基于耕地資源質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

(湖州市測繪院，浙江 湖州 313000)

1 引 言

耕地是農業生產過程中最基礎的生產資料，耕地質量的好壞將對農業的可持續發展和耕地生產能力的發揮有著直接的影響[1]。土壤條件是耕地質量高低的重要體現，對區內耕地土壤條件的空間分布特征進行研究，可以明晰區內耕地土壤質量的情況，為該區域耕地質量的保護與提升、耕地資源的合理利用以及耕地占補平衡提供科學依據[2]。以2020年度湖州市三調耕地資源質量分類成果為基礎，運用ArcGIS軟件，從縣級行政區劃的角度，對土壤條件分類層級的四個重要指標，即土層厚度[3，4]、土壤質地[5]、土壤有機質[6～8]和土壤pH值[9，10]進行空間可視化和面積匯總統計處理，對湖州市各區縣土壤條件指標屬性及空間分布特征進行判讀，分析湖州市耕地土壤條件現狀，為湖州市耕地質量等別提升分析、制定土地整治方案、永久基本農田核實整改工作和土地資源資產核實工作等提供依據和參考。

2 研究區概況

湖州市位于北緯30°22′～31°11′、東經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，是環太湖地區唯一因湖而得名的城市。下設2區3縣，分別為吳興區、南潯區、德清縣、長興縣和安吉縣，總面積 5 818 km2。地勢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。東部為平原水網區，河湖網密集，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。位于亞熱帶季風氣候區，季風顯著，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。土壤母質總的來看為長三角洲沉積物，具有土層深厚的特點，根據特性可分為水稻土和潮土兩大類。

3 數據與方法

3.1 數據來源

以湖州市三縣兩區為研究區，基礎數據來源于湖州市三調耕地資源質量分類專項調查成果，耕地面積、耕地圖斑數量以及耕地土層厚度、土壤質地、土壤有機質含量和土壤pH值等土壤條件屬性數據均為各區縣數據庫提取成果。其中，土層厚度、土壤質地、土壤有機質含量和土壤pH值四項耕地土壤條件數據真正來源于湖州市各區縣農業農村部門，將收集到的各區縣農業農村部門土壤條件數據，進行分析整理，將耕地資源質量分類圖與收集到的土壤專題數據等相關圖層進行疊加，結合野外補充調查數據，為每一個耕地圖斑的士層厚度、土壤質地、土壤有機質含量、土壤pH值屬性進行賦值，最終形成了湖州市耕地資源質量分類土壤條件的調查成果。依據這些原始數據值，對湖州市耕地土壤條件及空間分布特征進行分析研究。

3.2 數據處理

從湖州市三調耕地資源質量分類專項調查成果中提取耕地土壤條件數據，經過數據統計和面積匯總，得到湖州市各區縣耕地土壤條件數據的描述性屬性，包括最大值、最小值、均值、標準差和變異系數；根據《浙江省第三次全國國土調查耕地資源質量分類實施方案》中有關土壤條件各指標級別劃分的要求，運用ArcGIS軟件，分別對湖州市耕地土壤條件各指標級別進行空間可視化表達，包括土壤厚度、土壤質地、土壤有機質以及土壤pH值。

3.3 研究方法

變異系數反映的是數據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分布的離散程度。通過數理統計，獲取數據的最大值和最小值，計算得出均值和標準偏差，最終獲取變異系數(C.V)。計算公式如下：

C.V=(SD÷MN)×100%，其中SD為標準方差，MN為均值。

4 結果與分析

4.1 土層厚度空間分布特征

根據《浙江省第三次全國國土調查耕地資源質量分類實施方案》的要求，將湖州市耕地土層厚度劃分為1級、2級和3級。從湖州市耕地土層厚度面積匯總表(表1)可知，1級為土層厚度≥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、南潯區、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，南潯區達到了湖州市耕地土壤厚度的最高標準，南潯區和德清縣超過了湖州市耕地土壤厚度的均值，吳興區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。湖州市各區縣變異系數分布于4.16%～27.91%，說明各區縣的土層厚度分布較為集中，這是由于湖州市各區縣均位于淮南與長江中下游自然區中，大部分地區都是以平原為主，因此土層厚度分布相對較為集中。

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、東部的南潯區和德清縣，在該區域總面積中占比分別為89.68%、99.91%和96.57%，南潯區土層厚度 ≥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和安吉縣，在該區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，在該區域總面積中占比達到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，造成這些區域耕地土層厚度較薄。

圖1 湖州市各區縣耕地土層空間分布圖

4.2 土壤質地空間分布特征

根據《浙江省第三次全國國土調查耕地資源質量分類實施方案》要求，將湖州市耕地土壤質地劃分為壤質、黏質和砂質三個類別，分別對應耕地資源質量分類中的1級、2級和3級標準。對土壤質地進行統計分析，得到湖州市耕地土壤質地面積匯總表(表2)。從表中可知，湖州市土壤質地為壤質的耕地面積為 23 312.83公頃，占耕地總面積的27.59%；土壤質地為黏質的耕地面積最大，達到 61 105.83公頃，占耕地總面積的72.30%；土壤質地為砂質的耕地面積最小，只有93.35公頃，僅占耕地總面積的0.11%。湖州市各區縣耕地土壤質地以黏質為主，安吉縣較少，其他區縣均在70%以上，長興縣黏質耕地占比最高，達到84.28%。

表2 湖州市耕地土壤質地面積匯總

從湖州市耕地土壤質地空間分布圖可知(圖2)，土壤質地為壤質的耕地主要集中分布在安吉縣、德清縣西部和南潯區中北部，吳興區和長興縣分布相對零散，其中，安吉縣面積最大，占該區域耕地總面積的49.95%，將近達到一半比例，長興縣占比最小，僅有15.72%。土壤質地為黏質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東部集中分布，在安吉縣北部和吳興區中部也有少部分集中分布。土壤質地為砂質的耕地在各區縣都比較少，吳興區、南潯區和長興縣砂質耕地均不存在，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 湖州市各區縣耕地土壤質地空間分布圖

4.3 土壤有機質空間分布特征

根據《浙江省第三次全國國土調查耕地資源質量分類實施方案》要求，將湖州市耕地土壤有機質含量劃分為1級、2級和3級三個等級。對湖州市耕地土壤質地進行統計分析(表3)，土壤有機質含量1級，即土壤有機質含量為 ≥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%；土壤有機質含量2級，即土壤有機質含量為 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%；土壤有機質含量3級，即土壤有機質含量為 <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質含量均值為 26.92 g/kg，最大值為 70.54 g/kg，最小值為 2.14 g/kg。各區縣耕地土壤有機質含量的均值集中在 22.82 g/kg～29.29 g/kg，均 ≥20 g/kg，達到土壤有機質含量1級的標準。變異系數最高的為德清縣，達到33.98%，該區域土壤有機質分布相對較為離散。

表3 湖州市耕地資源土壤有機質含量面積匯總

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

圖3 湖州市各區縣耕地土壤有機質空間分布圖

4.4 土壤pH值空間分布特征

根據《浙江省第三次全國國土調查耕地資源質量分類實施方案》要求，將湖州市耕地耕層土壤pH值劃分為10、2a、2b、3a和3b 5個等級。對湖州市耕地土壤pH值進行統計分析(表4)，土壤pH值10級，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，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，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，即土壤pH值<5.5的耕地，屬于強酸性土壤，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，即土壤pH值≥8.5的耕地，屬于強堿性土壤，面積僅有2.12公頃，可以忽略不計。pH值均值為5.96，最大為8.7，最小為2.72。其中，南潯區耕地土壤pH均值最大，達到6.67，安吉縣耕地土壤pH均值最小，只有5.38。變異系數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；吳興區和南潯區變異系數較低，分別為6.52%和6.30%，說明這兩個區土壤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酸性土壤，尤其是安吉縣，大部分區域的耕地的土壤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，土壤酸化比較嚴重。土壤pH值6.5～7.5的耕地主要集中南潯區，吳興區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、吳興區和南潯區南部、德清縣中部。土壤pH值7.5～8.5的耕地在湖州市各區縣極少分布，只在南潯區和德清縣零星分布。土壤pH值≥8.5的耕地在湖州市各區縣基本上不存在。說明整個湖州市耕地的土壤整體為酸性，堿性土壤極少。

圖4 湖州市各區縣耕地土壤pH值空間分布圖

5 結 論

從湖州市耕地土壤條件各指標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88.33%，大體呈現“整體厚，中、西薄”的空間分布特征。土壤質地以黏質為主，面積占比達72.30%，大體呈現“東、北和中以黏為主，西和南以壤為主”的空間分布特征。土壤有機質含量以≥20 g/kg為主，占比達到82.86%，大體呈現“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，面積占比達到56.07%，大體呈現“整體弱酸，東適宜”的空間分布特征。