西南喀斯特山区耕地质量现状与驱动因素分析——以贵州省为例

王晓瑞，林 晨，刘向南，周 华，龚和强，陈 祎

(1.江苏省土地开发整理中心，江苏 南京 210017；2.中国科学院 流域地理学重点实验室/中国科学院 南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；3.贵州省土地勘测规划院，贵州 贵阳 550004；4.贵州省土地矿产资源储备局，贵州 贵阳 550004)

耕地是最宝贵的农业资源，耕地质量的优劣直接关系到粮食安全和农业的可持续发展[1-3]。影响耕地质量的因素涉及自然环境、社会经济等诸方面，各因子的综合作用是耕地质量形成的关键，具有较强的地域差异特征[4-5]。对处于典型喀斯特地区的贵州省而言，多山地和丘陵且中、低等耕地广泛分布，耕地质量总体较低[6]，因此，亟需开展有关全省耕地质量驱动因素的作用过程和机理研究，为更有针对性的耕地质量保护与提升提供科学的依据和参考。

近年来，越来越多的学者开展了关于耕地质量的研究，主要集中在耕地质量评价[7-13]、耕地质量监测体系构建[14-15]以及耕地质量等级更新[16-19]等方面，有关耕地质量驱动因素的研究则相对较少。王业融[19]通过定性描述分析了地形地貌、气候、植被、土壤、水文、自然灾害等自然要素和土地利用方式、土地综合整治工程等人为要素对耕地质量的驱动作用。袁天凤[20]则着重从人均GDP、农村人均纯收入、耕地面积产值等经济指标数据的角度，分析了耕地质量和经济发展的耦合关系。周青青[21]先从政策措施、社会经济发展水平、土地利用工程措施角度，对耕地质量驱动因素做了简单的定性分析，后选取土地综合整治强度、乡村从业人员、城市化率、粮食总产量和区位条件等要素，对河北省迁西县耕地质量进行了定量分析。陶崇鑫等[22]选取土地利用系数、坡度、土壤质地、土壤pH值、有机质含量、盐渍化程度、距障碍层深度、灌溉保证率等指标对新疆阿勒泰市耕地质量的驱动要素和过程进行了详细阐述。由此可以看出，在目前耕地质量驱动因素研究中，地形地貌、气候、水文等基础自然环境要素以及土壤自身肥力状况一直是各研究的热点。然而，由于自然环境的长期稳定性和一定范围内的一致性特征，加之社会经济的快速发展，越来越多的学者将政策、人口、经济发展水平、土地利用水平、灌排设施等社会经济条件纳入到耕地质量驱动因素的研究中。有关贵州省耕地质量的研究则集中在耕地资源的可持续利用、耕地质量评价以及耕地质量保护与提升对策等方面。袁晓东[23]、黄英[24]、王红[25]等对贵州省典型喀斯特区域的普安县石谷河小流域、安顺市和六盘水市的耕地资源可持续利用性进行了探讨分析。韩敏等[26]对贵州省88个县(市、区)的农用地分等定级成果进行了评定。黄厅厅等[27]则基于GIS技术开展了1989～2010年贵州省耕地质量的综合评价和时空演变研究。

综上所述，目前有关耕地质量驱动因素的研究区域上主要集中在单独的市(县)小尺度范围，方法从早期的定性描述逐渐过渡到相关-回归[20-22]、主成分分析[19]、GIS[7,10-11,27-30]等定量化研究手段，内容上也开始从单一的自然环境要素过渡到自然、经济社会、生态等多要素的综合研究。而在贵州省中、低等耕地广泛分布，耕地质量总体偏低，耕地数量极为有限的前提下，有关全省耕地质量的研究还相对薄弱，耕地质量驱动因素研究则鲜有涉及。因此，本文在详细分析贵州省全省耕地质量现状的基础上，结合2015年贵州省耕地质量数据，对影响耕地质量的自然环境、社会经济条件等因素开展了全面深入的定量化分析，以期获得影响贵州省耕地质量的主要驱动因素和影响过程，进而为科学合理的耕地质量综合评价研究以及全省耕地质量保护与提升工作提供科学的依据和参考。

1 研究区概况与耕地质量现状

1.1 研究区概况

贵州省是位于我国西南部云贵高原地区的典型山区省份[27](103°36′～109°35′ E，24°37′～29°13′ N)，境内地势西高东低，平均海拔1100 m，全省山地、丘陵面积占土地总面积的92.5%，耕地面积不足7.5%，素有“八山一水一分田”之说，全省国土总面积1760.99万hm2。全省9个市(州)1995年、2000年、2010年和2015年的耕地面积分别为485.34万、445.79万、456.63万、454.10万hm2，其中2015年坡度<6°、6°～15°、15°～25°、>25°的耕地面积占比分别为16.38%、35.99%、29.66%、17.97%，坡度6°～25°和25°以上的耕地占比为83.62%。

1.2 耕地质量的现状

1.2.1 平均耕地质量在全国范围内偏低 据《贵州省耕地质量等级调查与评定》和《全国耕地质量等别更新评价》的成果，2015年全省耕地平均质量等别为11.29等(共分为15等，值越大代表耕地质量越差)，在全国范围内偏低且低于全国平均耕地质量等级(9.96)，位列全国31个省(市、区)的第23位。

1.2.2 优等地与高等地分布极少，中低等耕地广泛分布 全省耕地质量在7～15等之间，最高耕地质量等级为7等，没有1～4等优等耕地分布；5～8等高等地中只有7等地和8等地，面积共7.84万hm2，仅占全省耕地面积的1.72%，其余98.28%的耕地均为9～15等的中低等耕地，总面积446.99万hm2。

1.2.3 与周边省份相比，贵州省耕地质量堪忧 与同处云贵高原地区的广西、云南相比，广西平均耕地质量等别8.49，位列第13位，云南省的平均耕地质量为10.5，排在全国第18位，贵州省平均耕地质量11.29，远低于广西与云南(图1)。

图1 贵州省耕地质量现状对比图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文所采用的耕地质量数据来源于《贵州省国土资源公报(2015)》和2015年全国耕地质量等别更新评价成果。

驱动因素指标综合考虑了自然环境条件和社会经济状况2个方面的9项指标。其中自然环境条件包括高程、坡度、降雨量；社会经济状况包括土地垦殖系数、耕地复种指数、土地整治规模、GDP、乡村农业人口数量和土地开发利用强度。各指标的计算公式和数据来源如表1所示。

表1 各指标的计算方法和数据来源

2.2 研究方法

本研究采用单因子相关-回归分析和阈值分区研究相结合的方法，对可能影响贵州省耕地质量变化的指标要素作用过程和机理进行定量化分析。同时，对于整体分析影响不显著的指标要素，重点开展不同耕地质量等级范围以及指标要素不同阈值区间的驱动过程研究，以全面细致地反映各指标要素对贵州省耕地质量的影响程度和作用方式，明确主导驱动因素和影响阈值，从而弥补整体分析的表面性、片面性的不足，深入挖掘影响贵州省耕地质量变化的驱动力和作用过程。

3 研究结果与分析

3.1 相关系数检验与回归方程特征

如表2所示，从各指标线性回归方程的相关系数来看，高程、耕地复种指数和土地垦殖系数与耕地质量等别的相关性显著，相关系数分别为0.880、0.697和0.549；其余因子的相关性较低。从回归方程的显著性特征来看，高程、耕地复种指数整体回归模型显著；其他因子回归模型不显著。简单线性回归分析结果表明，指标要素与耕地质量存在复杂的曲线相关特征。

表2 各因子对耕地质量等别影响相关性分析结果

3.2 各指标要素对耕地质量的驱动作用

3.2.1 自然条件对耕地质量的影响过程

3.2.1.1 高程 根据图2，高程与耕地质量等别相关系数R2为0.880，呈高度线性正相关关系，表明高程越高，耕地质量等别则越高，耕地质量越差。这主要是因为高程是地形地貌的基础要素，直接决定土地资源的开发利用方式；耕地的产出效率以及田间基础设施建设的程度，同时控制着土壤、植被以及水系的分布格局。一般来说，高程越高，地质条件越复杂，耕地可利用性越差，土壤肥力和水资源等自然条件也相对较差，同时农田水利、道路等基础设施建设难度大，相对缺乏，导致耕地质量较差。

图2 高程与耕地质量等别回归分析

3.2.1.2 坡度 如图3所示，当只考虑全省11等以上质量较差的耕地时，两者呈指数显著正相关，相关系数R2为0.661，相关性明显增强。这表明在贵州省耕地质量较差的地区，坡度严重制约耕地质量。这是由于当耕地质量较差时，坡度的增加使得耕作难度加大，农田水利、道路等基础设施建设薄弱。另外，大量坡耕地的存在，也使得水土流失加剧，荒漠化、石漠化现象频发，导致耕地质量下降；而在耕地质量较好的地区，坡度影响甚微，从而降低了耕地整体的相关性。

3.2.1.3 降雨量 如图4所示，将降雨量以阈值1100 mm分组进行单独分析时，降雨量与耕地质量等别相关性显著增强，呈复杂曲线相关特征，相关系数R2为0.836或0.715。当降雨量<1000 mm或>1200 mm时，与耕地质量呈正相关，降雨量增加有助于耕地质量的提升；当降雨量在1000～1100 mm时，两者呈负相关，降雨量增加导致耕地质量降低。这是由于在贵州省典型喀斯特地貌区，降雨量较小时，土壤湿度和含水量增加；当降雨量较大时，极大地改善了农田的水利灌溉条件，均有利于耕地质量的提高；而当降雨量在1000～1200 mm之间时，除补充土壤水分、改善农田水资源条件外，常常发生大面积水土流失，使得土壤养分流失，耕作层变薄，导致耕地质量下降。

图3 坡度与耕地质量等别回归分析

图4 降雨量与耕地质量等别回归分析

3.2.2 社会经济条件对耕地质量的影响过程

3.2.2.1 土地垦殖系数 土地垦殖系数是一定区域内耕地面积占土地总面积的比重，反映了土地资源的利用程度和结构。由图5可知，贵州省各市(州)土地垦殖系数与耕地质量等别呈显著曲线正相关，即土地垦殖系数越高，耕地质量等别越高，耕地质量则越差。一般而言，较高的土地垦殖率意味着较好的自然条件和社会经济技术水平，因此耕地质量也较高。但在贵州省则相反，土地垦殖率越高，耕地质量越差，这主要是因为贵州省耕地质量总体较差，“优高”等地极少，“中低”等耕地则广泛分布，占耕地总面积的98.24%，从而使得土地垦殖率越高的地区，“中低”等耕地面积就越大，大大降低了耕地质量。

图5 土地垦殖系数与耕地质量等别回归分析

3.2.2.2 耕地复种指数 耕地复种指数是指一定时期内在同一地块耕地面积上种植农作物的平均次数，反映了耕地利用的程度。由图6可知，贵州省各市(州)耕地复种指数与耕地质量等别呈近似线性的显著指数负相关关系，即耕地复种指数越高，耕地质量等别越低，耕地质量则越好。耕地复种指数越高，表明该地区水热条件充足、土壤肥力较高并且地区经济较发达，农业科技水平较高，具有较好的自然环境条件和社会经济条件，因此耕地质量越高。

3.2.2.3 土地整治规模 由图7可知，贵州省各市(州)土地整治规模与耕地质量等别呈显著对数负相关关系，相关系数R2为0.540，说明随着土地整治规模的增长，耕地质量等别呈下降趋势，耕地质量提升。其中，六盘水市、毕节市、黔西南州、黔南州由于较高的中低等地占比，加上辖区面积范围宽广，中低等地基数大，自身耕地质量较差，使得辖区内的土地整治效果并不理想，耕地质量平均等别向上偏离，耕地质量依然较差。

3.2.2.4 GDP 由图8-a可知，只考虑11等以上较差的耕地时，GDP与耕地质量等别的相关性明显增强，相关系数R2为0.919，表现为高度曲线相关。表明在耕地质量较差的地区，随着GDP的增加，耕地质量不断降低，但超过1500亿元后，耕地质量则开始提升。这主要是因为在耕地质量较差的地区，经济发展相对落后，初期GDP的增长大多是以大量占用优质耕地和生态环境破坏为代价的，经济发展模式单一粗放，大大降低了耕地质量；但当经济发展到一定程度时，开始注重耕地资源保护与生态环境问题的修复，经济发展模式不断向节约、集约方向转变，使得耕地质量得到改善和提升。

图6 耕地复种指数与耕地质量等别回归分析

由图8-b可知，当去除GDP最高的贵阳市和遵义市时，GDP与耕地质量等别呈显著线性正相关关系，相关系数R2为0.786，进一步说明在GDP增长的初期达到一定规模之前，GDP增长越快，耕地质量越差，初期GDP增长严重制约了耕地质量的提高。

图7 土地整治规模与耕地质量等别回归分析

3.2.2.5 乡村农业人口数量 在只考虑11等以上较差耕地时，由图9-a发现，乡村农业人口数量与耕地质量等别的相关性明显增强，呈显著正相关，表明在耕地质量较差的地区，乡村人口数量的增加使得耕地质量不断降低。主要是由于在贵州省耕地质量较差的地区，乡村农业人口不断增长的同时，必然使得农村居民点用地快速增加，无序、低效的农村居民点用地的开发大量占用了优质耕地，破坏耕地资源，导致耕地质量不断下降。

图8 GDP与耕地质量等别回归分析

由图9-b发现，只考虑各市(州)人口数量大于100万的地区时，乡村农业人口数量与耕地质量等别相关性大大增强，相关系数R2达到0.915，呈高度曲线相关。表明在贵州省当乡村农业人口数量<100万时，其对耕地质量的影响不明显；>100万时，影响特别显著；乡村农业人口数量在100万～150万之间时，与耕地质量呈正相关，人口数量的增加有助于耕地质量提升；人口数量>150万时，与耕地质量表现为负相关，人口的增加导致耕地质量大幅降低。这主要是因为乡村农业人口是耕地开发利用、农作物种植的重要群体，当人口数量为100万～150万时，耕地资源开发保护、农田耕作种植等有了基本保障，有助于耕地质量提升；但当人口数量持续增加并超过150万时，同样带来了农村居民点用地的大量无序、低效的开发，优质耕地资源被占用破坏，大大降低了耕地质量。

3.2.2.6 土地开发利用强度 如图10所示，当去除土地开发强度最高的贵阳市时，土地开发强度与耕地质量等别呈明显的正相关关系，进一步说明土地开发强度的增加使得耕地质量不断降低。主要是由于在城市化、工业化发展的初期，常常伴随大量优质耕地的占用与破坏，并带来一系列的生态环境问题，从而导致耕地质量降低。

3.3 讨论

本研究采用单因素相关-回归分析与阈值分区相结合的方法，全面细致地描述了各影响要素对耕地质量的驱动作用和过程，明确了引起耕地质量变化的指标阈值范围，具有一定的科学性和实用性，可以为耕地质量综合评价工作以及贵州全省耕地质量的提升提供基础数据支持。

本研究从自然环境条件、社会经济状况2个角度共选取9个指标，对贵州省耕地质量的驱动过程进行研究，考虑自然环境的长期一致性、稳定性以及人类活动的剧烈程度，侧重社会经济要素对耕地质量的影响分析，重点突出了在城市化、工业化的快速进程中，大量人类活动对耕地质量的影响过程。

耕地质量是自然条件、社会经济状况以及耕地立地条件等诸多要素综合影响的结果，存在复杂的耦合机制，单要素分析在简化研究方法的同时，有助于全面揭示各要素的独立影响特征，但难以表达各要素与耕地质量间的复杂作用关系；后期应在增加样本数量、补充指标要素的基础上，同时开展各影响要素与耕地质量间的多元综合回归分析研究。

图10 土地开发强度与耕地质量等别回归分析

4 结论与建议

4.1 结论

高程、土地垦殖系数严重制约耕地质量，耕地复种指数、土地整治规模则有益于耕地质量的提高。在贵州省各地区，随着高程以及土地垦殖系数的增加，耕地质量明显下降；耕地复种指数的增加和土地整治规模的扩大，则使得耕地质量不断提升。

在耕地质量较差(耕地质量等别>11)的地区，GDP、坡度和乡村农业人口数量对耕地质量的影响明显增强，特别是GDP，相关系数R2达0.919。表明在耕地质量本底水平较差的地区，农田生态系统相对单一、脆弱，使得城镇化、工业化发展以及地形坡度的变化对耕地质量的影响更加敏感、快速，而在耕地质量较好的地区，农田生态系统相对稳定、完善，不易受外部影响因素的干扰。

当降雨量<1000 mm或>1200 mm，乡村农业人口数量在100万～150万之间时，分别与耕地质量呈正相关；当降雨量在1000～1100 mm，GDP<1500亿元，乡村农业人口数量>150万，土地开发强度<7%时，分别与耕地质量呈负相关特征。

4.2 建议

结合贵州省各市(州)耕地质量驱动因素分析结果，在全省耕地质量保护与提升工作中应注意以下几点：

(1)减少中低等新增耕地开垦，加强退耕还林、还草工程建设。在贵州省高原、山地区域，严格控制新增耕地面积，加快推进坡耕地治理，不断提高现有耕地的利用程度，进一步挖掘耕地的利用潜力，达到降低土地垦殖率，提高耕地复种指数，进而提升耕地质量的目的。

(2)合理控制人口经济规模，积极探索节约集约用地新模式。在全省各农村人口聚居地，应加强人口规模调控，使其控制在100万～150万的合理规模，同时不断推进农村居民点用地减量化与合理有序布局；在经济发展落后(GDP<1500亿)地区，应适当控制经济发展规模，坚持“绿色”可持续发展，最大限度地减少由经济发展带来的耕地资源破坏和生态环境污染；在经济发展较快(GDP>1500亿)地区，应鼓励工业“反哺”农业，加强对耕地质量建设的经济、技术支持，建立集遥感、GIS于一体的全方位、实时动态的耕地质量监测网络。

(3)全面推进土地整治工程建设，大力加强水土流失综合防治。在全省后备耕地资源有限、耕地质量总体较差的情况下，一方面，要严格落实耕地占补平衡、大坝耕地保护[6]等政策；另一方面，需要不断增加土地整治投资、扩大土地整治规模，达到增加耕地面积，提升耕地质量的目的；在降雨量为1000～1200 mm的地区，需要不断加强农田基础设施，退耕还林、还草等工程建设，减少大面积水土流失，减少土壤养分流失，做好水土保持工作，进而提升耕地质量。