桂 苗,汪甜甜,馬友華
(1合肥市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)服務(wù)管理總站,合肥 230091;2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,合肥 230036)
耕地是支撐社會發(fā)展的重要資源,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中糧食作物的生產(chǎn)基礎(chǔ),是保障國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)[1-2],耕地質(zhì)量關(guān)系到社會持續(xù)健康發(fā)展和人民物質(zhì)生活需要[3],而土壤質(zhì)地則是評價耕地質(zhì)量等級情況的重要指標(biāo)之一[4-5]。土壤質(zhì)地是一種十分穩(wěn)定和基礎(chǔ)的土壤自然和物理屬性,它影響著土壤的通氣透水性和保水保肥性,決定著諸多土壤理化行為與理化性質(zhì)[6],而土壤剖面構(gòu)型是影響土壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力的重要因子,對平原地區(qū)來說尤其重要[7]。良好的土體剖面構(gòu)型是土壤肥力的基礎(chǔ),而土壤質(zhì)地則是影響土體剖面構(gòu)型的物質(zhì)基礎(chǔ)[8]。因此,摸清區(qū)域的耕地耕層質(zhì)地與土壤質(zhì)地構(gòu)型,對有效開展區(qū)域耕地質(zhì)量等級評價工作,掌握耕地質(zhì)量動態(tài),合理利用耕地資源,提升耕地綜合生產(chǎn)能力具有重要意義。
國內(nèi)外眾多學(xué)者早已關(guān)注到不同地區(qū)的質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型的具體特征,并分析兩者對土壤養(yǎng)分空間分異和土壤肥力的影響。早在1978年,陳恩鳳[9]就指出土體構(gòu)型直接影響土壤的水肥氣熱狀況,是土壤肥力研究的重要部分。Dobos等[10]也指出土壤剖面觀測是野外觀測到的是土壤最確定的信息。余學(xué)祥等[11]分析研究了安慶市耕地土壤質(zhì)地概況及其對土壤肥力的影響,為當(dāng)?shù)胤N植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和配方施肥提供了科學(xué)依據(jù)。史惠蘭等[12]分析了高寒草地土壤質(zhì)地差異,以及不同質(zhì)地對土壤養(yǎng)分空間分異特征的影響,為青海省高寒草地資源的合理利用、退化草地的恢復(fù)與重建提供理論支持。顏春起[13]指出三江平原土壤的水分特性和作物根系的發(fā)育和深度與土體構(gòu)型有密切關(guān)系。趙霞、檀滿枝等[14-15]指出土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對玉米、小麥等作物的產(chǎn)量存在顯著影響。但目前對區(qū)域內(nèi)的不同土壤類型的耕地耕層質(zhì)地及質(zhì)地構(gòu)型的研究相對較少,需要進(jìn)一步研究區(qū)域耕地土壤的利用和施肥指導(dǎo)措施。
合肥市屬于皖江城市帶核心城市,是沿海的腹地與內(nèi)地的前沿[16]。合肥市地處江淮之間,土壤發(fā)育具有差異性,各縣區(qū)耕地土壤成土母質(zhì)以下蜀黃土、湖積物、河流沖積物以及殘積、坡積物為主,另外也包括各種巖類風(fēng)化物、堆積物等母質(zhì),且不同地區(qū)成土母質(zhì)經(jīng)搬運堆積的程度不同,造成全市土壤類型與耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型種類相對豐富且較為典型。由下蜀黃土發(fā)育來的土壤質(zhì)地較為粘重,粘盤層質(zhì)地構(gòu)型也對耕地質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。通過分析合肥市耕地耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型的情況,能夠進(jìn)一步了解區(qū)域土壤與耕地本身狀況,并根據(jù)不同質(zhì)地的土壤提出針對性改良意見,有利于合肥市耕地資源得到合理的利用與保護(hù),并為其他地區(qū)類似耕層質(zhì)地土壤的培肥提供參考。
合肥市地處中國華東地區(qū)、江淮之間,環(huán)抱巢湖,位于安徽省中部,境內(nèi)有丘陵崗地、低山殘丘、低洼平原3種地貌。合肥市地處中緯度地帶,屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,四季分明,氣候溫和,雨量適中。年均氣溫15.7℃,年均降水量約1000 mm,年日照時間約2000 h,年均無霜期228天,平均相對濕度為77%。合肥市地表水系較為發(fā)達(dá),以江淮分水嶺為界,嶺北為淮河水系,嶺南為長江水系,境內(nèi)巢湖是中國五大淡水湖之一。合肥市耕地土壤以水稻土、黃棕壤、黃褐土為主要類型,約占全部土壤類型的94%,其余為石灰(巖)土、紫色土、潮土和砂姜黑土。土壤類型計為7個土類、16個亞類、103個土種。
本研究用于分析的基礎(chǔ)資料包括第二次全國土壤普查的相關(guān)成果資料、2018—2020年合肥市耕地質(zhì)量監(jiān)測點數(shù)據(jù)等,矢量圖資料包括合肥市土壤圖、2018年合肥市行政區(qū)劃圖、2018年合肥市土地利用現(xiàn)狀圖等。根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)布點密度原則,333~667 hm2布設(shè)一個采樣點,本次在全市范圍內(nèi)耕地均勻布設(shè)共計547個采樣點。本研究于2020年10月—2021年3月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室進(jìn)行。
根據(jù)合肥市耕地質(zhì)量監(jiān)測點數(shù)據(jù)與《耕地質(zhì)量等級》中指標(biāo)選取原則,將547條采樣點數(shù)據(jù)生成耕地質(zhì)量調(diào)查表,對耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型等概念型數(shù)據(jù)通過ArcMap 10.6軟件中“空間連接”工具實現(xiàn)面狀化處理,將其屬性賦值給每個耕地圖斑。通過圖件的疊置和檢索以及小圖斑的合并,將合肥市耕地質(zhì)量劃分為168555個評價單元。通過檢索查閱合肥市各縣區(qū)《土壤志》,并參考專家實地經(jīng)驗,歸類出各縣區(qū)土壤質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型類型。
耕層質(zhì)地是指土壤中不同大小直徑的礦物顆粒的組合狀況,是土壤基本的物理性質(zhì)之一。土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系,影響著土壤的利用與改良。從全市情況看,合肥市耕地耕層質(zhì)地共有黏土、輕壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6種類型(表1)。耕層質(zhì)地為中壤的面積最大,為203536.81 hm2,占全市耕地面積的39.89%;其次是重壤和砂壤,面積分別為186370.17、51111.95 hm2,分別占全市耕地面積的36.53%、10.02%;面積最小的是砂土,為64.78 hm2,占全市耕地面積的0.01%。合肥市潮土、黃褐土、黃棕壤和砂姜黑土均以中壤質(zhì)地為主,石灰(巖)土和紫色土以輕壤質(zhì)地為主,水稻土則以重壤質(zhì)地為主??梢钥闯?,合肥市大部分土壤類型的耕層質(zhì)地情況較好,耕地的通透氣較好,有利于通氣、透水、保水、增溫和養(yǎng)分分解。
表1 合肥市不同土壤類型的耕層質(zhì)地面積分布情況表 hm2
合肥市各縣區(qū)的耕層質(zhì)地分布也存在差異(圖1、表2),其中黏土分布最多的縣區(qū)是長豐縣,面積為25369.17 hm2,占其縣區(qū)面積的22.86%;輕壤分布最多的縣區(qū)是肥西縣,面積為13608.21 hm2,占其縣區(qū)面積的15.96%;砂壤分布最多的縣區(qū)是長豐縣,面積為42949.37 hm2,占其縣區(qū)面積的38.73%;砂土僅分布在廬江縣,面積為64.78 hm2,占其縣區(qū)面積的0.06%;中壤分布最多的縣區(qū)是肥東縣,面積為56548.28 hm2,占其縣區(qū)面積的46.88%;重壤分布最多的縣區(qū)是廬江縣,面積為64761.63 hm2,占其縣區(qū)面積的56.06%??梢钥闯?,肥東縣、肥西縣和廬江縣主要以中壤、重壤和輕壤為主,耕地耕層質(zhì)地情況較好。
圖1 合肥市耕地耕層質(zhì)地分布圖
表2 合肥市各縣區(qū)耕層質(zhì)地分布情況表
土壤的質(zhì)地構(gòu)型是指土壤發(fā)生層在垂直方向上有規(guī)律的組合和有序的排列情況。從全市來看,合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型共有薄層型、海綿型、夾層型、緊實型、上緊下松型、上松下緊型和松散型7種類型(表3)。質(zhì)地構(gòu)型為上松下緊型的面積最大,為232795.73 hm2,占全市耕地面積的45.63%;其次是緊實型,為204512.65 hm2,占全市耕地面積的40.08%;面積最小的是上緊下松型,為610.34 hm2,占全市耕地面積的0.12%。在合肥市不同土壤類型上,潮土、黃棕壤和水稻土均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主,黃褐土、砂姜黑土以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主,石灰(巖)土以薄層型質(zhì)地構(gòu)型為主,紫色土以松散型質(zhì)地構(gòu)型為主??梢钥闯觯戏适写蟛糠滞寥李愋透氐馁|(zhì)地構(gòu)型情況較好,土壤保水保肥能力較強,而石灰(巖)土和紫色土土類耕地的質(zhì)地構(gòu)型情況較差,耕地漏水漏肥,不適宜農(nóng)作物的生長。
表3 合肥市不同土壤類型質(zhì)地構(gòu)型分布情況表hm2
合肥市各縣區(qū)的耕地質(zhì)地構(gòu)型分布情況也有所不同(圖2、表4),其中巢湖市、肥東縣和肥西縣耕地均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主,而廬江縣和長豐縣耕地則以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主。巢湖市上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為68060.25 hm2,占其縣區(qū)面積的87.44%,緊實型有少量分布;肥東縣上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為46108.39 hm2,占其縣區(qū)面積的38.23%,緊實型耕地分布面積占其縣區(qū)的31.70%;肥西縣上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為52514.74 hm2,占其縣區(qū)面積的61.60%,緊實型耕地分布面積占其縣區(qū)的22.40%;廬江縣緊實型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為57393.33 hm2,占其縣區(qū)面積的49.69%,上松下緊型耕地分布面積占其縣區(qū)的40.31%;長豐縣緊實型質(zhì)地構(gòu)型的耕地面積為81538.65 hm2,占其縣區(qū)面積的73.48%,上松下緊型耕地分布面積占其縣區(qū)的17.62%。可以看出,合肥市各縣區(qū)大部分耕地質(zhì)地構(gòu)型條件良好,耕地土壤質(zhì)量與生產(chǎn)性能均較好,耕地可利用性較高。
圖2 合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型分布圖
表4 合肥市各縣區(qū)耕地質(zhì)地構(gòu)型分布情況表hm2
不同類型耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型對土壤肥力和生產(chǎn)性能影響不同,需要因地制宜選擇差異化的改良方法[17]。合肥市耕地耕層質(zhì)地共有黏土、輕壤、砂壤、砂土、中壤和重壤6種類型,質(zhì)地構(gòu)型共有薄層型、海綿型、夾層型、緊實型、上緊下松型、上松下緊型和松散型7種類型。參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》(GB/T 28407—2012)中長江中下游區(qū)表層土壤質(zhì)地與剖面構(gòu)型分級結(jié)果,壤土分級為1級,粘土為2級,砂土為3級,礫質(zhì)土為4級;通體壤、壤砂壤為1級,壤粘壤為2級,壤砂砂、壤粘粘和砂粘砂為3級,砂粘粘為4級,粘砂粘、通體粘和粘砂砂為5級,通體砂、通體礫級別最低為6級。合肥市較優(yōu)的質(zhì)地構(gòu)型有上松下緊型、海綿型、夾層型和緊實型,其余3種質(zhì)地構(gòu)型相對較差。3種較差質(zhì)地構(gòu)型可以歸為2類。一類是砂質(zhì)土,質(zhì)地構(gòu)型類型有薄層型和松散型,主要分布在廬江縣和肥西縣部分耕地;另一類是粘質(zhì)土,質(zhì)地構(gòu)型類型為上緊下松型,分布在肥西縣少部分耕地。合肥市土壤耕層質(zhì)地與質(zhì)地構(gòu)型改良主要是改良砂質(zhì)土和粘質(zhì)土不良質(zhì)地構(gòu)型,從而改善土壤肥力狀況和提升耕地質(zhì)量。
砂質(zhì)型剖面構(gòu)型土層質(zhì)地較粗,養(yǎng)分含量少,保肥蓄水能力差,土溫變化較快,透水通氣性好,不能滿足農(nóng)作物生長需求,該類耕地土壤主要分布在肥西縣、廬江縣和肥東縣等縣區(qū)。
3.1.1 客土改良法 客土改良法是指在土壤質(zhì)地層次過砂或過粘的土壤中摻加入良好的外源土壤,使本土與客土混合均勻,以改良土壤質(zhì)地構(gòu)型的一種方法??屯镣猎磻?yīng)盡量選擇土壤肥力較高的壤質(zhì)土??屯粮牧挤ǚ譃榭屯烈浦哺牧挤ê土魉屯练?,客土移植改良法一般采取土地平整等工程措施來改良質(zhì)地構(gòu)型,而使用流水客土法時需考慮降水、風(fēng)速等氣象因素對土壤質(zhì)地的影響[18]??屯粮牧挤ㄊ褂梅秶^廣,效果明顯,不僅可以改良土壤質(zhì)地層次過砂或過粘的剖面構(gòu)型,還具有增加土壤有效土層厚度、改善土壤理化性質(zhì)等作用,深厚的土層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,客土法改良土壤質(zhì)地構(gòu)型能切實提升耕地質(zhì)量和耕地生產(chǎn)能力。
3.1.2 有機(jī)物料回填法 砂質(zhì)耕作土壤,保水保肥能力差,養(yǎng)分含量低,土壤肥力水平低,可采用有機(jī)物料回填法以改良土壤的結(jié)持性和增加養(yǎng)分含量,從而改良土壤質(zhì)地構(gòu)型。有機(jī)物料心土回填技術(shù)方法是指保持耕層位置不變,向心土層施入有機(jī)物料形成夾層以改良土壤剖面構(gòu)型,如針對肥東縣夾層型、薄層型質(zhì)地構(gòu)型的耕地可采取此種方法。有機(jī)物料回填能夠降低耕地土壤容重、增加孔隙度,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,改變土壤剖面中不同質(zhì)地排列層次,提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。有機(jī)物料回填法增施有機(jī)肥改良剖面構(gòu)型應(yīng)堅持少量多次、少施勤施的原則,采用科學(xué)農(nóng)藝措施等改良不良土壤質(zhì)地層次。如實行營養(yǎng)滴灌等措施,通體砂質(zhì)可成為較好土壤質(zhì)地層次。
3.1.3 機(jī)械改土法 機(jī)械改土法是指利用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行深耕、深松、深翻等方式改良土壤質(zhì)地構(gòu)型方法,較適用于肥西縣上緊下松型質(zhì)地構(gòu)型的耕地土壤改良。機(jī)械改土可以改良土壤質(zhì)地以及土壤剖面層次排列形式。深耕能打破犁底層,改變土壤有效養(yǎng)分的垂直分布,培植深厚耕層,疏松土壤,促進(jìn)農(nóng)作物根系生長發(fā)育。深耕深度一般為18~25 cm。深松為保持原土層的結(jié)構(gòu)不變,加深耕作層;深松能夠改善土壤通透性,降低耕作土壤容重,改善土壤孔隙分布狀況,提高土壤蓄水蓄肥的能力。深翻是指利用深翻耕深層土壤,使其與表層土壤混合以改良質(zhì)地構(gòu)型;深翻能疏松土壤、降低緊實度,改良土體不良質(zhì)地層次,改善土壤理化性質(zhì)。深翻深度一般為20~25 cm。
粘質(zhì)型剖面構(gòu)型土層質(zhì)地較為粘重,土壤通氣性較差。針對粘質(zhì)土壤,除客土改良法和機(jī)械改土法中深松、深翻措施外,還能采取的質(zhì)地構(gòu)型改良方法有引洪漫淤法和土壤剖面重構(gòu)法。粘質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型如上緊下松型集中分布在肥西縣。
3.2.1 引洪漫淤法 引洪漫淤法是指人工控制洪流或河水將其引入農(nóng)田,洪流中細(xì)泥沉積在田地土壤中,通過增加土壤養(yǎng)分含量、有效土層厚度、改善土壤結(jié)持性和調(diào)節(jié)土壤孔隙度等方式改良土壤剖面構(gòu)型。引洪漫淤法適用改良河流沿岸的土壤不良剖面構(gòu)型,如巢湖市和廬江縣沿河湖部分地區(qū)耕地,洪水期間河流挾帶細(xì)泥引洪效果主要為漫沙,細(xì)泥肥田效果顯著。對上緊下松型的質(zhì)地構(gòu)型土壤,引洪漫淤能夠以沙摻粘,疏松土壤,改變土壤物理性狀,增加土壤孔隙度,增強土壤透水通氣性,改良土壤的質(zhì)地構(gòu)型。
3.2.2 土壤剖面重構(gòu)法 土壤剖面重構(gòu)指應(yīng)用工程和生物技術(shù)進(jìn)行表土剝離、儲存、回填,重新構(gòu)造出土壤肥力水平高、土壤環(huán)境條件穩(wěn)定的土壤剖面,在較短時間內(nèi)改善土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)和環(huán)境質(zhì)量,并且能夠顯著改善重構(gòu)土壤的表層含水率[20],增加土壤疏松度,進(jìn)而提升耕地質(zhì)量和生產(chǎn)能力。重新構(gòu)造適宜土壤剖面來消除不良土壤質(zhì)地,進(jìn)而改良土壤剖面構(gòu)型,其實質(zhì)為重新構(gòu)造土壤物理介質(zhì)和土壤不同質(zhì)地層次組合。土壤剖面重構(gòu)主要流程包括表土剝離與儲存、重構(gòu)土壤剖面、重構(gòu)土壤肥力培育。通過土壤剖面重構(gòu)法,可以徹底打破粘質(zhì)土的粘磐層,重新構(gòu)造出表層土壤疏松,中間透水通氣性強,底層保水保肥的理想質(zhì)地構(gòu)型。
(1)合肥市耕地耕層質(zhì)地以中壤和重壤為主。從土壤類型上看,潮土、黃褐土、黃棕壤和砂姜黑土均以中壤質(zhì)地為主,石灰(巖)土和紫色土以輕壤質(zhì)地為主,水稻土則以重壤質(zhì)地為主;從各縣區(qū)情況來看,巢湖市和廬江縣以重壤質(zhì)地為主,肥東縣和肥西縣以中壤質(zhì)地為主,耕地耕層質(zhì)地情況較好,而長豐縣則以砂壤質(zhì)地為主。
(2)合肥市耕地質(zhì)地構(gòu)型以上松下緊型和緊實型為主。從土壤類型上看,潮土、黃棕壤和水稻土均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主,黃褐土、砂姜黑土以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主,石灰(巖)土以薄層型質(zhì)地構(gòu)型為主,紫色土以松散型質(zhì)地構(gòu)型為主;從各縣區(qū)情況看,巢湖市、肥東縣和肥西縣耕地均以上松下緊型質(zhì)地構(gòu)型為主,而廬江縣和長豐縣耕地則以緊實型質(zhì)地構(gòu)型為主。
(3)對合肥市砂質(zhì)土和粘質(zhì)土質(zhì)地構(gòu)型進(jìn)行改良,主要針對薄層型、松散型和上緊下松型,主要有客土改良法、有機(jī)物料回填法、機(jī)械改土法、引洪漫淤法和土壤剖面重構(gòu)法5種方法。通過改善合肥市耕地耕層質(zhì)地及質(zhì)地構(gòu)型情況,從而進(jìn)一步改善其土壤肥力狀況和提升耕地質(zhì)量,實現(xiàn)合肥市耕地資源的可持續(xù)發(fā)展與利用。