基于可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價體系構(gòu)建與應(yīng)用

溫良友，孔祥斌※，張蚌蚌，孫曉兵，辛蕓娜，張青璞

基于可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價體系構(gòu)建與應(yīng)用

溫良友1,2，孔祥斌1,2※，張蚌蚌3，孫曉兵1,2，辛蕓娜1,2，張青璞1,2

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學土地科學與技術(shù)學院，北京 100193；2. 自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點實驗室，北京 100193；3. 西北農(nóng)林科技大學經(jīng)濟管理學院，楊凌 712100）

為滿足新時期耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”管理工作需要，保障國家耕地資源安全，需要對耕地質(zhì)量進行評價。該文從人類對耕地資源的層次需求出發(fā)，分析了耕地質(zhì)量評價的理論框架，構(gòu)建了地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度的耕地質(zhì)量評價指標體系，并對大興區(qū)耕地質(zhì)量進行評價。結(jié)果表明：在高產(chǎn)高效需求條件下，優(yōu)等地占耕地總面積的88.27%，良等地占11.73%；在綠色健康需求條件下，優(yōu)等地占耕地總面積的73.61%，良等地占26.39%；在可持續(xù)發(fā)展需求條件下，優(yōu)等地占耕地總面積的3.03%，良等地占52.30%，中等地占40.39%，低等地占4.27%。空間分布上，高產(chǎn)高效需求、綠色健康需求和可持續(xù)發(fā)展需求三者的耕地質(zhì)量評價結(jié)果均呈現(xiàn)東部偏高，西部偏低的趨勢。通過比較不同需求條件下耕地質(zhì)量評價結(jié)果，耕地健康狀況和耕地生物特性對耕地質(zhì)量影響較大。該項研究為耕地質(zhì)量提升提供科學依據(jù)，為國家耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)管護提供有效支撐。

土地利用；耕地質(zhì)量；等級；指標體系；綜合算法；大興區(qū)

0 引 言

耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的生產(chǎn)資料，對國家糧食安全和農(nóng)民生產(chǎn)生活具有基礎(chǔ)性與保障性作用[1-2]。《中共中央國務(wù)院關(guān)于加強耕地保護和改進占補平衡的意見》（中發(fā)﹝2017﹞4號）要求，著力加強耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護，著力加強耕地管控、建設(shè)、激勵多措并舉保護[3]。因而，合理利用土地和切實保護耕地是土地開發(fā)、利用與保護工作的重中之重。21世紀以來，國家各部委對耕地質(zhì)量評價和保護做了大量工作。原國土資源部頒布的《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[4]、《農(nóng)用地質(zhì)量定級規(guī)程》[5]等一系列針對耕地質(zhì)量評價的國家標準，側(cè)重耕地資源保護，確保規(guī)劃確定的耕地保有量，組織實施基本農(nóng)田劃定，監(jiān)督占用耕地補償制度執(zhí)行情況，以滿足土地稅收、土地流轉(zhuǎn)、土地補償?shù)男枰辉h(huán)境保護部則根據(jù)各地土壤環(huán)境狀況，通過頒布《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》[6]對耕地的環(huán)境和健康狀況進行評價，承擔從源頭上預防、控制環(huán)境污染和環(huán)境破壞的責任，強調(diào)對耕地資源開發(fā)利用的環(huán)境影響評價，以評估經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)生的土壤污染問題；原農(nóng)業(yè)部頒布的《耕地質(zhì)量等級》[7]、《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》[8]，側(cè)重耕地地力評價，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，強化對耕地資源的利用與管理，以達到國家糧食安全和食物安全的需求目標。由于時代發(fā)展使人們對耕地質(zhì)量需求不一致以及各部門的責任差異，致使各部門對耕地質(zhì)量評價的側(cè)重點有所區(qū)別，原國土資源部關(guān)注耕地數(shù)量質(zhì)量保護、原農(nóng)業(yè)部側(cè)重耕地質(zhì)量保護、原環(huán)境保護部重視耕地土壤環(huán)境保護。當前國家要求加強耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護，形成耕地的整體保護格局，而碎片化的耕地質(zhì)量管理方式無法支撐當前耕地保護管理的需要，亟需構(gòu)建基于國家需求的耕地質(zhì)量評價指標體系，以滿足當前耕地質(zhì)量評價保護管理工作的需要。

目前，國內(nèi)學者對耕地質(zhì)量的認識不斷深化，主要從耕地土壤質(zhì)量、生態(tài)質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、管理質(zhì)量以及經(jīng)濟質(zhì)量、美學與文化質(zhì)量等方面對耕地質(zhì)量內(nèi)涵進行界定[9-15]，并構(gòu)建評價指標體系。如孔祥斌、溫良友等從耕地利用系統(tǒng)角度，基于要素-過程-功能的物質(zhì)能量循環(huán)與人類需求的匹配，構(gòu)建了耕地質(zhì)量認識框架，并提出了未來發(fā)展趨勢[16-17]；辛蕓娜等認為耕地質(zhì)量包括耕地土壤質(zhì)量、生態(tài)質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量以及管理質(zhì)量4個維度特征，并采用限制系數(shù)法進行評價[18]；奉婷等從耕地的自然質(zhì)量、利用條件、空間形態(tài)與生態(tài)安全4個方面綜合界定耕地質(zhì)量并進行評價[19]；錢鳳魁等從耕地自然質(zhì)量與立地條件綜合分析耕地質(zhì)量情況，為高標準基本農(nóng)田的劃定提供依據(jù)[20]；馬瑞明等為突顯工程性投入對耕地質(zhì)量的影響，從土地條件、工程條件和限制因素3個方面構(gòu)建評價指標體系進行省域耕地質(zhì)量評價[21]。國外研究主要關(guān)注土壤質(zhì)量[22-23]，并從土壤質(zhì)量擴展到土壤健康領(lǐng)域，認為土壤健康是指土壤在生態(tài)系統(tǒng)和土地利用范圍內(nèi)，維持生物生產(chǎn)力、維護環(huán)境質(zhì)量、促進動植物和人類健康的能力[24-25]，將土壤健康與土壤功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉相結(jié)合[26-27]，綜合評定土壤質(zhì)量對人類需求的滿足程度[28-30]；Bünemann等系統(tǒng)總結(jié)了國際上土壤質(zhì)量的概念、內(nèi)涵以及指標選取的頻度[31]，從土壤的物理特性、化學特性、生物特性3個方面對土壤的綜合質(zhì)量進行評價[32]。從目前研究看，耕地質(zhì)量評價的認識、理論與方法在不斷深化，不斷體現(xiàn)時代發(fā)展要求和公眾需求特征，但當前研究主要集中于以生產(chǎn)能力為核心的耕地質(zhì)量評價，對于耕地健康狀況、耕地土壤生物活性層面的生態(tài)質(zhì)量關(guān)注不足，而如何將國家和公眾對耕地資源的需求與耕地質(zhì)量評價相結(jié)合，如何滿足國家耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護政策的要求，目前還尚未進行系統(tǒng)分析和總結(jié)，也尚未從需求角度構(gòu)建耕地質(zhì)量評價指標體系。因此，迫切需要探索基于不同需求層次的耕地質(zhì)量評價體系，以滿足國家對耕地資源的管理需要。

本文從需求導向出發(fā)，通過分析當前經(jīng)濟條件下，國家和公眾對耕地資源需求變化對耕地質(zhì)量的要求，以及耕地利用系統(tǒng)各組成要素在相互作用過程中對耕地質(zhì)量的影響，在滿足國家和公眾對耕地資源高產(chǎn)高效、綠色健康和可持續(xù)利用的需求下，以北京市大興區(qū)為例，構(gòu)建基于地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性的耕地質(zhì)量評價指標體系，評價高產(chǎn)高效、綠色健康和可持續(xù)利用需求下的耕地質(zhì)量狀況，從而為國家落實耕地保護政策提供理論依據(jù)和參考。

1 理論框架及指標體系構(gòu)建

1.1 理論框架

耕地是經(jīng)過人類開墾用以種植農(nóng)作物并經(jīng)常耕耘的土地，是一種特定的土地利用類型[33]。從人類對耕地資源的需求看，人們對耕地質(zhì)量認識的發(fā)展，源于人類需求的不斷變化發(fā)展。耕地質(zhì)量作為耕地利用的核心，其內(nèi)涵從早期單一目標的耕地基礎(chǔ)地力擴展到涵蓋耕地適宜性、生產(chǎn)潛力、生態(tài)安全及可持續(xù)性等諸多方面[15,34-35]，人們對耕地質(zhì)量的認識經(jīng)歷了“自然耕地質(zhì)量-自然經(jīng)濟耕地質(zhì)量-多重屬性的耕地質(zhì)量”發(fā)展過程。社會經(jīng)濟發(fā)展的階段不同，人們的需求也會隨之不同。在社會經(jīng)濟發(fā)展的低級階段，國家和公眾對耕地資源的首要需求是如何高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，以滿足公眾最基本的溫飽需求。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在國家和公眾對耕地資源的需求驅(qū)動下，從保證糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，到生產(chǎn)過程高效便利，到生產(chǎn)的糧食是綠色健康，再到耕地資源可持續(xù)利用。這說明人類對耕地資源的需求隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展具有多樣性特征。耕地質(zhì)量評價的深化與發(fā)展在一定程度上正是為了滿足人類對耕地資源不斷變化的需求。

從耕地資源角度看，耕地系統(tǒng)是由自然因素和利用因素組成的自然社會綜合體[36-38]。耕地自然因素包括氣候、地貌、土壤，是相對穩(wěn)定、短時間內(nèi)難以改變的。耕地利用是由人類活動所決定的，主要包含耕地基礎(chǔ)設(shè)施條件、農(nóng)作物、勞動投入、機械投入等多種社會經(jīng)濟因素，是相對易變且會隨著利用水平不斷提高。耕地系統(tǒng)各因素通過光合作用、養(yǎng)分循環(huán)、水分循環(huán)等過程相互組合與作用形成了耕地質(zhì)量特性，如適耕性、養(yǎng)分有效性、水分有效性等，耕地質(zhì)量特性在不同地域空間尺度上的差異導致耕地質(zhì)量的差異性。

圖1 耕地質(zhì)量評價理論框架

國家和公眾對耕地資源需求的多元性與耕地質(zhì)量的差異性表明，不是所有耕地資源都能完全滿足人類的需求。目前國家和公眾對耕地資源的需求已經(jīng)從高產(chǎn)高效轉(zhuǎn)換到高產(chǎn)高效、綠色健康以及可持續(xù)利用。因此，為了在耕地質(zhì)量評價中綜合反映耕地高產(chǎn)高效、耕地健康狀況和可持續(xù)利用狀況，本研究從耕地地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度進行耕地質(zhì)量指標體系構(gòu)建。地形特征、土壤性狀和耕作條件是耕地高產(chǎn)高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。地形特征反映區(qū)域耕地整體地形狀況，直接影響田塊坡度；耕地土壤性狀對土壤養(yǎng)分循環(huán)、水循環(huán)等過程具有重要影響，是作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)。地形特征具有宏觀性，土壤性狀具有微觀性，兩者結(jié)合共同反映耕地進行作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件。耕作條件反映耕作便利程度，體現(xiàn)耕作效率。耕地地形特征、土壤性狀和耕作條件3個維度相結(jié)合是目前耕地質(zhì)量評價的主要方面，反映耕地滿足高產(chǎn)高效需求的程度。耕地健康狀況體現(xiàn)作物是否受到重金屬污染，反映作物生長環(huán)境。耕地健康狀況和地形特征、土壤性狀、耕作條件4個維度相結(jié)合評價耕地滿足綠色健康需求的程度。耕地生物特性體現(xiàn)耕地土壤生物活性。耕地生物特性和耕地健康狀況、地形特征、土壤性狀、耕作條件5個維度相結(jié)合評價耕地滿足可持續(xù)利用需求的程度。

1.2 指標體系的構(gòu)建

根據(jù)圖1的耕地質(zhì)量評價理論框架，分別從地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況、耕地生物特性5個維度構(gòu)建耕地質(zhì)量評價指標體系（表1），參考《農(nóng)用地分等規(guī)程》、《農(nóng)用地定級規(guī)程》、《耕地質(zhì)量等級》和《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)程》等，以主導性、保護性、區(qū)域性、可持續(xù)性、社會認可性為原則，綜合運用頻度分析法和專家咨詢法對評價指標進行篩選，選取能夠充分反映耕地質(zhì)量各維度特征的指標。其中，地形特征主要考慮當?shù)馗貐^(qū)域背景，以地形部位和田面坡度表征，地形部位反映耕地所處的中小地貌單元狀況，田面坡度體現(xiàn)耕地的傾斜程度；土壤性狀主要考慮耕地土壤的物理、化學指標，如土壤有機質(zhì)、有效土層厚度等；耕作條件用田塊規(guī)整度、田間道路通達度、灌溉保證率和排水條件4個指標表征；耕地健康狀況主要考慮耕地土壤中的重金屬含量和灌溉水環(huán)境質(zhì)量；耕地生物特性國外主要以土壤蚯蚓數(shù)量和土壤微生物生物量進行表征[31,39]，但是在實際操作過程中，由于土壤微生物生物量存在不易保存、化驗和分析費時且花費過高以及與氣候、季節(jié)、濕度相關(guān)性高等問題，而土壤蚯蚓數(shù)量相對較易獲得，因此，本文選取土壤蚯蚓數(shù)量用以表征耕地生物特性。由于氣候條件在縣域相差不大，本文暫不考慮氣候條件對耕地質(zhì)量的影響。

表1 耕地質(zhì)量評價指標體系

1.3 評價方法

1.3.1 耕地質(zhì)量指數(shù)計算

用地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況、耕地生物特性5個維度綜合評價耕地質(zhì)量，而這5個維度在耕地質(zhì)量評價過程中，并不是簡單相加，對耕地質(zhì)量高低起著關(guān)鍵性制約作用的維度，將其作為限制系數(shù)對耕地質(zhì)量進行修正。地形特征和土壤性狀是耕地的自然屬性，耕作條件是人類為高效利用耕地而對耕地所進行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一定意義上可以理解為是對耕地自然屬性的補充。耕作條件的改善一方面可以提高糧食產(chǎn)量，另一方面可以減少勞作時間和降低投入成本。

土壤受到污染后，污染物會沿著食物鏈進入人體，對人身體健康構(gòu)成威脅。污染物在一定濃度范圍內(nèi)，雖不會使作物減產(chǎn)，但是降低了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)[40]，嚴重影響了耕地的可持續(xù)利用，如果直接利用求和的方法，其對耕地質(zhì)量的影響會明顯弱化。本文參照辛蕓娜等[18]耕地質(zhì)量評價方法，將耕地健康狀況作為一種限制性維度，與其他維度相乘。

土壤生物是土壤具有活力的體現(xiàn)，在土壤形成和發(fā)育過程中起著重要作用。土壤生物直接或間接的參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)等生物化學反應(yīng)與過程，其種類及活性直接或間接地影響土壤肥力的形成和發(fā)展。因此，土壤生物是評價土壤質(zhì)量的重要指標之一[41]。土壤生物雖然不能直接提高作物產(chǎn)量，但可以間接地通過改變土壤物理化學性質(zhì)影響耕地質(zhì)量。從耕地可持續(xù)利用出發(fā)，本文認為耕地生物特性應(yīng)作為一種限制性要素，應(yīng)與其他維度相乘。

高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量評價，主要考慮地形特征、土壤性狀、耕作條件3個維度，計算公式為

式中1表示高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量指數(shù)；1表示地形特征指數(shù)；2土壤性狀指數(shù)；3表示耕作條件指數(shù)。

綠色健康需求的耕地質(zhì)量評價，主要考慮地形特征、土壤性狀、耕作條件和耕地健康狀況4個維度，因此耕地質(zhì)量指數(shù)計算公式為

式中2表示綠色健康需求的耕地質(zhì)量指數(shù)；表示耕地健康狀況系數(shù)。

可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價，主要考慮地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度，因此耕地質(zhì)量指數(shù)計算公式為

式中Q表示綜合需求的耕地質(zhì)量指數(shù)；表示耕地生物特性系數(shù)。

1.3.2 地形特征指數(shù)、土壤性狀指數(shù)、耕作條件指數(shù)計算

本文利用指數(shù)和法，分別計算地形特征指數(shù)、土壤性狀指數(shù)、耕作條件指數(shù)。計算公式為：

式中1表示地形特征指數(shù)；2土壤性狀指數(shù)；3表示耕作條件指數(shù)；W表示第個維度下第個指標的權(quán)重；S表示第個維度下第個指標的分值。

1.3.2 耕地健康狀況系數(shù)計算

目前土壤健康狀況評價采用的方法主要是土壤單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法。單項污染指數(shù)法主要評價土壤中某種重金屬元素的污染程度。內(nèi)梅羅（Nemerow）污染指數(shù)法是反映各個重金屬元素對土壤的不同作用，突出高濃度重金屬對環(huán)境質(zhì)量的影響[42]。

式中為土壤污染綜合指數(shù)；P為土壤中重金屬的單因子指數(shù)；C為重金屬的實測含量（mg/kg）；S為重金屬的評價標準值（mg/kg）；表示土壤重金屬元素的數(shù)量。

耕地健康狀況系數(shù)（）采用“1”的累加模型，即以未受到污染耕地為基準“1”，依據(jù)灌溉水環(huán)境、土壤重金屬對應(yīng)分級標準進行累加，但當灌溉水環(huán)境和土壤重金屬中任意一項分值超過警戒線（土壤重金屬綜合污染指數(shù)大于3.0，灌溉水環(huán)境為污染），則健康狀況系數(shù)為0。

1.3.3 耕地生物特性系數(shù)計算

耕地生物特性系數(shù)：

式中a表示每個地塊土壤蚯蚓數(shù)量對應(yīng)的分值。

2 研究區(qū)域概況、數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 研究區(qū)域概況

北京市大興區(qū)位于北京市南郊，東臨北京行政副中心通州區(qū)，南臨河北省固安縣、霸州市等，地處39°26￠~39°50￠N，116°12￠~116°43￠E，位于北京灣小平原上。全區(qū)共轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地面積為103 633.66 hm2，其中耕地總面積為40 814.57 hm2，占全區(qū)土地總面積的38.38%。地勢自西北向東南傾斜，海拔15~45 m，坡度0.8‰~1.0‰，屬暖溫帶半濕潤季風氣候，年平均氣溫11.5 ℃，年平均降雨量568.9 mm。土壤類型主要為褐土，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)有少量風沙土和固定沙丘分布。

2.2 數(shù)據(jù)來源

行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來自大興區(qū)2014年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)。有效土層厚度、土體構(gòu)型、耕層質(zhì)地數(shù)據(jù)來自北京市第二次土壤普查數(shù)據(jù)（1∶50 000）。障礙層類型及距地表深度、礫石含量、灌溉保證率、排水條件數(shù)據(jù)來自大興區(qū)2014年耕地質(zhì)量等別更新數(shù)據(jù)庫。地形部位和田面坡度主要依據(jù)中國海拔（digital elevation model，DEM）空間分布數(shù)據(jù)（來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），數(shù)據(jù)類型為柵格，數(shù)據(jù)精度為30 m′30 m）。有機質(zhì)含量、土壤容重、土壤重金屬、土壤蚯蚓數(shù)量等為2017年105個土壤實際采樣點的實測數(shù)據(jù)（圖2）。田間道路、耕作距離利用大興區(qū)2014年土地利用變更數(shù)據(jù)通過ARCGIS計算獲得。

圖2 大興區(qū)采樣點空間分布圖

2.3 評價指標分級及權(quán)重確定

指標分級及賦分規(guī)則分別依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T28407-2012）、《農(nóng)用地質(zhì)量定級規(guī)程》、《土地質(zhì)量地球化學評價規(guī)范》、《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》（HJ/T332-2006）、《耕地質(zhì)量等級》、《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)研究成果確定。采用層次分析法確定各指標權(quán)重。指標分級、賦分規(guī)則及權(quán)重如表2、表3。

表2 耕地質(zhì)量（除耕地健康狀況）評價指標、賦分及權(quán)重

表3 耕地健康狀況指標分級及賦值

3 不同需求條件下耕地質(zhì)量評價結(jié)果分析

3.1 基于高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量評價結(jié)果

基于高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量評價，大興區(qū)耕地質(zhì)量指數(shù)主要分布在[77.92，98.77]，依托ArcGIS，運用等間距法，將耕地質(zhì)量指數(shù)為5等，耕地質(zhì)量指數(shù)[80，100]、[60，80）、[40，60）、[20，40）和[0，20）分別為優(yōu)等地、良等地、中等地、低等地和差等地。大興區(qū)耕地質(zhì)量主要為優(yōu)等地和良等地，優(yōu)等地占耕地總面積的88.27%，良等地占耕地總面積的11.73%，大興區(qū)沒有中等地、低等地和差等地。從空間分布來看（圖3），優(yōu)等地主要分布在大興區(qū)的東部、東北部和中部地區(qū)，以長子營鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)也均有分布，這些地區(qū)土壤條件相對較好，土壤質(zhì)地為壤土；良等地主要分布在大興區(qū)的西部和南部地區(qū)，以龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)為主，主要因為這2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤質(zhì)地條件為砂質(zhì)，有機質(zhì)含量相對較低。

圖3 基于高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量等級空間分布

3.2 基于綠色健康需求的耕地質(zhì)量評價結(jié)果

基于綠色健康需求的耕地質(zhì)量評價，大興區(qū)耕地質(zhì)量指數(shù)主要分布在[62.34，98.77]之間，依托ArcGIS，運用等間距法，將耕地質(zhì)量指數(shù)為5等，耕地質(zhì)量指數(shù)[80，100]、[60，80）、[40，60）、[20，40）和[0，20）分別為優(yōu)等地、良等地、中等地、低等地和差等地。結(jié)果表明，大興區(qū)耕地質(zhì)量主要為優(yōu)等地和良等地，優(yōu)等地占耕地總面積的73.61%，良等地占耕地總面積的26.39%，大興區(qū)沒有中等地、低等地和差等地。從圖4空間分布來看，優(yōu)等地主要分布在大興區(qū)的東部、東北部和中部地區(qū)，以長子營鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)也均有分布，這些地區(qū)土壤條件相對較好，土壤質(zhì)地為壤土，無污染；良等地主要分布在大興區(qū)的西部地區(qū)，以龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)為主，主要因為這2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤健康狀況相對較差，耕地存在輕微污染。

圖4 基于綠色健康的耕地質(zhì)量等級空間分布

3.3 基于可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價結(jié)果

基于耕地可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價，大興區(qū)耕地質(zhì)量指數(shù)主要分布在[31.31，98.76]，依托ArcGIS，運用等間距法，將耕地質(zhì)量指數(shù)為5等，耕地質(zhì)量指數(shù)[80，100]、[60，80）、[40，60）、[20，40）和[0，20）分別為優(yōu)等地、良等地、中等地、低等地和差等地。圖5 為基于可持續(xù)需求的耕地質(zhì)量等級空間分布。

圖5 基于可持續(xù)需求的耕地質(zhì)量等級空間分布

大興區(qū)耕地質(zhì)量主要以良等地和中等地為主，良等地占區(qū)域耕地面積的52.30%，中等地占40.39%，優(yōu)等地和低等地所占比例較少，分別僅占耕地總面積的3.03%和4.27%，大興區(qū)沒有差等地。大興區(qū)優(yōu)等地在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有少量分布，主要零星分布在青云店鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和禮賢鎮(zhèn)，該區(qū)域土壤質(zhì)地多為壤質(zhì)，土體構(gòu)型以通體壤為主，灌排及道路通達度高，且耕地生物特性狀況較好，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此耕地質(zhì)量等級相對較高。

耕地質(zhì)量等級為良等地，主要分布在大興區(qū)的東部、中部和南部地區(qū)，以采育鎮(zhèn)、長子營鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)為主，這些區(qū)域雖然耕作條件和生物特性狀況相對較好，土壤質(zhì)地多為壤質(zhì)，但是部分地區(qū)為砂質(zhì)，土體構(gòu)型以砂/黏/砂為主，蓄水保肥能力相對較差，因此耕地質(zhì)量等級稍低。

中等地除了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有些許分布外，主要分布龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)的西北部；低等地主要分布在龐各莊鎮(zhèn)的北部和南部。這些區(qū)域土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)或黏質(zhì)，剖面構(gòu)型多以夾層質(zhì)地和體層質(zhì)地為主，蓄水保肥能力差，有機質(zhì)含量較低，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，另外，耕地生物特性狀況較差，因此，耕地質(zhì)量等級相對較低。

3.4 不同需求條件下耕地質(zhì)量評價結(jié)果對比分析

在不同需求條件下，對耕地質(zhì)量評價結(jié)果進行分析比較（表4）。在高產(chǎn)高效需求條件下，耕地質(zhì)量主要以優(yōu)等地和良等地為主，優(yōu)等地占耕地總面積的88.27%，良等地占耕地總面積的11.73%。在綠色健康需求條件下，耕地質(zhì)量以優(yōu)等地和良等地為主，但是優(yōu)等地占耕地總面積的比例比高產(chǎn)高效需求條件下優(yōu)等地比例減少了14.66%，良等地比例相應(yīng)增加了14.66%，這表明耕地健康狀況對大興區(qū)耕地質(zhì)量具有較明顯的影響。可持續(xù)發(fā)展需求條件下的耕地質(zhì)量評價結(jié)果，與高產(chǎn)高效需求和綠色健康需求條件下的耕地質(zhì)量評價結(jié)果相比，出現(xiàn)了較大變化，優(yōu)等地僅占耕地總面積的3.03%；良等地和中等地分別占耕地總面積的52.30%和40.39%，兩者面積均有較大增長；此外，還出現(xiàn)了低等地，占耕地總面積的4.27%。這說明在當前化肥農(nóng)藥高投入和耕地生態(tài)環(huán)境不斷惡化條件下，耕地生物特性對耕地質(zhì)量的影響較大，已成為制約耕地質(zhì)量提升的重要因素。因此從地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度評價耕地質(zhì)量，符合人類對耕地資源可持續(xù)發(fā)展的需求，也符合國家耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”管理的需求。

表4 不同需求條件下耕地質(zhì)量評價結(jié)果

4 討 論

耕地質(zhì)量評價是一項復雜的、涉及自然因素和社會經(jīng)濟因素的綜合評價，評價結(jié)果的客觀性和實踐性一直是人們關(guān)注的重點問題。本文在綜合考慮耕地質(zhì)量各影響因素的基礎(chǔ)上，基于國家和公眾對耕地資源的需求，構(gòu)建了耕地質(zhì)量評價體系，并對大興區(qū)的耕地質(zhì)量進行了評價，豐富了耕地質(zhì)量評價理論，但仍存在不足：

1）在評價體系構(gòu)建中，所選指標能較好反映耕地質(zhì)量各維度特征。按照指標選取的可行性原則，本文主要選擇易獲取的指標，而對較難獲取或者在實踐過程中花費較大的指標沒有選用。由于土壤生物特性指標在采集過程中易受氣候因素影響，因此本文僅采用了土壤蚯蚓數(shù)量這個指標，導致所選指標無法全面體現(xiàn)耕地生物特性，一定程度影響了耕地質(zhì)量評價結(jié)果。

2）本文構(gòu)建的耕地質(zhì)量評價指標體系涉及的指標種類較多，存在數(shù)據(jù)年份不一的現(xiàn)象；部分指標的分級標準不夠細化。因此，在后續(xù)的評價過程中，盡量采用同一年份的最新數(shù)據(jù)，細化各指標的分級標準，使分級標準更細致、客觀，增強評價結(jié)果的客觀性和實用性。

3）在不同需求層次下，國家和公眾對耕地資源需求的變化會導致耕地質(zhì)量評價的變化。基于高產(chǎn)高效需求的耕地質(zhì)量評價體系主要從地形特征、土壤特性、耕作條件3個維度構(gòu)建評價，以滿足耕地管理中占補平衡的需要。新時期耕地質(zhì)量評價和管理，不僅要滿足占補平衡需求，同時要滿足耕地綠色健康和可持續(xù)發(fā)展需求，因此，需要從地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度構(gòu)建評價體系，以滿足當前的需求，但是在評價過程中如何實現(xiàn)全國可比，仍需進一步深化研究。

5 結(jié) 論

本文根據(jù)人類對耕地資源的需求層次變化、耕地利用系統(tǒng)組成因素及各因素之間的相互關(guān)系，按不同需求層次特征與耕地資源供給匹配方式，構(gòu)建了地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度的耕地質(zhì)量評價指標體系，并對北京市大興區(qū)的耕地質(zhì)量進行了評價。主要結(jié)論如下：

1）高產(chǎn)高效需求條件下，大興區(qū)主要以優(yōu)等地和良等地為主，優(yōu)等地占耕地總面積的88.27%，良等地占11.73%；從空間分布上看，優(yōu)等地主要分布在大興區(qū)的東部、東北部和中部地區(qū)，良等地主要分布在大興區(qū)的西部和南部地區(qū)。

2）綠色健康需求條件下，大興區(qū)優(yōu)等地占大興區(qū)耕地總面積的比例為73.61%，良等地占26.39%；從空間分布上看，優(yōu)等地主要分布在大興區(qū)的東部、東北部和中部，良等地主要分布在大興區(qū)的西部。

3）可持續(xù)發(fā)展需求條件下，大興區(qū)優(yōu)等地占耕地總面積的3.03%，良等地占52.30%，中等地占40.39%，低等地占4.27%；從空間分布上看，優(yōu)等地在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有少量分布，良等地，主要分布在大興區(qū)的東部、中部和南部，中等地主要分布龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)的西北部，低等地主要分布在龐各莊鎮(zhèn)的北部和南部。

對不同需求條件下耕地質(zhì)量評價結(jié)果進行分析比較，耕地健康狀況和耕地生物特性已成為影響耕地質(zhì)量提升的重要因素。從地形特征、土壤性狀、耕作條件、耕地健康狀況和耕地生物特性5個維度評價耕地質(zhì)量，符合人類對耕地資源可持續(xù)發(fā)展的需求，也符合國家耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”管理的需求。

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Construction and application of arable land quality evaluation system based on sustainable development demand

Wen Liangyou1,2, Kong Xiangbin1,2※, Zhang Bangbang3, Sun Xiaobing1,2, Xin Yunna1,2, Zhang Qingpu1,2

(1.100193,; 2.100193,; 3.712100,)

The evaluation of arable land quality is one of the important means to protect and manage arable land. In order to meet the needs of current arable land management work and protect the safety of national arable land resources, it is necessary to establish an arable land quality index system to evaluate the arable land quality. Based on the change of human demand for arable land resources, the components of arable land use system and the relationship between various components of arable land use system, this paper systematically expounded the theoretical framework of arable land quality evaluation，and the evaluation index system of arable land quality was established by the matching of different demand hierarchy characteristics of human and supply of arable land resources. The evaluation index system of arable land quality consisted of five dimensions: geology characteristics, soil traits, farming conditions, health status of arable land and biological characteristics of arable land. According to the different characteristics of each dimension of arable land quality, suitable evaluation methods were selected. The three dimensions of geology characteristics, soil traits and farming conditions were calculated by using the weighted additive. The health status of arable land is calculated by the “1+” cumulative model; the biological characteristics of arable land were calculated by coefficients. Then, the quality of arable land for high yield and high efficiency demand was evaluated by the method of additive, and the quality of arable land for green health and sustainable development was evaluated by the method of revised. The quality of arable land in Daxing District of Beijing was evaluated by using multi-source and multi-scale data. The results showed that the evaluation results of arable land quality in Daxing District were divided into five grades at equal intervals of 20 points. The arable land quality index [80,100] was excellent, [60, 80) was good, [40, 60) was medium, [20, 40) was lower, and [0, 20) was poor. Under the conditions of high yield and high efficiency, the excellent area accounted for 88.27% of the total arable land, the good accounted for 11.73%. Under the condition of green health demand, the excellent accounted for 73.61% of the total arable land, and the good accounted for 26.39%. Under the conditions of sustainable development demand, the excellent accounted for 3.03% of the total arable land, and the good accounted for 52.30%, medium accounted for 40.39%, and lower accounted for 4.27%. From the perspective of space, the results of arable land quality evaluation of high yield, high efficiency, green health and sustainable development demand were all high in the east and low in the west. By comparing the results of arable land quality evaluation under different demand conditions, the area of arable land in excellent is decreasing, while the area of arable land in good, medium and lower is increasing. The health status of arable land and the biological characteristics of arable land have become important factors affecting the quality improvement of arable land. Research conclusions are that the evaluation index system of arable land quality based on sustainable development demand can provide effective support for the evaluation and management of arable land, and is more in line with the national quantity, quality and ecological management needs of arable land.

land use; arable land quality; grading; indicator system; integrated algorithm; Daxing District

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.030

F323.21

A

1002-6819(2019)-10-0234-09

2018-11-05

2019-04-14

國家自然科學基金面上項目（41771561）；教育部人文社科基金（17YJA630040）；全國耕地健康產(chǎn)能試點與技術(shù)體系完善（20170502）；國家自然科學基金青年項目（41801210）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目（2019TC096）

溫良友，博士生，研究方向為耕地資源評價。Email：wenly@cau.edu.cn

孔祥斌，教授，主要從事土地資源評價、利用與保護研究。Email：kxb@cau.edu.cn

溫良友，孔祥斌，張蚌蚌，孫曉兵，辛蕓娜，張青璞. 基于可持續(xù)發(fā)展需求的耕地質(zhì)量評價體系構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2019，35(10)：234－242. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.030 http://www.tcsae.org

Wen Liangyou, Kong Xiangbin, Zhang Bangbang, Sun Xiaobing, Xin Yunna, Zhang Qingpu. Construction and application of arable land quality evaluation system based on sustainable development demand [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 234－242. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.030 http://www.tcsae.org