珠海市1982—2009年耕地质量时空演变分析

何尹杰，吴大放，刘艳艳，梁达维，陈震霖

（广州大学地理科学学院国土与城镇规划研究所，广东 广州 510006）

珠海市1982—2009年耕地质量时空演变分析

何尹杰，吴大放，刘艳艳，梁达维，陈震霖

（广州大学地理科学学院国土与城镇规划研究所，广东 广州 510006）

从土壤肥力、立地条件、基础设施和经济产出4个角度综合选取12个指标，用熵值法确定指标权重并运用ArcGIS软件进行空间插值与统计，分析珠海市1982-2009年耕地质量时空变化规律。结果表明，珠海市耕地质量1982年以一级耕地为主，2009年以二级耕地为主，1982年一级耕地转为2009年二级耕地的面积为18 005.37 hm2，占2009年二级耕地的60.73%，白蕉、乾务和平沙有大量的一级耕地转为二级耕地。1982年珠海市一级和二级耕地面积的比例分别为65.96%和30.43%，而2009年珠海市一级和二级耕地面积的比例分别为8.25%和80.85%，耕地质量有大幅变化。1982-2009年期间，珠海市土地利用结构发生重大变化，耕地总面积大幅度减少，耕地质量等级大幅下降，优质耕地主要分布在斗门区，其次是金湾区，香洲区很少。

耕地质量；熵值法；GIS；时空演变；珠海

随着我国社会、经济的快速发展，人地矛盾日益突出，迫切要求耕地管理从单纯数量管理向数量管控、质量管理和生态管护并重转变，而耕地质量评价是耕地保护的基础［1-2］。国内外关于耕地研究主要集中在耕地数量变化及其驱动因素、耕地利用变化、社会经济发展以及粮食安全之间的关系等，近年来对耕地质量的变化研究也愈加受到重视。随着计算机技术的快速发展以及3S技术的崛起，国外对耕地质量的研究越来越深入，在耕地质量的内容、方法以及指标上都取得了较多成果［3-9］。同样，我国学者也越来越重视耕地质量情况，从研究进展、内容、方法以及指标选取等不同角度对耕地质量进行研究［10-21］。我国2009年国土资源部首次完成对全国耕地质量等级的全面调查与评定，建立了全国统一可比的1∶50万耕地质量等别数据库［22］。2012年颁发了国标规程《农用地质量分等规程GBT28407-2012》，2014年完成了第二次全国耕地质量等级调查与评价。通过开展补充调查和更新评价，形成了基于第二次全国土地调查的耕地质量等别成果，更加精准地查清了全国耕地质量等别及其分布状况。这两次耕地调查与评价成果充分运用到各级国土资源管理部门的相关规划编制、基本农田调整划定、耕地占补平衡考核、土地整治项目管理等方面，切实发挥了基础性作用，为实现耕地数量质量并重管理、坚守耕地质量红线提供了重要支撑［23］。对于国土资源部两次对耕地质量的评价研究发现，评价方法科学有效、结果精确，但是数据缺乏长时间跨度的时空对比。由于水热条件、地形复杂和地质条件的差异，形成了我国复杂多样的土地类型，不同区域的耕地各具特色。如果能根据当地实际情况建立一套具有代表性的指标体系和方法，且进行长时间跨度时空对比评价，无疑是对全国第二次耕地质量调查评价外的一个很好的补充和修正检验。

综上可见，国内外研究评价指标主要包括土壤物理、化学和生物性质等多方面的指标，评价方法分为定性和定量相结合评价，评价的内容大多以定性评价为主，对市级中尺度地域、长时间跨度的耕地质量评价及其耕地质量演变规律的定量研究较少［12］。由于中尺度研究需要用到大范围多个样点的土壤样品采集分析数据，受条件和资金等的限制，目前很多学者只是对小范围尺度进行耕地质量评价研究。此外，珠海市处于珠三角经济快速发展地区、华南海岸带典型区域，土地利用变化导致耕地快速减少，耕地土壤受到不同程度的汞、镉、砷等重金属［24］和石油类的污染，对土壤样品分析直接关系到耕地质量等级评价结果的准确性。本研究采用1982年第二次土壤普查成果和2009年中山大学地理科学与规划学院研究团队到珠海市进行土壤样品取样结果，数据来源具有准确性和独特性。

1 研究区域概况

珠海市地处广东省珠江三角洲的南部前缘、珠江口西岸，在113°03′～114°19′E、21° 48′～22°27′N之间。全市海陆总面积7 650 km2，其中陆地面积1 732.33 km2，海域面积5 918 km2，大小岛屿146个，海岸线224.5 km［25］。

1.1 土壤

珠海市地处南亚热带，淋溶淀积作用强烈，形成地带性土壤赤红壤，在丘陵山区分布有花岗岩和砂页岩发育而成的赤红壤。高程3 m以下的平原地区一般是三角洲冲积母质发育的土壤，为潜育型或潴育型水稻土，具有土层深厚、养分丰富、质地粘重、通透性差的共同特点。3～15 m为谷底冲积、洪积母质发育的土壤，一般是潴育型水稻土或旱作地；15～30 m为坡积、残积母质发育的土壤，一般为果、茶园或林地；30 m以上一般为残积母质发育的赤红壤，多为马尾松稀树灌草从地。三角洲母质的土壤规律性较明显：由海入陆土壤分布依次为泥滩、草滩或红树林滩、中咸田、轻咸田或咸酸田、低油格田、高油格田、黏土田［26］。

1.1.1 耕地土壤物理属性 对比1982、2009年珠海市耕地土壤的机械组成可知，0.05～0.01、0.01～0.005、0.005～0.001 mm粒径含量百分数均值、标准差、方差均呈下降趋势，数据离散度下降，均为右偏态，高顶峰为主，极差在减少；＜0.001、1～0.05 mm粒径含量百分数的均值、标准差、方差均呈上升趋势，数据离散度增加，平顶峰为主，极差在增加；＜0.01 mm粒径含量百分数的均值之和由35.90%上升到36.57%，上升为中土壤，这种变化说明土壤质地转好，但变化幅度较小［26］。

1.1.2 耕地土壤化学性质 （1）土壤有机质。有机质是土壤的重要组成部分，土壤许多物理化学属性都直接或间接地与有机质含量和组成有关［27］。有机质是表征土壤质量与肥力的重要因子，其含量高低与土壤肥力水平紧密相关［28］，是衡量土壤肥力的重要指标。对比1982、2009年全市耕地土壤有机质含量可知，土壤有机质均值和众数呈下降趋势，分别下降了0.34%、1.74%，减幅分别为30.45%、68.89%［26］。

（2）土壤速效磷。磷是土壤养分的重要组成部分，而速效磷是当季作物可从土壤中获取的主要磷养分资源。但过量磷肥施入耕地会造成资源浪费和水体污染，进而危害人体健康。速效磷增加除受农业管理措施、土地利用方式和土壤颗粒组成影响外，还与母质、地形等因素有关。对比1982、2009年全市耕地土壤速效磷可知，土壤速效磷均值和众数均呈下降趋势，分别减少了6.05、10.87 mg/kg，减幅分别为23.49%、98.92%［26］。

（3）土壤速效钾。速效钾含量是衡量土壤钾养分供应能力的指标，表示可供植物吸收利用的钾数量［29］。对比1982、2009年全市耕地土壤速效钾可知，土壤速效钾均值和众数呈下降趋势，分别减少了6.05、10.87 mg/kg，减幅分别为23.49%、98.92%［26］。

1.2 土地利用特点

根据2009年遥感解译土地利用现状结果显示，珠海市农用地总面积124 858.81 hm2、占土地总面积的71.65%，其中耕地面积3 666.481 hm2、占土地总面积21.04%。2008年有85.35 km2的水土流失区域，占全市陆地总面积的5.34%［30］，其中人为水土流失面积占72.42%，水土流失导致地力下降［26］。

2 耕地质量变化评价方法与数据处理

2.1 评价方法

本研究从耕层状况、立地条件、基础设施和经济产出4个角度综合12个选取指标，用熵值法确定指标权重，并运用ArcGIS软件进行空间插值，分析珠海市1982—2009年耕地质量的时空变化情况。

2.2 耕地质量变化评价指标体系构建

参考耕地质量变化相关研究［18，31-33］，结合研究区域耕地特征，确定土壤肥力、立地条件、基础设施、经济产出4个系统层，并选取12个指标对珠海市耕地质量进行评价，构建耕地质量变化评价指标体系（表1）。

表1 珠海市耕地质量变化评价指标体系

2.3 基于熵值法的评价因素权重计算

为尽可能减小人为确定权重的主观性，本研究选取熵值法对珠海市耕地质量进行评价。由于各指标的量纲、数量级均有差异，为消除因量纲不同对评价结果的影响，先对各指标进行标准化处理［34］。

式中，Xij为第i个地区第j个指标的数值（i=1，2，…m；j =1，2，…n），Xmax为该项指标最大值，Xmin为该项指标最小值。为方便起见，仍记数据= Xij。

式中，n为指标个数，Pij为第i个地区的第j个指标的经正向处理后的标准化值，eij为j 指标的差异性系数，dj为j指标的差异性系数，Wj为第j项指标的权重，T为综合评价值。

2.4 数据来源与处理

以研究区1982、2009年Landsat TM遥感影像为数据源，通过图像镶嵌和增强处理等对遥感影像进行预处理，在ArcGIS平台上以配准后的地图为底图，运用EDITOR中的create new feature工具在新建的矢量图层上跟踪研究区行政边界，获得研究区的面状矢量图，裁剪得到符合标准的研究区影像。利用GIS技术提取耕地的土地利用信息，得到1982、2009年耕地利用数据。珠海市的土壤肥力、立地条件的数据来源：1982年数据是收集全国第二次土壤普查成果《珠海市土壤》《斗门县土壤普查报告书》等普查成果图件获得；2009年数据是替代数据，采用2009年中山大学在1982年土壤普查的成果土壤图上标记的54个采样点基础上重新实地采样土壤样品进行检测分析获得，并考虑到30多年来随着围海造地范围的不断扩大，土地利用方式和耕作方式发生较大变化，对土壤性状影响较大，故新增6个具有代表性的采样点。运用ArcGIS软件进行空间插值和矢量化处理并形成专业的图件，生成珠海市土地利用数据库。

DEM数据为覆盖研究区全区90 m空间分辨率数据，数据格式为GRID，依据DEM，采用ArcGIS中Spatial Analyst模块下的表面分析分别提取高程和坡度信息。利用空间插值法对土壤有机质、速效磷、速效钾含量等进行图层处理。利用缓冲区技术建立珠海市河流、城镇、交通道路缓冲区得到灌溉保证率、距离城镇距离以及道路通达度图层。运用相等间距重分类技术对各个指标进行重分类，采用GIS叠加处理法对所有图层进行叠加分析，利用加权平均法计算出每个地块的综合评价值。

社会经济数据主要来源于广东省社会经济数据库、珠海市政府网、珠海市统计信息网、珠海市国土资源局等网站，同时通过《珠海市统计年鉴》收集珠海市土地利用以及社会经济等数据。利用ArcGIS中的resample模块将以上数据统一进行栅格化，并确保每个图层栅格一一对应。各数据运用熵值法处理后的权重见表2。依据耕地质量综合评价值，用相等间距法［33］将珠海市耕地质量划分为5个等级［33，35］，各级的分值情况见表3。

表2 珠海市耕地质量变化评价指标体系指标权重

表3 珠海市耕地质量评价等级划分

3 珠海市耕地质量时空演变分析

3.1 珠海市耕地质量等级分析

1982年和2009年珠海市耕地质量等级如图1所示。从图1可以看出，珠海市东部海岛地区无耕地分布，中部香洲区耕地沿交通线呈轴向减少（城市沿着105国道等交通线发展不断侵占耕地），西部斗门区和金湾区域镇发展不断向四周扩散，耕地出现圈层式减少，全市耕地由东向西逐步减少［33］。1982年珠海市一级耕地面积高达41 066.33 hm2、占1982年耕地总面积的65.96%，二级耕地面积占30.43%，三级耕地和四级耕地均较少、不足2%，五级耕地不足0.1%，其中一级耕地和二级耕地面积超过95%；2009年珠海市一级耕地面积仅有3 025.24 hm2、占耕地总面积的8.25%，二级耕地面积高达29 646.52 hm2、占80.85%，三级耕地面积占10.89%，四级耕地面积接近0，没有五级耕地。珠海市1982、2009年耕地等级面积见表4。

图1 1982、2009年珠海市耕地质量等级

表4 1982、2009年珠海市不同耕地等级面积及比例

从上述分析可知，1982—2009年，珠海市耕地质量发生了显著下降，由1982年的以一级、二级耕地为主下降到2009年的以二级、三级耕地为主。一级耕地的比例显著减少，由1982年的近66%下降到2009年的不足10%；二级耕地显著增加，由1982年的30%增加到2009年的80%；三级耕地增加近10%。1982、2009年珠海市的耕地质量主要由一级转变为二级和三级。珠海市的耕地质量等级分布呈现了由西内陆到东沿海等级降低的规律，主要是由于沿海耕地的矿化度和盐渍化程度较高，种植作物相对单一，土壤养分含量较低，造成沿海地区的耕地质量等级一直低于内陆地区［12］。

3.2 珠海市耕地质量空间分析

由表5可知，1982年珠海市一级耕地主要分布在斗门区和金湾区，香洲区没有一级耕地。一级耕地各镇分布从大到小依次是平沙＞乾务＞白蕉＞莲洲＞斗门＞井岸＞红旗＞三灶＞南水。二级耕地面积最多的是斗门区（7 815.69 hm2），最少的是香洲区（3 433.18 hm2）。香洲区的南屏二级耕地面积多达2 125.89 hm2，占香洲区二级耕地的61.92%，唐家湾没有二级耕地；斗门区二级耕地近70%分布在白蕉，其次是井岸、乾务、莲洲和斗门；金湾区近50%的二级耕地分布在三灶，南水的二级耕地最少、仅有26.61 hm2。三级耕地分布最多的是香洲区、高达45.58%，其次是金湾区，斗门区最少、仅有13.05%。香洲区50%的三级耕地分布在主城区，其次是南屏，唐家湾和横琴有少量；斗门区86.87%的三级耕地分布在莲洲，乾务、斗门和白蕉仅有少量的三级耕地；金湾区77.61%的三级耕地分布在南水，其次是三灶，红旗和平沙仅有少量。四级和五级耕地主要分布在香洲区，除金湾区有少量四级耕地外，其余耕地全部分布在香洲区，全部五级耕地分布在香洲区。

表5 1982年珠海市各个等级耕地面积（hm2） 分布情况

由表6可知，2009年珠海市一级耕地全部分布在斗门区和金湾区，63.24%的一级耕地分布在斗门区，36.76%的一级耕地分布在金湾区。斗门区超过50%的一级耕地分布在斗门县，其次是乾务、井岸、白蕉和莲洲；金湾区近50%的一级耕地分布在红旗，其次是平沙、南水和三灶。二级耕地主要分布在斗门区和金湾区，分别为17 221.89、11 048.02 hm2。香洲区二级耕地面积横琴最大，接近70%；斗门区二级耕地面积最大的是白蕉，其次是莲洲、乾务、斗门和井岸；金湾区二级耕地中平沙的面积超过64%，其次是红旗和三灶，南水的二级耕地面积最少。三级耕地主要分布在斗门区、占三级耕地总面积的73.87%，香洲仅有很少的三级耕地。香洲区的三级耕地主要分布在南屏和横琴，斗门区的三级耕地主要分布在乾务，金湾区的三级耕地主要分布在平沙。四级耕地仅在斗门区的乾务有不足1.2 hm2，珠海全市没有五级耕地。

3.3 珠海市耕地质量时间分析

从1982年和2009年珠海市耕地质量等级比较结果（图1）可以看出，珠海市耕地面积出现了大幅度减少，1982年以一级耕地为主，2009年以二级耕地为主。受自然要素、人口要素、经济要素等多种因素的影响，1982—2009年，等级耕地面积下降比率最大的是斗门区，下降率为93.51%，大部分耕地被转化成其他类型土地：香洲区主城区的耕地全部转化为其他类型土地，南屏的二级耕地显著减少，2009年横琴的二级耕地较1982年大幅增加，有较多其他用地转化成耕地。由表4还可知，2009年一级地只占8.25%，可见，加强一级耕地的保护尤为重要。珠海市80%以上耕地属于中产田，这些二级耕地还有很大潜力，只要加大投入，不断进行坡耕地的水土流失治理和培肥，大力发展水利设施，改善排灌条件，可把1/3左右的中产田建设成为高产稳产田，产量和经济效益将得到较大提高，相当于在现有基础上增加了耕地面积，提高了耕地潜力［36-37］。

表6 2009年珠海市各个等级耕地面积（hm2） 分布情况

4 结论与讨论

4.1 结论

随着经济的快速发展以及城市化水平的日益提高，珠海市土地利用结构发生巨大变化，对耕地质量等级造成极大影响，本研究从耕层状况、立地条件、基础设施和经济产出4个角度综合12个选取指标，用熵值法确定指标权重，并运用ArcGIS软件进行空间插值与分析，结果发现：（1）1982—2009年，珠海市土地利用结构发生重大变化，耕地质量等级大幅下降，1982年珠海市以一级耕地为主，2009年以二级耕地为主。乾务、白蕉和平沙有大量的一级耕地转化为二级耕地。（2）优质耕地主要分布在斗门区，其次是金湾区，香洲区很少。一级耕地和二级耕地为优质耕地，1982年斗门区的优质耕地占耕地总面积的59.89%，2009年下降至52.19%，斗门区的耕地对珠海市耕地的总体情况具有举足轻重作用。金湾区1982年和2009年优质耕地分别为30.98%和33.17%。香洲区仅有很少量的优质耕地。（3）耕地总面积大幅度减少，由1982年的62 261 hm2减少到2009年的36 664 hm2，减少近41%，耕地出现圈层式减少［26］，全市耕地由东向西逐步减少。

4.2 讨论

（1）珠海市1982—2009年耕地质量等级大幅下降，符合珠三角地区现状事实，指标选择符合珠三角区域性耕地特点，方法可行。（2）土地利用数据主要来源于遥感影像、采样检测以及统计年鉴，影像解译的精度对研究结果会产生一定影响，样品检测过程中会出现误差。此外，受时间、资金和条件限制，很难取得与遥感数据同时期耕地土壤调查试验数据，建议今后国家加强这方面投入和研究。（3）影响耕地质量的因素复杂多样，不同指标以及不同方法对评价结果会有一定影响，今后做不同区域耕地质量评价时可以因地适宜采用相关指标和阈值范围，如本研究采用相等间距对等级进行划分，结果显示四级耕地和五级耕地很少。（4）以GIS为工具，分析珠海市1982—2009年长时间序列耕地质量时空变化，有益于进一步揭示该区域耕地变化趋势，能丰富珠海市耕地研究的相关成果，具有一定的参考价值。

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（责任编辑 白雪娜）

Spatio-temporal evolution of cultivated land quality in Zhuhai during 1982-2009

HE Yin-jie，WU Da-fang，LIU Yan-yan，LIANG Da-wei，CHEN Zhen-lin
（Institute of Land Resources and Urban-Rural Planning，School of Geographical Sciences，Gugangzhou University，Guangzhou 510006，China）

This paper selected 12 indicators to establish the evaluation index system from four aspects of soil fertility，soil conditions，infrastructure and economic output，determined the index weight by entropy evaluation method，did the spatial interpolation and statistics using ArcGIS software，and analyzed the spatio-temporal evolution of cultivated land quality of Zhuhai from 1982 to 2009. The results showed that the cultivated land of Zhuhai concentrated in the first class in 1982 and the second class in 2009，the area of the first class of cultivated land changing to the second class of cultivated land was 18 005.37 hm2from 1982 to 2009，which accounted for 60.73% of the total area of the second class of cultivated land in 2009，and in Baijiao，Qianwu and Pingsha town，there were a lot of first class of cultivated land changing to the second class of cultivated land. In 1982，the proportions of the first class and the second class of cultivated land were 65.96% and 30.43%. But in 2009，the proportions were 8.25% and 80.85%，the quality of cultivated land changed drastically. From 1982 to 2009，the structure of land use in Zhuhai changed greatly，the total area reduced substantially and the level of cultivated land quality dropped quickly. The quality cultivated land was mainly located in Doumen district，and less in Jinwan district and the least in Xiangzhou district.

cultivated land quality；entropy method；GIS；spatiotemporal evolution；Zhuhai

F301.21

A

1004-874X（2017）02-0086-09

2016-12-02

国家自然科学基金 （41101078）；广东省教育厅特色创新项目(2014KTSCX090)；广州市哲学社会科学“十二五”规划项目（15Q28）；广东省大学生创新训练项目（201511078019，201611078085，CX2015025）

何尹杰（1992-），男，在读硕士生，E-mail：Terrence17@163.com

通迅作者：吴大放（1981-），男，博士，副教授，E-mail：wudaf2004@163.com

何尹杰，吴大放，刘艳艳，等.珠海市1982—2009年耕地质量时空演变分析［J］.广东农业科学，2017，44（2）：86-94.