吉林省低等級耕地分布及性狀分析

楊 松，朱健菲，尤 迪，張惠琳，李德忠，杜東明，于衛(wèi)昕，潘 宇

(吉林省土壤肥料總站，吉林 長春 130031)

0 引 言

耕地質(zhì)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最重要保障，保持并逐步提高耕地質(zhì)量是耕地管理中的重要內(nèi)容之一[1]。耕地質(zhì)量是耕地內(nèi)在基礎(chǔ)條件以及外在利用狀況的綜合屬性[2-4]，但因其變化具有隱蔽性[1,5]，需通過耕地質(zhì)量評價衡量其質(zhì)量的高低狀況。國內(nèi)外耕地質(zhì)量評價演變過程基本相似，但國外側(cè)重土地生產(chǎn)潛力以及土地利用對生態(tài)環(huán)境影響的綜合評價[6-7]，國內(nèi)則從重視耕地生產(chǎn)能力評價逐步演變?yōu)樯a(chǎn)、生態(tài)與健康的綜合評價[1,3,8]。

吉林省位于我國東北地區(qū)中部，地處享譽世界的“黃金玉米帶”，是我國重要的工業(yè)基地和商品糧生產(chǎn)基地[9]。為貫徹“藏糧于地，藏糧于技”戰(zhàn)略，保障國家糧食生產(chǎn)安全，掌握耕地質(zhì)量等級現(xiàn)狀及變化趨勢，吉林省開展了耕地質(zhì)量評價工作，其中，低等級耕地為通過耕地質(zhì)量調(diào)查評價結(jié)果為七等地、八等地、九等地、十等地的耕地。低等級耕地，提升潛力大，研究其障礙因素并分析其性狀對提升吉林省耕地質(zhì)量具有重要意義。

本研究共采集吉林省10 924個耕層樣本，覆蓋了吉林省全部耕地土壤類型，從立地條件、剖面構(gòu)型、理化性狀、養(yǎng)分狀況、健康狀況和土壤管理等6個方面選取指標(biāo)。指標(biāo)包括地形部位、耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型、障礙因素、農(nóng)田林網(wǎng)化程度、生物多樣性、灌溉能力及排水能力等定性的概念型指標(biāo)和有效土層厚度、耕層厚度、土壤容重、有機質(zhì)、pH、有效磷及速效鉀等定量的數(shù)值型指標(biāo)，并確定了各指標(biāo)的權(quán)重及隸屬函數(shù)。將吉林省耕地`質(zhì)量等級由高到低依次劃分為一至十等。一等地為耕地質(zhì)量最好，十等地為耕地質(zhì)量最差。其中，低等級耕地占全省總耕地面積的22.6%。本文對低等級耕地的分布進(jìn)行了統(tǒng)計，并對影響低等級耕地形成的各障礙因素，開展了概念型評價指標(biāo)和數(shù)值型評價指標(biāo)分析，為有針對性的提出改良措施提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于吉林省耕地質(zhì)量評價采樣點數(shù)據(jù)。在2017年的野外調(diào)查工作中，根據(jù)樣點廣泛代表性、兼顧均勻性、時效性、一致性和數(shù)據(jù)完整性的選擇原則，充分考慮土壤類型、地貌類型及行政區(qū)劃等因素布設(shè)樣點。全省域范圍內(nèi)按照每666.67 hm2耕地不少于1個調(diào)查點的密度，共采集10 924個耕層樣品，覆蓋了吉林省全部耕地土壤類型，并進(jìn)行了經(jīng)緯度、鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、村名、立地條件、剖面構(gòu)型及土壤管理等野外調(diào)查。

1.2 檢測方法

所有樣本檢測容重、pH、有機質(zhì)、有效磷和速效鉀。容重采用環(huán)刀法；酸堿度(pH)采用pH計法；有機質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法[10]；有效磷采用Bray法/Olsen法[11]；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2010中分類匯總的方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果分析

2.1 低等級耕地分布

根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 33469-2016)[13]中對障礙因素的描述，障礙因素是指土體中妨礙農(nóng)作物正常生長發(fā)育，對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量造成不良影響的因素。將障礙因素劃分為鹽堿、酸化、瘠薄、障礙層次、漬潛。其中，鹽堿主要指鹽漬化程度為輕度鹽漬化以上的耕地。瘠薄為有機質(zhì)含量<20 g·kg-1的土壤。酸化為水田pH<5、旱田pH<5.5的土壤。漬潛為地下水位高，排水不暢的土壤(土壤類型為潛育、沼澤、泥炭)。障礙層次為1 m深的土體內(nèi)出現(xiàn)潛育層、灰化層、白漿層、鈣積層、鹽化層、堿化層、砂礫層、沙漏層等障礙層次的土壤，綜合野外調(diào)查及第二次土壤普查資料判定。無障礙因素為沒有上述障礙因素的土壤。

根據(jù)調(diào)查采樣點的實際情況，應(yīng)用以點帶面的統(tǒng)計方法，得到各障礙因素在吉林省的分布情況圖(圖1)。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，七等地及以下耕地總面積為157.7萬hm2，各障礙因素的分布狀況如表1。

表1 低等地障礙因素面積統(tǒng)計 Table 1 The proportion of obstacle factors of low-grade cultivated land

表1可以看出，吉林省低等級耕地中障礙因素主要為鹽堿、酸化、瘠薄、障礙層次和漬潛，其中分布面積最大的是鹽堿，占低等級耕地面積的54.34%，其次為酸化占16.93%，分布面積最小的障礙因素為漬潛占0.89%，另外還有0.26%無障礙因素。

障礙因素為鹽堿的耕地面積為85.7萬hm2，主要分布在白城市、松原市、四平市和長春市4個地區(qū)，其中白城地區(qū)占比最大，為64.64%，其次為松原地區(qū)，占比29.38%，四平和長春地區(qū)占比較小，分別為3.67%和2.31%。

障礙因素為酸化的耕地面積為26.7萬hm2，主要分布在吉林市、通化市、延邊市、長春市、白山市、遼源市和四平市，其中吉林地區(qū)占比最大為35.44%，其次為通化地區(qū)，占比18.49%，四平地區(qū)占比最小，為3.11%。

障礙因素為瘠薄的耕地面積為24.9萬hm2，在9個地區(qū)均有分布，其中松原地區(qū)占比最大，為40.36%，其次為四平地區(qū)，為24.79%，白城16.74%，吉林7.98%，通化6.58%，長春2.28%，延邊州1.24%，遼源0.02%，白山地區(qū)占比最小，為0.01%。

存在障礙層次的耕地總面積為18.6萬hm2，在9個地區(qū)均有分布，其中延邊州占比最大，為32.3%，其次為吉林地區(qū)，占比為25.66%，白城為18.72%，通化為10.89%，松原為6.43%，長春為4.21%，遼源為1.00%， 四平為0.51%，白山地區(qū)占比最小，為0.28%。

障礙因素中漬潛的耕地總面積為1.4萬hm2，在9個地區(qū)均有分布，其中吉林地區(qū)占比最大，為35.18%，其次為延邊州，占比為19.89%，通化為18.58%，長春為9.29%，白山和白城分別為6.93% 和5.35%，松原地區(qū)占比最小，為0.66%。

2.2 不同障礙因素的低等級耕地其概念型評價指標(biāo)分析

2.2.1 地形部位。由表2可知，在低等級耕地中，障礙因素為鹽堿的耕地主要分布在平原，占比達(dá)97.68%；障礙因素為酸化的耕地主要分布在山地和丘陵，占比分別為57.34%和23.83%；障礙因素為瘠薄的耕地有58.54%分布在平原；存在障礙層次的耕地主要分布在山地、平原和丘陵，占比分別為51.78%、20.85%和19.48%；障礙因素為漬潛的耕地有58.69%分布在盆地；而無障礙因素的耕地中有58.56%分布在山地。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，地形因素與障礙因素存在一定的相關(guān)性，呈現(xiàn)西部平原區(qū)鹽堿、東部山區(qū)酸化的分布趨勢，地勢較低的盆地易產(chǎn)生漬潛障礙因素。

表2 各障礙因素不同地形部位占比Table 2 Proportions of different terrain parts with various obstacle factors

2.2.2 耕層質(zhì)地。由表3可知，在低等級耕地中，障礙因素為鹽堿的耕地耕層質(zhì)地主要為砂壤、黏土和砂土，占比分別為39.04%、20.04%和14.94%；障礙因素為酸化的耕地耕層質(zhì)地主要為砂壤、重壤和黏土，占比分別為61.96%、18.98%和14.20%；障礙因素為瘠薄的耕地耕層質(zhì)地主要為砂壤、砂土和重壤，占比分別為61.57%、20.76%和11.19%；存在障礙層次的耕地耕層質(zhì)地主要為砂壤、黏土和砂土，占比分別為58.65%、21.00%和11.98%；障礙因素為漬潛的耕地耕層質(zhì)地主要為黏土、輕壤和砂壤，占比分別為49.92%、36.40%和10.91%；無障礙因素的耕地耕層質(zhì)地主要為砂壤、砂土和重壤，占比分別為69.62%、24.21%和6.17%。由此可以看出，在低等級耕地中，除障礙因素為漬潛的耕地外，其余存在障礙因素的耕地和無障礙因素的耕地耕層質(zhì)地均以砂壤為主。

表3 各障礙因素不同耕層質(zhì)地占比Table 3 Proportions of different soil textures with various obstacle factors

2.2.3 質(zhì)地構(gòu)型。由表4可知，在低等級耕地中，障礙因素為鹽堿的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為緊實型和松散型，分別占65.31%和25.00%；障礙因素為酸化的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為薄層型和緊實型，分別占43.02%和42.77%；障礙因素為瘠薄的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為松散型、薄層型和緊實型，占比分別為48.02%、35.23%和14.22%；存在障礙層次的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為薄層型、緊實型和松散型，占比分別為42.87%、30.31%和22.37%；障礙因素為漬潛的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為海綿型，占比62.86%；無障礙因素的耕地質(zhì)地構(gòu)型主要為松散型，占比達(dá)92.96%?？梢钥闯龃嬖谡系K因素的耕地質(zhì)地構(gòu)型以緊實型、松散型和薄層型等質(zhì)地構(gòu)型較差類型為主，質(zhì)地構(gòu)型對耕地的耕性、保肥保水能力均有顯著影響，此項指標(biāo)較差也是這些耕地質(zhì)量等級不高的影響因素。

表4 各障礙因素不同質(zhì)地構(gòu)型占比Table 4 Proportions of different texture configurations with various obstacle factors

2.2.4 農(nóng)田林網(wǎng)化程度。高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)規(guī)范(TD/T1033-2012)[14]里對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)規(guī)范里要求林成網(wǎng)，主要指農(nóng)田防護(hù)林要網(wǎng)絡(luò)化。標(biāo)準(zhǔn)地塊之間要建成干道有雙側(cè)綠化林帶，支路有單側(cè)綠化帶的農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)，既可以防風(fēng)固土保護(hù)農(nóng)田，又能增加農(nóng)田的美觀度。達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田林網(wǎng)化程度的為農(nóng)田林網(wǎng)化程度高，達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田林網(wǎng)化程度60%以上的為農(nóng)田林網(wǎng)化程度中，其余為農(nóng)田林網(wǎng)化程度低。由表5可知，在低等級耕地中，各障礙因素在農(nóng)田林網(wǎng)化程度的占比分布上，有相似的趨勢，都是以農(nóng)田林網(wǎng)化程度低為主，占比最低為障礙因素為酸化的耕地，農(nóng)田林網(wǎng)化程度低的占比為55.46%，占比最高為無障礙因素的耕地，農(nóng)田林網(wǎng)化程度低的占比為98.30%，可見等級低且無障礙因素的耕地在農(nóng)田林網(wǎng)化程度這項指標(biāo)上得分較低，是制約其等級的一項限制性指標(biāo)。

表5 各障礙因素農(nóng)田林網(wǎng)化程度占比Table 5 Proportions of farmland forest network degrees with various obstacle factors

2.2.5 生物多樣性。生物多樣性運用CFU法檢測，耕層土壤微生物量氮≥87.1 mg·kg-1，微生物量碳≥279 mg·kg-1為豐富；微生物量氮為56.8～95.9 mg·kg-1，微生物量碳為204～309 mg·kg-1為一般；微生物量氮≤61.6 mg·kg-1，微生物量碳≤206 mg·kg-1為不豐富。由表6可知，在低等級耕地中，鹽堿、酸化、漬潛等障礙因素的耕地，在生物多樣性這項指標(biāo)上的分布占比趨勢是相似的，都是以不豐富為主，占比達(dá)60%以上，一般次之，豐富占比極小在1%以下；瘠薄、具有障礙層次和無障礙因素的耕地則是生物多樣性一般的在50%以上，不豐富次之?？梢?，低等級耕地的生物多樣性普遍處在較低的水平。

表6 各障礙因素生物多樣性占比Table 6 Proportions of biodiversity with various obstacle factors

2.2.6 灌溉能力。作物所需灌水量為作物整個生育期所需水量減去自然降水量。灌溉保證率指灌溉用水量在多年期間能得到保證的概率，以正常灌溉供水的年數(shù)占總年數(shù)的百分比表示。灌溉保證率為80%以上，灌溉能力為充分滿足；灌溉保證率為60%～80%，灌溉能力為滿足；灌溉保證率為30%～60%，灌溉能力為滿足；灌溉保證率為30%以下，灌溉能力為不滿足。由表7可知，在低等級耕地中，灌溉能力均以不滿足為主，其中酸化耕地不滿足占比最大，達(dá)99.99%，其次為無障礙因素耕地99.91%，鹽堿耕地灌溉不滿足占比最小，為73.98%?？梢?，灌溉能力是制約耕地質(zhì)量等級的一項重要指標(biāo)，有效提高灌溉水平，那么耕地質(zhì)量提升的潛力將會十分巨大。

表7 各障礙因素灌溉能力占比Table 7 Proportions of irrigation capacities with various obstacle factors

2.2.7 排水能力。排澇骨干工程(干、支渠)三十年一遇，田間工程(斗、農(nóng)渠)十年一遇，具有以上排澇設(shè)施的地塊排水能力為充分滿足；排澇骨干工程(干、支渠)二十年一遇，田間工程(斗、農(nóng)渠)五至十年一遇，具有以上排澇設(shè)施的地塊排水能力為滿足；排澇骨干工程(干、支渠)低于二十年一遇，田間工程(斗、農(nóng)渠)低于五年一遇，具有以上排澇設(shè)施的地塊排水能力為基本滿足；排澇骨干工程(干、支渠)低于十年一遇，田間工程(斗、農(nóng)渠)低于三到五年一遇，這樣的地塊排水能力為不滿足。由表8可知，在低等級耕地中，除漬潛外，其他障礙因素的耕地排水能力的分布占比均以滿足為主，占比最高達(dá)90.29%，最低也在70.33%，無障礙因素耕地排水能力也主要以基本滿足為主，占比達(dá)71.9%，因此，排水能力并不能成為提升耕地質(zhì)量等級的主導(dǎo)因子，提升潛力不大。

表8 各障礙因素排水能力占比Table 8 Proportions of drainage capacities with various obstacle factors

2.3 不同障礙因素的低等級耕地其數(shù)值型評價指標(biāo)分析

在低等級耕地中，障礙因素為鹽堿的耕地有效土層厚度平均值最大，為63 cm，在指標(biāo)分級中為3級，處于中等水平(表9,10)；障礙因素為酸化、漬潛及具有障礙層次的耕地有效土層平均值最小，為49 cm，在指標(biāo)分級中為4級，處于較低水平，可能是由于在土壤剖面中，遇到障礙層次后，有效土層厚度截至到該障礙層上緣。耕層厚度各障礙因素之間差異不大，較為均勻，都在19 cm和20 cm，在指標(biāo)分級中為4級，處于較低水平。鹽堿耕地土壤容重平均值最大，為1.38 g·cm-3，土體緊實，易板結(jié)；漬潛耕地土壤容重平均值最小，為1.27 g·cm-3，其中潛育白漿土較為緊實，容重較大，泥炭土較為疏松，容重較小。鹽堿耕地pH平均值最大，為8.34；酸化耕地pH平均值最小，為5.21，均不適宜作物生長。漬潛耕地有機質(zhì)平均含量最大，為36.4 g·kg-1，在指標(biāo)分級中為2級，處于較高水平，可能是由于周期性凍融導(dǎo)致土溫較低，抑制微生物活動，導(dǎo)致有機質(zhì)分解緩慢；瘠薄耕地有機質(zhì)平均含量最小，為17.1 g·kg-1，在指標(biāo)分級中為4級，處于較低水平。可以看出，不同障礙因素的低等級耕地在有效土層厚度與耕層厚度提升、鹽堿耕地和酸化耕地改良、瘠薄耕地有機質(zhì)提升上均有較大的可為空間。

表9 不同障礙因素數(shù)值型指標(biāo)平均值Table 9 Mean values of quantitative indexes of different obstacle factors

表10 我國東北耕地質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 10 Grading standard of cultivated land quality monitoring index in Northeast China

3 討論與結(jié)論

吉林省低等級耕地中，障礙因素面積占比依次為鹽堿>酸化>瘠薄>障礙層次>漬潛，鹽堿耕地主要分布在白城、松原地區(qū)，該地區(qū)年蒸發(fā)量大于年降水量，且地形較為平坦，以平原低階為主，大量鹽分聚集無法排出導(dǎo)致其鹽堿化。以砂壤及黏土、緊實型、農(nóng)田林網(wǎng)化程度低、生物多樣性不豐富及灌溉能力不滿足的耕地為主。鹽堿耕地pH平均值8.34，pH較高對其他指標(biāo)也有一定影響，尤其是在有效磷上，鹽堿耕地的有效磷的平均值為10.1 mg·kg-1，含量較低，可能是由于較高的pH(7.5～8.5)導(dǎo)致磷在土壤中的移動性弱，易被固定，降低了其有效性[15-16]。滴灌條件下，酸化劑的投入可以顯著提高土壤有效磷的含量，并提高了玉米對磷素的吸收[17]。有針對性的對鹽堿地施用酸性調(diào)理劑，通過改變土壤膠體吸附性離子組成，改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤通透性增加，既有利于土壤脫鹽與抑制返鹽，又能補充作物在鹽堿環(huán)境下對養(yǎng)分的需求，從而達(dá)到改良鹽堿的目的[18]。

酸化耕地主要分布在吉林、通化地區(qū)和延邊州，該區(qū)域自然植被豐富，表層多枯枝落葉，同時年降雨量較大，地形起伏，易發(fā)生淋溶淀積作用，加之人為因素影響，導(dǎo)致其酸化。目前酸化耕地的平均值為5.21。以砂壤、薄層型、農(nóng)田林網(wǎng)化程度低、生物多樣性不豐富及灌溉能力不滿足的耕地為主。研究表明土壤酸化會降低土壤養(yǎng)分的有效性，而提高重金屬的活性，使土壤逐漸退化，對作物的發(fā)育與生長造成負(fù)面影響[19]，與本研究相符。在改良土壤酸化方面，可以合理地施用石灰，提高土壤pH，改善土壤有效養(yǎng)分狀況[20]。

瘠薄耕地主要分布在松原、四平地區(qū)。與鹽堿和酸化不同的是，瘠薄耕地的地帶性不強，主要受人為施肥的影響。從概念型指標(biāo)上看，以砂壤、松散型和薄層型、農(nóng)田林網(wǎng)化程度低、生物多樣性一般和灌溉能力不滿足的耕地為主。從數(shù)值型指標(biāo)上看，瘠薄耕地有機質(zhì)平均含量為17.1 g·kg-1，含量較低。增加土壤有機質(zhì)的主要途徑是施用畜禽糞便和綠肥、農(nóng)家肥等有機肥。秸稈還田能將秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等通過發(fā)酵、腐解及分解等方式轉(zhuǎn)化為有機質(zhì)，也是目前提高土壤有機質(zhì)的重要措施之一[21]。

存在障礙層次的耕地以砂壤、薄層型和緊實型、農(nóng)田林網(wǎng)化程度低、生物多樣性一般及灌溉能力不滿足的耕地為主。有效土層平均厚度為49 cm。障礙層次會限制根系生長，阻礙根系從土壤中吸收營養(yǎng)物質(zhì)和水分，不利于作物生長發(fā)育。不同類型的障礙層次，需要有針對性的采取措施減弱或消除障礙層的影響，如黏隔型障礙層，主要采取打破黏隔障礙、改善土壤質(zhì)地的方式進(jìn)行改良[22]。

漬潛耕地占比較小，且地帶性不明顯，主要在地勢低洼、近水域地呈條帶狀或零星分布。以黏土和輕壤、海綿型、農(nóng)田林網(wǎng)化程度低、生物多樣性不豐富、灌溉能力和排水能力都不滿足的耕地為主。有機質(zhì)平均含量為36.4 g·kg-1。漬潛耕地需要重點解決的是排澇問題，可以通過排水治澇，修筑臺、條田，排除田間積水。

各地需結(jié)合自身低等級耕地障礙因素類型及特點，制定有效措施，改善耕地質(zhì)量，發(fā)揮潛在優(yōu)勢，從而提升耕地質(zhì)量等級。