基于CRITIC-TOPSIS模型的耕地质量评价与提升分区研究

柴莎莎 任艳敏 姚兰 卢闯 陈文焘

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.035

摘要：通过揭示四川省会理市耕地质量空间分布特征及其障碍因素，划定耕地质量提升类型区，并提出耕地质量提升措施，为区域耕地质量提升和农业资源可持续利用提供参考。构建会理市耕地质量评价指标体系，采用赋值法量化评价指标，利用CRITIC赋权法确定指标权重，基于TOPSIS模型计算耕地质量指数贴近度，并引入障碍度模型识别耕地质量障碍因素。结果表明，会理市耕地质量指数平均贴近度为0.527，平均等级为5.52等，耕地质量呈现“南高北低”的态势。总体以中等地为主，仍有大量低等地，耕地质量分布差异明显；高等地主要分布在市域中南部，中等地分布在市域中部以及北部，低等地分布在市域北部和南部。低等地与中等地均存在重度障碍因素，总体以土壤有机质为主，土壤酸碱度、道路通达度为辅的障碍因素影响面积最大。结合耕地质量评价结果与中低等地障碍因素诊断结果，以提升耕地质量为目标，将会理市分为重点提升区、优先提升区、一般提升区、综合提升区、保护提升区共5个类型区，并提出相应耕地质量提升措施，进而为会理市耕地质量提升方案编制提供参考。

关键词：耕地质量评价；CRITIC-TOPSIS模型；提升分区；会理市

中图分类号：F323.211  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）10-0254-06

收稿日期：2023-06-28

基金项目：国家重点研发计划（编号：2022YFC3802805）；北京市农林科学院青年基金（编号：QNJJ202232）。

作者简介：柴莎莎（2000—），女，贵州铜仁人，硕士研究生，主要从事耕地质量调查监测研究。E-mail：1932078220@qq.com。

通信作者：任艳敏，博士，高级工程师，主要从事耕地质量调查监测、评价规划研究。E-mail：renym@nercita.org.cn。

耕地作为人类赖以生存的基础性资源，是社会发展的根本命脉［1］。随着社会经济快速发展，我国人均耕地不足、优质耕地面积小、耕地质量偏低的现实问题日益突出，保障耕地的数量和质量进而实现农业可持续发展已成为当前亟需解决的问题［2］。习近平总书记在党的二十大报告中明确提出“全方位夯实粮食安全根基”“牢牢守住十八亿亩耕地红线”等。2019年底，四川省人均耕地面积仅0.06 hm2（数据来源于《四川省第三次全国国土调查主要数据公报》），耕地资源紧缺的基本省情决定了四川省必须通过提升耕地质量来保障人民的粮食需求。为贯彻习近平总书记来川视察重要指示精神以及落实2022年第2次省委专题会议提出的“把安宁河谷打造成为带动攀西发展的重要引擎”，地处金沙江中下游、川滇交界的会理市，是四川省凉山州安宁河谷6个县（市、区）之一。会理市在历史上是深度贫困地区，后续巩固脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接任务十分繁重，构建凉山州会理市耕地质量评价模型，诊断耕地质量的障碍因素并合理划定耕地质量类型区，对于提高区域耕地质量、保障粮食安全和推进乡村振兴具有重要意义。目前，国内外学者围绕耕地质量评价指标体系［3］、潜力分析［4］、限制因素［5］、时空变化特征［6］及其驱动机制［7］开展了相关研究。如关瑜等以河北省黄骅市为例构建耕地质量三维解析评价框架，在三维评价空间相关性基础上进行质量分区［8］；熊昌盛等基于市级尺度开展耕地多功能综合评价并划定保护区［9］；王婕等基于耕地质量评价体系，通过识别土地整治改良因素，提出适用于山地丘陵地区的耕地质量提升潜力计算模型［10］；杨君等采用熵值法、局部自相关法以及综合指数模型探讨2010—2018年湖南省岳阳市岳阳楼区耕地质量变化特征，并基于地块尺度进行耕地质量保护分区［11］。在区域自然资源禀赋、土地利用特点和区域发展水平等因素的综合作用下，耕地质量的区域空间差异明显。以往研究过的区域有处于长江三角洲核心区的苏南地区［12］、西北地区的陕西省［13］、下辽河平原典型区的辽宁省沈阳市［14］等，运用的相关方法在耕地质量评价中取得了较好效果，但川滇高原山地农林牧区耕地质量的研究较少。因此，本研究以地处川滇高原安宁河谷流域的会理市为例，与平原区相比，地形复杂导致耕地分布存在显著地势高差，含有少量坡耕地，呈破碎化分布且质量较差。在模型方法方面，CRITIC赋权法通过指标的对比强度和指标之间的冲突性来反映指标的信息量，能够克服主观赋权法和熵权法的缺陷［15］，所得权重更加客观可靠。因此，本研究选择会理市，基于耕地质量等别更新评价成果等资料，利用CRITIC-TOPSIS评价模型、障碍度模型等，分析耕地质量指数贴近度，结合耕地质量评价结果与中低等地障碍因素诊断结果划定会理市耕地质量类型区，并提出质量提升措施，以期为区域耕地质量提升和农业资源可持续利用提供参考。

1  材料与方法

1.1  研究区概况

会理市位于26°5′～27°12′N、101°52′～102°38′E，地处四川省最南端，与云南省接壤（图1），处于安宁河谷腹地，隶属四川省“一干多支、五区协同”区域发展新格局中的攀西经济区。会理市辖17个乡（镇）、3个街道办事处、165个行政村（社区），全市地势北高南低，呈南北狭长状，该区域属于中亚热带西部半湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，四季如春，适宜农作物生产。

1.2  数据来源与处理

本研究基础数据主要包括会理市数字高程模型（DEM）、耕地质量等别更新评价数据库（2019年），以及县（市）、乡（镇）和行政村的行政区划数据，通过坐标转换、数据清洗、数据链接等预处理，将基础数据统一转换为2000国家大地坐标系下的数据，共计35 607个评价单元。为避免耕地图斑过于细碎而不能很好地辨识区域范围耕地质量内部异质性的问题［16］，本研究采用面积加权法在村级尺度上开展分析，剔除无耕地图斑的行政村后，研究范围为17个乡（镇）、3个街道办事处、162个行政村（社区）。

1.3  研究方法

研究分为耕地质量评价指标体系构建、基础数据处理与分析、障碍因素诊断、耕地质量提升分区等步骤。首先，基于相关影响因子、现实条件、国家标准规程三方面构建耕地质量评价指标体系，借助ArcGIS软件的空间分析功能获取道路通达度和耕作半径指标，再采用赋值法对评价指标量化等预处理；其次，通过CRITIC赋权法计算各评价指标的权重，运用TOPSIS法计算耕地质量指数贴近度，以此作为耕地质量评价结果；运用障碍度模型诊断 35 607 个耕地图斑的障碍因素，再利用面积加权法将基于图斑的耕地质量评价结果和障碍度计算结果汇总到村级尺度；最后，依据耕地质量评价结果和障碍因素诊断结果划分耕地质量类型区，并提出相应的耕地质量提升建议。

1.3.1  耕地质量评价指标体系构建

评价指标体系在较大程度上决定了耕地质量评价的准确性、科学性和可接受性。综合考虑影响耕地质量的相关因子，根据会理市耕地现实条件，参考《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）［17］和《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）［18］中的指标体系，从地形状况、土壤性状、耕作条件3个维度构建耕地质量评价指标体系（表1）。

1.3.2  评价指标量化

采用赋值法对评价指标进行量化处理，赋值范围为［10，100］，各因素量化标准参照《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）［17］、《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）［18］及文献［11］，并依据实际情况和专家咨询结果进行适当调整（表2）。

1.3.3  CRITIC-TOPSIS综合评价法

CRITIC赋权法是由Diakoulaki等提出的一种客观权重赋值法［19］，该方法基于评价指标的对比强度和指标之间的冲突性来反映指标的信息量，对比强度和冲突性越大，则指标权重越高，该方法考虑了相关性权数和信息权数，具有一定优越性。假设共有m个评价单元，每个评价单元有n个指标，则有评价矩阵A=（aij）m×n，将评价矩阵化为标准形矩阵X=（xij）m×n。

（1）以指标的标准差来体现对比强度Sj，计算指标冲突性Rj时，要先计算指标之间的相关性矩阵，rjk表示指标j与指标k之间的系数，采用皮尔逊相关系数进行计算：

rjk=∑nj，k=1（xij-xj）（xik-xk）∑nj=1（xij-xj）2∑nk=1（xik-xk）2。（1）

（2）指标冲突性计算：

Rj=∑nj，k=1（1-rjk）。（2）

计算指标的信息量Gj=SjRj和客观权重wj=Gj/∑nj=1Gj，通过标准形矩阵X与客观权重wj相结合得到加权决策矩阵Y=wjxij，运用TOTSIS法（优劣解距离法）［20］计算耕地质量指数贴近度，贴近度越大，则表示综合评价结果越优。

1.3.4  耕地障碍度诊断模型

为有针对性地诊断影响耕地质量的主要因素，利用障碍度模型［21］探寻影响会理市低等地与中等地质量的障碍因素。因高程、坡度级别、剖面构型、表层土壤质地、耕作半径、土地利用系数、有效土层厚度、地表岩石露头度在实际生产过程中较难改造，故选择土壤有机质含量、土壤酸碱度、灌溉保证率、道路通达度、排水条件5个易于改造，且对耕地质量指数贴近度影响较大的指标进行障碍度分析。障碍度计算方法如下：

Iij=1-xij；（3）

Oij=Iijwj∑ni=1×100%。（4）

式中：Oij、 Iij分别表示第j个评价单元第i项指标的障碍度和偏离度；wi表示第i项指标的权重值；n表示评价指标的数量。若障碍度大于20%，则该指标为重度障碍因素［22］。

2  结果与分析

2.1  会理市耕地质量空间分布特征

会理市耕地总面积为80 827.13 hm2，占全市土地总面积的17.85%，主要分布在市域中部和南部，东北地区分布较少。利用自然间断分级法将耕地质量由高至低划分为一等地至十等地共10个等级，会理市耕地质量指数平均贴近度为0.527，平均等级为5.52等，呈现“南高北低”的态势。面积最大的是六等地，为15 940.15 hm2，占比19.72%；面积最小的是十等地，为126.47 hm2，占比0.16%。按照高等地（一等地至三等地）、中等地（四等地至六等地）、低等地（七等地至十等地）划分，高等地面积为22 313.85 hm2，占比27.61%；中等地面积为 39 346.17 hm2，占比48.68%；低等地面积为 19 164.74 hm2，占比23.71%（表3）。总体上看，会理市耕地以中等地为主，仍存有大量低等地，因此亟须诊断其障碍因素，并研提耕地改造提升策略，以提升耕地质量。

由表3、图2可知，会理市耕地质量分布差异明显，高等地贴近度在0.550～0.629之间，主要分布在黎溪镇南部、木古镇、新发镇、通安镇南部、彰冠镇西部以及鹿厂镇周围，该区域内地势平坦，海拔高度适中，表层土壤质地多为壤土，土壤有机质含量较高，土壤理化性状以及基础设施较好，具有较好的蓄水、保肥、供肥和抗旱防涝能力；中等地贴近度在0.518～0.549之间，主要分布在会理市中部的关河镇、通安镇北部、彰冠镇、城南街道等，该区域城镇化率相对较高，有效土层厚度适中，土壤质地多为黏土，土壤有机质含量较低，土壤的保水、保肥能力较弱；低等地贴近度在0.390～0.517之间，主要分布在会理市北部的云旬镇、六华镇、城北街道、太平镇、槽元乡以及会理市南部的绿水镇、树堡乡等，该区域北部依傍龙肘山，地势陡峭，耕地坡度大，有效土层厚度较薄，水土流失较严重，道路通达度低，不适宜耕作，南部毗邻金沙江下游，生态环境敏感脆弱（图2）。

2.2  障碍因素识别与耕地质量提升分区

运用障碍度模型对土壤有机质含量、土壤酸碱度、灌溉保证率、道路通达度、排水条件等5个指标进行障碍度计算，通过面积加权法得到各行政村的障碍度。结果表明，研究区内低等地与中等地均存在重度障碍因素，总体来看，中低等地以土壤有机质为主，土壤酸碱度、道路通达度为辅的障碍因素影响面积最大。结合耕地质量评价结果与中低等地障碍因素诊断结果，以提升耕地质量为目标，参考前人的分区方法［23］，将会理市耕地划分为重点提升区、优先提升区、一般提升区、综合提升区和保护提升区等5个类型区（图3）。

2.2.1  重点提升区

该区域是低等地范围内有机质障碍度在30%～35%的行政村，这部分区域提升

空间相对较大，改造提升后的效果也会相对显著，可作为重点提升区。该区域的耕地质量等级较低，耕地质量平均等级是8.00等，共3 218.80 hm2，占比3.98%。主要分布在益门镇六民村、笆芭村、白果村、下村村，以及六华镇大坪村、三地村、坪子窑村，这部分耕地有机质含量较低，道路通达度低，建议结合施用有机肥、秸秆还田等措施提高土壤肥力，增加土壤有机质含量，考虑到该区域海拔较高，坡度较大，距离农村居民点较远，建议修建山间道路，方便农户进行农业生产活动。

2.2.2  优先提升区

该区域是中等地范围内海拔较低、地势平缓、有机质障碍度在20%～30%的行政村，这部分区域改造基础条件较好，提升难度较低，投入产出效益相对较高，因此作为优先提升区。该区域的耕地质量平均等级是5.09等，共 16 603.24 hm2，占比20.54%。主要分布在城南街道南阁村、积水村、大卷村、海溪村，鹿厂镇白草村、铜矿村、凤营村，彰冠镇魁阁村、盐龙村、万红村、富乐村、光山村、车拉村，通安镇花房村、繁荣村、酸水河村、洪发村，这部分耕地有机质含量低，其中凤营村、铜矿村、盐龙村、魁阁村耕地偏碱性，建议利用现有便利条件，考虑机械化增施有机肥，可提高土壤中的腐殖质，选施易溶性酸性化肥调节其碱性。

2.2.3  一般提升区

该区域是低等地范围内海拔较高、地势陡峭、有机质障碍度在20%～30%、土壤酸碱度和灌溉保证率障碍度较大的行政村和中等地范围内部分基础条件较差的行政村，这部分区域改造难度较高，投入产出效益相对较低，因此作为一般提升区。该区域耕地质量平均等级是6.75等，共11 772.90 hm2，占比14.57%。主要分布在市域北部的六华镇井狮村、岔河村，云甸镇甸沙关村、荆凉村、巴松村，益门镇齐合村、武家沟村、龙泉村、益门社区、幸福村，市域南部绿水镇阿拉村、坪庄村、雨补村、黎马村、上龙滩村、阿拉村，树堡乡树堡村、祭龙村、石可莫村、竹鲊村。对于北部耕地而言，这部分耕地破碎化程度高，耕地坡度大，水土流失严重，灌溉保证率低下，考虑到这部分耕地的空间分布、改造难度和改造效益，建议分布于坡度较大、地势较高的低等地发挥其生态功能，降低其生产功能。对于南部耕地，建议采用施肥等方式调节其土壤肥力和酸碱度，完善田间灌溉基础设施，提高其生产功能。

2.2.4  综合提升区

该区域由中低等地范围内存在较多障碍因素的行政村组成，如土壤有机质含量、灌溉保证率、道路通达度等，由于该区域相对集中连片，且耕地质量不高，采取工程措施后易产生规模效应，因此作为综合提升区。该区域平均耕地质量为6.63等，共26 028.33 hm2，占比32.20%，是面积占比最大的区域，主要分布在城北街道、内东乡、太平镇、小黑箐镇、关河镇。建议这部分耕地实行粮肥轮作、间作制度，可提高土壤有机质含量并改善有机质品质，根据地形对其进行高效节水灌溉设施，对于坡耕地采取田块平整工程，降低其水土流失程度，以此提高其耕地质量。

2.2.5  保护提升区

该区域耕地质量较高，耕地质量提升空间较小，采取工程措施改造后的效益不显著，因此作为保护提升区。该区域平均耕地质量为2.16等，共23 201.48 hm2，占比28.71%，主要分布在黎溪镇南部、木古镇、新发镇、通安镇南部、彰冠镇西部以及鹿厂镇周围，该区域无重度障碍因素，应对其土壤理化性质与现有的田间设施进行维护，采取适宜的耕作制度，科学施用有机肥，避免耕地质量下降。

会理市山地分布广、地势起伏度较大，如何科学合理地评价耕地质量并提出耕地保护措施至关重要。在实际耕地利用与保护过程中，不但要考虑区域耕地资源禀赋、区位战略规划等因素，还需结合当地居民的耕种意愿，而本研究主要依据地形状况、土壤性状和耕作条件3个方面进行耕地质量综合评价，对耕种意愿等考虑不足。另外，本研究未从时间跨度角度分析耕地质量的变化特征，在往后的研究中可补充收集多期耕地质量评价成果探讨其时空动态特征以及驱动力，以便更合理地制定耕地质量保护策略。

3  结论

本研究利用CRITIC-TOPSIS模型评价耕地质量指数贴近度，基于耕地质量指数贴近度以及耕地质量障碍因素划分耕地质量提升类型区。结果表明，会理市耕地质量指数平均贴近度为0.527，平均等级为5.52等，呈现“南高北低”的态势。总体上看，以中等地为主，仍存有大量低等地，耕地质量分布差异明显，高等地分布在地势平坦、耕作条件优良的市域中南部，中等地分布在城镇化率较高的市域中部以及耕地坡度较大的北部，低等地分布在水土流失较严重的市域最北部和最南部。运用障碍度模型和面积加权法得到各行政村的指标障碍度，研究区内低等地与中等地均存在重度障碍因素，总体上看，中低等地范围内以土壤有机质为主，土壤酸碱度、道路通达度为辅的障碍因素影响面积最大。基于耕地质量指数贴近度与障碍因素，以提升耕地质量为目标，将会理市分为5个耕地质量类型区，其中重点提升区耕地质量平均等级是8.00等，面积占比3.98%，提升空间相对较大，改造后的效益会相对显著；优先提升区耕地质量平均等级是5.09等，面积占比20.54%，耕地基础条件较好，改造提升实施难度较小，投入产出效益相对较高；一般提升区耕地质量平均等级是6.75等，面积占比14.57%，改造基础条件较差，可因地制宜地选择耕作制度以及完善田间灌溉基础设施建设；综合提升区平均耕地质量为6.63等，面积占比32.20%，区域分布集中，采取工程措施后易产生规模效应；保护提升区平均耕地质量为2.16等，面积占比28.71%，耕地质量较高，改造后的效益不显著，主要采取保护措施避免耕地质量下降。

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