為56cm,土色為灰褐色,土質(zhì)為黏質(zhì)。從表5區(qū)分不同潛育化類(lèi)型土壤的指標(biāo)體系中可以得出華容垸田土壤潛育化類(lèi)型為中潛育型,依據(jù)脫潛育型(80,100]、輕潛育型(60,80]、中潛育型(40,60]、重潛育型(20,40]、沼澤型[0,20]的記分規(guī)則,給出華容垸田在土壤潛育化程度上的單項(xiàng)得分為46分。另外,華容垸田沒(méi)有發(fā)現(xiàn)重金屬污染和富有當(dāng)?shù)靥厣膬?yōu)勢(shì)農(nóng)作物和名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品,所以給出的土壤污染狀況和有益土壤元素的分?jǐn)?shù)分別為95、10分。此次研究針對(duì)湖南省農(nóng)用地特點(diǎn),在原有土地自然質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上添加了有益土壤元素、土壤污染狀況、潛育化程度3項(xiàng)因素指標(biāo),并依據(jù)特爾菲法制定出湖南省土地自然質(zhì)量選取因素及權(quán)重(表12)。運(yùn)用湖南省土地自然因素及其權(quán)重表重新對(duì)湖南省瀏陽(yáng)市七寶山小溪河沿岸、江永源口、華容垸田農(nóng)用地進(jìn)行農(nóng)用地分等自然質(zhì)量打分(表13)。3.3出香米、華容回發(fā)階段瀏陽(yáng)市七寶山河沿岸自然質(zhì)量因土壤污染由原來(lái)的79.23分下降至65.88分,降幅達(dá)到16.85%;江永源口由于當(dāng)?shù)赝寥篮杏幸嫖⒘吭啬苌L(zhǎng)出香米,土地自然質(zhì)量綜合得分由81.82分上升至84.90分,上升幅度為3.76%;華容垸田受地質(zhì)條件影響,農(nóng)用地潛育化嚴(yán)重,自然質(zhì)量綜合得分從71.95分下降到67.52分,降幅為6.16%。農(nóng)用地自然質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化進(jìn)而相應(yīng)