不同覆土厚度下粉煤灰充填復墾土壤肥力綜合評價

鄭印+葛暢+劉慧琳+許光泉+黃元仿+張世文

摘 要：以安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場為例，選取土壤有機質、容重、土壤粘粒、含水量等指標作為評價因子，利用ArcGIS10.1軟件和模糊數學方法對土壤肥力進行了綜合評價，揭示不同覆土厚度下粉煤灰重構土壤肥力狀況。結果表明：該區土壤肥力綜合指數為0.50～0.65 ，肥力以中低產田為主，整體相對偏低。土壤肥力指標在不同覆土厚度整體表現出顯著差異，覆土越厚，土壤肥力等級相對較高，且覆土厚度超過30cm后各土壤肥力指標變化緩慢，而覆土厚度達到40-50cm時，復墾土壤肥力綜合指標基本不再變化，此時，復墾土壤肥力水平最高。相關研究成果為復墾土地管理和改良提供依據。

關鍵詞：粉煤灰充填；覆土厚度；復墾土壤；肥力指標；評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.171

1 引言

土壤肥力是土地生產力的基礎。土壤肥力是土壤的本質屬性，是土壤各種性質的綜合表現。土壤肥力反映了土壤為植物提供適宜條件的能力 [1-2]。對于以粉煤灰充填基質的復墾土壤的覆土厚度與土壤肥力的關系研究較少。

因此，本文以安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場為例，以土壤有機質（soil organic matter，SOM）、土壤容重（soil bulk density，BD）、土壤黏粒含量（Clay）、土壤含水量（soil moisture content，SMC）等為評價因子，基于ArcGIS10.1軟件和模糊數學方法對土壤肥力進行了綜合評價，分析不同覆土厚度下粉煤灰重構土壤肥力狀況。以期為粉煤灰作為充填基質的復墾模式及復墾土地的治理改良提供依據。

2 研究區概況與數據處理

研究區為安徽省淮南市平圩電廠粉煤灰堆場，該堆場啟用于1986年，面積為231.95公頃，分東西兩坑。復墾方式包括直接復墾、覆土復墾兩類。西坑于2005年復墾，復墾年限10年以上，西坑粉煤灰平均堆深為9m。覆土復墾區種植模式為小麥-玉米輪作，直接利用的復墾區種植灌木。

采樣點布設采用網格采樣與分層抽樣相結合的方法，本次共確定0、10（土灰混合體）、10-20、20-30、30-40、40-50和50-60cm 等不同覆土厚度復墾區采樣點35個，1個粉煤灰堆場樣，1個周邊正常土樣（圖1），采樣深度為0-20cm。利用 SPSS16.0軟件對研究區實際采樣點屬性數據進行常規統計分析，以地統計方法對各屬性值進行空間插值，結合 ArcGIS10.1的空間分析工具得到土壤肥力綜合評價圖。

3 土壤肥力評價方法

3.1 隸屬度函數確定

隸屬度函數實際上是評價指標與作物生長效應曲線之間關系的數學表達式，根據各評價因子對作物產量的效應將隸屬度函數分為兩種類型，即S型和拋物線型。

S型隸屬度函數：此類函數參評因子指標值越高，作物生長效果越好，但是達到一定臨界值后效用趨于穩定，土壤有機質等養分因子就屬于這類函數。

拋物線型：屬于這類函數的參評因子對作物的效應表現為在一定范圍內作物生長效應最好，但是超出這個范圍時作物生長效應變差，如土壤物理粘粒含量、含水量、容重等屬于這種類型。

根據研究區土壤實際特點并聽取有關專家意見，本研究中有機質的轉折x1=2 x2=5、容重的轉折點x3=0.1 x4=3、含水量的轉折點x1=10 x2=20 x3=30 x4=40、土壤粘粒的轉折點x1=1 x2=10 x3=20 x4=30。

3.2 權重確定

本研究采用相關系數法確定指標權重，有效避免了人為主觀性的影響。首先求得單項肥力指標間的相關系數，構建相關系數矩陣，然后根據相關系數矩陣求得某項肥力指標與其他指標間的相關系數平均值，將該平均值與所有指標相關系數平均值總和的比作為該項因子的權重 [2]。BD、Clay、SMC和SOM的權重分別為0.27、0.17、0.25和0.31。

3.3 復墾土壤肥力綜合評價

按照公式（1）、（2）求得各指標隸屬度后，根據以下公式計算復墾土壤肥力綜合指數，式中ai、bi分別表示第i個樣點指標的權重和隸屬度值。根據全國農業地力等級劃分標準，結合該地區實際生產情況，將土壤肥力劃分為高、中、低和極低4個等級，綜合指數分別為>62、62-58、58-54、<54。

4 結果與分析

基于ArcGIS10.1繪制土壤肥力綜合指數分布圖，土壤肥力綜合指數空間分布格局差異比較明顯，隨著從北到南覆土厚度大體上是依次增加，土壤肥力綜合指數也依次增加。A區土壤肥力綜合指數最低，土壤肥力極低，這些區域主要為土灰混合覆蓋的區域，通過現場調查，這些區域作物長勢較差；B、C區有覆土40-50cm、30-40cm、20-30cm、10-20cm、10cm（土灰）不同地塊，這個區域有些覆土厚度較厚，但肥力等級卻較差，主要可能是由于覆土方式造成，這個區域主要采用泥漿泵法覆土。D區覆土厚度為50-60 cm、40-50cm、30-40cm、20-30cm的地塊，雖然各小地塊有不同的覆土厚度，但區域內土壤肥力綜合指數卻是相同的。總體而言，覆土厚度越大，土壤肥力綜合指數越大，當覆土厚度達到40-50cm后土壤肥力已達到復墾區的最高水平。

5 結論與討論

粉煤灰復墾土壤的覆土厚度對復墾土地肥力有很大的影響。本文以粉煤灰充填基質為對象，利用 SPSS16.0軟件對研究區實際采樣點屬性數據進行常規統計分析，以地統計方法對各屬性值進行空間插值，結合 ArcGIS10.1的空間分析工具，對不同覆土厚度下復墾土壤肥力綜合評價，揭示覆土厚度對土壤的肥力要素影響。獲取如下結論：分析綜合肥力指標對覆土厚度的響應，確定研究區內覆土厚度為40-50cm較為合理。后續還需進一步結合產量進行相關分析，建立量化的土壤肥力與覆土厚度關系。

本文重點闡述不同覆土厚度下的土壤肥力綜合評價，以下方面有待進一步研究。第一，影響復墾后土壤肥力因素眾多，后續需要進一步研究多因素耦合下的土壤肥力指數。第二，目前眾多學者多熱衷于對正常土壤的研究，對復墾土地的肥力評價較少，很多研究方法還有待于優化以期更適合對復墾土地的評價研究。

參考文獻：

[1]駱伯勝，鐘繼洪，陳俊堅.土壤肥力數值化綜合評價研究[J].土壤，2004，36（01）：104-106.

[2]李梅，張學雷.基于GIS的農田土壤肥力評價及其與土體構型的關系[J].應用生態學報，2011，22（01）：129-136.