（土地资源管理专业论文）土地整理区土壤质量时空变异研究.pdf

山东农业大学硕士学位论文 中文摘要 土地资源作为一切资源之首，实现土地资源的可持续利用，是实现整 个社会可持续发展的基础。土地整理是人类社会发展到一定程度的产物， 是一项可以在不增加土地面积的前提下获得巨大的土地利用效益的措施。 在目前的土地整理中，无论是国家，还是具体的项目，关心较多的是土地 整理增加耕地的数量，对整理后重构土壤的质量问题重视不足。本研究针 对土地整理中土壤质量评价研究的不足，通过对泰安丘陵、平原地区土地 整理项目区以及邹城复垦土地整理项目区整理后不同年份的土壤质量的 时空变异规律研究，探讨土地整理重构土壤质量的变化规律，对整理后土 壤质量进行评价，为重构土壤的可持续利用提供依据。 通过研究得到以下主要结论： ( 1 ) 运用经典统计学分别对丘陵土地整理项目区、平原土地整理项目 区和复垦土地整理项目区土壤质量评价指标有机质、速效k 、有效p 、碱 解n 、p h 、电导率、容重七项指标进行了统计分析。得出了各评价指标变 异系数变化规律，变异系数越大，说明该指标含量在地块中的分布越不均 一。分析结果显示，土地整理1 a 或4 a 土壤质量评价指标变异系数较大， 说明土地整理过程以及农民耕种过程对土壤质量评价指标含量离散程度 影响较大。另外，将养分含量平均值与相应对照值比较后得出，随着整理 后地块用于耕种的时间越长，土壤养分含量与相应对照值越接近。 ( 2 ) 运用地统计学进一步揭示土壤养分的空间变异情况，主要工具是 半方差函数。各土壤养分空间变异模型主要是球状模型、指数模型、高斯 模型和孔穴效应模型。有的土壤养分在整理后某一年的空间变异属于纯块 金效应，说明该土壤养分空间变异性很弱。各土壤养分空间变异的变程都 是在采样间距5 m 内，在确定的采样间距内各土壤养分具有一定的空间变 土地整理区土壤质量时空变异研究 异性。各土壤养分的空间变异影响因素较多，主要是随机性因素和结构性 因素。土壤养分空间变异同时受到结构性因素和随机性因素的影响，结构 性因素可以导致土壤养分强的空间相关性，随机性因素使得土壤养分的空 间相关性减弱。 ( 3 ) 确定了各土地整理区土壤质量评价体系，根据丘陵区的特点，参 照前人研究结果，选取有效土层厚度、土壤质地、台面坡度、排灌设施、 速效养分( 碱解氮、速效磷和速效钾) 、有机质、p h 值、电导率和容重作 为评价因子；根据平原区的特点，选取地下水埋深、土壤质地、土体构型、 速效养分、有机质、p h 值、电导率和容重作为评价因子；土地复垦区选 取土壤有机质、速效养分、容重、p h 值、e c 和压实度，土壤孔隙度等指 标作为复垦土壤质量的评价指标。 ( 4 ) 选用相关系数法和隶属度函数分别确定评价指标权重和隶属度。 用相关系数法确定权重排除了特尔菲法和层次分析法受人为因素影响的 缺点，比较客观合理地确定了各评价指标的权重。各评价指标隶属度要分 别确定。速效养分、有机质需用戒上型隶属度函数确定。本研究中，土壤 容重都小于1 6 ，因此容重的隶属度采用戒上型函数确定。电导率需用戒 下型隶属度函数。p h 值的隶属度不能简单地用戒上型或戒下型隶属度函 数来确定，本研究中采用经验法对p h 值的隶属度进行了量化。 ( 5 ) 根据分析结果可知，整理年限增加，整理土壤质量有提高的趋势， 土地整理后4 a 和复垦5 a 的地块土壤质量较高。 关键词：a r c g i s ；土壤特性；地统计；空间变异；土壤质量评价 山东农业大学硕士学位论文 一_ _ 一 s t u d yo nt h es o i lq u a l i t y ss p a c e - t i m ev a r i a t i o ni nt h e l a n dr e c t i f i c a t i o na r e a s a b s t r a c t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s o u r c e s ，t h es u s t a i n a b l eu s eo fl a n di s f u n d a m e n t a lf o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y l a n dc o n s o l i d a t i o ni s t oi n c r e a s em o r eb e n e f i t sw i t h o u ti n c r e a s et h ea r e ao fl a n du s e ，w h i c hi st h e r e s u l to fs o c i a ld e v e l o p m e n t h o w e v e r , m o r ea t t e n t i o n sa r ep a i dt ot h eq u a n t i t y i n c r e a s e df r o ml a n dc o n s o l i d a t i o nt h a nt os o i lq u a l i t y t h i sa r t i c l ed i s c u s s e d s o i lq u a l i t yc h a n g e sa f t e rl a n dc o n s o l i d a t i o na td i f f e r e n tt e m p o r a li n t e r v a l s ，v i a s p e c i f i cl a n dc o n s o l i d a t i o np r o j e c ti nh i g h l a n da n dp l a i na r e a si nt a i a nc i t y , a n dp e r f o r m e ds o i lq u a l i t ye v a l u a t i o nt op r o v i d eg u i d e l i n e sf o rr e s t r u c t u r e d s o i ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) c l a s s i c a ls t a t i s t i c sw a sa d o p t e dt oa n a l y z e s e v e r a li n d i c a t o r s ，l i k e o r g a n i cm a t t e r , a v a i l a b l ek a v a i l a b l ep ，a l k a l i h y d r o l y z a d l en ，p hv a l u e ， c o n d u c t i v i t ya n ds o i ld e n s i t yi nl a n dc o n s o l i d a t i o na n dr e c l a m a t i o np r o j e c ti n h i g h l a n da n dp l a i na r e a s b i g g e rv a r i a t i o nc o e f f i c i e n ti n d i c a t e sm o r e u n e v e no f e a c hi n d i c a t o r t h e r ea r eb i gv a r i a t i o nc o e f f i c i e n t si nl a n dc o n s o l i d a t i o na r e a laa n d4 a , w h i c hm e a nl a n dc o n s o l i d a t i o na n d c u l t i v a t i o nh a v eo b v i o u si m p a c t o nt h ed i s p e r s i o nd e g r e eo fs o i lq u a l i t y a f t e rt h ec o m p a r i s o no fv a l u e so f a v e r a g ea n dc o n t r o lo f s o i ln u t r i e n t s ，at r e n do fa p p r o a c hc o n t r o lv a l u e sc a nb e s e e nc l e a r l yw i t ht h et i m ee l a p s e sa f t e rl a n dc o n s o l i d a t i o n ( 2 ) h e r eg e o s t a t i s t i c sw a sa d o p t e dt oi n t e r p r e ts p a t i a l v a r i a t i o no fs o i l n u t r i e n t s ，i n c l u d i n gs p h e r i c a lm o d e l ，e x p o n e n t i a lm o d e l ，g a u s sm o d e l ，a n d h o l ee f f e c tm o d e l ，e t c p a r tv a r i a t i o no fs o i ln u t r i e n t sb e l o n gt op u r en u g g e t e f f e c t m e a n sw e a kv a r i a b i l i t yo fs o i ln u t r i e n t s t t l ev a r i a t i o nr a n g e so fs o i l n u t r i e n t sa r ea l li n5 m ( t h ei n t e r v a lo fs a m p l i n gp o i n t s ) ，a n dv a r i a t i o n so c c u ri n t h er a n g e s m a n yf a c t o r sa f f e c ts o i ln u t r i e n t si n c l u d i n gd e t e r m i n i s t i ca n d i s t o c h a s t i co n e s d e t e r m i n i s t i cf a c t o r si n t e n s i f y t h es p a t i a lc o r r e l a t i o no fs o i l n u t r i e n t s ，a n ds t o c h a s t i co n e sr e d u c et h e s e c o r r e l a t i o n s f 3 ) a e g o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f e a c hs t u d ya r e a ，d i f f e r e n t1 n d l c a t o r s w e r es e l e c t e dt oe s t a b l i s he v a l u a t i n gs y s t e m ：s o i l t h i c k n e s s ，s o i lt e x t u r e ， i r r i g a t i o n f a c i l i t i e s ，a v a i l a b l e n u t r i e n t s ( a v a i l a b l e k ，a v a i l a b l e p ， a l k a l i - h y d r o l y z a d l en ) ，o r g a n i cm a t t e r , p hv a l u e ，c o n d u c t i v i t ya n d s o i ld e n s l 够 a r es e l e c t e d f o rh i g h l a n da r e a s ；a n dg r o u n d w a t e rt a b l e ，s 0 1 lt e x t u r e ，s o i l s t m c t u r e ，a v a i l a b l en u t r i e n t s ，o r g a n i c m a t t e r , s o i ld e n s i t y , p hv a l u e a n d c o n d u c t i v i t yf o rp l a i na r e a ；o r g a n i cm a t t e r , a v a i l a b l en u t r i e n t s ，s 0 1 ld e n s l 劬p h v a l u e ，e c ，c o m p a c t n e s sa n ds o i lp o r o s i t yf o r r e c l a m a t i o np r o j e c ta r e a s 似1 c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ta p p r o a c ha n dm e m b e r s h i pf u n c t i o nw e r e u s e d t 0s p e c i 黟w e i 咖sa n dm e m b e r s h i p so fi n d i c a t o r s c o r r e l a t i o n c o e f t l c l e n t a p p r o a c hc a n a v o i dt h es u b j e c t i v e n e s so fd e l p h ia n da 皿t o c a l c u l a t e i n d i c a t o rw e i g h t so b j e c t i v e l y t h ed e g r e e s o fm e m b e r s h i pw e r ed e t e 彻1 n e d r e s p e c t i v e l y ，g u 删d o w nm e m b e r s h i pf u n c t i o ni ss o u n df o ra v a i l a b l e 伽t r i e n t s ， c o n d u c t i v i t y a n do r g a n i cm a t t e r s ，a n dg u a r d u p f o rs o i ld e n s i t y i t sn o t d e t e m i n ew e i g h to fp hv a l u e su s i n gg u a r d 。u p o rg u a r d 。d o w nm e m b e r s n l p f u n c t i o n s ，s oe m p i r i c a l m e t h o dw a su s e d t o q u a n t i f y i t sd e g r e e o f m e m b e r s h i p ( 5 1a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t i n gr e s u l t s ，s o i l q u a l i t yi n c r e a s e sw l t ht n e t i m eg ob y ，a n dt h es o i lq u a l i t yi sh i g h e ri n4y e a r sa f t e rc o n s o l i d a t i o n a n d5 v e a r sa f t e rr e c l a m a t i o nr e s p e c t i v e l y k e y w 。r d s ：a r c g i s ；s o i lc h a r a c t e r i s t i c i g e 。s t a t i s t i c s ；s p a t i a lv a r i a t i 。n ； s o i lq u a l i t ye v a l u a t i o n i v 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学 研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出 重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责 任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规 定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸 质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学 位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：蚤粤要 山东农业大学硕士学位论文 1 引言 1 1 研究的目的和意义 2 0 世纪七八十年代以来，由于人口增加、全球变化、城市化和工业 化进程加快等原因，土地利用、耕地减少和人地矛盾等问题更加突出。实 施可持续发展战略面临的人口、资源和环境三大问题，土地始终是一种希 缺的资源( 王军、余莉，2 0 0 3 ) 。土地资源作为一切资源之首，实现土地 资源的可持续利用，是实现整个社会可持续发展的基础。土地整理是人类 社会发展到一定程度的产物，是一项可以在不增加土地面积的前提下获得 巨大的土地利用效益的措施。在可持续发展的理念深入人心的今天，土地 整理既是实现可持续发展的客观要求，也是实现可持续发展的必由之路。 土地整理作为协调人地关系，实现土地资源优化配置的重要手段，在有效 缓解人地矛盾、解决土地利用问题方面将发挥越来越大的作用，展现了土 地整理的巨大发展潜力。 近年来，为了合理组织和调整土地利用状况，提高土地利用率和产出 率，改善农业生产生活条件和理顺土地关系，有关土地整理的试点尝试已 取得初步成效。在目前的土地整理中，无论是国家，还是具体的项目，关 心较多是土地整理增加耕地的数量，对整理后重构土壤的质量问题重视不 足( 周佳松、刘秀华，2 0 0 4 ) 。土壤质量评价是土壤质量研究的基础和重 要内容之一，其结果对项目实施后的土地权属调整起着重要的指导作用， 也可为农用地估价及其他有关土地管理工作提供科学依据。当今社会，可 持续发展成为大家共同关注的重大课题，可持续发展的基础是农业的可持 续发展。土壤是农业发展的物质基础，研究可持续农业，必须首先研究土 壤质量。土壤质量评价是土地开发竣工验收之前的一项必备工作，不论是 为了研究土壤质量变化的机理，还是为了定向培育土壤，都必须首先进行 土壤质量的评价。在土地整理的相关规程中，仅规定了各种整理项目的耕 地增加的比率，而对重构土壤的内在质量没有具体要求。在整理项目的验 收中，虽然对土壤质量有要求，但没有具体的指标来评价其质量，往往从 土地的平整程度、农田设施的配套程度等方面来衡量其质量的高低，而这 土地整理区土壤质量时空变异研究 些仅能反映土地的条件，不能说明土壤内在质量的高低。目前在这方面的 研究也较少，个别研究也仅从土壤的某些性状来间接反映土壤质量问题， 或者通过一些简单指标评价重构土壤的适宜性，但仅仅是集中在一个时间 点上，对于土壤质量的时间、空间的变化的研究目前在国内属于空白。 本研究针对土地整理中土壤质量评价研究的不足，通过对平原、丘陵 地区土地整理项目区以及复垦土地整理项目区整理后不同年份的土壤质 量的时空变化，探讨土地整理重构土壤质量的变化规律，对整理后土壤质 量进行评价，为重构土壤的可持续利用提供依据。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 土地整理的研究现状 土地整理( 1 a n dc o n s o li d a t i o n 或l a n da r r a n g e m e n t ) 是近年来开展 的重要研究与实践领域。土地整理成为促进土地资源合理利用、实现耕地 总量动态平衡的重要手段( 朱德举、卢艳霞，2 0 0 2 ) 。土地整理一词最早 问世于德国，随后法国、俄国、加拿大等国也沿用这个名词。我国台湾地 区在1 9 7 9 年和1 9 8 0 年分别颁布了市地重划实施方法和农地重划条 例，标志着该地区土地整理的运作步入规范化阶段( 王军、余莉，2 0 0 3 ) 。 1 9 9 6 年以来，中国逐步使用“土地整理一词，这是经济社会发展对土 地利用提出新要求的结果。新土地管理法第四章第四十一条对土地整理作 出了明确规定：“国家鼓励土地整理。县、乡人民政府应当组织农村集体 经济组织，改善农业生产条件和生态环境 。这充分体现了土地整理的重 要性和国家对土地整理的重视。 1 2 1 1 土地整理的概念和内涵 土地整理是多学科的，由于政治、经济、文化和地理的多样性，使得 土地整理的概念有所不同。在德国，土地整理指对土地进行重新规划和调 整，包括合并零散地块，兴建标准农路、沟渠等基础设施，改良土壤和环 境状况，改善农业生产条件等种种措施，以降低生产成本、提高效益( 马 克伟，1 9 9 1 ) 。前苏联的土地整理是指为实施有关土地法令和政府关于组 织土地利用及保护土地的决议、创造良好的生态环境和改善自然景观而采 取的一系列措施体系( 马克伟，1 9 9 1 ) 。我国台湾地区的土地整理称为土 2 山东农业大学硕士学位论文 地重划，是指改进土地利用环境与增大土地利用效能的一项重要措施，其 主要内容包括调整地块的高低、大小形状以及分布状况，改善交通、水利 和其他环境条件，划定各区土地和各种土地利用方式的土地范围( 殷章甫， 1 9 8 4 ) 。国土资源部在借鉴海内外土地整理概念的基础上，将土地整理定 义为在一定地域范围内，按照土地利用计划和土地利用总体规划的要求， 采取一定的措施和手段，调整土地利用和社会经济关系，改善土地利用结 构，科学规划，合理布局，综合开发利用，提高土地资源的利用率和产出 率，增加可利用土地数量，确保经济、社会、环境三大效益的良性循环( 高 向军、罗明，2 0 0 1 ) 。 我国土地整理分为广义和狭义两种。广义的土地整理分农用地整理、 市地整理以及土地的开发和复垦三方面内容。狭义的土地整理主要指农地 整理。现阶段我国土地整理的重点是农地整理。农地整理按其内容，可划 分为综合整理和单项整理两大类，单项整理又可分为耕地整理、园地整理、 林地整理、牧草地整理和养殖水面用地整理等类型。农地整理的主要内容 包括：一是调整农地结构，归并零散地块；二是平整土地，改良土壤；三 是道路、沟渠等综合建设；四是归并农村居民点、乡镇企业等；五是复垦 废弃土地；六是划定地界，确定权属：七是改善环境，维护生态平衡。 1 2 1 2 土地整理研究进展 ( 1 ) 土地整理潜力评价 主要从空间和时间上采用多种指标对土地整理潜力进行了评价，其重 点是通过土地整理可增加的耕地数量和可提高土地生产力的高低的潜力 的研究。闫东浩等( 2 0 0 4 ) 以延庆县为例，在g i s 的支持下，采用样区法对 县内耕地整理潜力进行测算，揭示县域内不同耕地类型的沟路渠田坎系数 及一定耕地整理水平的耕地整理潜力，为延庆县及其它同类地区的土地整 理规划以及项目可行性研究中测算耕地整理潜力提供科学依据。张正峰等 ( 2 0 0 4 ) 通过理论分析法和专家咨询法等方法在耕地整理自然潜力和现实 潜力两方面确立了评价指标体系，在界定指标内涵的基础上采用适宜的方 法实现了指标的定量化，为土地整理专项规划、耕地整理项目设计提供了 科学依据。刘咏莲等( 2 0 0 4 ) 在综合考虑农村居民点整理社会、经济、生 态环境改善三者综合潜力的基础上构建了评价农村居民点整理潜力的指 3 土地整理区土壤质量时空变异研究 标体系以及权重，对江苏省农村居民点整理潜力进行了评价研究。首先， 利用s p s s 统计分析应用软件对江苏省各待整理农村居民点区域进行综合 聚类分析，将整理条件相似地区划分在同一整理类型区内。其次，在综合聚 类分析结果基础上，利用多因素综合评定法评判不同整理类型区条件的优 劣，按照综合评价分值高低将各聚类组划分为不同级别潜力区。范金梅等 ( 2 0 0 4 ) 以农业土地集约利用和耕地生产力原理为理论基础，通过对影响 耕地整理潜力的耕地数量和耕地质量两个方面进行分析，并以北京市延庆 县为案例，提出了耕地整理潜力评价指标体系。 ( 2 ) 土地整理方法和内容研究 从土地整理的工艺流程、整理的具体内容到整理后土地的优化配置等 多方面开展了相关研究。从目前的研究看，土地整理的内容主要包括土地 平整、道路规划、沟渠规划、防护林带规划、桥涵设计等。鹿心社( 2 0 0 2 ) 论述了土地整理的基本概念、发展历史，阐述了现阶段积极推进中国土地 整理工作的重大意义，提出了中国土地整理的总体方略，明确了土地整理 工作的指导思想和应遵循的基本原则，强调了当前土地整理工作应突出抓 好的若干重大问题。贾泽露( 2 0 0 4 ) 分析研究了模糊线性规划及其对土地 整理项目规划的适用性，并结合湖北省秭归县土地整理项目实例，对模糊 线性规划在土地整理项目规划中的应用进行了系统的分析和研究，摸索了 一套土地整理优化的方法体系，为今后的土地整理优化工作提供了有益的 参考。 ( 3 ) 土地整理中的田块设计和工程量的计算方法研究 通过沟渠道路的规划设计，结合地区特点设计田块的方向、长宽度、 形状等，在丘陵山区根据不同的地形特点设计不同规格的梯田。在土地整 理中需要大量的土方搬运工作，结合工程施工特点，研究设计了几种方便 的工程量计算的方法。柳长顺等( 2 0 0 4 ) 从分析土地平整工程土方挖填特 点入手，应用运输模型的基本原理，建立土地平整工程经济运距计算模型， 并将模型应用于北京市大兴区礼贤镇土地整理试点项目。土地平整工程经 济运距模型计算精度与优化程度主要由数据决定。在给定的地形数据情况 下，数据精度主要与网格大小有关。应用土地平整工程经济运距计算模型 时，应选择适当的网格大小。邓寿昌( 2 0 0 2 ) 提出了5 种不同的特定条件 4 山东农业大学硕士学位论文 下最优计划高的理论计算方法。采用这些计算方法计算计划高，在原定条 件下，土方量将是最小的，而且计算也是比较简便的。鲍海君等( 2 0 0 2 ) 以国土资源部土地整理试点项目平阳县桃源项目区为例，并结合其它 项目区的情况，研究了土地整理中的田块优化设计和“3 s 技术的应用， 对建立和完善土地整理的技术体系起到了积极的作用。 ( 4 ) 土地整理的后评价 目前这方面的研究主要集中在对土地整理后的生态、社会评价上，通 过整理后的土地景观的改变，如土地平整程度、林网密度、水利设施条件 等的改善来评价整理后的土地生态环境的改善程度。从整理后土地生产 力、人均耕地、人均收入等方面的变化评价整理的社会效益。吴怀静等 ( 2 0 0 4 ) 从土地整理可持续发展内涵入手，讨论了土地整理指标建立的基 本原则，并采用层次分析方法，结合江苏省丹阳市典型区进行分析，建立了 一个评价指标体系，为土地整理可持续发展提供了有益的借鉴。李霞等 ( 2 0 0 4 ) 确立了土地整理项目综合效益评价指标体系，从经济、社会、生 态3 个方面选出了多个评价指标。并采用多目标决策的矩阵分析评价方 法，设计了一个实用和可行的决策模型，获得了科学的评价结果。关联。 胡廷兰( 2 0 0 4 ) 基于能值理论及其评价方法，结合土地整理的内容和特征， 将能值分析方法与土地整理生态效益评价进行整合，提出土地整理生态效 益评价的能值分析方法，构建了土地整理生态效益的评价公式，为土地整 理生态效益评价工作的进一步开展提供了科学依据。蒋一军等( 2 0 0 4 ) 通 过对土地整理中生态环境影响评价的探讨，提出土地整理生态环境影响 评价的内涵、评价原则、工作程序、指标体系和评价方法，概述了土地开 发整理中进行生态环境影响评价的基本思路，以引导土地整理向促进土地 可持续利用方向发展。 ( 5 ) 土地整理中权属调整问题研究 在土地整理中，由于对大量破碎地块的合并调整，势必会打破原来的 土地权属格局，如何解决土地整理后的权属问题已经成为目前土地整理的 最重要的事情之一。如果解决不当，不仅实现了不了土地整理带来的诸多 好处，而且可能会引起土地纠纷。同时由于权属问题不能及时解决，可能 会造成整理土地的闲置。目前许多学者从权属调整的原则、方法等方面开 5 土地整理区土壤质量时空变异研究 展了这方面的研究，但尚缺乏真正可操作的措施。顾和和等( 2 0 0 3 ) 论述 了导致煤矿塌陷土地低效利用的主要原因，在此基础上提出了塌陷及复垦 土地的优化配置和高效利用的措施。这些措施包括改革煤矿用地制度，合 理分割土地产权，增加土地使用权类型，并建立与不同类型使用权权能相 一致的塌陷及复垦土地价格体系及其产权的多向流转机制。朱道林等 ( 2 0 0 3 ) 针对不同土地整理方式分析其产权关系和经济关系，再从土地整 理开发投资的角度分析土地整理投资与土地价格的关系，讨论了整理地块 价格评估的方法，并提出整理地块的价格评估应以产权关系为基础，遵循 市场规律、公正地评估其公开市场价格，引入价格机制促进土地整理的顺 利发展。余振国等( 2 0 0 3 ) 根据产权理论、契约理论和信息经济学的机制 设计理论，确立了我国土地整理权属调整机制的基本理论框架。该理论框 架由权属界定、产权信息的披露、权属调整的制度环境营造和权属调整的 运作机制等构成。 1 2 2 土壤质量的研究现状 土壤是生命和健康的基础，土壤为社会所提供的不仅是它所生产的粮 食和纤维，一个健康或质量好的土壤是净化空气和水环境的过滤器，是全 球气体的主要汇( 库) ，管理良好的土壤有利于全球气候变化，是有机废 物分解与解毒及植物养分循环的最终受体和孵化室( 刘晓冰、刑宝山， 2 0 0 2 ) 土壤具有不同等级的质量，这是与土壤的形成因素以及耕作引起的 动态变化有关的一种固有属性，也是一种指示土壤条件动态变化的方法。 土壤质量既能反映土壤管理的变化，也能反映土壤退化恢复的能力。 1 2 2 1 土壤质量的概念 土壤质量是维持地球生物圈最重要的因子之一，土壤质量主要根据土 壤功能进行定义，以往对土壤质量的定义上看，共同之处是均包含了土壤 在目前和未来其功能正常运行的能力。从农学的概念，土壤质量定义为土 壤生产能力，特别是指土壤维持自然植物生长的能力：从农作物产量的观 点来看，土壤质量定义为土壤维持作物生长的能力而不引起土壤退化或损 害环境；从生态系统角度看，美国农业土壤学会定义为同土壤特定功能相 联系的能力，它维持植物和动物生产，保持并提高水和空气质量维持着人 类健康和生境。1 9 9 2 年在美国召开的土壤质量会议澄清了这一问题，认 6 山东农业大学硕士学位论文 为土壤的主要功能包括三个方面：一是生产力，即土壤提高作物和生物生 产力的能力；二是环境质量，即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力； 三是动物健康，即土壤质量影响动植物和人类健康的能力。因此，土壤质 量定义为土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产力、保护环境质量以 及促进动植物健康的能力( 赵其国、孙波，1 9 9 7 ；刘世梁、傅伯杰，2 0 0 6 ； 张心昱、陈利顶，2 0 0 6 ) 。 土壤健康是一个与土壤质量类似的概念。土壤健康强调土壤的生产 性，土壤健康不仅对作物生长活动的效率有影响，而且对水质量和大气质 量有影响。土壤健康在更广的范围内指出土壤作为生命系统维持生物生产 力、促进环境质量和维持作物和动物健康的能力，在这一意义上，土壤健 康和可持续同义。应将土壤健康与生态系统及环境联系起来，与土壤保护 及持续农业联系起来。但是土壤学家、环境科学家更偏向于用土壤质量来 代替土壤健康，用土壤分析的量化指标来描述土壤特征。 对于土壤质量和土地质量的定义以往的认识比较模糊。土壤是环境系统的 一部分，土地则反映土壤、水、气候、景观和植被特性的结合。土地质量 是指土地的状态或条件( 包括土壤、水文和生物特性) ，及其满足人类需 求( 包括农林业生产、自然保护以及环境管理) 的程度( 张心昱、陈利顶， 2 0 0 6 ) 。土壤质量是土地质量的组成成分，是土地质量中的重要内容。土 壤质量和土地质量的区别也可以通过近年来土壤学的发展说明。土壤学已 经发展从定点的分析n - 维土壤剖面的分析和三维土体分析，空间部分也 强调运用g i s 和空间分析。土地质量比土壤质量的概念更广泛，它描述成 土壤、水、植被的综合。土地质量也可以通过属性和指标来判定，国际上， 土地质量指标体系研究计划中，土地质量指标按照压力一状态一响应框 架，分成压力指标，状态指标和响应指标。土壤质量是其中一项重要的状 态指标，所要反映的关键问题是：一是当前的土地利用管理是否提高了土 壤功能；二是是否保持了土壤的生物多样性和环境恢复力，以及全球生命 支持功能的维持( 郭旭东、邱扬，2 0 0 3 ) 。 1 2 2 2 土壤质量评价指标 土壤质量的好坏取决于土地利用方式、生态系统类型、地理位置、土 壤类型以及土壤内部各种特征的相互作用。土壤质量是土壤许多物理、化 7 土地整理区土壤质量时空变异研究 学和生物学性质，以及形成这些性质的一些重要过程的综合体现。土壤质 量评价应由土壤质量指标来确定。土壤质量指标是指从土壤生产潜力和环 境管理的角度监测和评价土壤健康状况的性状、功能或条件( 刘占锋、傅 伯杰，2 0 0 6 ) 。评价土壤质量的指标可以分为两组，一组是描述性软指标， 比较主观；另一组是分析性硬指标，具有定量单位，容易被技术专家们接 受。 ( 1 ) 描述性指标 描述性数据因为不能量化而被视为软数据，常常得不到科学家和技术 专家们足够的重视，而农民及其他直接使用土壤的人却是通过这些不能量 化的指标认识土壤质量的。农民以最实用的方式定义土壤健康，通过对田 间试验的观察，建立构成土壤质量的描述性特征，如看、摸、嗅和尝等特 征。就以物理、化学和生物指标表达的分析性特征而言，这些描述性特征 为其形成和验证提供了一个科学基础，也是制定其它管理政策的基本依 据，因此评价土壤质量和健康时，需要将农民的观察数据与科学家们的分 析数据综合起来( h a r r i s ，1 9 9 4 ) 。赵其国、孙波等提供了以解释框图和访 谈指南为基础，包括通用调查表、特定地点调查表、相关报告卡组成的一 套较为完整的土壤质量评价信息收集工具。 ( 2 ) 分析性指标 对土壤质量的综合定量评价要选择土壤的各种属性的分析性指标，这 些指标通常包括物理指标、化学指标和生物指标，各项指标的不同取值组 合决定了土壤质量的状况。在土壤质量评价中需要根据不同的土壤、不同 的评价目的对这些指标进行取舍组合。 物理指标包括：土壤质地、土层和根系深度、土壤容重和渗透率、田 间持水量、土壤持水特征、土壤含水量和土壤温度等。土壤物理性状对作 物生长和环境质量有直接或间接的影响。围绕着土壤中固、液、气三相的 分配，各种土壤物理属性是相互联系和制约的。 化学指标包括有机全c 和n 、p h 、电导率、矿化n 、p 和k ；各种土壤 养分和土壤污染物在土壤中的存在形式和浓度，直接影响作物生长以及动 物与人类的健康，例如土壤n 素不仅仅是植物养分的来源，还会造成水 体和大气的污染，影响着土壤肥力和土壤环境质量。 8 山东农业大学硕士学位论文 生物指标包括微生物生物量c 和n 、潜在可矿化n 、土壤呼吸量、生 物量c 有机总c 、呼吸量生物量、土壤微生物的群落组成和多样性、土 壤酶活性、土壤动物等指标( 张心昱、陈利项，2 0 0 6 ；赵其国、孙波，1 9 9 7 ) 。 土壤质量评价的生物学指标越来越受到重视，其中应用最多的是土壤微生 物指标。土壤微生物研究分为三个层次：种群层次、群落层次、生态系统 层次，土壤微生物( 包括微生物生物量、土壤呼吸) 是土壤质量变化最敏 感的指标。土壤动物是土壤环境质量和健康质量的重要指示特征，特别是 无脊椎动物如线虫。蚯蚓等能够敏感地反映土壤中有毒物质含量。以植物 作为土壤质量评价指标时，主要是考察植物的生长状况、产量格局、根系 结构、植物组织特征、牧草物种的多样性和杂草的优势种，进而评价土壤 的肥力质量和环境质量、健康质量。 1 2 2 3 土壤质量评价方法 ( 1 ) 多变量指标克立格法 美国农业部和华盛顿州立大学的研究者总结了一套土壤质量与健康 评价的多变量指标克立格法，可以将无数量限制的单个土壤质量指标综合 成一个总体的土壤质量指数( 赵其国、孙波，1 9 9 7 ) 。这一过程称为多变 量指标转换，是根据特定的标准将测定值转换为土壤质量指数。各个指标 的标准代表土壤质量最优的范围或阈值，是在地区基础上建立和评价。该 法优于土壤质量评分法，它可以把管理措施、经济和环境限制因子引入分 析过程，其评价范围可以从农场到地区水平。通过单项指标的评价，该法 还能确定影响土壤质量的最关键因子。运用非参数型地统计学方法、指标 克立革法，通过多变量指标转换的转换数据估计未采样地区的数值，然后 测定不同地区土壤质量达到优良的概率，最后利用g i s 技术绘出建立在景 观基础上的土壤质量达标概率图。 ( 2 ) 土壤质量动力学方法 由于土壤系统的动态性，对可持续管理的评价应该采用动态评价方 法，利用系统动力学特征测量其可持续性。这种方法是在全过程测定土壤 质量的指标，确定一个管理系统的实际行为，并据此评估其可持续性。此 法建立在统计质量控制原理的基础之上，其步骤如下：确定一个管理系统 期望产出；评价系统的设计，确定其是否能生产期望的产出；确定土壤质 9 土地整理区土壤质量时空变异研究 量的重要参数并建立其质量标准；建立评价一个管理系统的初始状况；评 价系统的产出，确定它是源于系统设计，还是源于系统的执行过程，或者 是两者的总和：稳定失控的系统过程；借助于合适的试验设计技术，改善 一个稳定管理系统的持续性( 张心昱、陈立项，2 0 0 6 ) 。 ( 3 ) 土壤质量综合评分法 将土壤质量评价细化为食物与纤维的生产量、土壤侵蚀量、地下水质 量、地表水质量、大气质量和食物质量等6 个特定的土壤质量元素的评价。 土壤质量评价具有地区性和土壤特殊性，对农业系统而言，应根据土壤的 最大产出量和环境正常运行的条件确定土壤质量评价指标的评价标准。通 过建立各个元素的评价标准，利用简单乘法运算计算出土壤质量的大小， 每个元素的权重由地理、社会和经济因素所决定。 ( 4 ) 土壤相对指数法 首先是假设研究区有一种理想土壤，其各项评价指标均能完全满足植 物生长的需要，以其土壤的质量指数为标准，将其他土壤的质量指数与之 相比，得出土壤的相对质量指数。王效举等在中国科学院干烟洲试验站针 对红壤丘陵区的自然资源特点，确定了土层厚度、土壤有机质、速效磷、 p h 值等1 2 种指标。 采用这种方法，不管评价者采用什么评价系统，将评价指标划分多少 等级，都可以根据土壤相对质量指数值进行土壤质量的比较。土壤相对质 量评价法方便、合理，它评价的是土壤的相对质量，而且可以在不同地区 的不同土壤上选择具有代表性的土壤质量评价指标做出量化的评价结果。 ( 5 ) 指数和法 指数和法是将土壤质量指数定义为土壤系列性质的函数，若假设把土 壤性质与土壤质量的关系简化为一种线性关系，则用s 表示土壤质量指 数，b i 为权重，e 是误差项，可用公式( 1 ) 来表示： s = b 0 + b 1 s 1 + b 2 s 2 + + b q s q + e ( 1 ) 指数和法包括4 个步骤：针对特定的区域和问题，确定土壤质量中需要评 价的关键功能，确定评价指标；建立各个评价指标与土壤功能间的关系模 型并将指标值标准化；确定各项评价指标的权重；将各指标的评分值与权 重系数相乘加和即得到土壤质量的指数值。齐伟等以河北省曲周县一个 1 0 山东农业大学硕士学位论文 3 3 k m 2 的区域为例，用指数和法计算得到土壤质量指数值，将1 9 8 0 年与 1 9 9 9 年两个时段的指数值进行比较，得到的差值即为土壤质量的时间变 化量，再用g i s 差值法得到未采样点的估计值，来评价土壤质量的空间变 化。用指数法和g i s 相结合的方法应用于华北平原盐渍化潮土样区，很好 的表示出了土壤质量的时空变化。 指数和法简单易行，是当前土壤资源评价中常用的方法。这个方法等 级划分主观任意性较大，忽视土壤各参评因子之间的相互作用。当某一因 子受到很强烈的限制时，会严重影响这一评价单元的质量。这时必须强调 主要限制因子的作用，结合条件限制法综合考虑确定评价等级。指数和法 能够全面地考虑每一个因子对评价单元的影响，使评价结果更加客观。指 数和法中因子的选择和因子权重的确定是评价的关键内容。 1 3 研究内容 1 3 1 不同土地整理项目区土壤特性的时空变异分析 ( 1 ) 土壤养分属性数据的经典统计分析，分析其变异规律。 ( 2 ) 地统计学原理与方法的选择研究( 包括半方差函数的基本假设、取 样、模型选取及模型的检验等) 。 ( 3 ) 空间结构分析研究，包括整个采样区域的空间结构分析和每个土 地整理项目区单个地块的空间结构分析，并进行对比。 1 3 2 土壤质量时空变异的原因分析 ( 1 ) 从整个采样区域进行分析，阐明不同土地整理项目对土壤质量变 化的影响。 ( 2 ) 对某一土地整理项目区单个地块整理后不同年份的土壤质量变化 进行分析。 1 3 3 土壤质量评价指标体系的确定 土地整理项目区土壤质量评价指标体系的确定包括评价指标的选取、 评价指标权重的确立和评价方法的选择。 土地整理区土壤质量时空变异研究 1 4 研究方法 1 4 1 地统计分析 2 0 世纪7 0 年代，地统计学方法被引入土壤科学研究领域，克服了应 用经典的f i s h e r 统计理论在研究土壤性质空间变异性规律方面的不足。 地统计学以区域化变量为基础，借助变