耕地质量动态监测初探

理论与实践

耕地质量动态监测初探

颜国强杨洋

(中国农业大学土地管理系,北京,100094)

耕地质量动态监测是为掌握实时实地的耕地质量状况,持续定期地通过科学而合理的空间取样,调查影响耕地质量的主要指标或属性,并结合其他数据的分析,对耕地质量的变化做出评估(伍育鹏,2004)。2005年中央一号文件提出,加大土壤肥力调查和监测工作力度,尽快建立全国耕地质量动态监测和预警系统,为农民科学种田提供指导和服务。

一、耕地质量的内涵和特征

(一)耕地质量

耕地质量指的是构成耕地的各种自然因素和环境条件状况的总和,表现为耕地生产能力的高低、耕地环境状况的优劣以及耕地产品质量的高低(刘友兆,2003)。耕地质量不仅受气候、地形、土壤等自然因素影响,还受农田灌排基础设施、水土保持设施等众多社会经济因素的影响(张凤荣, 2002)。耕地质量的内涵包括耕地基础地力(王蓉芳,1996)、土壤肥力(王蓉芳,2000,2002)、土壤健康(章家恩,2004)、耕地生产力(吴群,2002)等几个概念。

(二)耕地质量的特性

耕地质量是在一种自然和社会经济共同作用下形成的,具有多种自然和社会经济特征。

耕地质量的区域性。由于受水热条件支配的地带性规律和地形地貌、土壤、投入等因素的共同影响和制约,耕地质量表现出地域分异性和区域差异性。

耕地质量的动态性。耕地质量在自然作用力和人类利用方式的共同作用下,随着时间变化。合理的利用可以促进耕地质量的提高,而不当的利用也易导致耕地质量下降。目前,耕地基础地力下降、土壤养分含量减少、耕层变浅等耕地质量退化已成为制约耕地生产力的主要因素。

耕地质量修复的艰难性。虽然通过采取工程技术等改良措施可以消除障碍因子,提高耕地质量,但是一旦耕地质量退化,特别是出现严重的水土流失和土壤污染,则需要耗费大量人力物力来修复,甚至不能修复。

二、耕地质量动态监测的

必要性和意义

(一)耕地质量动态监测的必要性

耕地质量具有动态变化性,人们开展了各种类型的动态监测,试图发现耕地质量退化的征兆,为保护耕地采取措施。但是只有通过长期的监测,才能发现并总结出耕地质量退化的征兆,洞悉

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其中的机理,为提前发现耕地质量退化的潜在威胁提供支持。通过动态监测,掌握耕地质量变化规律和特征,力图预测一定时期内耕地质量变化的方向与变化程度,结合作物生长发育要求进行调控,从而避免耕地退化,实现耕地质量的维持和提高,保障耕地资源的永续利用。

美国在30年代/黑风暴0后,于1934年开始了第一次全国范围的土地资源调查,其实质也是一次与土地质量有关的调查。从1977年开始,美国用立法形式正式确立了每5年进行一次国家资源清查的制度,在2000年后改为每年清查,2001年正式发布了年度清查报告。其中在土地质量变化方面主要了解分析土壤侵蚀变化,灌溉条件的变化等。美国国家资源清查发展到今日,为美国联邦政府提供了极为有价值的土壤、水以及相关资源的状况、条件和变化趋势等方面的信息,在政府制定全国保护政策、规划项目等方面发挥了巨大作用。同时为公众提供了丰富的信息,加深了公众对国家自然资源和环境问题的关注与认识。也为许多领域的科学研究提供了有价值的基础资料,对资源与环境问题的深入研究有着极其重要的影响。澳大利亚、加拿大等都开展了以耕地或者土壤质量为对象的动态监测活动(伍育鹏,2004;陈百明,1995)。

我国的基本国情要求农业必须提供足够的农产品,满足社会需求。而农业生产需要系统积累耕地质量和土壤资料。通过合理规划、因地制宜地利用耕地,发挥区域优势,确保国家食物和生态安全。实现耕地质量动态监测,进行耕地生产能力和耕地质量年度报告,为国家制定政策提供支撑,为建立粮食安全预警机制奠定基础。

(二)耕地质量动态监测的意义

耕地质量监测,通过积累质量资料,完善土地资源管理的内容,实现土地管理由数量管理向数量、质量并重管理转变。通过长期监测,管理者能掌握耕地质量变化的趋势,为耕地管理科学决策提供支撑。

加强耕地质量管理,以有限的耕地资源生产出更多的食物,是保证食物安全的重要措施。进行耕地质量监测,有助于及时了解耕地质量现状,预测变化,指导科学管理,达到耕地永续利用的目的。

三、耕地质量动态监测的方法

耕地质量动态监测一般采用时间序列模型分析,结合影响因素分析。通过对比不同时段的耕地质量指标,揭示耕地质量变化的规律和特征,结合各影响因素的变化特征和趋势,预测耕地质量下一步的演变方向。

耕地质量动态监测的资料来源一般有两种形式:一种是遥感资料,另一种是定位监测资料。利用遥感资料可以在较大范围发现土地覆被变化,例如土地荒漠化、盐渍化等,但是不能监测土壤养分变化。利用定位监测资料可以发现土壤肥力、土壤污染等指标的变化,但是受监测点制约,监测范围较小。

我国耕地土壤监测工作始于1985年,采用了分层监测的方法。监测点分为国家级、省级和县级,至1997年连续5年以上的国家级监测点为153个,分布在17个省(自治区、直辖市)的95个县16个主要土类上,省县级监测点有2000多个。国家级监测点根据耕地基础地力高低,选择有代表性的地块作为监测点,设不施肥(空白区)和施肥(农民习惯施肥和田间管理)两个处理。县级监测点多采用农业部统一规范方法)))网格布点。四、耕地质量动态监测

指标体系设置

(一)监测指标选取的原则

区域性和主导性原则。不同区域的自然禀赋条件、社会经济条件、种植习惯等方面的特征形成了耕地质量的区域差异性,而且耕地质量和土地利用方式与土地利用者的社会经济状况息息相关。所以在设置指标时要反映这些差异性,应具有针对性。同时,根据影响因素种类及作用的差异,选择区域内对耕地质量水平起控制作用的主导因素。

全面性和易获得性原则。监测指标应能全面反映耕地各方面的质量现状,包括耕地基础地力、

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土壤养分含量、土壤健康状况、水资源状况、生产投入产出状况等影响耕地生产力的指标。指标的设置要注意指标数据的可得性,而且指标要具有可测性和可比性,易于量化。在现有技术条件下,应充分考虑各地的技术水平差异,保证指标数据准确、及时。

生产性和敏感性原则。监测指标应对农业生产有指导作用,为下一步农业利用的方式提供参考。同时,在农业生产过程中,选择的指标监测间隔对于农业利用方式具有较高的敏感性。土壤性质随时间的可变性可用土壤特性响应时间(CRT )来表示,定义为某一土壤性质或状况达到准平衡态所需要的时间。根据CRT 值的大小,可知某一土壤性质在多大的时间尺度里变化,为我们设定监测间隔提供依据(李保国,1995)。

(二)监测指标的设置

耕地质量是一个自然社会经济综合概念,监测指标既应包括自然指标,还应包括灌溉条件、投入状况等社会经济指标;既包括量化指标,也包括描述性指标。

立地条件指标包括:地形地貌、成土母质、表土层厚度和质地、土体构型、障碍层厚度、水土流失强度、沙化面积、盐渍化面积。

土壤肥力指标包括:有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量、土壤p H 值、容重、粘粒含量。

土壤健康指标包括:污染物质(重金属、农药、化肥残留)、微量营养元素全量和有效性(C a 、M g 、S 、Cu 、Fe 、Zn 、M n 、B 、M o)、耕地产出农产品的质量。

土地投入指标包括:化肥投入、有机肥投入、灌排设施投入、农药投入、薄膜投入。

五、耕地质量动态监测

信息系统建设

(一)耕地质量动态监测信息系统建设

现状

加拿大是世界上最早开展耕地土壤质量监测的国家(陈百明,1995),美国每5年进行一次土壤、

水分及相关环境资源的自然资源调查(NR I)。我国已经开展了2次(1958,1979)全国范围的土壤普查,并在1985年开始了全国耕地土壤监测工作(王蓉芳,2000),多以省或生态区为单位,利用长期定点监测资料进行对比分析,但还没有建立全国范围的耕地质量动态监测和预警的长效机制。

随着地理信息系统(G IS)的发展和普及,建立基于G I S 的耕地质量监测系统成为可能。

现有的耕地质量监测多以耕地预警为目的,动态监测作为耕地质量预警的一项基础工作和数据来源。葛向东(2001)以耕地基础地力作为耕地质量指标,建立了耕地预警系统模型。周慧珍(1999)以经济发达的苏南太湖流域江阴市琐塘乡为研究试区,建立了一个以GIS 为技术支撑的基本农田动态监测及预警系统。

(二)耕地质量动态监测信息系统的发

展方向

耕地质量监测的目标是及时准确掌握耕地质量变化,为农业生产和环境保护服务。通过建立国家、省、县3级动态监测体系,满足不同决策者的需要。随着3S 技术的发展,应用3S 技术结合土壤定点监测,可以准确及时发现耕地质量存在的问题,通过设定阈值,可以建立预警机制。利用3S 技术和网络技术,实现数据采集标准化、数据录入的现势性、准确性、存储格式的通用性,提高数据更新管理速度及开发应用潜能。

利用耕地质量动态监测数据,建立基于GIS 的耕地质量动态监测信息系统,进而建立土壤模型和分析系统、耕地质量管理决策系统、预警系统,为决策者提供决策信息。发布全国主要农业区域耕地质量变化的分析和研究报告,为各级政府决策提供参考和依据。

参考文献

[1]陈百明.加拿大耕地质盆监测概述[J].资源科学,

1996,2

[2]葛向东,许彦曦,彭补拙.县级耕地动态监测体系的

理论与方法研究[J].经济地理,2001,21(3)[3]李保国.土壤变化及其过程的定量化[J].土壤学进

展,1995,23(2)

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