基于农用地分等的耕地质量主导限制型研究*

吕慧敏，吴克宁※，周 勇，魏洪斌，辛亮亮

(1．中国地质大学土地科学技术学院，北京 100083;2．国土资源部土地整治重点实验室，北京 100035;3．华中师范大学城市与环境科学学院，湖北武汉 430079)

1 引言

耕地作为最基本的农业生产资料，是农业持续发展的重要保障，其质量高低直接关系到国家粮食安全。2013年，我国粮食生产实现了“十连增”，但是在这喜人成绩的背后，我国仍然面临着耕地数量下降、耕地质量总体不高的严峻问题，中低等地产能低且存在限制因子，在很大程度上制约了粮食持续增产［1］。

随着土地管理制度改革不断深入，耕地质量管理已逐步成为国内外政府决策者和学者们关注的热点［2-5］。《国土资源部关于提升耕地保护水平全面加强耕地质量建设与管理的通知》 (国土资发 ［2012］108号)中指出，耕地质量建设与管理是落实最严格的耕地保护制度的重要内容，是提高农业综合生产能力、确保国家粮食安全的根本保障，是优化利用土地资源、构建国家生态安全屏障的有效途径。当前国内的相关研究主要集中在论述耕地质量评价指标选取［6-7］、耕地质量监测体系建立［8-9］、耕地质量的动态平衡［10］和耕地质量改良［11］等方面，对于耕地质量限制因素的研究多使用回归分析的方法从产能角度入手［12-13］。国际上通过对耕地、土壤以及自然资源的监测和对土地资源的调查来实现对耕地质量变化的评价与研究，并在科学选取土壤质量指标［14］和改良土壤质量［15-17］方面取得一定成效。以上研究使得耕地质量评价体系的建立和应用趋于完善，但是通过耕地质量评价寻找限制因子方面的研究还较少。

因此，该文以湖北省公安县为研究区，在农用地分等成果的基础上，通过自然等提等潜力指数模型求出耕地质量主导限制型，依据自然等别的限制型有针对性地确定耕地质量提升措施，透过表象看本质，以期为耕地质量建设与管理提供决策依据。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

公安县是国土资源部首批耕地等级监测试点之一，坐落于湖北省中南部，位于111．48°～111．25°E，29．37°～30．19°N，地处江汉平原，平均海拔36m左右，地势平坦，湖泊棋布，河流纵横，属平原湖滨地区，河流过境长422．84km，外江河流14条。属于亚热带季风气候，四季分明，具有霜期短、日照长、雨量充沛特点。

公安县辖14个镇，2个乡，328个行政村，辖区总面积22．54万hm2。2010年，耕地面积13．93万hm2，占土地总面积的61．78%。其中，水田7．76万hm2，水浇地5．68万hm2，旱地0．49万hm2。全县实现农业总产值78．92亿元，粮食总产量59．58万t。公安县位于我国长江中下游平原湖滨稻棉区，以农业为特色产业，土地适宜性广，种植条件好，是我国中部粮食主产区应用示范县之一，研究该区域耕地质量限制型有较强的代表性。

2.2 数据来源

文章数据来源主要包括湖北省公安县2010年农用地分等补充完善成果，2010年耕地质量等级监测野外调查采样数据，近年湖北省公安县相关统计资料以及实地调研数据。

3 研究方法

3.1 确定自然等别

依据《农用地质量分等规程》(GB/T 28407-2012)阿拉伯数字1～15表示耕地自然等别的1～15等，其中1等耕地质量最高不存在限制型。

湖北省公安县共有耕地图斑2．873 9万个，总面积13．928 774万hm2。根据农用地分等更新成果确定耕地的自然等别为2～7等，分布情况见图1。

3.2 选取评价指标

在符合稳定性原则、生产性原则、综合性原则和空间变异性原则的基础上，评价指标的选取采用荟萃分析法，综合农用地分等规程中推荐分等指标和耕地等级变化野外监测中建议增加监测指标。《农用地质量分等规程》(GB/T 28407-2012)中推荐了表层土壤质地、有效土层厚度、剖面构型、盐渍化程度、土壤有机质含量、土壤酸碱度 (pH值)、障碍层距地表深度、排水条件、地形坡度、灌溉保证率、地表岩石露头度和灌溉水源等12个分等指标;耕地等级变化野外监测结合全国各省 (市、区)的实际情况增加了土壤侵蚀程度、砾石含量、灌溉水质、地下水埋深、海拔高度、土壤污染状况和田块破碎度等指标。

湖北省公安县所属标准耕作制一级区为长江中下游区，二级区为沿江平原区，耕作制度为一年两熟或一年三熟，基准作物为中稻，指定作物为中稻和油菜。根据《农用地质量分等规程》 (GB/T 28407-2012)公安县农用地分等所采用的指标有7个，分别为表层土壤质地、土壤有机质含量、灌溉保证率、土壤酸碱度、障碍层距地表深度、排水条件和剖面构型;结合耕地等级变化野外监测和研究区的实际情况，增加土壤污染状况和地下水埋深两项指标。综上，公安县耕地质量评价选取表层土壤质地、土壤污染状况等9个指标。

3.3 确定限制类型

自1961年美国的土地生产潜力评价开始，加拿大、澳大利亚、英国、荷兰、联合国粮农组织、苏联和中国等国家或组织相继建立了涉及耕地质量限制型的土地评价体系，限制型的划分从土壤、水分等综合指标逐步发展至土层厚度、肥力状况、排水条件、灌溉水源等具体指标。

结合国内外限制型研究进展，确定耕地质量的限制型需综合考虑影响耕地本底质量的气候、土壤、水文和地形地貌等因素。《农用地质量分等规程》(GB/T 28407-2012)通过划分标准耕作制度区规避气候因素对农用地分等结果的影响。因此，该文主要从土壤、水文和地形地貌等各方面研究耕地质量评价指标的选取。

在确定限制因素范围的基础上，应用荟萃分析的方法将国内外采用的耕地质量限制型进行综合分析，可以确定中国耕地质量限制型，主要包括:排水限制、盐碱限制、土层限制、质地限制、裸岩限制、坡度限制、侵蚀限制、水分限制、障碍层次限制、污染限制、酸碱度限制、有机质限制、灌溉限制和剖面构型限制。

图1 2010年度公安县耕地自然质量等别

通过建立耕地质量限制型与农用地分等指标的对应关系 (表1)，可以依托评价指标在农用地分等中的分值量化表征限制型对耕地质量的影响程度，具体分级方法同《农用地质量分等规程》和 (GB/T 28407-2012)“农用地质量分等推荐因素及其分级、分值和权重”，文中不再赘述。水分限制 (地下水埋深)、侵蚀限制 (土壤侵蚀程度)和污染限制 (土壤污染状况)3项并没有对应的分等指标可供选择，其数据可以从耕地等级变化野外监测指标中提取信息，也可以从研究区土地调查、变更调查、土地整治规划、土壤普查、统计年鉴和土壤侵蚀资料或数据库中获取，分级方法同地区耕地质量等级补充完善综合报告一致。

结合公安县耕地质量评价选取的9个指标，与表1对照可知，公安县耕地质量限制型为排水限制 (d)、质地限制 (t)、水分限制 (m)、障碍层次限制 (h)、污染限制 (c)、酸碱度限制 (p)、有机质限制 (o)、灌溉限制 (i)以及剖面构型限制 (s)。

表1 耕地质量限制型与农用地分等指标对应

3.4 计算限制谱序

将限制型按限制性大小进行排序，称之为限制谱序［18］。在农用地分等成果的基础上，利用改进的自然等提等潜力指数模型［19］计算出各评价指标对应限制型的提升潜力，可以确定限制型谱序，进而得出耕地质量主导限制型。

自然等提等潜力指数模型是在农用地自然质量等指数计算公式的基础上，将影响耕地质量的评价指标在农用地分等成果中可达到的最大值与该项指标的实际分值进行比较，两者差额占最大值的百分比即为该项指标的提等潜力指数，具体计算公式为:

其中Pik为第i个分等单元内第k个分等因素的自然等提等潜力指数;Rik为第i个分等单元内第k个分等因素对该分等单元自然等指数的最大贡献值;rik为第i个分等单元内第k个分等因素对该分等单元自然等指数的实际贡献值;wjk为第j种指定作物第k个分等因素的权重;fijk为第i个分等单元内第j种指定作物第k个分等因素的质量分值;αj为第j种作物的光温 (气候)生产潜力指数;βj为第j种作物的产量比系数;k为分等因素编号。

根据求得的自然等提等潜力指数P，其值越大，可提升潜力越大，限制谱序越靠前，限制性越强，P值最大项即为耕地自然等质量主导限制型。

结合公安县实际情况，根据式 (1)(2)(3)计算28 739个耕地图斑中9个评价指标所对应限制型的自然等提等潜力指数，可以得出各耕地图斑主导限制型 (表2)。如，图斑编号为1的地块自然等别为3等，最大提等潜力指数为27．03%，所以主导限制型为障碍层次限制 (h)。

表2 公安县全因素自然等提等潜力指数

4 结果与分析

4.1 主导限制型组合类型

根据求得的全因素自然等提等潜力指数和主导限制型，可以统计出公安县共有12种耕地质量主导限制型的组合类型 (表3)，部分地块存在两种或两种以上主导限制型。酸碱度限制-水分限制 (p-m)和水分限制 (m)为公安县耕地自然等质量占比重最大的主导限制型，分别占耕地总量的32．12%和31．92%，酸碱度限制 (p)和障碍层次限制 (h)次之，分别占耕地总量的12．82%和12．48%，主导限制型中酸碱度限制-障碍层次限制 (p-h)所占比重最小，为0．29%。

表3 耕地质量主导限制型组合类型

4.2 主导限制型分布情况

由公安县耕地图斑中主导限制型的分布情况 (图2)，可以看出其中分布范围最广的限制型为酸碱度限制-水分限制 (p-m)，处于公安县东部、西部、中南部和北部，包括万众村、飞跃村、荆华村等224个行政村;水分限制 (m)次之，广泛分布在县域的中部、南部和西北部，包括协力村、新生村、曾埠头村等227个行政村;酸碱度限制 (p)零散分布在东部、西部和北部，包括七台寺村、东风村、杨家咀村等146个行政村;障碍层次限制 (h)主要分布在南部、中部和东南部，包括沿江村、荆中村、北闸村等114个行政村;其余8个主导限制型也基本以连片的方式分布在县域范围内，多数行政村同时存在两种或两种以上限制型。

图2 公安县耕地质量主导限制型分布

4.3 主导限制型与耕地自然等别对应情况及改良建议

公安县耕地等别总体上呈规则区片状分布，将公安县耕地自然等别与主导限制型对应统计 (表4)可知各等别耕地的主导限制型，以便有针对性的采取耕地质量提升措施。

2等地首要主导限制型为酸碱度限制，次要主导限制型为酸碱度-水分限制。公安县水资源丰富，地表径流量大，水土流失现象频现，应加强农田水利设施建设，改善灌排条件，降低地下水位，施以土壤改良剂改良土壤酸碱度。

表4 耕地自然等与限制型对应面积与比例

3等地首要主导限制型为酸碱度-水分限制，次要主导限制型为水分限制;4等地则恰好相反，首要主导限制型为水分限制，次要主导限制型为酸碱度-水分限制;5等地首要主导限制型为酸碱度限制，次要主导限制型为水分限制。改良方法与2等地相似，采取土壤改良剂改良土壤酸碱度和相应农田水利工程降低地下水位。

6等地首要主导限制型为酸碱度限制，次要主导限制型为灌溉限制。公安县农田水利基础设施相对较少，田间灌溉工程不配套，针对此情况可以施用土壤改良剂改良土壤酸碱度，建设水利设施渠系配套和渠道防渗工程，采用移动软管灌溉方式可节约成本，经济条件较好的地区也可采用喷灌技术，提高区域灌溉保证率。

7等地首要主导限制型为排水限制，次要主导限制型为酸碱度限制。公安县受地形地势和湖泊围垦等原因面临严重的水患洪涝灾害，现有大型沟渠分布不均，针对此情况可配以相应排水工程，完善农田水利设施建设整治，并施以相应的改良剂提升耕地质量。

5 结论与讨论

5.1 结论

(1)在农用地分等成果的基础上，建立耕地质量限制型与农用地分等指标的对应关系，可以确定公安县耕地质量存在排水限制、质地限制、水分限制等9种限制型。

(2)自然等提等潜力指数模型计算的耕地质量限制型谱序，以全局可比的无量纲形式反映出限制型的制约程度和自然等别提升潜力，得到公安县12种耕地质量主导限制型组合类型，其中2～5等地以酸碱度限制、酸碱度-水分限制和水分限制为主，6～7等地以酸碱度限制、灌溉限制和排水限制为主。

(3)依据公安县的耕地自然等质量主导限制型，可以有针对性的采取提升耕地质量的措施。同时，结合限制谱序的制约程度，为耕地质量等级监测工作和土地整治项目重点区域的划定提供理论依据，便于做出合理的空间时序安排。

5.2 讨论

湖北省公安县为平原地区，对此研究区域进行讨论，确定出了耕地自然等质量的主导限制型，但平原与山地所涉及的质量指标具有一定差异，所以山地丘陵地区的限制型确定方法有待新的研究区域验证。文中自然等指数是基于《农用地质量分等规程》(GB/T 28407-2012)计算的，耕地自然等质量提升的重点影响因素是耕地本底质量，但利用方式对于耕地质量的提升也有一定影响，是否考虑农用地定级因素尚需进一步探讨和研究。

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