旱作农田土壤改良技术的成效评价

王 珺

（青海大学农牧学院，青海 西宁 810016）

耕地是战略性经济资源，关系社会可持续发展和国家长治久安。第二次全国国土调查结果显示[1]，截至2009 年，我国耕地面积13 538.5 万hm2，人均耕地面积0.101 hm2（较1996 年下降了4.7%）；我国耕地主要分布在西部地区（5 043.5 万hm2，占全国耕地总量的37.3%）；坡耕地占比高（439.4 万hm2，占全国坡耕地总量的79.9%），灌溉设施建设不足（有灌溉设施耕地占地区耕地总量的39.7%）。第三次全国国土调查结果显示[2]，截至2019 年，我国耕地12 786.19 万hm2（较2009年下降了5.6%），干旱、半干旱土壤占15.8%，耕地保护形势依然严峻。

保障粮食等重要农产品的安全供给是农业发展的首要任务，提升耕地的利用效率和综合产能是农田建设的机杼所在。

土壤改良是稳定和提高农田产出的赋能手段，即综合运用物理、生物、农艺等技术措施，实施旱作农田的绿色治理。

旱作农田土壤改良可以提高土壤的蓄保水能力，改善土壤理化性质，减少水土流失，增加有机质含量和微生物群落数量，培育土壤微生态环境，重构土壤养分循环通道，维护土壤健康与环境安全，提升雨养农业和节水灌溉农业的产出能力和出产品质，既是实现农业生态化和可持续发展的有效途径，也是实现中低产农田改造和土壤盐碱治理的融合创新。

监测耕地改良后质量和评价改良技术成效，是测度土壤生态治理和增能提效的方法，可以为土壤改良的高效实施和统筹推进提供科学指引，为农田建设管理决策提供参考依据。

1 评价框架

旱作农田土壤改良的主要目标是调蓄土壤水分以应对干旱危害、治理农田污染以应对环境风险、修复土壤生产障碍以满足发展需要。从这3 个维度出发，以土壤实地检测数据为基础，采用隶属度函数量化改良目标的达成程度，利用判断矩阵分配指标的评价权重来评价旱作农田土壤改良技术的成效。见图1。

图1 旱作农田土壤改良技术的成效评价框架

2 指标分析

2.1 土壤水分调蓄改良成效

2.1.1 田间相对湿度评价

根据田间相对湿度分析土壤墒情，评价满足作物生长需要的土壤水分调节改良成效。田间相对湿度可以按照下式计算。

式中：wm为田间相对湿度，单位为%；ws,i为第i 层土壤的含水量，单位为%；wc,i为第i 层土壤的田间持水量，单位为%；hi为第i 层土壤的深度，单位为cm；h 为评价土层深度，单位为cm。

根据农田种植作物划分生育期，根据作物生长规律和生产管理经验确定各生育期，同时评价土层深度和田间相对湿度的适宜水平，并建立隶属度函数，田间相对湿度评价值可以按照下式计算。

式中：ewm为田间相对湿度评价值；fwm,j为在第j 个生育期测定的田间相对湿度对应的隶属度函数值；pwm,j为第j 个生育期的评价权重，且

2.1.2 地表径流评价

根据改良前后农田地表径流量的变化，评价增强集蓄降水和减少水土流失的改良成效。

根据水土、养分等流失的农田治理目标建立隶属度函数，地表径流改良成效评价值可以按照下式计算。

式中：ero为地表径流改良成效评价值；fro,△、fsl,△′、fnl,△′′分别为地表径流发生量变化率、土壤流失发生量变化率、养分损失发生量变化率分别对应的隶属度函数值；pro,△、psl,△′、pnl,△′′分别为地表径流、土壤流失、养分损失的评价权重，且pro,△+psl,△′+pnl,△′′=1。

2.1.3 土壤水分调蓄评价

土壤水分调蓄改良成效评价值可以按照下式计算。

式中：ew为土壤水分调蓄改良成效评价值；pwm、pero分别为田间相对湿度、地表径流变化的评价权重，且pwm+pero=1。

2.2 土壤环境风险治理成效

通过逐一检测改良后土壤和土壤产出食用农产品的供食用部位中重金属等污染物的含量水平，评价改良措施对土壤环境风险的治理成效。

2.2.1 单因子土壤环境风险的治理成效评价

1）土壤中单因子环境风险评价。

第一，土壤中单因子环境风险指数。检测土壤中风险因子i 的含量水平，按照下式计算此因子的环境风险指数。

式中：rs,i为改良后土壤风险因子i 的环境风险指数；为改良后土壤风险因子i 的平均含量水平，单位为mg/kg；c15618,i为中风险因子i 的阈值[3]，单位为mg/kg；cs,i,j为第j 个土壤取样点的土壤风险因子i 的含量水平，单位为mg/kg；m 为取样点数量。

当cs,i,j＞c15618,i时，统计样本超标数量，并计算样本超标率。

第二，土壤中单因子环境风险评价值。根据单因子环境风险指数和样本超标率计算结果，得出单因子土壤环境风险评价值。

2）食用部位中单因子污染风险评价。

当ers,i=1 时，进行农产品的可供食用部位中风险因子i 的污染风险评价。

第一，食用部位中单因子污染风险指数。检测食用部位中风险因子i 的含量水平，按照下式计算此因子的污染风险指数。

式中：rf,i为改良后土壤出产农产品的食用部位中风险因子i 的污染风险指数；f,i为改良后土壤出产农产品的食用部位中风险因子i 的平均含量水平，单位为mg/kg；c2762,i为中风险因子i 的阈值[4]，单位为mg/kg；cf,i,j为第j 个样本的风险因子i 的含量水平，单位为mg/kg；q 为样本数量。

当cf,i,j大于c2762,i时，统计样本超标数量，并计算样本超标率。

第二，食用部位中单因子污染风险评价值。根据单因子污染风险指数和样本超标率计算结果，得出单因子污染风险评价值。

3）单因子土壤环境风险的治理成效评价值。

因子i 土壤环境风险的治理成效评价值，可以按照下式计算。

式中：eri为因子i 土壤环境风险的治理成效评价值，结果为1 或者0，当且仅当ers,i和erf,i都取1 时，eri为1，表明土壤改良后因子i 的土壤环境风险降至可接受水平，土壤生产因子i 环境安全得到有效保障。

2.2.2 多因子土壤环境风险的治理成效评价

将单因子土壤环境风险的治理成效评价值的计算延伸，得出下式。

式中：er为多因子土壤环境风险的治理成效评价值，结果为1 或者0，当且仅当er1，…，ern都取1 时；er为1，表明改良后土壤环境风险降至可接受水平，土壤生产环境安全得到有效保障；n 为因子数量。

2.3 土壤生产障碍修复成效

根据改良后土壤性状的检测结果，评价改良技术对土壤生产障碍的修复治理成效。

2.3.1 土壤理化性状评价

根据容重、紧实度、水稳定性团聚体、pH 值、阳离子交换量的检测结果，评价改良技术对土壤理化性状的修复效果。

根据土壤理化性状对作物生长发育的影响作用，建立隶属度函数，改良后土壤理化性状评价值可以按照下式计算。

式中：espc为土壤理化性状评价值；fsbd、fsc、fwsa、fpH、fcec分别为土壤容重、紧实度、水稳定性团聚体、pH 值、阳离子交换量分别对应的隶属度函数值；pspc,sbd，pspc,sc，pspc,wsa，pspc,pH，pspc,cec分别为土壤容重、紧实度、水稳定性团聚体、pH 值、阳离子交换量分别对应的评价权重，且

如果某一项指标检测结果相对应的隶属度值为0，表明改良后此项指标未达到改良目标，须重新调整改良方案。

2.3.2 土壤养分情况分析

根据土壤全氮和水解性氮、全磷和有效磷、全钾和速效钾及缓效钾、交换性钙和镁、有效铁、有效硫、有效锰、有效硅、有效锌、有效铜、有效钼、有效硼、土壤有机质的检测结果，评价土壤改良技术对土壤养分情况的改善效果。

根据作物生长发育对土壤养分的需求，建立隶属度函数，改良后土壤养分情况评价值可以按照下式计算。

式中：esn为土壤养分情况评价值；fs*为某一土壤养分*的检测含量对应的隶属度函数值；ps*为某一土壤养分*的评价权重，且∑ps*=1。

如果某一项指标检测结果相对应的隶属度值为0，表明改良后此项指标未达到作物生长发育所需该养分需求的下限或是超出作物正常生长耐受上限（如有效锌、有效铜、有效钼、有效硼等），须重新调整改良方案。

2.3.3 土壤盐分状况分析

根据土壤水溶性盐总量、氯化物盐含量、硫酸盐含量、电导率的检测结果，评价土壤改良技术对土壤盐化的治理效果。

根据作物生长发育对土壤盐分胁迫的耐受能力，建立隶属度函数，改良后土壤盐分状况评价值可以按照下式计算。

式中：ess为改良后土壤盐分状况评价值；fwss、fcs、fsp、fsec为土壤水溶性盐总量、氯化物盐含量、硫酸盐含量、电导率的检测结果分别对应的隶属度函数值；pwss、pcs、psp、psec分别为土壤水溶性盐总量、氯化物盐含量、硫酸盐含量、电导率的检测结果分别对应的评价权重，且pwss+pcs+psp+psec=1。

如果某一项指标检测结果相对应的隶属度值为0，表明改良后此项指标未达到土壤盐分治理要求，须重新调整改良方案。

2.3.4 土壤生物多样性分析

根据土壤微生物量碳以及微生物量氮含量的检测结果，评价土壤改良技术对于土壤生物多样性的促进效果。

根据土壤生物多样性的丰度目标，建立隶属度函数，则改良后土壤生物多样性状况的评价值可以按照下式计算。

式中：esb为改良后土壤生物多样性状况的评价值；fsmC、fsmN分别为土壤微生物量碳、微生物量氮的含量的检测结果分别对应的隶属度函数值；psmC、psmN分别为土壤微生物量碳、微生物量氮分别对应的评价权重，且psmC+psmN=1。

2.3.5 土壤生产障碍修复评价

土壤生产障碍修复成效可以按照下式计算。

式中：eb为土壤生产障碍修复成效评价值；pspc、psn、pss、psb分别为土壤理化性状、土壤养分情况、土壤盐分状况、土壤生物多样性状况分别对应的评价权重，且pspc+psn+pss+psb=1。

3 数据库

将农田信息、检测数据、评价结果、方案修订等导入数据库，建立旱作农田土壤改良信息化系统，实施科学统筹与管理。对于较大区域土壤改良而言，应设立监测点定点定期检测和评估，建立土壤改良成效评价空间属性数据库，实施田土改良的大数据精准管理与决策。从调蓄水分、治理污染、修复障碍等改良目标出发，提出多元、多维的旱作农田土壤改良技术的成效评价方法，建立监测、评价、改进一体化的成效评价模式，可以客观审视土壤改良的达成度和农田建设的发展度，强化过程管理，优化中期决策，健全土壤改良的结果评价。

土壤改良评价是一项实践性课题，需要在实践中深化调整、总结完善和检验提高。土壤改良是一个长期过程，应建立检测位点和监测网络，强化数据支撑和分析运用，将周期性评价与经常性监测相结合，朝督暮责，促进土壤改良治理的技术进步和质量提升。