农业工程项目土壤质量评价方法

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1土壤质量评价方法简述

1．1土壤质量的概念及内涵

20世纪90年代，土壤质量的相关研究开始深入开展，科学家们相继提出土壤质量的概念。目前国际上通用的土壤质量概念是：在生态系统边界内保持作物生产力、维持环境质量、促进动植物健康的能力。土壤质量由土壤肥力质量、环境质量和健康质量三个方面的因素构成。根据土壤质量的定义，土壤质量评价综合了三类不同的功能，具有很强的功能属性。但在实际使用中，土壤质量评价还具有目的属性。由于评价者目的不同，侧重的土壤功能不一样，导致了评价指标、评价标准的差异。

1．2土壤质量的评价尺度

土壤质量在不同的空间和时间尺度表现出不同的规律性，土壤质量评价首先必须确定空间和时间尺度。在空间尺度方面，Karlen等建立了包含5个基于不同目的的土壤质量评价尺度框架。第1尺度为点尺度，用于研究土壤变化的机理；第2尺度为面尺度，用于研究土壤质量随土地管理方式变化的规律；第3尺度为田块尺度，用于依据土壤特性开展土壤管理；第4尺度为农场尺度，用于监控土地使用情况，保持和提高环境质量；第5尺度为地区尺度，用于开展可持续发展政策研究。第1和第2尺度为微观尺度，对其研究可以帮助理解土壤质量；第3至第5尺度为宏观尺度，对其研究可以监测土壤质量的变化。在时间尺度方面，由于人类活动、气候变化、作物状况等因素均会影响土壤质量，土壤质量会随时间的变化而变化，因而评价的时间范围也很重要。研究土壤质量变化必须有时间和起点的概念，否则很难确切说明土壤质量的升高和降低，肥力的熟化与退化。国际农业工程项目一般是在国外某地区规划并开垦出几千公顷至几万公顷不等面积的土地，为所在国政府建设大型农场，开展种植业、养殖业以及加工业，提高所在国粮食生产能力和农业发展水平。因而在空间尺度上主要为农场尺度和田块尺度，在农场尺度提供项目用地的规划和设计，保证土地资源的可持续利用；在田块尺度提供具体作物种植的土壤管理。在时间尺度上，项目开发阶段土壤保持其“初始状态”，项目所在地可能是草原、可能是灌木林、可能是矿区复垦地、可能是沼泽地、也可能是早已荒废的曾经的农田；项目建设阶段土壤要经历开垦、耕地、整地、种植等人为活动，造成当地土壤耕层状态的较大改变；项目运营阶段，由于每一个种植季对土壤管理措施的不同以及外界环境的不断变化，土壤质量也会随之改变。

1．3土壤质量评价指标体系

土壤质量是由动态变化的多种因素来决定的，土壤质量无法通过人类感官或测量仪器直接获得，而必须根据土壤性质构建土壤质量指标体系综合量化来表达。选择合适的土壤评价指标是土壤质量评价的关键。土壤质量评价指标可分为物理指标、化学指标和生物指标三类，他们共同来表达土壤肥力质量、环境质量和健康质量。然而，选择合适的土壤质量评价指标体系并非易事，人们在不同时空尺度下进行土壤评价时，用到的指标涵盖了土壤质量的各个方面，多达50多种。有些研究人员选择了20多种指标，有的选择10多种指标，而有的仅选择几种指标进行土壤质量评价。这是因为针对不同的土壤功能，所使用的指标是不一样的，对某一功能而言是高质量的土壤对其他功能未必是高质量的，不同土壤系统之间土壤评价指标差异很大。目前，土壤质量评价指标的研究仍然只是从不同关心角度进行的尝试，没有形成一个合适的体系和标准。由于土壤利用方式的多样性，土壤性质时空变异性以及获取土壤指标数据成本高等因素，显然不可能获取所有指标数据。因此，在选择最能反映土壤质量状况的指标，即土壤参数最小数据集来评价土壤质量。最小数据集能够大量减少使用评价指标的数量，应用上可以通过测定较少数据来反映土壤质量的变化，在发现某些指标异常时再进行进一步测定。我国曾对四类重要土壤（水稻土、红壤、潮土和黑土）的肥力、环境、健康质量最小数据集和评价体系进行过具体研究，研究认为土壤肥力质量最小数据集应为pH值、有机质、质地、速效磷、速效钾、容重和阳离子交换量；土壤健康质量最小数据集应为pH值、有机质、质地、重金属和微量元素、六六六、滴滴涕。这些研究为国际农业工程项目土壤质量评价指标选择提供了有益的参考。

1．4土壤质量评价标准和方法

不像空气和水质量一样具有确定的标准和固定的评价方法，土壤质量评价是一项非常复杂的工作。土地有多种不同的利用方式，如果没有一定的限制，不同的土壤对于不同用途的评价结果就会很不一致。例如，在土壤中施加有毒的除草剂和杀虫剂来抑制目标生物时，使土壤变得不清洁，但却提高了土壤作物生产的质量；用于捕捉污染物、充当过滤器功能的土壤却不能用土壤的肥力指标去评价。一种土壤对于一种功能或生产具有优良的品质，对另一种功能或生产可能具有很差的品质。因此，土壤质量的评价应采用相对质量而非绝对质量。土壤质量评价方法可分为定性评价和定量评价两类方法。定性评价是首先通过实地调查给土壤各指标进行打分，然后综合各土壤指标的分数给土壤质量不同等级的评价，该方法对土壤指标的评判主要是基于感官调查而不是使用仪器测量，评价的准确性有赖于实践经验，评价直观、快速、简便，但缺少数据支持，评价准确性低。定量评价方法随着科学的不断发展越来越受到重视且应用广泛，定量评价使用最广泛的方法是指数法，其评价过程是：选择评价指标；通过建立隶属度函数或其他模型对评价指标进行归一化处理，使评价指标具有可比性；使用相关系数法、层次分析法、主成分回归分析法、多元回归分析法、灰色关联度分析法等方法确定各指标的权重；依据量化的指标体系和权重体系计算得到土壤质量综合评价指数。定量分析法比较复杂，若无法正确地进行指标归一化处理并合理确定各指标权重，得到的土壤质量评价结果可能与实际不符。

2国际农业工程项目土壤质量评价方法

2．1评价最小数据集

我国企业开展国际农业工程项目的目标国家基本为发展中国家，项目所在地主要分布在非洲、拉美和东南亚区域。这些国家的经济、社会和科技发展水平一般较低，其农业发展也属于生存型农业，建设农业工程项目的主要目的是增加区域粮食供给，确保粮食安全；抑或是建设示范型农场，藉此推动农业发展，但项目区土壤评价标准依然是以农业产出为主。在项目开发阶段，企业进行土壤质量评价的主要目的是评价土壤的宜耕性，评估项目的可行性，明确项目风险；在项目建设和运营阶段，进行土壤质量评价的主要目的是监测土壤质量的变化，确保具备满足合同要求粮食产出的土壤条件。因此，基于土壤质量评价的目的性，指标选择主要是土壤环境指标和土壤肥力指标。国际农业工程项目中，应用以下3条原则选择指标：

（1）指标的重要性和稳定性高：选择的指标应该是能够反映土壤环境和肥力状况的重要指标，且这些指标在较长的一段时间内不会改变，具有考察的价值；

（2）指标数据获取能力强：在国际农业工程项目的开发、建设和运营阶段，土壤样品的采集是在国外进行，土壤样本的获取、保存并运送至检测机构进行检测都非常不易，在选择指标时应当考虑指标数据能否获取；

（3）指标数据获取成本可接受：不能不加限制地扩大指标体系，应考虑项目成本的因素，选择合适的指标。土壤环境指标的评价是保障农产品产地安全的基础性工作，应当对土壤的环境指标进行评价，判断项目用地是否具备农作物种植的基本条件，应对镉、汞、砷、铜、铅、锌、镍、六六六、滴滴涕等环境指标进行检测和评价。土壤pH值不仅影响土壤中养分的有效性，影响微生物活性，还对植物生长有很大影响。土壤肥力的高低决定了项目所在地作物的生长潜力，土壤基础肥力的高低决定了企业投入到土壤成本的大小。当土壤基础肥力较低时，企业投入的提高土壤肥力的费用就会相应增加；当土壤基础肥力较高时，企业投入项目用于保持土壤肥力的费用就会相应降低。土壤有机质（SOM）对土壤本质的所有方面都产生强烈影响，它首先是植物氮、磷、钾的主要营养源，作为主要物质和能源调节土壤生物的生态动力，改善土壤结构、保持土壤水分，且被认为是土壤质量和健康的中心指标。土壤质地是土壤的一项非常稳定的自然属性，它可以反映母质的来源和成土过程的某些特征，对土壤肥力有很大的影响，各类作物需要适宜的土壤质地。阳离子交换量（CEC）是指土壤溶液为中性（pH＝7）时，每千克土所含的全部交换性阳离子的厘摩尔数。CEC是评价土壤肥力的指标之一，是改良土壤和合理施肥的重要依据之一。土壤的其他物理指标在经过开垦和耕作之后会有很大改变，指标稳定性低；土壤生物环境指标重要性不够，不易测量，且在经过开垦和耕作后会发生很大变化；土壤的生态指标虽说对土壤质量评价具有一定影响，但重要性不够，且不易进行指标量化。

2．2样品采集方法

国际工程中土壤样品采集、保存和运送至检测机构进行检测的困难性要远高于国内工程。在本文推荐的指标体系中，已充分考虑指标数据获取的可行性。土壤质地指标数据可以用手测法现场测得，也可以采集样品进行实验室检测获得。其余指标数据可以经过一次采样，进行实验室检测获得。

2．3土壤质量评价方法

依据现有国内外的相关研究，土壤质量评价都是在一定时空尺度，采用相对质量评价方法进行评价的。然而，受项目所在国科技发展水平的限制，项目所在地一般没有建立统一的土壤质量评价标准或相应的研究体系，项目土壤质量评价很难找到合适的参照指标。我国虽然有许多类型土壤质量评价体系可供参考，鉴于与项目所在国不在同一时空尺度，因此不具备直接使用的可行性。我国幅员辽阔，土壤和作物种类繁多，经过多年研究和实践，产生了很多土壤和作物关系的科研成果，并建立了一些标准或方法，可作为国际农业工程项目土壤质量评价方法的借鉴。本文推荐使用“一览表法”，即将本文推荐的土壤质量评价指标和这些标准进行逐项对照检查，找出各指标存在的差距。在项目开发阶段能够帮助企业进行正确决策，评估项目风险；在项目建设期能够对项目用地进行合理地规划；在项目运营期能够找出土壤管理和改良的方向。

3结束语

考虑到国际农业工程项目特点和项目不同阶段土壤质量评价目的，本文提出了土壤质量评价方法具体的操作方法，该方法具备简单和实用的特点。鉴于国际工程项目中可能遇到的土壤状况千差万别，例如有的项目所在地曾经有过污染事故，有的项目采用污水进行灌溉，有的项目土壤曾经有高毒农药残留，有的项目所在地是酸雨区等，在遇到具体问题时，还应实地调查并根据现有标准和相关研究成果，对特殊情况进行有针对性地分析和研究。在农业基础较好，科技发展水平较高的国家，也可以适时地通过引入地理信息系统（GIS）技术和建立更完善的土壤质量评价体系，促进农业的可持续发展。

作者:贺城 廖娜 单位:中工国际工程股份有限公司 中国农业机械化科学研究院