濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地復墾模式研究

濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地復墾模式研究

隨著我國城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程的推進，許多農(nóng)村住房被拆除。為引導城鄉(xiāng)建設(shè)集約、節(jié)約用地,國務(wù)院和國土資源部提出了城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策,通過建新拆舊和土地復墾,盤活城鄉(xiāng)存量建設(shè)用地,堅守1.2億hm國外學者對于宅基地復墾的研究較少,復墾研究主要集中于工礦復墾的生態(tài)修復和環(huán)境保護、復墾技術(shù)、方案編制以及復墾法規(guī)和管理等方面,又大多集中于社會經(jīng)濟效益、復墾模式與潛力分析、工程技術(shù)等方面國內(nèi)對農(nóng)村宅基地復墾的研究主要集中在復墾現(xiàn)狀、存在問題及對策分析、復墾效益分析、復墾后土壤質(zhì)量情況等方面。閆銳等綜上所述,國內(nèi)關(guān)于南方地區(qū)宅基地復墾的研究較多,北方地區(qū)則較少,尤其缺乏我國北方濱海鹽堿化地區(qū)宅基地復墾的相關(guān)研究。為保證農(nóng)村宅基地復墾后的耕地質(zhì)量,《國土資源部關(guān)于強化管控落實最嚴格耕地保護制度的通知》〈國土資發(fā)(2014)18號〉強調(diào),“土地整治補充耕地要先評定等級再驗收,沒有達到要求的不得驗收”,因此,對宅基地復墾后的效果進行研究分析十分必要。針對我國目前宅基地復墾的研究現(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種不同復墾集成模式對農(nóng)村宅基地進行試驗研究,基于主成分分析的模糊綜合評判法建立復墾效果評價模型,對3種集成模式宅基地復墾后的效果進行詳細分析,提出適宜濱海鹽堿化地區(qū)農(nóng)村宅基地的復墾模式。1材料和方法1.1復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′),屬暖溫帶季風型大陸性氣候,年平均氣溫11.7℃;全年無霜期平均216d,平均年降水量為556.4mm,土壤為潮土,質(zhì)地為砂壤土。在復墾前項目示范區(qū)挖土壤剖面,分層取土,并測定土壤養(yǎng)分基本參數(shù),測定結(jié)果見表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土壤有機質(zhì)含量為4.6～18g/kg,說明復墾前宅基地土壤有機質(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,說明宅基地土壤由于長期受房屋壓力的作用,土壤質(zhì)地密實,無微生物活動。1.2復墾前宅基地各層土壤理化指標的測定復墾前在整個拆舊區(qū)村莊的院子和房屋處各設(shè)置10個取樣點,采樣深度間隔20cm,深度為60cm進行取樣,取均值得到復墾前宅基地各層土壤理化狀況,見表1。復墾后,分別在3種不同復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計測定;有機質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法測定;堿解氮采用堿解擴散法測定;有效磷采用采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用乙酸銨提取法測定;土壤含鹽量采用EC110便攜式鹽分計測定,并用蒸干法率定1.3評估效果的方法宅基地復墾后的效果采用基于主成分分析的模糊綜合評判法進行評價。1.3.1土壤肥力指標標準化主成分分析利用降維的思想,將多個變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合變量,其中每個主成分都是原始變量的線性組合,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)估計樣本數(shù)為n,選取指標數(shù)為p,則有估計樣本的原始數(shù)據(jù)可得矩陣X=(x(2)為消除各項土壤肥力指標之間在量綱化和數(shù)量級上的差別,對指標數(shù)據(jù)進行標準化,得到標準化矩陣。(3)根據(jù)標準化數(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、主成分貢獻率和累計方差貢獻率。(5)建立初始因子載荷矩陣,揭示主成分與各土壤養(yǎng)分指標之間的相關(guān)程度。(6)確定評價因子權(quán)重,見公式(1):式中,w1.3.2評價因素的確定模糊綜合評價法以隸屬度來描述土壤養(yǎng)分指標的模糊界限,通過模糊關(guān)系矩陣與權(quán)重矩陣的復合運算,得出總體土壤養(yǎng)分對各級別標準的隸屬程度,最后采用加權(quán)平均原則對結(jié)果矩陣進行處理,確定土壤養(yǎng)分的級別。(1)建立評價對象的因素集。本文選取土壤含鹽量、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀作為評價指標。(2)建立評價標準集。在土壤養(yǎng)分評價中,依據(jù)《全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準》和《農(nóng)用地分等定級規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,結(jié)合土壤質(zhì)量的實際狀況和生產(chǎn)需要,將土壤養(yǎng)分等級劃分為6個標準。具體見表2。(3)確定評價因素的模糊權(quán)向量。根據(jù)各因子的重要程度不同,對每個因子賦予相應的權(quán)重,構(gòu)成權(quán)重集A,本文采用主成分分析法確定。(4)確定模糊綜合評價矩陣R。(5)綜合評價。將模糊權(quán)向量A與單因素模糊評價矩陣R復合,得到綜合評價向量B。其中,b(6)采用加權(quán)平均法對對模糊綜合評價結(jié)果向量進行分析,用G值表示。式中,待定系數(shù)k取值為2。2技術(shù)集成模式本項目提出了3種集成復墾模式,并在天津濱海鹽堿化地區(qū)葛沽鎮(zhèn)揚岑子村的拆舊區(qū)進行研究。復墾技術(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種單項技術(shù)與土壤功能重構(gòu)3種單項技術(shù)組合時,仍采用各單項技術(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,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)過集水管排入集水井。該模式技術(shù)集成易于掌握實施,成本可控性較高,能夠較好滿足田間作物生長需求。復墾模式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?？山Y(jié)合地域特點和土壤條件,因地制宜種植耐鹽堿生長的作物,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,明溝深度應大于暗管埋設(shè)深度,隔鹽材料的埋設(shè)深度應滿足作物根系生長需要,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)濟作物,隔鹽材料的埋設(shè)深度可適當減小,該模式種植作物品種的選擇范圍較大。3修復效果評估3.1復墾前1020cm土壤養(yǎng)分的性狀由表3宅基地復墾前各層指標權(quán)重可以看出,土壤含鹽量、有機質(zhì)含量、有效磷、堿解氮和速效鉀這5個評價指標對土壤養(yǎng)分貢獻度整體上相差不大,尤其是0～20cm的地面部分,5個指標的權(quán)重基本上在0.2左右,20～40cm堿解氮的權(quán)重較其他指標低,40～60cm含鹽量的權(quán)重較低,其他指標相差不大。由表4可知,復墾前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土壤密實度較大,土壤養(yǎng)分的級別較低。另外,該區(qū)域含鹽量較高,屬于鹽堿地,若對該區(qū)域進行復墾,應首要解決含鹽量高的問題。該地區(qū)由于長時間未種植作物,有機質(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)復墾的主要任務(wù)是降低含鹽量,提高有機質(zhì)含量。在種植作物時,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2年復墾后,各層土壤指標權(quán)重與土壤養(yǎng)分評價結(jié)果見表5和表6。由表5可知,土壤有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀對土壤養(yǎng)分的貢獻度均較大,其次為含鹽量,有效磷的貢獻度最小。根據(jù)表6的評價結(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?該模式在一定程度上對鹽堿化進行了改善,同時土壤養(yǎng)分由復墾前的中上或中下等提高到了高等水平,該模式的復墾效果非常明顯,適用于輕度鹽堿化地區(qū)村莊的土地復墾整理。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2年復墾后,各層土壤指標權(quán)重與土壤養(yǎng)分評價等級結(jié)果見表7和表8。由表7可知,各層土壤堿解氮、土壤有機質(zhì)、土壤速效鉀、土壤含鹽量和土壤有效磷對土壤養(yǎng)分的貢獻度均較大,尤其是土壤有效磷權(quán)重較大。根據(jù)表8的評價結(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2年復墾后,各層土壤指標權(quán)重與土壤養(yǎng)分評價等級結(jié)果見表9和表10。由表9可知,0～20cm土壤的速效鉀對土壤養(yǎng)分的貢獻度較低,但土壤有機質(zhì)含量貢獻度較大。其他兩層各指標的權(quán)重相差不大,即對土壤養(yǎng)分的貢獻度相差不大。土壤含鹽量的權(quán)重比前兩個模式的權(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,土壤復墾效果較前兩個模式整體效果較好。通過微區(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討論針對濱海鹽堿化地區(qū),采用模式1對宅基地進行復墾研究,2年后土壤的有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量提高較大,與郭義強等5復墾集成模式對土壤養(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種復墾技術(shù),提出了3種集成復墾模式。研究區(qū)經(jīng)過2年復墾后,選取土壤含鹽量、土壤有機質(zhì)、土壤堿解氮、土壤有效磷和土壤速效鉀作為評價宅基地復墾后土壤養(yǎng)分的指標,采用主成分分析法確定各指標的權(quán)重,并采用模糊綜合評判法對3種不同復墾模式的效果分層進行評價。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。由于復墾前為宅基地,因此接近地面0～20cm的密實度較大,土壤養(yǎng)分比下層的較差。(2)復墾集成模式1對土壤中有機質(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