合肥市農(nóng)田土壤質(zhì)地空間特征分析與耕地質(zhì)量提升

桂 苗，汪甜甜，馬友華

（1合肥市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)服務(wù)管理總站，合肥 230091；2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036）

0 引言

耕地是支撐社會發(fā)展的重要資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中糧食作物的生產(chǎn)基礎(chǔ)，是保障國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)[1-2]，耕地質(zhì)量關(guān)系到社會持續(xù)健康發(fā)展和人民物質(zhì)生活需要[3]，而土壤質(zhì)地則是評價耕地質(zhì)量等級情況的重要指標(biāo)之一[4-5]。土壤質(zhì)地是一種十分穩(wěn)定和基礎(chǔ)的土壤自然和物理屬性，它影響著土壤的通氣透水性和保水保肥性，決定著諸多土壤理化行為與理化性質(zhì)[6]，而土壤剖面構(gòu)型是影響土壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力的重要因子，對平原地區(qū)來說尤其重要[7]。良好的土體剖面構(gòu)型是土壤肥力的基礎(chǔ)，而土壤質(zhì)地則是影響土體剖面構(gòu)型的物質(zhì)基礎(chǔ)[8]。因此，摸清區(qū)域的耕地耕層質(zhì)地與土壤質(zhì)地構(gòu)型，對有效開展區(qū)域耕地質(zhì)量等級評價工作，掌握耕地質(zhì)量動態(tài)，合理利用耕地資源，提升耕地綜合生產(chǎn)能力具有重要意義。

國內(nèi)外眾多學(xué)者早已關(guān)注到不同地區(qū)的質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型的具體特征，并分析兩者對土壤養(yǎng)分空間分異和土壤肥力的影響。早在1978年，陳恩鳳[9]就指出土體構(gòu)型直接影響土壤的水肥氣熱狀況，是土壤肥力研究的重要部分。Dobos等[10]也指出土壤剖面觀測是野外觀測到的是土壤最確定的信息。余學(xué)祥等[11]分析研究了安慶市耕地土壤質(zhì)地概況及其對土壤肥力的影響，為當(dāng)?shù)胤N植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和配方施肥提供了科學(xué)依據(jù)。史惠蘭等[12]分析了高寒草地土壤質(zhì)地差異，以及不同質(zhì)地對土壤養(yǎng)分空間分異特征的影響，為青海省高寒草地資源的合理利用、退化草地的恢復(fù)與重建提供理論支持。顏春起[13]指出三江平原土壤的水分特性和作物根系的發(fā)育和深度與土體構(gòu)型有密切關(guān)系。趙霞、檀滿枝等[14-15]指出土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對玉米、小麥等作物的產(chǎn)量存在顯著影響。但目前對區(qū)域內(nèi)的不同土壤類型的耕地耕層質(zhì)地及質(zhì)地構(gòu)型的研究相對較少，需要進(jìn)一步研究區(qū)域耕地土壤的利用和施肥指導(dǎo)措施。

合肥市屬于皖江城市帶核心城市，是沿海的腹地與內(nèi)地的前沿[16]。合肥市地處江淮之間，土壤發(fā)育具有差異性，各縣區(qū)耕地土壤成土母質(zhì)以下蜀黃土、湖積物、河流沖積物以及殘積、坡積物為主，另外也包括各種巖類風(fēng)化物、堆積物等母質(zhì)，且不同地區(qū)成土母質(zhì)經(jīng)搬運堆積的程度不同，造成全市土壤類型與耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型種類相對豐富且較為典型。由下蜀黃土發(fā)育來的土壤質(zhì)地較為粘重，粘盤層質(zhì)地構(gòu)型也對耕地質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。通過分析合肥市耕地耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型的情況，能夠進(jìn)一步了解區(qū)域土壤與耕地本身狀況，并根據(jù)不同質(zhì)地的土壤提出針對性改良意見，有利于合肥市耕地資源得到合理的利用與保護(hù)，并為其他地區(qū)類似耕層質(zhì)地土壤的培肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

合肥市地處中國華東地區(qū)、江淮之間，環(huán)抱巢湖，位于安徽省中部，境內(nèi)有丘陵崗地、低山殘丘、低洼平原3種地貌。合肥市地處中緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，氣候溫和，雨量適中。年均氣溫15.7℃，年均降水量約1000 mm，年日照時間約2000 h，年均無霜期228天，平均相對濕度為77%。合肥市地表水系較為發(fā)達(dá)，以江淮分水嶺為界，嶺北為淮河水系，嶺南為長江水系，境內(nèi)巢湖是中國五大淡水湖之一。合肥市耕地土壤以水稻土、黃棕壤、黃褐土為主要類型，約占全部土壤類型的94%，其余為石灰（巖）土、紫色土、潮土和砂姜黑土。土壤類型計為7個土類、16個亞類、103個土種。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究用于分析的基礎(chǔ)資料包括第二次全國土壤普查的相關(guān)成果資料、2018—2020年合肥市耕地質(zhì)量監(jiān)測點數(shù)據(jù)等，矢量圖資料包括合肥市土壤圖、2018年合肥市行政區(qū)劃圖、2018年合肥市土地利用現(xiàn)狀圖等。根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)布點密度原則，333～667 hm2布設(shè)一個采樣點，本次在全市范圍內(nèi)耕地均勻布設(shè)共計547個采樣點。本研究于2020年10月—2021年3月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)合肥市耕地質(zhì)量監(jiān)測點數(shù)據(jù)與《耕地質(zhì)量等級》中指標(biāo)選取原則，將547條采樣點數(shù)據(jù)生成耕地質(zhì)量調(diào)查表，對耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型等概念型數(shù)據(jù)通過ArcMap 10.6軟件中“空間連接”工具實現(xiàn)面狀化處理，將其屬性賦值給每個耕地圖斑。通過圖件的疊置和檢索以及小圖斑的合并，將合肥市耕地質(zhì)量劃分為168555個評價單元。通過檢索查閱合肥市各縣區(qū)《土壤志》，并參考專家實地經(jīng)驗，歸類出各縣區(qū)土壤質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型類型。

2 合肥市耕地耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型分析

2.1 合肥市耕地耕層質(zhì)地分析

耕層質(zhì)地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合狀況，是土壤基本的物理性質(zhì)之一。土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系，影響著土壤的利用與改良。從全市情況看，合肥市耕地耕層質(zhì)地共有黏土、輕壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6種類型（表1）。耕層質(zhì)地為中壤的面積最大，為203536.81 hm2，占全市耕地面積的39.89%；其次是重壤和砂壤，面積分別為186370.17、51111.95 hm2，分別占全市耕地面積的36.53%、10.02%；面積最小的是砂土，為64.78 hm2，占全市耕地面積的0.01%。合肥市潮土、黃褐土、黃棕壤和砂姜黑土均以中壤質(zhì)地為主，石灰（巖）土和紫色土以輕壤質(zhì)地為主，水稻土則以重壤質(zhì)地為主?？梢钥闯?，合肥市大部分土壤類型的耕層質(zhì)地情況較好，耕地的通透氣較好，有利于通氣、透水、保水、增溫和養(yǎng)分分解。

表1 合肥市不同土壤類型的耕層質(zhì)地面積分布情況表 hm2

合肥市各縣區(qū)的耕層質(zhì)地分布也存在差異（圖1、表2），其中黏土分布最多的縣區(qū)是長豐縣，面積為25369.17 hm2，占其縣區(qū)面積的22.86%；輕壤分布最多的縣區(qū)是肥西縣，面積為13608.21 hm2，占其縣區(qū)面積的15.96%；砂壤分布最多的縣區(qū)是長豐縣，面積為42949.37 hm2，占其縣區(qū)面積的38.73%；砂土僅分布在廬江縣，面積為64.78 hm2，占其縣區(qū)面積的0.06%；中壤分布最多的縣區(qū)是肥東縣，面積為56548.28 hm2，占其縣區(qū)面積的46.88%；重壤分布最多的縣區(qū)是廬江縣，面積為64761.63 hm2，占其縣區(qū)面積的56.06%?？梢钥闯?，肥東縣、肥西縣和廬江縣主要以中壤、重壤和輕壤為主，耕地耕層質(zhì)地情況較好。

圖1 合肥市耕地耕層質(zhì)地分布圖

表2 合肥市各縣區(qū)耕層質(zhì)地分布情況表

2.2 合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型分析

土壤的質(zhì)地構(gòu)型是指土壤發(fā)生層在垂直方向上有規(guī)律的組合和有序的排列情況。從全市來看，合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型共有薄層型、海綿型、夾層型、緊實型、上緊下松型、上松下緊型和松散型7種類型（表3）。質(zhì)地構(gòu)型為上松下緊型的面積最大，為232795.73 hm2，占全市耕地面積的45.63%；其次是緊實型，為204512.65 hm2，占全市耕地面積的40.08%；面積最小的是上緊下松型，為610.34 hm2，占全市耕地面積的0.12%。在合肥市不同土壤類型上，潮土、黃棕壤和水稻土均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主，黃褐土、砂姜黑土以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主，石灰（巖）土以薄層型質(zhì)地構(gòu)型為主，紫色土以松散型質(zhì)地構(gòu)型為主?？梢钥闯觯戏适写蟛糠滞寥李愋透氐馁|(zhì)地構(gòu)型情況較好，土壤保水保肥能力較強，而石灰（巖）土和紫色土土類耕地的質(zhì)地構(gòu)型情況較差，耕地漏水漏肥，不適宜農(nóng)作物的生長。

表3 合肥市不同土壤類型質(zhì)地構(gòu)型分布情況表hm2

合肥市各縣區(qū)的耕地質(zhì)地構(gòu)型分布情況也有所不同（圖2、表4），其中巢湖市、肥東縣和肥西縣耕地均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主，而廬江縣和長豐縣耕地則以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主。巢湖市上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為68060.25 hm2，占其縣區(qū)面積的87.44%，緊實型有少量分布；肥東縣上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為46108.39 hm2，占其縣區(qū)面積的38.23%，緊實型耕地分布面積占其縣區(qū)的31.70%；肥西縣上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為52514.74 hm2，占其縣區(qū)面積的61.60%，緊實型耕地分布面積占其縣區(qū)的22.40%；廬江縣緊實型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為57393.33 hm2，占其縣區(qū)面積的49.69%，上松下緊型耕地分布面積占其縣區(qū)的40.31%；長豐縣緊實型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為81538.65 hm2，占其縣區(qū)面積的73.48%，上松下緊型耕地分布面積占其縣區(qū)的17.62%。可以看出，合肥市各縣區(qū)大部分耕地質(zhì)地構(gòu)型條件良好，耕地土壤質(zhì)量與生產(chǎn)性能均較好，耕地可利用性較高。

圖2 合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型分布圖

表4 合肥市各縣區(qū)耕地質(zhì)地構(gòu)型分布情況表hm2

3 不同質(zhì)地特征耕地質(zhì)量提升措施

不同類型耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型對土壤肥力和生產(chǎn)性能影響不同，需要因地制宜選擇差異化的改良方法[17]。合肥市耕地耕層質(zhì)地共有黏土、輕壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6種類型，質(zhì)地構(gòu)型共有薄層型、海綿型、夾層型、緊實型、上緊下松型、上松下緊型和松散型7種類型。參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》(GB/T 28407—2012)中長江中下游區(qū)表層土壤質(zhì)地與剖面構(gòu)型分級結(jié)果，壤土分級為1級，粘土為2級，砂土為3級，礫質(zhì)土為4級；通體壤、壤砂壤為1級，壤粘壤為2級，壤砂砂、壤粘粘和砂粘砂為3級，砂粘粘為4級，粘砂粘、通體粘和粘砂砂為5級，通體砂、通體礫級別最低為6級。合肥市較優(yōu)的質(zhì)地構(gòu)型有上松下緊型、海綿型、夾層型和緊實型，其余3種質(zhì)地構(gòu)型相對較差。3種較差質(zhì)地構(gòu)型可以歸為2類。一類是砂質(zhì)土，質(zhì)地構(gòu)型類型有薄層型和松散型，主要分布在廬江縣和肥西縣部分耕地；另一類是粘質(zhì)土，質(zhì)地構(gòu)型類型為上緊下松型，分布在肥西縣少部分耕地。合肥市土壤耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型改良主要是改良砂質(zhì)土和粘質(zhì)土不良質(zhì)地構(gòu)型，從而改善土壤肥力狀況和提升耕地質(zhì)量。

3.1 砂質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型改良

砂質(zhì)型剖面構(gòu)型土層質(zhì)地較粗，養(yǎng)分含量少，保肥蓄水能力差，土溫變化較快，透水通氣性好，不能滿足農(nóng)作物生長需求，該類耕地土壤主要分布在肥西縣、廬江縣和肥東縣等縣區(qū)。

3.1.1 客土改良法 客土改良法是指在土壤質(zhì)地層次過砂或過粘的土壤中摻加入良好的外源土壤，使本土與客土混合均勻，以改良土壤質(zhì)地構(gòu)型的一種方法?？屯镣猎磻?yīng)盡量選擇土壤肥力較高的壤質(zhì)土?？屯粮牧挤ǚ譃榭屯烈浦哺牧挤ê土魉屯练?，客土移植改良法一般采取土地平整等工程措施來改良質(zhì)地構(gòu)型，而使用流水客土法時需考慮降水、風(fēng)速等氣象因素對土壤質(zhì)地的影響[18]?？屯粮牧挤ㄊ褂梅秶^廣，效果明顯，不僅可以改良土壤質(zhì)地層次過砂或過粘的剖面構(gòu)型，還具有增加土壤有效土層厚度、改善土壤理化性質(zhì)等作用，深厚的土層厚度具有良好的土壤持水持肥能力[19]，有利于耕地耕作性能的改善。因此，客土法改良土壤質(zhì)地構(gòu)型能切實提升耕地質(zhì)量和耕地生產(chǎn)能力。

3.1.2 有機(jī)物料回填法 砂質(zhì)耕作土壤，保水保肥能力差，養(yǎng)分含量低，土壤肥力水平低，可采用有機(jī)物料回填法以改良土壤的結(jié)持性和增加養(yǎng)分含量，從而改良土壤質(zhì)地構(gòu)型。有機(jī)物料心土回填技術(shù)方法是指保持耕層位置不變，向心土層施入有機(jī)物料形成夾層以改良土壤剖面構(gòu)型，如針對肥東縣夾層型、薄層型質(zhì)地構(gòu)型的耕地可采取此種方法。有機(jī)物料回填能夠降低耕地土壤容重、增加孔隙度，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改變土壤剖面中不同質(zhì)地排列層次，提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。有機(jī)物料回填法增施有機(jī)肥改良剖面構(gòu)型應(yīng)堅持少量多次、少施勤施的原則，采用科學(xué)農(nóng)藝措施等改良不良土壤質(zhì)地層次。如實行營養(yǎng)滴灌等措施，通體砂質(zhì)可成為較好土壤質(zhì)地層次。

3.1.3 機(jī)械改土法 機(jī)械改土法是指利用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行深耕、深松、深翻等方式改良土壤質(zhì)地構(gòu)型方法，較適用于肥西縣上緊下松型質(zhì)地構(gòu)型的耕地土壤改良。機(jī)械改土可以改良土壤質(zhì)地以及土壤剖面層次排列形式。深耕能打破犁底層，改變土壤有效養(yǎng)分的垂直分布，培植深厚耕層，疏松土壤，促進(jìn)農(nóng)作物根系生長發(fā)育。深耕深度一般為18～25 cm。深松為保持原土層的結(jié)構(gòu)不變，加深耕作層；深松能夠改善土壤通透性，降低耕作土壤容重，改善土壤孔隙分布狀況，提高土壤蓄水蓄肥的能力。深翻是指利用深翻耕深層土壤，使其與表層土壤混合以改良質(zhì)地構(gòu)型；深翻能疏松土壤、降低緊實度，改良土體不良質(zhì)地層次，改善土壤理化性質(zhì)。深翻深度一般為20～25 cm。

3.2 粘質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型改良

粘質(zhì)型剖面構(gòu)型土層質(zhì)地較為粘重，土壤通氣性較差。針對粘質(zhì)土壤，除客土改良法和機(jī)械改土法中深松、深翻措施外，還能采取的質(zhì)地構(gòu)型改良方法有引洪漫淤法和土壤剖面重構(gòu)法。粘質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型如上緊下松型集中分布在肥西縣。

3.2.1 引洪漫淤法 引洪漫淤法是指人工控制洪流或河水將其引入農(nóng)田，洪流中細(xì)泥沉積在田地土壤中，通過增加土壤養(yǎng)分含量、有效土層厚度、改善土壤結(jié)持性和調(diào)節(jié)土壤孔隙度等方式改良土壤剖面構(gòu)型。引洪漫淤法適用改良河流沿岸的土壤不良剖面構(gòu)型，如巢湖市和廬江縣沿河湖部分地區(qū)耕地，洪水期間河流挾帶細(xì)泥引洪效果主要為漫沙，細(xì)泥肥田效果顯著。對上緊下松型的質(zhì)地構(gòu)型土壤，引洪漫淤能夠以沙摻粘，疏松土壤，改變土壤物理性狀，增加土壤孔隙度，增強土壤透水通氣性，改良土壤的質(zhì)地構(gòu)型。

3.2.2 土壤剖面重構(gòu)法 土壤剖面重構(gòu)指應(yīng)用工程和生物技術(shù)進(jìn)行表土剝離、儲存、回填，重新構(gòu)造出土壤肥力水平高、土壤環(huán)境條件穩(wěn)定的土壤剖面，在較短時間內(nèi)改善土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)和環(huán)境質(zhì)量，并且能夠顯著改善重構(gòu)土壤的表層含水率[20]，增加土壤疏松度，進(jìn)而提升耕地質(zhì)量和生產(chǎn)能力。重新構(gòu)造適宜土壤剖面來消除不良土壤質(zhì)地，進(jìn)而改良土壤剖面構(gòu)型，其實質(zhì)為重新構(gòu)造土壤物理介質(zhì)和土壤不同質(zhì)地層次組合。土壤剖面重構(gòu)主要流程包括表土剝離與儲存、重構(gòu)土壤剖面、重構(gòu)土壤肥力培育。通過土壤剖面重構(gòu)法，可以徹底打破粘質(zhì)土的粘磐層，重新構(gòu)造出表層土壤疏松，中間透水通氣性強，底層保水保肥的理想質(zhì)地構(gòu)型。

4 結(jié)論

（1）合肥市耕地耕層質(zhì)地以中壤和重壤為主。從土壤類型上看，潮土、黃褐土、黃棕壤和砂姜黑土均以中壤質(zhì)地為主，石灰（巖）土和紫色土以輕壤質(zhì)地為主，水稻土則以重壤質(zhì)地為主；從各縣區(qū)情況來看，巢湖市和廬江縣以重壤質(zhì)地為主，肥東縣和肥西縣以中壤質(zhì)地為主，耕地耕層質(zhì)地情況較好，而長豐縣則以砂壤質(zhì)地為主。

（2）合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型以上松下緊型和緊實型為主。從土壤類型上看，潮土、黃棕壤和水稻土均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主，黃褐土、砂姜黑土以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主，石灰（巖）土以薄層型質(zhì)地構(gòu)型為主，紫色土以松散型質(zhì)地構(gòu)型為主；從各縣區(qū)情況看，巢湖市、肥東縣和肥西縣耕地均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主，而廬江縣和長豐縣耕地則以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主。

（3）對合肥市砂質(zhì)土和粘質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型進(jìn)行改良，主要針對薄層型、松散型和上緊下松型，主要有客土改良法、有機(jī)物料回填法、機(jī)械改土法、引洪漫淤法和土壤剖面重構(gòu)法5種方法。通過改善合肥市耕地耕層質(zhì)地及質(zhì)地構(gòu)型情況，從而進(jìn)一步改善其土壤肥力狀況和提升耕地質(zhì)量，實現(xiàn)合肥市耕地資源的可持續(xù)發(fā)展與利用。