土地整治项目对耕地质量等别的影响分析

刘佳皓 王艳慧

摘要 [目的]为了充分彰显土地整治工作的综合效益，促进土地节约集约利用。[方法]选取元氏县苏阳乡为研究区，从农用地分等角度，重新确定耕地质量评价指标权重以更新研究区耕地质量等别评价结果，并对筛选出的影响因素指标与耕地质量等别构建多元回归模型，分析揭示各影响因素的作用机制。[结果]土地整治项目可以显著提高耕地质量，研究区耕地质量等别从整治前的国家自然等12等、利用等13等提升至整治后的国家自然等8等、利用等12等。土地整治项目可以通过改善土壤理化性质等方式正向影响耕地质量，对研究区耕地质量影响较大的因素主要是土壤pH、有机质含量、排水条件和灌溉保证率。[结论]研究结果可为实施土地整治提高耕地质量提供理论依据和参考借鉴。

关键词 耕地质量评价;土地整治项目;农用地分等;影响因素分析;多元回归模型

中图分类号 F301.21文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）17-0061-06

Abstract [Objective] The research aimed to fully demonstrate the comprehensive benefits of land consolidation work，and promote land conservation and intensive use.[Method]This paper selects Suyang Township of Yuanshi County as the research area，and redetermines the weight of cultivated land quality evaluation index from the perspective of agriculture land gradation to update the evaluation results of cultivated land quality in the study area，and selects the influencing factors and cultivated land quality，construct a multivariate regression model and analyze the mechanism of action of each influencing factor.[Result]The land consolidation project can significantly improve the quality of cultivated land，and the quality of cultivated land in the study area would be upgraded from the national natural level 12 and utilization level 13 before the consolidation，to the national natural level 8 and utilization level 12 after the consolidation.The land improvement project could positively affect the quality of cultivated land by improving the physical and chemical properties of the soil.The factors that had a greater impact on the quality of cultivated land in the study area were soil pH，organic matter content，drainage conditions and irrigation guarantee rate.[Conclusion]The research results can provide theoretical basis and reference for the implementation of land consolidation to improve the quality of cultivated land.

Key words Cultivated land quality evaluation;Land consolidation project;Agriculture land gradation;Influencing factors analysis;Multiple regression

我國土地利用和农田污染问题突出，导致国家耕地安全面临数量和质量下降的双重威胁。随着土地整治工作的进一步开展，寻求耕地的数量和质量双重保护的目标逐渐明确，成为了土地整治的重点所在[1]。土地整治将对耕地产生各种方面的影响，因此监测耕地数量和质量的变化就成为了衡量土地整治项目绩效的有效方法[2]。当前我国耕地质量呈现不断下降的趋势，因此十分迫切需要通过土地整治措施对耕地进行综合治理，从而改善耕地质量影响因素，提高耕地质量等别。当前已有的土地整治项目及耕地质量的研究主要集中在对耕地质量评价发展研究、对耕地质量变化研究和土地整治发展研究3个方面。针对土地整治对耕地质量产生的影响，徐畅等[3]采用野外采样与室内分析相结合的方法，对土地整治项目实施不同年限后的土壤质量进行追踪，研究整治年限与土壤质量的改善效果之间的关系。张正峰等[4]通过量化评估土地整治对田块利用产生影响的方法，对比分析了2个土地整治项目区的国民经济受土地整治项目影响的情况。赵京等[5]、Fezzi等[6]通过采用Tobit模型进行最大似然估计的方法，对土地整治与土地利用效率的关系进行研究，并分析了农户关于土地整治的满意程度对土地利用效率的影响。以上学者从土地整治对耕地质量影响的角度进行了分析，但相关研究仍停留在理论层面，较少实证分析。还有部分学者从土地整治前后耕地质量评价的角度进行研究，如牛海鹏[7]通过将评价因素可比性和光温生产潜力进行修正的方法，测算土地整治耕地质量综合指数对土地整治的影响进行研究;邓燕红等[8]通过改进土地利用系数和经济系数的计算方法，在农用地分等的基础上新增土壤保水保肥能力等参评指标，以使耕地质量评价结果更准确且具有说服力。余建新等[9]探究了一种反映土地整治前后耕地质量差异的分等更新方法，在原耕地质量评价体系中增加受土地整治影响较大的修正分等因素，并以此修正分等计算系数。纵观这些研究，大多是从表征对耕地质量情况进行研究，而很少从土地整治与耕地质量之间的内在关系的角度来进行分析。在此背景下，笔者采用农用地分等方法[10]，在上一轮耕地质量等级年度更新的基础上修正各分等因素的权重[11]，以此来计算并对研究区耕地质量等别进行评价，并采用多元回归分析方法对各耕地质量因素指标在整治前后的变化情况进行分析，研究土地整治项目对耕地质量等别产生的影响。

1 资料与方法

1.1 研究区概况 研究区地点位于河北省石家庄市元氏县苏阳乡西部山区，行政划分归属为上庄村与郭北村的集体土地（图1）。研究区为丘陵区，土壤以褐土为主，其次为潮土、草甸土和风沙土。研究区四至：东至上庄村水浇地地界，西至郭北村旱地和裸地地界，南至乡间道路和上庄村农村居民点，北至国有内陆滩涂。研究区地理位置为114°26′08″～114°26′13″E，37°43′50″～37°44′14″N。土地整治面积为6.752 5 hm 2，地类为水浇地。土地整治项目批复时间为2014年6月，项目建设期为批复后12个月，实际竣工时间为2015年8月。在土地整治项目前，研究区内杂草丛生，淤积较为严重，灌溉条件较差，土地利用率极低，田间道路严重制约机械化耕作，土壤侵蚀也较为严重。因此，研究区较为适合在土地整治的基础上对整治前后耕地质量的变化情况进行研究。

1.2 数据来源与处理

选取的数据为河北省石家庄市元氏县上轮耕地质量等级年度更新数据库（2015年）、河北省耕地质量等级成果补充完善技术报告（2014年）、元氏县1∶10 000土地利用现状图（2010年）、来自CNES/Airbus的SPOT卫星影像（2018年）、土地整治项目竣工验收报告及相关部门调查走访获取的数据资料。对于图像数据，在使用前均进行了地理配准、投影变换、几何校正、图像融合和裁剪等预处理。

1.3 研究方法

农用地分等定级是对农业用地自然和经济两方面属性进行综合评定下的等别和级别的划分，“等”和“级”是耕地质量评价体系中2个不同的层次[12]。该研究通过农用地分等方法对研究区耕地质量等别进行评价，采用因子分析法研究土地整治项目对耕地质量的影响，并构建多元回归模型揭示土地整治各影响因素对耕地质量影响的作用机制。

1.3.1 耕地质量评价。

从农用地分等的角度出发，确定分等因素指标及其权重后，根据作物产量比系数和光温生产潜力指数，计算耕地的自然质量等、利用等和经济等，并根据平衡转换规则将其分别转化为国家等，進而确定耕地质量等别。等别评价具体流程如图2所示，各计算指标参数均来自于《农用地质量分等规程》附录及相关表格数据[10]。

1.3.1.1 确定标准耕作制度。

通过查询《农用地质量分等规程》附录得到研究区所在的河北省石家庄市元氏县的标准耕作制度为小麦-玉米及小麦-棉花一年两熟。由元氏县耕地质量等级年度更新数据库（2015年）可知，元氏县基准作物为冬小麦，指定作物为冬小麦和夏玉米。

1.3.1.2 划分分等单元。

分等单元是耕地质量评价的最小空间单位，由于研究区不同地块分等因素具有相对同质性而没有明显差异，因此该次评价采用地块法对研究区分等单元进行划分。为确保整治前后评价结果的可比性，采用与整治前评价过程相同的分等单元对整治后的耕地质量进行评价。即将研究区矢量范围图与研究区土地利用现状图（2010年）中指代耕地的图斑进行叠加，将形成的封闭单元作为此次耕地质量等别评价中的分等单元。

1.3.1.3 确定分等因素指标区。

计算自然质量分一般有2种方法，即因素法和样地法。由于该研究的研究区耕地情况并不适宜建立跨区域的因素指标体系以采用样地法进行计算，故该研究选择因素法来计算自然质量分[13]。首先需要根据各限制性因素的区域分异规律来划分确定分等因素指标区。经查表确定研究区所属的分等因素指标区为“太行山南段冀南山前平原冬小麦/夏玉米一年两熟区”。

1.3.1.4 确定分等因素及权重。

由于研究区耕地质量等级成果补充完善技术报告中的分等因素是由河北省农业生产、农业气象、地理科学等领域众多专家及专业人员通过多轮筛选、分析和修正确定的，因此该研究在确定分等因素时，直接沿用研究区耕地质量等级成果补充完善技术报告的分等因素选择。为能更好地揭示土地整治工程因素对耕地质量的影响情况，需对耕地质量评价指标权重进行重新测算。该研究结合使用德尔菲法和层次分析法以确定分等因素指标权重：先邀请各位相关领域专家对分等因素的重要程度进行判断，并在保证判断思维一致性的基础上构建判断矩阵，每个分等因素的权重均通过层次分析法来计算得到。为了使因素指标的权重更加准确，在比较2个指标并衡量指标的相对重要性时，引入了九分位的相对重要的比例尺度，将指标A与指标B对比的重要程度划分为9个等级：极其重要、很重要、重要、略微重要、相同重要、略微不重要、不重要、很不重要和极其不重要，并对指标A与指标B比较的评价值相应赋值为9、7、5、3、1、1/3、1/5、1/7和1/9[14]。

将各个专家判断的分等因素重要程度结果运用几何平均法进行综合平均，进而根据相对重要比例尺度表构建判断矩阵，之后由指标权重系数计算公式得出各分等因素的权重值。权重系数值的计算公式如下：

1.3.1.6 计算项目区自然等指数。在计算研究区自然等指数（Ri）之前需要先确定作物生产潜力指数及产量比系数，由研究区耕作制度可得冬小麦和夏玉米的生产潜力指数及产量比系数如表1所示。

1.3.2 土地整治对耕地质量影响分析。

对研究区样本点进行选取并筛选出适用于进行影响分析的因素指标，通过多元回归分析法研究土地整治影响因素与耕地质量等别之间的内在关系，以各影响因素整治前后的差值为自变量，因变量是耕地国家利用等整治前后指数差，通过计算构建多元回归分析模型，进而分析揭示各影响因素的作用机制。

首先根据研究区土地整治项目主要建设内容及研究区土壤理化性质等实际情况，从耕地质量等别的视角，选取建立候选评价因素指标集。该研究在充分分析土地整治项目对耕地的地力、生态、经济、空间等方面影响的基础上，从以下4个方面选择因素指标构成候选因素指标体系集：①土壤质量相关因素指标的选取。土壤质量通过各方面综合作用以影响地力质量进而作用于耕地质量，用以表征土壤质量条件的因素指标有土壤pH、有机质含量、剖面构型、表土质地、有效土层厚度、盐渍化程度、障碍层距地表深度等。②空间质量相关因素指标的选取。影响空间质量评价因素的主要是耕地形态情况和耕地地表情况。表征耕地形态情况的因素指标选取形状指数、田块平均规模、地形坡度、田块破碎度;表征耕地地表情况的因素指标选取地表岩石露头度。③耕地利用条件相关因素指标的选取。耕地利用条件主要受土地整治项目质量的影响。表征交通基础设施建设的因素指标选取道路通达度;表征水利基础设施建设的因素指标选取灌溉保证率和排水条件。④生态质量相关因素指标的选取。生态质量也是耕地质量的重要组成部分，因此还应从生态质量的角度选取因素指标。表征水资源供应指标选取灌溉水源;表征生态效益的指标选取灌溉水源;表征生态效益的指标确定为植被覆盖率;表征生态压力的指标确定为土壤侵蚀程度。在构建候选因素指标集后即逐个分析候选因素指标的相关性并检验其显著性，从而剔除统计学意义较小的因素指标。

显著性判断的过程采用土地整治前后各因素指标差值进行计算，其相关数据采用样本点法在研究区内选取样本点进行数据获取。该研究采用单对角线法、梅花五点法与棋盘式法相结合的方法进行样本点选取，共计获得78个样本点，如图3所示。

在计算前对各样本点获取的数据采用Z-score法进行标准化预处理，取1作为原始数据的标准差映射值以进行标准差归一化，从而使其对于判断耕地质量的影响程度可进行统一比较[15]。为使土地整治前后的耕地质量具有比较价值，对整治前研究区上轮耕地质量年度更新数据中与整治后评价体系中评价因子和权重不同的部分进行完善，其他部分参数体系保持不变，最终结果作为土地整治前耕地质量的评价结果。

对影响因素进行有关土地整治对耕地质量影响相关性的显著性判断，对各指标进行单因素相关性分析以驗证各影响因素与耕地质量变化之间的相关性是否显著[16]。为了定量分析各种影响因素对土地整治前后耕地质量的影响，对通过显著性判断的各影响因素与耕地质量变化情况进行多元回归分析，通过计算对其构建多元回归分析模型，从而系统地揭示各影响因素对耕地质量等别的影响情况[17]。之后再根据计算结果对影响原因进行分析，并针对土地整治项目提出合理的政策建议。

2 结果与分析

2.1 耕地质量等别的评定

由研究区属“太行山南段冀南山前平原冬小麦/夏玉米一年两熟区″，可得分等因素有4个，即表土质地、灌溉保证率、有机质和剖面构型。根据不同因素的影响程度，对国土方面有关专家的意见进行归纳和总结，并将各因素指标对耕地质量的影响程度进行排序。在此基础上，利用MATLAB软件构建判断矩阵X：

X=11/3413191/41/41/913141/31

通过公式（1）、（2）和（3）计算各因素指标权重系数如表2所示。由计算结果可得各分等因素权重分别为表土质地0.24、灌溉保证率0.40、有机质含量0.12、剖面构型0.24，计算结果均通过了一致性检测，说明结果具有一定的客观性。

采用加权平均法，按照公式（4）计算每种指定作物的自然质量分，并通过加权平均计算得出研究区农用地自然质量分为0.864。由公式（5）、（6）计算得Ri=R ij=2 599.34，即为农用地自然等指数。由公式（7）计算得Yi=759.01，即为农用地利用等指数。由公式（8）计算得Gi=222.39，即为农用地经济等指数。

由公式（9）可以得出国家级自然等指数RS=3 002.16、国家级利用等指数YS=692.93、国家级经济等指数GS=671.79。根据间距划分表确定国家自然等为8等，国家利用等为12等，国家经济等为12等。

根据元氏县2015年度耕地质量等级年度更新数据库（2015年），整治前，研究区耕地的国家自然等为12等，国家利用等和经济等分别为13等和12等;整治后，采用该研究评价方法确定研究区内现状耕地和新增耕地的灌溉保证率条件达到基本满足，国家自然等提升至8等，国家利用等和经济等均提高至12等。最终得到整治前后研究区耕地质量等别对比如表3所示。

2.2 土地整治影响因素分析及原因研究

2.2.1 因素指标的筛选。

依据耕地质量评价指标体系构建原则，该研究最终确定的耕地质量评价因素指标候选集中包含表土质地、灌溉保证率、有机质含量、剖面构型、盐渍化程度、排水条件、地形坡度、道路通达率、植被覆盖率、田块破碎度、土壤pH、有效土层厚度、土壤侵蚀程度、灌溉水源、障碍层距地表深度、田块平均规模、形状指数和地表岩石露头度共计18个因素指标。之后从研究区所选取的样本点获取相关数据，通过分等因素指标分值记分规则表[10]进行定量化处理，并采用Z-score法进行标准化，之后利用SPSS软件的Pearson分析工具进行相关性分析，得到影响因素指标的显著性检验结果如表4所示。

根据分析结果，有6个影响因素的相关性为高度相关且通过了置信度为0.01的显著性检验，最终确定用以进行多元回归分析的因素指标为有机质含量、灌溉保证率、表土质地、剖面构型、排水条件和土壤pH。

2.2.2 多元回归分析。

利用SPSS软件进行多元线性回归分析，自变量为各影响因素整治前后差值，分别用X1（有机质含量）、X2（灌溉保证率）、X3（表土质地）、X4（剖面构型）、X5（排水条件）、X6（土壤pH）来表示;因变量为研究区耕地国家利用等指数在整治前后的差值，用Y表示。从多元回归分析模型结果（表5）可看出，相关系数为0.891 1，表明X和Y之间存在高度相关性;拟合优度为0.794，回归方程拟合良好，自变量对因变量的解释力较强;F显著性统计量的F值远小于显著性水平0.01，因此建立的回归模型被认为是有效的。其中X3、X4的P值均大于0.05，因此认为表土质地和剖面构型对耕地质量的变化影响不大。得出回归方程为Y=-217.409+8.392X1+2.618X2-5.374X5+11.106X6。

2.2.3 原因分析及政策建议。从多元回归模型的构建可以看出，通过显著性检验的各影响因素中，影响因素X6其回归系数绝对值最大，故对耕地质量影响最大的是土壤pH。土地整治前，研究区的土壤呈酸性，平均pH偏低。整治后，由于翻耕工程使得表层土壤产生了剥离和回填，提高了土壤颗粒间的土壤通透性，从而对微生物的氧化还原反应产生促进作用，改善了土壤酸碱环境[18]。此外，酸肥的减少施用以及增施有机肥料等也是正向影响土壤pH的重要措施;另一个对耕地质量影响较大的因素是X1（有机质含量）。整治前研究区土壤有机质含量呈现集中和不均匀的特点，整治后通过土壤翻耕以及有机肥料的施用，使土壤有机质含量高的区域减少，低含量区域增加，总体趋于均衡;此外，影响因素X2（灌溉保证率）和X5（排水条件）也通过了回归模型的筛选，这得益于整治过程中灌溉与排水工程的实施，通过输水管道的铺设以及蓄水池与阀门井的规划和建设，改善了研究区的排水条件，扩大了保证灌溉面积，同时使得研究区耕地抗洪涝能力明显提高。

土地整治必须以土地利用总体规划为依据，坚持整体规划原则，并根据当地特点因地制宜地采取相应的整治措施。在未来的管理和利用中，应当减少酸肥用量，增加农家有机肥的施用量，这样既能增加土壤有机质含量，又能改善土壤酸碱环境，从而提高耕地质量。此外可以采取土地翻耕的措施，使土壤中的有机质分布更加均匀，同时促进土壤pH的自我调节。充分利用水资源是提高耕地水利条件的主要途径，通过各种沟渠涵管的合理建设，使渠道灌溉有水，排水通畅，即可保证耕地良好的排水条件和灌溉保证率。

3 结论与讨论

该研究以元氏县苏阳乡土地整治项目为例，采用农用地分等方法对研究区耕地质量进行评价，并对整治前后的耕地质量等别变化情况进行分析，通过建立土地整治影响因素与耕地质量变化之间的多元回归模型来研究土地整治项目与耕地质量变化的内在联系。根据评价结果，研究区现状耕地和新增耕地的灌溉保证率条件均达到基本满足。耕地质量等别从整治前的国家自然等12等、利用等13等提升至整治后的国家自然等8等、利用等12等。研究结果表明，土地整治项目可以通过改善土壤理化性质等方式从而正向影响耕地质量，对研究区耕地质量影响较大的因素主要是土壤pH、有机质含量、排水条件和灌溉保证率。整治后土壤酸碱环境得到了改善，有机质含量在得到提升的同时分布也更加趋于均匀，管道沟渠的建设使得耕地排水条件和灌溉保证率均达到良好状态，土地整治项目明显改善了耕地基本建设条件。所以建议在今后的管理利用中要减少酸肥施用量和增施有机肥料，更加注重翻耕对耕地质量带来的多方面正向影响。充分提高耕地水利条件，保证在已有的灌溉水源合理发挥作用的前提下，提高输水能力和灌溉保证率，并加强土壤排水措施，防止旱涝灾害。

通过研究土地整治对耕地质量的影响，可以完善土地整治技术体系，指导土地整治项目的总体布局，为土地整治项目提供理论依据和参考。但该研究的研究区数据仅限于县级土地整治项目范围，且由于当地经济条件限制，并不能保证土地整治作用的完全发挥。并且，该研究对研究区土地整治项目的实证分析是基于研究区本身自然条件的基础上进行的，因此得出的结论与建议具有一定的区域限制性。此外，由于评价区域仅限于县级单一土地整治项目的耕地质量评价，因此难以从区域层面阐明土地整治与耕地质量变化之间的关系。今后将尝试以土地整治单个项目为基础单元，进行区域级别的视角分析，从而探究不同地区土地整治项目对耕地质量的影响差异，以指导区域层面土地整治项目的规划和设计，并为不同地区制定差异化的土地整治政策提供依据。

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