干旱區耕地質量預警分析
——以鄯善縣為例

王俊文，劉新平

（新疆農業大學，烏魯木齊 830052）

0 引言

耕地作為一種戰略資源，它的各方面指標跟國家糧食安全緊密聯系在一起，尤其體現在數量指標和質量指標方面，所以在維護國家糧食安全方面意義重大[1]。耕地問題在我國是非常突出的問題，一方面由于總人口數量多，導致每個人的耕地資源量少，另一方面耕地總體質量不容樂觀[2]。耕地數量的變化已經觸目驚心了，然而緊接著耕地質量又出現更糟糕的問題。我們要知道，耕地質量的變化不是在表層就可以看出來的，因為它的變化是非常隱形的，不易察覺的，耕地質量的輕微變化都會對社會經濟、政治產生廣泛影響，甚至存在威脅[3]。當下隨著環境污染的加劇，耕地資源變得非常寶貴，而可開發的和待開發的耕地資源又少之又少，因此，在保障國家糧食機器運行安全的情況下，我們要提高耕地質量的建設。我們現在的任務已經不僅僅是保護耕地數量這樣一個簡單問題了，而是要在耕地數量保持不變的情況下，向數量、質量并重的方向發展。但是從長期的發展情況來看，各級部門在耕地數量方面一直高度重視，而對耕地質量的關注則嚴重不足[4]。我國2019年中央一號文件再次出臺關于三農問題的文件，其中就耕地質量問題提出很多具體措施。本文所研究的耕地質量預警就是在國家政策和號召之下，對國家某個具體地區耕地質量進行分析、預測、作出警度預報，為國家治理各地方的耕地提供一個參考。這些年研究耕地質量的也不少，大多是從全國范圍內，或者從預警方法方面研究的較多，但是缺少對新疆某些地區耕地質量的預警研究[5-6]。新疆鄯善縣位于中國西北部地區，屬于干旱地區，由于受到氣候、水資源短缺、村鎮建設缺乏合理規劃和布局等因素的影響，造成耕地質量非常差，水土矛盾突出，植被稀疏，生態環境惡劣，從而耕地質量沒有得到更有效的管理和利用[7]。本文將結合新疆鄯善縣耕地質量的現狀，選出對耕地土壤屬性、自然環境條件以及農田基本建設影響比較大的指標，對鄯善縣耕地質量進行比較細致的研究。

1 數據來源與方法

1.1 研究區域和數據來源

本文根據2007-2018年的調查數據對新疆鄯善縣耕地質量進行研究。鄯善縣屬于吐魯番地區，處于庫木塔格山北麓，大名鼎鼎的火焰山就在此，當地氣候屬于溫帶大陸性氣候，降雨量很少，氣候干燥。鄯善縣土壤資源豐富，共計47萬畝，而該地區水資源很少，嚴重不足，導致灌溉耕地受限，屬于干旱地區[8]。氣候條件的不利，導致該地區各種綠色植被非常稀少，土壤荒漠化嚴重。

鄯善縣耕地質量等級變化監測點是全國耕地質量檢測布控點之一，如圖1，同時在2018年12月，農業農村部把該地區列入農產品優勢區名單。本研究所采用的耕地質量相關數據來自《2018年度新疆維吾爾自治區耕地等別監測評價分析報告》《吐魯番地區統計年鑒》（2007-2018年）。

圖1 鄯善縣采樣點

1.2 研究方法

本研究采用熵權法對各項指標進行劃分，熵權法的主要步驟：一是對各個數據進行規范化處理，二是把規范好的指標進一步標準化處理，三是計算指標比重，四是最終對數據進行權重的確定[9]。

明確了熵權法計算的各指標權重，接下來利用相關性分析，挑選更為重要的指標。通過回歸預測模型，再根據統計軟件分析，以時間為自變量X，通過應用上述模型，對2020-2030年速效鉀，有機質，地面坡度，常年降雨量和灌溉保證率進行預測，并且進行警度預報。

1.3 鄯善縣預警體系構成

1.3.1 警情指標的層次結構及指標選取

根據耕地質量預警的內涵，結合鄯善縣耕地質量的特點和問題以及專家的建議，選取具有代表性的指標，指標劃分包括目標、準則、指標三個層次；目標層是對描述對象作一個說明；準則層通過三個方面，分別是耕地土壤屬性、自然環境條件、農田基本建設，對目標層做一個具體的分析；指標層反映準則層3個子系統的狀態[10]，如表1。

表1 鄯善縣警情指標體系構成

1.3.2 警情指標的權重確定及篩選

運用熵權法對預警指標的準則層和指標層各項指標進行權重的確定，并且根據計算的結果對預警指標進行篩選。本文選擇的都是權重占比大的指標，以此對鄯善縣耕地質量進行預測[11]，計算結果如表2。

表2 耕地指標相關性表

通過相關性分析鄯善縣耕地質量預警的9個指標發現：速效鉀、常年產量水平、灌溉保證率的顯著性值均小于0.01，屬于極顯著相關；有機質、地面坡度的顯著性值介于0.01-0.05之間，屬于顯著相關；速效磷、耕層厚度、常年降雨量、林網化程度與耕地質量在相關性分析中呈現不相關。所以，選取速效鉀、常年產量水平、灌溉保證率、有機質、地面坡度對鄯善縣耕地質量存在的警情進行分析，預報警度。

2 結果與分析

2.1 鄯善縣警情分析

2.1.1 警情指標警度劃分

警度的劃分是一定需要警限來作為一個根據的，這篇文章結合系統化方法，結合多數原則、中數原則、均數原則[12]，來確定其閾值，繼而結合鄯善縣的實際情況進行了警度劃分，并以鄯善縣速效鉀變化為例，說明警度、警限確定的原則。鄯善縣速效鉀數據按由高到低的順序排列，如表3。

表3 速效鉀排序表

多數原則：根據表中速效鉀的時間順序，總共12個年份，我們從高到低選擇其三分之一的部分作為無警警限，因此，選中了2014年的160.22mg/kg作為速效鉀的無警警限，剩余其它數值按相等距離進行劃分，分別是輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

中數原則：就是要從高到低確定中間數值或者中間兩位數值的平均值，來作為無警的警限，根據表格數據得到是157.51mg/kg。以157.51mg/kg與最小數值之間按相等距離進行劃分，分別是輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

均數原則：2007年后速效鉀警情指標的平均數是165.50mg/kg。剩余的數值按相等距離劃分為輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

綜合分析以上三種原則，采用三者均值作為無警下限值，對速效鉀，有機質，地面坡度，常年產量水平和灌溉保證率的警度劃分見表4。

2.1.2 耕地質量警情分析

經過警度劃分標準，分析得到2007年到2018年鄯善縣速效鉀，有機質，地面坡度，常年降雨量和灌溉保證率的警度見表5。

由表5可知：（1）鄯善縣耕地中包含的速效鉀含量呈曲折減少的趨勢，維持在156mg/kg左右浮動，在2007年和2009年一度出現巨警警度，在2011年和2012年警度稍微降低一些，出現警度減輕的好轉局面，然而從2015年到2017年情況繼續惡化，出現重度警情，到了2018年，警度再次的降低，出現無警的狀態。探究其原因我們可以得知：在國家對新疆建設大力支持的背景下，為新疆經濟的發展帶來了契機，鄯善縣緊緊抓住這個機會，社會經濟各方面都有很大的發展，同時還吸引了大量內地的外來人口，然而耕地資源是有限的，不能滿足大量的人口涌入，人們不得不大量噴灑農藥和化肥，造成土壤質量下降。（2）有機質呈先嚴重后緩和警情。在監測的早些年份，有機質呈現重警的狀態，尤其是2007年和2009年，警度很高。而自從進入2010年以來的近8年，總體情況很樂觀，但也偶爾伴隨著出現輕警的狀態，唯獨2018年出現巨警的警度。究其原因是，有機肥投入太少導致耕地質量下降，但是最近幾年，測土配方的利用對耕地有很大幫助，土壤有機質含量又有所回升。（3）地面坡度的警情在近12年呈逐漸好轉的趨勢，警情從巨警到無警的變化，尤其在2015年到2018年呈現無警的狀態，警度值低至4.59，4.62，4.62和4.73度，其實從2014出現中警的狀態后，就應該敏銳的感覺到有緩解的趨勢。從2007年到2013年，總體呈現巨警狀態，除了個別年份出現無警之外，其他年份均為巨警狀態，如2010年出現4.52度的無警狀態。出現這種情況的原因是2015年之前坡度過大，水土流失嚴重，現如今，國家明確規定不可以對坡度＞25°的地面進行開墾。（4）常年產量水平的警情呈現先減緩后加重的狀態，從2007年到2010年警度由巨警到輕警的好轉，2012年到2015年，警情變為無警，說明這4年的常年產量水平保持不錯。是由自然原因和認知原因共同促成的，更多的是人為因素，國家大力支持“三農”的建設，而到了2016年，2017年，2018年警情加劇變為中警，而經營條件，種植習慣等條件都會造成產量水平降低。（5）灌溉保證率總體趨于穩定，基本圍繞80%上下波動，波動幅度不大。鄯善縣是一個缺水非常嚴重的地區，出現這種情況的原因是，蓄水工程少，水資源綜合效益偏低。為此鄯善縣政府提出很多措施，如實施退耕還水，積極推進水權改革，優化用水結構。

表4 鄯善縣耕地質量警情指標警度劃分

表5 鄯善縣耕地質量警情指標的警度

2.2 鄯善縣耕地質量利用的警度預報

本文將從耕地質量的耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設三方面對鄯善縣耕地質量進行預警，對耕地速效鉀，有機質，地面坡度，常年產量水平和灌溉保證率進行預測，并且在預測的基礎上進行警度的預報。

在2007-2018年間，鄯善縣耕地質量的耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設的警情指標中，速效鉀，有機質，地面坡度，常年產量水平和灌溉保證率的數值總的來說呈線性下降狀態，采用回歸模型來預測，預測模型見表6，共線性檢驗如表7。

表6 耕地質量預警線性回歸方程表

表7 共線性檢驗表

通過應用上述模型，對2020-2030年速效鉀、有機質、地面坡度、常年產量水平和灌溉保證率進行預測，并且進行警度預報，警度預報見表8。

表8中的數據分別表明了耕地質量的耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設預報警度，但不能說明耕地質量的總體狀況警情，需要進行綜合警度的預報，因而根據各個警情指標的警度值，賦予不同的權重來求總警度。關于總警度，無警的警度規定為0，輕警的警度規定為1，中警的警度規定為2，重警的警度規定為3，巨警的警度規定為4。

由于影響耕地質量警情的指標主要為耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設指標，根據耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設指標對耕地質量安全的影響因素不同，分別設定耕地土壤屬性指標、自然環境條件指標和農田基本建設指標的影響力各為0.5、0.3和0.2，然后再來確定各指標的權重l；結合熵權法，確定速效鉀的權重值為（0.3），有機質的權重值為（0.2），地面坡度的權重值為（0.2），常年產量水平的權重值為（0.1）和灌溉保證率的權重值為（0.2）。

表8 2020-2030年鄯善縣耕地質量警度預報

總警度公式為：

式中：D是總警度，Wi是第i個指標警度確定值，是第i個指標權重確定值。如果D碰巧是小數，則要對總警度修正，修正的原則是依據四舍五入?？偩阮A報如表9所示，另外根據總警度預報表格制作了趨勢圖如圖2所示。

表9 鄯善縣耕地質量總警度預報結果

圖2 2020-2030年鄯善縣耕地質量預測趨勢

由表中的數據可知以下的結論：（1）速效鉀的警情總體來說呈現警情加重的趨勢，2023年警情達到最高峰為巨警的警情狀態，從2023年以后雖然警情有所緩解，但總體鄯善縣耕地質量速效鉀元素嚴重不足，一是隨著生產發展，休耕不及時，土壤中的鉀元素越來越少，二是化肥施用結構不合理。三是鉀肥投入不足。（2）有機質呈先嚴重后緩和警情，從2020年到2025年警情呈現波動上升趨勢，而到了2026年，一直到2030年漸漸的呈現無警的警情狀況。因此，政府及有關部門要不遺余力的加強耕地質量建設，有機質是土壤養分的主要來源，土壤肥力很重要的組成部分來自有機質含量的多少。（3）地面坡度呈現一個由巨警到中警再到無警的狀況變化，2020年到2022年，地面坡度呈現巨警狀態，2024年到2026年，也是巨警狀態，而到了2027年呈現中警的警情，隨后三年是無警的警情。坡面幅度越高，土壤侵蝕肯定會愈發嚴重，因此，有關部門要明確規定不可以對坡度＞25°的地面進行開墾，保護地面坡度。（4）常年產量水平總體情況不樂觀，在未來的11年，大部分時間警度都比較高，警情比較嚴重，偶爾出現情況好轉的2022年和2023年，但很快又迎來了情況惡化的形勢，化肥利用不合理，土壤板結，是造成鄯善縣耕地常年產量水平下降的很重要的原因。（5）灌溉保證率總體情況比較復雜，大部分地區都缺水，農作物很難獲得足夠水資源的灌溉，表格中呈現中警及巨警的情況比較多，新疆鄯善縣總體情況處于缺水地帶，為干旱地區，極度干旱的氣候，較少的降水量，灌溉設施老化，地表水的缺乏，都會阻礙耕地水資源的灌溉，進而降低糧食產量，影響經濟發展。（6）鄯善縣耕地質量整體情況不容樂觀。速效鉀整體呈現一個輕警的警情狀況，有機質和地面坡度總體情況都是從惡化逐漸轉向好轉，但情況也不容樂觀，當地政府要加強管理，保護耕地。灌溉保證率的情況也不樂觀，當地各方面資源都比較少，導致的這種情況發生，而以上幾個因素的不佳，也導致了常年產量水平沒有達到理想的結果。因此，要積極迎接挑戰。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）通過對2007-2018年新疆鄯善縣耕地質量存在的警情探究，分析耕地質量警情逐漸惡化的原因，當下耕地地力下降和耕地污染較嚴重[13-14]。由于長時間地對土地的淺層利用，對土壤表層造成破壞，使得耕地所必要的營養元素陸續丟失，從而造成產量降低。同時，耕地長時間的耕種肯定對耕地破壞嚴重，再加上農民自身素質較低，不能科學的利用土地，反而愿意多增加化肥來提高產量，不愿意大量使用有機肥，導致長期以來耕地質量越來越差。

（2）在對鄯善縣耕地質量耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設警情分析的基礎上，運用線性回歸預測模型，預測2020-2030年鄯善縣耕地質量警情，結果表明速效鉀的警情總體來說呈現警情加重的趨勢；有機質呈先嚴重后緩和警情，從2020年到2025年警情呈現波動上升趨勢，而到了2026年，一直到2030年漸漸的呈現無警的警情狀況；地面坡度也呈先嚴重后緩和警情；常年產量水平總體情況不樂觀，在未來的11年，大部分時間警度都比較高，警情比較嚴重；灌溉保證率總體情況比較復雜，呈現中警及巨警的情況比較多。

3.2 討論

鄯善縣耕地質量從耕地土壤屬性、自然環境條件和農田基本建設角度分析警情有逐漸加重的趨勢，耕地質量存在安全隱患。因此，①加強耕地質量相關法律法規的建設，對耕地的保護不能只靠道德宣傳和人員素質提高來實現，而要通過法律來加以規范[15]。②應該建設完整的評價體系，而且要長期監控，要把耕地質量的掌控具體到每個月、每一天，時效性要強，一旦發現耕地質量出現不良苗頭，及時預防和處理。③要積極落實耕地占補平衡政策，尤其對耕地質量的平衡提出更加嚴格的管理，要合理施用農藥和化肥，鼓勵鄯善縣當地農民使用有機肥代替化肥來提升耕地質量并減少對土壤的污染[16]。④要對耕地質量保護做出突出貢獻的科技人員和勞動者給予適當的獎勵和補貼，廣泛調動農業勞動者的生產積極性。