合肥市农田土壤质地空间特征分析与耕地质量提升

桂 苗，汪甜甜，马友华

（1合肥市农业经济技术服务管理总站，合肥 230091；2安徽农业大学资源与环境学院，合肥 230036）

0 引言

耕地是支撑社会发展的重要资源，是农业生产中粮食作物的生产基础，是保障国家粮食安全和农产品质量安全的基础[1-2]，耕地质量关系到社会持续健康发展和人民物质生活需要[3]，而土壤质地则是评价耕地质量等级情况的重要指标之一[4-5]。土壤质地是一种十分稳定和基础的土壤自然和物理属性，它影响着土壤的通气透水性和保水保肥性，决定着诸多土壤理化行为与理化性质[6]，而土壤剖面构型是影响土壤质量和土壤生产力的重要因子，对平原地区来说尤其重要[7]。良好的土体剖面构型是土壤肥力的基础，而土壤质地则是影响土体剖面构型的物质基础[8]。因此，摸清区域的耕地耕层质地与土壤质地构型，对有效开展区域耕地质量等级评价工作，掌握耕地质量动态，合理利用耕地资源，提升耕地综合生产能力具有重要意义。

国内外众多学者早已关注到不同地区的质地与质地构型的具体特征，并分析两者对土壤养分空间分异和土壤肥力的影响。早在1978年，陈恩凤[9]就指出土体构型直接影响土壤的水肥气热状况，是土壤肥力研究的重要部分。Dobos等[10]也指出土壤剖面观测是野外观测到的是土壤最确定的信息。余学祥等[11]分析研究了安庆市耕地土壤质地概况及其对土壤肥力的影响，为当地种植业结构调整和配方施肥提供了科学依据。史惠兰等[12]分析了高寒草地土壤质地差异，以及不同质地对土壤养分空间分异特征的影响，为青海省高寒草地资源的合理利用、退化草地的恢复与重建提供理论支持。颜春起[13]指出三江平原土壤的水分特性和作物根系的发育和深度与土体构型有密切关系。赵霞、檀满枝等[14-15]指出土壤剖面质地构型对玉米、小麦等作物的产量存在显著影响。但目前对区域内的不同土壤类型的耕地耕层质地及质地构型的研究相对较少，需要进一步研究区域耕地土壤的利用和施肥指导措施。

合肥市属于皖江城市带核心城市，是沿海的腹地与内地的前沿[16]。合肥市地处江淮之间，土壤发育具有差异性，各县区耕地土壤成土母质以下蜀黄土、湖积物、河流冲积物以及残积、坡积物为主，另外也包括各种岩类风化物、堆积物等母质，且不同地区成土母质经搬运堆积的程度不同，造成全市土壤类型与耕层质地、质地构型种类相对丰富且较为典型。由下蜀黄土发育来的土壤质地较为粘重，粘盘层质地构型也对耕地质量产生一定的影响。通过分析合肥市耕地耕层质地与质地构型的情况，能够进一步了解区域土壤与耕地本身状况，并根据不同质地的土壤提出针对性改良意见，有利于合肥市耕地资源得到合理的利用与保护，并为其他地区类似耕层质地土壤的培肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

合肥市地处中国华东地区、江淮之间，环抱巢湖，位于安徽省中部，境内有丘陵岗地、低山残丘、低洼平原3种地貌。合肥市地处中纬度地带，属亚热带季风性湿润气候，四季分明，气候温和，雨量适中。年均气温15.7℃，年均降水量约1000 mm，年日照时间约2000 h，年均无霜期228天，平均相对湿度为77%。合肥市地表水系较为发达，以江淮分水岭为界，岭北为淮河水系，岭南为长江水系，境内巢湖是中国五大淡水湖之一。合肥市耕地土壤以水稻土、黄棕壤、黄褐土为主要类型，约占全部土壤类型的94%，其余为石灰（岩）土、紫色土、潮土和砂姜黑土。土壤类型计为7个土类、16个亚类、103个土种。

1.2 数据来源

本研究用于分析的基础资料包括第二次全国土壤普查的相关成果资料、2018—2020年合肥市耕地质量监测点数据等，矢量图资料包括合肥市土壤图、2018年合肥市行政区划图、2018年合肥市土地利用现状图等。根据《耕地质量等级》(GB/T 33469—2016)布点密度原则，333～667 hm2布设一个采样点，本次在全市范围内耕地均匀布设共计547个采样点。本研究于2020年10月—2021年3月在安徽农业大学农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室进行。

1.3 数据处理

根据合肥市耕地质量监测点数据与《耕地质量等级》中指标选取原则，将547条采样点数据生成耕地质量调查表，对耕层质地、质地构型等概念型数据通过ArcMap 10.6软件中“空间连接”工具实现面状化处理，将其属性赋值给每个耕地图斑。通过图件的叠置和检索以及小图斑的合并，将合肥市耕地质量划分为168555个评价单元。通过检索查阅合肥市各县区《土壤志》，并参考专家实地经验，归类出各县区土壤质地与质地构型类型。

2 合肥市耕地耕层质地与质地构型分析

2.1 合肥市耕地耕层质地分析

耕层质地是指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况，是土壤基本的物理性质之一。土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系，影响着土壤的利用与改良。从全市情况看，合肥市耕地耕层质地共有黏土、轻壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6种类型（表1）。耕层质地为中壤的面积最大，为203536.81 hm2，占全市耕地面积的39.89%；其次是重壤和砂壤，面积分别为186370.17、51111.95 hm2，分别占全市耕地面积的36.53%、10.02%；面积最小的是砂土，为64.78 hm2，占全市耕地面积的0.01%。合肥市潮土、黄褐土、黄棕壤和砂姜黑土均以中壤质地为主，石灰（岩）土和紫色土以轻壤质地为主，水稻土则以重壤质地为主。可以看出，合肥市大部分土壤类型的耕层质地情况较好，耕地的通透气较好，有利于通气、透水、保水、增温和养分分解。

表1 合肥市不同土壤类型的耕层质地面积分布情况表 hm2

合肥市各县区的耕层质地分布也存在差异（图1、表2），其中黏土分布最多的县区是长丰县，面积为25369.17 hm2，占其县区面积的22.86%；轻壤分布最多的县区是肥西县，面积为13608.21 hm2，占其县区面积的15.96%；砂壤分布最多的县区是长丰县，面积为42949.37 hm2，占其县区面积的38.73%；砂土仅分布在庐江县，面积为64.78 hm2，占其县区面积的0.06%；中壤分布最多的县区是肥东县，面积为56548.28 hm2，占其县区面积的46.88%；重壤分布最多的县区是庐江县，面积为64761.63 hm2，占其县区面积的56.06%。可以看出，肥东县、肥西县和庐江县主要以中壤、重壤和轻壤为主，耕地耕层质地情况较好。

图1 合肥市耕地耕层质地分布图

表2 合肥市各县区耕层质地分布情况表

2.2 合肥市耕地质地构型分析

土壤的质地构型是指土壤发生层在垂直方向上有规律的组合和有序的排列情况。从全市来看，合肥市耕地质地构型共有薄层型、海绵型、夹层型、紧实型、上紧下松型、上松下紧型和松散型7种类型（表3）。质地构型为上松下紧型的面积最大，为232795.73 hm2，占全市耕地面积的45.63%；其次是紧实型，为204512.65 hm2，占全市耕地面积的40.08%；面积最小的是上紧下松型，为610.34 hm2，占全市耕地面积的0.12%。在合肥市不同土壤类型上，潮土、黄棕壤和水稻土均以上松下紧型质地构型为主，黄褐土、砂姜黑土以紧实型质地构型为主，石灰（岩）土以薄层型质地构型为主，紫色土以松散型质地构型为主。可以看出，合肥市大部分土壤类型耕地的质地构型情况较好，土壤保水保肥能力较强，而石灰（岩）土和紫色土土类耕地的质地构型情况较差，耕地漏水漏肥，不适宜农作物的生长。

表3 合肥市不同土壤类型质地构型分布情况表hm2

合肥市各县区的耕地质地构型分布情况也有所不同（图2、表4），其中巢湖市、肥东县和肥西县耕地均以上松下紧型质地构型为主，而庐江县和长丰县耕地则以紧实型质地构型为主。巢湖市上松下紧型质地构型的耕地面积为68060.25 hm2，占其县区面积的87.44%，紧实型有少量分布；肥东县上松下紧型质地构型的耕地面积为46108.39 hm2，占其县区面积的38.23%，紧实型耕地分布面积占其县区的31.70%；肥西县上松下紧型质地构型的耕地面积为52514.74 hm2，占其县区面积的61.60%，紧实型耕地分布面积占其县区的22.40%；庐江县紧实型质地构型的耕地面积为57393.33 hm2，占其县区面积的49.69%，上松下紧型耕地分布面积占其县区的40.31%；长丰县紧实型质地构型的耕地面积为81538.65 hm2，占其县区面积的73.48%，上松下紧型耕地分布面积占其县区的17.62%。可以看出，合肥市各县区大部分耕地质地构型条件良好，耕地土壤质量与生产性能均较好，耕地可利用性较高。

图2 合肥市耕地质地构型分布图

表4 合肥市各县区耕地质地构型分布情况表hm2

3 不同质地特征耕地质量提升措施

不同类型耕层质地与质地构型对土壤肥力和生产性能影响不同，需要因地制宜选择差异化的改良方法[17]。合肥市耕地耕层质地共有黏土、轻壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6种类型，质地构型共有薄层型、海绵型、夹层型、紧实型、上紧下松型、上松下紧型和松散型7种类型。参考《农用地质量分等规程》(GB/T 28407—2012)中长江中下游区表层土壤质地与剖面构型分级结果，壤土分级为1级，粘土为2级，砂土为3级，砾质土为4级；通体壤、壤砂壤为1级，壤粘壤为2级，壤砂砂、壤粘粘和砂粘砂为3级，砂粘粘为4级，粘砂粘、通体粘和粘砂砂为5级，通体砂、通体砾级别最低为6级。合肥市较优的质地构型有上松下紧型、海绵型、夹层型和紧实型，其余3种质地构型相对较差。3种较差质地构型可以归为2类。一类是砂质土，质地构型类型有薄层型和松散型，主要分布在庐江县和肥西县部分耕地；另一类是粘质土，质地构型类型为上紧下松型，分布在肥西县少部分耕地。合肥市土壤耕层质地与质地构型改良主要是改良砂质土和粘质土不良质地构型，从而改善土壤肥力状况和提升耕地质量。

3.1 砂质土质地构型改良

砂质型剖面构型土层质地较粗，养分含量少，保肥蓄水能力差，土温变化较快，透水通气性好，不能满足农作物生长需求，该类耕地土壤主要分布在肥西县、庐江县和肥东县等县区。

3.1.1 客土改良法 客土改良法是指在土壤质地层次过砂或过粘的土壤中掺加入良好的外源土壤，使本土与客土混合均匀，以改良土壤质地构型的一种方法。客土土源应尽量选择土壤肥力较高的壤质土。客土改良法分为客土移植改良法和流水客土法，客土移植改良法一般采取土地平整等工程措施来改良质地构型，而使用流水客土法时需考虑降水、风速等气象因素对土壤质地的影响[18]。客土改良法使用范围较广，效果明显，不仅可以改良土壤质地层次过砂或过粘的剖面构型，还具有增加土壤有效土层厚度、改善土壤理化性质等作用，深厚的土层厚度具有良好的土壤持水持肥能力[19]，有利于耕地耕作性能的改善。因此，客土法改良土壤质地构型能切实提升耕地质量和耕地生产能力。

3.1.2 有机物料回填法 砂质耕作土壤，保水保肥能力差，养分含量低，土壤肥力水平低，可采用有机物料回填法以改良土壤的结持性和增加养分含量，从而改良土壤质地构型。有机物料心土回填技术方法是指保持耕层位置不变，向心土层施入有机物料形成夹层以改良土壤剖面构型，如针对肥东县夹层型、薄层型质地构型的耕地可采取此种方法。有机物料回填能够降低耕地土壤容重、增加孔隙度，提高土壤有机质含量，改变土壤剖面中不同质地排列层次，提高土壤团聚体稳定性。有机物料回填法增施有机肥改良剖面构型应坚持少量多次、少施勤施的原则，采用科学农艺措施等改良不良土壤质地层次。如实行营养滴灌等措施，通体砂质可成为较好土壤质地层次。

3.1.3 机械改土法 机械改土法是指利用农业机械设备进行深耕、深松、深翻等方式改良土壤质地构型方法，较适用于肥西县上紧下松型质地构型的耕地土壤改良。机械改土可以改良土壤质地以及土壤剖面层次排列形式。深耕能打破犁底层，改变土壤有效养分的垂直分布，培植深厚耕层，疏松土壤，促进农作物根系生长发育。深耕深度一般为18～25 cm。深松为保持原土层的结构不变，加深耕作层；深松能够改善土壤通透性，降低耕作土壤容重，改善土壤孔隙分布状况，提高土壤蓄水蓄肥的能力。深翻是指利用深翻耕深层土壤，使其与表层土壤混合以改良质地构型；深翻能疏松土壤、降低紧实度，改良土体不良质地层次，改善土壤理化性质。深翻深度一般为20～25 cm。

3.2 粘质土质地构型改良

粘质型剖面构型土层质地较为粘重，土壤通气性较差。针对粘质土壤，除客土改良法和机械改土法中深松、深翻措施外，还能采取的质地构型改良方法有引洪漫淤法和土壤剖面重构法。粘质土质地构型如上紧下松型集中分布在肥西县。

3.2.1 引洪漫淤法 引洪漫淤法是指人工控制洪流或河水将其引入农田，洪流中细泥沉积在田地土壤中，通过增加土壤养分含量、有效土层厚度、改善土壤结持性和调节土壤孔隙度等方式改良土壤剖面构型。引洪漫淤法适用改良河流沿岸的土壤不良剖面构型，如巢湖市和庐江县沿河湖部分地区耕地，洪水期间河流挟带细泥引洪效果主要为漫沙，细泥肥田效果显著。对上紧下松型的质地构型土壤，引洪漫淤能够以沙掺粘，疏松土壤，改变土壤物理性状，增加土壤孔隙度，增强土壤透水通气性，改良土壤的质地构型。

3.2.2 土壤剖面重构法 土壤剖面重构指应用工程和生物技术进行表土剥离、储存、回填，重新构造出土壤肥力水平高、土壤环境条件稳定的土壤剖面，在较短时间内改善土壤内部结构和环境质量，并且能够显著改善重构土壤的表层含水率[20]，增加土壤疏松度，进而提升耕地质量和生产能力。重新构造适宜土壤剖面来消除不良土壤质地，进而改良土壤剖面构型，其实质为重新构造土壤物理介质和土壤不同质地层次组合。土壤剖面重构主要流程包括表土剥离与储存、重构土壤剖面、重构土壤肥力培育。通过土壤剖面重构法，可以彻底打破粘质土的粘磐层，重新构造出表层土壤疏松，中间透水通气性强，底层保水保肥的理想质地构型。

4 结论

（1）合肥市耕地耕层质地以中壤和重壤为主。从土壤类型上看，潮土、黄褐土、黄棕壤和砂姜黑土均以中壤质地为主，石灰（岩）土和紫色土以轻壤质地为主，水稻土则以重壤质地为主；从各县区情况来看，巢湖市和庐江县以重壤质地为主，肥东县和肥西县以中壤质地为主，耕地耕层质地情况较好，而长丰县则以砂壤质地为主。

（2）合肥市耕地质地构型以上松下紧型和紧实型为主。从土壤类型上看，潮土、黄棕壤和水稻土均以上松下紧型质地构型为主，黄褐土、砂姜黑土以紧实型质地构型为主，石灰（岩）土以薄层型质地构型为主，紫色土以松散型质地构型为主；从各县区情况看，巢湖市、肥东县和肥西县耕地均以上松下紧型质地构型为主，而庐江县和长丰县耕地则以紧实型质地构型为主。

（3）对合肥市砂质土和粘质土质地构型进行改良，主要针对薄层型、松散型和上紧下松型，主要有客土改良法、有机物料回填法、机械改土法、引洪漫淤法和土壤剖面重构法5种方法。通过改善合肥市耕地耕层质地及质地构型情况，从而进一步改善其土壤肥力状况和提升耕地质量，实现合肥市耕地资源的可持续发展与利用。