基于土地功能評價的環渤海鹽堿地宜耕性確定
——以河北省黃驊市為例

陳 影， 張 利， 楊江燕， 門明新

(河北農業大學國土資源學院，河北保定 071000)

隨著人口數量的增加以及人們用地空間的擴大，一些地區的人地矛盾逐步凸顯出來，合理開發利用鹽堿地等未利用地是解決這一矛盾的有效方法之一。進入新世紀以來，隨著人們生活水平提高及用地需求增大，耕地面積逐漸不能滿足人們的需求，資源、人口、環境等問題進一步加劇。社會發展和經濟持續進步的重要前提是確保耕地的數量、質量。習近平總書記曾說“手中有糧，心中不慌”，糧食問題關乎國家的穩定和長治久安。進行鹽堿地等土地開發，確保耕地的數量和質量，其開發合理性至關重要，合理開發未利用地的前提是進行科學的宜耕性評價。土地具有多功能性，不同區域的土地功能可能存在極大差異，土地功能的種類及高低直接影響土地利用適宜性的高低。土地所具有的生產功能可以為人們提供各種農產品，相對于其他功能來說是最核心也是最基礎的功能，事關國家的長治久安。

土地具有的為人們提供農產品的能力是一種穩定屬性，它是在長期的自然環境影響和人為作用下逐漸構成的。許皞等認為土地生產力屬于土地的基本功能，是提供農產品和生產效益的能力[1]。20世紀30年代，我國開始進行土地生產力的定量化研究，但前期以土地的潛力評價為主[2]，隨著計算機、GIS等技術方法的發展與進步，前人從土地退化的原因入手分析了土地生產功能的影響指標[3-4]，竺可楨分別從氣候、作物生理等角度探討了土地生產功能[5]；黃秉維等結合太陽輻射原理，通過對比不同的有效光合利用系數，統計了我國不同地區的光溫潛力[6-7]。我國學者從20世紀80年代初也開始對土地生產力進行系統研究，周兆德等針對我國作物類型的不同、區域的不同開展了相關問題的探討[8-10]。張鳳榮等根據土地的自然屬性調查了土地后備資源[11]。從以上專家學者的研究可以看出，前期土地生產力評價多集中于農用地[12-13]。環渤海鹽堿地由于受人類經濟、社會活動的干擾比較少，生產力方面的評價研究也相對較少[14]。鹽堿地宜耕性是土地生產功能的外在體現，基于土地功能評價的鹽堿地宜耕性評價具有可操作性和科學性[15]，依據其結果確定鹽堿地的開發利用方向可以在遵循土地自然屬性、內在規律的基礎上實現。

本研究首先辨析了環渤海鹽堿地的土地結構，篩選環渤海鹽堿地生產功能的主要影響指標，構建鹽堿地生產功能等級劃分的評價體系，進而利用層次分析法模型計算篩選的指標權重，并基于加權指數和法建立了環渤海鹽堿地生產功能評價框架，挖掘鹽堿地生產功能與耕地適宜性的內在邏輯關系，在功能評價結果基礎上確定環渤海鹽堿土地的宜耕性，并以黃驊市為案例區進行了方法檢驗。

1 研究區域概況

黃驊市是位于東北亞環渤海經濟隆起帶中心位置的縣級市，位于38°09′～38°39′N，117°05′～117°49′E之間。2015年市域總面積為2 391.36 km2。該市東邊與渤海相鄰，其海岸線總長達到65.8 km。全市共327個行政村。全市陸地總面積為2 260.6 km2。

黃驊市在黑龍港流域，該區的主要地貌類型為海岸地貌。氣候類型為海洋性氣候。黃驊市土壤類型主要為沼澤土、潮土、鹽土。黃驊市鹽堿土地的總面積截至2015年達到 33 176 hm2。

根據黃驊市經濟統計年鑒，自20世紀80年代以來黃驊市人口不斷增加，2015年全市總人口為45.4萬。截至2015年，全市地區生產總值達到237億元；近幾年來，黃驊市經濟發展很快，財政收入達到了20.3億元。

2 數據來源

2.1 遙感影像數據來源

通過解譯黃驊市TM遙感數據，得到了鹽堿地及其他土地利用類型數據，在同一投影系統下，建立黃驊市遙感影像分類體系，利用ArcGIS軟件中的空間分析工具，通過柵格重分類方法，將土地類型合并為耕地、建設用地、園地、水域、鹽堿地等6類，形成獨立的柵格文件，之后將這些獨立柵格圖通過Arctoolbox功能模塊轉換成ASCⅡ格式。在這些數據基礎上對遙感影像進行提取地類及數據檢驗工作。

2.2 外業調查數據來源

該研究以國土部環渤海野外科學觀測研究基地為依托，整理收集并總結了土地利用現狀數據、土壤類型分布圖等數據。布設樣點300多個，2014年7月進行了樣點數據的初步采集工作，并在2016年4月進行了補測。

收集研究區域調查樣點數據后，在實驗室對全部土樣數據進行化驗測定，測定土壤的pH值、有機質含量、含鹽率等信息。對于其他信息，例如土體構型數據、地下水埋深數據、土地覆被等，均通過外業走訪調查或處理遙感數據實現。本研究所用氣象數據是在中國氣象數據資源網獲取的。根據河北省農業地質大調查數據，收集并化驗了黃驊市域土壤的Cd、Pb、As、Cu等數值(mg/kg)作為鹽堿地宜耕性評價的基礎數據。

3 研究方法

3.1 土地生產功能指標選取及權重確定方法

3.1.1 指標篩選及權重確定模型 在進行鹽堿地功能評價因素的選取時，指標的確定根據評價的尺度、研究區的實際情況、范圍的不同來確定。選擇土地生產功能評價的參評因素時，首先構架了土地的“結構—屬性—功能—影響指標”框架，通過對黃驊市鹽堿地進行深入分析可以看出，其主要受自然因素制約(圖1)，所以黃驊市鹽堿地結構由土壤、水等自然因素組成，通過分析，在黃驊市鹽堿地結構中對其生產功能影響最大的因素為土壤中的含鹽量，當土壤中的可溶性鹽含量過高時，會導致土壤溶液的滲透壓增高，從而極大阻礙農作物有效吸收水分，進而影響作物正常生長。同時，受一些可溶性堿性鹽的影響，土壤pH值也會升高。對于環渤海鹽堿土地而言，要采取有效措施優化土地的組成結構，才能從根本上增加農作物的產量。針對研究區域特點，確定評價指標的相對重要程度可以使用層次分析法等方法。

層次分析法分析模型對評價指標之間相對重要程度的判斷更科學，可信度也更大。在對評價指標重要程度進行排序后，還可以根據指標對結果的貢獻程度進行取舍，因此該方法既可以確定評價指標權重，又可以用于確定指標的取舍，將定量分析與定性分析充分結合。本研究在指標選擇及指標權重確定時使用了層次分析法。采用該方法時，是以土地生產功能的等級劃分為主要目標，在該目標下選擇若干參評因素，建立評價因素的層次結構，對所選取的指標通過比較兩兩的重要程度，先進行初步判斷，再計算矩陣的特征向量，進而確定各評價指標對土地生產功能的貢獻大小，貢獻小的評價指標舍去，最終確定環渤海鹽堿地生產功能的評價指標體系。

3.1.2 評價因素等級及評價單元的確定

3.1.2.1 評價指標的分等及賦值 評價指標分等、賦值采用級位指數法，先分別劃分各生產功能評價指標的等級，再給每個指標等級進行量化、賦值即可，在賦值時一般采用等差數列的方法，該方法能有效反應各評價等級之間的差異。

3.1.2.2 評價單元的確定 基于地塊法劃分評價單元。該方法的優點在于，能夠有效避免由于單元的劃分而打破地塊邊界，對于得出的評價結果，在指導每個環渤海鹽堿地的地塊將來的開發方向時更具科學性，且更便于操作。本研究中宜耕性評價中評價單元選取時依據的是土地利用更新調查時確定的斑塊作為土地生產功能的評價單元。

3.1.2.3 評價結果等級劃分方法 在對鹽堿地功能評價結果進行等級劃分時，采用自然斷點法。系統通過對分類間隔的識別，可以對評價結果進行最科學的分組，這種分級方法可以使各個類別之間的差異最大化。在進行等級劃分時系統會在數值差異相對較大的地方設置邊界，從而實現分級。

3.1.3 系統評價模型的構建 鹽堿地生產功能評價模型采用加權指數和法。在對評價結果進行分級時，主要參考的是參評指標的實際條件以及評價單元的差異性，對選取的指標值進行賦值，以進一步得到評價單元不同參評指標的分值。加權指數和法的優點是充分考慮了各評價指標對結果的貢獻，是目前我國土地評價中比較常用的方法。

加權指數和法計算公式為

(1)

式中：Ri表示第i個單元的評價分值；Wj表示第j個因素的權重；Fij表示第i個評價單元、第j個因素的分值；n為評價因素的總數。

3.1.4 生產功能與宜耕性的關系確定 土地各種功能是土地的固有屬性，而土地使用方式只是其外在體現，是人們出于自身需求，基于土地的固有屬性而對土地的保護、改造、使用的過程。在土地開發的長期歷程中，人類通過總結土壤肥力特征、探索自然規律逐步形成了穩定的土地利用結構。根據這個邏輯關系，本研究提出通過鹽堿地生產功能的評價結果確定鹽堿地的宜耕性(圖2)。

4 黃驊市鹽堿地生產功能評價

4.1 指標篩選及權重的確定

在黃驊市鹽堿地生產功能評價指標體系中，每個評價因素都會影響生產功能的高低，但各個評價因素影響程度不同，根據在生產功能評價過程中對綜合評價結果的影響大小劃分主次，采用層次分析法確定了評價指標及其權重。

黃驊市鹽堿地較多，且大部分受人為因素干預少，處于待開發的狀態。基于土地功能的“結構—屬性—功能—影響指標”框架，結合黃驊市影響耕地質量的因素，篩選生產功能評價指標。利用層次分析法，結合對評價結果的貢獻程度對各指標進行科學排序，去除非重要因素后，篩選得出如下環渤海鹽堿區生產功能評價指標：土壤有機質的含量、土壤中的鹽分含量、土壤的質地、土的構型、鹽堿地地下水埋深。

用層次分析法對評價因素進行排序及確定權重時，首先應用層次分析法對選取的5個評價因素構建層析分析模型，在層次分析模型中，評價因子屬于因素層。在確定權重時，利用其重要性進行兩兩對比分析，并賦以相應的數值。由此得出各指標的分級定量值，并建立指標判斷矩陣。

通過向專家咨詢和參考前人研究成果，對Yaahp軟件建立的矩陣經過反復調整，使其CR值小于0.1，并用式(2)計算了一致性指標。

(2)

式中：n表示反判斷矩陣A的階數，λmax表示最大特征值，最后計算得出：CR=CI/RI=0.025 6<0.1。

利用Yaahp軟件，計算得出各個評價因素的權重見表1。

表1 各參評因子權重值

4.2 評價因素的量化

確定土地生產功能各個參評因素的權重之后，進一步對各參評因子進行量化分級。對評價指標的分級量化，可以定量化一些定性的因素指標，可以使評價結果的精度更高。在確定評價因素分級值行時，可以采用評價數據的平均值法、專家咨詢法、行業標準法等方法。本次研究中，根據黃驊市鹽堿地的實際情況，參考大量文獻及前人做法，基于級位指數法將評價指標體系中各個因素劃分為4個等級，并對評價因素進行分級及定量化，再對每個級別以0～100分進行打分，分值越高代表級別越高，并制定了黃驊市鹽堿地生產功能評價因素量化分級表。結合GIS工具的空間分析功能，在前期制定分級表的基礎上對調查數據進行空間分析，獲取每個評價指標的分級結果。評價因素的分級及賦值如下：

4.2.1 土壤質地 根據黃驊市鹽堿地的實地調查及分析化驗的土壤數據，參照土壤質地的分級表(表2)，將各個評價單元的土壤質地級別用GIS工具進行空間插值，得到黃驊市鹽堿地的土壤質地分布圖。通過GIS的空間分析功能可以看出黃驊市鹽堿地的土壤質地中中壤和輕壤為主要質地類型，只有南排河鎮有部分重壤土分布(圖3)。

表2 黃驊市土壤評價指標分級量化

4.2.2 土壤有機質含量 對黃驊市鹽堿地進行實地土壤采樣，室內測定所得數據，根據土壤有機質含量的分級表(表2)，將各個評價單元的土壤質地級別用GIS空間插值得到相應圖層，得出環渤海鹽堿區土壤的有機質含量等級分區圖。從圖中可以看出，在黃驊市的鹽堿地中，有機質含量范圍在3.2～27.5 g/kg之間，其中有機質含量為≥15 g/kg的面積最少，而呂橋鎮有機質含量≥15 g/kg的鹽堿地面積最大；南排河鎮和新村回族鄉均沒有有機質含量在10～<15 g/kg的鹽堿地(圖4)。

4.2.3 黃驊市鹽堿地地下水埋深分級 將各個評價單元的地下水埋深級別用GIS空間插值得到相應圖層，得出區域鹽堿地地下水埋深等級分布圖(表2、圖5)。

4.2.4 黃驊市土壤鹽分分級 將各個評價單元的土壤鹽分含量級別用GIS空間插值得到相應圖層，得出區域鹽堿地土壤鹽分含量等級分布圖(表2、圖6)。

4.2.5 黃驊市土體構型分級 將黃驊市各個評價單元的土體構型級別用GIS空間插值得到相應圖層，得出區域鹽堿地土體構型分級量化表及等級分布圖(表2、圖7)。

4.3 黃驊市鹽堿土地生產功能評價

利用加權指數和法，對黃驊市鹽堿地每個評價單元的生產功能進行評價，基于自然斷點法將評價結果劃分4個等級，來表達生產功能的高低。依據綜合指數值確定了劃分界限，運算得到的各個土地功能評價單元的指數值，最終得到相應生產功能等級，并用數字1、2、3、4來表示，數字越大生產功能越高。最終的評價結果如圖8所示。

5 結果分析

5.1 基于生產功能評價的宜耕性確定

土地功能與適宜性存在必然的邏輯關系，土地利用方式是土地功能的外在體現，鹽堿地生產功能決定著其宜耕性。環渤海鹽堿地生產功能的大小決定了鹽堿地的宜耕性，而土地宜耕性表征土地生產功能大小。鹽堿地生產功能和宜耕性具有等級對應關系(表3)。

表3 土地生產功能與宜耕性對應關系

5.2 黃驊市鹽堿地宜耕性結果分析

根據鹽堿地生產功能評價結果，將黃驊市鹽堿地宜耕性劃分為4個等級，評價結果如下(表4、圖9)。

5.2.1 高度適宜區 根據評價結果，在黃驊市鹽堿地中高度適宜作為耕地的面積為9 455.74 hm2。主要分布在中捷管理區、羊二莊回族鎮以及南大港管理區。這些地區地勢平坦開闊，交通便利，土壤基質狀況較好，農業基礎設施相對來說比較完善，比較適合農業生產。

5.2.2 較適宜區 經過統計匯總分析可以看出，黃驊市較適宜作為耕地的鹽堿地面積為12 862.42 hm2。總體看分布范圍較廣，但主要集中在中捷管理區的南部，羊三木回族鄉，黃驊鎮的東北部，羊二莊回族鎮的西北部，另外齊家務鄉和滕莊子鄉也有分布。

5.2.3 勉強適宜區 據表8可以看出，黃驊市勉強適宜作為耕地的鹽堿地面積為9081.31hm2。 主要分布在中捷農場、南大港管理區的交界地帶，舊城鎮的東北部以及羊二莊回族鎮的西北及西南部，另外，官莊鄉、黃驊鎮的西部、常郭以及滕莊子鄉等鄉鎮也有分布。

表4 黃驊市各鄉鎮未利用地宜耕性分布

5.2.4 不適宜區 通過對黃驊市鹽堿地宜耕性分析，該地區不適宜開發為耕地的鹽堿地面積為4 411.11 hm2。主要分布在黃驊鎮的南部、南排河鎮、羊二莊回族鎮的西南及西北部，常郭鎮、南大港管理區也有分布。這些地區的土壤鹽分含量大，其他耕作條件也不太好，不利于農業生產項目的開展。

6 結論與討論

在進行環渤海鹽堿地生產功能評價過程中，根據研究區氣候、土壤、人類活動等條件，因地制宜的選取評價因素。結合前人研究成果及黃驊市土地結構篩選了土地功能評價因素，并利用評價模型對黃驊市鹽堿地生產功能進行了評價，進而對黃驊市鹽堿地宜耕性進行分級，并確定了其空間區位。統計結果顯示，黃驊市鹽堿地中較適宜作為耕地的面積最大，達到12 862.42 hm2，高度適宜作為耕地的鹽堿地也達到了 9 455.74 hm2，說明黃驊市鹽堿地開發為耕地的潛力很大。

土地具有多重功能，這些功能又是由土地結構決定的。土地結構如果發生變化，必然導致土地功能的轉變，人們在長期的土地利用過程中通過土地利用方式的變化來響應土地功能的變化，反之土地功能的高低也一一對應著土地利用適宜性的高低。環渤海鹽堿地幾乎不受人為因素干擾，其主要受穩定、長期的自然因素影響，在這種作用下，鹽堿地是具有生產功能的，所以基于土地功能評價的環渤海鹽堿地宜耕性評價，是確定其最佳開發利用方向的科學手段。土地功能的確定及影響因素的篩選的核心目的是為了生產實踐，例如預測土地利用行為、科學理評價土地功能的大小，確定未利用地最佳開發利用方式等。土地適宜性評價是分析土地開發方式的前提，同時也是土地功能的外在表現，因此，依據鹽堿地生產功能評價結果進行宜耕性評估具有科學性、可操作性。根據這個特點，本研究創新性地提出通過土地生產功能評價確定鹽堿地宜耕性。研究方法和結果可以指導環渤海鹽堿地的適宜性評價、開發利用等土地管理工作，對形成科學合理的土地利用格局及當地的社會、經濟、環境的科學發展極具借鑒意義。

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