耕地地力評價與農用地自然質量分等結果的銜接轉換

鐘 珊， 趙小敏， 郭 熙， 張佳佳， 黃 聰， 李偉峰

(江西農業大學/鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室，江西南昌 330045)

通信作者：趙小敏，教授，博士生導師，主要從事土地利用與規劃、資源環境、遙感與地理信息統等研究。E-mail：zhaoxm889@126.com。

耕地質量評價已成為耕地資源保護領域的熱點問題，我國已經逐步形成耕地地力評價和農用地分等2個全國性的耕地質量評價體系[1]。由農業部門開展的耕地地力評價體系已經較成熟，基本覆蓋了全國所有的農業縣，該體系主要是通過氣候、母質、地形地貌、土壤理化性狀以及農田基礎設施等耕地系統各要素之間的相互作用而顯現出來的特征，來評價耕地本身的生產能力，目的是為了把握不同耕地土壤類型的生產能力、肥力情況和變化規律，其基礎性和針對性較強[2]。由國土部門開展的農用地分等基本實現了土地管理由數量管理到數量與質量管理并重的重大轉變。農用地自然質量分等，主要是根據光溫氣候、區域標準耕作制度以及農作物生長的土壤、水文、地貌等自然條件對農用地自然質量優劣進行的綜合評價，其成果對土地利用總體規劃、耕地占補平衡和基本農田劃定等工作起到重大的參考作用[3-4]。耕地地力評價和農用地分等幾乎同步進行，由2個管理部門實施，在實際工作中存在研究上互不銜接、資源不能共享、數據割據等現象[5]。目前關于耕地地力評價或農用地分等的理論研究、方法應用等已經比較成熟，但將耕地地力評價與農用地分等之間進行對比銜接的研究卻很少[6]。本研究以江西省貴溪市為研究區域，以水田區和旱地區為不同的研究對象，將耕地地力評價與農用地自然質量分等進行綜合研究及對比分析，旨在找出兩者之間的共同規律和差異之處，使兩者結果可相互銜接和轉換，從而實現資源共享的最大化。

1 研究區域概況與數據來源

1.1 區域概況

貴溪市位于江西省東北部，信江中游，27°50′53″～28°27′33″N、116°55′21″～117°28′6″E，主要土壤類型為紅壤，屬亞熱帶溫濕氣候區，光熱充足，干濕分明，地處武夷山與鄱陽湖平原過渡的中間地帶，境內地形復雜，地域性氣候差異較大。貴溪市屬丘陵地區，境內地貌類型以山地、丘陵為主，還有特殊的丹霞地貌。該市土地總面積249 279.21 hm2，耕地面積為57 351.10 hm2，其中水田面積52 329.50 hm2，占耕地總面積的93.2%，旱地面積3 815.59 hm2，占耕地總面積的6.8%。

1.2 數據來源

根據2種耕地質量評價方法的要求，結合貴溪市的實際情況，本研究資料主要來源于研究區地形圖、土地利用現狀圖、第二次土壤普查成果圖、基本農田保護區圖和農田水利分區圖。耕地地力評價還需土地利用現狀資料、縣級農村及農業生產情況資料以及土壤肥力檢測資料等。農用地自然質量分等還需土地利用規劃圖及農用地自然條件等資料。

2 研究方法

2.1 耕地地力評價

2.1.1 評價單元的劃分及評價指標的選取 貴溪市耕地地力評價單元劃分采用疊置法，把土地利用現狀圖與土壤圖疊加，運用GIS軟件進行檢索，將水田和旱地分別劃分為 23 427、3 937個評價單元。

評價指標是指參與耕地地力評價的耕地相關屬性，通過系統聚類法篩選影響耕地地力的定量指標，采用特爾斐法選取影響耕地地力的立地條件、剖面性狀、耕層理化性狀、土壤養分狀況、障礙因素等定性指標[7]。為了更好地分析影響不同地類耕地的地力因素，將影響水田和旱地的關鍵因子全部納入參評指標。評價過程中采用水旱分開評價模式，分別建立水田評價指標體系(表1)和旱地評價指標體系(表2)。

表1 貴溪市水田耕地地力評價因素及其權重

表2 貴溪市旱地耕地地力評價因素及其權重

2.1.2 評價因素權重的確定 根據水田和旱地的實際差異性，運用層次分析法和特爾菲法來確定權重[8]，充分體現自然條件、人類活動等對不同耕地類型的影響差異性。

2.1.3 耕地地力評價及結果分析 采用模糊數學法[9]，并依據定性與定量指標的處理情況，建立各指標與耕地地力的關系模型，得到正直線型、負直線型、峰型等3種隸屬函數類型，根據隸屬函數計算各參評因素的單因素評價分值。用指數和法確定各評價單元的綜合指數，公式為：

IFI=∑Fi×Ci。

(1)

式中：IFI代表耕地地力綜合指數；Fi為第i個因素評分；Ci為第i個因素的組合權重。

按綜合指標進行排序，評價單元次序號為X軸，綜合評價指標為Y軸，根據單元分析情況累積曲線圖中斜率的突變點及貴溪市耕地地力等級集中分布的特點分為6個等級(表3)。為了更好地進行對比研究，將耕地地力等級和農用地自然質量等保持一致，且綜合指數越高，級別越高。

表3 貴溪市耕地地力評價分級結果及面積分布

2.2 農用地自然質量分等

2.2.1 標準作物、基準作物和指定作物的確定 依據《農用地質量分等規程》[10]并結合貴溪市的地貌類型和耕作制度，貴溪市屬于東部丘陵區，貴溪市的標準耕作制度為早稻—晚稻、油菜—花生，是一年兩熟的耕作制度。根據貴溪市的實際耕作情況，指定作物確定為早稻、晚稻、油菜、花生，基準作物確定為早稻。

2.2.2 農用地分等單元的劃分及評價指標的選取 為了更好地與耕地地力評價結果進行銜接與對比分析，農用地分等單元的劃分也采用土壤圖與土地利用現狀圖疊加的方法來獲取，將貴溪市水田和旱地分別劃分為23 427、3 937個評價單元。

根據貴溪市農用地利用的實際情況，通過特爾菲法確定指標區的分等因素體系為：土壤質地、有機質含量、pH值、剖面構型、地形坡度、有效土層厚度、灌溉保證率、排水條件。為了更好地研究影響不同類型耕地的因素，評價過程中采用水旱分開評價模式，分別建立農用地分等的水田評價指標體系(表4)和旱地評價指標體系(表5)。

表4 貴溪市水田自然質量分等評價因素及其權重

2.2.3 評價指標權重的確定 確定評價指標后，采用層次分析法和特爾斐法等確定權重[11]。由于影響水田和旱地自然質量的因素各異，因此要分別確定分等因素及其權重。

表5 貴溪市旱地自然質量等評價因素及其權重

2.2.4 農用地自然質量分與自然質量等指數的計算

2.2.4.1 農用地自然質量分的計算 農用地分等單元耕地質量分的計算采用加權平均法來確定[12]，其計算模型為：

(2)

式中，CLij為分等單元指定作物的自然質量分；fijk為第i個分等單元內第j種指定作物第k個分等因素的指標分值；Wk為第k個分等因素的權重；m為分等因素數目。

2.2.4.2 農用地自然質量等指數的計算 第j種指定作物的自然質量等指數為：

Rij=?ij×CLij×βj。

(3)

式中：Rij為第i個分等單元第j種指定作物的自然質量等指數；αtj為第j種作物的光溫水生產潛力指數；CLij為第i個分等單元內第j種指定作物的農用地質量分；βj為第j種作物的產量比系數。

2.2.5 農用地自然質量等的劃分及結果分析 根據農用地自然質量等指數分布圖，采用累積曲線分等法[13]，以曲線斜率的突變點來劃分等級。為了更好地與耕地地力評價結果進行對比銜接分析，研究區的農用地自然分等數目與耕地地力等級數目保持一致(表6)。

表6 農用地自然質量分等結果

3 結果與分析

3.1 耕地地力評價結果與農用地自然質量分等結果對比分析

由于農用地自然質量分等和耕地地力評價都是根據耕地的自然條件進行劃分[14-15]，為了進一步研究兩者之間的變化關系，將研究區的耕地地力評價結果圖與農用地自然質量分等圖進行疊加分析，計算耕地地力“級”與農用地自然質量“等”面積百分率的轉移矩陣(表7)，分析兩者之間等級的差異程度。

表7 農用地自然質量等與耕地地力級面積轉移百分率矩陣

從表7可以看出，旱地的“等”“級”差異大于水田，旱地的等級變化最大幅度為±5，變化最小幅度為±4；水田的等級變化最大幅度為±5，變化最小幅度為±2(正、負表示耕地地力相對于農用地自然質量等升高、降低的級數，0表示兩者等級沒有發生變化)，這表明水田區的耕地地力評價和農用地自然質量分等表現出較好的一致性，而旱地差異相對較大。

從“等”“級”變化的面積進行分析，貴溪市水田區等級變化絕對值≤1級的面積占該范圍內總耕地面積的64.33%，旱地區等級變化絕對值≤1的面積占該范圍內總耕地面積的53.2%，這說明水田區耕地地力評價“級”與農用地自然質量“等”不僅面積變化少，而且變化的幅度較小，分布基本一致，而旱地區“等”“級”之間面積變化較多，變化幅度也相對較大，兩者之間存在一定的偏差。

從“等”“級”變化的轉移強度進行分析，耕地地力評價“級”和農用地自然質量“等”相比，負變化的面積均大于正變化的面積，水田區和旱地區負變化的面積比例分別為 38.97%、46.15%，正變化的面積比例分別為31.48%、34.19%，這說明同一評價單元耕地地力評價“級”較多低于農用地自然質量“等”，以農用地自然質量分等為基準，耕地地力評價“級”向高等級轉化的強度小于向低等級轉化的強度。

3.2 耕地地力評價結果與農用地自然質量分等結果的銜接

為了進一步確定農用地自然質量分等與耕地地力評價結果的關系，分別對水田區和旱地區農用地自然質量分等單元指數與耕地地力評價單元指數進行定量分析，利用SPSS軟件對2組數據作相關性分析，并繪制相關性散點圖。從圖1可看出，兩者的波動趨勢相似，存在一定的線性關系。水田區和旱地區的相關系數分別為0.724 7、0.425 5，統計檢驗得出的相伴概率均小于0.01，說明兩者呈顯著正相關，進而對數據進行函數擬合，通過檢驗，在置信度0.01的情況下，兩者之間的相關關系較為顯著，進一步說明農用地自然質量等指數(y)和耕地地力評價指數(x)之間有較強的線性回歸關系。對回歸系數進行檢驗，得出相伴概率均小于0.01，證明該回歸方程有意義。水田區(式4)和旱地區(式5)的擬合關系式如下：

y=3 155.3x+168.95；

(4)

y=1 577.9x+1 552.5。

(5)

通過對水田區和旱地區的農用地自然質量指數與耕地地力評價綜合指數進行分析，可以看出兩者結果的波動趨勢基本一致，且水田的相關性高于旱地，二者均呈正線性相關，經過擬合關系，得出兩者之間相互轉化的線性模型，應用以上模型，可實現農用地自然質量分等和耕地地力評價結果數據之間的銜接轉換，達到資源共享的最大化。

4 結論與討論

本研究以貴溪市為例，基于水田和旱地2個研究區域，對農用地自然質量分等和耕地地力評價結果之間的轉換關系進行研究，通過對比分析，農用地自然質量等與耕地地力評價級之間存在較好的一致關系，研究結果如下：

(1)從等級變化分析，旱地區的“等”“級”差異程度大于水田區，說明水田區的耕地地力評價和農用地自然質量分等表現出較好的一致性，而旱地差異則相對較大。

(2)從面積變化分析，水田區等級變化絕對值≤1級的面積比例遠高于旱地區，說明水田區耕地地力評價“級”與農用地自然質量“等”與旱地區相比，面積變化少，且變化幅度較小，分布一致性更好。

(3)從移動強度變化分析，耕地地力評價“級”和農用地自然質量“等”在水田區和旱地區負變化的面積均大于正變化的面積，體現出一定的方向強度，以農用地自然質量分等為基準，耕地地力評價“級”向高等級轉化的強度小于向低等級轉化的強度。

(4)對兩者數據進行擬合分析，發現存在較好的線性關系，由此建立農用地自然質量分等和耕地地力評價之間的線性回歸模型，實現研究區內兩者之間的相互銜接和轉換。

本研究從耕地地力評價與農用地自然質量分等的共性和差異性出發，研究兩者之間的關系，未研究其與農用地利用等、農用地經濟等之間的銜接關系，如何將耕地地力評價與農用地分等結果進一步銜接，有待深入研究。

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