摘要
本研究以天津市西青区农用地为研究对象，根据地球化学调查成果，结合西青区土地质量特征，开展玉米、棉花、蔬菜、沙窝萝卜的农用地种植适宜性评价。选取表层土壤质地、土体构型、土壤盐渍化程度、土壤养分、排水条件、灌溉保证率、土壤毒性共7个评价因子，名优特农作物适宜性评价增加与其品质相关的土壤特征指标。在对每个评价单元分别评定每一项土地适宜等级后，采用极限条件法加以综合，评出总的土地适宜等级。结果显示：玉米种植适宜性以中度适宜和基本适宜为主，约 180.15 km2 ；棉花种植适宜性以中等适宜和基本适宜为主，约 214.49 km2 ；蔬菜种植适宜性以基本适宜和不适宜为主，基本适宜区面积约127.88 km2 ；沙窝萝卜在辛口镇和杨柳青镇南部适宜种植，适宜区面积约36.23 km2 。灌溉水资源是制约西青区农业发展的最重要限制性因素。研究成果可为相关部门履行土地资源管理、土地利用规划、农业种植结构调整等提供科学依据。
Abstract
This thesis takes the agricultural land in Xiqing District, Tianjin as the research object. Based on the achievements of geochemical surveys and combined with the characteristics of land quality in Xiqing District, an evaluation of the suitability of agricultural land for growing crops such as corn, cotton, vegetables, and Shawo radishes is carried out. Seven evaluation factors are selected, including the texture of the surface soil, the soil body configuration, the degree of soil salinization, soil nutrients, drainage conditions, the irrigation guarantee rate, and soil toxicity. For the suitability evaluation of famous, excellent, and special crops, soil characteristic indicators related to their quality are added. After each evaluation unit has been assessed for its land suitability grades respectively, the limiting condition method is adopted for comprehensive evaluation to determine the overall land suitability level. The results show that the suitability of corn cultivation is mainly at the moderate and basic suitability levels, covering an area of approximately 180.15 km2 . The suitability of cotton cultivation is mainly at the moderate and basic suitability levels, with an area of about 214.49 km2 . The suitability of vegetable cultivation is mainly at the basic suitability and unsuitability levels, and the area of the basically suitable area is approximately 127.88 km2 . Shawo radishes are suitable for cultivation in Xinkou Town and the southern part of Yangliuqing Town, and the suitable area is about 36.23 km2 . Irrigation water resources are the most important restrictive factors restricting the agricultural development of Xiqing District. The research results can provide a scientific basis for relevant departments to perform tasks such as land resource management, land use planning, and adjustment of the agricultural planting structure.
0 引言
土地适宜性评价是针对某种特定的用途而对区域土地资源质量的综合评定，目的是为土地利用决策，科学地编制土地利用规划提供依据。对土地适宜性评价的研究有利于国土空间的合理规划和土地资源的合理利用（李蓉蓉和王学雷，2000；王港鹏等，2021）。土地适宜性评价作为多学科交叉的重要研究领域，尚有广阔的发展空间。目前，国内外关于土地适宜性研究的重点主要集中在水质、粮食安全、土地复垦、指标体系等方面，其中国外多以基础研究为导向，更加关注环境科学，生态学与土地适宜性评价定量关联和实证实地研究，国内研究多以实践应用为导向，开展土地复垦、土地利用、指标体系构建等技术方法的研究（文卓等，2019；王港鹏等，2021；弓晓飞等，2022；周璐红等，2022）。本文在前人研究的基础上，拟通过评价天津市西青区农用地种植适宜性，科学评定农用地质量，开展评价成果在土地资源利用规划、农业产业结构调整、名优特农产品开发等方面的应用研究，为土地质量地球化学调查评价成果转化应用提供示范实例，为土地资源的开发、利用、保护与整治提供技术支撑，为优化土地资源利用结构、加快土壤保护治理以及制定经济社会科学和可持续发展政策提供依据（王子垚，2020）。
1 研究区概况
西青区隶属天津市，为天津4个环城区之一，位于天津市西南部，海河流域下游，位于北纬 38°51'~39°51'、东经 116°51'~117°20'。下辖 4 个街道、7 个镇，全区总面积 565.37 km2，2022 年农用地面积 159.13 km2，农用地主要分布于杨柳青镇、辛口镇、张家窝镇、精武镇、王稳庄镇。2022 年末户籍总人口 48.43 万人，其中农业人口 30.08 万人（天津市西青区统计局，2023）
西青区位于华北平原东北部，第四系分布广，厚度大。以现代水系划分推测，研究区物源区应是太行山中段和北段，古滹沱河水系为搬运介质；西青区经历过 6 次海侵。全新统总厚度一般 14～24 m，以冲积、湖沼积、冲海积、洪冲积、冲积湖沼积等成因类型为主，西青区西北部表层为冲积层发育，以黏土质砂为主；东南部表层为湖沼积层发育，以砂质黏土为主。根据天津市第二次土壤普查结果，西青区的土壤类型主要包括普通潮土、盐化潮土、湿潮土、盐化湿潮土和盐化草甸沼泽土。土壤发育的母质约为近代河流冲积物，有明显夜潮现象。一般来说，从西北向东南，随地形、水文等条件变化，土壤质地逐渐变黏，土壤盐化程度逐渐加重。土壤质地多为中壤、重壤。
2 样品采集与测试
2.1 采样及分析方法
将研究区1∶1万地形图叠加土地利用现状图作为野外采样手图，在手图上布置采样点（图1），平均采样密度 8 件/km2，在土地利用类型变化比较大的地区采样适当加密。蔬菜种植基地及名特优农产品“沙窝萝卜”主产区，平均采样密度为 12 件/km2，采样深度为 0～20 cm。采样位置选择最具典型性田块的相对中心位置，避开新近堆积土、田埂等，离开主干公路100 m以外。在预定的采样点周围30 m 范围内 5 处采集，混合为一个样品。采样时去除表面杂草、树叶等，但不刮除表层土壤，垂直采集地表至 20 cm 深的土壤，保证上下均匀采集。弃去样品中动、植物残留体、砾石等，见有肥料团块时，重选采样点。土壤样品原始重量大于1000 g。
图1研究区土壤类型分布及取样位置图
土壤样品的分析测试项目根据土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295-2016）（中华人民共和国国土资源部，2016）中评价指标筛选范围，结合土地利用类型、土壤类型和当地农业结构的特点，确定为氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）、硼 （B）、钼（Mo）、锰（Mn）、铁（Fe）、锌（Zn）、氯（Cl）、硅 （Si）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）、铬（Cr）、铅（Pb）、镍 （Ni）、硒（Se）、铜（Cu）、锑（Sb）、氟（F）、有机碳（Corg）、酸碱度（pH）共 25 项。其中主要元素氮（N） 和有机碳（Corg）采用VOL法测定；磷（P）、钾（K）、硫 （S）、氯（Cl）、镁（Mg）、硅（Si）、钙（Ca）、锰（Mn）、铁 （Fe）、镍（Ni）、锌（Zn）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）等元素采用 XRF 法测定；镉（Cd）和钼（Mo）采用 ICP-MS 法测定；砷（As）、汞（Hg）、锑（Sb）、硒（Se）等元素采用 AFS法测定；硼（B）元素采用 ES法测定；氟（F）和酸碱度（pH）采用ISE法测定。
本次土壤样品测试承担单位为天津市地质矿产测试中心，共送检2554件。严格按照国家标准方法和相关行业标准分析方法进行检测。土壤无机元素分析方法采用多目标分析方法配套方案，分别选用国家一级标准物质（8~12个），用被选定的分析方法对每一个标准物质进行12次分析，分别统计各被测元素测定平均值与标准值之间的对数误差（△ lgC）和相对标准偏差（RSD%），计算其精密度和准确度，满足规范所规定的要求，结果满足规范的要求。
2.2 土壤地球化学特征
依据本次样品测试成果，统计西青区农用地土壤25项指标地球化学背景值。为了消除人类活动、现代工业发展以及样品采集偶然性对土壤样品的影响，地球化学基准值和环境背景值的统计剔除了异常值。运用 GeoMDIS 2013 的数据分析功能对土壤元素含量进行分布检验，西青区农用地土壤元素含量分布检验结果表明（表1）：As、B、CaO、Cr、F、 K2O、MgO、Mn、N、Ni、P、Pb、S、Sb、Corg、SiO2、TFe2O3、 Cl 等指标符合标准正态或近似正态分布；Cd、pH、 Cu、Mo、Se 和 Zn 等指标符合近似对数正态分布；Hg 元素符合近似对数偏态分布。与天津市相比，西青区农用地土壤中重金属指标及土壤养分指标含量较高，与这一地区大棚蔬菜种植和工业污染物排放有关。
3 西青区农用地适宜性评价
3.1 评价目标与评价单元
结合西青区土地资源质量情况，本次农用地适宜性评价目标为玉米、棉花、蔬菜、沙窝萝卜的农用地种植适宜性。评价单元为第二次土地利用类型调查图斑。
3.2 评价因子的选取
天津市北部中低山区地形较陡，而平原区则比较平缓。从西北到东南有山区、丘陵、冲积平原、冲积海底平原和海积平原等地貌类型，加上河流多次改道，土体构型复杂，表层土壤质地变化大；东部地区地势低洼，冲积、海积低平原，海拔仅 0～3 m（天津市地质矿产局，2004）。天津市整体地下水位较浅，一些地区排水条件不好，存在大范围盐渍化土壤，从轻度—中度—重度土壤盐渍化均有分布（王美丽等，2011；王洪影，2014）；受施肥、灌溉及各种自然成土因素影响，土壤肥力变化较大，部分地区土壤存在不同程度的Cd、Hg、Cu、Zn等重金属污染，威胁人民身体健康。近年来生态环境恶化，干旱已成为限制天津市农业生产的重要因素，有些地区地表没有灌溉水源，地下水属于禁采区，未经处理的污水灌溉将对土壤产生长期的、积累的、不可逆的负面影响（周艺敏等，1990；刘欣，2005）。
依据评价因子选取条件的要求，结合天津市土地质量特征，在西青区开展主要农作物适宜性评价选择以下 8 项限制性因素：地形坡度、土体构型、土壤盐渍化程度、表层土壤质地、土壤养分、排水条件、灌溉保证率、土壤毒性，名优特农作物（沙窝萝卜）适宜性评价增加与其品质相关的土壤特征指标。
3.3 参评因子分等指标和等级标准的确定
3.3.1 参评因子分等指标
（1）地形坡度：地形坡度是划分各种农用地的依据。坡度影响机耕的使用，农作物生产地要求坡度小，果园和经济林用地通常以 5°～10°的坡度为宜。根据《第三次全国国土调查技术规程》（TD/T1055-2019），坡度分为6个级别，西青区地处天津平原区，为冲积平原和冲积海积低平原过度地区，全区地形坡度为1等，可不列入评价。
（2）土体构型：土体构型是指土壤剖面中不同质地的土层的排列次序，按照《土壤质量土壤采样技术指南》（GB/T36197-2018）进行分类分级。
表1西青区域土壤地球化学背景值统计
（3）土壤盐渍化程度：土壤盐渍化可造成作物生理缺水，轻度盐渍化就会对作物小苗产生危害，中—重度盐渍化严重危害各种农作物，造成减产甚至绝收。土壤盐渍化程度按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）进行分级。
（4）表层土壤质地：土壤质地影响水分和养分的有效性，一般土地适宜性评价均采用该指标。按照《土壤质量土壤采样技术指南》（GB/T36197-2018），表层土壤质地分为砂土、壤土、黏土和砾质土4个级别。
（5）土壤养分：影响作物产量和品质。受施肥及各种自然成土因素影响，土壤肥力变化较大。土壤肥力评价指标包括 N、P、K，按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016），通过综合指数法将土壤肥力划分为5等。
（6）排水条件：排水条件是指受地形和排水体系共同影响的雨后地表积水情况，如果地下水位过高，土体水分过多，往往造成土温过低，水气失调，影响作物的正常生长。按照《土壤外业调查与采样技术规范（试行）》（国土壤普查办发〔2022〕3号），排水条件分为4个级别。
（7）灌溉保证率：按照《土壤外业调查与采样技术规范（试行）》（国土壤普查办发〔2022〕3号），灌溉保证率分为4等。西青区大部分地区灌溉水保证率为基本满足，辛口镇西部、张家窝镇西南为一般满足—无灌排条件，精武镇南部、王稳庄镇西部为一般满足，充分满足地区较少。
（8）土壤毒性：土壤毒性评价指标包括 Cd、Hg、 As、Pb、Ni共 5个指标，按照《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018） 先进行单指标分类，以各单指标类别最高的作为土壤环境质量综合类别。
（9）土壤特征指标：这项指标仅与名优特农产品适宜性评价有关。根据《土壤外业调查与采样技术规范（试行）》（国土壤普查办发〔2022〕3号）要求，在野外访问调查基础上，进行营养元素对名优特农产品的产量和品质影响的对比分析和相关分析，确定与名优特农产品有关的特征元素作为适宜性分区指标。本文主要在西青区进行沙窝萝卜特征指标研究。
3.3.2 参评因子等级标准
参考联合国粮农组织《土地评价纲要》和中国土地适宜性评价现状，在进行调查研究的基础上，参考农林牧等相关学科的研究成果编制（中华人民共和国国土资源部，2003），分为四等：S1（高度适宜），S2（中度适宜），S3（基本适宜），N（不适宜）。
参考黑龙江、内蒙等地土地适宜性评价和天津市农用地分等定等成果，西青区土地适宜性评价因素等级标准如表2所示。
3.4 土地适宜性评价方法
在针对某一评价单元分别评定每一项土地适宜等级后，采用极限条件法加以综合（即将参评单元的土地质量分别与评价等级标准对比，限制最大，适宜性等级最低的土地质量参评因子决定该单元的土地适宜性等级），评出总的土地适宜等级（周生路，2006；何中发等，2009；张汪寿等，2010；高丽丽，2011；路婕等，2011；王国强和郧文聚，2011）；名特优农产品研究其立地地质背景，选择对其种植影响的优势土壤特征指标进行分析，采用隶属度函数和指数法进行综合分析，将其作为参评因子之一开展名特优农产品种植适宜性分析（桑玲玲等，2010； 王立胜等，2012）。初步评价后与当地科技人员和有经验的人讨论，对不合理的评价结果进行调整，确定最终的土地适宜等级。
3.5 适宜性评价结果
3.5.1 玉米适宜性评价
玉米种植适宜性以中度适宜和基本适宜为主 （图2），中度适宜区主要分布于辛口镇、杨柳青镇南部、张家窝镇和精武镇；基本适宜区主要分布于杨柳青镇北部、王稳庄镇南部；不适宜区主要分布于张家窝镇、杨丽青镇北部，主要限制性因素为灌溉保证率。西青区农用地玉米种植适宜性分区面积和所占比例见表3所示。
3.5.2 棉花适宜性评价
棉花种植适宜性以中度适宜为主，主要分布于杨柳青镇、辛口镇、精武镇和王稳庄镇北部；基本适宜区主要分布于张家窝镇和王稳庄镇南部（图3），主要限制性因素为灌溉保证率。西青区农用地棉花种植适宜性分区面积和所占比例见表4所示。
表2西青区土地专项评价因素等级标准
表3西青区农用地玉米种植适宜性分区面积
图2西青区农用地玉米种植适宜性评价图
图3西青区农用地棉花种植适宜性评价图
表4西青区农用地棉花种植适宜性分区面积
3.5.3 蔬菜适宜性评价
蔬菜种植适宜性以基本适宜和不适宜为主，中度适宜主要分布于王稳庄镇北部，规模较小；基本适宜主要分布于辛口镇、杨柳青镇和精武镇；不适宜主要分布于杨柳青镇北部、张家窝镇和王稳庄镇南部（图4），主要限制性因素为灌溉水保证率、土壤重金属污染。西青区农用地蔬菜种植适宜性分区面积和所占比例见表5所示。
表5西青区农用地蔬菜种植适宜性分区面积
图4西青区农用地蔬菜种植适宜性评价图
3.5.4 沙窝萝卜产地适宜性评价
沙窝萝卜产地适宜性是在蔬菜产地适宜性基础上，结合立地地质背景分析，采用极限条件法进行适宜性评价。优势土壤指标主要考虑与沙窝萝卜品质有关的立地地质背景地球化学指标。评价方法采用隶属度函数结合综合指数法，即通过每个指标的隶属度函数计算指标得分（表6），每个指标赋予不同权重将各指标得分综合。
（1）立地地质背景分析
隶属度函数分析，SiO2和 Se为峰值型，有机质、 B、Mo、TFe2O3、Mn、MgO和CaO为戒上型。各指标界限值主要参照沙窝萝卜主产区元素丰缺来确定；沙窝萝卜原产区土壤SiO2为58%~60%，表明沙窝萝卜适宜生长在砂黏适当壤土；Se 为类重金属元素，其化学性质与重金属类似，适量或丰富的Se对人体有益，但过量则有害。
表6各指标隶属度函数
采用专家打分法对各指标赋予相应的权重（表7），土壤性质指标：有机质和SiO2权重取0.2；土壤营养指标：MgO 和 CaO 等中量养分权重分别为 0.05， Se、B、Mo、TFe2O3、Mn等微量养分权重分别为0.1。
通过隶属度函数计算各指标在地块单元的适宜性指数，结合各指标权重，综合分析其指数，即公式：“综合指数=∑隶属度×权重”。进而进行沙窝萝卜立地地质背景的适宜性分析（表8）。
表7沙窝萝卜立地地质背景分析指标权重
表8立地地质背景适宜性分析
（2）沙窝萝卜种植适宜性分析
在沙窝萝卜立地地质背景分析基础上，结合土地适宜性评价方法进行沙窝萝卜种植适宜性评价 （图5），西青区农用地沙窝萝卜种植适宜性分区面积和所占比例见表9。评价结果显示：高度适宜区主要位于辛口镇小沙窝附近、杨柳青镇南部；中度适宜主要位于辛口镇大部分区域；基本适宜区主要分布于辛口镇西部、张家窝镇南部和精武镇西部； 不适宜区规模较大，主要位于杨柳青镇北部、张家窝镇大部分区域和王稳庄镇，主要限值因素为灌溉水保证率和土壤环境质量。沙窝萝卜种植高度适宜区和中度适宜区分布较少，限制性因素为其土壤有机质含量低、SiO2含量高等，反应出西青区土壤环境质量下降，同时灌溉水资源等生产条件不足，影响培育高品质的沙窝萝卜。故推广名特优农产品应注意对其生长环境的治理和保护，科学种植。
表9西青区农用地沙窝萝卜种植适宜性分区面积
图5西青区农用地沙窝萝卜种植适宜性评价图
4 西青区农用地种植建议
综合玉米、棉花、蔬菜和沙窝萝卜种植适宜性，进行种植适宜性综合分析，并根据现场调查访问，结合西青区农作物种植现状修正，编制西青区农作物种植建议分区图（图6）。种植适宜先后顺序为沙窝萝卜—蔬菜—玉米—棉花，前者适宜区可种植后者。沙窝萝卜种植适宜区位于辛口镇—杨柳青镇南部；蔬菜种植适宜区位于辛口镇东部—张家窝镇；玉米种植适宜区位于杨柳青镇北部、精武镇和王稳庄镇南部；棉花种植适宜区主要位于张家窝镇东南部、大寺镇西部和王稳庄镇中北部。
西青区辛口镇木厂村—小沙窝村、中北镇等处，局部存在重金属污染的农用地，建议优先进行污染土壤修复治理，也可考虑种植棉花、花卉等非食用经济作物。
图6西青区农用地种植建议分区图
5 结论
本研究以天津市西青区农用地为研究对象，结合地球化学调查成果，开展土地适宜性评价，评价目标为玉米、棉花、蔬菜、沙窝萝卜的农用地种植适宜性。研究表明：
（1）玉米种植适宜性以中度适宜和基本适宜为主，面积为 180.15 km2，占比为 80.70%；棉花种植适宜性以中等适宜和基本适宜为主，面积为 214.49 km2，占比为96.08%，玉米和棉花种植适宜性主要限制性因素为灌溉保证率；蔬菜种植适宜性以基本适宜和不适宜为主，基本适宜区面积为 127.88 km2，占比为 57.28%，主要限制性因素为灌溉水保证率、土壤重金属污染；沙窝萝卜适宜区主要分布于辛口镇西部和杨柳青镇南部，张家窝镇和精武镇，适宜区面积为 36.23 km2，占比为 16.23%，不适宜区主要位于杨柳青镇北部、张家窝镇和王稳庄镇，主要限制因素为灌溉水保证率和土壤环境质量。西青区辛口镇、中北镇、精武镇和杨柳青镇农用地存在重金属污染，建议调整种植结构，改种棉花、花卉苗木等经济作物，可以考虑对污染土壤修复质量之后再种植蔬菜等食用农产品，建议在辛口镇西部、杨柳青镇南部、张家窝镇和精武镇扩大沙窝萝卜种植面积。
（2）西青区灌溉水资源成为制约区内农业发展的重要限制性因素，建议采取喷灌、滴灌节水灌溉措施保障水资源的合理利用。同时，注重对工业排污的监控，保障灌溉水质量，防止结构性缺水。
