吉林省低等级耕地分布及性状分析

杨 松，朱健菲，尤 迪，张惠琳，李德忠，杜东明，于卫昕，潘 宇

(吉林省土壤肥料总站，吉林 长春 130031)

0 引 言

耕地质量是农业生产的最重要保障，保持并逐步提高耕地质量是耕地管理中的重要内容之一[1]。耕地质量是耕地内在基础条件以及外在利用状况的综合属性[2-4]，但因其变化具有隐蔽性[1,5]，需通过耕地质量评价衡量其质量的高低状况。国内外耕地质量评价演变过程基本相似，但国外侧重土地生产潜力以及土地利用对生态环境影响的综合评价[6-7]，国内则从重视耕地生产能力评价逐步演变为生产、生态与健康的综合评价[1,3,8]。

吉林省位于我国东北地区中部，地处享誉世界的“黄金玉米带”，是我国重要的工业基地和商品粮生产基地[9]。为贯彻“藏粮于地，藏粮于技”战略，保障国家粮食生产安全，掌握耕地质量等级现状及变化趋势，吉林省开展了耕地质量评价工作，其中，低等级耕地为通过耕地质量调查评价结果为七等地、八等地、九等地、十等地的耕地。低等级耕地，提升潜力大，研究其障碍因素并分析其性状对提升吉林省耕地质量具有重要意义。

本研究共采集吉林省10 924个耕层样本，覆盖了吉林省全部耕地土壤类型，从立地条件、剖面构型、理化性状、养分状况、健康状况和土壤管理等6个方面选取指标。指标包括地形部位、耕层质地、质地构型、障碍因素、农田林网化程度、生物多样性、灌溉能力及排水能力等定性的概念型指标和有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、有机质、pH、有效磷及速效钾等定量的数值型指标，并确定了各指标的权重及隶属函数。将吉林省耕地`质量等级由高到低依次划分为一至十等。一等地为耕地质量最好，十等地为耕地质量最差。其中，低等级耕地占全省总耕地面积的22.6%。本文对低等级耕地的分布进行了统计，并对影响低等级耕地形成的各障碍因素，开展了概念型评价指标和数值型评价指标分析，为有针对性的提出改良措施提供科学支撑。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究数据来源于吉林省耕地质量评价采样点数据。在2017年的野外调查工作中，根据样点广泛代表性、兼顾均匀性、时效性、一致性和数据完整性的选择原则，充分考虑土壤类型、地貌类型及行政区划等因素布设样点。全省域范围内按照每666.67 hm2耕地不少于1个调查点的密度，共采集10 924个耕层样品，覆盖了吉林省全部耕地土壤类型，并进行了经纬度、乡镇名、村名、立地条件、剖面构型及土壤管理等野外调查。

1.2 检测方法

所有样本检测容重、pH、有机质、有效磷和速效钾。容重采用环刀法；酸碱度(pH)采用pH计法；有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化-容量法[10]；有效磷采用Bray法/Olsen法[11]；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法[12]。

1.3 数据分析方法

采用Excel 2010中分类汇总的方法，对数据进行统计分析。

2 结果分析

2.1 低等级耕地分布

根据《耕地质量等级》国家标准(GB/T 33469-2016)[13]中对障碍因素的描述，障碍因素是指土体中妨碍农作物正常生长发育，对农产品品质和产量造成不良影响的因素。将障碍因素划分为盐碱、酸化、瘠薄、障碍层次、渍潜。其中，盐碱主要指盐渍化程度为轻度盐渍化以上的耕地。瘠薄为有机质含量<20 g·kg-1的土壤。酸化为水田pH<5、旱田pH<5.5的土壤。渍潜为地下水位高，排水不畅的土壤(土壤类型为潜育、沼泽、泥炭)。障碍层次为1 m深的土体内出现潜育层、灰化层、白浆层、钙积层、盐化层、碱化层、砂砾层、沙漏层等障碍层次的土壤，综合野外调查及第二次土壤普查资料判定。无障碍因素为没有上述障碍因素的土壤。

根据调查采样点的实际情况，应用以点带面的统计方法，得到各障碍因素在吉林省的分布情况图(图1)。

根据统计数据，七等地及以下耕地总面积为157.7万hm2，各障碍因素的分布状况如表1。

表1 低等地障碍因素面积统计 Table 1 The proportion of obstacle factors of low-grade cultivated land

表1可以看出，吉林省低等级耕地中障碍因素主要为盐碱、酸化、瘠薄、障碍层次和渍潜，其中分布面积最大的是盐碱，占低等级耕地面积的54.34%，其次为酸化占16.93%，分布面积最小的障碍因素为渍潜占0.89%，另外还有0.26%无障碍因素。

障碍因素为盐碱的耕地面积为85.7万hm2，主要分布在白城市、松原市、四平市和长春市4个地区，其中白城地区占比最大，为64.64%，其次为松原地区，占比29.38%，四平和长春地区占比较小，分别为3.67%和2.31%。

障碍因素为酸化的耕地面积为26.7万hm2，主要分布在吉林市、通化市、延边市、长春市、白山市、辽源市和四平市，其中吉林地区占比最大为35.44%，其次为通化地区，占比18.49%，四平地区占比最小，为3.11%。

障碍因素为瘠薄的耕地面积为24.9万hm2，在9个地区均有分布，其中松原地区占比最大，为40.36%，其次为四平地区，为24.79%，白城16.74%，吉林7.98%，通化6.58%，长春2.28%，延边州1.24%，辽源0.02%，白山地区占比最小，为0.01%。

存在障碍层次的耕地总面积为18.6万hm2，在9个地区均有分布，其中延边州占比最大，为32.3%，其次为吉林地区，占比为25.66%，白城为18.72%，通化为10.89%，松原为6.43%，长春为4.21%，辽源为1.00%， 四平为0.51%，白山地区占比最小，为0.28%。

障碍因素中渍潜的耕地总面积为1.4万hm2，在9个地区均有分布，其中吉林地区占比最大，为35.18%，其次为延边州，占比为19.89%，通化为18.58%，长春为9.29%，白山和白城分别为6.93% 和5.35%，松原地区占比最小，为0.66%。

2.2 不同障碍因素的低等级耕地其概念型评价指标分析

2.2.1 地形部位。由表2可知，在低等级耕地中，障碍因素为盐碱的耕地主要分布在平原，占比达97.68%；障碍因素为酸化的耕地主要分布在山地和丘陵，占比分别为57.34%和23.83%；障碍因素为瘠薄的耕地有58.54%分布在平原；存在障碍层次的耕地主要分布在山地、平原和丘陵，占比分别为51.78%、20.85%和19.48%；障碍因素为渍潜的耕地有58.69%分布在盆地；而无障碍因素的耕地中有58.56%分布在山地。通过统计数据可以发现，地形因素与障碍因素存在一定的相关性，呈现西部平原区盐碱、东部山区酸化的分布趋势，地势较低的盆地易产生渍潜障碍因素。

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

2.2.2 耕层质地。由表3可知，在低等级耕地中，障碍因素为盐碱的耕地耕层质地主要为砂壤、黏土和砂土，占比分别为39.04%、20.04%和14.94%；障碍因素为酸化的耕地耕层质地主要为砂壤、重壤和黏土，占比分别为61.96%、18.98%和14.20%；障碍因素为瘠薄的耕地耕层质地主要为砂壤、砂土和重壤，占比分别为61.57%、20.76%和11.19%；存在障碍层次的耕地耕层质地主要为砂壤、黏土和砂土，占比分别为58.65%、21.00%和11.98%；障碍因素为渍潜的耕地耕层质地主要为黏土、轻壤和砂壤，占比分别为49.92%、36.40%和10.91%；无障碍因素的耕地耕层质地主要为砂壤、砂土和重壤，占比分别为69.62%、24.21%和6.17%。由此可以看出，在低等级耕地中，除障碍因素为渍潜的耕地外，其余存在障碍因素的耕地和无障碍因素的耕地耕层质地均以砂壤为主。

表3 各障碍因素不同耕层质地占比Table 3 Proportions of different soil textures with various obstacle factors

2.2.3 质地构型。由表4可知，在低等级耕地中，障碍因素为盐碱的耕地质地构型主要为紧实型和松散型，分别占65.31%和25.00%；障碍因素为酸化的耕地质地构型主要为薄层型和紧实型，分别占43.02%和42.77%；障碍因素为瘠薄的耕地质地构型主要为松散型、薄层型和紧实型，占比分别为48.02%、35.23%和14.22%；存在障碍层次的耕地质地构型主要为薄层型、紧实型和松散型，占比分别为42.87%、30.31%和22.37%；障碍因素为渍潜的耕地质地构型主要为海绵型，占比62.86%；无障碍因素的耕地质地构型主要为松散型，占比达92.96%。可以看出存在障碍因素的耕地质地构型以紧实型、松散型和薄层型等质地构型较差类型为主，质地构型对耕地的耕性、保肥保水能力均有显著影响，此项指标较差也是这些耕地质量等级不高的影响因素。

表4 各障碍因素不同质地构型占比Table 4 Proportions of different texture configurations with various obstacle factors

2.2.4 农田林网化程度。高标准基本农田建设规范(TD/T1033-2012)[14]里对高标准农田的建设规范里要求林成网，主要指农田防护林要网络化。标准地块之间要建成干道有双侧绿化林带，支路有单侧绿化带的农田防护林网，既可以防风固土保护农田，又能增加农田的美观度。达到高标准农田林网化程度的为农田林网化程度高，达到高标准农田林网化程度60%以上的为农田林网化程度中，其余为农田林网化程度低。由表5可知，在低等级耕地中，各障碍因素在农田林网化程度的占比分布上，有相似的趋势，都是以农田林网化程度低为主，占比最低为障碍因素为酸化的耕地，农田林网化程度低的占比为55.46%，占比最高为无障碍因素的耕地，农田林网化程度低的占比为98.30%，可见等级低且无障碍因素的耕地在农田林网化程度这项指标上得分较低，是制约其等级的一项限制性指标。

表5 各障碍因素农田林网化程度占比Table 5 Proportions of farmland forest network degrees with various obstacle factors

2.2.5 生物多样性。生物多样性运用CFU法检测，耕层土壤微生物量氮≥87.1 mg·kg-1，微生物量碳≥279 mg·kg-1为丰富；微生物量氮为56.8～95.9 mg·kg-1，微生物量碳为204～309 mg·kg-1为一般；微生物量氮≤61.6 mg·kg-1，微生物量碳≤206 mg·kg-1为不丰富。由表6可知，在低等级耕地中，盐碱、酸化、渍潜等障碍因素的耕地，在生物多样性这项指标上的分布占比趋势是相似的，都是以不丰富为主，占比达60%以上，一般次之，丰富占比极小在1%以下；瘠薄、具有障碍层次和无障碍因素的耕地则是生物多样性一般的在50%以上，不丰富次之。可见，低等级耕地的生物多样性普遍处在较低的水平。

表6 各障碍因素生物多样性占比Table 6 Proportions of biodiversity with various obstacle factors

2.2.6 灌溉能力。作物所需灌水量为作物整个生育期所需水量减去自然降水量。灌溉保证率指灌溉用水量在多年期间能得到保证的概率，以正常灌溉供水的年数占总年数的百分比表示。灌溉保证率为80%以上，灌溉能力为充分满足；灌溉保证率为60%～80%，灌溉能力为满足；灌溉保证率为30%～60%，灌溉能力为满足；灌溉保证率为30%以下，灌溉能力为不满足。由表7可知，在低等级耕地中，灌溉能力均以不满足为主，其中酸化耕地不满足占比最大，达99.99%，其次为无障碍因素耕地99.91%，盐碱耕地灌溉不满足占比最小，为73.98%。可见，灌溉能力是制约耕地质量等级的一项重要指标，有效提高灌溉水平，那么耕地质量提升的潜力将会十分巨大。

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

2.2.7 排水能力。排涝骨干工程(干、支渠)三十年一遇，田间工程(斗、农渠)十年一遇，具有以上排涝设施的地块排水能力为充分满足；排涝骨干工程(干、支渠)二十年一遇，田间工程(斗、农渠)五至十年一遇，具有以上排涝设施的地块排水能力为满足；排涝骨干工程(干、支渠)低于二十年一遇，田间工程(斗、农渠)低于五年一遇，具有以上排涝设施的地块排水能力为基本满足；排涝骨干工程(干、支渠)低于十年一遇，田间工程(斗、农渠)低于三到五年一遇，这样的地块排水能力为不满足。由表8可知，在低等级耕地中，除渍潜外，其他障碍因素的耕地排水能力的分布占比均以满足为主，占比最高达90.29%，最低也在70.33%，无障碍因素耕地排水能力也主要以基本满足为主，占比达71.9%，因此，排水能力并不能成为提升耕地质量等级的主导因子，提升潜力不大。

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

2.3 不同障碍因素的低等级耕地其数值型评价指标分析

在低等级耕地中，障碍因素为盐碱的耕地有效土层厚度平均值最大，为63 cm，在指标分级中为3级，处于中等水平(表9,10)；障碍因素为酸化、渍潜及具有障碍层次的耕地有效土层平均值最小，为49 cm，在指标分级中为4级，处于较低水平，可能是由于在土壤剖面中，遇到障碍层次后，有效土层厚度截至到该障碍层上缘。耕层厚度各障碍因素之间差异不大，较为均匀，都在19 cm和20 cm，在指标分级中为4级，处于较低水平。盐碱耕地土壤容重平均值最大，为1.38 g·cm-3，土体紧实，易板结；渍潜耕地土壤容重平均值最小，为1.27 g·cm-3，其中潜育白浆土较为紧实，容重较大，泥炭土较为疏松，容重较小。盐碱耕地pH平均值最大，为8.34；酸化耕地pH平均值最小，为5.21，均不适宜作物生长。渍潜耕地有机质平均含量最大，为36.4 g·kg-1，在指标分级中为2级，处于较高水平，可能是由于周期性冻融导致土温较低，抑制微生物活动，导致有机质分解缓慢；瘠薄耕地有机质平均含量最小，为17.1 g·kg-1，在指标分级中为4级，处于较低水平。可以看出，不同障碍因素的低等级耕地在有效土层厚度与耕层厚度提升、盐碱耕地和酸化耕地改良、瘠薄耕地有机质提升上均有较大的可为空间。

表9 不同障碍因素数值型指标平均值Table 9 Mean values of quantitative indexes of different obstacle factors

表10 我国东北耕地质量监测指标分级标准Table 10 Grading standard of cultivated land quality monitoring index in Northeast China

3 讨论与结论

吉林省低等级耕地中，障碍因素面积占比依次为盐碱>酸化>瘠薄>障碍层次>渍潜，盐碱耕地主要分布在白城、松原地区，该地区年蒸发量大于年降水量，且地形较为平坦，以平原低阶为主，大量盐分聚集无法排出导致其盐碱化。以砂壤及黏土、紧实型、农田林网化程度低、生物多样性不丰富及灌溉能力不满足的耕地为主。盐碱耕地pH平均值8.34，pH较高对其他指标也有一定影响，尤其是在有效磷上，盐碱耕地的有效磷的平均值为10.1 mg·kg-1，含量较低，可能是由于较高的pH(7.5～8.5)导致磷在土壤中的移动性弱，易被固定，降低了其有效性[15-16]。滴灌条件下，酸化剂的投入可以显著提高土壤有效磷的含量，并提高了玉米对磷素的吸收[17]。有针对性的对盐碱地施用酸性调理剂，通过改变土壤胶体吸附性离子组成，改善土壤结构，使土壤通透性增加，既有利于土壤脱盐与抑制返盐，又能补充作物在盐碱环境下对养分的需求，从而达到改良盐碱的目的[18]。

酸化耕地主要分布在吉林、通化地区和延边州，该区域自然植被丰富，表层多枯枝落叶，同时年降雨量较大，地形起伏，易发生淋溶淀积作用，加之人为因素影响，导致其酸化。目前酸化耕地的平均值为5.21。以砂壤、薄层型、农田林网化程度低、生物多样性不丰富及灌溉能力不满足的耕地为主。研究表明土壤酸化会降低土壤养分的有效性，而提高重金属的活性，使土壤逐渐退化，对作物的发育与生长造成负面影响[19]，与本研究相符。在改良土壤酸化方面，可以合理地施用石灰，提高土壤pH，改善土壤有效养分状况[20]。

瘠薄耕地主要分布在松原、四平地区。与盐碱和酸化不同的是，瘠薄耕地的地带性不强，主要受人为施肥的影响。从概念型指标上看，以砂壤、松散型和薄层型、农田林网化程度低、生物多样性一般和灌溉能力不满足的耕地为主。从数值型指标上看，瘠薄耕地有机质平均含量为17.1 g·kg-1，含量较低。增加土壤有机质的主要途径是施用畜禽粪便和绿肥、农家肥等有机肥。秸秆还田能将秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素等通过发酵、腐解及分解等方式转化为有机质，也是目前提高土壤有机质的重要措施之一[21]。

存在障碍层次的耕地以砂壤、薄层型和紧实型、农田林网化程度低、生物多样性一般及灌溉能力不满足的耕地为主。有效土层平均厚度为49 cm。障碍层次会限制根系生长，阻碍根系从土壤中吸收营养物质和水分，不利于作物生长发育。不同类型的障碍层次，需要有针对性的采取措施减弱或消除障碍层的影响，如黏隔型障碍层，主要采取打破黏隔障碍、改善土壤质地的方式进行改良[22]。

渍潜耕地占比较小，且地带性不明显，主要在地势低洼、近水域地呈条带状或零星分布。以黏土和轻壤、海绵型、农田林网化程度低、生物多样性不丰富、灌溉能力和排水能力都不满足的耕地为主。有机质平均含量为36.4 g·kg-1。渍潜耕地需要重点解决的是排涝问题，可以通过排水治涝，修筑台、条田，排除田间积水。

各地需结合自身低等级耕地障碍因素类型及特点，制定有效措施，改善耕地质量，发挥潜在优势，从而提升耕地质量等级。