基于自然等提等潛力指數模型的耕地整治建設等別目標研究*

曹 琳，趙華甫※，陳學砧

(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083； 2.國土資源部土地整治重點實驗室,北京 100035)

·資源區劃·

基于自然等提等潛力指數模型的耕地整治建設等別目標研究*

曹 琳1， 2，趙華甫1， 2※，陳學砧1， 2

(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083； 2.國土資源部土地整治重點實驗室,北京 100035)

目的通過土地整治項目區的耕地質量等別明確耕地整治建設等別目標研究，確定各分等因素的現實和自然等潛力，并準確識別項目區的主控因子及其可提升程度，便于采取具有針對性的土地整治工程技術措施，并對整治建設工作效果作出科學的預期性評判。方法基于2010年農用地分等補充完善成果和中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目規劃設計報告，通過加權求和得到項目區不同作物各分等因素的平均質量分值，運用自然等提等潛力指數模型得到項目區耕地的理論潛力與現實潛力，并識別耕地質量提升的主控因子。結果中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目區的主控因子為灌溉保證率、有效土層厚度、坡度、巖石露頭度、有機質含量，項目區的省級耕地自然等提升現實潛力為1.33等，理論潛力為1.48等；國家級耕地自然等提升現實潛力為2.46等，理論潛力為2.62等。結論耕地質量提升的現實潛力可以作為土地整治建設的耕地質量等別目標。

土地整治 耕地質量等別 現實潛力 理論潛力 模型

0 引言

我國經濟發展已步入中低速增長期、提質增效的新常態，盡管我國糧食產量實現“十二連增”，但耕地資源保護壓力日趨嚴峻、農作物增產方式途徑單一等隱憂凸顯，需將加快轉變農業發展方式，把糧食安全放在首位。在新常態下耕地保護需要找準新定位，從1.2億hm2“耕地紅線”的數量保護，到“數質并重”，也意味著我國耕地保護將長期處于保數量、保質量、保生態“三位一體”新常態。在耕地保護新常態下，如何致力于管控數量、管理質量和管護生態，落實“藏糧于地”國家戰略以保障國家糧食安全并實現社會穩定將成為關鍵，而土地整治將是解決該難題的有力抓手和重要平臺。

土地整理研究集中在土地整理后的耕地數量與質量的效益評價[1-2]、不同立地條件下的土地整理項目規劃設計理論方法探討[3]、不同尺度下的耕地整治潛力狀況[4-5]等方面，而在土地整理工程建設過程中，由于缺乏耕地質量建設目標設定的相關研究，使得土地整理規劃設計缺少質量導向，進而整治后的耕地質量狀況與農用地分等成果銜接不足。同時，由于我國在早期開展的土地整理工作中，普遍存在“重數量輕質量”、建設用地占用大量優質耕地以及缺乏生態保護理念等問題，導致耕地質量下降[6]、生態環境惡化[7-8]、耕地景觀破碎度升高[9]等不良后果。耕地等別潛力與產能潛力均可表示耕地整理質量潛力，等別潛力從定性的角度確定全國范圍耕地質量潛力水平，而產能潛力則是根據統計或相關數據定量的測算耕地質量的糧食產出水平，理論上等別提升意味著產能增加，可認為等別潛力和產能潛力在本質上具有一致性。唐秀美等[10]認為，耕地整理潛力包括耕地數量潛力、耕地質量潛力和耕地生態潛力等3個部分。史娟等[11]認為，耕地整理自然潛力是僅測算整理的自然“可能度”，它接近或等同于理論潛力；耕地整理現實潛力則是測算整理的現實“可行度”，兩者本質上是相通，前者是后者的物質基礎，后者是前者在某時段的深化。當前的土地整治主要是在資金條件的約束下依據整治項目區的立地條件、環境狀況等要素進行規劃設計，而耕地質量提升作為耕地整治重要內容之一，卻尚未設置明確的耕地質量指標作為土地整治規劃設計、驗收的目標。農用地分等多層次的成果等級序列全國可比能滿足不同尺度的需要，數據成果體系完善且不斷進行年度更新，為我國耕地保護由數量向“三位一體”轉變提供基礎數據，為政府管理決策提供合理建議與有力支撐。

文章以農用地分等數據為基礎，運用自然等潛力指數模型，計算土地整治項目區的耕地質量等別提升潛力，并識別質量提升主控因子，確定耕地質量提升的理論潛力和現實潛力，以現實潛力作為土地整治建設的耕地質量等別目標。通過開展土地整理耕地建設等級目標研究，有利于科學、客觀地評定土地整治后的耕地質量等別狀況，對耕地質量提升效益做出科學的預判，有助于分析整理耕地的主要障礙因素、質量變化機理以及預期所能達到的質量水平，從而為土地整理項目規劃設計方案提供指引方向和優化途徑。

1 數據來源及方法

1.1 數據來源

當前關于耕地質量的評價方法主要包括：土壤環境質量評價、耕地地力調查與評價和農用地分等定級。土壤環境質量評價成果是對土壤適宜性和限制性作出科學合理的判斷和描述，但該成果完成時間較早，與現今土壤環境質量實際情況存在一定的偏差。耕地地力評價成果注重的是耕地的產量、中低產田改良及投資決策，該成果以現實產量劃分等級，評價結果僅是基于某一年情況而開展，難以為土地管理工作的需要提供有力支撐。農用地分等成果是基于耕地質量的基本內涵構建指標體系并采用合理的評價方法而進行的綜合評價，其成果已在全國范圍的基本農田保護、耕地占補平衡考核、征地制度改革、土地開發整理等工作中得到應用，并在全國范圍內作為強制政策規定來應用和執行。同時，農用地分等明確了耕地質量等別與糧食產能之間的對應關系，即每1個單位的國家級利用等指數對應著7.5kg/hm2的實際標準糧產量，通過進一步計算可以得到耕地整理項目區的產能潛力。因而，該研究以農用地分等技術方法為基本思路，并以農用分等成果為基礎數據進行分析。故研究數據來源主要包括四川省中江縣2010年耕地分等補充完善成果和2014年四川省德陽市中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目規劃設計報告。

1.2 基本參數

根據《農用地質量分等規程》(GB/T28407-2012)可知，通過對光溫(氣候)生產潛力指數進行逐步修正分別評定出自然等、利用等和經濟等。農用地自然等涉及光溫(氣候)生產潛力指數、耕作制度、基準作物與指定作物、分等因素及權重、記分規則表、指定作物產量比系數等參數，而利用等評定在自然等指數的基礎上運用土地利用系數修正得到，經濟等評定則通過土地經濟系數修正土地利用等指數獲取。一應基本參數除光溫(氣候)生產潛力指數外，其它均可依據《農用地質量分等規程》(GB/T28407-2012)由各省根據實際情況進一步細化和修正。

土地整治工程對農用地質量的影響具有突變性，且為探討分等因素在土地整治項目實施后級別變化對耕地質量等別的影響程度，因而該研究采用農用地分等中的因素法開展評價，即沿用原有農用地分等中因素法進行耕地自然質量分測算。同時，由于四川省的自然條件復雜，各二級區之間自然條件(包括地形地貌、氣候、土壤質地等)差異很大，樣地的適用性較弱，且省級標準樣地尚未建立，選擇因素法更能反映區域之間的因素差異。同時，鑒于計算土地利用系數及土地經濟系數所涉及指定作物正常投入下的單產、指定作物實際單產及實際成本所涉及的影響因素過于復雜，所得的土地利用等別與經濟等別綜合性較強，難以細化進行定量分析，因而該文僅研究不同級別分等因素對農用地自然等別的影響，從而確定耕地整治建設的質量目標。

查《農用地質量分等規程》(GB/T284607-2012)可得，集鳳、南華土地整理項目所在的中江縣屬于全國標準耕作制度分區中四川盆地區一級區，盆東丘陵低山區二級區，標準耕作制度為小麥-水稻、小麥-玉米(海拔600m以上，旱)、小麥/玉米(海拔900m以上，旱)，一年兩熟，中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目區的旱地指定作物為小麥-玉米，水田為小麥-水稻，其中冬小麥光溫生產潛力指數717，一季稻1 758，冬小麥的氣候生產潛力指數為467，夏玉米為1 949。由于中江縣屬于盆地丘陵低山區，以水稻為基準作物，其指定作物產量比系數為水稻1.00，小麥1.78，玉米0.79。查四川省中江縣2010年耕地分等補充完善成果可得中江縣(盆地丘陵低山區)的分等因素、權重及記分規則表(表1)。

表1 四川省德陽市中江縣(盆地丘陵低山區)的分等因素、權重及記分規則

1.3 研究方法

土地整治的耕地產能潛力是在土地整治項目區內，整治后的耕作效益提升水平，具體為糧食或經濟作物的產出增加能力，重點關注項目實施后的可實現產能潛力水平。運用農用地產能核算成果測算耕地整治潛力是最直接最具代表性的方法之一，當前關于土地整治后的農用地除了確定新增耕地數量之外，還應明確耕地質量的提升程度，國土資源部門是以《農用地質量分等規程》(GB/T28407-2012)中的評價方法確定整治后的耕地質量等別水平。因而，研究以項目區農用地分等數據為基礎，核算耕地整理項目區理論自然等提等潛力和可實現自然等提等潛力，理論自然等指數、可實現自然等指數與現狀自然等指數之差就是耕地整理的自然等提等理論潛力和自然等提等現實潛力，參照《農用地質量分等規程》(GB/T28407-2012)的等別劃分依據及成果平衡轉換公式，得出項目區土地整治可提升的省級等別及國家等別，并以此作為耕地整治建設的等別目標。

1.3.1 計算等別因素平均分值

當土地整治項目的建設實施范圍確定后，項目規劃設計面臨的首要問題是如何基于項目區的土地現狀和耕地立地條件設定土地整治后的耕地質量等別目標，只有確定了整治后的耕地質量等別，才能有針對性地進行整治項目的規劃設計與工程技術的應用。整治項目區內的“作物-分等因素-質量分”關系表及權重基本一致，為了消除分等單元對質量分值的影響，運用面積加權平均的方法得到項目區不同分等因素的現狀分值，即：

Department of Cardiology,Madras Medical Mission,Chennai 600037,India.

(1)

式(1)中，Fk表示第i種作物第k個因素平均質量分值；Fij表示第i種作物第k個因素第j個單元分值；Skj表示第i中作物第k因素第j個單元面積；n表示單元個數。

1.3.2 自然等提等潛力指數模型

自然等提等潛力指數模型是運用一定的數學方法，通過將評價區域內的耕地質量等別指標因素的滿分值或可實現最高分值與其實際分值進行比較，兩者之差即為提等潛力指數，從而得到各指標因素的理論潛力與可實現潛力，進而通過加權計算得到評價區域的土地整治潛力水平。自然等提等潛力指數理論模型的計算公式為：

Pik=Rik-rik

(2)

(3)

(4)

式(2)～(4)中，P為自然等提等潛力指數；R為某分等因素在該分等單元的最大貢獻值；w為指標因素的權重；f為指標現狀分值；α為光溫(氣候)生產潛力指數；β為產量比系數。其中i為分等單元編號；j為制定作物編號；k為分等因素編號。

2 結果與分析

2.1 項目區不同作物分等因素平均分值

表2 項目區不同作物的各分等因素平均質量分值

表3 目區各分等因素的自然等現實潛力指數(P′)與理論潛力指數(P″)

2.2 分等因素的自然等潛力指數

對耕地質量整理的自然等潛力指數的“可能度”和“可行度”均進行了計算，理論自然等指數、可實現自然等指數與現狀自然等指數之差就是耕地整理的自然等提等理論潛力和自然等提等現實潛力。其中自然等理論潛力(P′)的最大貢獻值(Rik)是假定第i個分等單元內第k個分等因素的質量分值(Fij)為最大值即100分進行計算，自然等提等現實潛力(P″)的最大貢獻值(Rik)是假定第i個分等單元內第k個分等因素的質量分值(Fij)為項目區范圍內的最大值進行計算。然后，分別求出小麥(無灌溉、有灌溉)、水稻、玉米的自然等現狀指數、理論指數與可實現指數，求差之后得到項目區各分等因素的自然等理論潛力指數與現實潛力指數，最后進行加權求和可得水田、旱地與項目區的自然等理論潛力指數(P′)與現實潛力指數(P″)(表3)。

從表3可知，中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目區的自然等現實潛力與理論潛力的差別并不大，僅為72.98，其中差別較大的分等因素為有效土層厚度、表層土壤質地、土壤有機質含量等。研究區耕地質量提升的主控因子按貢獻度排序為灌溉保證率、有效土層厚度、坡度、巖石露頭度、有機質含量等。

2.3 耕地整治建設等別目標

農用地分等均采用等間距法，四川省自然等別500分為1個等間距，共劃分了4個等別，國家自然等以400分作為等別間距。基于省等與國家等的轉換關系，將縣級分等單元直接評定為全國可比的耕地質量等別，需將所需要確定的自然質量等指數轉換為國家級自然質量等指數，其公式如下：

國家自然質量等指數=Ri×0.881 2+397.43

(5)

根據四川省自然等別劃分的方法，計算出中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目區的現實自然等提升潛力為1.33等，理論自然等提升潛力為1.48等，其中水田的自然等現實提升潛力為1.24等，自然等理論提升潛力為1.37等，旱地的自然等現實提升潛力為1.36等，自然等理論提升潛力為1.51等。同時，根據省等與國家等的自然質量等指數轉換函數關系，可以得到國家級自然等質量等指數，從而確定項目區國家級自然等提升潛力。根據國家級自然等別劃分的方法，計算出項目區的自然等提升現實潛力為2.46等，理論潛力為2.62等，其中水田自然等現實提升潛力為2.35等，理論提升為2.51等，旱地自然等現實提升潛力為2.49，理論提升為2.65等。

由于自然等理論提升潛力是土地整治項目的自然“可能度”，受資金、立地條件、施工等方面約束，難以將各分等指標改善為最高水平，而自然等現實提升潛力是將項目區各指標最高分值為上限，實現的可能性很高，因而將自然等現實提升潛力作為耕地整治建設的等別目標較為科學合理。

2.4 建議

根據中江縣集鳳鎮、南華鎮土地整治項目區各分等因素的潛力指數情況(表3)，可以看出旱地的提升潛力大于水田，其主控因子一致，為灌溉保證率、有效土層厚度、坡度、巖石露頭度、土壤有機質含量等。

完善項目區的農田水利設施，加大農田水利整治技術投入力度，提高農田灌溉保證率。可基于原有的農田水利工程體系，結合耕地所在區位的水資源條件和缺水程度，通過土地整治工程整治山坪塘、新建蓄水池、硬化田埂建設囤水田等途徑，提高自然降水的利用效率，從而解決山地丘陵區的季節性缺水問題。

采用深松改土、客土改良與爆破改土等技術，增加有效土層厚度，降低地表巖石露頭度。對位于地勢平緩的格田整理區的有效土層厚度不足的耕地資源，可采用深松改土技術進行改良，從而增加土壤透氣和透水性，改善作物根系生長環境。在丘陵山地區，對有效土層厚度較淺的坡頂部及坡中部，宜結合坡改梯技術實施爆破改土，不易風化的大塊巖石取出可用來構筑梯壁，易風化置地表曝曬，經風化后可形成耕作土壤，以增加有效土層厚度。

3 結論

(1)以農用地分等成果為基礎，運用自然等潛力指數模型，得到土地整治項目區各分等因素的現實與理論自然等潛力指數，從而顯化土地整治項目區的主控因子及可提升程度，便于采取具有針對性的土地整治工程技術措施。

(2)對不同作物、不同地類的自然等別潛力指數進行加權求和，得到土地整治項目區的耕地質量自然等別提升潛力，以此作為耕地整治建設等別目標，有利于科學、客觀地進行土地整治工程規劃設計，并對整治建設工作效果作出科學的預期性評價。

(3)基于農用地分等評價方法與成果的自然等潛力指數模型，可以明確土地整治項目區耕地質量等別提升的“可能度”與“可行度”，為確定耕地整治建設等別目標提供參考。

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BASEDONTHEPOTENTIALINDEXMODELOFTHEAGRICULTURELANDPHYSICALQUALITYGRADEOFCULTIVATEDLANDRENOVATIONCONSTRUCTIONTARGET*

CaoLin1,2，ZhaoHuafu1,2※，ChenXuezhen1,2

(1．School of Land Science and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2．Key Laboratory of Land Regulation,Ministry of Land and Resources，Beijing 100035，China)

It is important to accelerate the transformation of the mode of agricultural development and food security.Under the protection of farmland in the new normal of China′s agriculture,the key to ensure national food security and social stability is to control the amount and quality of the farmland and ecology protection.Land consolidation is an important way to promote the quality of cultivated land.To definite the goal of cultivated land quality grade has profound significance for the land consolidation.The current land management such as planning and design is mainly under the constraint of the condition of money according to the regulation of the project site conditions,environmental factors.However,cultivated land quality improvement as one of the important contents of the regulation was not yet cultivated land quality indicators.Taking land reclamation project of Jifeng Town,Nanhua Town in Zhongjiang county,Sichuan province as the study area,based on the complement of arable land grade in 2010 and land reclamation project planning report,this paper calculated the average quality score of different crop classification factors by method of weighted summation,analyzed theoretical and practical potential by the potential index model of the agriculture land physical quality grade.The results showed that the practical potential of provincial agriculture land physical quality grade was 1.33,the theoretical potential was 2.46.The results can help make a scientific evaluation on controlling factors of the cultivated land,quality change and expectations of farmland.At the same time,it can promote the land consolidation project planning and design scheme optimization.

land consolidation; agriculture land quality grade; realistic potential; theoretical potential; model

10.7621/cjarrp.1005-9121.20171010

2016-10-13

曹琳(1990—)，男，河南洛陽人，碩士。研究方向：土地整治與評價

※通訊作者：趙華甫(1978—)，男，河南南陽人，副教授。研究方向：土地資源利用、評價和規劃。Email：zhaohuafu@cugb.edu.cn

*資助項目：國家科技支撐計劃項目“高標準農田信息化監控與利用決策技術”(2015BAD06B01-2)

F302.21

A

1005-9121[2017]10074-07