基于GIS的青岛市耕地地力评价与改良分区研究

丁兴民 王蕾 赵海静

摘要    以青岛市为研究区域，在地理信息系统（GIS）和县域耕地资源评价系统的支持下，建立耕地地力评价指标体系，综合运用综合指数（IFI）法和累积曲线分级法对青岛市耕地地力进行评价，并以土壤养分丰缺指标、灌溉保证率、土壤物理状况作为限制性主导因子，对青岛市耕地进行改良利用分区。结果表明，青岛市耕地地力由高到低等级可划分为6级，其中一至四级地占总耕地面积的80%以上，说明青岛市耕地地力整体较好;改良利用分区结果显示，青岛市耕地可划分为土壤培肥、自然环境条件改善、土体整治等 3种改良利用分区类型，不同分区类型耕地需采取有针对性的改良措施提高其产出水平。本研究可为青岛市进一步加强耕地质量建设、提高耕地资源的有效管理和改良利用提供参考。

关键词    耕地地力评价;改良分区;累积曲线分级法;GIS;山东青岛

中图分类号    F301.21        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）17-0156-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Taking Qingdao City as the research area，with the support of geographic information system （GIS） and county cultivated land resources evaluation system， the index system of cultivated land fertility evaluation indexes was established. The comprehensive index （IFI） method and cumulative curve classification method were used to evaluate the cultivated land fertility， Using soil nutrient index， irrigation assurance and soil physical condition as the limiting factors， the amelioration regionalization of cultivated land in Qingdao City was carried out. The results showed that the fertility of cultivated land in Qingdao City could be divided into 6 grades from high to low，of which Grade 1 to Grade 4 accounted for more than 80% of the total cultivated land area and it indicated that the cultivated land was relatively better in whole. The results of amelioration regionalization showed that the cultivated land in Qingdao City could be divided into three types， such as soil fertilization，improvement of natural environment conditions and soil improvement， and specific improvement measures should be taken to improve the output level in different areas. This study provided a reference for further improve the quality of cultivated land and improving the effective management and utilization of cultivated land resources in Qingdao City.

Key words    cultivated land fertility evaluation; amelioration regionalization; cumulative curve classification; GIS; Qingdao Shandong

隨着中国城镇化速度的加快，非农建设大量占用耕地资源，导致我国耕地数量逐年减少，人地矛盾十分突出[1]。同时，我国耕地质量总体偏低[2]。因此，如何有效掌握可耕地情况、提高耕地质量是解决中国粮食安全问题的重要途径，对于合理规划和利用耕地具有十分重要的意义。

耕地地力是耕地内在生产力的表现，受地貌等环境因素影响[3]。耕地地力评价是指对耕地土壤的地力状况、肥力状况、养分状况和耕地综合生产能力状况进行评价[4]。通过评价测定耕地生产力及其潜在生产力的高低，全面评估耕地的内在生产潜力与适宜性，摸清区域耕地的现状、存在问题和制约因素，是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障[5]。为进一步提升耕地地力保护与分区管理水平，我国针对不同区域耕地评价方面的宏观调配也在逐步推进，相继出台了一系列有关耕地地力评价的政策与标准[6]。如何进行耕地地力评价主要从耕地如何利用、其经济性和耕地的自然特征等3个方面进行考虑[7]。如何进行耕地地力评价前人有很多研究，取得了显著的进展，如基于GIS技术利用不同的分析方法分析耕地地力等[8-13]。

耕地地力在数量高低与在空间分布上均存在不同程度的差异[14]。为彻底摸清青岛市耕地地力基本情況，本研究在结合青岛市测土配方施肥工作的基础上，基于全面的野外调查和室内化验分析所获取的大量耕地地力相关信息，建立耕地地力评价指标体系，应用层次分析法、模糊数学法和综合指数法，开展了青岛市耕地地力的综合评价，并且根据评价结果提出了耕地分区改良对策，以期为今后青岛市的耕地保护和可持续利用提供参考。

1    数据来源

1.1    研究区概况

青岛市地处山东半岛南部，位于东经119°30′～121°00′、北纬35°35′～37°09′，东、南濒临黄海，属暖温带亚湿润季风气候，地势东高西低、南北两侧隆起，中间低凹。全市总面积为11 293 km2。其中，山地约占全市总面积（下同）的15.5%，丘陵占2.1%，平原占37.7%，洼地占21.7%。按全国第二次土壤普查土地分类系统，青岛市土壤主要有棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土等5个土类，分别占土地总面积的59.8%、21.42%、17.55%、0.77%、0.44%。

1.2    数据来源与处理

分析数据来源：一是公开的社会经济统计数据，主要包括耕作面积、土地面积等;二是青岛市测土配方施肥项目获得的数据，主要包括各种土壤数据等;三是第二次土壤普查获得的数据，如各种土壤图等;四是从各相关单位和部门获取的数据，主要包括地形地貌图等。

数据的处理软件主要采用的是农业农村部县域耕地资源管理信息系统进行耕地资源数据整理，使用SPSS等统计软件对数据进行计算和统计分析，并且利用地理信息系统软件MapGIS、ArcGIS等绘制地力评价和改良利用分区成果图。

1.3    耕地地力评价与分区方法

1.3.1    评价单元划分与参评因素选取。利用行政区划图等的叠加，可以将研究区分成8 478个评价单元。对评价单元中影响土壤耕地地力的指标进行聚类分析，筛选影响地力的主要因素。同时利用Delphi法对影响耕地地力的立地条件、物理性状等定性指标进行筛选。利用这2种方法，联合分析影响耕地地力的因素，最后结合专家组选择结果，将评价因素土层厚度、大量元素（速效钾、有效磷）、障碍层、地貌类型、灌排能力、有机质、耕层质地等作为耕地地力评价指标。

1.3.2    指标权重的确定。采用层次分析法（AHP）确定各因子权重[15]，结果见表1。

1.3.3    参评因素赋值及隶属函数建立。对定性因素采用Delphi法划分各参评因素的等级[16]，根据各参评因素等级或实测值对耕地地力及作物生长的影响进行评估，确定其相应的分值及对应的隶属度，然后对定量因素利用统计分析软件绘制数值散点图，并且进行曲线模拟得到参评因素的实际值与隶属度关系的方程，最终构建各参评因素隶属函数[17]，结果见表2。

1.3.4    耕地地力等级确定。用指数和法来确定耕地的综合指数，计算公式为：

IFI=∑Fi×Ci

式中，IFI（Integrated Fertility Index）代表耕地地力综合指数;Fi为第i个评价因素属性值;Ci为第i个因素的组合权重[18]。

利用农业农村部耕地资源管理信息系统中的“专题评价”模块，计算出耕地地力综合指数后，将青岛市耕地地力共划分为六级，各等级耕地地力综合指数见表3。

1.3.5    耕地改良利用分区方法。依据《全国中低产田类型划分与改良技术规范》，借鉴山东省各地耕地改良利用经验，选取耕地土壤养分丰缺指标、灌溉保证率、土壤物理状况作为限制性主导因子，将青岛市耕地划分为耕地土壤培肥、自然环境条件、土体整治等3种改良利用分区类型。青岛市耕地改良利用分区主导因子分级标准见表4。

2    结果与分析

2.1    耕地地力评价结果

以青岛市耕地总面积51.86万hm2为基准（2017年），依据面积比例确定各评价等级面积，利用已建立的评价方法和指标，对青岛市耕地地力进行评价（表5）。由表5可知，二级和三级地占总耕地面积比例最大，为50.48%;其次是一级和四级地，为32.92%;五级和六级地面积最少，比例为16.60%。另外，在各级耕地中，三级地的面积是所有等级耕地中面积最大的，比例为27.76%;六级地的面积最小，比例为6.77%。

2.2    耕地地力空间分布分析

利用地理信息系统软件对青岛市耕地地力评价结果进行空间分布图绘制，结果见图1。可以看出，青岛市一级地和二级地主要分布于中、北部的莱西、平度、胶州三市以平原为主的地区，微地貌类型以平地、洪积扇、微倾斜平地为主。这一区域耕地地力情况较好，农业基础设施均配套成型，测土配方施肥工程也首先在这一区域展开;三级地、四级地比较分散地分布于青岛市东部以及北部低山岭地，主要包括青西新区、即墨区、城阳区等3个市辖区，属于只要加大资金投入，完善基础设施，改善生产条件，产量就能大幅提高的中产田类型，有一定的开发潜力;五级地和六级地主要分布在南部沿海丘陵地区，如青西新区等，在平度市和胶州市也有一定的分布，这部分耕地有效耕层薄、肥力低、灌溉条件较差，还有部分未利用土地，属于低产田类型。

2.3    耕地改良利用分区与改良建议

依据图2青岛市耕地改良利用分区的分级结果，对不同分区的土壤面积和改良方向进行分析，结果如下：

2.3.1    土壤培肥改良利用分区。分区结果显示，青岛市需要培肥改良的耕地面积较大，在市域内成片或集中分布。其中，缺乏有机质的耕地面积为8.9万hm2，占耕地总面积的17.16%;缺少钾肥的耕地面积为37.6万hm2，占耕地总面积的72.50%;缺乏磷肥的耕地面积为14.8万hm2，占耕地总面积的28.54%。缺乏单一养分的耕地面积为24.4万hm2，占耕地总面积的47.05%;缺乏2种养分的耕地面积为5.3万hm2，占耕地总面积的10.22%。从各类型面积比例可知，青岛市耕地土壤培肥改良的主要方向为有针对性地合理施用钾肥、磷肥以及微肥。

2.3.2    自然环境条件改良利用分区。青岛市耕地自然环境条件总体较好，地形平坦，灌溉条件较好，不需改良的耕地面积达到45.5万hm2，占耕地总面积的87.74%。需要改良的耕地表现为灌排能力较差，面积为8.9万hm2，占总面积的17.16%，在青岛市境内分散分布。因此，青岛市耕地自然环境条件改良利用的主要方向为提高耕地的灌排能力。

2.3.3    土体整治改良利用分区。青岛市耕地土体结构一般，少部分耕层以砂土或沙壤为主，需要改良的耕地主要集中在砂质土壤或土壤中含有夹砂层。质地需要改良的耕地面积为4.1万hm2，占耕地总面积的7.91%;障碍层需要改良的耕地面积为25.4万hm2，占耕地总面积的48.98%。适宜采取秸秆还田、增施有机肥、深耕等措施，改良偏砂的土壤表层质地及不良土体结构，是耕地土体整治改良的主要方向。

3    结论

青岛市耕地以一级地、二级地、三级地和四级地为主，占总耕地面积的80%以上。其中，一、二级地主要分布于中、北部的莱西、平度、胶州三市以平原为主的地区;三、四级地散布于青西新区、即墨区、城阳区等3个市辖区低山岭地，五、六级地主要分布在青西新区的丘陵地区，在平度市和胶州市也有一定的分布。

青岛市耕地划分为耕地土壤培肥、自然环境条件、土体整治等3种改良利用分区类型。土壤培肥改良的主要方向为有针对性的合理施用钾肥、磷肥以及微肥;自然环境条件改良利用的主要方向是提高耕地的灌排能力;土体整治改良利用分区内则适宜采取秸秆还田、增施有机肥料、深耕等措施，改良偏砂的土壤表层质地和不良的土体结构。

4    参考文献

[1] 石淑芹，陈佑启，姚艳敏，等.东北地区耕地变化对粮食生产能力的影响评价[J].地理学报，2008，63（6）：574-586.

[2] 陈印军，肖碧林，方琳娜，等.中国耕地质量状况分析[J].中国农业科学，2011，44（17）：3557-3564.

[3] 刘京，常庆瑞.黄土高原南缘土石山区耕地地力评价研究[J].中国生态农业学报，2010，18（2）：229-234.

[4] 闫一凡，刘建立.耕地地力评价方法及模型分析[J].农业工程学报，2014，30（5）：204-210.

[5] 蒋玉根，吴豪翔.土地利用现状调查资料在耕地地力评价中的应用[J].浙江农业学报，2011，23（6）：1216-1221.

[6] 全国农业技术推广服务中心.耕地地力评价指南[M].北京：中国农业科学技术出版社，2009.

[7] 毕如田，王镔，王晋民.基于MapGIS的耕地地力评价系统的建立及应用[J].山西农业大学学报（自然科学版），2005，25（2）：97 -101.

[8] 朱海娣，王丽，马龙华，等.基于GIS的合肥市耕地地力评价[J].中国农业资源与区划，2019，40（8）：64-73.

[9] 盛艳，姚云峰.基于KYI的耕地地力等级划分研究[J].干旱区资源与环境，2014，28（6）：27-32.

[10] 袁秀杰，赵庚星，朱雪欣.平原和丘陵区耕地地力评价及其指标体系衔接研究[J].农业工程学报，2008，24（7）：65-71.

[11] 周红艺，熊东红，杨忠，等.长江上游典型地区基于SOTER数据库的耕地地力评价[J].土壤通报，2005，36（2）：145-148.

[12] 鲁明星，贺立源，吴礼树，等.基于GIS的华中丘陵区耕地地力评价研究[J].农业工程学报，2006，22（8）：96-101.

[13] 崔茜，毕如田.晋南地区小麦—玉米轮作区耕地质量评价研究[J].山西农业大学学报自然科学版，2014，34（2）：142-146.

[14] 韦仕川，熊昌盛，栾乔林，等.基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区[J].农业工程学报，2014，30（18）：249-256.

[15] 趙建军，张洪岩，王野乔，等.基于AHP和GIS的省级耕地质量评价研究：以吉林省为例[J].土壤通报，2012，43（1）：70-75.

[16] 徐康，金晓斌，吴定国，等.基于农用地分等修正的土地整治项目耕地质量评价[J].农业工程学报，2015，31（7）：247-255.

[17] 李希灿，王静，邵晓梅.模糊数学方法在中国土地资源评价中的应用进展[J].地理科学进展，2009，28（3）：409-416.

[18] 张孟容，毕如田，赵建民，等.基于分区决策树的省级耕地地力评价：以山西省为例[J].土壤通报，2016，47（3）：580-587.