基于GIS的恩施州耕地地力評價

摘要：應用揚州市土壤肥料站開發的縣域耕地資源管理信息系統，采用土地利用現狀圖和土壤圖疊加的方法確定27 771個評價單元，選取氣象、立地條件、耕層理化性狀、耕層養分狀況及水分管理5個層次共16個指標作為評價對象，對恩施州耕地地力進行綜合評價。結果表明，恩施州耕地地力分為5個等級，一等地占4.16%，二等地占12.48%，三等地占30.01%，四等地占34.25%，五等地占19.09%。

關鍵詞：耕地；地力評價；恩施州

中圖分類號：F323.211；P283 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）06-1324-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.011

Abstract： Management information system of county land resources developed by Yangzhou soil and fertilizer station， the method of superimposing present landuse map and soil map was used to determine 27 771 evaluation units. 5 levels and a total of 16 indexes as evaluation object， including meteorology， site conditions， physical and chemical properties of top layer， the condition of topsoil nutrients and water management were selected to evaluate the soil fertility of arable land in Enshi prefecture. Comprehensive evaluation of farmland productivity was realized. The results showed that the farmland productivity was divided into 5 levels ranked from the first grade to fifth grade， accounting for 4.16%， 12.48%， 30.01%， 34.25% and 19.09%， respectively.

Key words： cultivated land； productivity evaluation； Enshi prefecture

耕地為最基本的農業生產資料，耕地質量直接關系到糧食安全和主要農產品的有效供給。耕地地力為耕地的生產能力，指在一定區域內一定的土壤類型基礎上，耕地的土壤理化性狀、所處自然環境條件、農田基礎設施及耕作施肥管理水平等因素的總和[1-3]。近年來，不少學者利用耕地地理信息系統（Geographical Information System，GIS）進行了耕地地力評價方面的研究[4]。如劉東海等[5]利用GIS技術對武漢市漢南區耕地地力等級進行了評價，呂雄杰等[6]利用GIS對天津市東麗區耕地地力狀況進行了評價。在GIS支持下進行耕地地力評價，可實現對耕地的自動分等定級，評價結果更加科學和準確[7]。

建國以來，我國先后開展了兩次土壤普查。第二次土壤普查距今已過去30年，恩施州的耕地面積、耕作制度、產量水平、肥料用量等均發生了巨大的變化。綜合運用地理信息系統（GIS）、全球衛星定位系統（GPS）和現代制圖（RS）等先進技術，對恩施州耕地地力進行調查和評價，摸清耕地肥力狀況及時空變化，分析耕地承載能力，對耕地資源合理開發與利用、科學施肥和耕地質量保護具有重要的意義。

1 評價區域概況

恩施州地處湖北省西南部武陵山區腹地，位于東經108°23′12″-110°38′08″，北緯29°07′10″-31°24′13″之間，東接宜昌市，北壤神龍架林區，西鄰重慶市萬州區和黔江區，南連湖南省湘西州，屬我國地形第二階梯東緣，平均海拔1 000 m，最高海拔3 023 m，最低海拔175 m。地形總體格局呈西北、東南兩翼高，切割破碎，中部局部為斷陷盆地，具有典型山地地貌特征。氣候屬中亞熱帶季風溫潤性氣候，年均氣溫大于10 ℃，活動積溫隨海拔高度增加而明顯降低，年平均降雨量為1 530 mm。2012年恩施州初耕地總面積31.4萬hm2。轄恩施、利川兩個縣級市和巴東、來鳳、咸豐、建始、鶴峰及宣恩6個縣，88個鄉、鎮、街道辦事處，2 627個村、居民委員會，總人口401.16萬。全州現有紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、石灰（巖）土、紫色土、沼澤土、草甸土、水稻土及潮土共11個土類，24個亞類，88個土屬，208個土種。成土母質有碳酸鹽巖（主要是石灰巖、白云巖）、泥質頁巖，石英質巖、紫色砂頁巖、紅砂巖、第四紀黏土、近代河流沉積物和磷塊巖8種[8]。

2 材料與方法

2.1 資料收集

基礎資料主要為野外調查資料，包括地形地貌、土壤母質、土層厚度、表層質地、耕地利用現狀、灌排條件及管理措施水平等。室內化驗分析資料包括pH、有機質、堿解氮、有效磷及速效鉀等大量養分含量，有效鋅、水溶態硼等微量養分含量。社會經濟統計資料包括種植制度、土地面積以及各類農業生產基本情況和經濟數據等。專題圖件資料包括地形圖（比例尺為1∶50 000）、行政區劃圖、土地利用現狀圖及土壤圖等。

2.2 評價單元的確定與信息提取

評價單元是由對土地質量具有關鍵影響的各土地要素組成的空間實體，是土地評價的最基本單位、對象和基礎圖斑。本次評價單元的劃分均采用土壤圖、土地利用現狀圖的疊置劃分法，相同土壤類型單元及土地利用現狀類型的地塊組成一個評價單元，土壤類型劃分到土屬。按照全州4幅A0拼圖出圖，比例尺為1∶135 000，控制最小多邊形面積為40 000 m2。小于40 000 m2的按照相鄰最大面積融合，經過處理，全州共劃分為27 771個評價單元，面積最大的為63.71萬m2。經過評價單元劃分，采樣點屬性插值、區域統計、地理編碼等過程形成的空間數據庫，其中含有各種參評因子，將該空間數據庫導入到縣域耕地資源管理信息系統中進行層次分析與等級評價。

2.3 評價指標的確定與量化

按照農業部《測土配方施肥技術規范（試行）修訂稿》的要求，在湖北省土壤肥料工作站的主持下，由恩施州農業局和省級專家專門召開評價指標體系研討會，通過討論、評議，最終確定了5個層次、16個指標作為具體評價對象。對各指標賦值后，進行一致性檢驗，檢驗結果均小于0.1時，一致性較好，得出各指標的組合權重（表1）。對于定性因子，如土壤質地和成土母質等，采用專家打分的方法賦值作為其隸屬度（表2）。對于定量化指標，采用專家打分和特爾斐法確定指標的隸屬函數（表3）。

2.4 綜合地力指數確定與定級

本次評價應用揚州市土肥站研發的縣域耕地資源管理信息系統，采取累加模型計算每個評價單元的綜合地力指數。評價結果經過地方農業部門專家的審核與修正，最終將恩施州的耕地地力等級劃分為5個等級。

3 結果與分析

3.1 耕地地力等級劃分

耕地地力等級情況如表4所示。恩施州常用耕地面積約25.589萬hm2，其中一等地10 649.12 hm2，占常用耕地面積的4.16%；二等地31 944.09 hm2，占常用耕地面積的12.48%；三等地76 789.20 hm2，占常用耕地面積的30.01%；四等地87 651.67 hm2，占常用耕地面積的34.25%；五等地48 855.93 hm2，占常用耕地面積的19.09%。常用耕地中旱地總面積為185 540.00 hm2，其中一、二、三、四、五等旱地面積分別為8 093.55、21 993.84、55 743.50、63 126.73、36 582.38 hm2，分別占旱地總面積的4.36%、11.85%、30.04%、34.02%、19.72%；水田總面積為70 350.01 hm2， 其中一、二、三、四、五等水田面積分別為2 555.57、9 950.25、21 045.70、24 524.94、12 273.55 hm2，分別占旱地總面積的3.63%、14.14%、29.92%、34.86%、17.45%。

3.2 耕地地力等級空間分布

耕地地力等級空間分布如圖1所示。由圖1可知，恩施州現有8個縣（市），一等地所占比例最大的為利川市，占全市常用耕地面積的8.15%。二等地所占比例最大的為來鳳縣，占全縣常用耕地面積的24.36%。三等地所占比例最大的為來鳳縣，占全縣常用耕地面積的46.73%。四等地所占比例最大的為巴東縣，占全縣常用耕地面積的50.35%。五等地所占比例最大的為巴東縣，占全縣常用耕地面積的43.99%。

3.3 主要養分含量狀況

耕地主要土壤養分檢測結果如表5所示。由表5可知，旱地與水田主要養分含量差異不大。土壤偏酸，有機質平均含量旱地為30.01 g/kg，水田為30.43 g/kg，屬正常水平；有效磷平均含量旱地為26.98 mg/kg，水田為27.44 mg/kg，屬較豐富水平；速效鉀平均含量旱地為112.45 mg/kg，水田為115.00 mg/kg，屬正常水平；水溶態硼含量旱地為0.40 mg/kg，水田為0.35 mg/kg，屬潛在缺乏水平，有效鋅含量旱地為4.65 mg/kg，水田為4.71 mg/kg，屬較豐富水平。

4 小結與討論

該評價查清了土壤主要屬性和生產條件的變化特征，這些特征的時空變異對土壤管理和測土施肥具有重要意義[9]。

恩施州耕地地力水平整體偏低。恩施全州耕地主要以四等地（34.25%）和三等地（30.01%）為主，五等地（19.09%）次之，一般情況下三、四、五等地屬于中低產田，總體地力水平較低。比較而言，利川市、來鳳縣、咸豐縣和宣恩縣一、二、三等地所占比例相對較高，地力水平較高，恩施市、建始縣、鶴峰縣和巴東縣四、五等地所占比例相對較高，地力水平較低，改善排灌能力是提升耕地地力的關鍵措施。

耕地主要養分高低不均，營養失衡。目前，恩施全州耕地土壤中，有效磷和有效鋅的含量較豐富，水溶態硼大多處于潛在缺乏范圍，需要根據不同作物對肥料的需求量和需求比例，提出相應區域的配方施肥方案，并指導農民合理施肥[10]。

恩施全州耕地土壤超過50%為pH 5.5以下，pH 6.5～7.5的中性土壤面積僅占5.14%，土壤酸化現象嚴重，需結合測土配方施肥的開展，研究提出土壤酸度調節的對策與措施，遏制酸化現象進一步惡化。

參考文獻：

[1] 全國農業技術推廣服務中心.耕地地力調查與質量評價[M].北京：中國農業出版社，2005.

[2] 全國農業技術推廣服務中心.耕地地力評價指南[M].北京：中國農業科學技術出版社，2006.

[3] 趙其國，孫 波，張桃林.土壤質量與持續環境I土壤質量的定義及評價方法[J].土壤，1997（3）：113-120.

[4] 魯明星，賀立源，吳禮樹，等.基于GIS的華中丘陵區耕地地力評價研究[J].農業工程學報，2006，22（8）：96-101.

[5] 劉東海，李雙來，陳云峰，等.武漢市漢南區耕地地力評價[J].湖北農業科學，2013，52（23）：5722-5725.

[6] 呂雄杰，蘇麗娜，宋治文，等.天津市東麗區耕地地力評價研究[J].天津農業科學，2012，18（3）：42-45，50.

[7] 劉友兆，王 峻，劉吉軍，等.地理信息系統支持下的縣域耕地分等研究[J].南京農業大學學報，2001，24（3）：106-110.

[8] 向永生，黃飛躍，張軍強，等.恩施州耕地資源評價與作用[M].北京：中國農業科學技術出版社，2013.

[9] 張鐵嬋.耕地土壤養分空間變異與地力評價研究——以陜西省榆陽區為例[D].陜西楊凌：西北農林科技大學，2010.

[10] 吳杭艷.基于GIS的測土配方施肥系統研究——以云南省耿馬縣為例[D].昆明：昆明理工大學，2008.