江汉平原冷浸田水稻种植适宜性综合评价
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第21卷 第3期 2 0l 4年 安全与环境工程 Safety and Environmental Engineering Vo1.21 NO.3 May 20 1 4 5月 江汉平原冷浸田水稻种植适宜性综合评价 邓青军 ,唐仲华 ,陈敏知 ,李海波 ,熊志涛 。 (1.中国地质大学环境学院,湖北武汉430074;2.湖北地质环境总站,湖北武汉430034) 摘要:冷浸田是影响江汉平原农业生产及农作物高产的主要因素之一。本文根据江汉平原冷浸田的特点,采用 “状态一压力响应一行动”与“社会一经济一环境”相结合的综合研究方法,构建了江汉平原冷浸田水稻种植适宜性综合 评价指标体系,共分为立地条件、土壤理化性质、土壤养分状况、社会经济效益4个一级指标和14个二级指标,并 建立了相应的计算方法,同时采用层次分析法对江汉平原冷浸田水稻种植进行了适宜性评价与分区。结果表明: 江汉平原共有冷浸田约9 640 km ,最适宜级别占1o.5 ,适宜级别占41.1 ,次适宜级别为31.2 ,不适宜级别 占17.2 。此外,对不适宜于水稻种植的冷浸田分析了其主要影响因素,并提出了相关的改造治理措施。 关键词:江汉平原;冷浸田;指标体系;水稻种植;适宜性评价 中图分类号:X825 文献标识码:A 文章编号:167l一1556(2014)03—0060 05 Suitability Assessment of Cold Spring Paddy Soil for Rice Planting in Jianghan Plain DENG Qing—jun ,TANG Zhong—hua ,CHEN Min—zhi ,LI Hai—bo ,XIONG Zhi—tao '。 (1.School of Environmental Studies,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China; 2.Hubei Geological Environmental Terminus,Wuhan 430034,China) Abstract:Cold spring paddy soil is one of the main factors of the agricultural production in Jianghan Plain. According to the characteristics of cold spring paddy soil,this paper uses the comprehensive research meth— od,which combines the“state—pressure response—action”with“society—economy—environment’’.It proposes a suitability evaluation index framework of cold spring paddy soil for rice planting with site conditions,soil physical and chemical properties,soil nutrient status and social and economic benefits as the first—level inde— xes which contain 14 secondary indexes.This research establishes the corresponding calculation method and employs analytic hierarchy process(AHP)to accomplish the suitability assessment and zoning of cold spring paddy soil.The suitability assessment zoning result depicts that the total area of cold spring paddy soil in Jianghan Plain is about 9 640 km。,the area with the most appropriate level is about 10.5 and the area with the appropriate level is about 4 1.1 ,while the area with the less suitable level iS about 3 1.2 and the area with the inappropriate level is only 1 7.2 .As for the unsuitable cold spring paddy soil for rice cultivation,the paper analyses its main influence factors and puts forward some reform measures. Key words:J ianghan Plain;cold spring paddy soil;index system;rice planting;suitability assessment 冷浸田是指山丘谷地受冷水、冷泉长期浸渍或 湖区滩地受地下水长期浸渍的强潜育性低产水稻 水稻的生长过程与土壤的通透性、营养成分、温度以 及地下水埋深和温度等因素密切相关 。为了科学 田,又称冷浸性水稻土,是我国南方低产水稻土的一 个主要类型。我国约有冷浸田346万hm。,占全国 合理地利用、改造治理冷浸田,摸清冷浸田对于水稻 种植的适宜程度,合理提出一套针对冷浸田水稻种 稻田面积的15.07 ,占低产稻田面积的44.2 收稿日期:2O1 3—03—18 修回日期:2014一O2—25 。 植适宜性的综合评价指标体系成为迫要任务。 基金项目:中国地质调查局项目(1212011120084) 作者简介:邓青军(1 987一),男,硕士研究生,主要研究方向为地质环境监测与评价。E mail:dengqingjun2007@163.corn 第3期 邓青军等:江汉平原冷浸田水稻种植适宜性综合评价 江汉平原河流纵横、洼地相间、大小湖泊星罗棋 布,是典型的冷浸田地域,冷浸田大面积分布成为阻 碍本地区农业持续稳定发展的主要因素之一。目前 已有江汉平原冷浸田农业生态环境评价l3 和土壤化 学环境适宜性评价_4]方面的研究,但针对该地区冷 浸田水稻种植适宜性评价指标体系及综合评价的研 究成果尚未有公开报道。本文旨在通过对江汉平原 冷浸田分布区立地条件、水土理化性质和土壤养分 状况进行分析的基础上,构建江汉平原冷浸田水稻 种植适宜性综合评价指标体系,并对冷浸田适宜性 进行评价与分区,同时对不适宜于水稻种植区域的 主要影响因素进行分析,提出合理的改造治理建议, 以为江汉平原农业的可持续性发展提供科学指导。 1研究区概况 I.1地理位置 江汉平原是湖北乃至全国重要的粮食产区和农 产品生产基地,素有“鱼米之乡”之称,位于长江中 游、湖北省的中南部,西起枝江、东止武汉、北至钟 祥、南望洞庭湖滨,是长江中上游最大的平原,总面 积约为3.8×i0 km 。该地区地势白西北向东南 呈1。~2。微倾斜,高程多在50 m以下,西高东低。 1.2水文地质特征 研究区含水岩组主要分为三层:孔隙潜水含水岩 组、上部孑L隙承压含水岩组、下部裂隙孔隙承压含水岩 组。孔隙潜水主要蕴藏于第四系全新统地层中,埋深 浅,含水介质主要为亚砂土、粉砂,局部地段有砂砾石 层,其补给来源主要为大气降水、河湖侧向渗流补给以 及田间灌溉水的渗入补给。上部孔隙承压水主要蕴藏 于上更新统地层中,含水介质主要为砂、砂砾石层,水 量丰富,上覆有稳定隔水顶板,岩性为黏土、亚黏土、淤 泥质黏土,局部为淤泥,其补给来源包括周边临区含水 层的侧向径流补给、河流湖泊的侧向渗透补给、上覆潜 水越流补给等 ],下部裂隙承压含水岩组呈透镜状,含 水介质在垂直和水平方向有很大差异,主要岩性为粉 砂、泥质粉砂、细砂等,普遍含有淤泥质。由于地势低 平、地形高差较小,水位埋深相差较小,地下水总的流 向为自西北流向东南,水力坡度仅为0.3‰~O.5%0,径 流速度约为0.005 ̄0.Ol m/d,天然条件下大部分地区 地下水的径流条件较差。 I.3冷浸田特征 江汉平原有冷浸田约9 640 km ,主要分布于研 究区东南部四湖地区及周边岗状平原、西部山区山 冲及垅田以及中部部分县(市)的广大平原及岗地 地区,尤以研究区东南部面积最大、分布最集中。冷 浸田主要特征是地下水位埋深浅,终年积水长期浸 泡,使土壤水分处于饱和状态,还原作用强,土壤剖 面构型为A—G型或AG—G型,土粒分散,呈稀泥糊 浆状,通透性差,且水温土温低,造成耕作层微生物 数量下降、种类减少、生化反应弱。虽然冷浸田有机 质含量高但有效养分不足,氧化亚铁等毒性还原性 物质充斥土体,导致一系列土壤性质的恶化,不利于 作物根系生长,从而成为“冷、烂、毒、酸、瘦”的低产 田l1 ],严重影响当地水稻等农作物的生长。 2综合评价指标体系的构建 2.1 综合评价指标体系构建的原则与总体思路 构建冷浸田水稻种植适宜性综合评价指标体系 需要遵循以下原则:①定量与定性相结合的原则;② 科学性与可操作性的原则,即注重评价指标数据的可 获取性和评价的可操作性 ;③分级构建原则,即选 择研究区内有明显差异且能够出现临界值的因子客 观地划分指标等级;④与农业可持续性发展目标相关 联的原则,即体现社会、经济和环境之间的相互关系。 其总体思路是:分析江汉平原冷浸田开发格局 及开发模式对农业生产的影响,识别影响水稻种植 的主要因子,在充分利用现有监测工作的基础上,采 用“状态一压力一响应一行动”与“社会一经济一环境”相结 合的综合研究方法,分级构建冷浸田水稻种植适宜 性综合评价指标框架,并研究建立相应的计算方法, 构建适宜性综合评价指标体系,最终实现宏观掌握 冷浸田变化特征、辅助农业生产功能区规划、宏观管 理及决策的目标。 2.2综合评价指标体系构建的方法 (1)确定影响因子。通过对冷浸田与其所处的 地质环境相互作用过程的系统分析,找出直接或间 接影响冷浸田水稻种植的因子。其包括水因子、土 壤因子、地形地貌因子、气候因子、生物因子、经济效 益因子和人为活动因子,匹配相关影响因子与其所 对应的具体指标详见表1。 (2)确定评价指标。本文所指综合评价指标包括 调查统计指标、量测指标和测试化验指标。选择合适 的评价指标是冷浸田适宜性综合评价的基础和关键, 鉴于研究区冷浸田水土地质环境的复杂性,加之近年 来研究区大型工程建设频繁,要确立一套广泛适用的 综合评价指标是有一定困难的。为了使评价指标更具 有代表性以及适宜性评价结果更准确,本文基于研究 区的实际情况,确定综合评价指标体系为二级层次结 构,第一级评价指标按照状态一压力一响应一行动模型,分 为立地条件(状态)、土壤理化性质(压力)、土壤养分状 况(响应)和社会经济效益(行动)四个类别,第二级评 价指标综合考虑社会、环境和经济三个领域。 安全与环境工程 表1冷浸田主要影响因子 Table 1 Main influence factors of cold spring paddy soil 第21卷 碱解N、土壤速效P、土壤速效K、地下水温度、地下 水埋深、种植水稻成本、产出。 2.3综合评价指标体系的分级 影响因子 具体指标 水因子盍 性浇 由于江汉平原冷浸田的微地域地貌分异的特殊 性,使江汉平原冷浸田生态环境具有多样性和多宜 性的特点,再加上长江与汉江两大河流的不规律运 行及人为活动的影响(如三峡工程与南水北调中线 工程),使江汉平原冷浸田生态环境又具有脆弱性的 特点。因此,冷浸田水稻种植适宜性综合评价指标 体系的划分需要切实结合研究区冷浸田的特点,根 质地、pH值、有机质、阳离子交换量、电导率、氧 土壤因子 化还原电位、温度、碱解N、速效P、速效K、亚铁 含量 地形地貌因子斜坡坡向、斜坡坡度、地貌类型、高程、地形部位 气候因子 生物因子 降水量、蒸发量、日照时间 微生物数量、种类 一 经济效益因子耕种成本、收入、产(出)量 人为活动因子 湖造田程度、大型水利工程规模、施肥种类及数 据各指标隶属函数类型,计算出各指标的最优适宜 范围和拐点,从而确定出江汉平原冷浸田适宜性评 采用主成分分析法对表1中的主要影响因子及 其相应的具体指标进行敏感性分析,并根据敏感性 分析结果,优化筛选其中特征值贡献率大于3 且 累计贡献率达到83.11 的14个评价指标,即为海 拔高度、土壤质地、土壤pH值、土壤有机质、土壤阳 离子交换量、土壤电导率、土壤氧化还原电位、土壤 价指标体系,见表2。该评价指标体系的二级指标 的临界值范围是根据各指标对水稻生长发育的适宜 性或性而划分出的量值,其中个别指标值是字 符型或定性描述,对于此类指标主要根据长期生产 经验进行判断确定,如土壤质地等,一般可将有利于 水稻生长的土壤类型确定为临界值的上、下界。 本次共采集土壤样品308个,样品统一用布袋 3 研究区水稻种植适宜性综合评价 3.1取样方法与数据来源 封装,运输过程中避免阳光照射,严格控制与其他物 体的接触。土壤样品取回后立即带回实验室,并按 根据研究区冷浸田分布范围,结合评价指标体 系,本次研究采取点面结合的方法按照5 km×5 km 一照相关规范标准用原状湿土测定亚铁含量,用风干 土测试分析土壤有机质、全N、碱解N、速效P、速效 K、阳离子交换量以及常规的水溶盐离子、重金属含 量等指标。室内土样的测试分析由中国地质大学 (武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室完成。 个点布置采样点,并在人口密集区周边基本农田 于2012年9—1O月在研究区荆州地区、潜江、天门、 保护区、河湖周边农田区、污染严重地区适当加密, 田间现场土壤测定包括:原位测试土壤pH值、土壤 电导率、土壤氧化还原电位、地下水埋深、地下水温 度等。此外,本次调查搜集了冷浸田土壤质地以及 农作物产量和经济效益相关统计数据资料。 荆门(沙洋、钟祥)、仙桃、孝感(汉川、云梦、应城)、武 汉(汉南、黄陂)等地采集0--20 cm耕作层土壤样品 两类:一是冷浸田水稻土混合样;二是冷浸田采样点 附近与其成土母质相同的高产田水稻土样。 64 安全与环境工程 第21卷 体上来说,研究区适宜种植水稻的冷浸田占总面积 的51.6 ,基本能够支持该地区的农业生产。 根据调查结果可知,研究区水稻种植最适宜区 和适宜区冷浸田地下水埋深介于0.3~0.5 m,地下 水温度介于15~24℃;土壤pH值介于4.8~6.3, 平均值为5.34;土壤速效P含量范围为8.56~ 36.95 mg/kg,平均值为15.68 mg/kg;土壤速效K 含量范围65.98~165.28 mg/kg,平均值为78.39 mg/kg;土壤碱解N含量范围为89.56~216.36 mg/kg,平均值为186.3 mg/kg。与高产田相比,虽 然最适宜区和适宜区冷浸田部分评价指标的含量仍 然处于较低水平,但是基本能保障水稻的正常生长。 冷浸田水稻种植次适宜区和不适宜区的主要影 响因素分为自然因素和人类活动因素。前者主要指 原生地质条件,次适宜区和不适宜区往往地势低平, 地下水埋深一般小于0.3 m,地下水温度一般低于 l5℃;土壤质地为粉黏土,呈青黑色,还原性强,亚铁 含量大多介于189.32~3 958 mg/kg,平均值为 846.33 mg/kg;土壤pH值介于4.3~5.2,平均值为 4.83,呈现强酸性;90 以上土壤颗粒粒径≤0.05 mm,土壤速效养分不足,有机质含量小于1.0 ;土壤 速效P含量介于4.35 ̄11.36 mg/kg,平均值为7.68 mg/kg;土壤速效K含量介于14.3~78.6 mg/kg,平 均值为53.94 mg/kg,其相关指标达到或超出了影响 水稻正常生长的临界值,成为影响冷浸田低产的障碍 因子。而后者主要指大面积围湖造田和水利工程建 设活动,人为大规模围垦丧失了约1/3的江汉湖泊湿 地,加剧了四湖地区洪涝灾害,使土壤向沼泽化、潜育 化方向发展;三峡工程建设和南水北调中线工程对次 适宜区和不适宜区冷浸田影响较大,如马毅杰等_g 的 研究表明,三峡工程运行后四湖地区河间洼地的地下 水水位可能会抬高5~10 cm,致使研究区土壤进一步 潜育化、沼泽化,产生大面积次生冷浸田;赵德君 等 叨的研究表明,南水北调中线补偿工程——“引江 济汉”工程的实施使沿线零散分布的冷浸田有连片扩 大的趋势,同时可能在潜江、荆门、荆州等地产生新增 冷浸田的面积达226.29 km2。 研究区冷浸田问题归根结底是地下水与土壤环 境问题,由于地质环境的复杂性,对次适宜区和不适 宜区进行整治改良的难易程度也有所不同,所以必须 对具体因素的种类、作用的持久性、人工控制的 可能性、整治的难易程度、投小及其回报情况等 诸多方面进行综合考虑,选择适宜的开发利用方向; 同时在研究区现有地下水和土壤监测网络的基础上, 针对冷浸田的特殊性布设一套综合监测网络,掌握冷 浸田的动态变化,以为合理开发和利用冷浸田提供指 导。 5结论与建议 (1)采用“状态一压力一响应一行动”与“社会一经济一 环境”相结合的综合研究方法,构建了江汉平原冷浸 田水稻种植适宜性综合评价指标体系,共分为立地 条件、土壤理化性质、土壤养分状况、社会经济效益 4个一级指标和14个二级指标,综合评价指标体系 的建立对评价冷浸田对于水稻种植的适宜与程 度提供了有利的指导。 (2)根据适宜性综合评价结果,对江汉平原冷浸 田进行适宜性分区,结果表明:该地区冷浸田总体上 能适应农业生产的需要,最适宜区占10.5 ,适宜区 占41.1 ,次适宜区占31.2%,不适宜区占17.2 。 (3)对江汉平原不适宜农业生产的冷浸田,需 采取相关改造治理措施,使其更好地服务于农业生 产。如可以完善排灌系统,开挖深沟抬田;改革耕作 制度,实行水旱大轮作;退田还湖;配方施肥;严格 “三废”治理防止矿毒型冷浸田扩展等[1 。值得注 意的是,开发整治冷浸田应慎重对待,无论是退田还 湖、开发成水陆相间的基塘模式,还是花大力气整治 成高产农田,都必须根据当地具体的社会经济条件 决定,不可盲目进行。 参考文献: [1]柴娟娟,廖敏,徐培智,等.我国主要低产水稻冷浸田养分障碍因 子特征分析口].水土保持学报,2012,26(4):284 288. 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