基于GIS的江苏省耕地质量等级评价

郁 洁，高 晖，李文西，柏彦超，汪吉东，王绪奎*

（1.江苏省耕地质量与农业环境保护站，江苏 南京 210036；2.扬州地恒科技有限公司，江苏扬州 225101；3.扬州市耕地质量保护站，江苏 扬州 225101；4.扬州大学，江苏 扬州225009；5.江苏省农业科学院，江苏 南京 210014）

耕地是宝贵的自然资源，是农业生产的基础，开展耕地质量分等定级有利于更好地利用保护耕地资源。江苏省作为我国经济强省，也是重要的农业省份，研究其耕地质量等级分布具有重要的生产实践意义。耕地质量是由耕地地力、土壤健康状况、田间基础设施构成的满足农产品持续产出和质量安全的能力[1]。耕地质量的优劣关系到粮食安全、农产品质量安全以及农业可持续发展。2017年联合国粮农组织明确提出任何可持续土壤管理规划均应进行土壤状况评估。耕地质量等级评价是通过综合指数法对耕地质量各指标进行赋值，计算出耕地质量综合指数，进而分等定级的行为。科学评价耕地质量等级，掌握耕地质量主要性状，合理高效地利用耕地资源，是耕地质量保护的一项重要任务。前人对各种尺度的耕地质量等级评价开展了较多研究[2-6]，但针对江苏省省级尺度的耕地质量等级评价研究还未见报道。

江苏省耕地资源紧缺，人多地少的矛盾十分突出，以占全国3.39%的耕地生产了全国5.56%的粮食，为保障国家粮食安全作出了重要贡献[7-9]。前人对江苏省部分市县的耕地质量等级评价开展了一些研究。例如，王绪奎等[10]选取了有机质等6个因子研究太湖地区水稻土肥力演变；颜兵等[11]选取了立地条件、灌排条件、理化性状、土壤养分4大类11个指标对建湖县耕地进行评价，将全县耕地划分为5个等级；秦永美等[12]选取了养分含量、理化性状、剖面组成、立地条件、灌排条件5大类13个基本要素将浦口区耕地划分为4个等级。然而，针对市县尺度的耕地质量等级评价，往往由于评价指标体系的差异，导致各市县间的可比性不高，无法全面掌握省级尺度下不同等级耕地分布情况。本文依据《耕地质量等级》（GB/T 33469-2016），研究确定了适用于全省的统一指标体系和等级划分标准，于2019年从省级尺度开展耕地质量等级评价，厘清了全省耕地质量等级的分布特征，为落实新时代国家粮食安全战略和实施“藏粮于地、藏粮于技”战略，优化耕地资源配置，加强耕地质量建设，促进农业可持续发展提供了重要支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江苏省地处我国大陆东部沿海地区中部，长江、淮河下游，介于116°18′～121°57′E、30°45′～35°20′N之间，位居中纬度的亚热带和暖温带范围内，东濒黄海，北接山东省，西连安徽省，东南与上海市、浙江省接壤，是长江三角洲地区的重要组成部分。江苏省气候温和，雨量适中，四季气候分明，年平均气温在13.6～16.1℃之间，年降水量为715～1280 mm。地形以平原为主，南北高，中间低，自西向东倾斜。江苏省划分为徐淮农区、里下河农区、沿海农区、沿江农区、宁镇扬丘陵农区和太湖农区六大农区（图1），人均耕地面积0.057 hm2，不到全国人均耕地面积的2/3，耕地利用方式主要为水田和旱地，境内分布有潮土、滨海盐土、草甸盐土、粗骨土、褐土、红壤、红粘土、黄褐土、黄棕壤、火山灰土、水稻土、沼泽土、紫色土、棕壤、砂姜黑土、石灰（岩）土16种土壤类型。

图1 江苏省六大农区分布示意图

1.2 资料来源与数据库建立

图件资料以2005年江苏省省级土地利用现状图、1993年江苏土壤图和2017年行政区划图叠加生成（比例尺1∶100万），图件审查按照点位坐标、制图标准、图件专题内容实际分布状况等，逐图检查核实。属性数据来自全省耕地质量调查评价样点，共7128条样点，数据资料审查采取人工检查与计算机编程检查相结合的方式进行，确保评价数据资料的完整性、科学性、符合性。

数据库包括空间数据库与属性数据库。空间数据库包括道路、水系、采样点点位图、评价单元图、土壤图、行政区划图等。道路、水系通过土地利用现状图提取；土壤图通过扫描纸质土壤图件拼接校准后矢量化；评价单元图通过土地利用现状图、行政区划图、土壤图叠加形成；采样点点位图通过野外调查采样数据表中的经纬度坐标生成。属性数据库包括调查检测属性数据表、土地利用现状属性数据表、行政编码表、交通道路属性数据表等。通过分类整理后，以编码的形式进行管理。

1.3 评价方法

将土地利用现状图、行政区划图、土壤图“三图叠加”形成评价单元。根据土壤调查与测试结果，建立土壤养分、理化性状、立地条件等耕地质量数据库。多次组织专家讨论，依据《耕地质量等级》（GB/T 33469-2016），从立地条件、剖面性状、耕层理化性状、养分状况、土壤健康状况和土壤管理6方面选取15个评价指标，采用特尔斐法和层次分析法相结合的方法，依据各评价指标因子相对于耕地质量的重要性，确定各因子权重和隶属度，并通过农业农村部耕地质量监测保护中心关于印发《全国耕地质量等级评价指标体系》的通知正式发布（表1～3），采用空间插值等方法为每个评价单元赋值，采用模糊数学（Fuzzy math）法对评价数据进行标准化处理，通过累加法计算耕地质量综合指数。在聚类分析的基础上采用累积曲线法，等距离划分地力等级，划分指数见表4，共分10个等级，一等地最好，十等地最差。计算公式如下：

表1 江苏省耕地质量等级评价指标权重

表4 江苏省耕地质量等级划分指数

式中，P为耕地质量综合指数；Ci为第i个评价指标的组合权重；Fi为第i个评价指标的隶属度。

表2 江苏省耕地质量等级评价数值型指标隶属函数模型

表3 江苏省耕地质量等级评价文本型指标隶属函数模型

2 结果与分析

2.1 江苏省耕地质量主要性状——数值型评价指标

2.1.1 有机质

江苏省耕地土壤有机质平均含量为23.81 g/kg。从分布频率看，土壤有机质含量主要集中在20～30和10～20 g/kg的区间，面积占比分别为45.41%和37.36%（表5，图2）。从农区看，太湖农区的土壤有机质平均含量最高，为30.34 g/kg；其次为里下河农区，为28.55 g/kg；沿海农区的土壤有机质平均含量最低，为18.30 g/kg；沿江农区、宁镇扬丘陵农区和徐淮农区的土壤有机质平均含量分别为25.15、24.64、21.12 g/kg。从土壤类型看，红壤、沼泽土、水稻土的土壤有机质含量较高，平均值分别为29.82、29.27、27.51 g/kg；滨海盐土的土壤有机质含量最低，平均值为18.15 g/kg；面积最大的潮土（占全省耕地土壤总面积的39.85%）和水稻土（占全省耕地土壤总面积的37.44%）有机质含量分别为21.09和27.51 g/kg（表6）。

图2 江苏省土壤有机质含量分布频率

表5 分农区理化性状

表6 分土壤类型理化性状

2.1.2 有效磷

江苏省耕地土壤有效磷平均值为26.57 mg/kg（表5）。从分布频率看，有效磷含量主要集中在15～25 mg/kg区间，面积占比为44.58%（图3）。从农区看，太湖农区、徐淮农区的土壤有效磷平均含量较高，分别为29.18、29.03 mg/kg；沿海农区的土壤有效磷平均含量最低，为21.01 mg/kg；宁镇扬丘陵农区、里下河农区、沿江农区的土壤有效磷平均含量分别为25.32、24.43、23.24 mg/kg。从土壤类型看，紫色土、石灰（岩）土、棕壤的土壤有效磷含量较高，平均值分别为44.42、40.88、38.16 mg/kg；火山灰土的土壤有效磷含量最低，平均值为18.79 mg/kg；面积最大的潮土和水稻土有效磷含量分别为25.90和25.05 mg/kg。

图3 江苏省土壤有效磷含量分布频率

2.1.3 速效钾

江苏省耕地土壤速效钾平均值为140 mg/kg（表5）。从分布频率看，速效钾含量主要集中在150 mg/kg以上，面积占比为37.07%（图4）。从农区看，里下河农区的土壤速效钾平均含量最高，为154 mg/kg；沿江农区的土壤速效钾平均含量最低，为100 mg/kg；徐淮农区、沿海农区、宁镇扬丘陵农区、太湖农区的土壤速效钾平均含量分别为147、145、143、128 mg/kg。从土壤类型看，石灰（岩）土、沼泽土、火山灰土的土壤速效钾含量较高，平均值分别为174、169、167 mg/kg；棕壤的土壤速效钾含量最低，平均值为132 mg/kg；面积最大的潮土和水稻土速效钾含量分别为142和135 mg/kg。

图4 江苏省土壤速效钾含量分布频率

2.1.4 酸碱度（pH）

江苏省土壤pH平均值为6.9（表5）。从分布频率看，土壤pH主要集中在7.5～8.5区间，面积占比为47.95%（图5）。从农区看，沿海农区的土壤pH最高，均值为8.0；宁镇扬丘陵农区的土壤pH最低，均值为6.1；沿江农区、徐淮农区、里下河农区、太湖农区的土壤pH平均值分别为7.4、7.2、6.9、6.4。从土壤类型看，以滨海盐土pH最高，平均值为7.9；红壤pH最低，平均值为5.8；面积最大的潮土和水稻土pH平均值分别为7.6和6.6。

图5 江苏省土壤pH分布频率

2.1.5 容重

江苏省耕地土壤容重平均值为1.27 g/cm3（表5）。从分布频率看，容重主要集中在1.20～1.30 g/cm3区间，面积占比为53.86%（图6）。从农区看，沿海农区的土壤容重平均最高，为1.31 g/cm3；其次为徐淮农区，为1.30 g/cm3；太湖农区的土壤容重平均最低，为1.21 g/cm3；里下河农区、宁镇扬丘陵农区、沿江农区的土壤容重平均分别为1.27、1.26、1.22 g/cm3。从土壤类型看，棕壤、紫色土、滨海盐土的土壤容重较高，平均值分别为1.33、1.33、1.32 g/cm3；红壤的土壤容重最低，平均值为1.18 g/cm3；面积最大的潮土和水稻土容重分别为1.28和1.24 g/cm3。

图6 江苏省土壤容重分布频率

2.1.6 有效土层厚度

表6显示，江苏省耕地土壤有效土层厚度平均值为93 cm。从农区看，太湖农区的土壤有效土层厚度最高，为100 cm；其次是沿海农区，为99 cm；宁镇扬丘陵农区的土壤有效土层厚度平均最低，为86 cm；沿江农区、里下河农区、徐淮农区的土壤有效土层厚度平均分别为99、98、90 cm。从土壤类型看，滨海盐土、砂姜黑土、红壤的土壤有效土层厚度最高，平均值为100 cm；粗骨土的土壤有效土层厚度最低，平均值为31 cm；面积最大的潮土和水稻土有效土层厚度分别为93和100 cm。

2.2 江苏省耕地质量主要性状——文本型评价指标

2.2.1 地形部位

江苏省地形部位以平原和丘陵为主，还有少量山地，其占比分别为85.94%、12.01%、2.05%。沿海农区、沿江农区、里下河农区99%以上的耕地均为平原，太湖农区、徐淮农区、宁镇扬丘陵农区内平原分别占区内耕地面积的97.68%、77.59%、53.60%。六大农区中区内丘陵面积占比最高的是宁镇扬丘陵农区，占比达43.09%；山地面积占比最高的是徐淮农区，占比达4.30%。

2.2.2 耕层质地与质地构型

江苏省耕地土壤耕层质地以壤土为主，壤土、黏土、砂土的占比分别为60.40%、38.73%、0.88%。六大农区中区内壤土占比最多的是沿江农区，占比为84.85%；黏土占比最大的是里下河农区，占比为69.66%；砂土占比最大的是徐淮农区，占比为2.40%。

江苏省耕地土壤质地构型最多的是紧实型（通体黏型），占耕地总面积的43.13%，其他上松下紧型（蒙金型）、海绵型（通体壤型）、松散型（通体砂型）分别占31.91%、12.96%、11.99%。六大农区中区内上松下紧型占比最大的是太湖农区，占比为63.65%；海绵型占比最大的是沿海农区，占比为45.45%；紧实型占比最大的是里下河农区，占比为56.30%；松散型占比最大的是沿江农区，占比为26.59%。

2.2.3 生物多样性与清洁程度

江苏省生物多样性丰富、一般、不丰富的耕地分别占耕地总面积的25.99%、67.88%、6.13%。太湖农区生物多样性最好，区内77.97%的耕地为丰富，22.03%的耕地为一般；最差的是沿海农区，区内仅11.51%的耕地为丰富，86.36%的耕地为一般，2.13%的耕地为不丰富。全省各农区清洁程度均为清洁。

2.2.4 障碍因素

江苏省耕地质量主要障碍因素包括盐碱、障碍层次、酸化、瘠薄、渍潜5类（表7），面积分别为483.88×103、323.31×103、188.45×103、123.01×103和68.26×103hm2，分别占全省耕地面积的10.77%、7.20%、4.20%、2.74%和1.52%。其中，盐碱型主要分布在沿海农区和徐淮农区；酸化型主要分布在宁镇扬丘陵农区、徐淮农区、太湖农区；障碍层次型主要包括白土层、砂砾层、砂姜层、粘磐型、潜育型等，主要分布在宁镇扬丘陵农区、徐淮农区、太湖农区；瘠薄型主要分布在沿江农区和徐淮农区；渍潜型主要分布在里下河农区、太湖农区。

表7 江苏省分农区主要障碍因素面积分布 （×103 hm2）

2.2.5 灌排条件

江苏省灌溉能力充分满足、满足、基本满足、不满足的耕地分别占耕地总面积的12.36%、59.02%、24.61%、4.02%。灌溉条件最好的是太湖农区，区内45.00%的耕地灌溉能力为充分满足，而沿海农区仅1.82%的耕地灌溉能力为充分满足。

江苏省排水能力充分满足、满足、基本满足、不满足的耕地分别占耕地总面积的12.38%、56.00%、30.81%、0.82%。排水能力最好的是沿江农区，区内39.59%的耕地排水能力为充分满足，徐淮农区仅1.24%的耕地排水能力为充分满足。

2.2.6 农田林网化程度

江苏省农田林网化程度高、中、低的耕地分别占耕地总面积的13.92%、73.85%、12.23%。太湖农区农田林网化程度最高，区内37.36%的耕地农田林网化程度为高，沿海农区只有3.86%的耕地农田林网化程度为高。

2.3 江苏省耕地质量等级分布

江苏省耕地质量平均等级为4.69，十等地分布情况见图7。从农区来看，太湖农区耕地质量等级最高，平均等级为2.57，其次为里下河农区和沿江农区，平均等级分别为3.11和3.77；宁镇扬丘陵农区耕地质量等级中等，平均等级为4.60；徐淮农区和沿海农区耕地质量等级较差，平均等级分别为5.60和5.81。

图7 江苏省十等地分布情况

江苏省耕地一等地301.39×103hm2，占比6.71%；二等地512.24×103hm2，占比11.41%；三等地603.28×103hm2，占比13.43%。一、二、三等地为高等地，主要分布于平原低阶，地形起伏较小，土地利用类型几乎均为水田，土壤类型以潴育型水稻土（30.68%）、渗育型水稻土（22.83%）和灰潮土（13.51%）为主。农田基础设施条件较好，排灌能力较强，只有极少数耕地存在障碍层次。江苏省高等级地土壤有机质、有效磷、速效钾平均含量分别为29.56 g/kg、30.25 mg/kg、148 mg/kg，pH平均值为6.7，容重平均值为1.23 g/cm3，理化性质优良，土地生产性能高，应加强耕地保育和利用，确保耕地质量稳中有升。

江苏省耕地四等地677.08×103hm2，占比15.08%；五等地816.52×103hm2，占比18.18%；六等地664.25×103hm2，占比14.79%。四、五、六等地为中等地，主要分布于平原地区，少数分布于丘陵和山地，地形有一定的起伏，土地利用类型以水田为主，旱地为辅，土壤类型主要为典型潮土（32.33%）、灰潮土（21.01%）、渗育型水稻土（12.06%）等，灌排条件整体较好，少数地区灌溉需求不能充分满足，部分耕地受障碍层次、盐渍化等因素影响。江苏省中等地土壤有机质、有效磷、速效钾平均含量分别为22.32 g/kg、25.37 mg/kg、143 mg/kg，pH平均值为7.1，容重平均值为1.29 g/cm3，耕地基础地力中等，供肥性能一般，是粮食、蔬菜和经济作物增产潜力较大的区域，应重点加强农田基础设施建设，加强对盐碱地的改良，促进耕地质量提升。

江苏省耕地七等地402.76×103hm2，占比8.97%；八等地354.27×103hm2，占比7.89%；九等地111.84×103hm2，占比2.49%；十等地47.24×103hm2，占比1.05%。七、八、九、十等地为低等地，主要分布于平原和丘陵地区，部分位于山地，旱地占比近半，土壤类型主要为典型潮土（24.13%）、典型滨海盐土（18.73%）、白浆化棕壤（6.05%）等，灌排条件较差，约30%的地区灌排条件不足，近50%的低等地存在障碍层次、盐碱、瘠薄、酸化等障碍因素。江苏省低等地土壤有机质、有效磷、速效钾平均含量分别为18.42 g/kg、23.59 mg/kg、124 mg/kg，pH平均值为7.0，容重平均值为1.30 g/cm3，耕地基础地力相对差，农田基础设施缺乏，今后应加强高标准农田建设，强化地力培肥，着重消减区域普遍存在的各类障碍因子，提高农田抗御自然灾害能力和耕地综合产出能力。

3 讨论

近年来，江苏省十分重视耕地质量提升的工作，大力推进高标准农田建设、耕地质量提升示范区建设、化肥减量增效建设等，农田基础设施条件不断提升、土壤肥力水平有效提高、耕地产出能力显著增强，但总体上看，耕地质量还不够高，农田基础设施配套还不够完善，土壤养分区域间不平衡，土壤肥力水平尚不能满足作物优质高产的要求。江苏省是农业资源约束型省份，农业生产一直以高投入、高产出、超负荷的模式进行[13-14]，此次评价结果显示江苏省有26.43%的耕地存在障碍因素，主要分布在中低等地。

今后应针对区内存在的主要障碍因子有针对性地开展改良培肥。对于土壤次生盐渍化[15-18]，在肥料品种上可以施用腐熟的农家肥或有机类商品肥，减少化肥的施用，防止盐分在土壤表层积聚；在施肥方式上可以采用滴灌施肥、水旱轮作与根外追肥；在农艺措施上可以对设施大棚适时揭膜或灌水洗盐、深耕土壤、客土换土等。存在障碍层次的土壤有效土层浅、作物扎根困难、水分上下运动受阻，这类土壤改良重点是打破障碍层，如深耕深翻、起垄种植等；分布在太湖农区和宁镇扬丘陵农区的白土型土壤应结合深耕增施有机物料，改善土壤通透性，提高土壤肥力。在土壤酸化的地区[19-20]，可以增施有机肥，种植绿肥，配合侧深施肥减少化肥用量，对于酸性较强（pH 5.5以下）、土质粘重、有机质含量较高的土壤，主要通过施用生石灰来改良，对于酸性较轻（pH 6.0～6.5）的土壤，采取有机肥与石灰施用相结合的措施进行改良。针对养分瘠薄的问题，综合采取秸秆还田、增施有机肥、绿肥种植、测土配方施肥等培肥措施，配合秸秆机械化还田、水稻侧深施肥、水肥一体化等技术，农机农艺有机融合，降低劳动强度、促进精准施肥、减轻耕地负担，促进耕地质量提升；对于较为贫瘠的沿海补充耕地[21-22]，可应用高强度施用有机肥或培肥基质技术，结合机械深耕，使原本几乎没有肥力的土壤迅速增加有机质，消除盐分障碍或阻断其在土表集聚，快速培肥与脱盐改土，缩短土壤熟化或脱盐周期。渍潜障碍主要出现在地势较低的土壤上，水分难以排除，土壤通透性差、养分有效性低、土壤还原作用较强，易发生黑根、烂根，应加强农田基础设施建设，改善排水能力，推行水旱轮作，减少淹水时间，也可因地制宜种植水生蔬菜等。

4 结论

江苏省耕地质量高等级耕地（一、二、三等地）共1416.91×103hm2，占江苏省耕地面积的31.55%；中等级耕地（四、五、六等地）共2157.85×103hm2，占比48.05%；低等级耕地（七、八、九、十等地）共916.12×103hm2，占比20.40%。耕地土壤有机质、有效磷、速效钾含量平均值分别为23.81 g/kg、26.57 mg/kg、140 mg/kg，pH平均值为6.9，容重平均值为1.27 g/cm3，耕地土壤有效土层厚度平均值为93 cm，从整体看，太湖农区耕地质量最高，其次是里下河农区和沿江农区，再次是宁镇扬丘陵农区和沿海农区，徐淮农区最低。江苏省中低等级耕地占比较大，主要存在盐碱、障碍层次、酸化、瘠薄、渍潜5类障碍因素，还不能充分满足作物优质高产对耕地质量的需求，要实现农业可持续发展和农产品有效供给，必须加强耕地质量建设，提高耕地生产能力。