黄河三角洲盐碱区耕地后备资源开发适宜性评价－以黄河岛为例

陈 雪,钟天颖,于 欢,陈思萌,王瑷玲

山东农业大学资源与环境学院,山东 泰安271018

随着工业化和城镇化快速推进，非农建设导致的耕地减少对中国粮食安全产生重大威胁，也成为中国社会经济发展的重要制约因素。为缓解耕地减少，保障国家粮食安全，中国积极开发耕地后备资源。目前中国进入生态文明建设时期，发展经济与保护生态并重。《全国国土规划纲要（2016-2030）》提出应“适度开发耕地后备资源”。中国拥有9900 多万hm2的盐碱地，规模较大，是重要的耕地后备资源。2013 年国家启动“渤海粮仓”科技示范工程，大力推进环渤海地区中低产田改造和盐碱荒地开发。了解盐碱地土壤、水源等条件如何，建立综合评价指标体系，评价其是否适宜开发为耕地，成为盐碱地科学开发的前提，这对合理开发盐碱地、保护生态环境、促进社会经济可持续发展具有重要意义。

土地适宜性评价是进行土地利用决策，科学编制土地利用规划的依据。基于土地开发利用和生态环境保护的双重要求，适宜性评价广泛应用于农业[1]、工业[2]、人居[3]、城市建设[4]、土地开发[5]、资源保护与恢复[6]等诸多领域，研究内容涉及适宜性评价指标体系建立[7]、评价方法[8]、单适宜性评价[9]及综合适宜性评价[10]等多个方面，整体发展较成熟。针对耕地后备资源开发适宜性评价，学者对评价指标体系构建、开发顺序[11]进行研究，如钱凤魁等从区位条件、耕作便利条件两方面构建评价体系[12]，张凤荣等着重从生态安全的角度构建指标体系[7]。但目前研究中对自然、经济、生态因素的整合力度不够[13]，尤其是盐碱区耕地开发适宜性评价中，对所选择盐碱地的典型性考虑不足，选取的指标倾向耕地利用的土壤条件，对经济、社会等因素的全面性有所欠缺。

黄河三角洲地处国家黄蓝两大战略重叠地带，是“渤海粮仓”工程和国家经济发展的重要区域。同时，黄河三角洲也是我国主要的盐碱地分布区，区内不同程度的盐碱地占土地总面积的3/4 以上，拥有我国东部沿海地区最多的耕地后备资源，亟待合理开发利用。本研究选取黄河三角洲典型盐碱地－无棣县黄河岛为研究区，该区域属于黄三角地区典型盐碱地，土地利用模式及改良情况也符合盐碱地典型特点，且岛上已开发部分耕地效果良好，说明具有一定可行性。因此，构建包括土壤、生产条件、植被、区位等因素的评价指标体系，进行耕地开发适宜性评价，针对评价结果，提出开发建议，以期为黄河岛进行耕地开发及土地整治提供依据。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

黄河岛位于山东省无棣县（118°1′1″-118°4′1″E，37°54′57″-38°0′18″N），总面积25.90 km2。系古黄河淤积形成，处黄河三角洲腹地、滨海平原与海岸滩涂交接地带，受河流淤积、海潮漫溢影响，地势南高北低，呈条带状分布。属海洋性气候，年均气温13.6 ℃，年均降水600 mm。该区为黄河三角洲典型盐碱地，经测定土壤含盐量在0.55 g kg-1～16.99 g kg-1之间，重度、中度、轻度盐碱地类型齐全。岛上野生动植物繁多，有芦苇、碱蓬、柽柳等耐盐碱植物，野兔、狐狸、天鹅、野鸭等野生动物。黄河岛四面环水，东北濒临渤海，南倚黄河，套尔河、秦口河环抱左右，区位条件良好。近年来，中喜控股集团在政府支持下依托黄河岛自然地理优势，抓住“黄三角”开发和蓝色经济区建设契机，大力发展旅游业，开展土地整治工程，开发耕地后备资源，发展生态农业。2018 年黄河岛已形成经济林草生态农业、暗管排盐土地整治、水产养殖等土地利用模式，取得一定成效，但仍有大量未利用地亟待开发，且受当前土地利用模式成本收益情况影响，考虑是否对已有模式进行重新开发。根据研究区土地实际使用情况和评价影响因素，进行研究区土地利用现状分类，如表1。

表1 黄河岛土地利用现状Table 1 Land use status of Huanghe Island

1.2 数据来源与处理

黄河岛耕地开发适宜性评价数据主要包括土地利用、遥感影像、植被、土壤、基础设施等。（1）土地利用数据来源于山东省土地调查规划院，结合实地调查对土地利用类型、覆被类型进行变更、细化，提取水库、沟渠、道路等基础设施信息。（2）土壤数据来源于取样实测，于2018 年10 月进行实地调查和采样。在研究区内按照均匀布点、重点区域密集取点的原则，考虑土地类型、区位差异，共布设样点71 个，采集0 cm～20 cm 表层土样、3 个重复，用环刀采集原状土。指标测定方法：浓硫酸-重铬酸钾氧化外加热法测定土壤有机质，电导法测定土壤全盐，环刀法测定土壤容重，pH酸度计法测定土壤pH。（3）基于2018 年5 月Landsat8 遥感影像，提取归一化植被指数（NDVI）。

2 黄河岛耕地开发适宜性评价

2.1 评价指标体系构建

根据耕地开发和环境保护需求，参考相关文献[14,15]，考虑黄河岛作为黄河三角洲地区典型盐碱地，从土壤、植被、区位、生产条件四个方面共选取4 个一级因子，下设11 个二级评价因子，建立评价指标体系（表2）。土壤条件包括有机质、容重、pH、全盐4 个指标，有机质表征土壤肥力高低，容重反映土壤结构性，pH、全盐反映盐碱地限制农业生产的程度大小。生产条件选取与水库距离、与沟渠距离、与道路距离3 个指标，以表征农业生产的便利程度，位于入岛口处的水库是岛上唯一的淡水资源，距水库距离体现获取灌溉水资源的便利程度；黄河岛为盐碱地，沟渠有排盐碱作用，因此与沟渠的距离表示农田灌排水及排盐碱的优越程度；与道路距离则体现生产运输的便利性。植被条件选择NDVI 和土地覆被类型，反映研究区生物量和土地利用状况，可表征研究区的生态条件和开发利用水平。区位条件以距入岛口的距离体现到田地耕作、农产品对外运输的便利程度，研究区河流为咸水河，对农业生产具有负向作用，以河流到耕地的距离表示土壤盐渍化加重的可能性。

考虑研究区盐碱地特点和各因素对耕地适宜性的相对重要程度，参考文献[16]，将层次分析法和德尔菲法结合以确定各指标权重（表2）。

表2 黄河岛耕地开发适宜性评价指标体系Table 2 Evaluation index system of cultivated land in Huanghe Island

2.2 评价指标量化分级

分析各评价指标对耕地利用适宜性的影响，依据《农用地质量分等规程（GB/T28407-2012）》等国家规程标准[17,18]，参考相关文献[19]，结合研究区各指标，对评价指标量化分级、赋分（表3）。

表3 黄河岛耕地开发适宜性评价指标赋分Table 3 Suitability evaluation index of cultivated land development in Huanghe Island

基于ArcGIS、ENVI 平台提取信息、确定指标分级标准、进行级别划分。土壤全盐、pH、容重、有机质在ArcGIS 下采用反距离插值赋值。NDVI 基于ENVI 平台提取，在ArcGIS 中分级赋值；与水库距离、与沟渠距离、与道路距离、与河流距离、与入岛口距离基于土地利用现状信息，运用欧式距离法分析、自然断点法分级；土地覆被类型基于无棣县土地利用现状图提取，实地调查变更。

2.3 耕地开发适宜性评价

本研究采用多因素综合评价法评估耕地开发适宜性，适用线性加权求和模型：

式中，Vi为适宜性评价值，n为一级或二级评价因子个数，Si为第i个一级因子或二级的评价值，Wi为第i一级因子或二级因子的权重值。

本研究采用30 m×30 m 划分评价单元。按照式（1），利用ArcGIS 中的栅格加权功能，首先计算各单元一级因子评价分值，然后计算各单元耕地开发适宜性评价分值。

3 评价结果与分析

3.1 一级因子评价结果与分析

将一级因子评价分值采用自然断点法分成5 级。土壤、生产、植被和区位条件等4 个一级因子评价与分级结果如图1。

图1 一级因子评价分值图Fig.1 First-order factor evaluation score map

图1-a 表明，土壤条件在不同区位间存在一定差异，相同分级内连片分布。土壤质量呈现南高北低、中间均衡的趋势，主要受到土壤全盐、有机质、pH、容重4 个因素影响。黄河岛南部开发较早，人工植被较多，土壤营养累积、结构得到改良，且淡水水库位于此处，对土壤全盐、pH 的降低有一定作用。

图1-b 表明，生产条件整体呈南高北低的分布特点。生产条件受与道路距离、与水库距离、与沟渠距离3 个因素影响，研究区内道路、沟渠纵横分布，条件良好，但水库位于岛南端，北部地区用水便利度受到一定影响。

图1-c 表明，植被条件在不同区位差异性较大。东北部区域为主要为养殖水面，虽然岛内植被类型多，但各类别面积较少，分布较散乱。除南部开发的林草混合地、水库东部农田、岛中部原生柽柳林以及西部芦苇等连片荒草地，并未有其他大面积连片植被，植被覆盖条件总体一般。

图1-d 表明，区位条件良好，呈现南高北低、中间高两侧低特点。岛北部距离入岛口较远，对外交通不便。两侧受咸水河流影响，土壤盐渍化威胁较大。

3.2 综合评价结果与分析

采用自然断点法将耕地开发适宜性综合评价分值划分为5 级，分别为非常适宜、较适宜、适宜、较不适宜、暂不适宜，分级标准、各级面积和空间分布如表4、图2。表4 和图2 表明，适宜开发为耕地面积较大，占总面积的55.02%。适宜性水平呈现南高北低、西高东低、环形分布的特点。

图2 耕地开发适宜性级别图Fig.2 Grade map of cultivated land development suitablity

表4 黄河岛耕地开发适宜性评价分级标准Table 4 Cultivated land development suitability evaluation grading standard of Huanghe Island

对各级适宜性进行土地类型面积统计如表5。

表5 黄河岛耕地开发适宜性等级分类面积/km2Table 5 Yellow River Island cultivated land development suitability classification area

表4、表5 和图2 表明，非常适宜耕地开发的区域总面积为3.66 km2，占总面积的14.13%。该区域用地类型以林草混种地为主，林地、荒草地、耕地占有一定比例，另有少部分沟渠、水面及建设用地。该区域主要位于黄河岛入口处，是岛上最早得到开发利用的区域，倚靠岛上唯一淡水资源，灌溉便利，由于种植大量苜蓿、白蜡等耐盐碱植物，降低了土壤盐渍化程度，提高了有机质含量，整体上优化了盐碱地土壤条件，距入岛口近，最早铺设硬化道路、修建沟渠，耕作、物资运输极为便利，非常适宜开发区位于岛上南端中部，受咸水河影响相对较小。因此，该区域自然、区位、生产条件较好，适宜作为耕地开发的首选区位。从实际开发角度来看，该区域内大部分用地已经过开发，且林草混种地、林地等类型用地已成熟，如重新开发为耕地，须深入权衡其成本效益、生态稳定性等因素，而荒草地等未利用类型则建议适度进行开发。

较适宜耕地开发的区域总面积为5.60 km2，占总面积的21.62%。区域内用地类型以养殖水面为主，其次是林草混种地，沟渠、建设用地占一定比例，另有少量林地、荒草地、耕地，其中黄河岛内耕地几乎全部位于该区，说明黄河岛早期对于耕地开发利用定位准确，与评价结果保持了一致性。该区域以非常适宜开发区为中心，环绕其周围，相对接近淡水资源，道路铺设、沟渠修建条件良好，与入岛口距离在4000 m 以内，耕作、灌溉、运输便利性较高。依据目前开发情况，该区域内存在部分已建设的养殖水面，植被覆盖水平偏低，紧靠咸水河，存在土壤盐渍化加重的可能性。水库东部试验种植小麦、玉米等农作物，长势相对良好。因此，依据综合评价结果，该区域比较适宜开发为耕地。

适宜耕地开发的区域总面积为4.99 km2，占总面积的19.27%。区域内土地利用类型以养殖水面为主，林地、林草混种地、荒草地为主要植被。该区域主要位于黄河岛中部，区内陆地与养殖水面面积基本相等，其中林地包括黄河岛原生柽柳保护资源圃，林草混种地指苜蓿、白蜡、香花槐等的混种地，此类植被属耐盐碱植物，对区域整体生态条件具有优化作用。水产养殖对区域土地条件要求较低，适宜盐碱区，近年来已发展较成熟，但其经产出性价比较低，综合效益不足，可考虑推平重新开发为耕地。该区域内沟渠、道路分布广泛，农业生产条件有保证。因此，整体来看，该区适宜开发为耕地。

较不适宜耕地开发的区域总面积为8.08 km2，占总面积的31.20%。主要位于黄河岛中北部，该区内有少量林地、荒草地，50%以上开发为养殖水面。区域内灌排沟渠、生产道路四通八达，可为农业生产提供便利条件。荒草地可开发为耕地，但距离水库、黄河岛入口较远，灌溉、对外运输较为不便。养殖水面面积较大，若开发为耕地，则需考虑开发后的生态、可持续利用问题、作为耕地的综合效益、开发后的耕作管理问题等，确定其开发可行性，避免开发后浪费、生态不稳定。

暂不适宜耕地开发的区域总面积为3.57 km2，占总面积的13.78%。主要位于黄河岛北部区域，道路、沟渠布设完善，但离水库远，灌溉困难，紧靠河流北部、距海洋近，土壤盐渍化加重的可能性较大。该区域近一半为养殖水面，虽有一定量的荒草地，但若盲目开发易破坏其生态稳定性，且即使开发为耕地，其种植、灌溉等问题也对其发展造成制约。因此，该区域暂不适宜开发为耕地。

4 结论与建议

4.1 结论

考虑耕地利用要求、生态环境保护和盐碱地特点，本研究构建了包括土壤、植被、生产条件、区位等4 个一级因子、11 个二级因子的耕地开发适宜性评价指标体系，并运用多因素综合评价法进行了黄河岛耕地开发适宜性评价，分为非常适宜、比较适宜、适宜、较不适宜、暂不适宜5 个等级。非常适宜、比较适宜和适宜开发面积14.25 km2，占55.02%。除林地、林草地等已开发用地，还有0.79 km2荒草地可开发，具有较高开发潜力。较不适宜和暂不适宜土地因土壤、植被条件较差，耕地开发适宜性较低。

非常适宜、比较适宜、适宜、较不适宜、暂不适宜开发区分别占全岛总面积的14.13%、21.62%、19.27%、31.20%、13.78%，适宜性等级客观反映了区域开发为耕地的可能性和困难程度。因此，为实现增加耕地数量，同时提高或保证耕地质量，耕地开发应尽量安排在非常适宜、比较适宜和适宜区进行。

4.2 建议

黄河岛耕地后备资源开发应以开发适宜性评价为依据，从生态、经济、社会等方面评价其宜开发性，确定宜开发土地的分布、数量、质量情况，避免不当开发，造成资源浪费、生态破坏。根据评价结果，提出开发建议如下：非常适宜、较适宜、适宜开发区，应坚持“控制数量，提高质量”的原则，高效持续利用土地。对适宜开发为耕地的后备资源可根据实际情况选择性进行耕地开发，通过土地整治、明沟或暗管排盐等措施，降低盐分，同时选种耐盐碱作物，从土壤、植被等方面优化耕地条件，保证耕地可持续利用。其中，原本开发为耕地的区域位于评价的非常适宜和较适宜开发区，说明原开发方式合理可行，应给予保留；对适宜性较高、已开发成熟的土地，则应考虑重新开发为耕地的经济成本、生态效益、生态稳定情况，对于可提升综合效益的区域可考虑开发为耕地，如位于适宜开发区的荒草地，岛上部分水产养殖区域当前利用方式存在投入高、产出性价比低的问题，可适当考虑推平开发为耕地，而成熟的林地、林草地基于当前良好的经济效益和对盐碱地有改良作用等原因，建议予以保留。对较不适宜和暂不适宜开发区，应坚持“保护生态，适当利用”的原则，避免盲目开发导致生态恶化，可在保护、稳定的基础上，作为旅游、生态用地，发挥其生态观赏等功能。如建设用地、位于不适宜开发区的林草地等，开发为耕地会消耗大量成本且需要经过长期土地改良、区域的灌溉条件等也难以保证，应当保留原用地类型。