基于指标综合特征的耕地遗传质量和动态质量评价

孙晓兵，孔祥斌，张青璞，温良友，廖宇波

（1.中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193；2.自然资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193）

0 引 言

耕地是中国最为宝贵的自然资源，是国家粮食安全、经济发展与社会稳定的基础[1-2]。当前中国耕地存在数量下降、质量降低与生态问题频发等问题，严重威胁着耕地资源的可持续利用[3-5]。为此，2017年，中共中央和国务院下发的《关于加强耕地保护和占补平衡的意见》（中发〔2017〕4号）要求，着力加强耕地数量、质量、生态“三位一体”保护，并指出要推进耕地质量提升和保护，加强耕地质量调查评价与监测[6]。耕地质量作为耕地保护的重要内容，科学合理的耕地质量评价是耕地资源开发、利用与保护的基础[7-8]。然而，面对新时代耕地保护要实施数量、质量、生态“三位一体”保护的新形势，已有的耕地质量概念内涵及其评价方法难以满足耕地开发、利用与保护的新要求。因此，基于耕地质量概念内涵的演变特征，构建科学合理的耕地质量评价指标体系，优化与完善耕地质量评价理论方法对耕地质量管理实践具有极其重要的作用。

耕地质量评价是满足国家从事耕地资源利用与管理的基础[7-8]。为科学地开展耕地质量评价工作，国家不同部委都开展了大量的理论研究与具体实践，制定和出台了耕地质量评价的相关规程与标准，有效地推动了耕地质量评价工作的顺利进行[9-14]。例如原国土资源部的《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）[9]和《农用地定级规程》（GB/T 28405—2012）[10]，主要是从自然环境和社会经济 2个方面选取指标，从资源利用角度开展耕地质量评价；原农业部《耕地地力调查与质量评价技术规程》（NY/T 1634—2008）[11]和《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）[12]，主要侧重耕地生产能力和障碍因素的调查；原环境保护部的《土壤环境质量标准》（GB/T 15618—1995）[13]则是侧重耕地的环境条件和健康状况的评价。鉴于时代发展对耕地质量理解的局限性以及部委责任分工的差异性，各部委对耕地质量评价研究各有侧重，从侧面体现了对耕地质量不同维度的认知[15-16]。然而，面对新时代国家要实施耕地数量、质量、生态“三位一体”保护的新要求，差异化和碎片化的耕地质量评价方法难以满足国家耕地资源管理的需求[17-18]。因此，探究满足新时代耕地资源利用与管理的耕地质量评价方法迫在眉睫。国际上的《土地评价纲要》[19]、农业生态区法[20]、“土地评价与立地分析”（Land Evaluation and Site Assessment，LESA）[21]、《可持续土地利用管理评价纲要》[22]和土地质量指标体系[23]都对中国耕地质量评价具有借鉴意义。近年来，国内诸多学者也对耕地质量评价方法进行了很多尝试，例如马瑞明等[24]从控制因素、加分因素和减分因素3个层次构建耕地质量评价指标体系；祝锦霞等[25]探讨了基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量变化的快速评价方法；Liu等[26]提出了评价中国耕地质量的新等级体系。然而，已有具体实践和理论研究从不同侧面扩展了耕地质量评价方法，但相关研究多是从指标的静态视角分析耕地质量维度特征及其相应评价方法，缺少从指标动态视角分析耕地资源内在禀赋特征与外在利用水平对耕地质量的作用与影响，难以很好地满足当前国家在土地综合整治和高标准农田建设过程中对耕地质量动态管理的新需求。

鉴于此，本文基于耕地质量概念内涵与要素特征，从气候条件、地形状况、土壤性状、耕作条件和环境条件 5个方面筛选指标并构建耕地质量评价指标体系，基于指标综合特征将耕地质量评价指标划分为遗传指标和动态指标，并将耕地质量划分为遗传质量和动态质量，进而尝试从静态的耕地遗传质量和动态的耕地动态质量2个方面对耕地质量进行评价。本文选取河北省曲周县为例进行实证研究，揭示耕地遗传质量和动态质量的空间分布特征及其相互关系，以期为耕地质量建设与保护提供科学借鉴。

1 耕地质量评价理论框架构建

1.1 理论框架

耕地质量作为表征耕地内在属性特征与外在利用状况的重要指标，随着人类对耕地资源要素认知的不断深入以及对耕地资源利用过程的不断深化，耕地质量的概念内涵及其评价方法也会发生变化[18,27-28]。目前国内学者对耕地质量的概念内涵尚未形成统一的认识，通常认为耕地质量是由自然因素和人为因素综合作用而形成的满足作物生长的适宜性程度[8,27]。耕地质量通常是由气候条件、地形状况、土壤性状、耕作条件与环境条件等要素组成，且各组成要素对耕地质量的影响具有差异性[29]。耕地质量组成要素的具体指标通常具有时间的变异性和空间的分异性，但不同指标的时间变异程度具有较大的差异性[8]。如气候要素中的积温和降水对耕地质量有着重要的影响，其在宏观尺度具有较大的分异性，而在中观和微观尺度，其值具有相对稳定性。积温和降水在中观和微观尺度的相对稳定性，就如生物学中的遗传现象，即亲代与子代之间同一性状相似的现象[29-31]。而氮、磷和钾等土壤养分与灌溉保证率、田间道路通达度和田块规整度等耕作条件可因人为管理活动而发生变化，就如生物学中的变异现象，即亲代与子代之间出现性状差异的现象[29-31]。然而，耕地质量评价指标同时受到自然生态环境与人为利用活动的影响，指标所呈现的相对稳定性或较大变异性是由指标的内在属性特征与外在利用水平共同决定的，其中，内在属性特征是指标所具有的本质属性；外在利用水平是指人为作用对指标的影响状况，是指标受到人为干扰的程度。因此，本文运用指标综合特征表征指标的内在属性特征和外在利用水平综合作用而显现出的稳定性或变异性特征，故指标综合特征可由指标的内在属性特征和外在利用状况2个方面共同表征，遗传现象或变异现象是指标综合特征所呈现的表象。

耕地质量评价通常需要选取能够反映各个质量维度特征的具体指标，其所具有的指标特性能够直接或间接地影响耕地质量状况[32-33]。基于指标综合特征可将耕地质量评价指标划分为遗传指标与动态指标，耕地质量遗传指标是指在特定的时间内由于指标内在本质属性与外在人为干预综合作用下而指标属性不易发生变化的指标，通常是指耕地利用过程中不易受到人为干扰的自然因素，而动态指标是指在特定的时间内由于指标内在本质属性与外在人为干预而容易发生变化的指标，通常是指易受人为干扰的自然因素和人为因素[7,29]。由此可将耕地质量划分为耕地遗传质量和耕地动态质量两种类型，其中，耕地遗传质量是指由遗传性指标综合作用而形成的能够促进作物生长的能力，即是指由不易受到人为干预的因素而形成的质量，其具有相对稳定性；耕地动态质量则是由动态性指标综合作用而形成的能够促进作物生长的能力，即是指由易受人为干预的因素而形成的质量，其具有较高变异性。因此，本文基于指标综合特征将耕地质量划分为遗传质量和动态质量2个维度，即遗传质量和动态质量是耕地质量的组成部分，从相对稳定的遗传质量和较高变异的动态质量2个维度综合衡量耕地质量，通过对耕地遗传质量和动态质量空间分布特征及其相互关系的分析，有利于建立保护遗传质量和提升动态质量的基本理念，可为土地综合整治和高标准农田建设提供科学依据。

图1 耕地质量评价理论框架Fig.1 Theoretical framework of cultivated land quality evaluation

1.2 指标体系

构建耕地质量评价指标体系是耕地质量评价的核心与关键内容[23,33]。基于构建的耕地质量评价理论框架，耕地质量评价从气候条件、地形状况、土壤性状、耕作条件和环境条件 5个维度选取指标构建耕地质量评价指标体系（图1）。鉴于耕地质量评价指标的多样性，本文参考原国土资源部、农业部和环境保护部等相关部门制定的规程与标准，以及现有国内外相关学者对耕地质量评价的研究成果，以综合性、主导性、生产性和可获得性等为原则，综合运用文献总结法和专家咨询法筛选耕地质量评价指标，构建耕地质量评价指标体系（表1）。气候条件主要从积温和降水 2个方面选取指标，具体包括≥10 ℃积温和年平均降水量 2个指标；地形状况决定着物质和能量的再分配过程，具体包括地形部位和田面坡度2个指标，地形部位表征耕地所处的微观地形环境状况，田面坡度是指耕地的倾斜程度；土壤性状主要从剖面特征、理化性质和养分状况3个方面筛选指标，具体包括土体构型、障碍层类型及距地表深度、有效土层厚度、土壤容重、耕层质地、有机质含量、pH值、盐渍化程度、全氮、有效磷和速效钾；耕作条件主要是从田块状况和基础设施2个方面选取指标，主要涉及田块特征、道路条件和灌溉排水等内容，具体包括田块规整度、田间道路通达度、灌溉保证率和排水条件4个指标；环境条件主要反映耕地利用的基本环境状况，本文选取土壤重金属用以表征耕地利用环境状况及其健康程度。

表1 耕地质量评价指标及其属性特征Table 1 Index of cultivated land evaluation and its attribute characteristics

基于构建的耕地质量评价指标体系（表1），结合评价指标的综合属性特征，可将耕地质量评价指标划分为耕地遗传指标和动态指标。从耕地质量各维度特征来看，气候条件虽然同时受到自然环境与人为活动的影响，但人为活动对其影响相对较小，且在市域、县域或乡镇等中观、微观尺度，气候条件空间差异性相对较小，故本文不将气候条件纳入耕地遗传质量和动态质量评价的实证研究；而耕作条件容易受到人为管理措施的影响而容易发生变化，其指标具有较高的动态性[34-35]；其余各耕地质量维度也都同时受到自然环境与人为活动影响，具体指标是遗传指标或动态指标需要根据其内在属性特征与外在利用水平综合评判，即基于指标综合特征将指标划分为遗传指标和动态指标。

为比较客观地区分耕地质量评价指标是遗传性指标或动态性指标，本文构建指标响应时间（Indicator Response Time，IRT）和人为干扰程度（Degree of Human Interference，DHI）2个指标，用以分别表征指标的内在基本属性与外在人为活动的状况，即基于指标的综合特征的2个方面综合确定耕地质量评价指标是遗传指标或动态指标。指标响应时间引申于 Arnold等用于表征土壤性质随时间的可变性而提出的特征响应时间（Characteristic Response Time，CRT）[36]，本文借鉴 CRT概念内涵提出指标响应时间（IRT），用以表征在外界环境相对恒定时，耕地质量评价指标发生变化所需要的时间，并将IRT划分为＜10-1、10-1～100、100～101、101～102、102～103a和＞103a共6个等级[37-39]。综合国内外相关研究，一般认为IRT＞10 a的指标具有一定的稳定性，而IRT＜10 a的指标具有一定的动态性[40-41]。人为干扰程度（DHI）是指在正常耕地利用情况下，耕地质量评价指标受到干扰的程度，若某种指标的DHI比较大，则可认为其受到人为活动的影响比较剧烈，其性质或特征较容易发生变化；反之，其性质或特征不容易发生变化。结合耕地资源利用程度，将DHI 划分为高、中和低3个等级，用以表征耕地质量指标受到人为干扰的程度。因此，本文运用IRT和DHI2个指标从内在属性特征与外在利用水平2个层面综合表征指标特征，综合确定指标是遗传指标或动态指标（表1），并构建耕地遗传质量和动态质量评价指标体系（表2）。

表2 耕地遗传质量和动态质量评价指标与权重Table2 Indicators and weights of inherent quality and dynamic quality of cultivated land

1.3 评价方法

耕地质量评价方法是耕地质量评价研究的关键环节，选取合适的评价方法能够更加科学准确地表征耕地质量状况[16,34]。目前，耕地质量评价多以定量评价为主，传统的评价方法包括指数和法、层次分析法、回归分析法、主成分分析法和模糊聚类法等[34]，同时，也有诸多学者将神经网络模型、遗传算法和物元模型等方法应用于耕地质量评价研究[42-44]。此外，也有部分学者根据耕地质量各个维度的基本特征，通过借助内梅罗指数等已有公式或构建“1+X”等模型测算各维度指标值，丰富与完善了耕地质量评价方法[16,34,45]。然而，本文从耕地质量不同维度构建耕地质量评价指标体系，基于指标综合特征将指标划分为遗传指标和动态指标，并将耕地质量划分为耕地遗传质量和耕地动态质量，打破了单个维度内部的指标构成，因此，本文采用传统的指数和法测算耕地遗传质量指数和耕地动态质量指数，并运用指数和法测算耕地综合质量指数。

1.3.1 耕地遗传质量指数

耕地遗传质量评价指标包括地形部位、土体构型和有效土层厚度等n个指标，运用指数和法计算耕地遗传质量指数的公式如下：

式中I为耕地遗传质量指数（无量纲），数值范围为[0,100]；Si为第i个评价指标的值；Wi为第i个评价指标的权重；n为耕地遗传质量评价指标数量。

1.3.2 耕地动态质量指数

耕地动态质量评价指标包括田面坡度、土壤容重和灌溉保证率等m个指标，运用指数和法计算耕地动态质量指数的公式如下：

式中D为耕地动态质量指数（无量纲），数值范围为[0,100]；m为耕地动态质量评价指标数量。

1.3.3 耕地综合质量指数

基于耕地遗传质量指数和耕地动态质量指数，本文采用指数和法计算耕地综合质量指数，具体计算公式如下：

式中Q为耕地综合质量指数（无量纲），数值范围为[0,100]；α为耕地遗传质量指数的权重；β为耕地动态质量指数的权重；其中，α+β=1。鉴于耕地遗传质量的相对稳定性和耕地动态质量的较高变异性，遗传质量决定着耕地的固有质量，动态质量影响着耕地质量的变化状况，故基于遗传质量和动态质量对耕地综合质量的作用与影响，本文认为耕地遗传质量略微比耕地动态质量重要，故将α值设置为0.55，β取值设置为0.45。

2 研究区概况、数据来源与处理

2.1 研究区概况

曲周县地处太行山以东，河北省南部的邯郸市东北部，位于 114°50′30″-115°13′30″E、36°34′45″-36°57′57″N，土地总面积为6.77×104hm2，管辖5镇5乡，342个行政村。曲周县属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温为13.1 ℃，≥10 ℃积温为 4 472 ℃，无霜期约为 210 d。县域境内有支漳河、滏阳河和老沙河等河流，年降水量为566 mm，且主要集中于7-9月份。成土母质为河流的洪积物和冲积物，土壤类型有潮土、盐土和褐土，土壤质地有砂土、砂壤、轻壤、中壤和黏土。曲周县农业曾受旱涝碱咸的制约，但随着旱涝碱咸综合治理以及农业种植结构调整的实施与不断推进，农业生产水平不断提升，农作物以小麦、玉米和棉花为主，且复种指数高、土地投入大，农业集约化程度较高。曲周县粮食单产由建国之初675 kg/hm2增加到现在的7 500 kg/hm2，化肥施用量由2000年的3.79 t/hm2增加到2014年的5.27 t/hm2[46]。2017年曲周县总人口为52.73×104人，农业产值为16.46亿元，粮食总产量达42.33万t，为全国县域平均水平的1.82倍。

2.2 数据来源与处理

研究基础数据主要有耕地质量等别更新数据库、实地调研、遥感影像和文献资料4种获取途径。耕地利用图斑数据来源于曲周县自然资源和规划局 2016年土地变更调查数据；耕层质地、土体构型、盐渍化程度、灌溉保证率和排水条件数据来自于曲周县 2015年耕地质量等别更新数据库。土壤容重、有机质含量、pH值、全氮、有效磷、速效钾和土壤重金属等数据源自2018年和2019年实地调研土壤采样测试化验数据[47]，其主要是通过点状数据的反距离插值获得的面状数据。地形状况中的地形部位和田面坡度数据来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）的DEM数据，数据类型为30 m×30 m的栅格，其中，地形部位是根据其指标分级标准综合评定，田面坡度则是基于DEM数据提取的坡度数据。有效土层厚度和障碍层类型及距地表深度数据在参考耕地等别更新数据库的基础上，还查阅了曲周县县志、《曲周县国土资源志》以及其他相关的文献资料。田块规整度和田间道路通达度是以2016年耕地利用数据为基础数据，基于相关规程与标准的计算公式并借助ArcGIS10.3软件平台计算而得[9,48]。

2.3 评价单元的确定

根据曲周县2016年土地变更调查数据库，从地类图斑（DLTB）中提取地类名称（DLMC）为水浇地（012）和旱地（013）2种耕地利用类型图斑，将其作为耕地质量评价单元。耕地质量评价单元数量总共为4 632个，总面积为54 360.03 hm2，评价比例尺为1∶1万。

2.4 指标分级与权重

耕地质量评价指标分级是在参考《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）、《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）、《耕地地力调查与质量评价技术规程》（NY/T 1634—2008）、《农用地定级规程》（GB/T 28405—2012）、《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）、《高标准基本农田建设标准》（TD/T 1033—2012）和《高标准农田建设标准》（NY/T 2148—2012）等相关已有的标准规程，并结合曲周县耕地质量评价各指标的具体实际情况，综合确定各个指标的分级状况（表3）。此外，本文运用内梅罗综合指数法测算土壤重金属数值，并基于其划分等级将其赋值在区间[10,100]，以保障各评价指标分级的统一性（表3）。基于不同权重确定方法的基本特点，本文综合运用层次分析法和专家打分法综合确定各个指标的权重（表2）。

表3 耕地质量评价指标分级标准与赋值规则Table 3 Classification standard and rules of cultivated land quality evaluation indicators

3 结果与分析

3.1 耕地综合质量的空间分布特征

曲周县耕地综合质量指数范围为[79.99，96.60]，借助ArcGIS软件平台，运用等间距法（Equal Interval）将耕地质量指数划分为5个级别，即将耕地划分为优等地、高等地、中等地、低等地和差等地5个等级。由图2可知，曲周县耕地综合质量以高等为主，面积为256.78 km2，为耕地总面积的47.24%，主要分布于河南疃镇、第四疃镇、白寨乡和安寨镇，其共占高等地面积的57.92%。中等地面积次之，为耕地总面积的35.09%，主要分布于安寨镇、第四疃镇、侯村镇、槐桥乡和曲周镇，其共占中等地面积的 72.92%。优等地、低等地和差等地占耕地总面积的比例依次递减且均在10%以下，其中，优等地主要分布于安寨镇、白寨乡、大河道乡和南里岳乡，各乡镇占优等地面积比例均在 10%以上；低等地主要分布于安寨镇、侯村镇和槐桥乡，各乡镇占低等地的面积比例均在 20%以上；差等地主要分布于依庄乡，共占差等地面积的 97.70%。总体来看，耕地综合质量较高的区域土壤条件相对较好，耕层质地多以壤土为主，有机质含量相对较高，灌溉和排水条件相对较好；反之，耕地综合质量相对较低的地区，如依庄乡的差等地主要是由于耕层质地为砾质土，土体构型是通体砂或通体砾，且土壤有机质含量和养分元素含量也相对较低。

3.2 耕地遗传质量和动态质量空间特征

3.2.1 耕地遗传质量空间分布特征

曲周县耕地遗传质量指数范围为[78.10，98.30]，并运用等间距法将其划分为 5个级别，即耕地遗传质量分为优等、高等、中等、低等和差等5个等级。由图3可知，曲周县耕地遗传质量以高等为主，面积为329.70 km2，为耕地总面积的60.65%，主要分布于县域北部、西南部和东南部地区，其中，白寨乡、第四疃镇、河南疃镇和南里岳乡占高等地面积的比例均在 10%以上。中等地面积次之，占耕地总面积的25.36%，主要分布于侯村镇、安寨镇和曲周镇，其占中等地面积的比例分别为33.83%、21.98%和 14.47%。优等地占耕地总面积的比例为11.81%，主要分布于县域北部和南部地区，其中，大河道乡占优等地面积比例最大，其值为23.33%。低等地和差等地的面积相对较小，其占耕地总面的比例分别为1.90%和0.28%，其中，低等地主要分布于安寨镇、侯村镇和依庄乡，差等地主要分布于依庄乡。

从各乡镇耕地遗传质量不同等级面积比例来看（图4），曲周县大部分乡镇耕地遗传质量以高等为主，不同乡镇高等地面积占其耕地面积的比例范围为32.97%～83.12%，其中，白寨乡、第四疃镇、河南疃镇、南里岳乡和依庄乡的高等地面积占乡镇耕地总面积的比例均在70%以上。

图2 曲周县耕地综合质量空间分布特征Fig.2 Spatial distribution characteristics of cultivated land comprehensive quality in Quzhou County

图3 曲周县耕地遗传质量空间分布特征Fig.3 Spatial distribution characteristics of cultivated land inherent quality in Quzhou County

大河道乡耕地遗传质量以优等为主，其占乡域耕地总面积的 50.88%，高等地面积次之，其面积比例为49.12%；侯村镇耕地遗传质量以中等为主，其占镇域耕地总面积的比例为58.30%；安寨镇耕地遗传质量以高等和中等为主，高等地和中等地占镇域耕地总面积的比例分别为 41.74%和 41.87%。各乡镇低等地和差等地面积比例相对较低，但依庄乡低等地和差等地面积占乡域耕地总面积的比例分别为12.61%和4.25%。总体而言，曲周县耕地遗传质量为优等和高等的区域主要分布于县域北部、西南部以及东南部，该区域土壤条件相对较好，土壤质地多以壤土为主，土体构型以通体壤、壤/砂/壤为主，土壤有机质含量相对较高；低等地和差等地主要分布于县域东南部的部分区域，耕层质地、土体构型和土壤有机质是其耕地遗传质量的主要限制因素。

图4 曲周县各乡镇耕地遗传质量等级面积比例Fig.4 Area proportion of cultivated land inherent grade in each township in Quzhou County

3.2.2 耕地动态质量空间分布特征

基于耕地动态质量评价指标与计算方法，曲周县耕地动态质量指数范围为[76.20，96.60]，为使耕地遗传质量和耕地动态质量具有可比性，参照耕地遗传质量分级标准，将耕地动态质量划分为5个等级，即优等、高等、中等、低等和差等。由图5可知，曲周县耕地动态质量以高等为主，面积为272.79 km2，为耕地总面积的50.18%，主要分布于安寨镇、第四疃镇、河南疃镇和侯村镇等乡镇。中等地面积次之，为耕地总面积的29.79%，主要分布于县域中部和东南部的部分乡镇，其中，白寨乡、侯村镇、槐桥乡和曲周镇的中等地面积占县域中等地总面积的比例均在 10%以上。低等地占耕地总面积的比例为12.48%，主要分布于依庄乡、槐桥乡和第四疃镇，其共占低等地面积的54.56%。优等地和差等地占耕地总面积的比例分别为7.34%和0.21%，其中，优等地主要分布于安寨镇和第四疃镇，其共占县域优等地面积的51.09%，而差等地主要分布于槐桥乡和依庄乡。

从图6看，曲周县大部分乡镇耕地动态质量以高等为主，不同乡镇高等地面积占其耕地面积的比例范围为10.42%～68.14%，其中，大河道乡、河南疃镇和侯村镇的高等地面积占乡镇耕地总面积的比例均在60%以上。依庄乡耕地动态质量以中等和低等为主，其占乡域耕地总面积比例分别为 39.74%和 48.83%，其高等地面积占乡域耕地总面积的比例仅为10.42%；白寨乡和槐桥乡耕地动态质量以中等为主，其中等地占乡域耕地总面积的比例分别为 45.06%和 38.84%；曲周镇耕地动态质量为高等和中等的面积相差较小，其占镇域耕地总面积的比例分别为 41.98%和 44.23%。安寨镇和第四疃镇优等地占镇域耕地总面积的比例分别为 17.17%和 11.46%；白寨乡、第四疃镇、槐桥乡、南里岳乡、曲周镇和依庄乡低等地面积占乡镇耕地总面积的比例均在10%以上，其中，依庄乡低等地面积占乡域耕地总面积的比例高达48.83%；各乡镇耕地动态质量为差等地的面积比例均在1%以下。总体而言，曲周县耕地动态质量为优等和高等的区域主要分布于县域北部和南部，该区域土壤养分含量相对较高，且灌溉保证率相对较高；低等地和差等地主要分布于槐桥乡和依庄乡的部分区域，该区域土壤养分含量相对较低，且部分地块的田间道路通达度相对较低，此外，部分地块仍存在轻度的盐渍化，也是耕地动态质量较低的原因。

图5 曲周县耕地动态质量空间分布特征Fig.5 Spatial distribution characteristics of cultivated land dynamic quality in Quzhou County

图6 曲周县各乡镇耕地动态质量等级面积比例Fig.6 Area proportion of cultivated land dynamic grade in each township in Quzhou County

3.3 耕地遗传质量和动态质量关系分析

耕地遗传质量和动态质量共同决定着耕地综合质量，耕地遗传质量的相对稳定性和动态质量的可变性可为土地综合整治和高标准农田建设提供理论依据[35]。基于耕地遗传质量和动态质量的交互状况可知（表4和图7），曲周县耕地遗传质量和动态质量均为优等的面积为4.62 km2，仅占耕地总面积的0.85%，分别占优等遗传质量和优等动态质量面积的 7.20%和11.58%，零星分布于县域北部和西南部；耕地遗传质量和动态质量均为高等的耕地面积最大，其值为158.69 km2，占耕地总面积的29.19%，分别占高等遗传质量和高等动态质量面积的48.13%和58.17%，主要分布于县域北部、中东部、西南部和东南部地区。此外，耕地遗传质量为高等且动态质量为中等的面积和耕地遗传质量为中等且动态质量为高等的面积也相对较大，分别为耕地总面积的 18.93%和13.27%，其余各交互等级面积相对较小，其交互面积均在50 km2以下，面积比例也均在10%以下。

表4 曲周县耕地遗传质量和动态质量面积交互特征Table 4 Interactive characteristics of inherent quality and dynamic quality of cultivated land in Quzhou County km2

图7 曲周县耕地遗传质量和动态质量空间交互特征Fig.7 Spatial interaction characteristics of inherent quality and dynamic quality of cultivated land in Quzhou County

从表5来看，壤质潮土、壤质褐土化潮土和砂质褐土性土的耕地遗传质量平均等级均高于耕地动态质量的平均等级，而黏质潮土的耕地遗传质量平均等级略低于耕地动态质量的平均等级；壤质褐土化潮土的耕地遗传质量相对较高，平均耕地遗传质量为1.88等，而黏质潮土的耕地遗传质量较低，平均耕地遗传质量为2.64等；壤质潮土、壤质褐土化潮土和黏质潮土的耕地动态质量相差较小，其平均动态质量均在2.5等左右，而砂质褐土性土耕地动态质量相对较低，平均等级为2.93等。从各土壤类型耕地质量变异特征来看，4种土壤类型的耕地遗传质量的变异性程度均低于耕地动态质量的变异性程度，表明在同种土壤类型内，耕地遗传质量等级变异性较小，而耕地动态质量的变异性较大。总体而言，耕地遗传质量和动态质量具有面积的差异性与空间的分异性，壤质潮土、壤质褐土化潮土和砂质褐土性土的耕地遗传质量比动态质量高，且耕地遗传质量的空间变异程度比耕地动态质量的空间变异程度低。

3.4 耕地遗传质量和动态质量差异分析

基于耕地遗传质量和动态质量等级的面积加权可得，曲周县耕地遗传质量和动态质量的平均等级分别为2.18等和2.48等，表明县域耕地遗传质量平均等级略微大于耕地动态质量平均等级。为比较耕地遗传质量与动态质量的差异特征，根据耕地遗传质量与动态质量等级之间的差异状况，将其差异程度划分为遗传远大于动态、遗传略大于动态、遗传等于动态、遗传略小于动态和遗传远小于动态 5个等级，其中，远大于和远小于表示 2种质量之间相差2个或2个以上等级，略大于或略小于表示2种质量之间相差一个等级。由图8可知，曲周县耕地遗传质量等于动态质量的面积最大，为耕地总面积的37.17%，广泛分布于曲周县各个乡镇，其中，相等质量等级以高等和中等为主，占 2种质量相等面积的96.25%。耕地遗传质量略大于动态质量的面积次之，为耕地总面积的29.52%，主要分布于县域中部、西南部和东南部地区。耕地遗传质量远大于动态质量和遗传质量略小于动态质量的面积比例分别为11.92%和18.66%，而耕地遗传质量远小于动态质量的面积最小，为耕地总面积的2.73%，主要分布于东南部的部分乡镇。

表5 不同土壤类型耕地质量等级统计特征Table 5 Statistical characteristics of cultivated land quality grades in different soil types km2

图8 耕地遗传质量和动态质量的空间差异特征Fig.8 Characteristics of spatial difference in inherent quality and dynamic quality of cultivated land

基于耕地遗传质量和动态质量的等级差异特征及其成因，可为耕地质量建设与保护提供基础支撑。基于图8的4个典型地块可知，地块a的耕地综合质量为中等，其中，遗传质量为高等，动态质量为低等，从该地块耕地质量组成要素可知，盐渍化程度、pH值、有机质含量、灌溉保证率和土体构型是耕地质量的主要限制因素；地块 d的耕地综合质量为低等，其中，遗传质量为低等，动态质量为高等，基于耕地质量评价要素可知，耕层质地、土体构型和有机质含量为其主要限制因素。同理可知，地块 b耕地质量的主要限制因素为土体构型、耕层质地、灌溉保证率和田间道路通达度，地块c耕地质量的主要限制因素为土壤有机质、土体构型和pH值。总体而言，曲周县耕地遗传质量和动态质量等级差异相对较小，相等或略微差异的面积是耕地总面积的85.36%，但各地块耕地遗传质量和动态质量的限制因素具有差异性，有针对性地对限制因素进行整治与建设是提高耕地质量的关键。

4 讨 论

耕地质量评价是耕地资源利用与管理的基础[7-8]。本文从气候条件、地形状况、土壤性状、耕作条件和环境条件 5个方面筛选指标并构建耕地质量评价指标体系，从天、地、人的综合视角衡量耕地质量状况[6,29]。同时，基于耕地质量评价指标的内在属性特征和外在利用水平的综合属性特征，通过构建的IRT和DHI这2个指标将耕地质量评价指标划分为遗传指标和动态指标，并将耕地质量划分为遗传质量和动态质量，尝试从相对稳定的遗传质量和较高变异的动态质量2个方面衡量耕地质量，为耕地资源利用过程中保护遗传质量和提升动态质量提供理论借鉴。

基于指标综合特征可将耕地质量评价指标划分为遗传指标和动态指标，然而，耕地质量评价指标的稳定是相对的，变异是绝对的，如随着社会经济发展与科学技术提高，现阶段难以改造的指标可能会变得容易改造与利用，或者由于不合理利用导致某些现阶段可改造的指标变得难以改造与利用。故本文是基于现阶段耕地利用状况和科学技术水平的宏观背景从内在和外在 2个方面综合评判指标综合特征，遗传指标和动态指标的划分具有明显的社会经济发展的阶段性特征。耕地遗传指标的相对稳定性和动态指标的时间变异性分别决定着耕地遗传质量和动态质量，共同影响着耕地质量，致使耕地质量的提升、保持或退化[31]。耕地质量建设与管理对提升耕地质量具有积极作用，而通过土地综合整治和高标准农田建设等工程因地制宜地重构耕地质量动态指标，可有效提升耕地动态质量，通过可持续利用与管理以适应耕地质量遗传指标特征，可充分发挥耕地遗传质量，以便通过建立提升动态质量和保护遗传质量的理念促进耕地综合质量的提升。

本研究基于指标综合特征将耕地质量划分为遗传质量和动态质量，并选取河北省曲周县为例进行实证研究，丰富了耕地质量评价理论，但仍存在一些不足。本研究将耕地质量划分为遗传质量和动态质量，打破了原有耕地质量评价各个维度的指标组合特征，因而选用传统的指数和法测算遗传质量指数和动态质量指数，但该方法并未考虑指标的基本特征以及指标之间的相互关系，故探究新的耕地质量评价方法是今后研究的重点。同时，本研究依据数据的可获得性原则，选取常用的指标构建耕地质量评价指标体系，并未包括土壤生物特性的相关指标，此外，研究所用数据的年份具有差异性，且数据来源方式与精度均有较大的差异性，在后续研究中，尽量运用相同年份和高精度的数据，以保障耕地质量评价结果更具有客观性和真实性。

5 结 论

基于耕地质量概念内涵与要素特征，从气候条件、地形状况、土壤性状、耕作条件和环境条件 5个方面筛选指标并构建耕地质量评价指标体系，基于指标综合特征将耕地质量评价指标划分为遗传指标和动态指标，将耕地质量划分为遗传质量和动态质量，并选取河北省曲周县为例进行实证研究。主要结论如下：

1）基于指标综合特征的内在属性特征和外在利用水平2个维度构建指标响应时间和人为干扰程度2个指标，将耕地质量评价指标划分为遗传指标和动态指标，并将耕地质量划分为遗传质量和动态质量两种类型，从相对稳定的遗传质量和较高变异的动态质量对耕地质量进行综合评价，揭示耕地固有质量和利用质量的基本特征与相互关系，能够较为显著地反映自然环境和人为活动对耕地质量的影响，对耕地质量建设与提升具有基础性作用。

2）曲周县耕地综合质量以高等和中等为主，高等地占耕地总面积的47.24%，主要分布于县域北部和南部地区，中等地占耕地总面积的35.09%，主要分布于县域中部和东南部地区；耕地遗传质量和动态质量均以高等为主，分别为耕地总面积的60.65%和50.18%，主要分布于县域北部和南部地区，且大部分乡镇耕地遗传质量和动态质量以高等为主，但不同乡镇的各质量等级面积比例具有显著差异。

3）曲周县耕地遗传质量和动态质量均为高等的面积最大，占耕地总面积的29.19%，分别占高等遗传质量和高等动态质量面积的48.13%和58.17%，主要分布于县域北部、中东部、西南部和东南部地区；相同土壤类型的耕地遗传质量普遍比动态质量高，且耕地遗传质量的空间变异程度较低。

4）曲周县耕地遗传质量平均等级略微大于耕地动态质量平均等级，而耕地遗传质量和动态质量相等与略微差异的面积占耕地总面积的 85.36%，其中，遗传质量和动态质量相等的面积最大，为耕地总面积的37.17%，相等质量等级以高等和中等为主，为两种质量相等面积的 96.25%；基于耕地遗传质量和动态质量的基本特征及其相互关系，结合耕地质量类型及其限制因素，可采取针对性措施进行耕地质量建设以提升耕地综合质量。