基于主成分分析法的县级耕地质量定级研究

2020-10-20郭利刚武文婷

江苏农业科学 2020年18期

郭利刚武文婷

摘要：耕地占补平衡是实施耕地保护的重要制度，开展补充耕地质量的分等定级，是耕地保护由数量保护向数量、质量、生态“三位一体”保护的重要措施。依据山西省耕地质量现状，结合相关规程从土壤、地貌、水利三方面选取了11个因子作为山西省县级耕地质量定级的影响因子，采用主成分分析法将多个因子的结构简化，最终将复杂的因子总结为2个主成分，分析各因子综合作用的特性，以及在不同程度上综合反映出的影响耕地质量定级的信息，最终得出各因子权重，建立各因子特征值与分值对应表，综合判断山西省县级耕地质量的优劣。

关键词：主成分分析;耕地质量;定级;山西

中图分类号： F323.211文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）18-0269-05

收稿日期：2019-10-10

基金项目：山西省耕地质量等别年度监测评价（山西省土地整理中心）项目。

作者简介：郭利刚（1981—），男，山西壶关人，博士，讲师，主要研究方向为土地整治与生态修复。E-mail：529181676@qq.com。

随着自然资源部的成立，国土空间规划和山水田林湖草综合整治有序推进、社会资本参与土地整治项目陆续开展，跨省域补充耕地国家统筹和城乡建设用地增减挂钩节余指标跨省域调剂等多项新规大政实施，全国耕地质量统一管理势在必行[1]。虽然耕地质量等别更新工作正有序进行，但耕地质量级别评定工作却滞后于耕地质量等别评定，加之建设占用、灾害损毁、农业结构调整、生态退耕、耕地开发、土地整治等活动，耕地的数量、质量、权属状况随时都在变化。通过年度耕地质量等别更新评价，能掌握耕地数量、权属、质量的变化状况，但在山西省内要做到耕地质量等级具有可比性、耕地分等结果和定级结果有效衔接，耕地质量定级工作是必不可少的[2]。康宇通过分析山西省目前的耕地质量状况，指出了影响耕地质量的原因[3];马瑞明等对省级耕地质量等级及评价体系进行了研究[4];张紫妍等经过对现有耕地质量评价体系的剖析，提出了土壤酶活性对耕地质量影响的可能性[5];许晓婷等采用特尔菲法建立农用地定级因素指标体系并确定各定级因素权重[6];高星将耕地质量分为自然质量、工程质量、管理质量3种类型[7]。

山西省地处黄土高原，普遍存在水土流失以及煤炭开采引起的地表塌陷等现象。本文以《农用地定级规程》中影响耕地定级的相关指标作为依据，选取影响耕地质量的因子，即土壤、地貌、水利3个方面作为评价指标，运用主成分分析法对山西省的耕地质量影响因子进行简化，通过2个主成分构建山西省县级耕地质量定级的评价体系，以期为山西省耕地质量年度更新监测评价提供依据，为山西省土地整治项目补充耕地的质量分等定级提供参考。

1 《农用地定级规程》中的相關指标

1.1 耕地自然条件

根据农用地定级规程选取影响耕地质量的相关自然因素，选取了气候、水文、地貌、土壤、农田基本建设5个因素如表1所示。

1.2 农用地利用条件

相关指标为主要农作物的单产量、总产量以及面积、样点土地利用状况、农业生产实测数据、农业技术实验数据等统计数据。

1.3 耕地经济条件

相关指标为人均耕地、亩均纯收入、亩均资金投入、农民平均收入、乡村道路的分布状况、道路级别、距区域经济核心的间隔、耕作间隔以及田块的分散水平等。

2 山西省县级耕地质量定级影响因子选择及体系构建

2.1 山西省耕地质量现状

山西省土地面积合计156 806.05 km2，其中耕地面积48 036.48 km2，占全省土地总面积的30.6%。

山西省现有耕地中，旱地占比较大，占全省耕地面积的80%左右;在旱地中，坡耕地面积占比较大，占全省旱地总面积的43.66%;在现有坡耕地中，自然坡面坡度低于6°的坡耕地面积为22.1%，自然坡面坡度大于6°的坡耕地面积为77.9%。全省高产田 102 933 hm2，占耕地面积的25.34%;中低产田面积为30 322.73 km2，占耕地面积的74.65%[8]。

山西省耕地质量基础薄弱，水土流失严重，且人们在土地利用方面只用不养、粗放经营，致使土壤有机质、土壤养分含量、土壤蓄水能力下降，而土地综合整治项目新增耕地不断增加，各种因子综合作用造成了山西省的耕地质量等级不一，各地农作物产量皆有不同。

2.2 因子选择

2.2.1 土壤因素

结合山西省耕地情况，土壤因素主要选取了表层土壤质地（壤土、黏土、沙土、砾质土）、盐渍化程度（无、轻度、中度、重度）、土壤有机质含量（<5、5～<10、10～<20、20～<25、25～<30、≥30 g/kg）、有效土层厚度（<30、30～<60、60～<100、100～<150、≥150 cm）、土壤污染程度（轻微、轻度、中度、重度）、水土流失状况（无、轻度、中度、重度），其中增加了水土流失状况作为山西省耕地质量定级的特殊因子。

表层土壤质地是衡量耕地质量的一个重要评价因子，土壤质地一般分为4类：壤土、黏土、沙土、砾质土[9]。土壤质地过沙或过黏都不利于农作物的生长，农作物只有在适合的土壤上才能茁壮成长，农作物的产量和土地利用效率才能有效提高。土壤盐渍化是土地退化、耕地质量降低的一种表现，是影响现代耕地质量的关键[10]。

盐渍化会影响耕地的质量，从而影响农作物生存，能决定农作物产量的多少。土壤有机质是农作物的营养来源，对农作物生长至关重要，农作物生长情况也可体现出耕地质量的情况[11]。不同地区土壤有机质含量不同，一般来说，耕地的土壤有机质含量在5%以上，在森林中含量相对较高，在荒漠土、风沙土中含量相对较低[12]。盐渍化主要有4个程度：无、轻度、中度、重度。

运用主成分分析法对阳泉市郊区耕地质量进行定级，定级结果能科学客观反映耕地质量的优劣。荫营镇大多土壤质地为壤土，土壤有机质含量较高，土壤基本无污染，耕地质量相对较高，而从表8可以看出荫营镇2、3级耕地面积最大;西南舁乡部分地区地形坡度较大，水土流失容易发生，会有一部分耕地质量较低，而西南舁乡的5级耕地相对来说面积较大。

3 结论与讨论

山西省部分地区有水土流失现象，這些地区煤炭开采较多，容易出现地表塌陷，结合农用地规程中的相关指标和山西省历年来耕地定级的实际情况，本研究最初选取了11个影响因子，运用主成分分析法，对所选取的因子进行分析，得到影响山西省耕地定级的2个主成分，通过主成分的解释总方差和成份矩阵表，计算出各因子的权重，从而确定各因子特征值与分值表，科学地构建山西省县级耕地质量定级评价体系，为山西省县级耕地质量的定级工作提供1个较为科学的依据。

本研究根据山西省的特殊情况，增加了水土流失和地表塌陷因子，但是这2个因子在山西省南北部的县级耕地质量定级中影响不同。水土流失状况存在于山西省部分地区，它对于山西省南部的耕地质量定级相对于东北部来说影响较小。山西省的煤炭开采主要集中在山西北部，因此地表塌陷情况多出现在山西北部地区，这个因子对于山西南部的耕地质量定级影响也相对较小。而影响山西省耕地质量的因素众多，在实际定级和实践过程中，是否还有其他影响山西省耕地质量定级的因子，有待进一步讨论分析，本研究构建的耕地质量定级体系还有很大的完善空间。

参考文献：

[1]牛建中，薄江宏，张文琴. 基于新形势下的耕地质量分等定级研究[J]. 国土资源科技管理，2018，35（4）：116-122.

[2]詹波. 基于GIS的连城县耕地质量分等定级研究[J]. 湖南农业科学，2016（6）：49-51，54.

[3]康宇. 浅谈山西省耕地质量现状及对策[J]. 山西农经，2016（5）：45-46.

[4]马瑞明，马仁会，韩冬梅，等. 基于多层级指标的省域耕地质量评价体系构建[J]. 农业工程学报，2018，34（16）：249-257.

[5]张紫妍，苏友波，字春光，等. 耕地质量评价体系研究进展[J]. 安徽农业科学，2018，46（31）：1-3，7.

[6]许晓婷，隋立春，李芹芳，等. 基于GIS的山区农用地定级方法研究[J]. 测绘通报，2014，（11）：46-49.

[7]高星. 耕地质量等级提升的土地整治项目设计关键技术研究[D]. 北京：中国地质大学，2016：27-28.

[8]山西省自然资源厅. 山西省土地资源概况[EB/OL]. （2015-07-14）[2019-10-01]. http：//landchina.mlr.gov.cn/zygk/201507/t20150714_1358915.html.

[9]彭要培. 长安区影响耕地质量的障碍因子分析及耕地生产潜力研究[D]. 西安：长安大学，2017：20-21.

[10]王宏. 基于土地利用/覆盖类型的土壤盐渍化敏感性研究[D]. 乌鲁木齐：新疆大学，2011：6-7.

[11]王芳芳，吴世新，乔木等. 基于3S技术的新疆耕地盐渍化状况调查与分析[J]. 干旱区研究，2009，26（3）：366-371.