基于耕地资源质量分类的湖州市耕地土壤条件及空间分布特征分析

尤加俊，王洪斌，陈兵

(湖州市测绘院，浙江 湖州 313000)

1 引 言

耕地是农业生产过程中最基础的生产资料，耕地质量的好坏将对农业的可持续发展和耕地生产能力的发挥有着直接的影响[1]。土壤条件是耕地质量高低的重要体现，对区内耕地土壤条件的空间分布特征进行研究，可以明晰区内耕地土壤质量的情况，为该区域耕地质量的保护与提升、耕地资源的合理利用以及耕地占补平衡提供科学依据[2]。以2020年度湖州市三调耕地资源质量分类成果为基础，运用ArcGIS软件，从县级行政区划的角度，对土壤条件分类层级的四个重要指标，即土层厚度[3，4]、土壤质地[5]、土壤有机质[6～8]和土壤pH值[9，10]进行空间可视化和面积汇总统计处理，对湖州市各区县土壤条件指标属性及空间分布特征进行判读，分析湖州市耕地土壤条件现状，为湖州市耕地质量等别提升分析、制定土地整治方案、永久基本农田核实整改工作和土地资源资产核实工作等提供依据和参考。

2 研究区概况

湖州市位于北纬30°22′～31°11′、东经119°14′～120°29′之间，地处浙江省北部，浙苏皖三省交汇处，东邻嘉兴，南接杭州，西依天目山，北濒太湖，与无锡、苏州隔湖相望，是环太湖地区唯一因湖而得名的城市。下设2区3县，分别为吴兴区、南浔区、德清县、长兴县和安吉县，总面积 5 818 km2。地势大致由西南向东北倾斜，西部多山，共有15座山峰海拔超过 1 000 m。东部为平原水网区，河湖网密集，平均海拔仅 3 m左右，有东苕溪、西苕溪、长兜港、小梅港等众多河流。位于亚热带季风气候区，季风显著，四季分明；雨热同季，降水充沛；光温同步，日照较少；气候温和，空气湿润；地形起伏高差大，垂直气候较明显。土壤母质总的来看为长三角洲沉积物，具有土层深厚的特点，根据特性可分为水稻土和潮土两大类。

3 数据与方法

3.1 数据来源

以湖州市三县两区为研究区，基础数据来源于湖州市三调耕地资源质量分类专项调查成果，耕地面积、耕地图斑数量以及耕地土层厚度、土壤质地、土壤有机质含量和土壤pH值等土壤条件属性数据均为各区县数据库提取成果。其中，土层厚度、土壤质地、土壤有机质含量和土壤pH值四项耕地土壤条件数据真正来源于湖州市各区县农业农村部门，将收集到的各区县农业农村部门土壤条件数据，进行分析整理，将耕地资源质量分类图与收集到的土壤专题数据等相关图层进行叠加，结合野外补充调查数据，为每一个耕地图斑的士层厚度、土壤质地、土壤有机质含量、土壤pH值属性进行赋值，最终形成了湖州市耕地资源质量分类土壤条件的调查成果。依据这些原始数据值，对湖州市耕地土壤条件及空间分布特征进行分析研究。

3.2 数据处理

从湖州市三调耕地资源质量分类专项调查成果中提取耕地土壤条件数据，经过数据统计和面积汇总，得到湖州市各区县耕地土壤条件数据的描述性属性，包括最大值、最小值、均值、标准差和变异系数；根据《浙江省第三次全国国土调查耕地资源质量分类实施方案》中有关土壤条件各指标级别划分的要求，运用ArcGIS软件，分别对湖州市耕地土壤条件各指标级别进行空间可视化表达，包括土壤厚度、土壤质地、土壤有机质以及土壤pH值。

3.3 研究方法

变异系数反映的是数据单位均值的离散程度，可以消除量纲和尺度的影响，能更客观地反映各土壤指标分布的离散程度。通过数理统计，获取数据的最大值和最小值，计算得出均值和标准偏差，最终获取变异系数(C.V)。计算公式如下：

C.V=(SD÷MN)×100%，其中SD为标准方差，MN为均值。

4 结果与分析

4.1 土层厚度空间分布特征

根据《浙江省第三次全国国土调查耕地资源质量分类实施方案》的要求，将湖州市耕地土层厚度划分为1级、2级和3级。从湖州市耕地土层厚度面积汇总表(表1)可知，1级为土层厚度≥100 cm的耕地，属于深厚土层的土壤，总面积为 74 647.96公顷，占湖州市耕地总面积的88.33%，2级为土层厚度 60 cm～100 cm的耕地，属于厚土层的土壤，总面积为 7 258.65公顷，占湖州市耕地总面积的8.59%，3级为土层厚度 <60 cm的耕地，属于薄土层的土壤，总面积为 2 605.39公顷，占湖州市耕地总面积的3.08%。湖州市耕地土壤厚度最大值为 120 cm，最小值为 10 cm，均值为 101 cm。吴兴区、南浔区、德清县、长兴县和安吉县的耕地土壤厚度均值分别为 97 cm、118 cm、108 cm、100 cm和 87 cm。其中，南浔区达到了湖州市耕地土壤厚度的最高标准，南浔区和德清县超过了湖州市耕地土壤厚度的均值，吴兴区和长兴县接近于湖州市耕地土壤厚度的均值，安吉县耕地土壤厚度均值最低，这是由于安吉耕地多分布于丘陵上，坡度较大，土层厚度较为稀薄。湖州市各区县变异系数分布于4.16%～27.91%，说明各区县的土层厚度分布较为集中，这是由于湖州市各区县均位于淮南与长江中下游自然区中，大部分地区都是以平原为主，因此土层厚度分布相对较为集中。

表1 湖州市耕地土层厚度面积汇总

从湖州市各区县耕地土层厚度分布图上看(图1)，土层厚度 ≥100 cm的耕地主要集中在西北部的长兴县、东部的南浔区和德清县，在该区域总面积中占比分别为89.68%、99.91%和96.57%，南浔区土层厚度 ≥100 cm的耕地面积占比几乎是100%。土层厚度 60 cm～100 cm的耕地主要分布在吴兴区和安吉县，在该区域总面积中占比分别为21.75%和15.41%。土层厚度小于 60 cm的耕地主要集中在安吉县北部，在该区域总面积中占比达到9.25%，其在长兴县的东北部也有零星分布，主要由于所处的地形地势，造成这些区域耕地土层厚度较薄。

图1 湖州市各区县耕地土层空间分布图

4.2 土壤质地空间分布特征

根据《浙江省第三次全国国土调查耕地资源质量分类实施方案》要求，将湖州市耕地土壤质地划分为壤质、黏质和砂质三个类别，分别对应耕地资源质量分类中的1级、2级和3级标准。对土壤质地进行统计分析，得到湖州市耕地土壤质地面积汇总表(表2)。从表中可知，湖州市土壤质地为壤质的耕地面积为 23 312.83公顷，占耕地总面积的27.59%；土壤质地为黏质的耕地面积最大，达到 61 105.83公顷，占耕地总面积的72.30%；土壤质地为砂质的耕地面积最小，只有93.35公顷，仅占耕地总面积的0.11%。湖州市各区县耕地土壤质地以黏质为主，安吉县较少，其他区县均在70%以上，长兴县黏质耕地占比最高，达到84.28%。

表2 湖州市耕地土壤质地面积汇总

从湖州市耕地土壤质地空间分布图可知(图2)，土壤质地为壤质的耕地主要集中分布在安吉县、德清县西部和南浔区中北部，吴兴区和长兴县分布相对零散，其中，安吉县面积最大，占该区域耕地总面积的49.95%，将近达到一半比例，长兴县占比最小，仅有15.72%。土壤质地为黏质的耕地分布比较集中，在长兴县中部和东部、德清县西部以及南浔区东部集中分布，在安吉县北部和吴兴区中部也有少部分集中分布。土壤质地为砂质的耕地在各区县都比较少，吴兴区、南浔区和长兴县砂质耕地均不存在，占比最高的安吉县也仅仅只有0.48%，说明湖州市在水土流失和土地沙化防止方面做得较好。

图2 湖州市各区县耕地土壤质地空间分布图

4.3 土壤有机质空间分布特征

根据《浙江省第三次全国国土调查耕地资源质量分类实施方案》要求，将湖州市耕地土壤有机质含量划分为1级、2级和3级三个等级。对湖州市耕地土壤质地进行统计分析(表3)，土壤有机质含量1级，即土壤有机质含量为 ≥20 g/kg的耕地，面积为 70 029.08公顷，占湖州市耕地总面积的82.86%；土壤有机质含量2级，即土壤有机质含量为 10 g/kg～20 g/kg的耕地，面积为 14 099.07公顷，占湖州市耕地总面积的16.68%；土壤有机质含量3级，即土壤有机质含量为 <10 g/kg的耕地，面积为383.85公顷，占湖州市耕地总面积的0.45%。湖州市耕地土壤有机质含量均值为 26.92 g/kg，最大值为 70.54 g/kg，最小值为 2.14 g/kg。各区县耕地土壤有机质含量的均值集中在 22.82 g/kg～29.29 g/kg，均 ≥20 g/kg，达到土壤有机质含量1级的标准。变异系数最高的为德清县，达到33.98%，该区域土壤有机质分布相对较为离散。

表3 湖州市耕地资源土壤有机质含量面积汇总

从湖州市耕地土壤有机质空间分布图可知(图3)，湖州市土壤有机质含量为 ≥20 g/kg的耕地主要集中分布在长兴县和南浔区，小范围集中分布在吴兴区和安吉县，离散分布在德清县东部。

图3 湖州市各区县耕地土壤有机质空间分布图

4.4 土壤pH值空间分布特征

根据《浙江省第三次全国国土调查耕地资源质量分类实施方案》要求，将湖州市耕地耕层土壤pH值划分为10、2a、2b、3a和3b 5个等级。对湖州市耕地土壤pH值进行统计分析(表4)，土壤pH值10级，即土壤pH值6.5～7.5的耕地，属于酸碱适宜性土壤，面积为 19 742.53公顷，占湖州市耕地总面积的23.36%；土壤pH值2a级，即土壤pH值5.5～6.5的耕地，属于弱酸性土壤，面积为 47 383.70公顷，占湖州市耕地总面积的56.07%；土壤pH值2b级，即土壤pH值7.5～8.5的耕地，属于弱碱性土壤，面积为491.02公顷，占湖州市耕地总面积的0.58%；土壤pH值3a级，即土壤pH值<5.5的耕地，属于强酸性土壤，面积为 16 892.63公顷，占湖州市耕地总面积的19.99%；土壤pH值3b级，即土壤pH值≥8.5的耕地，属于强碱性土壤，面积仅有2.12公顷，可以忽略不计。pH值均值为5.96，最大为8.7，最小为2.72。其中，南浔区耕地土壤pH均值最大，达到6.67，安吉县耕地土壤pH均值最小，只有5.38。变异系数比较高的是德清县和安吉县，分别为10.87%和10.78%，说明其土壤pH值分布较为离散；吴兴区和南浔区变异系数较低，分别为6.52%和6.30%，说明这两个区土壤pH值分布较为集中。

表4 湖州市耕地土壤pH值面积汇总

从湖州市耕地土壤pH值空间分布图来看(图4)，湖州市耕地西部主要为强酸性土壤，尤其是安吉县，大部分区域的耕地的土壤pH值<5.5，此外长兴县的北部和南部也有大片耕地的土壤pH值<5.5，土壤酸化比较严重。土壤pH值6.5～7.5的耕地主要集中南浔区，吴兴区和德清县也有零星分布。土壤pH值5.5～6.5的耕地主要集中分布在长兴县中部、吴兴区和南浔区南部、德清县中部。土壤pH值7.5～8.5的耕地在湖州市各区县极少分布，只在南浔区和德清县零星分布。土壤pH值≥8.5的耕地在湖州市各区县基本上不存在。说明整个湖州市耕地的土壤整体为酸性，碱性土壤极少。

图4 湖州市各区县耕地土壤pH值空间分布图

5 结 论

从湖州市耕地土壤条件各指标汇总表和空间分布图可以得出，湖州市耕地总面积为 84 512.01公顷，土层厚度以≥100 cm为主，面积占比达88.33%，大体呈现“整体厚，中、西薄”的空间分布特征。土壤质地以黏质为主，面积占比达72.30%，大体呈现“东、北和中以黏为主，西和南以壤为主”的空间分布特征。土壤有机质含量以≥20 g/kg为主，占比达到82.86%，大体呈现“整体高，西、南、中少许低”的空间分布特征。土壤pH值以5.5～6.5弱酸性为主，面积占比达到56.07%，大体呈现“整体弱酸，东适宜”的空间分布特征。