基于耕地資源質(zhì)量分類的湖州市耕地土壤條件及空間分布特征分析

尤加俊，王洪斌，陳兵

(湖州市測(cè)繪院，浙江 湖州 313000)

1 引 言

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最基礎(chǔ)的生產(chǎn)資料，耕地質(zhì)量的好壞將對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和耕地生產(chǎn)能力的發(fā)揮有著直接的影響[1]。土壤條件是耕地質(zhì)量高低的重要體現(xiàn)，對(duì)區(qū)內(nèi)耕地土壤條件的空間分布特征進(jìn)行研究，可以明晰區(qū)內(nèi)耕地土壤質(zhì)量的情況，為該區(qū)域耕地質(zhì)量的保護(hù)與提升、耕地資源的合理利用以及耕地占補(bǔ)平衡提供科學(xué)依據(jù)[2]。以2020年度湖州市三調(diào)耕地資源質(zhì)量分類成果為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS軟件，從縣級(jí)行政區(qū)劃的角度，對(duì)土壤條件分類層級(jí)的四個(gè)重要指標(biāo)，即土層厚度[3，4]、土壤質(zhì)地[5]、土壤有機(jī)質(zhì)[6～8]和土壤pH值[9，10]進(jìn)行空間可視化和面積匯總統(tǒng)計(jì)處理，對(duì)湖州市各區(qū)縣土壤條件指標(biāo)屬性及空間分布特征進(jìn)行判讀，分析湖州市耕地土壤條件現(xiàn)狀，為湖州市耕地質(zhì)量等別提升分析、制定土地整治方案、永久基本農(nóng)田核實(shí)整改工作和土地資源資產(chǎn)核實(shí)工作等提供依據(jù)和參考。

2 研究區(qū)概況

湖州市位于北緯30°22′～31°11′、東經(jīng)119°14′～120°29′之間，地處浙江省北部，浙蘇皖三省交匯處，東鄰嘉興，南接杭州，西依天目山，北瀕太湖，與無錫、蘇州隔湖相望，是環(huán)太湖地區(qū)唯一因湖而得名的城市。下設(shè)2區(qū)3縣，分別為吳興區(qū)、南潯區(qū)、德清縣、長興縣和安吉縣，總面積 5 818 km2。地勢(shì)大致由西南向東北傾斜，西部多山，共有15座山峰海拔超過 1 000 m。東部為平原水網(wǎng)區(qū)，河湖網(wǎng)密集，平均海拔僅 3 m左右，有東苕溪、西苕溪、長兜港、小梅港等眾多河流。位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)顯著，四季分明；雨熱同季，降水充沛；光溫同步，日照較少；氣候溫和，空氣濕潤；地形起伏高差大，垂直氣候較明顯。土壤母質(zhì)總的來看為長三角洲沉積物，具有土層深厚的特點(diǎn)，根據(jù)特性可分為水稻土和潮土兩大類。

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

以湖州市三縣兩區(qū)為研究區(qū)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于湖州市三調(diào)耕地資源質(zhì)量分類專項(xiàng)調(diào)查成果，耕地面積、耕地圖斑數(shù)量以及耕地土層厚度、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH值等土壤條件屬性數(shù)據(jù)均為各區(qū)縣數(shù)據(jù)庫提取成果。其中，土層厚度、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH值四項(xiàng)耕地土壤條件數(shù)據(jù)真正來源于湖州市各區(qū)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門，將收集到的各區(qū)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門土壤條件數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析整理，將耕地資源質(zhì)量分類圖與收集到的土壤專題數(shù)據(jù)等相關(guān)圖層進(jìn)行疊加，結(jié)合野外補(bǔ)充調(diào)查數(shù)據(jù)，為每一個(gè)耕地圖斑的士層厚度、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤pH值屬性進(jìn)行賦值，最終形成了湖州市耕地資源質(zhì)量分類土壤條件的調(diào)查成果。依據(jù)這些原始數(shù)據(jù)值，對(duì)湖州市耕地土壤條件及空間分布特征進(jìn)行分析研究。

3.2 數(shù)據(jù)處理

從湖州市三調(diào)耕地資源質(zhì)量分類專項(xiàng)調(diào)查成果中提取耕地土壤條件數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和面積匯總，得到湖州市各區(qū)縣耕地土壤條件數(shù)據(jù)的描述性屬性，包括最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)；根據(jù)《浙江省第三次全國國土調(diào)查耕地資源質(zhì)量分類實(shí)施方案》中有關(guān)土壤條件各指標(biāo)級(jí)別劃分的要求，運(yùn)用ArcGIS軟件，分別對(duì)湖州市耕地土壤條件各指標(biāo)級(jí)別進(jìn)行空間可視化表達(dá)，包括土壤厚度、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)以及土壤pH值。

3.3 研究方法

變異系數(shù)反映的是數(shù)據(jù)單位均值的離散程度，可以消除量綱和尺度的影響，能更客觀地反映各土壤指標(biāo)分布的離散程度。通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)，獲取數(shù)據(jù)的最大值和最小值，計(jì)算得出均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，最終獲取變異系數(shù)(C.V)。計(jì)算公式如下：

C.V=(SD÷MN)×100%，其中SD為標(biāo)準(zhǔn)方差，MN為均值。

4 結(jié)果與分析

4.1 土層厚度空間分布特征

根據(jù)《浙江省第三次全國國土調(diào)查耕地資源質(zhì)量分類實(shí)施方案》的要求，將湖州市耕地土層厚度劃分為1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)。從湖州市耕地土層厚度面積匯總表(表1)可知，1級(jí)為土層厚度≥100 cm的耕地，屬于深厚土層的土壤，總面積為 74 647.96公頃，占湖州市耕地總面積的88.33%，2級(jí)為土層厚度 60 cm～100 cm的耕地，屬于厚土層的土壤，總面積為 7 258.65公頃，占湖州市耕地總面積的8.59%，3級(jí)為土層厚度 <60 cm的耕地，屬于薄土層的土壤，總面積為 2 605.39公頃，占湖州市耕地總面積的3.08%。湖州市耕地土壤厚度最大值為 120 cm，最小值為 10 cm，均值為 101 cm。吳興區(qū)、南潯區(qū)、德清縣、長興縣和安吉縣的耕地土壤厚度均值分別為 97 cm、118 cm、108 cm、100 cm和 87 cm。其中，南潯區(qū)達(dá)到了湖州市耕地土壤厚度的最高標(biāo)準(zhǔn)，南潯區(qū)和德清縣超過了湖州市耕地土壤厚度的均值，吳興區(qū)和長興縣接近于湖州市耕地土壤厚度的均值，安吉縣耕地土壤厚度均值最低，這是由于安吉耕地多分布于丘陵上，坡度較大，土層厚度較為稀薄。湖州市各區(qū)縣變異系數(shù)分布于4.16%～27.91%，說明各區(qū)縣的土層厚度分布較為集中，這是由于湖州市各區(qū)縣均位于淮南與長江中下游自然區(qū)中，大部分地區(qū)都是以平原為主，因此土層厚度分布相對(duì)較為集中。

表1 湖州市耕地土層厚度面積匯總

從湖州市各區(qū)縣耕地土層厚度分布圖上看(圖1)，土層厚度 ≥100 cm的耕地主要集中在西北部的長興縣、東部的南潯區(qū)和德清縣，在該區(qū)域總面積中占比分別為89.68%、99.91%和96.57%，南潯區(qū)土層厚度 ≥100 cm的耕地面積占比幾乎是100%。土層厚度 60 cm～100 cm的耕地主要分布在吳興區(qū)和安吉縣，在該區(qū)域總面積中占比分別為21.75%和15.41%。土層厚度小于 60 cm的耕地主要集中在安吉縣北部，在該區(qū)域總面積中占比達(dá)到9.25%，其在長興縣的東北部也有零星分布，主要由于所處的地形地勢(shì)，造成這些區(qū)域耕地土層厚度較薄。

圖1 湖州市各區(qū)縣耕地土層空間分布圖

4.2 土壤質(zhì)地空間分布特征

根據(jù)《浙江省第三次全國國土調(diào)查耕地資源質(zhì)量分類實(shí)施方案》要求，將湖州市耕地土壤質(zhì)地劃分為壤質(zhì)、黏質(zhì)和砂質(zhì)三個(gè)類別，分別對(duì)應(yīng)耕地資源質(zhì)量分類中的1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)土壤質(zhì)地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到湖州市耕地土壤質(zhì)地面積匯總表(表2)。從表中可知，湖州市土壤質(zhì)地為壤質(zhì)的耕地面積為 23 312.83公頃，占耕地總面積的27.59%；土壤質(zhì)地為黏質(zhì)的耕地面積最大，達(dá)到 61 105.83公頃，占耕地總面積的72.30%；土壤質(zhì)地為砂質(zhì)的耕地面積最小，只有93.35公頃，僅占耕地總面積的0.11%。湖州市各區(qū)縣耕地土壤質(zhì)地以黏質(zhì)為主，安吉縣較少，其他區(qū)縣均在70%以上，長興縣黏質(zhì)耕地占比最高，達(dá)到84.28%。

表2 湖州市耕地土壤質(zhì)地面積匯總

從湖州市耕地土壤質(zhì)地空間分布圖可知(圖2)，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)的耕地主要集中分布在安吉縣、德清縣西部和南潯區(qū)中北部，吳興區(qū)和長興縣分布相對(duì)零散，其中，安吉縣面積最大，占該區(qū)域耕地總面積的49.95%，將近達(dá)到一半比例，長興縣占比最小，僅有15.72%。土壤質(zhì)地為黏質(zhì)的耕地分布比較集中，在長興縣中部和東部、德清縣西部以及南潯區(qū)東部集中分布，在安吉縣北部和吳興區(qū)中部也有少部分集中分布。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)的耕地在各區(qū)縣都比較少，吳興區(qū)、南潯區(qū)和長興縣砂質(zhì)耕地均不存在，占比最高的安吉縣也僅僅只有0.48%，說明湖州市在水土流失和土地沙化防止方面做得較好。

圖2 湖州市各區(qū)縣耕地土壤質(zhì)地空間分布圖

4.3 土壤有機(jī)質(zhì)空間分布特征

根據(jù)《浙江省第三次全國國土調(diào)查耕地資源質(zhì)量分類實(shí)施方案》要求，將湖州市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量劃分為1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)三個(gè)等級(jí)。對(duì)湖州市耕地土壤質(zhì)地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表3)，土壤有機(jī)質(zhì)含量1級(jí)，即土壤有機(jī)質(zhì)含量為 ≥20 g/kg的耕地，面積為 70 029.08公頃，占湖州市耕地總面積的82.86%；土壤有機(jī)質(zhì)含量2級(jí)，即土壤有機(jī)質(zhì)含量為 10 g/kg～20 g/kg的耕地，面積為 14 099.07公頃，占湖州市耕地總面積的16.68%；土壤有機(jī)質(zhì)含量3級(jí)，即土壤有機(jī)質(zhì)含量為 <10 g/kg的耕地，面積為383.85公頃，占湖州市耕地總面積的0.45%。湖州市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為 26.92 g/kg，最大值為 70.54 g/kg，最小值為 2.14 g/kg。各區(qū)縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量的均值集中在 22.82 g/kg～29.29 g/kg，均 ≥20 g/kg，達(dá)到土壤有機(jī)質(zhì)含量1級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。變異系數(shù)最高的為德清縣，達(dá)到33.98%，該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)分布相對(duì)較為離散。

表3 湖州市耕地資源土壤有機(jī)質(zhì)含量面積匯總

從湖州市耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖可知(圖3)，湖州市土壤有機(jī)質(zhì)含量為 ≥20 g/kg的耕地主要集中分布在長興縣和南潯區(qū)，小范圍集中分布在吳興區(qū)和安吉縣，離散分布在德清縣東部。

圖3 湖州市各區(qū)縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖

4.4 土壤pH值空間分布特征

根據(jù)《浙江省第三次全國國土調(diào)查耕地資源質(zhì)量分類實(shí)施方案》要求，將湖州市耕地耕層土壤pH值劃分為10、2a、2b、3a和3b 5個(gè)等級(jí)。對(duì)湖州市耕地土壤pH值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表4)，土壤pH值10級(jí)，即土壤pH值6.5～7.5的耕地，屬于酸堿適宜性土壤，面積為 19 742.53公頃，占湖州市耕地總面積的23.36%；土壤pH值2a級(jí)，即土壤pH值5.5～6.5的耕地，屬于弱酸性土壤，面積為 47 383.70公頃，占湖州市耕地總面積的56.07%；土壤pH值2b級(jí)，即土壤pH值7.5～8.5的耕地，屬于弱堿性土壤，面積為491.02公頃，占湖州市耕地總面積的0.58%；土壤pH值3a級(jí)，即土壤pH值<5.5的耕地，屬于強(qiáng)酸性土壤，面積為 16 892.63公頃，占湖州市耕地總面積的19.99%；土壤pH值3b級(jí)，即土壤pH值≥8.5的耕地，屬于強(qiáng)堿性土壤，面積僅有2.12公頃，可以忽略不計(jì)。pH值均值為5.96，最大為8.7，最小為2.72。其中，南潯區(qū)耕地土壤pH均值最大，達(dá)到6.67，安吉縣耕地土壤pH均值最小，只有5.38。變異系數(shù)比較高的是德清縣和安吉縣，分別為10.87%和10.78%，說明其土壤pH值分布較為離散；吳興區(qū)和南潯區(qū)變異系數(shù)較低，分別為6.52%和6.30%，說明這兩個(gè)區(qū)土壤pH值分布較為集中。

表4 湖州市耕地土壤pH值面積匯總

從湖州市耕地土壤pH值空間分布圖來看(圖4)，湖州市耕地西部主要為強(qiáng)酸性土壤，尤其是安吉縣，大部分區(qū)域的耕地的土壤pH值<5.5，此外長興縣的北部和南部也有大片耕地的土壤pH值<5.5，土壤酸化比較嚴(yán)重。土壤pH值6.5～7.5的耕地主要集中南潯區(qū)，吳興區(qū)和德清縣也有零星分布。土壤pH值5.5～6.5的耕地主要集中分布在長興縣中部、吳興區(qū)和南潯區(qū)南部、德清縣中部。土壤pH值7.5～8.5的耕地在湖州市各區(qū)縣極少分布，只在南潯區(qū)和德清縣零星分布。土壤pH值≥8.5的耕地在湖州市各區(qū)縣基本上不存在。說明整個(gè)湖州市耕地的土壤整體為酸性，堿性土壤極少。

圖4 湖州市各區(qū)縣耕地土壤pH值空間分布圖

5 結(jié) 論

從湖州市耕地土壤條件各指標(biāo)匯總表和空間分布圖可以得出，湖州市耕地總面積為 84 512.01公頃，土層厚度以≥100 cm為主，面積占比達(dá)88.33%，大體呈現(xiàn)“整體厚，中、西薄”的空間分布特征。土壤質(zhì)地以黏質(zhì)為主，面積占比達(dá)72.30%，大體呈現(xiàn)“東、北和中以黏為主，西和南以壤為主”的空間分布特征。土壤有機(jī)質(zhì)含量以≥20 g/kg為主，占比達(dá)到82.86%，大體呈現(xiàn)“整體高，西、南、中少許低”的空間分布特征。土壤pH值以5.5～6.5弱酸性為主，面積占比達(dá)到56.07%，大體呈現(xiàn)“整體弱酸，東適宜”的空間分布特征。