甘肅省耕地質量等別特征與空間分布研究*

汪延彬,胡燕凌,卜春燕,米成林

(甘肅省國土資源規劃研究院，蘭州 730030)

0 引言

耕地是人類賴以生存與發展的重要土地資源，中國以不足世界9%的耕地面積養活世界近20%的人口，有限的耕地承載著巨大壓力，耕地數量和質量的變化備受政府和學者的廣泛關注[1-6]。

中國耕地面積逐年減少、等級不高、分布細碎，耕地后備資源少的現狀使耕地保護從數量管護轉向數量質量并重管護成為必然，這是全面落實耕地保護國策、穩定糧食綜合生產能力的現實需要，是由中國的土地國情決定的[7]。

國土資源部于1999～2009年在全國范圍內組織了分省的農用地分等調查評價任務，于2009年完成了全國農用地分等工作[8-9]，并從2012年起開展耕地質量等別年度更新。甘肅省依據《農用地分等規程》[10]，分別于2008年、2011年、2012年、2014年、2015年開展5輪耕地質量等別調查工作，以土地調查形成的耕地圖斑為對象，通過“地形坡度”、“地表巖石露頭度”、“有效土層厚度”等11項指標，逐圖斑完成定量評價，最終將耕地質量表征為自然質量、利用和經濟3個層次的等別。耕地質量等別統一為1～15等， 1等地最優， 15等地最差。全省評價成果已完整覆蓋全省87個縣(市、區)及3個獨立區，成果類型豐富。

甘肅是典型的生態脆弱區和欠發達地區，隨著城市化、工業化的推進，為實現“保護資源、保障發展”和“與全國同步進入小康”的目標，全省耕地資源數量、質量面臨更大的保護壓力。目前我國已在耕地監測體系的構建、耕地質量監測指標選取、耕地監測樣點布設等方面取得了一定成果[11]，但甘肅省關于耕地質量方面的研究僅在縣級層面且數量較少[12]，有關耕地質量省域分布特征的研究還未見報道。文章依據甘肅省耕地質量等別調查評價成果，分析形成各市州和標準耕作制度二級區統一可比的耕地質量等別序列，并通過GIS分析完成耕地質量空間分布格局研究，具有一定的創新性。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

甘肅地處西北內陸，位于黃土高原、青藏高原和蒙古高原的交匯地帶，氣候呈現3個明顯特點：一是大陸性氣候特征強，年降水量自東南向西北遞減； 二是氣象要素的垂直變化明顯； 三是氣候類型多樣，旱災、冰雹、霜凍和風沙等農業氣象災害時有發生。全省設12個地級市和2個自治州，土地面積居全國第7位，耕地面積占全國的3.99%。

由于分布地域不同，甘肅省耕地資源利用方式大致以黃河為界呈現不一樣的特點：黃河以東多為雨養旱作農田和坡耕地，水土流失嚴重，耕地經營粗放，集約化水平低； 黃河以西多為灌溉農田和平原耕地，風沙侵襲頻繁，耕地精耕細作，條田化、機械化、集約化程度高。

1.2 數據來源

數據來源于甘肅省2015年耕地質量等別評價的分縣成果及省級匯總成果，縣級圖層空間比例尺為1： 1萬，省級為1： 50萬。

2 研究方法

2.1 空間插值分析

耕地質量等別的空間分布差異采用地統計插值方法分析。地統計學與經典統計學都是在大量采樣的基礎上，通過對樣本屬性值的頻率分布、均值、方差等關系及其相應規則進行分析后，確定其空間分布格局與相關關系[13]，地統計學在經典統計學的基礎上進一步考慮了樣本空間位置及樣本間距離，最常用的插值方法是克里格插值，計算公式可統一表示為：

(1)

式(1)中，Z(x0)為未知點的值；Z(xi)為未知樣點周圍的已知樣本點的值；λi為第i個已知樣本點對未知樣點的權重；n為已知樣本點的個數。

該研究空間插值分析以省級1： 50萬耕地圖斑為基礎，用于插值的樣點共369個(圖1)，用于驗證的樣點為158個。插值分析由ArcMap軟件完成，使用正態QQPlot工具驗證樣本的自然質量、利用和經濟等指數是否服從正態分布。通過對比采樣點等指數的半變異函數云圖并分析不同模型產生的檢驗方差，確定全省自然質量、利用和經濟等別均采用圓形模型和各向同性的建模方式。

2.2 平均等別計算

市州、標準耕作制度分區數據采用對應縣(市、區)等別數據的累加值。區域內的耕地質量平均等別采用面積加權平均法，按照式(2)計算[14]。

(2)

式(2)中，Y為等別平均值;imin為等別最小值;imax為等別最大值;Fi為i等耕地面積;F為耕地總面積。

3 耕地質量等別空間分布格局

3.1 自然質量等別

耕地自然質量等別反映了區域光、溫、水、土等自然條件。圖2為經空間插值的甘肅省耕地自然質量等別空間分布狀況，可以看出，全省有4個中等地分布主要區域(圖中A、B、C、D區域)，隴中與隴東地區多為低等地，但在蘭州市和白銀市境內存在一個“西南—東北”走向的中等地帶狀區域，涉及蘭州市紅古區、西固區和白銀市靖遠縣、平川區、景泰縣。

從空間格局看，隴南地區中等地和低等地的分界線較為明顯，在天水市麥積區、秦州區—隴南市禮縣、宕昌縣—甘南州舟曲縣一帶，這與甘肅省南部500mm降水等值線分布較一致； 河西走廊地區中等地和低等地的分界主要在武威市、張掖市和金昌市境內，這與石羊河、黑河的流域分布關系密切。

圖1 空間插值樣點分布狀況及正態QQPlot

圖2 甘肅省耕地自然質量等別空間分布 圖3 甘肅省耕地利用等別空間分布

3.2 利用等別

耕地利用等別在自然質量等別基礎上進一步考慮了區域農耕水平、用地強度、種植技能等因素，通過“土地利用系數”調節。從甘肅省耕地利用等別空間分布狀況(圖3)可以看出，中、低等地空間分布格局更加明顯：中等地主要集中在隴南市和河西走廊地區張掖市民樂縣以西，低等地在隴中、隴東地區的范圍進一步擴大； 蘭州市、白銀市境內“西南—東北”走向的中等地帶狀區域進一步縮小為3個區塊。

全省中、低等地等值線整體向東南、西北方向縮進：隴南地區向東南方向平均縮進18km，河西走廊地區以張掖市民樂縣為界，向西平均縮進13km。

3.3 經濟等別

耕地經濟等別在利用等別基礎上進一步考慮了土地投入產出水平因素，通過“土地經濟系數”調節。從圖4可以看出，中等地在全省范圍的空間分布進一步縮小，在隴南地區縮小至禮縣、徽縣兩個區塊，在蘭州白銀地區縮小至紅古—西固、景泰兩個區塊，在河西走廊地區平均向西縮進28km至張掖市臨澤縣、高臺縣和酒泉市肅州區。

值得一提的是，全省經濟等別中、低等地的縮小幅度和范圍相比利用等別更大、更廣，說明全省土地投入產出水平差異比土地綜合利用水平差異要更明顯，這種趨勢在甘肅南部地區尤為凸顯：隴南地區自然質量多為中等地，受土地利用系數和土地經濟系數較低的影響，利用中等地范圍縮小約10%，但經濟中等地范圍縮小近80%。

圖4 甘肅省耕地經濟等別空間分布 圖5 甘肅省各縣平均等別狀況

4 耕地質量等別數量特征分析

4.1 全省整體特征

根據評價結果，甘肅省耕地分布在8～15等， 8等地質量最好， 15等地質量最差。經面積加權，全省耕地質量平均為13.1等，比全國平均等9.96等[15]低3.1等。

各縣平均等別分布見圖5，共43個調查單元介于13～14等之間，占全省調查單元總量的48%； 有52個縣級單元的平均等處于全省平均水平之下。

根據相關學者研究成果，按照1～4等、5～8等、9～12等和13～15等將耕地劃分為優等、高等、中等和低等4個檔次[8]。圖6顯示，甘肅省無優等地，高等地僅為0.05萬hm2，占全省耕地比例不足0.01%； 中等地占比為27.56%，低等地占為72.43%。

圖6 甘肅省耕地等別結構

4.2 各市(州)對比

從各市(州)分布情況來看(表1)，耕地等別分布情況差異較大：河西走廊的各市(嘉峪關市、金昌市、武威市、張掖市、酒泉市)耕地等別較高，等別集中在10～13等； 南部的臨夏州、甘南州和隴南市的耕地等別多在12、13等； 隴中、隴東的大部分耕地等別在13等以下。

全省高等地主要分布在水、氣條件較好的隴南市，數量很少； 中等地主要在武威市(27.4萬hm2)、酒泉市(26.1萬hm2)、隴南市(25.1萬hm2)和張掖市(20.9萬hm2)，上述4市中等地規模占全省的67%，與圖2中A、B、C、D 4個區域的分布范圍及面積比例(72.6%)相吻合； 低等地主要分布在定西、慶陽、天水、白銀、平涼、隴南和蘭州市，上述7市低等地規模占全省的83%。

從平均等看，最高的3個市為嘉峪關市、酒泉市和張掖市，平均等分別是10.18等、10.49等和11.87等； 最低的3個市為定西市、慶陽市和平涼市，平均等分別是13.91等、13.69等和13.59等； 平均等別最低的定西比最高的嘉峪關低3.7等。

4.3 各標準耕作制度二級區對比

甘肅共有6個農用地分等指標控制二級區：甘南高原區、河西走廊區、晉陵丘陵溝谷區、隴東黃土旱塬區、隴中黃土丘陵區和盆周秦巴山區。

圖7顯示，甘肅省各二級區耕地等別分布差異較大：河西走廊區和盆周秦巴山區的耕地等別較高，區域的平均等分別為11.85等和12.72等，其他4個二級區內耕地均以低等地為主。雖然甘南高原區降雨、地形條件較好，但受積溫等因素影響，氣候和光溫生產潛力較低，較大程度影響了耕地質量。

從各等別耕地在各二級區的分布來看，高等地主要分布于盆周秦巴山區，但數量非常少； 中等地主要分布在河西走廊區、隴中黃土丘陵區和盆周秦巴山區，3個區域中等地的面積占全省的97.8%； 低等地主要分布在隴中黃土丘陵區和隴東黃土旱塬區，2個區域低等地的面積占全省的71.9%。

表1 甘肅省各市(州)耕地等別占比情況 %

圖7 甘肅省各二級區耕地等別狀況

5 結論與展望

5.1 結論

該文從省域角度分析了全省、各市、各二級區耕地質量等別特點，并采用空間插值方法，揭示了全省不同層級等別下中、低等地的分布差異和中等地等值線的變化情況，結果表明：

(1)數量特征分析及空間插值結果均顯示，甘肅省中等地主要分布在4個區域，隴南地區、蘭州白銀一帶、張掖市山丹縣以西和武威市古浪縣以北。中等地分布范圍在自然質量等別、利用等別和經濟等別下呈現逐步縮小的趨勢。利用中等地等值線在隴南地區向東南方向平均縮進18km，在河西走廊地區以張掖市民樂縣為界，向西平均縮進13km。經濟中等地在隴南和中部地區由區域縮小至零星區塊，經濟中等地等值線在河西走廊地區平均向西縮進28km。

(2)全省耕地質量等別總體水平偏低，平均等為13.1等，無優等地，僅有不足0.01%的高等地，低等地的占比達72.4%。

(3)14個地級市中，嘉峪關市平均等別最高，為10.18等，定西市平均等別最低，為13.91等； 6個二級區的耕地等別分布差異較大，河西走廊區和盆周秦巴山區的耕地等別較高，平均等分別為11.85等和12.72等，其他4個二級區內耕地均以低等地為主。

5.2 展望

(1)甘肅省耕地以低等地為主，耕作成本、耕地產出水平都不高，隨著跨越式經濟發展的政策引導，優質耕地的保護壓力將逐漸增加，因此基于耕地質量的耕地保護策略值得決策部門的重點關注。

(2)該文的研究基于某一時點的耕地質量等別數據，有兩個方向值得深入思考：一是如何進一步揭示不同地區影響耕地質量的因素并針對性地提出等別提升策略； 二是對于耕地質量到底是向好還是向壞的方向發展，目前沒有統一認識，應持續研究耕地質量隨時間的變化態勢[16]。

(3)隨著生態環境問題的凸顯，應在耕地質量評價過程中考慮“土壤污染”指標，并逐步建立“等別—作物—產能”的統計模型，快速為糧食供給提供數據服務。

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