基于限制因素的耕地質(zhì)量提升潛力研究
——以陽泉市郊區(qū)為例

張殿龍，安祥生

（1.太原師范學(xué)院地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619；2.太原師范學(xué)院管理系，山西 晉中 030619）

耕地是人類賴以生存與發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其質(zhì)量的高低對于國家后備保障有著重要的現(xiàn)實意義[1]。2015年，我國糧食生產(chǎn)實現(xiàn)“十二連增”，然而在這喜訊的背后，仍然面臨耕地數(shù)量下降、總體質(zhì)量不高的現(xiàn)狀，中低產(chǎn)田產(chǎn)能過低且存在著限制因子，在糧食增產(chǎn)中產(chǎn)生了較大的負面影響[2]。

隨著改革土地管理制度的全面推廣，國內(nèi)外政府決策者和大量學(xué)者對耕地質(zhì)量管理的關(guān)注度逐年加深。當(dāng)前國內(nèi)的研究主要側(cè)重于耕地質(zhì)量評價指標的選取、質(zhì)量監(jiān)測體系的建立和動態(tài)平衡等方面，而對耕地質(zhì)量限制性因素的研究多數(shù)都是以產(chǎn)能為等價物建立回歸分析[3-6]。目前對耕地質(zhì)量的評價多集中于如何建立耕地質(zhì)量的評價體系和確立評價體系中的指標[7-8]，但是對于耕地的限制因子分析的內(nèi)容較少，涉及如何確立地塊的限制類型以及對不同限制類型進行針對性分析的文獻不足。

本研究基于2016年陽泉市耕地質(zhì)量等別年度更新以及監(jiān)測評價為基礎(chǔ)，通過對耕地質(zhì)量現(xiàn)狀的分析，提取出耕地質(zhì)量提升限制因素，利用建立國家自然等提升潛力指數(shù)模型選取主導(dǎo)限制因素，進行提升潛力分區(qū)，針對性地確定耕地質(zhì)量提升措施，以達到耕地質(zhì)量提升并可持續(xù)發(fā)展的要求。

1 區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 陽泉郊區(qū)概況

陽泉市郊區(qū)地處山西省東部、太行山中段西麓，西鄰壽陽，北接盂縣，東部、南部接壤平定縣。東西橫跨29 km，南北貫穿23 km，全區(qū)國土面積共計62 700.76 hm2。全區(qū)轄8 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和1 個開發(fā)區(qū)，其中，4 個建制鎮(zhèn)、1 個開發(fā)區(qū)、4 個鄉(xiāng)。地勢呈西北高、東南低，中部丘陵起伏，海拔高度在628～1 495.2 m。陽泉市郊區(qū)屬水資源貧乏地區(qū)，水資源破壞嚴重，水質(zhì)較差。

根據(jù)2016年土地利用變更數(shù)據(jù)，全區(qū)土地面積 62 700.76 hm2，其中，耕地面積 10 394.79 hm2，園地面積 1 384.4 hm2，林地面積 27 506.21 hm2，草地8 741.55 hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地 9 695.1 hm2，交通用地1 900.35 hm2，水域及水利設(shè)施用地553.97 hm2，其他土地2 524.39 hm2。

1.2 陽泉郊區(qū)耕地情況

根據(jù)2016年土地現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，陽泉市郊區(qū)耕地面積為10 394.79 hm2，其中，絕大部分為旱地，面積10 227.88 hm2，占耕地面積的98.39%，水澆地僅166.91 hm2，占耕地面積的1.61%，主要分布在平坦鎮(zhèn)、河底鎮(zhèn)、義井鎮(zhèn)等。耕地面積最大的是蔭營鎮(zhèn)（2 589.87 hm2），其次是河底鎮(zhèn)（2 294.37 hm2）、西南舁鄉(xiāng)（1 704.43 hm2）、平坦鎮(zhèn)（1 451.44 hm2）、楊家莊鄉(xiāng)（754.60 hm2）、舊街鄉(xiāng)（709.78 hm2）、義井鎮(zhèn)（565.19 hm2）、李家莊鄉(xiāng)（304.73 hm2）、開發(fā)區(qū)（20.38 hm2）。

1.3 數(shù)據(jù)來源

為客觀分析耕地質(zhì)量及提升潛力，需進行梳理、整合不同屬性不同來源的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括耕地等別面積和圖斑數(shù)量?？臻g數(shù)據(jù)主要涉及自然地理數(shù)據(jù)、生態(tài)安全數(shù)據(jù)以及土地資源數(shù)據(jù)資料。自然地理數(shù)據(jù)包括分辨率為10 m 的山西省DEM 高程數(shù)據(jù)；生態(tài)安全數(shù)據(jù)涉及地質(zhì)災(zāi)害、巖溶塌陷等相關(guān)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查資料；土地資源數(shù)據(jù)包含土地利用、耕地質(zhì)量等別等相關(guān)土地利用與質(zhì)量評價的資料。

2 研究方法

2.1 確定國家自然等別

根據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012），將耕地國家自然等別劃分為1～15 等，其中，1～5 為高等地，5～10 為低等地，10～15 為劣等地。

據(jù)2016年陽泉市郊區(qū)耕地質(zhì)量更新數(shù)據(jù)庫，陽泉市郊區(qū)共有耕地圖斑7 509 個，面積10 394.79 hm2，耕地國家自然等別包含9～12 等，其中，以10 等地最多，11 等、9 等次之，12 等最少（圖1）。

2.2 選取評價指標

陽泉市郊區(qū)耕作制度為一年一熟或者一年兩熟，基準作物為春玉米。在評價指標的選取方面應(yīng)遵循代表性、綜合性及空間變異性原則，利用層次分析法，結(jié)合農(nóng)用地分等規(guī)程中考慮的影響因素和野外監(jiān)測中建議增加的監(jiān)測指標共12 個指標中選取5 個指標，分別為表層土壤質(zhì)地、土壤有機質(zhì)含量、灌溉保證率、地形坡度、土壤有效土層厚度。由于陽泉郊區(qū)資源性產(chǎn)業(yè)突出，因此，增加特有的2 個限制因子（塌陷程度和突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害區(qū)）（表1）。

表1 評價指標匯總

2.3 計算國家自然等潛力指數(shù)

通過利用國家自然等指數(shù)建立潛力指數(shù)模型，對陽泉市郊區(qū)7 個指標進行計算，得出相應(yīng)的國家自然等潛力指數(shù)，并通過國家自然等潛力指數(shù)的大小，確立地塊限制類型。

國家自然等提等潛力指數(shù)模型是以農(nóng)用地等級評定中的國家自然等指數(shù)為基礎(chǔ)，建立的限制因子模型，耕地質(zhì)量評定中所存在的限制因子在影響耕地能力的數(shù)值都是理想最大值，通過限制因子的理想最大值與實際區(qū)域內(nèi)限制因子的影響能力的實際值分析對比，理想值最大值與實際值之間的差值占最大值的百分比作為限制因素的提等潛力，計算公式如下。

其中，Pik為第i 個分等單元內(nèi)第k 個分等因素的國家自然等提等潛力指數(shù)；Rik為第i 個分等單元內(nèi)第k 個分等因素對該分等單元國家自然等指數(shù)的最大貢獻值；rik為第i 個分等單元內(nèi)第k 個分等因素對該分等單元國家自然等指數(shù)的實際貢獻值；wjk為第j 種指定作物第k 個分等因素的權(quán)重；fijk為第i 個分等單元內(nèi)第j 種指定作物第k 個分等因素的質(zhì)量分值；ɑj為第j 種作物的光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)；βj為第j 種作物的產(chǎn)量比系數(shù)；k 為分等因素編號[3]。

通過對限制因子的指數(shù)潛力計算，可以得出限制因子限制能力的大小即為P 值，P 值的大小分布可以得出影響耕地質(zhì)量的主導(dǎo)限制型，主導(dǎo)限制型即為該耕地限制因素中P 值為最大的因素值。

對陽泉郊區(qū)的7 509 塊圖斑進行限制性因素自然等潛力指數(shù)計算，結(jié)合陽泉郊區(qū)煤礦區(qū)的實際影響情況，得出研究區(qū)域內(nèi)影響耕地質(zhì)量的主導(dǎo)因子。

3 結(jié)果與分析

3.1 主導(dǎo)限制型組合類型

依據(jù)國家自然等潛力指數(shù)確立限制類型的作用范圍，陽泉郊區(qū)存在23 種限制因素的組合情況分布，大部分耕地地塊受不同種限制因素的影響。由表2可知，灌溉限制—地形坡度和灌溉限制為陽泉郊區(qū)耕地國家自然等占比最大的2 種限制型，占地面積分別為1 326.04，4 760.68 hm2，分別占耕地總面積的12.76%，45.8%，地形坡度限制和土層限制次之，分別占耕地總量的10.18%和9.85%，地形坡度—土層限制和灌溉限制—土層厚度—地形坡度限制分別占耕地總面積的7.21%和5.71%，其余17 種主導(dǎo)限制型占比均不超過總面積的3%，其中，有機質(zhì)—地形坡度限制分布區(qū)域最小，占耕地總面積不足0.01%。

表2 陽泉郊區(qū)主導(dǎo)限制型組合類型

3.2 主導(dǎo)限制型分布情況

依據(jù)耕地地塊的限制因素分布，灌溉限制在陽泉郊區(qū)影響范圍最大，集中分布于陽泉郊區(qū)東北部、東南部以及中部。陽泉郊區(qū)屬于水資源貧乏地區(qū)，處于灌溉條件限制的區(qū)域，由于深層水開采難度大，中層水受煤炭產(chǎn)業(yè)的影響，水資源有所破壞，水質(zhì)變差，使得大部分地區(qū)用水困難，包括北楊家莊村、小西莊村、南溝村等109 個行政村，因此，灌溉限制成為陽泉市郊區(qū)主要的限制型。其次分布面積比例較大的為灌溉限制—地形坡度和地形坡度限制，零散分布于陽泉郊區(qū)北部、西南部和東南部，陽泉郊區(qū)境內(nèi)地勢西北高、東南低，地勢的高低分布造成不同地區(qū)水土流失程度不同，耕地坡度高的地區(qū)水土流失較為嚴重，以耕地坡度為限制條件的區(qū)域包括西上裝村、大河北村等107 個行政村；地形坡度—土層限制，灌溉限制—土層限制—地形坡度限制和土層限制主要分布于北部、西南部以及西北部，包括代家莊村、南莊村、南山村等53個行政村；其余限制類型以分散塊狀的形態(tài)分布于縣域內(nèi)。

3.3 不同等別耕地主導(dǎo)限制型及改良意見

陽泉市郊區(qū)耕地等別總體上呈現(xiàn)片狀的分布，通過國家自然等和限制類型分布的對應(yīng)關(guān)系得出各個等別的主導(dǎo)限制因素型（表3），以便有針對性的采取耕地質(zhì)量提升措施。

表3 陽泉郊區(qū)國家自然等等別與限制型對應(yīng)

9 等地主導(dǎo)限制型是灌溉限制—地形坡度，次要的是灌溉限制型。9 等地主要分布于平坦鎮(zhèn)、李家莊、蔭營鎮(zhèn)、義井鎮(zhèn)等地區(qū)，其分布地區(qū)境內(nèi)主要有桃河、溫河兩大季節(jié)性河流，由于受季節(jié)性影響，四季水量不均，夏季最大，流域面積內(nèi)水土侵蝕嚴重，應(yīng)加強農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，改造中低產(chǎn)田。限制區(qū)內(nèi)水利設(shè)施不完備，完善水利系統(tǒng)，加強耕地灌溉能力；對種植作物的分布情況進行合理調(diào)整，使耕地的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益得到提高[9-12]。10 等地主要限制型為灌溉限制，次要是灌溉限制—土層限制—地形坡度限制。提升耕地質(zhì)量的途徑與9 等地類似，對耕作土地進行引流灌溉，在無灌溉的地區(qū)需要適當(dāng)增加儲水坑塘數(shù)量，通過水泵抽水灌溉，以提升農(nóng)作物水分保證率[13-15]。

11 等地的主導(dǎo)限制型為地形坡度—土層限制，次要限制型為土層限制型，限制類型區(qū)主要分布在陽泉郊區(qū)西南部和北部的丘陵地區(qū)，耕地坡度較大，一般為15°～25°，易發(fā)生滑坡，同樣不以利于農(nóng)作，因此，需要對更多坡度進行合理的調(diào)整和改造，修筑梯田或者條田來提高耕作效率、減緩坡度狀況，有助于減少水土流失，保障土壤肥力，對土地整治的同時也要注重生態(tài)保護[16-18]。

12 等地的主導(dǎo)限制型是土層限制，次要限制型為地形坡度限制，限制區(qū)多處于陽泉郊區(qū)西北部和西南部，以有效土層厚度不足，土壤質(zhì)量較差。在改造過程中，松化深層土可采取機械等方式以增加土層厚度，可與地形（田面）坡度整治相結(jié)合，將坡度整治中的多余表土覆蓋于此[19-20]。對于2 種或者2 種以上的限制類型區(qū)，依據(jù)不同限制因素的整治措施進行綜合改善。

4 結(jié)論

依據(jù)2016年陽泉郊區(qū)等別更新庫以及農(nóng)用地分等規(guī)程中應(yīng)用的指標，針對影響耕地質(zhì)量的不同因素，確定影響耕地提升的限制類型，以此對農(nóng)用地進行限制分區(qū)。通過構(gòu)建國家自然等指數(shù)模型，得到陽泉郊區(qū)限制類型，以全局可比的國家自然等的等別提升潛力指數(shù)顯示出限制因素的作用力度，共得到山西省陽泉市郊區(qū)23 種主導(dǎo)限制型組合類型，其中，9 等地以灌溉限制—地形坡度限制為主，10 等地以灌溉限制為主，11 等地以地形坡度—土層限制為主，12 等地是以土層限制因素為影響耕地質(zhì)量的主導(dǎo)因素。

依據(jù)陽泉郊區(qū)的耕地國家自然等限制區(qū)，對影響耕地質(zhì)量的區(qū)域進行相應(yīng)改造。通過不同限制因素的制約力度，為耕地質(zhì)量等級監(jiān)測工作和土地整治項目重點區(qū)域的劃定提供理論依據(jù)，對耕地空間規(guī)劃做出合理安排[8]。