濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地復(fù)墾模式研究

濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地復(fù)墾模式研究

隨著我國(guó)城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，許多農(nóng)村住房被拆除。為引導(dǎo)城鄉(xiāng)建設(shè)集約、節(jié)約用地,國(guó)務(wù)院和國(guó)土資源部提出了城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策,通過(guò)建新拆舊和土地復(fù)墾,盤(pán)活城鄉(xiāng)存量建設(shè)用地,堅(jiān)守1.2億hm國(guó)外學(xué)者對(duì)于宅基地復(fù)墾的研究較少,復(fù)墾研究主要集中于工礦復(fù)墾的生態(tài)修復(fù)和環(huán)境保護(hù)、復(fù)墾技術(shù)、方案編制以及復(fù)墾法規(guī)和管理等方面,又大多集中于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、復(fù)墾模式與潛力分析、工程技術(shù)等方面國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)村宅基地復(fù)墾的研究主要集中在復(fù)墾現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及對(duì)策分析、復(fù)墾效益分析、復(fù)墾后土壤質(zhì)量情況等方面。閆銳等綜上所述,國(guó)內(nèi)關(guān)于南方地區(qū)宅基地復(fù)墾的研究較多,北方地區(qū)則較少,尤其缺乏我國(guó)北方濱海鹽堿化地區(qū)宅基地復(fù)墾的相關(guān)研究。為保證農(nóng)村宅基地復(fù)墾后的耕地質(zhì)量,《國(guó)土資源部關(guān)于強(qiáng)化管控落實(shí)最嚴(yán)格耕地保護(hù)制度的通知》〈國(guó)土資發(fā)(2014)18號(hào)〉強(qiáng)調(diào),“土地整治補(bǔ)充耕地要先評(píng)定等級(jí)再驗(yàn)收,沒(méi)有達(dá)到要求的不得驗(yàn)收”,因此,對(duì)宅基地復(fù)墾后的效果進(jìn)行研究分析十分必要。針對(duì)我國(guó)目前宅基地復(fù)墾的研究現(xiàn)狀,本研究選取濱海鹽堿化地區(qū)作為研究區(qū)域,采用3種不同復(fù)墾集成模式對(duì)農(nóng)村宅基地進(jìn)行試驗(yàn)研究,基于主成分分析的模糊綜合評(píng)判法建立復(fù)墾效果評(píng)價(jià)模型,對(duì)3種集成模式宅基地復(fù)墾后的效果進(jìn)行詳細(xì)分析,提出適宜濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地的復(fù)墾模式。1材料和方法1.1復(fù)墾前宅基地土壤理化性質(zhì)北方濱海鹽堿化地區(qū),即黃河以北及海河流域的濱海地區(qū),包括河北、山東、天津三省市沿海地區(qū),是我國(guó)重要的糧棉、果蔬產(chǎn)區(qū)。研究區(qū)位于具有代表性的濱海新區(qū)葛沽地區(qū)(N38°98′、E117°38′),屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候,年平均氣溫11.7℃;全年無(wú)霜期平均216d,平均年降水量為556.4mm,土壤為潮土,質(zhì)地為砂壤土。在復(fù)墾前項(xiàng)目示范區(qū)挖土壤剖面,分層取土,并測(cè)定土壤養(yǎng)分基本參數(shù),測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出,土壤含鹽量為0.37%～0.44%,屬輕度鹽堿和中度鹽堿;0～60cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.6～18g/kg,說(shuō)明復(fù)墾前宅基地土壤有機(jī)質(zhì)含量很低;土壤有效磷含量在0.015～0.021g/kg之間,土壤速效鉀含量較高;土壤微生物含量為0,說(shuō)明宅基地土壤由于長(zhǎng)期受房屋壓力的作用,土壤質(zhì)地密實(shí),無(wú)微生物活動(dòng)。1.2復(fù)墾前宅基地各層土壤理化指標(biāo)的測(cè)定復(fù)墾前在整個(gè)拆舊區(qū)村莊的院子和房屋處各設(shè)置10個(gè)取樣點(diǎn),采樣深度間隔20cm,深度為60cm進(jìn)行取樣,取均值得到復(fù)墾前宅基地各層土壤理化狀況,見(jiàn)表1。復(fù)墾后,分別在3種不同復(fù)墾模式的田間采集土樣,采樣深度間隔20cm,深度60cm。pH值采用pH計(jì)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法測(cè)定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷采用采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀采用乙酸銨提取法測(cè)定;土壤含鹽量采用EC110便攜式鹽分計(jì)測(cè)定,并用蒸干法率定1.3評(píng)估效果的方法宅基地復(fù)墾后的效果采用基于主成分分析的模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行評(píng)價(jià)。1.3.1土壤肥力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化主成分分析利用降維的思想,將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量,其中每個(gè)主成分都是原始變量的線(xiàn)性組合,各主成分之間互不相關(guān),從而這些主成分能夠反映始變量的絕大部分信息,且所含的信息互不重疊(1)設(shè)估計(jì)樣本數(shù)為n,選取指標(biāo)數(shù)為p,則有估計(jì)樣本的原始數(shù)據(jù)可得矩陣X=(x(2)為消除各項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)之間在量綱化和數(shù)量級(jí)上的差別,對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣建立協(xié)方差矩陣R(4)根據(jù)協(xié)方差矩陣R求出特征值、主成分貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。(5)建立初始因子載荷矩陣,揭示主成分與各土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)程度。(6)確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重,見(jiàn)公式(1):式中,w1.3.2評(píng)價(jià)因素的確定模糊綜合評(píng)價(jià)法以隸屬度來(lái)描述土壤養(yǎng)分指標(biāo)的模糊界限,通過(guò)模糊關(guān)系矩陣與權(quán)重矩陣的復(fù)合運(yùn)算,得出總體土壤養(yǎng)分對(duì)各級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度,最后采用加權(quán)平均原則對(duì)結(jié)果矩陣進(jìn)行處理,確定土壤養(yǎng)分的級(jí)別。(1)建立評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集。本文選取土壤含鹽量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。(2)建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集。在土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)中,依據(jù)《全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和《農(nóng)用地分等定級(jí)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,結(jié)合土壤質(zhì)量的實(shí)際狀況和生產(chǎn)需要,將土壤養(yǎng)分等級(jí)劃分為6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。具體見(jiàn)表2。(3)確定評(píng)價(jià)因素的模糊權(quán)向量。根據(jù)各因子的重要程度不同,對(duì)每個(gè)因子賦予相應(yīng)的權(quán)重,構(gòu)成權(quán)重集A,本文采用主成分分析法確定。(4)確定模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣R。(5)綜合評(píng)價(jià)。將模糊權(quán)向量A與單因素模糊評(píng)價(jià)矩陣R復(fù)合,得到綜合評(píng)價(jià)向量B。其中,b(6)采用加權(quán)平均法對(duì)對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析,用G值表示。式中,待定系數(shù)k取值為2。2技術(shù)集成模式本項(xiàng)目提出了3種集成復(fù)墾模式,并在天津?yàn)I海鹽堿化地區(qū)葛沽鎮(zhèn)揚(yáng)岑子村的拆舊區(qū)進(jìn)行研究。復(fù)墾技術(shù)主要有水鹽調(diào)控技術(shù)、土壤功能重構(gòu)技術(shù)、生物選擇技術(shù)和微區(qū)改土技術(shù)。其中水鹽調(diào)控技術(shù)有土壤淋洗技術(shù)、明溝排水技術(shù)和暗管排水技術(shù);土壤功能重構(gòu)技術(shù)有土壤培肥技術(shù)、種植綠肥技術(shù)和土壤調(diào)理劑技術(shù);生物選擇技術(shù)主要指種植耐鹽堿作物;微區(qū)改土技術(shù)包括采用3種隔鹽材料(爐渣、鋸末、塑料膜)形成局部范圍土壤改良。復(fù)墾模式1主要由水鹽調(diào)控技術(shù)和土壤功能重構(gòu)技術(shù)集成,水鹽調(diào)控的3種單項(xiàng)技術(shù)與土壤功能重構(gòu)3種單項(xiàng)技術(shù)組合時(shí),仍采用各單項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。明溝排水和暗管排水結(jié)合并與土壤功能重構(gòu)技術(shù)集成時(shí),明溝排水系統(tǒng)僅布設(shè)農(nóng)溝及以上排水溝,明溝的邊坡比為1∶1.25,排水農(nóng)溝深度1.7m,溝底寬度0.4m,農(nóng)溝間距為100～200m,田間不布設(shè)毛溝,布設(shè)排水暗管,暗管直徑70～110mm,暗管水流直接排入明溝,或經(jīng)過(guò)集水管排入集水井。該模式技術(shù)集成易于掌握實(shí)施,成本可控性較高,能夠較好滿(mǎn)足田間作物生長(zhǎng)需求。復(fù)墾模式2主要由水鹽調(diào)控技術(shù)、土壤功能重構(gòu)技術(shù)和生物選擇技術(shù)集成,水鹽調(diào)控的3種技術(shù)、土壤功能再造的3種技術(shù)和生物選擇技術(shù)可以自由組合。其技術(shù)參數(shù)同技術(shù)集成模式1。可結(jié)合地域特點(diǎn)和土壤條件,因地制宜種植耐鹽堿生長(zhǎng)的作物,特別是在不同程度鹽堿化地區(qū),選擇耐鹽程度不同的作物,作物較易獲得高產(chǎn)。復(fù)墾模式3主要由水鹽調(diào)控技術(shù)、土壤功能重構(gòu)技術(shù)、生物選擇技術(shù)和微區(qū)改土技術(shù)集成,水鹽調(diào)控的3種技術(shù)、土壤功能再造的3種技術(shù)、生物選擇技術(shù)和微區(qū)改土技術(shù)的3種隔鹽材料可以自由組合。明溝主要是收集鋪設(shè)在微區(qū)底部排水暗管中的水,因此,明溝深度應(yīng)大于暗管埋設(shè)深度,隔鹽材料的埋設(shè)深度應(yīng)滿(mǎn)足作物根系生長(zhǎng)需要,田間作物埋設(shè)深度可選為80cm,則暗管的埋設(shè)深度也為80cm,明溝溝深大于80cm即可;若種植經(jīng)濟(jì)作物,隔鹽材料的埋設(shè)深度可適當(dāng)減小,該模式種植作物品種的選擇范圍較大。3修復(fù)效果評(píng)估3.1復(fù)墾前1020cm土壤養(yǎng)分的性狀由表3宅基地復(fù)墾前各層指標(biāo)權(quán)重可以看出,土壤含鹽量、有機(jī)質(zhì)含量、有效磷、堿解氮和速效鉀這5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分貢獻(xiàn)度整體上相差不大,尤其是0～20cm的地面部分,5個(gè)指標(biāo)的權(quán)重基本上在0.2左右,20～40cm堿解氮的權(quán)重較其他指標(biāo)低,40～60cm含鹽量的權(quán)重較低,其他指標(biāo)相差不大。由表4可知,復(fù)墾前0～20cm的土壤養(yǎng)分屬于中下偏低等水平,20～40cm和40～60cm的土壤養(yǎng)分均屬于中上偏中下等水平。由于所研究區(qū)域原為農(nóng)莊,因此接近地面的0～20cm土壤密實(shí)度較大,土壤養(yǎng)分的級(jí)別較低。另外,該區(qū)域含鹽量較高,屬于鹽堿地,若對(duì)該區(qū)域進(jìn)行復(fù)墾,應(yīng)首要解決含鹽量高的問(wèn)題。該地區(qū)由于長(zhǎng)時(shí)間未種植作物,有機(jī)質(zhì)含量很低,堿解氮、有效磷含量中等偏差,但富含速效鉀,所以該地區(qū)復(fù)墾的主要任務(wù)是降低含鹽量,提高有機(jī)質(zhì)含量。在種植作物時(shí),適量增施氮肥和磷肥。3.2土壤養(yǎng)分的含量研究區(qū)采用水鹽調(diào)控技術(shù)+土壤功能重構(gòu)技術(shù)模式經(jīng)過(guò)2年復(fù)墾后,各層土壤指標(biāo)權(quán)重與土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5和表6。由表5可知,土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)度均較大,其次為含鹽量,有效磷的貢獻(xiàn)度最小。根據(jù)表6的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,0～20cm和40～60cm的土壤養(yǎng)分為高偏中上等水平,20～40cm的土壤養(yǎng)分為很高偏高等水平?？梢?jiàn),該模式在一定程度上對(duì)鹽堿化進(jìn)行了改善,同時(shí)土壤養(yǎng)分由復(fù)墾前的中上或中下等提高到了高等水平,該模式的復(fù)墾效果非常明顯,適用于輕度鹽堿化地區(qū)村莊的土地復(fù)墾整理。3.3土壤養(yǎng)分的含量研究區(qū)采用水鹽調(diào)控技術(shù)+土壤功能重構(gòu)技術(shù)+生物選擇技術(shù)集成模式,經(jīng)過(guò)2年復(fù)墾后,各層土壤指標(biāo)權(quán)重與土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。由表7可知,各層土壤堿解氮、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤速效鉀、土壤含鹽量和土壤有效磷對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)度均較大,尤其是土壤有效磷權(quán)重較大。根據(jù)表8的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,0～20cm和20～40cm土壤養(yǎng)分均為高等偏中上水平,40～60cm土壤養(yǎng)分為高等水平。采用模式2可結(jié)合地域特點(diǎn)選擇適宜的耐鹽作物,可有效提高土壤養(yǎng)分。該模式適用于輕度鹽堿化和中度鹽堿化地區(qū)村莊的土地復(fù)墾整理。3.4各模式土壤養(yǎng)分的含量研究區(qū)采用水鹽調(diào)控技術(shù)+土壤功能重構(gòu)技術(shù)+生物選擇技術(shù)和微區(qū)改土技術(shù)模式,經(jīng)過(guò)2年復(fù)墾后,各層土壤指標(biāo)權(quán)重與土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果見(jiàn)表9和表10。由表9可知,0～20cm土壤的速效鉀對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)度較低,但土壤有機(jī)質(zhì)含量貢獻(xiàn)度較大。其他兩層各指標(biāo)的權(quán)重相差不大,即對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)度相差不大。土壤含鹽量的權(quán)重比前兩個(gè)模式的權(quán)重較大。由表10可以看出,0～20cm、40～60cm土壤養(yǎng)分為高等水平,20～40cm土壤養(yǎng)分為很高偏高等水平。該模式明顯降低了土壤的含鹽量,提高了土壤養(yǎng)分等級(jí),土壤復(fù)墾效果較前兩個(gè)模式整體效果較好。通過(guò)微區(qū)改土方法,可選擇種植作物的范圍較大,但該技術(shù)涉及的參數(shù)和設(shè)計(jì)不易掌握,且成本較高,適用于現(xiàn)代都市型農(nóng)業(yè)。4討論針對(duì)濱海鹽堿化地區(qū),采用模式1對(duì)宅基地進(jìn)行復(fù)墾研究,2年后土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量提高較大,與郭義強(qiáng)等5復(fù)墾集成模式對(duì)土壤養(yǎng)分及含鹽量的影響基于水鹽調(diào)控、土壤功能重構(gòu)、生物選擇和微區(qū)改土4種復(fù)墾技術(shù),提出了3種集成復(fù)墾模式。研究區(qū)經(jīng)過(guò)2年復(fù)墾后,選取土壤含鹽量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤堿解氮、土壤有效磷和土壤速效鉀作為評(píng)價(jià)宅基地復(fù)墾后土壤養(yǎng)分的指標(biāo),采用主成分分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重,并采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)3種不同復(fù)墾模式的效果分層進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究表明,3種模式均降低了土壤的含鹽量,提高了土壤的活性和肥力。(1)復(fù)墾前0～20cm土壤養(yǎng)分為中下偏低水平,20～40cm和40～60cm土壤養(yǎng)分均為中上偏中下水平。由于復(fù)墾前為宅基地,因此接近地面0～20cm的密實(shí)度較大,土壤養(yǎng)分比下層的較差。(2)復(fù)墾集成模式1對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀改善較大,其次為土壤含鹽量,0～20cm和40～60cm土壤養(yǎng)分為高偏中上等水平,20～40cm土壤肥力為很