三調耕地分等中全國標準耕作制度體系的確定

安萍莉 陳思宇 孟麗君 江 麗

(1.中國農業大學 土地科學與技術學院，北京 100193；2.自然資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193)

第三次全國國土調查要求摸清自然資源家底，主要任務包括細化耕地調查、摸清耕地質量家底[1]。耕地分等調查評價是耕地質量調查的重要手段，基本思路是應用聯合國糧農組織(FAO)基于土地承載力計算的“農業生態區法”(AEZ)，以一定耕作制度、田間管理技術、勞動與物化投入條件下耕地光溫或氣候生產潛力計算結果為基礎，進一步考慮耕地利用水平和經營水平，逐級修正并劃分出耕地自然質量等、利用等和經濟等，使得全國耕地質量統一可比[2]。標準耕作制度作為耕地分等的控制性參數，其作用是通過標準耕作制度分區，選取各分區具有代表性的種植制度作為標準耕作制度，使同一分區在相同或相似的標準耕作制度水平下計算耕地生產力，最終使全國耕地分等結果公平和可比[3-5]。

上一輪耕地分等中的標準耕作制度是依據各地區普遍采納的實際種植制度確定的[5]。然而最近20～30年，市場經濟快速發展、城市化進程加快，種植業比較經濟效益下降，很多經濟發達地區出現撂荒、棄耕或者季節性棄耕現象[6]，例如長江中下游地區出現大面積雙季稻改種單季稻現象且呈逐年增加趨勢[7]。地區普遍采納的實際種植制度與資源本底不符，不能較好反映區域耕地真實的利用潛力和生產力優勢[8]，難以適應第三次全國國土調查“摸清家底”的要求和新一輪耕地分等需求。

因此，本研究的目的是以資源本底屬性為切入點，對標準耕作制度的定義、確定原則、確定方法及結果進行重新界定與更新，首先構建標準耕作制度分區基本框架，進一步確定不同分區能最大限度發揮土地生產潛力的標準耕作制度，以期為第三次全國國土調查和耕地分等評價提供依據，為摸清耕地質量家底奠定必要的基礎。

1 標準耕作制度定義與確定原則

1.1 標準耕作制度的定義

標準耕作制度是耕作制度的標準化，耕作制度是一個地區農業種植制度及與之相適應的養地制度的綜合技術體系[5]，標準耕作制度也應包括這2個方面，但由于各地養地方式難以統一，從耕地分等的角度看，可以將其視為能滿足農作物種植的適宜管理培肥措施，標準耕作制度重點考慮種植制度，即當地熟制、作物組成配置與種植方式(間作、套種和輪連作)。

上一輪提出的標準耕作制度是地區普遍采納的作物和作物組合類型，以實際播種面積占比超過一定比例為準[4]。本研究不再將“普遍采納”作為標準耕作制度的關鍵性定義而強調本底優勢，提出新的定義，標準耕作制度是基于自然資源本底，對當前經濟社會發展水平、生產條件和技術水平下的農作方式進行標準化，反映地域分工特點與作物生態適宜性，能最大限度、可持續地發揮資源優勢與生產潛力，不造成生態破壞的典型農作方式。

1.2 確定標準耕作制度的原則

根據標準耕作制度的定義，確定某一地區的標準耕作制度須遵循以下原則：

1)遵循自然資源適宜性，發揮資源本底潛力。確定標準耕作制度必須以充分發揮資源優勢與生產潛力為前提，尊重糧食生產的自然適宜性，合理配置區域農業自然資源(土地資源、水資源和氣候資源等)，對于受價格和政策等因素影響短期作物結構調整引起的熟制調減不能將其作為標準耕作制度。如當前南方由于經濟快速發展出現的耕地撂荒或種植一季稻行為，不符合農業發展趨勢與國家耕地資源調查大背景，不能將其確定為標準耕作制度。

2)體現區域特色與地域分工。我國地域遼闊，光溫水土等自然資源以及地形地貌復雜多樣，由此形成東西南北各異的農業布局，在制定地區作物布局方案時，要強調因地種植，根據當地自然條件合理選擇適宜種植的作物，趨利避害，發揮優勢。因此，在確定標準耕作制度時應該因地制宜，結合地域分異規律選擇合理的耕作制度。

3)體現可持續發展資源優勢。標準耕作制度的確定以用養地結合、可持續地發揮資源優勢、不造成生態破壞為前提，最大限度降低作物災損率，減少地區農業生產風險及約束限制因素，確定高產、穩產、高效和良性循環的標準耕作制度。

4)典型性與簡單性原則。對于生態適宜性、種植方式相近模式，將小宗作物向大宗作物靠近(如莜麥、燕麥向小麥靠近)；在間、套作形式多樣地區，選擇種植面積較大、產量適中的一、二種作為標準；從四大主糧出發，將復雜模式向簡單化模式靠近(如小麥/玉米||大豆簡化為小麥/玉米)。

5)體現農業技術進步。農業技術現代化會引起種植制度的變化，同時能有效挖掘當地耕地生產潛力。標準耕作制度的確定應結合作物種植優勢和農業發展趨勢，盡可能考慮大面積的平播方式，而減少復雜的間作和套作模式，以利于機械化作業。

2 方法與數據

2.1 確定標準耕作制度的方法

熟制和作物組成配置是標準耕作制度的兩大要素，自然資源本底是形成標準耕作制度的基礎環境，其中氣候資源本底較為關鍵，地理地形格局進一步決定了水熱再分布。標準耕作制度確定的基本思路是基于經過地形校正和優化的氣候資源本底和作物生態適宜性，確定當地潛在的最優耕地利用方式。在遵循上述原則的基礎上，確立步驟：第一，考慮地形要素與水熱資源之間的相關性，得到經過地形校正的積溫、降水空間分布；第二，基于地區農業氣候資源(以積溫、降水為主)，根據熟制對水熱資源的要求確定不同區域能夠實現的最大熟制即潛在最大熟制；第三，根據不同作物(作物組合)的生態適宜性，確定能夠最大限度利用地區氣候資源本底的作物組成配置，結合作物種植優勢和農業發展趨勢，最終確定全國不同區域的標準耕作制度，如圖1所示。

圖1 標準耕作制度確定方法Fig.1 Determination method of standard farming system

2.1.1熟制對水熱資源的要求

標準耕作制度的重要指標之一是熟制。熟制的劃分主要以熱量條件為主，水分條件決定了在熱量得到基本滿足的情況下熟制是否能得到保障，同時由于不同作物對水分需求和反應存在較大差異，水分進一步決定了熟制下的作物類型和布局。綜合前人的研究[9-11]，得出的熟制劃分基本依據如表1所示。

表1 熟制劃分標準Table 1 Division criteria of muti-cropping system

2.1.2作物及作物類型對水熱資源的要求

除熟制外，作物類型是標準耕作制度的具體指標。由于氣候資源本底差異及各種作物或作物組合類型不同的生態適應性(表2和表3)，形成了不同作物種植適宜區。因此，確定一個地區的標準耕作制度，要通過分析作物對不同生態環境的要求以及不同地區氣候資源的特點，分析作物構成和耕作制度的合理性，并適當評價作物適宜性的變化趨勢。

2.2 數據來源

本研究主要的數據源有：1)氣象數據。全國1981—2010累年逐日氣象數據集包括輻射值、日平均氣溫以及逐日降水量數據等，共2 122個站點，來源于中國氣象數據網(http:∥data.cma.cn/)；2)作物物候期數據。不同作物生育期數據來源于中國農作物生長發育和農田土壤濕度旬值數據集(1991—2008)，共799個站點，來源于中國氣象數據網(http:∥data.cma.cn/)；3)農業生產數據。來源于課題組1980—2015年每隔5年全國縣級農業統計數據,包括作物播種面積、產量、單產等數據，并以三調耕地分等定級全國各地上報數據為輔助依據；4)遙感數據。DEM高程數據、2015年土地利用遙感監測數據等來源于中科院資源環境數據云平臺(http:∥www.resdc.cn/)；5)行政區劃數據。2018年行政區劃矢量數據來源于課題組數據集;6)其他數據。相關區劃成果來源于相關文獻書籍[12-17]。

3 標準耕作制度確定結果

3.1 標準耕作制度分區

標準耕作制度分區反映區域間作物種類、作物結構和熟制的差異性，標準耕作制度分區首先劃定了三大熟區，在此基礎上劃分了一、二級區，過程如下：

1)三大潛在熟區的劃定。①建立≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫、年降水量與經緯度、海拔之間的多元線性回歸模型，利用ArcGIS柵格計算器分別得出≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫和年降水量的柵格空間分布圖，定量確定全國氣候資源本底，如圖2；②將≥0 ℃ 積溫、≥10 ℃積溫、年降水量空間分布圖疊加，利用經驗頻率曲線法，得到80%保證率下過渡區優化水熱資源空間分布圖；③根據熟制劃分依據得到宏觀尺度的標準耕作制度潛在最大熟制空間分布圖，由于熟制之間的地理界限并非絕對的，因此在各個熟區之間劃定一定的過渡帶，如圖3所示。

表2 不同作物對水熱條件的要求Table 2 Requirements for hydrothermal conditions of different crops

表3 不同復種方式對水熱條件的要求Table 3 Requirements for hydrothermal conditions in different multiple cropping methods

2)一、二級區的劃分。一級區與二級區是依據地區自然資源稟賦條件、農作方式空間分異規律進行的分區歸并。劃分指標是綜合的，包括地貌、降水、熱量、熟制與作物類型等。在標準耕作制度熟制分區基礎上，結合我國地勢格局差異和區域光溫水土分異規律，確定了12個一級區，51個二級區，如圖4所示。

3.2 不同分區標準耕作制度的確定

根據地理地形格局及氣候資源本底等確定了標準耕作制度三大潛在熟區與一、二級區后，根據不同作物以及組合類型生長所需的水熱資源條件，得到了不同作物適宜性空間分布圖(圖5)，結合標準耕作制度確立原則，確定了不同區域的標準耕作制度如表4所示。

圖2 氣候資源本底條件Fig.2 Climate resource background conditions

圖3 熟制分區Fig.3 Multi-cropping system zoning

4 與上一輪的差異

4.1 以潛在熟制表征地區資源本底

本研究不再將作物播種面積占比作為決定性因素，而是以當地資源本底條件(農業氣候資源、地形地貌等)與作物生態適宜性原理為核心來確定標準耕作制度，以潛在最大熟制直接表征地區資源本底和耕地生產潛力，將全國劃分為一熟區、二熟區、三熟區和非種植區，并通過各種數據進行驗證分析證明了其可行性。以江西地區為例，自1990—2015年江西省單季稻種植比例呈大幅增長趨勢[7]，如果按照上一輪以播種面積占比作為關鍵性標準，那么在部分集中種植單季稻地區一熟中稻將被確定為標準耕作制度，但本研究根據其資源本底確定標準耕作制度為三熟油-稻-稻，并通過驗證證明三熟制確能在江西實現。從1992—2008年江西農業氣象觀測作物生育期的數據來看，14個站點均有早稻、晚稻和油菜農業觀測數據(表5)，符合油-稻-稻種植；同時對1990年江西各縣作物播種面積進行分析，早晚稻面積遠大于一季中稻；閆慧敏等[18]和左麗君等[19]采用遙感解譯該地區也均有三熟種植分布，歷史種植習慣和生產現狀均表明三熟制油-稻-稻的現實合理性。與實際復種指數相比，三熟制是未來農業集約發展的方向，同時表征該地區耕地的復種潛力，體現生產力優勢和實際耕地質量。

圖4 標準耕作制度分區Fig.4 Standard farming system zoning

圖5 不同作物及組合類型生態適宜種植區分布圖Fig.5 Ecologically suitable growing areas for different crops and combinations

表4 不同區域特征及標準耕作制度確定結果Table 4 Characteristics and determination results of standard farming systems of different zoning

表4(續)

表5 江西省作物物候期觀測數據Table 5 Observation data of crop phenology in Jiangxi Province 月/旬

圖6 云南省標準耕作制度分區Fig.6 Zoning of standard farming system in Yunnan Province

4.2 突出溫度、地形等要素引起的區間局部熟制差異

溫度、地形的局部分異會引起熟制的較大差異從而對耕地質量產生較大影響，需要將其差異性區別開來，而上一輪并沒有對部分地區存在的溫度帶、地形海拔的較大分異予以考慮。本研究標準耕作制度分區相比上一輪進行了細化，對原二級區內地形地貌較復雜地區進行了細化調整和作物生態適宜性確定。如上一輪的二級區云南高原區橫跨中亞熱帶與南亞熱帶，南北熱量差異較大，因此熟制上存在較大差別。本輪將其細分為云南高原滇中盆地區和云南高原滇南中山寬谷區，前者位于中亞熱帶，海拔高，地勢起伏大，以一年二熟、一年一熟混合制為主。后者位于南亞熱帶，起伏小，存在谷地，以一年三熟和一年二熟混合制為主。同樣，因溫度、地形引起局部熟制差異而進行的細分還包括江南中部山地區、吐哈盆地等地區，調整后的分區能更客觀準確地表征資源本底，體現真實的土地利用潛力。

5 結 論

本研究依據氣象數據與地理空間數據，采用定量化分析方法建立地理要素與氣候要素的關系，得到經過地形校正和優化的全國水熱資源分布，依據熟制劃分標準得到不同水熱資源條件下的全國潛在熟制空間分布，根據熟制和作物生態適宜性差異進一步劃分了12個標準耕作制度一級區和51個標準耕作制度二級區，結合作物種植優勢和農業發展趨勢，確定了不同分區以熟制、作物組成配置為核心的標準耕作制度，反映了各耕作區在資源稟賦承載力下具有最大生產潛力的典型農作方式，為耕地質量調查和農用地分等定級提供有力支撐。本輪標準耕作制度確立的特點在于：

1)標準耕作制度是基于當地氣候資源本底和作物生態適宜性確定的地區潛在最優農地利用方式。標準耕作制度確定結果可反映潛在最大熟制，規避了由于市場化進程加快而出現的熟制調減卻被確定為當地標準耕作制度的情況，通過比較與實際熟制的差異，可以有方向地挖掘耕地生產潛力。

2)采用定量化方法建立地理要素與氣候要素的關系，分析了地理要素對水熱資源分配及作物組成配置的影響，更客觀、精確地反映出我國各地區氣候資源稟賦條件與標準耕作制度潛力。

標準耕作制度是區域土地利用的“標桿”，是地區最典型的反映土地資源潛力與優勢的農作方式。標準耕作制度的確定為三調耕地分等“摸清耕地質量家底”提供有力支撐，同時適應未來農業的發展要求，便于合理調控農業綜合生產能力，為區域糧食生產挖潛提供方向。