廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)耕地質(zhì)量空間格局研究

張 橋，張育燦，李海峰，鄭 超，袁宇志，郭治興，梁雪映，郭 穎

（1.廣東省耕地肥料總站，廣東 廣州 510500；2.廣東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳，廣東 廣州 510500；3.廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所/華南土壤污染控制與修復(fù)國家地方聯(lián)合工程研究中心/廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點實驗室，廣東 廣州 510650）

【研究意義】耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中難以替代的生產(chǎn)資料，為人類提供最基本的生存資源［1］。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化之間的用地矛盾日益突出。同時，糧食需求總量隨著人口密度的增長而增加，我國耕地后備資源卻不足，數(shù)量逐年減少［2］。目前，耕地數(shù)量和質(zhì)量逐年下降的現(xiàn)象已對我國糧食安全和社會經(jīng)濟(jì)的健康協(xié)調(diào)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。在耕地數(shù)量難以滿足的情況下，認(rèn)識土壤的空間分布規(guī)律對于合理評價和有效利用耕地尤為重要［3］。分析廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)耕地地力等級以及土壤養(yǎng)分的空間格局［4］，能夠為決策者開展多項農(nóng)業(yè)工作提供參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，如高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及合理施肥等。耕地資源的合理安排，對提高耕地生產(chǎn)能力進(jìn)而保障我省乃至全國的糧食供給具有非常重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Mcgraw［5］通過研究明尼蘇達(dá)河谷流域農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間變異性，指出不考慮土壤養(yǎng)分空間變異性的傳統(tǒng)測土施肥法不經(jīng)濟(jì)且對環(huán)境構(gòu)成危害；趙越等［6］通過分析江西省泰和縣土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷的空間變異和影響因素，認(rèn)為土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)性顯著，空間聚集特征明顯，受自然因素影響較大，交通、水利等影響因素較小。Yost等［7］率先將地統(tǒng)計分析由小尺度向大尺度轉(zhuǎn)變，近年來，大范圍土壤養(yǎng)分的空間變異性已成為土壤科學(xué)家關(guān)注的重點。White等［8］分析了全美國土壤鋅的空間變異性，并繪制了其空間分布圖。趙業(yè)婷等［9］利用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)、地統(tǒng)計學(xué)的方法分析了關(guān)中區(qū)域大量元素空間分布規(guī)律，并指出土壤養(yǎng)分含量與自然環(huán)境（地形、海拔和氣候）具有顯著相關(guān)性?！颈狙芯壳腥朦c】目前針對耕地地力等級以及土壤養(yǎng)分的研究已趨向成熟［10-12］。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)為研究對象，利用GIS從省級和市級尺度分析了地力等級和土壤養(yǎng)分的基本狀況和空間分布規(guī)律，并繪制了廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)耕地地力等級和土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)，有效磷，速效鉀）的空間格局分布圖。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣東省位于我國南部沿海地區(qū)（20°09′～25°31′N，109°45′～117°20′E），由東向西依次與福建、江西、湖南和廣西接壤，東西跨度約800 km，南北跨度約600 km，跨越多個氣候帶，由北向南分別為中亞熱帶、南亞熱帶和北熱帶。全省年均氣溫22.4℃，年均日照長達(dá)1 757.3 h，降雨充沛，年均降雨量達(dá)1 710.7 mm。豐富的光、熱、水資源，造就了廣東省優(yōu)越的自然地理環(huán)境和較高的土地復(fù)種指數(shù)，不僅適宜經(jīng)濟(jì)作物的種植，也適合糧食作物的生長，為我國稻谷主產(chǎn)區(qū)之一。為保障廣東省糧食自給水平和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，廣東省農(nóng)業(yè)部門以永久基本農(nóng)田為基礎(chǔ)，結(jié)合農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記成果、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等土地信息相關(guān)資料，選擇集中連片、四至清晰的耕地，綜合確定功能區(qū)范圍。本研究提取糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)耕地地力評價單元圖斑（圖1）進(jìn)行分析。

1.2 數(shù)據(jù)來源

廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)數(shù)據(jù)、廣東省耕地地力等級評價單元數(shù)據(jù)由廣東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳兩區(qū)辦公室提供。耕地地力等級評價單元數(shù)據(jù)包括多項用于耕地地力等級評價的數(shù)據(jù)，如土壤養(yǎng)分等級數(shù)據(jù)（有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等）、土壤理化性狀（pH、土壤質(zhì)地等）及耕地地力評價等等級數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

數(shù)據(jù)處理主要運(yùn)用ArcGIS10.5及Excel2007，包括：統(tǒng)一耕地地力等級評價單元數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為CGCS2000；按位置提取糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)的耕地地力等級評價單元數(shù)據(jù)，對功能區(qū)耕地地力等級評價單元數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，空間展示，繪制廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)耕地地力等級及土壤養(yǎng)分的空間格局。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本信息

2.1.1耕地地力等級 耕地基礎(chǔ)地力較高，基本不存在障礙因素的一至三等地占比為55.01%，其中一等地占比較低為5.17%，二等地和三等地占比整體較高，分別為20.20%和29.64%；耕地所處環(huán)境氣候條件基本適宜，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件較好，障礙因素不明顯的四至六等地共占43.66%，其中四等地占比最高為26.01%，六等地占比最低為3.21%；耕地基礎(chǔ)地力相對較差，生產(chǎn)障礙因素突出，并且短時間內(nèi)難以改善的耕地面積比例為1.33%（表1）。綜上，糧食生產(chǎn)功能區(qū)的耕地地力等級以三等、四等和二等為主。由于七等地（1.30%）和八等地（0.03%）占比較低，因此本研究分析均不涉及。

表1 不同地力等級耕地面積占比統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different fertility levels

從不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)劃定面積較大的地級市分析，珠三角耕地地力等級以四等（31.33%）、三等（28.78%）和二等（15.36%）為主，其中肇慶市（8.28%）和惠州市（6.34%）地力等級主要為三等、四等和二等；東翼地區(qū)主要為三等（28.42%）、四等（25.6%）、二等（18.17%）和五等（17.25%），其中汕尾市主要為三等地（27.42%）、四等地（26.80%）、五等地（18.77%）和二等地（18.59%）；西翼則以三等（31.91%）、四等（26.12%）和二等（19.75%）為主，其中茂名市和湛江市地力等級主要為三等、四等和二等；山區(qū)耕地地力等級主要為三等（29.64%）、二等（25.50%）和四等（22.11%），其中清遠(yuǎn)市（16.68%）耕地地力等級以三等（32.21%）、二等（25.85%）和四等（23.37%）為主，梅州市（6.50%）則以二等（29.91%）、三等（26.14%）和四等（20.74%）為主（表2）。

2.1.2有機(jī)質(zhì)含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)三級（54.87%）、二級（24.20%）和四級（17.03%）有機(jī)質(zhì)土壤面積占比達(dá)96.10%。從不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)劃定面積較大的地級市分析，珠三角土壤有機(jī)質(zhì)級別主要為三級（63.74%）和二級（21.01%），其中肇慶市主要為三級（63.51%）和二級（25.43%），惠州市則以三級（72.43%）和四級（21.22%）為主；東翼地區(qū)主要為三級（40.70%）和四級（39.00%），其中汕尾市有機(jī)質(zhì)級別主要為三級（46.75%）和四級（34.51%）；西翼地區(qū)有機(jī)質(zhì)級別主要為三級（69.32%），其中茂名市以三級（76.16%）為主，湛江市則以三級（59.51%）和四級（27.62%）為主；山區(qū)地區(qū)有機(jī)質(zhì)級別主要為三級（47.97%）和二級（39.03%），其中清遠(yuǎn)市和梅州市有機(jī)質(zhì)級別主要為三級和二級，占比均大于85%（表3）。

表2 各地級市不同耕地地力等級面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 2 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different fertility levels in various municipalities

表3 各地級市不同有機(jī)質(zhì)級別耕地面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 3 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different organic matter levels in various municipalities

2.1.3有效磷含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)二級（39.49%）、一級（31.16%）和三級（24.49%）有效磷土壤面積占比達(dá)95.14%。從不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)劃定面積較大的地級市分析，珠三角地區(qū)有效磷級別主要為二級（39.49%）、三級（24.49%）和一級（31.16%），其中肇慶市以三級（51.68%）和二級（29.10%）為主，惠州市則主要為二級（46.49%）和一級（36.22%）；東翼地區(qū)有效磷級別以二級（41.71%）和三級（34.62%）為主，其中汕尾市主要為二級（44.45%）和三級（34.31%）；西翼地區(qū)主要以一級（50.75%）和二級（34.16%）為主，其中茂名市主要為一級（68.31%）和二級（28.06%），湛江市則主要為二級（49.11%）和三級（33.59%）；山區(qū)地區(qū)以二級（43.47%）和一級（34.49%）為主，其中清遠(yuǎn)市以一級（53.28%）和二級（34.69%）為主，梅州則以二級（61.49%）和三級（28.13%）為主（表4）。

2.1.4速效鉀含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)四級和五級速效鉀土壤面積占比分別為42.21%和23.47%。從不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)劃定面積較大的地級市分析，珠三角地區(qū)速效鉀級別主要為四級（42.21%）和五級（23.47%），其中肇慶市和惠州市以四級和五級為主，面積占比均高于80.00%；東翼地區(qū)以四級（35.54%）和三級（27.87%）為主，其中汕尾市主要為四級（32.89%）和三級（28.97%）；西翼地區(qū)以四級（45.35%）和五級（28.76%）為主，其中茂名市以四級（45.42%）和五級（32.96%）為主，湛江則以四級（44.07%）、三級（26.89%）和五級（16.13%）為主；山區(qū)地區(qū)主要為四級（40.81%）、五級（22.63%）和六級（19.60%），其中清遠(yuǎn)市主要為六級（33.21%）、四級（28.11%）和五級（24.34%），梅州則主要為四級（64.32%）（表5）。

表4 各地級市不同有效磷級別耕地面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 4 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different available phosphorus levels in various municipalities

2.2 空間格局

2.2.1耕地地力等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)一等地面積少且分布不均，集中分布在山區(qū)地區(qū)（41.50%）的清遠(yuǎn)市（21.82%）和梅州市中西部（12.82%）、西翼地區(qū)（24.71%）的茂名市西南部（18.26%）、東翼地區(qū)（19.74%）的汕尾市北部和南部（17.23%）。二等地在山區(qū)分布最多，占41.45%，主要集中在清遠(yuǎn)市（21.34%）和梅州市西部（9.62%）；珠三角、西翼和東翼分布面積占比基本一致，約為20.00%，集中分布在西翼茂名市西南部（15.53%）、東翼汕尾市南部（10.83%）和珠三角惠州市（8.02%）。三等、四等和五等地在整個糧食生產(chǎn)功能區(qū)均勻分布，各經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)面積占比相差較小。六等地集中分布在珠三角肇慶市（13.57%）、廣州市北部（8.10%）、東翼揭陽市（15.88%）和山區(qū)河源市東北部（18.69%）（表6、圖2）。

2.2.2有機(jī)質(zhì)含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)一級有機(jī)質(zhì)土壤在山區(qū)（80.62%）清遠(yuǎn)市東部（45.41%）和梅州市西部（26.52%）集中分布。二級有機(jī)質(zhì)土壤集中分布在山區(qū)（52.95%）清遠(yuǎn)市（28.84%）和梅州市西部（11.73%），珠三角（21.88%）肇慶市北部（8.71%）和江門東部（6.29%），西翼（10.97%）茂名市（8.36%），東翼（14.21%）汕尾市南部（8.25%）。三級有機(jī)質(zhì)土壤分布廣且較為均勻，山區(qū)清遠(yuǎn)市（13.97%），西翼茂名市西部（18.97%），東翼汕尾市（10.03%），珠三角肇慶市（9.59%）、惠州市（8.38%）和江門市（5.74%）均有分布。四級有機(jī)質(zhì)土壤集中分布在東翼（48.25%）汕尾市（23.85%）和揭陽市（15.22%），西翼（19.84%）湛江市中北部（9.54%）和茂名市南部（6.28%），珠三角（20.86%）惠州市中部（7.91%）、江門市西部（5.53%）和肇慶南部（5.07%）。五級和六級有機(jī)質(zhì)土壤分布極少（表7、圖3）。

表5 各地級市不同速效鉀級別耕地面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 5 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different available potassium levels in various municipalities

2.2.3有效磷含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)一級有效磷土壤分布集中性明顯，主要分布在山區(qū)（36.70%）清遠(yuǎn)市東部（28.80%），西翼（32.77%）茂名市西南部（30.26%），珠三角（20.94%）惠州市中部（7.45%）和廣州市南北部（6.14%）。二級有效磷土壤分布廣泛，但集中性依然顯著，集中出現(xiàn)在山區(qū)（36.50%）清遠(yuǎn)市（14.79%），梅州市西部（10.22%），東翼（22.47%）汕尾市（13.38%），珠三角（23.64%）肇慶市北部和南部（6.16%）、江門市中東部（6.50%）。三級有效磷土壤集中分布在東翼（30.08%）汕尾市（16.65%），珠三角（32.60%）肇慶市北部和南部（17.65%）、江門市中南部（9.31%），山區(qū)（26.01%）梅州市西部（7.54%）、清遠(yuǎn)北部和南部（7.20%）。四級有效磷土壤分布較少，主要集中在東翼（42.44%）汕尾市（22.46%）和揭陽市南部（10.77%），珠三角（34.07%）肇慶市局部地區(qū)（21.88%），山區(qū)（17.65%）梅州西北部（5.38%）和清遠(yuǎn)市（5.69%）。五級和六級有效磷土壤分布極少（表8、圖4）。

2.2.4速效鉀含量等級 廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)一級和二級速效鉀土壤分布極少，清遠(yuǎn)市和廣州市出現(xiàn)小范圍集中區(qū)域。三級速效鉀土壤分布較少，集中分布在清遠(yuǎn)市（8.98%）和梅州市西部（6.41%），汕尾市南部（22.97%），潮州市

（8.11%），汕頭市（6.86%）和揭陽市（1.62%）交界處。四級和五級速效鉀土壤在功能區(qū)內(nèi)廣泛分布，珠三角肇慶市中北部和南部、茂名市西南部和湛江市北部、山區(qū)清遠(yuǎn)市和梅州市西部為主要分布地。六級速效鉀土壤分布較少，在清遠(yuǎn)市東部（56.10%），汕尾市北部（7.08%）和揭陽市（7.08%）集中分布（表9、圖5）。

表6 不同地力等級耕地在各地級市面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 6 Statistical results of the proportions of cultivated land areas with different fertility levels in various municipalities

表7 不同級別有機(jī)質(zhì)在各地級市面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 7 Statistics results of the area proportions of different levels of organic matter in various municipalities

表8 不同級別有效磷在各地級市面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 8 Statistical results of the area proportions of different levels of available phosphorus in various municipalities

3 討論

3.1 耕地地力等級評價

作為土壤肥力質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量和健康質(zhì)量綜合反映的土壤質(zhì)量，土壤質(zhì)量的高低對于土壤維持生產(chǎn)力、環(huán)境凈化能力和保障動植物健康至關(guān)重要［13］。梁金明等［14］采用模糊數(shù)學(xué)法、特爾斐法、加乘法則和等距法將中山市耕地分為高產(chǎn)田（42.17%）、中產(chǎn)田（53.72%）和低產(chǎn)田（4.11%）；周飛等［13］利用主成分分析法的劃分結(jié)果與灰色關(guān)聯(lián)度法、模糊數(shù)學(xué)法、層次分析模型等方法基本一致；丁興民等［15］利用綜合指數(shù)法（IFI）和累積曲線分級法對青島市耕地地力進(jìn)行評價并將評價結(jié)果應(yīng)用于改良利用分區(qū)。本研究分析了廣東省及各個地級市糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)耕地地力等級的基本情況，未來可探索構(gòu)建耕地地力等級評價模型的不同方法對評價結(jié)果的影響，并將評價結(jié)果應(yīng)用于實踐反向檢測評價效果。

3.2 土壤養(yǎng)分空間分布

土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀）在土壤中的含量及其有效性是判斷土壤肥力的重要依據(jù)，其空間分布特征直接影響著區(qū)域土壤肥力的高低和農(nóng)業(yè)水平［16-17］。目前，空間信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)成熟，張宇軍等［18］利用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)方法描述了陜西省藍(lán)田縣北部黃土臺塬區(qū)土壤養(yǎng)分的變異特征，利用GIS繪制了土壤養(yǎng)分的空間變異分布圖；耿廣坡等［19］利用“3S”技術(shù)研究了不同地形因子對土壤養(yǎng)分空間分布的影響；趙業(yè)婷等［20］運(yùn)用GIS技術(shù)研究了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的空間變異性、影響因素等。本研究僅在耕地地力等級圖斑數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對廣東省及各地級市糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分的基本狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析，未來可以探索不同因素對土壤養(yǎng)分空間分布的影響。

表9 不同級別速效鉀在各地級市面積占比（%）統(tǒng)計結(jié)果Table 9 Statistical results of the area proportions of different levels of available potassium in various municipalities

4 結(jié)論

廣東省糧食生產(chǎn)功能區(qū)地力等級及土壤養(yǎng)分基本情況：耕地地力等級以三等、四等和二等為主，各經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)面積占比存在差異；二等耕地主要出現(xiàn)在山區(qū)、西翼茂名市、東翼汕尾市；三等至五等地均勻分布在糧食生產(chǎn)功能區(qū)。土壤有機(jī)質(zhì)級別以三級、二級和四級為主，其中二級集中分布在山區(qū)東部和西部、珠三角、西翼的西部；三級分布廣泛且均勻。土壤有效磷級別主要為二級、一級和三級，其中一級集中分布在清遠(yuǎn)市東部、茂名市西南部、惠州市中部和廣州市南北部；二級集中分布在清遠(yuǎn)市、汕尾市、揭陽市等地；三級則在汕尾市、揭陽市中南部、肇慶市北部和南部等地集中出現(xiàn)。土壤速效鉀級別主要為四級、五級和三級，其中三級在梅州市西部、汕尾市南部及潮州市、汕頭市和揭陽市交界處出現(xiàn)集中分布區(qū)域；四級和五級在清遠(yuǎn)市、肇慶市中北部和南部等地廣泛分布。