新时期耕地质量定级方法研究及应用<br/>——以河北省平山县为例

新时期耕地质量定级方法研究及应用
——以河北省平山县为例

2018-10-07王淇韬孔祥斌郧文聚陈伟强辛芸娜张青璞

中国土地科学 2018年8期

王淇韬，孔祥斌，郧文聚，陈伟强，辛芸娜，张青璞

（1.东北农业大学经济管理学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.国土资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193；3.中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193；4.国土资源部土地整治中心，北京 100035；5.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002）

1 引言

耕地资源是国家粮食安全的重要资源保障，耕地保护是中国必须优先考虑且不能回避的问题[1]。耕地占补平衡政策实施20年来，中国耕地后备资源不断减少，实现耕地占补平衡、占优补优的难度日趋加大，在耕地保护的多重压力中，实现占补平衡是主要矛盾，而补足充优是矛盾的主要方面。中共中央、国务院出台的《关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》（以下简称《意见》），对新时期加强耕地保护和改进占补平衡做出全面部署[2-3]。《意见》指出既要大力实施土地整治，落实耕地补充任务，也要完善耕地质量评价指标体系和评价方法，改进并规范耕地占补平衡管理[4]。土地整治是实现耕地占补平衡的最主要途径[2]，当前土地整治成效主要通过耕地质量等别提升来反映，但分等主要从土壤条件、立地条件等方面选取指标[5]，其成果不能完全体现土地整治工程在改造耕地生产环境条件的过程中对质量提升的作用[6-7]。定级反映了自然因素和易变的经济社会条件所决定的、以农地综合质量、经济特性为主的土地差异[8]，所以深入研究和探讨耕地质量定级方法，对于推动落实新时期耕地占补平衡和促进耕地保护具有重要意义。

《农用地定级规程》列举了因素法、修正法和样地法三种定级方法[9]，其中因素法和修正法应用最为广泛[10]。在实际应用中，因素法定级将所有评价指标统一加权求和，弱化了各分项指标对耕地质量级别的影响，对土地整治工程实施带来的提效升级反应不够灵敏。修正法定级以农用地质量分等成果为基础，但分等成果数据皆是在大空间尺度上修正得出，其精度亦不利于土地整治成效的精确表达；另外，农用地等别年度更新成果发布比较滞后，采用修正法定级的时效性相对较差。近年来，相关学者对农用地定级方法也做了一定的研究：刘越岩结合GIS技术采用因素法进行了农用地定级评价研究[11]；秦静对内部因素法和综合因素法定级进行比较研究[12]；吴赛男在经济等的基础上通过修正来定级[13]；金东海提出了基于农用地分等成果的两层七参数法，服务不同流转方式的两种宗地定级[14]；李团胜借鉴美国土壤保持局提出的土地评价与立地评估（LESA）方法进行了耕地质量定级评价[15]。以上研究拓展了农用地定级的方法和思路，但不能很好地满足当前反映土地整治成效和提高定级工作时效性的现实需求。

因此，本文借鉴已有耕地质量定级研究成果，以级差地租理论为基础，借鉴农业生态区法（AEZ）对土地生产潜力的评价过程，构建逐级修正的耕地质量定级方法。通过对河北省平山县及其13个整治项目区定级评价，验证逐级修正法的合理可行性，以期为新时期耕地质量定级工作提供参考依据。

2 研究框架及指标体系构建

2.1 研究框架

马克思级差地租理论是耕地质量定级的基础理论[16]，长期稳定的光、温、水等气候条件和相对稳定的地形、土壤条件在作物生长发育过程中不断地供应水分、养分、热量和空气，形成土壤的自然肥力[17]，在等量投资条件下，耕种较肥沃土地所得利润超过劣等地的投资所得利润，形成了级差地租Ⅰ。人地矛盾的加剧迫使人类通过平整土地、建设路网和灌排设施等一系列人工投入提高生产效率，进而提升耕地的生产能力水平，这种在土地上连续追加投资而产生的超额利润转化为级差地租Ⅱ[16-17]。全面评价耕地质量级别，不仅要考虑产生级差地租Ⅰ的气候条件和耕地基础地力条件，还要体现产生级差地租Ⅱ的人工投入带来的耕地生产效率的高低。在长期稳定的气候条件的宏观控制下，耕地的基础地力水平呈现区域地带性变化[18]，在基础地力状况下，又存在人为工程性投入的差异。根据上述分析并结合已有研究[19]，本文认为影响耕地质量的气候条件、基础地力条件和生产效率条件对耕地质量的影响是逐级控制的关系。

通过借鉴FAO创建的AEZ法中某一因素最优时，受其他因素胁迫导致生产能力变化的逐级控制思想[20-24]，本文认为气候条件、基础地力条件和生产效率条件三者可采用连续修正运算，表达耕地在“天”“地”“人”三大因素逐层作用下的质量水平。基于此，构建逐级修正法耕地质量定级的研究框架（图1）。

2.2 指标体系构建

基于“天”“地”“人”三大因素对耕地质量的影响，结合土地整治项目的具体措施，构建定级指标体系。其中，“天”的影响体现在气候条件上，选用光温生产潜力指数表征，起到宏观控制的作用；“地”的影响体现在中微观尺度的基础地力条件上，选用田面坡度、表层土壤质地、剖面构型、有效土层厚度、有机质含量、障碍层类型及深度、土壤养分状况、砾石含量等8项定级指标，揭示耕地的本底差异；“人”的影响体现在中微观尺度的生产效率条件上，选用灌溉保证率、排水条件、田间供电保证率、农田防护林网、田块规整度、田块破碎度、耕作装备水平、耕作距离、道路通达度以及中心城镇影响度等10项定级指标，反映人为利用和改造带来的耕地质量级别的差异。

图1 逐级修正法耕地质量定级研究框架Fig.1 The framework of gradually revised method

2.3 评价方法

2.3.1 光温生产潜力指数折算

通过查找《农用地质量分等规程》[25]中的作物光温生产潜力指数表获取各地区指定作物的光温生产潜力指数，统一折算为基准作物的光温生产潜力指数后加和，计算公式为：

式（1）中：αt表示总的光温生产潜力指数；αti表示基准作物的光温生产潜力指数；αtj表示指定作物的光温生产潜力指数；βj表示第j种作物的产量比系数。

2.3.2 耕地基础地力和生产效率指数计算

分别运用加权求和法对耕地基础地力和生产效率指数进行计算，采用函数式：

式（2）中：Ii表示第i个评价单元的综合评价指数；Ai表示第i个评价指标的对应分值；Bi表示第i个评价指标的权重；n为评价指标个数。

2.3.3 耕地基础地力和生产效率系数确定

利用耕地基础地力指数和生产效率指数，分别确定耕地基础地力系数和生产效率系数，计算公式为：

式（3）—式（4）中：Cfi表示第i个评价单元的耕地基础地力系数；Ifi表示表示第i个评价单元的耕地基础地力指数；Cei表示第i个评价单元的耕地生产效率系数；Iei表示第i个评价单元的耕地生产效率指数。

2.3.4 耕地质量定级指数计算

以光温生产潜力指数为基础，用耕地基础地力系数和生产效率系数逐级修正，得出评价单元的耕地质量定级指数，计算公式为：

式（5）中：Qi表示第i个评价单元的耕地质量级别指数。

3 研究区概况与数据来源

3.1 研究区概况

平山县地处河北省西部，全县土地总面积2 648 km2，其中耕地面积为413.04 km2。2014年全县共实施土地整治项目13个，项目区多位于中部的低山丘陵地区，个别位于河谷平原地区。主要整治措施包括田块平整、灌排设施建设、田间供电设施配备、田间道路和生产道路整修、防护林种植等。

3.2 数据获取与整理

田面坡度、表层土壤质地、剖面构型、有效土层厚度、有机质含量、灌溉保证率数据来自2015年度耕地质量等别更新数据；田块规整度和田块破碎度根据耕地图斑周长和面积经函数计算得出；耕作装备水平由2014—2016年农业统计数据中运输机械、灌排机械等数据综合评价得出；耕作距离通过计算行政村中心距定级单元中心交通距离得到；道路通达度由2015年土地利用现状变更调查的线状地物数据结合交通路网数据测算得到；中心城镇影响度由不同级别城镇对地块的作用分值进行指数衰减量化得到。项目区数据在上述基础上，结合土地整治项目设计书、竣工报告以及整治建设情况表获取。

4 耕地质量定级方法的应用

4.1 平山县耕地质量定级

4.1.1 评价单元的确定

提取平山县2015年土地利用现状变更调查数据中的耕地地类图斑作为评价单元，共计13 123个，总面积为413.04 km2，评价比例尺为1∶10 000。

4.1.2 光温生产潜力指数的确定

平山县冬小麦和夏玉米的光温生产潜力指数分别为1 336和2 385，依据《河北省农用地分等技术方案》中的产量比系数（冬小麦为1，夏玉米为0.7）折算，可得标准粮食作物下的平均光温生产潜力指数为3 006。

4.1.3 修正指标的分级及权重的设定

结合平山县实际情况，综合考虑指标可获取性进行评价指标选取。基础地力因素中的所有指标，以及生产效率因素中的灌溉保证率指标分级和赋分规则参考《农用地质量分等规程》，采取直接赋值的方法确定其作用分值。生产效率因素中指标的赋分规则参考《农用地定级规程》和相关定级研究成果[12，26-30]，其中，耕作距离按照最大最小值法确定其作用分值；道路通达度、中心城镇影响度在确定其规模指数和影响半径的基础上按照指数衰减的方法计算其作用分值。各指标权重综合运用层次分析法和特尔菲法确定（表1）。

4.1.4 评价结果分析

按照逐级修正法得到平山县耕地质量定级指数范围为［457.12，2 301.96］，采用等间距法将定级指数结果划分为10个级别，一级地最好，十级地最差。从数量上看，五级地面积最大，占比达到24.9%；十级地面积最小，占比仅为0.06%。较高和较低级别耕地面积占比较小，中等级别耕地面积占比较大，近似正态分布。从空间上看（图2），整体呈现东部平原耕地级别较高，中部丘陵耕地级别次之，西部山区耕地级别较低的分布态势。

4.2 整治项目区耕地质量定级及方法对比分析

为验证逐级修正法对于显化土地整治工程实施后耕地质量级别的提升效果，选取平山县2014年的13个土地整治项目区，利用该方法对各项目区整治前后耕地质量级别分别进行评定，并与《农用地定级规程》中因素法对整治项目区的定级结果对比分析。为保证评价图斑一致，对新增耕地不做评价。

4.2.1 定级指标选取及权重确定

依据本文所构建耕地质量定级评价指标体系，并结合土地整治建设内容，分别对耕地基础地力和生产效率指标进行选取。各指标权重采用层次分析法和特尔菲法综合确定（表2）。

4.2.2 项目区实证结果分析

按照逐级修正法计算公式，分别得到13个项目区整治前后耕地质量级别。根据各项目区土地整治前后耕地质量定级结果，利用面积加权平均法计算项目区整治前后的耕地质量平均级别（表3）。

表1 平山县耕地质量定级基础地力和生产效率指标赋分规则及权重表Tab.1 Classification rules and weights of basic productivity and production efficiency indexes of cultivated land in Pingshan

由表3可以看出，13个项目区土地整治工程实施后耕地质量级别相对整治前均有一定的提升，平均提升1.93个级别。其中项目1和项目10的级别提升更为明显，分别提升2.32级和2.29级。这两个项目区对土地平整、灌排设施、田间道路、农田防护以及农田输配电等方面均进行了整治，其评价单元的田面坡度、灌溉保证率、排水条件、道路通达度以及田间供电保证率等指标分值提高较显著。总体上看，由于基础地力因素相对稳定，灌溉保证率、排水条件、道路通达度和田间供电保证率等通过整治工程较易改善的生产效率因素是造成整治项目区耕地质量级别变化的主要原因。

4.2.3 与因素法定级结果对比

根据《农用地定级规程》，同样选取上述15项定级指标，采用层次分析法和特尔菲法综合确定各指标权重，利用因素法对平山县2014年13个项目区整治前后耕地质量级别分别进行评定，并利用面积加权平均法计算项目区整治前后的耕地质量平均级别（表4）。

由表4可以看出，各项目区整治后级别均有提升，但是平均提升不到1级。其中，项目9和项目13的级别仅提升了0.21级和0.19级。对比表明，利用逐级修正法得到的项目区整治后耕地质量平均级别提升较因素法高1.01个级别，更加灵敏地表达了整治工程实施对耕地质量的改善。分析认为，因素法在定级过程中，各指标所占权重相对较小，所有指标统一加权求和的运算弱化了各分项指标对耕地质量总体级别的影响，而逐级修正法中的乘法运算更有利于凸显某单项指标分值的变化对耕地整体质量总体级别的影响。

图2 平山县耕地质量级别空间分布图Fig.2 Spatial distribution of cultivated land with different quality levels in Pingshan

表2 平山县2014年土地整治项目区耕地质量定级基础地力和生产效率指标权重表Tab.2 The weights of basic productivity and production efficiency indexes of cultivated land gradation in land consolidation project in Pingshan

5 结论与讨论

（1）本文从新时期耕地保护背景出发，综合考虑“天”“地”“人”三大因素在不同尺度对耕地质量的影响，结合土地整治项目的具体措施，选取光温生产潜力指数表征气候条件，选取田面坡度、表层土壤质地等8项指标表征基础地力条件，选取灌溉保证率、排水条件等10项指标表征生产效率条件，构建了耕地质量定级指标体系。

（2）本文以级差地租理论为基础，借鉴AEZ法评价土地生产潜力过程中的逐级修正思想，基于气候条件、基础地力条件和生产效率条件在不同尺度对耕地质量的影响程度，构建了三者逐级修正的耕地质量定级方法。相比因素法，本方法更有利于显化各层因素变化对耕地质量级别的影响。相比修正法，本方法以稳定、可查的光温生产潜力作为修正基础，更能保证评价的精度，且更具时效性。

表3 平山县2014年土地整治项目区耕地质量级别变化表Tab.3 Changes of cultivated land quality after land consolidation project in Pingshan, 2014

（3）利用逐级修正法对平山县耕地质量进行评价，将全县耕地划分为10个级别。其中较高和较低级别耕地面积占比较小，中等级别耕地面积占比较大，近似正态分布；东部平原耕地级别较高，中部丘陵耕地级别次之，西部山区耕地级别较低。评价结果在数量上和空间上都较符合平山实际情况，体现了本方法的合理性和可行性。

（4）本文对平山县2014年的13个土地整治项目区进行整治前后耕地质量级别评定，各项目区土地整治工程实施后耕地质量级别均有不同程度的提升，平均提升1.93个级别。与因素法相比，逐级修正法得到的项目区整治后耕地质量平均级别提升较其高1.01个级别。因此，逐级修正的耕地质量定级方法能够较好的反映土地整治成效，服务于耕地占补平衡。