宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級評價及灌排能力對耕地質(zhì)量影響

汪甜甜，費坤，江文娟，馬中文，奎秀，馬友華*

宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級評價及灌排能力對耕地質(zhì)量影響

汪甜甜1，費坤1，江文娟1，馬中文1，奎秀2，馬友華1*

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，合肥 230036；2.宣州區(qū)種植業(yè)局，安徽 宣州 242000）

【】查清宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級與主要養(yǎng)分的空間分布特征，了解灌排能力對耕地質(zhì)量的影響，保護并提升耕地質(zhì)量。在GIS技術(shù)和縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)軟件支持下，利用層次分析法、Delphi法及模糊評價等方法對耕地質(zhì)量進行綜合性評價，并對等級結(jié)果、主要養(yǎng)分及灌排能力進行了分析。①宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級分為1～9個等級，平均等級為4.22等，其中高產(chǎn)田（1～3等級耕地）占全區(qū)耕地總面積的18.18%，主要分布在全區(qū)的北部及中部地區(qū)；中產(chǎn)田（4～6等級耕地）占全區(qū)耕地總面積的80.55%，在全區(qū)廣泛分布；低產(chǎn)田（7～9等級耕地）占耕地總面積的1.27%，集中分布在南部地區(qū)。②宣州區(qū)耕地土壤平均有機質(zhì)、有效磷和速效鉀量分別為24.4 g/kg、19.56 mg/kg和115 mg/kg，均處于中等水平。③宣州區(qū)北部平原地形比南部山區(qū)地形耕地的灌溉能力更好，高階地形比低階地形耕地的排水能力更好；灌排能力為“充分滿足”和“滿足”的耕地，質(zhì)量等級也普遍較高，集中在1～6等地，大多為高、中產(chǎn)田，而灌排能力為“基本滿足”和“不滿足”的耕地，質(zhì)量等級一般較低，集中在4～9等地，大多為中、低產(chǎn)田。宣州區(qū)耕地質(zhì)量平均等級為4.22等，北部相對于南部地區(qū)耕地灌排能力較好，質(zhì)量等級普遍較高，灌排能力對耕地質(zhì)量等級影響較大，可結(jié)合“高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)”項目來提高耕地灌排能力，提升耕地質(zhì)量。

耕地；耕地質(zhì)量；等級評價；灌排能力；宣州區(qū)

0 引言

【研究意義】耕地是重要的土地資源之一，耕地數(shù)量和質(zhì)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保障，也是社會發(fā)展穩(wěn)定和國家食品安全的保障[1]。然而近年來，我國耕地呈現(xiàn)數(shù)量持續(xù)下降、土壤質(zhì)量不斷退化的趨勢，“以質(zhì)量代替數(shù)量”成為了穩(wěn)定、有效發(fā)展耕地糧食生產(chǎn)的必由之路[2]，耕地質(zhì)量的保護和提升勢在必行。因此，開展區(qū)域內(nèi)科學(xué)的耕地質(zhì)量等級評價工作具有重要意義。

【研究進展】近年來，眾多國內(nèi)外學(xué)者進行關(guān)于耕地利用變化、耕地地力評價、耕地質(zhì)量管理應(yīng)用等方面的研究，隨著信息化發(fā)展以及“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不斷加深，在該領(lǐng)域的研究方法也不斷更新[3]，與專業(yè)模型和數(shù)學(xué)方法集成的GIS技術(shù)已成為土地評價的主要技術(shù)[4]。國內(nèi)研究中，胡德勇[5]利用VB和Map Object進行開發(fā)，構(gòu)建了耕地地力評價信息系統(tǒng)，將GIS技術(shù)與耕地分等定級成功進行融合；張月平等[6]應(yīng)用組件式GIS，開發(fā)了我國第一款耕地地力評價專用軟件《縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)》（簡稱CLRMIS）。國外研究中，美國提出的土地利用潛力分類系統(tǒng)基于土壤分類來分析土地資源，是全球首個較為全面的土地管理系統(tǒng)[3]；Luckman等[7]運用專家系統(tǒng)和GIS技術(shù)進行土地評價。

國內(nèi)外對于耕地質(zhì)量研究的內(nèi)容、評價體系等都日趨成熟，尤其我國已基本完成了縣域耕地地力評價工作。21世紀(jì)以來，國內(nèi)外對耕地質(zhì)量評價指標(biāo)的選取逐漸合理標(biāo)準(zhǔn)化，Murage等[8]研究發(fā)現(xiàn)肯尼亞地區(qū)主要采用糧食產(chǎn)量、土壤持水性及土壤耕性等指標(biāo)來評價耕地生產(chǎn)力；Rajesh等[9]研究評價城市周邊的耕地，利用了層次分析法，在GIS技術(shù)支持下，通過田間調(diào)查數(shù)據(jù)，將土地利用方式、土壤理化性狀等指標(biāo)進行綜合考慮；2016年，我國同時頒布了《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測與評價法》和《耕地質(zhì)量等級》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T33469—2016），將地形部位、耕層質(zhì)地、灌溉能力及排水能力等15個指標(biāo)確定為區(qū)域耕地質(zhì)量等級劃分指標(biāo)。在近些年研究中，眾多學(xué)者在進行耕地質(zhì)量評價時，把灌溉能力、排水能力作為農(nóng)田管理這一層次水平的表現(xiàn)[10]。馬瑞明等[11]在基于多層級指標(biāo)的省域耕地質(zhì)量評價體系構(gòu)建的研究中，選取灌溉保證率、排水條件等4項因子作為控制區(qū)工程條件的評價指標(biāo)；王琦琪等[12]在對東北黑土地保護評價指標(biāo)體系研究中，將農(nóng)田灌溉作為農(nóng)田管理的二級指標(biāo)參與土地評價。此外，李建軍等[13]通過研究近50年人工灌排技術(shù)進步對瑪納斯河流域耕地格局變化的影響，發(fā)現(xiàn)改善灌排條件可以顯著提高農(nóng)用地的利用率，并改變耕地的結(jié)構(gòu)與格局；李毅等[14]提出灌溉技術(shù)的發(fā)展能夠極大提高耕地灌溉水利用系數(shù)，改變農(nóng)田土壤理化性能的時空分布，對生態(tài)改善的作用明顯?！厩腥朦c】目前，對市縣級耕地質(zhì)量等級和主要土壤養(yǎng)分的空間變化特征的研究相對較少，對耕地質(zhì)量影響權(quán)重較大的評價指標(biāo)如灌溉能力、排水能力的研究也不夠深入，灌排能力與耕地質(zhì)量等級的具體關(guān)系還需要進一步分析。

安徽省宣城市宣州區(qū)地貌復(fù)雜，南部、中部及北部地區(qū)分別以平原、丘陵及山地為主，耕地質(zhì)量空間分布差異具有典型性，但整體抵御自然災(zāi)害能力低，多年易受澇災(zāi)，排水不暢，加上輪作制度不合理和施肥不當(dāng)?shù)挠绊懀斐赏恋赝嘶默F(xiàn)象嚴(yán)重。宣州區(qū)土壤培肥和耕地灌排能力提高的潛力巨大，從提高耕地基礎(chǔ)地力和耕地田間設(shè)施水平入手，實現(xiàn)耕地質(zhì)量的保護與提升?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以宣州區(qū)為研究區(qū)域，在開展耕地質(zhì)量評價基礎(chǔ)上，分析宣州區(qū)主要土壤養(yǎng)分分布情況、灌排能力與耕地質(zhì)量等級關(guān)系，旨在進一步科學(xué)地評價宣州區(qū)的耕地質(zhì)量，摸清不同區(qū)域土壤養(yǎng)分、灌排能力與耕地質(zhì)量等級差異情況，促進耕地生態(tài)保護與質(zhì)量提升，提高區(qū)域耕地資源的可持續(xù)發(fā)展利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

宣州區(qū)地處安徽省東南部，為宣城市下轄區(qū)，位于長江中下游平原和皖南山區(qū)的交界地帶，南部地區(qū)多有低山分布，中部地區(qū)丘陵連綿起伏，北部地區(qū)以圩區(qū)為主。

宣州區(qū)季風(fēng)氣候明顯，歷年年平均氣溫為15.9 ℃，平均相對濕度為78%；雨量充沛，年平均降水量為249.4 mm，降水量的年際變化較大；多年平均蒸發(fā)量為788.9 mm，蒸發(fā)量年內(nèi)分配不均，一般集中在5—8月。全區(qū)耕地總面積為88 190.31 hm2，糧食作物以水稻為主，耕地土壤共劃分為6類。宣州區(qū)轄區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，主要水系為水陽江水系、青弋江水系，境內(nèi)北部及東北部有南漪湖、固城湖部分水面。

農(nóng)田田間水分管理基本為灌排結(jié)合，灌溉時利用港河蓄水，水源有保障；排水時通過溝渠收集田間來水匯入港河、排入水陽江。骨干排水體系已整治過，能夠滿足排澇要求。但田間排灌溝渠多為土質(zhì)，水資源利用系數(shù)低，部分溝段坍塌嚴(yán)重，導(dǎo)致澇時排水不暢，田塊容易受淹；旱時水進不來，達到田塊末端的水量很少，影響農(nóng)作物生產(chǎn)。區(qū)域灌排能力可以從改善田間基礎(chǔ)設(shè)施、土地平整等方面來進行有效提高。

1.2 數(shù)據(jù)來源與評價數(shù)據(jù)庫建立

本研究用于評價的基礎(chǔ)資料包括第二次全國土壤普查的相關(guān)成果資料、測土配方施肥數(shù)據(jù)資料（資料來源于宣州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）、2020年主栽農(nóng)作物及年產(chǎn)量統(tǒng)計資料、歷年土壤養(yǎng)分監(jiān)測化驗資料以及區(qū)、鄉(xiāng)、村編碼表（資料來源于宣州區(qū)種植業(yè)局）等，矢量圖資料包括宣州區(qū)土壤圖、宣州區(qū)行政區(qū)劃圖、2018年宣州區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖（數(shù)據(jù)來源于宣州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局與國土與資源規(guī)劃局）等。根據(jù)立地條件、剖面性狀、耕層性質(zhì)、土壤養(yǎng)分、健康狀況和農(nóng)田水分管理等6個方面的調(diào)查內(nèi)容形成耕地質(zhì)量等級調(diào)查表，在全區(qū)范圍內(nèi)耕地均勻布設(shè)共計140個采樣點，并分指標(biāo)進行審核，檢查數(shù)據(jù)異常。

本研究于2020年10月開始進行，利用ArcMap 10.6軟件中的空間分析模塊的疊加求交工具將宣州區(qū)土壤圖、行政區(qū)劃圖及土地利用現(xiàn)狀圖三圖疊加生成耕地質(zhì)量評價單元圖，將宣州區(qū)耕地圖斑共劃分為44 052個評價單元。再對評價單元進行賦值計算，通過野外采集的樣點數(shù)據(jù)對pH值、有機質(zhì)等6個數(shù)值型指標(biāo)利用反距離權(quán)重法進行插值計算，與評價單元圖疊加后通過分區(qū)統(tǒng)計的方法賦值給評價單元；對地形部位、灌溉能力、排水能力等9個概念型指標(biāo)通過“空間連接”工具實現(xiàn)面狀化處理，采取以點帶面的方式進行賦值。利用縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)軟件，建立宣州區(qū)工作空間，對經(jīng)過插值處理和空間連接后的評價單元的屬性數(shù)據(jù)庫進行操作，得到包含評價得分與等級的耕地資源管理單元，導(dǎo)入ArcGIS軟件建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫。

1.3 研究方法

1.3.1 確定評價指標(biāo)體系

根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T33469—2016）中的耕地質(zhì)量區(qū)域劃分，宣州區(qū)在全國九大區(qū)中屬于長江中下游區(qū)。區(qū)域指標(biāo)體系和評價因子要根據(jù)對耕地質(zhì)量影響大、在區(qū)域內(nèi)變異大、在時間上相對穩(wěn)定等原則，結(jié)合宣州區(qū)土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際情況，從立地條件等6個方面選取了15個評價指標(biāo)（見表1）。

表1 宣州區(qū)耕地質(zhì)量評價因子及權(quán)重

1.3.2 確定評價因子權(quán)重與隸屬度

在耕地質(zhì)量評價中，根據(jù)各評價指標(biāo)對耕地地力的影響與貢獻大小來確定相應(yīng)的權(quán)重。確定權(quán)重的方法很多，本次評價中將專家調(diào)查法（Delphi）和層次分析法（AHP）2種方法結(jié)合起來。通過層次分析法建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)：目標(biāo)層（A層），準(zhǔn)則層（B層）和指標(biāo)層（C層）。經(jīng)過層次總排序和一致性檢驗，得到各評價因子的權(quán)重如表1，其中地形部位、有機質(zhì)、灌溉能力、耕層質(zhì)地、排水能力等評價因子的組合權(quán)重均在10%左右，對耕地質(zhì)量等級結(jié)果的影響相對較大。

表3 宣州區(qū)峰型耕地質(zhì)量評價指標(biāo)隸屬函數(shù)

表4 宣州區(qū)概念型耕地質(zhì)量評價指標(biāo)隸屬函數(shù)

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)基本原理和Delphi法[15-16]，對概念型數(shù)據(jù)采用Delphi法直接給出相應(yīng)的隸屬度；對數(shù)值型數(shù)據(jù)采用Delphi法與模糊數(shù)學(xué)基本原理結(jié)合的方法確定各評價指標(biāo)的隸屬函數(shù)（用Delphi法根據(jù)一組分布均勻的實測值評估出對應(yīng)的一組隸屬度，在計算機中繪制這兩組數(shù)值的散點圖，再根據(jù)散點圖進行曲線模擬，尋求評價指標(biāo)實際值與隸屬度關(guān)系方程，從而建立起隸屬函數(shù)）。最終確定3種參評指標(biāo)與耕地質(zhì)量關(guān)系的函數(shù)模型，分別為戒上型（有效土層厚度、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)）、峰型（體積質(zhì)量、pH值）、概念型（地形部位、農(nóng)田林網(wǎng)化、質(zhì)地構(gòu)型、障礙因素、耕層質(zhì)地、生物多樣性、清潔程度、灌溉能力、排水能力）隸屬函數(shù)。不同評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化過程及對應(yīng)的隸屬函數(shù)結(jié)果見表2—表4。

1.3.3 環(huán)境質(zhì)量分析與耕地質(zhì)量等級劃分

利用內(nèi)梅羅指數(shù)法，定義代碼塊公式“nml(“Cd”,“Hg”,“As”,“Pb”,“Cr”,“pH”, u“DLMC”)”，執(zhí)行代碼邏輯，判斷耕地清潔程度。同時結(jié)合耕地資源管理信息系統(tǒng)，在評價單元的數(shù)據(jù)庫中同時增加各評價指標(biāo)的隸屬度字段和綜合指數(shù)字段，通過累加法，用“=∑F×C”（為耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，F為第個評價指標(biāo)的隸屬度，C為第個評價指標(biāo)的組合權(quán)重）公式實現(xiàn)綜合指數(shù)自動賦值。最后，根據(jù)長江中下游區(qū)耕地質(zhì)量等級評價中所劃分的等級標(biāo)準(zhǔn)，采用累積頻率曲線法劃分耕地質(zhì)量評價等級[17]，將全區(qū)耕地質(zhì)量等級分為1～9級。宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表5 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級空間分布特征分析

2.1.1 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級整體分布

將宣州區(qū)工作空間中的耕地資源管理單元從縣域系統(tǒng)中導(dǎo)出為矢量格式，獲取各評價等級耕地的面積及空間分布情況。宣州區(qū)耕地總面積為88 190.31 hm2，全區(qū)耕地質(zhì)量等級評價結(jié)果為4.22等，各等級面積統(tǒng)計情況見表6。可見宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級面積分布呈偏正態(tài)分布趨勢。

表6 宣州區(qū)各等級耕地面積統(tǒng)計

高等質(zhì)量類型即高產(chǎn)田（1～3等級耕地），面積為16 030.37 hm2，占全區(qū)耕地面積的18.18%，主要分布在水陽鎮(zhèn)、楊柳鎮(zhèn)及寒亭鎮(zhèn)；中等質(zhì)量類型即中產(chǎn)田（4～6等級耕地）面積為71 041.30 hm2，占全區(qū)耕地總面積的80.55%，主要分布在洪林鎮(zhèn)、古泉鎮(zhèn)、沈村鎮(zhèn)及向陽街道辦事處，全區(qū)分布較為均勻；低等質(zhì)量類型即低產(chǎn)田（7～9等級耕地）面積為1 118.64 hm2，占耕地總面積的1.27%，主要分布在金壩街道辦事處與溪口鎮(zhèn)。

圖1 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級分布

2.1.2 宣州區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量等級空間分布

耕地質(zhì)量不僅會受到土壤在自然環(huán)境中變化的影響，還會受到人為耕作或利用等因素的影響，因而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質(zhì)量等級分布都有其自身區(qū)域特點，具體分布情況見圖1、表7。1等地在水陽鎮(zhèn)分布最多，2等地在楊柳鎮(zhèn)分布最多，3等地在黃渡鄉(xiāng)分布最多，4等地在洪林鎮(zhèn)分布最多，5等地在向陽街道辦事處分布最多，6等地在貍橋鎮(zhèn)分布最多，7等地在金壩街道辦事處分布最多，8等地、9等地分布在溪口鎮(zhèn)。從全區(qū)范圍來看，高產(chǎn)田主要分布在北部及中部平原與丘陵地區(qū)，中產(chǎn)田在全區(qū)廣泛分布，而低產(chǎn)田集中分布在南部山地地區(qū)。

表7 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布統(tǒng)計

2.1.3 宣州區(qū)不同土類耕地質(zhì)量等級分布特征

受土壤類型與性質(zhì)的影響，宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級在不同土類上的分布情況有所不同，具體分布情況見表8?？梢钥闯龊谏彝猎?等地中分布最多，占比54.19%；紅壤在4等地中分布最多，占比37.45%；黃褐土在6等地中分布最多，占比53.18%；黃棕壤在8等地分布最多，占比81.54%；水稻土在4等地中分布最多，占比48.88%；紫色土在4等地中分布最多，占比66.91%。由此可見，宣州區(qū)紅壤、水稻土和紫色土的耕地質(zhì)量較黑色石灰土、黃褐土和黃棕壤普遍要好。

2.2 宣州區(qū)耕地主要養(yǎng)分空間分布特征分析

2.2.1 宣州區(qū)耕地不同養(yǎng)分的空間分布特征

據(jù)宣州區(qū)土肥部門耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全區(qū)耕地土壤平均有機質(zhì)量為24.4 g/kg，屬于中等水平。全區(qū)大部分耕地土壤有機質(zhì)的豐缺度為“中”和“較高”水平，分別占總耕地面積的52.05%和43.90%，無“低”水平的耕地（圖2、表9）。從全區(qū)范圍來看，有機質(zhì)量大于35 g/kg屬于“高”水平的耕地主要分布在孫埠鎮(zhèn)，有機質(zhì)量在25～35 g/kg之間屬于“較高”水平的耕地主要分布在中部、西南和東南部地區(qū)，有機質(zhì)量在15～25 g/kg之間屬于“中”水平的耕地在全區(qū)均勻分布，而有機質(zhì)量在10～15 g/kg之間屬于“較低”水平的耕地在金壩街道辦事處、貍橋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有零星分布。

宣州區(qū)耕層土壤平均有效磷量為19.56 mg/kg，屬于中等水平。全區(qū)耕層土壤有效磷大部分處于中等至較高水平，分別占總耕地面積的47.03%和46.45%（圖3、表9）。從全區(qū)范圍來看，有效磷量大于40 mg/kg屬于“高”水平的耕地主要分布在黃渡鄉(xiāng)，有效磷量在20～40 mg/kg之間屬于“較高”水平和在10～20 mg/kg之間屬于“中”水平的耕地在全區(qū)均有分布，有效磷量在5～10 mg/kg之間屬于“較低”水平和小于5 mg/kg屬于“低”水平的耕地主要分布在沈村鎮(zhèn)、金壩街道辦事處等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

宣州區(qū)耕層土壤平均速效鉀量為115 mg/kg，大部分處于中等水平，占總耕地面積的58.93%（圖4、表9）。從全區(qū)范圍來看，速效鉀量大于200 mg/kg屬于“高”水平的耕地主要在寒亭鎮(zhèn)，速效鉀量在150～200 mg/kg之間屬于“較高”水平的耕地在古泉鎮(zhèn)、楊柳鎮(zhèn)等多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)有少許分布，速效鉀量在100～150 mg/kg之間屬于“中”水平和在50～100 mg/kg之間屬于“較低”水平的耕地在全區(qū)均有分布，速效鉀量小于50 mg/kg屬于“低”水平的極少量耕地主要集中分布在黃渡鄉(xiāng)。

表8 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級在不同土類上的分布統(tǒng)計

圖2 宣州區(qū)耕地土壤有機質(zhì)量分布圖

圖3 宣州區(qū)耕地土壤有效磷量分布圖

表9 宣州區(qū)耕地土壤主要養(yǎng)分平均量及豐缺度情況

圖4 宣州區(qū)耕地土壤速效鉀量分布圖

表10 宣州區(qū)不同等級耕地主要養(yǎng)分平均量與豐缺度

2.2.2 宣州區(qū)不同等級耕地養(yǎng)分分布情況

不同等級耕地的養(yǎng)分量有所差異，宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級從1～9等地逐級下降，養(yǎng)分量也基本呈逐漸下降趨勢（表10）。從全區(qū)來看，2～4等地的有機質(zhì)量處于較高水平，5～8等地的有機質(zhì)量處于中等水平，9等地的有機質(zhì)量處于較低水平；2～4等地的有效磷量處于較高水平，5～9等地的有效磷量處于中等水平；2～9等地的速效鉀量均處于中等水平。1等地的養(yǎng)分量與2～4等地相比較低，但其他指標(biāo)如灌溉能力、排水能力都達到了“充分滿足”類別，因而綜合評價得分最高。

2.3 宣州區(qū)灌排能力對耕地質(zhì)量等級影響分析

在宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級評價選取的15個評價因子中，灌排能力、排水能力的組合權(quán)重分別占比13.77%、6.48%，對耕地質(zhì)量等級評價的影響相對較大。灌排能力包括灌溉能力和排水能力，下文分別對二者進行空間分布與等級關(guān)系分析。

2.3.1 宣州區(qū)耕地灌排能力的空間分布特征

從全區(qū)來看（圖5、表11），灌溉能力為“充分滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的12.21%，在平原中階地形分布最多，主要分布在水陽鎮(zhèn)、五星鄉(xiāng)和朱橋鎮(zhèn)；灌溉能力為“滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的85.61%，在平原中階地形分布最多，主要分布在北部及東西部地區(qū)；灌溉能力為“基本滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的1.95%，在山地坡下地形分布最多，主要分布在偏南部的水東鎮(zhèn)和溪口鎮(zhèn)；灌溉能力為“不滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的0.23%，在山地坡下地形分布最多，主要分布在南部的溪口鎮(zhèn)?？梢钥闯觯喔饶芰υ谌珔^(qū)北部及中部等平原和丘陵地區(qū)多為“充分滿足”和“滿足”類別，該區(qū)域的耕地質(zhì)量等級在1～6等地之間，而在南部等山地地區(qū)多為“基本滿足”和“不滿足”類別，耕地質(zhì)量等級大多在5～9等地之間。

從全區(qū)看（圖6、表11），排水能力為“充分滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的2.28%，在平原高階地形分布最多，主要分布在水陽鎮(zhèn)；排水能力為“滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的73.60%，在平原中階地形分布最多，分布于全區(qū)大部分區(qū)域；排水能力為“基本滿足”的耕地占全區(qū)耕地面積的24.12%，在平原中階地形分布最多，主要分布在養(yǎng)賢鄉(xiāng)、五星鄉(xiāng)和向陽街道辦事處；無排水能力為“不滿足”的耕地?？梢钥闯?，在平原地區(qū)，高階地形比低階地形更有利于排水，耕地的排水能力更好，耕地質(zhì)量等級也相對更高。

圖5 宣州區(qū)耕地灌溉能力分布

圖6 宣州區(qū)耕地排水能力分布

表11 不同地形部位灌溉能力、排水能力情況

圖7 灌溉能力與耕地質(zhì)量等級關(guān)系

2.3.2 耕地灌排能力與耕地質(zhì)量等級關(guān)系分析

不同耕地質(zhì)量等級灌溉能力、排水能力分布情況見圖7、圖8。灌溉能力為“充分滿足”類別的耕地，質(zhì)量等級為1～5等地之間，耕地為高、中產(chǎn)田；灌溉能力為“滿足”類別的耕地，在全區(qū)覆蓋范圍最廣，質(zhì)量等級為1～7等地之間，耕地大多為中產(chǎn)田；灌溉能力為“基本滿足”的耕地，質(zhì)量等級為4～9等地之間，中產(chǎn)田占比最多，低產(chǎn)田有少量分布；灌溉能力為“不滿足”類別的耕地，質(zhì)量等級為6～8等地之間，耕地絕大多數(shù)為低產(chǎn)田。

圖8 排水能力與耕地質(zhì)量等級關(guān)系

排水能力為“充分滿足”類別的耕地，質(zhì)量等級為1～5等地之間，耕地絕大多數(shù)為高產(chǎn)田；排水能力為“滿足”類別的耕地，在全區(qū)覆蓋范圍最廣，耕地絕大多數(shù)為中產(chǎn)田，其中4等地面積最多；排水能力為“基本滿足”類別的耕地，質(zhì)量等級為2～6等地之間，耕地大多數(shù)也為中產(chǎn)田。

比較灌溉能力、排水能力與耕地質(zhì)量等級的關(guān)系（表12），可以看出，灌排能力為“充分滿足”和“滿足”的耕地，質(zhì)量等級也普遍較高，集中在1～6等地，大多為高、中產(chǎn)田；而灌排能力為“基本滿足”和“不滿足”的耕地，質(zhì)量等級一般較低，集中在4～9等地，大多為中、低產(chǎn)田。灌排能力較好的耕地，蓄水保水能力強，土地相對平整，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和利用的潛力更大，耕地質(zhì)量也相對較好。

表12 不同耕地質(zhì)量等級灌溉能力、排水能力情況

3 宣州區(qū)耕地質(zhì)量提升措施

根據(jù)宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級評價結(jié)果，在全區(qū)耕地9個等級中，1～3等地是宣州區(qū)耕地質(zhì)量較優(yōu)的土壤，常年基礎(chǔ)糧食產(chǎn)量10 500～15 000 kg/hm2，生產(chǎn)能力高；4～6等地是宣州區(qū)糧食中產(chǎn)區(qū)域，適合農(nóng)作物的生長，常年基礎(chǔ)糧食產(chǎn)量6 000～10 500 kg/hm2；7～9等地即宣州區(qū)糧食低產(chǎn)區(qū)域，適種性差，產(chǎn)量水平低，常年基礎(chǔ)糧食產(chǎn)量1 500～6 000 kg/hm2。針對宣州區(qū)耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，結(jié)合不同養(yǎng)分的空間分布特征與灌排能力對耕地質(zhì)量的影響，建議通過土地整治、改善灌排條件等措施來保護與提升中、低產(chǎn)田耕地質(zhì)量[18]。

3.1 中產(chǎn)田改良與耕地質(zhì)量提升措施

宣州區(qū)中產(chǎn)田（4～6等地）主要分布在洪林鎮(zhèn)、古泉鎮(zhèn)、沈村鎮(zhèn)及向陽街道辦事處，全區(qū)分布較為均勻，分布區(qū)域地形主要是丘陵中部、平原中階，其次是丘陵下部及山地坡下區(qū)域。土層較深厚，土壤養(yǎng)分處于中等至較高水平，平均有機質(zhì)量為23.2 g/kg，平均有效磷量為17.96 mg/kg，平均速效鉀量為111 mg/kg，比較適合農(nóng)作物的生長，土壤pH值呈酸性。灌排條件較好，絕大部分耕地灌溉能力、排水能力均為“滿足”類別。耕地質(zhì)量提升重點在于改善酸性土壤，土壤培肥及肥料增效。

主要耕地質(zhì)量提升措施：①改良酸化土壤。合理布置農(nóng)作物品種布局，在酸性土壤上種植抗酸性較強的作物品種，如青椒、菠菜等；建設(shè)農(nóng)家肥堆漚池，增施有機肥；使用土壤改良劑，如石灰和生物質(zhì)炭等。②采用側(cè)深施肥技術(shù)。結(jié)合農(nóng)機農(nóng)藝，推廣應(yīng)用水稻側(cè)深施肥、小麥種肥同播技術(shù)，提升肥料利用率。③推進化肥減量增效。分級分區(qū)分類推進科學(xué)施肥，通過高效緩釋肥、大量元素水溶肥等新型肥料的推廣應(yīng)用，建立地力培肥、化肥減量增效技術(shù)集成示范片，促進化肥減施增效多元化。④實施綠肥種植、秸稈還田。利用“稻-綠肥”休耕輪作等模式推廣綠肥種植，提高土壤微生物以及土壤酶類的活性，培肥地力。實施水稻、小麥秸稈全量還田，保持土壤疏松，促進土壤作物根系的生長。秸稈還田同時配套秸稈粉碎還田技術(shù)，當(dāng)秸稈還田量過大時，增施15 kg/hm2秸稈腐熟劑和45～75 kg/hm2尿素，加速秸稈腐解，提升秸稈還田效果。

3.2 低產(chǎn)田改良與耕地質(zhì)量提升措施

宣州區(qū)低產(chǎn)田（7～9等地）主要分布在金壩街道辦事處及溪口鎮(zhèn)，地貌類型主要是山地和丘陵，地形起伏度較大，耕地面積較少?？傮w上來說耕地適種性差，產(chǎn)量水平低，土層較淺，障礙層位高，還原物質(zhì)多，有效養(yǎng)分量稍許偏低，平均有機質(zhì)量為18.3 g/kg，平均有效磷量為16.97 mg/kg，平均速效鉀量為114 mg/kg；耕地的可耕性較差，水利設(shè)施條件落后，旱地有輕至中度水土流失，沖壟水田土性冷，灌溉能力大部分為“滿足”、“基本滿足”及“不滿足”類別，排水能力為“滿足”類別。耕地質(zhì)量提升重點在于提高土壤養(yǎng)分和灌排能力，改善障礙因素。

主要耕地質(zhì)量提升措施：①施有機肥。針對耕作質(zhì)量較差、較貧瘠的土壤，如金壩街道辦事處、黃渡鄉(xiāng)部分耕地，加量施入有機肥，改良土壤結(jié)構(gòu)及耕性。②改善灌排設(shè)施。灌溉、排水設(shè)施配套是“高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)”項目的必要內(nèi)容，也是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征的判別指標(biāo)[19-20]，因此可結(jié)合該建設(shè)項目，對灌排設(shè)施簡陋的耕地，如溪口鎮(zhèn)部分耕地，采取水肥一體化技術(shù)、建設(shè)溝渠、水池水窖等措施，改進地面灌溉技術(shù)，對大棚西瓜、葡萄等覆膜作物積極發(fā)展膜下滴灌技術(shù)，改善灌溉和排水條件，完善農(nóng)田水利設(shè)施。③實行水旱輪作。耕地土壤實行水旱輪作，調(diào)整復(fù)種方式，如稻-稻改為稻-油、稻-麥；改進栽培技術(shù)，改善土壤耕性和理化性狀。④實施土壤改良技術(shù)，配合機械改土、耕地深耕深松技術(shù)以改善酸化土壤和障礙層土壤，實施抗旱保墑耕作制度；在山區(qū)，如溪口鎮(zhèn)與新田鎮(zhèn)部分耕地，聚土改土加厚土層，促進根際微生物活動，提高保水保肥能力，提升土壤養(yǎng)分。

4 結(jié)論

1）宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級分為1～9個等級，平均等級為4.22等，其中高產(chǎn)田（1～3等級耕地）面積為16 030.37 hm2，占全區(qū)耕地面積的18.18%，主要分布在全區(qū)的北部及中部地區(qū)，如水陽鎮(zhèn)、楊柳鎮(zhèn)及寒亭鎮(zhèn)；中產(chǎn)田（4～6等級耕地）面積為71 041.30 hm2，占全區(qū)耕地總面積的80.55%，在全區(qū)廣泛分布；低產(chǎn)田（7～9等級耕地）面積為1 118.64 hm2，占耕地總面積的1.27%，集中分布在南部地區(qū)，如金壩街道辦事處與溪口鎮(zhèn)。紅壤、水稻土和紫色土的耕地質(zhì)量等級較黑色石灰土、黃褐土和黃棕壤普遍要高。

2）宣州區(qū)耕地土壤平均有機質(zhì)、有效磷和速效鉀量分別為24.4 g/kg、19.56 mg/kg和115 mg/kg，均處于中等水平。耕地質(zhì)量等級較高的耕地，其土壤主要養(yǎng)分量也普遍較高。

3）宣州區(qū)平原和丘陵地區(qū)耕地的灌溉能力比山地地區(qū)普遍要好，耕地質(zhì)量等級也更高；平原高階地形比低階地形更有利于排水，耕地的排水能力更好，耕地質(zhì)量等級也更高。灌排能力為“充分滿足”和“滿足”的耕地，質(zhì)量等級也普遍較高，集中在1～6等地，大多為高、中產(chǎn)田；而灌排能力為“基本滿足”和“不滿足”的耕地，質(zhì)量等級一般較低，集中在4～9等地，大多為中、低產(chǎn)田。

4）宣州區(qū)大部分耕地為3～5等地，土壤主要養(yǎng)分均處于中等水平；低產(chǎn)田主要集中在南部山區(qū)，土壤主要養(yǎng)分處于中等偏下水平，耕地灌排能力不足。中低產(chǎn)田耕地質(zhì)量保護和提升的重點是通過農(nóng)作物合理布局和水旱輪作等措施來改良酸性土壤，耕地深翻以改善障礙層，土壤培肥及肥料增效，同時需要結(jié)合“高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田”建設(shè)等項目，改善灌排設(shè)施，提高灌排能力，以促進宣州區(qū)耕地資源的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 姜廣輝, 趙婷婷, 段增強, 等. 北京山區(qū)耕地質(zhì)量變化及未來趨勢模擬[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2010, 26(10): 304-311.

JIANG Guanghui, ZHAO Tingting, DUAN Zengqiang, et al. Simulation of cultivated land quality change and future trend in mountainous areas of Beijing[J]. Journal of Agricultural Engineering, 2010, 26 (10): 304-311.

[2] 張晉科, 張風(fēng)榮, 張琳, 等. 中國耕地的糧食生產(chǎn)能力與糧食產(chǎn)量對比研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(11): 2 278-2 285.

ZHANG Jinke, ZHANG Fengrong, ZHANG Lin, et al. Comparative study on grain production capacity and grain yield of cultivated land in China[J].China Agricultural Science, 2006,39 (11): 2 278-2 285.

[3] 秦方錦, 王飛, 翁穎, 等. 地理信息系統(tǒng)在耕地質(zhì)量管理中的應(yīng)用概述[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 58(8): 1 452-1 455.

QIN Fangjin, WANG Fei, WENG Ying, et al. Overview of GIS application in cultivated land quality management[J]. Zhejiang Agricultural Science, 2017,58 (8): 1 452-1 455.

[4] WANG Y L, ZHAO Y G, GUO M, et al. Evaluation of Farmland Productivity Based on GIS and Fuzzy Mathematics Theory at County Level[J]. Soils, 2010, 42(1): 131-135.

[5] 胡德勇. 基于組件式GIS的耕地地力評價信息系統(tǒng)研[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2004.

HU Deyong. Research on cultivated land fertility evaluation information system based on Component GIS[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2004.

[6] 張月平, 張炳寧, 田有國, 等. 縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J]. 土壤通報, 2013, 44(6): 1 308-1 313.

ZHANG Yueping, ZHANG bingning, TIAN Youguo, et al. Development and application of County Cultivated Land Resource Management Information System[J]. Soil Bulletin, 2013, 44(6): 1 308-1 313.

[7] LUCKMAN P G, JESSEN M R, GIBB R G. Use of expert systems and GIS in land evaluation[J]. New Zealand Geographer, 1990, 46(1): 15-20.

[8] MURAGE E W, KARANJA N K, SMITHSON P C, et al. Diagnostic indicators of soil quality in productive and non-productive small holders fields of Kenya Central Highlands[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2000, 79: 1-8.

[9] RAJESH B T, YUJI M. Land evaluation for peri-urban agriculture using analytical hierarchical process and geographic information system techniques: A case study of Hanoi[J]. Land Use Policy, 2008(25): 225-239.

[10] 張立江, 汪景寬, 裴久渤, 等. 東北典型黑土區(qū)耕地地力評價與障礙因素診斷[J]. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2017, 38(1): 110-117.

ZHANG Lijiang, WANG jingkuan, PEI Jiubo, et al. Cultivated land fertility evaluation and obstacle factor diagnosis in typical black soil area of Northeast China[J]. China Agricultural Resources and Zoning, 2017, 38(1): 110-117.

[11] 馬瑞明, 馬仁會, 韓冬梅, 等. 基于多層級指標(biāo)的省域耕地質(zhì)量評價體系構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2018, 34(16): 249-257.

MA Ruiming, MA Renhui, HAN Dongmei, et al. Construction of provincial cultivated land quality evaluation system based on multi-level indicators[J]. Journal of Agricultural Engineering, 2018,34 (16): 249-257.

[12] 王琦琪, 陳印軍, 李然嫣. 東北黑土地保護評價指標(biāo)體系研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2018, 34(2): 42-47.

WANG Qiqi, CHEN Yinjun, LI Ranyan. Study on evaluation index system of black land protection in Northeast China[J]. China Agronomy Bulletin, 2018, 34(2): 42-47.

[13] 李建軍, 羅格平, 丁建麗, 等. 近50 a人工灌排技術(shù)進步對瑪納斯河流域耕地格局變化的影響[J]. 自然資源學(xué)報, 2016, 31(4): 570-580.

LI Jianjun, LUO Geping, DING Jianli, et al. Impact of artificial irrigation and drainage technology progress on cultivated land pattern change in Manas River Basin in recent 50 years[J]. Journal of Natural Resources, 2016, 31(4): 570-580.

[14] 李毅, 王文焰, 王全九. 論膜下滴灌技術(shù)在干旱-半干旱區(qū)節(jié)水抑鹽灌溉中的應(yīng)用[J]. 節(jié)水灌溉, 2001, 20(2): 42-46.

LI Yi, WANG Wenyan, WANG Quanjiu. On the application of drip irrigation under film in water-saving and salt suppression irrigation in arid and semi-arid areas[J]. Water Saving Irrigation, 2001, 20(2): 42-46.

[15] 張智, 任意, 魯劍巍, 等. 長江中游農(nóng)田土壤微量養(yǎng)分空間分布特征[J]. 土壤學(xué)報, 2016, 53(6): 1 489-1 496.

ZHANG Zhi, REN Yi, LU Jianwei, et al. Spatial distribution characteristics of farmland soil micronutrients in the middle reaches of the Yangtze River[J]. Journal of Soil, 2016, 53(6): 1 489-1 496.

[16] 王良杰, 趙玉國, 郭敏, 等. 基于GIS與模糊數(shù)學(xué)的縣級耕地地力質(zhì)量評價研究[J]. 土壤, 2010, 42(1): 131-135.

WANG Liangjie, ZHAO Yuguo, GUO min, et al. Study on fertility quality evaluation of county-level cultivated land based on GIS and fuzzy mathematics[J]. Soil, 2010, 42(1): 131-135.

[17] 張孟容, 畢如田, 趙建民, 等. 基于分區(qū)決策樹的省級耕地地力評價：以山西省為例[J]. 土壤通報, 2016, 47(3): 580-587.

ZHANG Mengrong, BI Rutian, ZHAO Jianmin, et al. Evaluation of provincial cultivated land fertility based on zoning decision tree—Taking Shanxi Province as an example[J]. Soil Bulletin, 2016,47 (3): 580-587.

[18] 曲航. 土地整治對沿黃生態(tài)保護與可持續(xù)發(fā)展影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2020, 39(S1): 62-64.

QU Hang. Impact of land regulation on ecological protection and sustainable development along the Yellow River[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(S1): 62-64.

[19] 李少帥, 鄖文聚, 張燕, 等. 基于空間分異的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2020, 36(6): 253-261.

LI Shaoshuai, YUN Wenju, ZHANG Yan, et al. Design and implementation of spatial feature discrimination system for high standard farmland construction based on spatial differentiation[J]. Journal of Agricultural Engineering, 2020, 36(6): 253-261.

[20] 吳政文, 張秋玲, 李文會, 等. 基于生態(tài)視角下高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的實踐研究：以蘇州市通安鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)田建設(shè)為例[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 59(S1): 476-479, 483.

WU Zhengwen, ZHANG Qiuling, Li Wenhui, et al. Practical research on high standard farmland construction from an ecological perspective—Taking the ecological farmland construction in Tong'an Town, Suzhou as an example[J]. Hubei Agricultural Science, 2020, 59(S1): 476-479, 483.

Soil Quality Classification and the Impact of Irrigation and Drainage in the Region of Xuanzhou in Anhui Province

WANG Tiantian1, FEI Kun1, JIANG Wenjuan1, MA Zhongwen1, KUI Xiu2, MA Youhua1*

(1. Key Laboratory of farmland ecological conservation and pollution prevention and control of Anhui Province,College of resources and environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2.Xuanzhou District Bureau of planting, Xuanzhou 242000, China)

【】The purpose of this paper is to present a method to clarify soil quality and analyze the impact of irrigation and drainage on it.【】We took the region of Xuanzhou as an example. Sizes and soil quality of agricultural lands at county scale in the region were analyzed using GIS. The soil quality was evaluated using the analytic hierarchy process, Delphi and fuzzy evaluation methods.【】①Soil quality in the studied region was divided into nine grades, with the average grading over the whole region being 4.22. Among them, high-yield farmland with grades of 1～3 accounted for 18.18% of the total cultivated land, and was distributed mainly in the north and center of the region. Moderate-yield farmland associated with 4～6 soil grades accounted for 80.55% of the total cultivated land, and was distributed in all counties across the region. Low-yield land associated with 7～9 grade accounted for 1.27% of the total land, found mainly in the south of the region. ② The average soil organic matter content, available phosphorus and potassium in the region were 24.4 g/kg, 19.56 mg/kg and 115 mg/kg, respectively. The main nutrient contents in grading 1～3 soils were higher than those in other soils. ③Irrigation facility in the north of the region is better than that in the south, while the drainage facility in the high-terrain areas is better than that in the low-terrain areas. Areas with satisfied or fully-satisfied irrigation and drainage systems are associated with soils with grades of 1～6, giving middle-high crop yield, while areas with less-satisfied and unsatisfied irrigation and drainage facilities have low soil quality with grades of 4～9, giving rise to low-moderate crop yield.【】The average soil quality grading in Xuanzhou District was 4.22, and was affected by irrigation and drainage facilities. Constructing high-standard farmland thus needs to consider improving irrigation and drainage facilities.

cultivated land; soil quality; soil quality classification; irrigation and drainage; Xuanzhou District

S157

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021126

汪甜甜, 費坤, 江文娟, 等. 宣州區(qū)耕地質(zhì)量等級評價及灌排能力對耕地質(zhì)量影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(11): 79-89.

WANG Tiantian, FEI Kun, JIANG Wenjuan, et al. Soil Quality Classification and the Impact of Irrigation and Drainage in the Region of Xuanzhou in Anhui Province[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(11): 79-89.

2021-04-06

安徽省教育廳高校協(xié)同創(chuàng)新項目（GXXT-2019-047）；（202003a06020002）；耕地質(zhì)量保護專項-國家耕地質(zhì)量監(jiān)測（21190017）

汪甜甜（1996-），女。碩士研究生，主要從事資源環(huán)境與信息技術(shù)研究。E-mail: 573591369@qq.com

馬友華（1962-），男。教授，博士，主要從事耕地質(zhì)量與土壤修復(fù)研究。E-mail: yhma2020@qq.com

責(zé)任編輯：韓洋