基于指標綜合特征的耕地遺傳質量和動態質量評價

孫曉兵，孔祥斌，張青璞，溫良友，廖宇波

（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）

0 引 言

耕地是中國最為寶貴的自然資源，是國家糧食安全、經濟發展與社會穩定的基礎[1-2]。當前中國耕地存在數量下降、質量降低與生態問題頻發等問題，嚴重威脅著耕地資源的可持續利用[3-5]。為此，2017年，中共中央和國務院下發的《關于加強耕地保護和占補平衡的意見》（中發〔2017〕4號）要求，著力加強耕地數量、質量、生態“三位一體”保護，并指出要推進耕地質量提升和保護，加強耕地質量調查評價與監測[6]。耕地質量作為耕地保護的重要內容，科學合理的耕地質量評價是耕地資源開發、利用與保護的基礎[7-8]。然而，面對新時代耕地保護要實施數量、質量、生態“三位一體”保護的新形勢，已有的耕地質量概念內涵及其評價方法難以滿足耕地開發、利用與保護的新要求。因此，基于耕地質量概念內涵的演變特征，構建科學合理的耕地質量評價指標體系，優化與完善耕地質量評價理論方法對耕地質量管理實踐具有極其重要的作用。

耕地質量評價是滿足國家從事耕地資源利用與管理的基礎[7-8]。為科學地開展耕地質量評價工作，國家不同部委都開展了大量的理論研究與具體實踐，制定和出臺了耕地質量評價的相關規程與標準，有效地推動了耕地質量評價工作的順利進行[9-14]。例如原國土資源部的《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）[9]和《農用地定級規程》（GB/T 28405—2012）[10]，主要是從自然環境和社會經濟 2個方面選取指標，從資源利用角度開展耕地質量評價；原農業部《耕地地力調查與質量評價技術規程》（NY/T 1634—2008）[11]和《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016）[12]，主要側重耕地生產能力和障礙因素的調查；原環境保護部的《土壤環境質量標準》（GB/T 15618—1995）[13]則是側重耕地的環境條件和健康狀況的評價。鑒于時代發展對耕地質量理解的局限性以及部委責任分工的差異性，各部委對耕地質量評價研究各有側重，從側面體現了對耕地質量不同維度的認知[15-16]。然而，面對新時代國家要實施耕地數量、質量、生態“三位一體”保護的新要求，差異化和碎片化的耕地質量評價方法難以滿足國家耕地資源管理的需求[17-18]。因此，探究滿足新時代耕地資源利用與管理的耕地質量評價方法迫在眉睫。國際上的《土地評價綱要》[19]、農業生態區法[20]、“土地評價與立地分析”（Land Evaluation and Site Assessment，LESA）[21]、《可持續土地利用管理評價綱要》[22]和土地質量指標體系[23]都對中國耕地質量評價具有借鑒意義。近年來，國內諸多學者也對耕地質量評價方法進行了很多嘗試，例如馬瑞明等[24]從控制因素、加分因素和減分因素3個層次構建耕地質量評價指標體系；祝錦霞等[25]探討了基于變化向量的耕地利用方式變化下耕地質量變化的快速評價方法；Liu等[26]提出了評價中國耕地質量的新等級體系。然而，已有具體實踐和理論研究從不同側面擴展了耕地質量評價方法，但相關研究多是從指標的靜態視角分析耕地質量維度特征及其相應評價方法，缺少從指標動態視角分析耕地資源內在稟賦特征與外在利用水平對耕地質量的作用與影響，難以很好地滿足當前國家在土地綜合整治和高標準農田建設過程中對耕地質量動態管理的新需求。

鑒于此，本文基于耕地質量概念內涵與要素特征，從氣候條件、地形狀況、土壤性狀、耕作條件和環境條件 5個方面篩選指標并構建耕地質量評價指標體系，基于指標綜合特征將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標和動態指標，并將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量，進而嘗試從靜態的耕地遺傳質量和動態的耕地動態質量2個方面對耕地質量進行評價。本文選取河北省曲周縣為例進行實證研究，揭示耕地遺傳質量和動態質量的空間分布特征及其相互關系，以期為耕地質量建設與保護提供科學借鑒。

1 耕地質量評價理論框架構建

1.1 理論框架

耕地質量作為表征耕地內在屬性特征與外在利用狀況的重要指標，隨著人類對耕地資源要素認知的不斷深入以及對耕地資源利用過程的不斷深化，耕地質量的概念內涵及其評價方法也會發生變化[18,27-28]。目前國內學者對耕地質量的概念內涵尚未形成統一的認識，通常認為耕地質量是由自然因素和人為因素綜合作用而形成的滿足作物生長的適宜性程度[8,27]。耕地質量通常是由氣候條件、地形狀況、土壤性狀、耕作條件與環境條件等要素組成，且各組成要素對耕地質量的影響具有差異性[29]。耕地質量組成要素的具體指標通常具有時間的變異性和空間的分異性，但不同指標的時間變異程度具有較大的差異性[8]。如氣候要素中的積溫和降水對耕地質量有著重要的影響，其在宏觀尺度具有較大的分異性，而在中觀和微觀尺度，其值具有相對穩定性。積溫和降水在中觀和微觀尺度的相對穩定性，就如生物學中的遺傳現象，即親代與子代之間同一性狀相似的現象[29-31]。而氮、磷和鉀等土壤養分與灌溉保證率、田間道路通達度和田塊規整度等耕作條件可因人為管理活動而發生變化，就如生物學中的變異現象，即親代與子代之間出現性狀差異的現象[29-31]。然而，耕地質量評價指標同時受到自然生態環境與人為利用活動的影響，指標所呈現的相對穩定性或較大變異性是由指標的內在屬性特征與外在利用水平共同決定的，其中，內在屬性特征是指標所具有的本質屬性；外在利用水平是指人為作用對指標的影響狀況，是指標受到人為干擾的程度。因此，本文運用指標綜合特征表征指標的內在屬性特征和外在利用水平綜合作用而顯現出的穩定性或變異性特征，故指標綜合特征可由指標的內在屬性特征和外在利用狀況2個方面共同表征，遺傳現象或變異現象是指標綜合特征所呈現的表象。

耕地質量評價通常需要選取能夠反映各個質量維度特征的具體指標，其所具有的指標特性能夠直接或間接地影響耕地質量狀況[32-33]。基于指標綜合特征可將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標與動態指標，耕地質量遺傳指標是指在特定的時間內由于指標內在本質屬性與外在人為干預綜合作用下而指標屬性不易發生變化的指標，通常是指耕地利用過程中不易受到人為干擾的自然因素，而動態指標是指在特定的時間內由于指標內在本質屬性與外在人為干預而容易發生變化的指標，通常是指易受人為干擾的自然因素和人為因素[7,29]。由此可將耕地質量劃分為耕地遺傳質量和耕地動態質量兩種類型，其中，耕地遺傳質量是指由遺傳性指標綜合作用而形成的能夠促進作物生長的能力，即是指由不易受到人為干預的因素而形成的質量，其具有相對穩定性；耕地動態質量則是由動態性指標綜合作用而形成的能夠促進作物生長的能力，即是指由易受人為干預的因素而形成的質量，其具有較高變異性。因此，本文基于指標綜合特征將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量2個維度，即遺傳質量和動態質量是耕地質量的組成部分，從相對穩定的遺傳質量和較高變異的動態質量2個維度綜合衡量耕地質量，通過對耕地遺傳質量和動態質量空間分布特征及其相互關系的分析，有利于建立保護遺傳質量和提升動態質量的基本理念，可為土地綜合整治和高標準農田建設提供科學依據。

圖1 耕地質量評價理論框架Fig.1 Theoretical framework of cultivated land quality evaluation

1.2 指標體系

構建耕地質量評價指標體系是耕地質量評價的核心與關鍵內容[23,33]。基于構建的耕地質量評價理論框架，耕地質量評價從氣候條件、地形狀況、土壤性狀、耕作條件和環境條件 5個維度選取指標構建耕地質量評價指標體系（圖1）。鑒于耕地質量評價指標的多樣性，本文參考原國土資源部、農業部和環境保護部等相關部門制定的規程與標準，以及現有國內外相關學者對耕地質量評價的研究成果，以綜合性、主導性、生產性和可獲得性等為原則，綜合運用文獻總結法和專家咨詢法篩選耕地質量評價指標，構建耕地質量評價指標體系（表1）。氣候條件主要從積溫和降水 2個方面選取指標，具體包括≥10 ℃積溫和年平均降水量 2個指標；地形狀況決定著物質和能量的再分配過程，具體包括地形部位和田面坡度2個指標，地形部位表征耕地所處的微觀地形環境狀況，田面坡度是指耕地的傾斜程度；土壤性狀主要從剖面特征、理化性質和養分狀況3個方面篩選指標，具體包括土體構型、障礙層類型及距地表深度、有效土層厚度、土壤容重、耕層質地、有機質含量、pH值、鹽漬化程度、全氮、有效磷和速效鉀；耕作條件主要是從田塊狀況和基礎設施2個方面選取指標，主要涉及田塊特征、道路條件和灌溉排水等內容，具體包括田塊規整度、田間道路通達度、灌溉保證率和排水條件4個指標；環境條件主要反映耕地利用的基本環境狀況，本文選取土壤重金屬用以表征耕地利用環境狀況及其健康程度。

表1 耕地質量評價指標及其屬性特征Table 1 Index of cultivated land evaluation and its attribute characteristics

基于構建的耕地質量評價指標體系（表1），結合評價指標的綜合屬性特征，可將耕地質量評價指標劃分為耕地遺傳指標和動態指標。從耕地質量各維度特征來看，氣候條件雖然同時受到自然環境與人為活動的影響，但人為活動對其影響相對較小，且在市域、縣域或鄉鎮等中觀、微觀尺度，氣候條件空間差異性相對較小，故本文不將氣候條件納入耕地遺傳質量和動態質量評價的實證研究；而耕作條件容易受到人為管理措施的影響而容易發生變化，其指標具有較高的動態性[34-35]；其余各耕地質量維度也都同時受到自然環境與人為活動影響，具體指標是遺傳指標或動態指標需要根據其內在屬性特征與外在利用水平綜合評判，即基于指標綜合特征將指標劃分為遺傳指標和動態指標。

為比較客觀地區分耕地質量評價指標是遺傳性指標或動態性指標，本文構建指標響應時間（Indicator Response Time，IRT）和人為干擾程度（Degree of Human Interference，DHI）2個指標，用以分別表征指標的內在基本屬性與外在人為活動的狀況，即基于指標的綜合特征的2個方面綜合確定耕地質量評價指標是遺傳指標或動態指標。指標響應時間引申于 Arnold等用于表征土壤性質隨時間的可變性而提出的特征響應時間（Characteristic Response Time，CRT）[36]，本文借鑒 CRT概念內涵提出指標響應時間（IRT），用以表征在外界環境相對恒定時，耕地質量評價指標發生變化所需要的時間，并將IRT劃分為＜10-1、10-1～100、100～101、101～102、102～103a和＞103a共6個等級[37-39]。綜合國內外相關研究，一般認為IRT＞10 a的指標具有一定的穩定性，而IRT＜10 a的指標具有一定的動態性[40-41]。人為干擾程度（DHI）是指在正常耕地利用情況下，耕地質量評價指標受到干擾的程度，若某種指標的DHI比較大，則可認為其受到人為活動的影響比較劇烈，其性質或特征較容易發生變化；反之，其性質或特征不容易發生變化。結合耕地資源利用程度，將DHI 劃分為高、中和低3個等級，用以表征耕地質量指標受到人為干擾的程度。因此，本文運用IRT和DHI2個指標從內在屬性特征與外在利用水平2個層面綜合表征指標特征，綜合確定指標是遺傳指標或動態指標（表1），并構建耕地遺傳質量和動態質量評價指標體系（表2）。

表2 耕地遺傳質量和動態質量評價指標與權重Table2 Indicators and weights of inherent quality and dynamic quality of cultivated land

1.3 評價方法

耕地質量評價方法是耕地質量評價研究的關鍵環節，選取合適的評價方法能夠更加科學準確地表征耕地質量狀況[16,34]。目前，耕地質量評價多以定量評價為主，傳統的評價方法包括指數和法、層次分析法、回歸分析法、主成分分析法和模糊聚類法等[34]，同時，也有諸多學者將神經網絡模型、遺傳算法和物元模型等方法應用于耕地質量評價研究[42-44]。此外，也有部分學者根據耕地質量各個維度的基本特征，通過借助內梅羅指數等已有公式或構建“1+X”等模型測算各維度指標值，豐富與完善了耕地質量評價方法[16,34,45]。然而，本文從耕地質量不同維度構建耕地質量評價指標體系，基于指標綜合特征將指標劃分為遺傳指標和動態指標，并將耕地質量劃分為耕地遺傳質量和耕地動態質量，打破了單個維度內部的指標構成，因此，本文采用傳統的指數和法測算耕地遺傳質量指數和耕地動態質量指數，并運用指數和法測算耕地綜合質量指數。

1.3.1 耕地遺傳質量指數

耕地遺傳質量評價指標包括地形部位、土體構型和有效土層厚度等n個指標，運用指數和法計算耕地遺傳質量指數的公式如下：

式中I為耕地遺傳質量指數（無量綱），數值范圍為[0,100]；Si為第i個評價指標的值；Wi為第i個評價指標的權重；n為耕地遺傳質量評價指標數量。

1.3.2 耕地動態質量指數

耕地動態質量評價指標包括田面坡度、土壤容重和灌溉保證率等m個指標，運用指數和法計算耕地動態質量指數的公式如下：

式中D為耕地動態質量指數（無量綱），數值范圍為[0,100]；m為耕地動態質量評價指標數量。

1.3.3 耕地綜合質量指數

基于耕地遺傳質量指數和耕地動態質量指數，本文采用指數和法計算耕地綜合質量指數，具體計算公式如下：

式中Q為耕地綜合質量指數（無量綱），數值范圍為[0,100]；α為耕地遺傳質量指數的權重；β為耕地動態質量指數的權重；其中，α+β=1。鑒于耕地遺傳質量的相對穩定性和耕地動態質量的較高變異性，遺傳質量決定著耕地的固有質量，動態質量影響著耕地質量的變化狀況，故基于遺傳質量和動態質量對耕地綜合質量的作用與影響，本文認為耕地遺傳質量略微比耕地動態質量重要，故將α值設置為0.55，β取值設置為0.45。

2 研究區概況、數據來源與處理

2.1 研究區概況

曲周縣地處太行山以東，河北省南部的邯鄲市東北部，位于 114°50′30″-115°13′30″E、36°34′45″-36°57′57″N，土地總面積為6.77×104hm2，管轄5鎮5鄉，342個行政村。曲周縣屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均氣溫為13.1 ℃，≥10 ℃積溫為 4 472 ℃，無霜期約為 210 d。縣域境內有支漳河、滏陽河和老沙河等河流，年降水量為566 mm，且主要集中于7-9月份。成土母質為河流的洪積物和沖積物，土壤類型有潮土、鹽土和褐土，土壤質地有砂土、砂壤、輕壤、中壤和黏土。曲周縣農業曾受旱澇堿咸的制約，但隨著旱澇堿咸綜合治理以及農業種植結構調整的實施與不斷推進，農業生產水平不斷提升，農作物以小麥、玉米和棉花為主，且復種指數高、土地投入大，農業集約化程度較高。曲周縣糧食單產由建國之初675 kg/hm2增加到現在的7 500 kg/hm2，化肥施用量由2000年的3.79 t/hm2增加到2014年的5.27 t/hm2[46]。2017年曲周縣總人口為52.73×104人，農業產值為16.46億元，糧食總產量達42.33萬t，為全國縣域平均水平的1.82倍。

2.2 數據來源與處理

研究基礎數據主要有耕地質量等別更新數據庫、實地調研、遙感影像和文獻資料4種獲取途徑。耕地利用圖斑數據來源于曲周縣自然資源和規劃局 2016年土地變更調查數據；耕層質地、土體構型、鹽漬化程度、灌溉保證率和排水條件數據來自于曲周縣 2015年耕地質量等別更新數據庫。土壤容重、有機質含量、pH值、全氮、有效磷、速效鉀和土壤重金屬等數據源自2018年和2019年實地調研土壤采樣測試化驗數據[47]，其主要是通過點狀數據的反距離插值獲得的面狀數據。地形狀況中的地形部位和田面坡度數據來源于地理空間數據云（http://www.gscloud.cn/）的DEM數據，數據類型為30 m×30 m的柵格，其中，地形部位是根據其指標分級標準綜合評定，田面坡度則是基于DEM數據提取的坡度數據。有效土層厚度和障礙層類型及距地表深度數據在參考耕地等別更新數據庫的基礎上，還查閱了曲周縣縣志、《曲周縣國土資源志》以及其他相關的文獻資料。田塊規整度和田間道路通達度是以2016年耕地利用數據為基礎數據，基于相關規程與標準的計算公式并借助ArcGIS10.3軟件平臺計算而得[9,48]。

2.3 評價單元的確定

根據曲周縣2016年土地變更調查數據庫，從地類圖斑（DLTB）中提取地類名稱（DLMC）為水澆地（012）和旱地（013）2種耕地利用類型圖斑，將其作為耕地質量評價單元。耕地質量評價單元數量總共為4 632個，總面積為54 360.03 hm2，評價比例尺為1∶1萬。

2.4 指標分級與權重

耕地質量評價指標分級是在參考《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）、《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016）、《耕地地力調查與質量評價技術規程》（NY/T 1634—2008）、《農用地定級規程》（GB/T 28405—2012）、《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018）、《高標準基本農田建設標準》（TD/T 1033—2012）和《高標準農田建設標準》（NY/T 2148—2012）等相關已有的標準規程，并結合曲周縣耕地質量評價各指標的具體實際情況，綜合確定各個指標的分級狀況（表3）。此外，本文運用內梅羅綜合指數法測算土壤重金屬數值，并基于其劃分等級將其賦值在區間[10,100]，以保障各評價指標分級的統一性（表3）。基于不同權重確定方法的基本特點，本文綜合運用層次分析法和專家打分法綜合確定各個指標的權重（表2）。

表3 耕地質量評價指標分級標準與賦值規則Table 3 Classification standard and rules of cultivated land quality evaluation indicators

3 結果與分析

3.1 耕地綜合質量的空間分布特征

曲周縣耕地綜合質量指數范圍為[79.99，96.60]，借助ArcGIS軟件平臺，運用等間距法（Equal Interval）將耕地質量指數劃分為5個級別，即將耕地劃分為優等地、高等地、中等地、低等地和差等地5個等級。由圖2可知，曲周縣耕地綜合質量以高等為主，面積為256.78 km2，為耕地總面積的47.24%，主要分布于河南疃鎮、第四疃鎮、白寨鄉和安寨鎮，其共占高等地面積的57.92%。中等地面積次之，為耕地總面積的35.09%，主要分布于安寨鎮、第四疃鎮、侯村鎮、槐橋鄉和曲周鎮，其共占中等地面積的 72.92%。優等地、低等地和差等地占耕地總面積的比例依次遞減且均在10%以下，其中，優等地主要分布于安寨鎮、白寨鄉、大河道鄉和南里岳鄉，各鄉鎮占優等地面積比例均在 10%以上；低等地主要分布于安寨鎮、侯村鎮和槐橋鄉，各鄉鎮占低等地的面積比例均在 20%以上；差等地主要分布于依莊鄉，共占差等地面積的 97.70%。總體來看，耕地綜合質量較高的區域土壤條件相對較好，耕層質地多以壤土為主，有機質含量相對較高，灌溉和排水條件相對較好；反之，耕地綜合質量相對較低的地區，如依莊鄉的差等地主要是由于耕層質地為礫質土，土體構型是通體砂或通體礫，且土壤有機質含量和養分元素含量也相對較低。

3.2 耕地遺傳質量和動態質量空間特征

3.2.1 耕地遺傳質量空間分布特征

曲周縣耕地遺傳質量指數范圍為[78.10，98.30]，并運用等間距法將其劃分為 5個級別，即耕地遺傳質量分為優等、高等、中等、低等和差等5個等級。由圖3可知，曲周縣耕地遺傳質量以高等為主，面積為329.70 km2，為耕地總面積的60.65%，主要分布于縣域北部、西南部和東南部地區，其中，白寨鄉、第四疃鎮、河南疃鎮和南里岳鄉占高等地面積的比例均在 10%以上。中等地面積次之，占耕地總面積的25.36%，主要分布于侯村鎮、安寨鎮和曲周鎮，其占中等地面積的比例分別為33.83%、21.98%和 14.47%。優等地占耕地總面積的比例為11.81%，主要分布于縣域北部和南部地區，其中，大河道鄉占優等地面積比例最大，其值為23.33%。低等地和差等地的面積相對較小，其占耕地總面的比例分別為1.90%和0.28%，其中，低等地主要分布于安寨鎮、侯村鎮和依莊鄉，差等地主要分布于依莊鄉。

從各鄉鎮耕地遺傳質量不同等級面積比例來看（圖4），曲周縣大部分鄉鎮耕地遺傳質量以高等為主，不同鄉鎮高等地面積占其耕地面積的比例范圍為32.97%～83.12%，其中，白寨鄉、第四疃鎮、河南疃鎮、南里岳鄉和依莊鄉的高等地面積占鄉鎮耕地總面積的比例均在70%以上。

圖2 曲周縣耕地綜合質量空間分布特征Fig.2 Spatial distribution characteristics of cultivated land comprehensive quality in Quzhou County

圖3 曲周縣耕地遺傳質量空間分布特征Fig.3 Spatial distribution characteristics of cultivated land inherent quality in Quzhou County

大河道鄉耕地遺傳質量以優等為主，其占鄉域耕地總面積的 50.88%，高等地面積次之，其面積比例為49.12%；侯村鎮耕地遺傳質量以中等為主，其占鎮域耕地總面積的比例為58.30%；安寨鎮耕地遺傳質量以高等和中等為主，高等地和中等地占鎮域耕地總面積的比例分別為 41.74%和 41.87%。各鄉鎮低等地和差等地面積比例相對較低，但依莊鄉低等地和差等地面積占鄉域耕地總面積的比例分別為12.61%和4.25%。總體而言，曲周縣耕地遺傳質量為優等和高等的區域主要分布于縣域北部、西南部以及東南部，該區域土壤條件相對較好，土壤質地多以壤土為主，土體構型以通體壤、壤/砂/壤為主，土壤有機質含量相對較高；低等地和差等地主要分布于縣域東南部的部分區域，耕層質地、土體構型和土壤有機質是其耕地遺傳質量的主要限制因素。

圖4 曲周縣各鄉鎮耕地遺傳質量等級面積比例Fig.4 Area proportion of cultivated land inherent grade in each township in Quzhou County

3.2.2 耕地動態質量空間分布特征

基于耕地動態質量評價指標與計算方法，曲周縣耕地動態質量指數范圍為[76.20，96.60]，為使耕地遺傳質量和耕地動態質量具有可比性，參照耕地遺傳質量分級標準，將耕地動態質量劃分為5個等級，即優等、高等、中等、低等和差等。由圖5可知，曲周縣耕地動態質量以高等為主，面積為272.79 km2，為耕地總面積的50.18%，主要分布于安寨鎮、第四疃鎮、河南疃鎮和侯村鎮等鄉鎮。中等地面積次之，為耕地總面積的29.79%，主要分布于縣域中部和東南部的部分鄉鎮，其中，白寨鄉、侯村鎮、槐橋鄉和曲周鎮的中等地面積占縣域中等地總面積的比例均在 10%以上。低等地占耕地總面積的比例為12.48%，主要分布于依莊鄉、槐橋鄉和第四疃鎮，其共占低等地面積的54.56%。優等地和差等地占耕地總面積的比例分別為7.34%和0.21%，其中，優等地主要分布于安寨鎮和第四疃鎮，其共占縣域優等地面積的51.09%，而差等地主要分布于槐橋鄉和依莊鄉。

從圖6看，曲周縣大部分鄉鎮耕地動態質量以高等為主，不同鄉鎮高等地面積占其耕地面積的比例范圍為10.42%～68.14%，其中，大河道鄉、河南疃鎮和侯村鎮的高等地面積占鄉鎮耕地總面積的比例均在60%以上。依莊鄉耕地動態質量以中等和低等為主，其占鄉域耕地總面積比例分別為 39.74%和 48.83%，其高等地面積占鄉域耕地總面積的比例僅為10.42%；白寨鄉和槐橋鄉耕地動態質量以中等為主，其中等地占鄉域耕地總面積的比例分別為 45.06%和 38.84%；曲周鎮耕地動態質量為高等和中等的面積相差較小，其占鎮域耕地總面積的比例分別為 41.98%和 44.23%。安寨鎮和第四疃鎮優等地占鎮域耕地總面積的比例分別為 17.17%和 11.46%；白寨鄉、第四疃鎮、槐橋鄉、南里岳鄉、曲周鎮和依莊鄉低等地面積占鄉鎮耕地總面積的比例均在10%以上，其中，依莊鄉低等地面積占鄉域耕地總面積的比例高達48.83%；各鄉鎮耕地動態質量為差等地的面積比例均在1%以下。總體而言，曲周縣耕地動態質量為優等和高等的區域主要分布于縣域北部和南部，該區域土壤養分含量相對較高，且灌溉保證率相對較高；低等地和差等地主要分布于槐橋鄉和依莊鄉的部分區域，該區域土壤養分含量相對較低，且部分地塊的田間道路通達度相對較低，此外，部分地塊仍存在輕度的鹽漬化，也是耕地動態質量較低的原因。

圖5 曲周縣耕地動態質量空間分布特征Fig.5 Spatial distribution characteristics of cultivated land dynamic quality in Quzhou County

圖6 曲周縣各鄉鎮耕地動態質量等級面積比例Fig.6 Area proportion of cultivated land dynamic grade in each township in Quzhou County

3.3 耕地遺傳質量和動態質量關系分析

耕地遺傳質量和動態質量共同決定著耕地綜合質量，耕地遺傳質量的相對穩定性和動態質量的可變性可為土地綜合整治和高標準農田建設提供理論依據[35]。基于耕地遺傳質量和動態質量的交互狀況可知（表4和圖7），曲周縣耕地遺傳質量和動態質量均為優等的面積為4.62 km2，僅占耕地總面積的0.85%，分別占優等遺傳質量和優等動態質量面積的 7.20%和11.58%，零星分布于縣域北部和西南部；耕地遺傳質量和動態質量均為高等的耕地面積最大，其值為158.69 km2，占耕地總面積的29.19%，分別占高等遺傳質量和高等動態質量面積的48.13%和58.17%，主要分布于縣域北部、中東部、西南部和東南部地區。此外，耕地遺傳質量為高等且動態質量為中等的面積和耕地遺傳質量為中等且動態質量為高等的面積也相對較大，分別為耕地總面積的 18.93%和13.27%，其余各交互等級面積相對較小，其交互面積均在50 km2以下，面積比例也均在10%以下。

表4 曲周縣耕地遺傳質量和動態質量面積交互特征Table 4 Interactive characteristics of inherent quality and dynamic quality of cultivated land in Quzhou County km2

圖7 曲周縣耕地遺傳質量和動態質量空間交互特征Fig.7 Spatial interaction characteristics of inherent quality and dynamic quality of cultivated land in Quzhou County

從表5來看，壤質潮土、壤質褐土化潮土和砂質褐土性土的耕地遺傳質量平均等級均高于耕地動態質量的平均等級，而黏質潮土的耕地遺傳質量平均等級略低于耕地動態質量的平均等級；壤質褐土化潮土的耕地遺傳質量相對較高，平均耕地遺傳質量為1.88等，而黏質潮土的耕地遺傳質量較低，平均耕地遺傳質量為2.64等；壤質潮土、壤質褐土化潮土和黏質潮土的耕地動態質量相差較小，其平均動態質量均在2.5等左右，而砂質褐土性土耕地動態質量相對較低，平均等級為2.93等。從各土壤類型耕地質量變異特征來看，4種土壤類型的耕地遺傳質量的變異性程度均低于耕地動態質量的變異性程度，表明在同種土壤類型內，耕地遺傳質量等級變異性較小，而耕地動態質量的變異性較大。總體而言，耕地遺傳質量和動態質量具有面積的差異性與空間的分異性，壤質潮土、壤質褐土化潮土和砂質褐土性土的耕地遺傳質量比動態質量高，且耕地遺傳質量的空間變異程度比耕地動態質量的空間變異程度低。

3.4 耕地遺傳質量和動態質量差異分析

基于耕地遺傳質量和動態質量等級的面積加權可得，曲周縣耕地遺傳質量和動態質量的平均等級分別為2.18等和2.48等，表明縣域耕地遺傳質量平均等級略微大于耕地動態質量平均等級。為比較耕地遺傳質量與動態質量的差異特征，根據耕地遺傳質量與動態質量等級之間的差異狀況，將其差異程度劃分為遺傳遠大于動態、遺傳略大于動態、遺傳等于動態、遺傳略小于動態和遺傳遠小于動態 5個等級，其中，遠大于和遠小于表示 2種質量之間相差2個或2個以上等級，略大于或略小于表示2種質量之間相差一個等級。由圖8可知，曲周縣耕地遺傳質量等于動態質量的面積最大，為耕地總面積的37.17%，廣泛分布于曲周縣各個鄉鎮，其中，相等質量等級以高等和中等為主，占 2種質量相等面積的96.25%。耕地遺傳質量略大于動態質量的面積次之，為耕地總面積的29.52%，主要分布于縣域中部、西南部和東南部地區。耕地遺傳質量遠大于動態質量和遺傳質量略小于動態質量的面積比例分別為11.92%和18.66%，而耕地遺傳質量遠小于動態質量的面積最小，為耕地總面積的2.73%，主要分布于東南部的部分鄉鎮。

表5 不同土壤類型耕地質量等級統計特征Table 5 Statistical characteristics of cultivated land quality grades in different soil types km2

圖8 耕地遺傳質量和動態質量的空間差異特征Fig.8 Characteristics of spatial difference in inherent quality and dynamic quality of cultivated land

基于耕地遺傳質量和動態質量的等級差異特征及其成因，可為耕地質量建設與保護提供基礎支撐。基于圖8的4個典型地塊可知，地塊a的耕地綜合質量為中等，其中，遺傳質量為高等，動態質量為低等，從該地塊耕地質量組成要素可知，鹽漬化程度、pH值、有機質含量、灌溉保證率和土體構型是耕地質量的主要限制因素；地塊 d的耕地綜合質量為低等，其中，遺傳質量為低等，動態質量為高等，基于耕地質量評價要素可知，耕層質地、土體構型和有機質含量為其主要限制因素。同理可知，地塊 b耕地質量的主要限制因素為土體構型、耕層質地、灌溉保證率和田間道路通達度，地塊c耕地質量的主要限制因素為土壤有機質、土體構型和pH值。總體而言，曲周縣耕地遺傳質量和動態質量等級差異相對較小，相等或略微差異的面積是耕地總面積的85.36%，但各地塊耕地遺傳質量和動態質量的限制因素具有差異性，有針對性地對限制因素進行整治與建設是提高耕地質量的關鍵。

4 討 論

耕地質量評價是耕地資源利用與管理的基礎[7-8]。本文從氣候條件、地形狀況、土壤性狀、耕作條件和環境條件 5個方面篩選指標并構建耕地質量評價指標體系，從天、地、人的綜合視角衡量耕地質量狀況[6,29]。同時，基于耕地質量評價指標的內在屬性特征和外在利用水平的綜合屬性特征，通過構建的IRT和DHI這2個指標將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標和動態指標，并將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量，嘗試從相對穩定的遺傳質量和較高變異的動態質量2個方面衡量耕地質量，為耕地資源利用過程中保護遺傳質量和提升動態質量提供理論借鑒。

基于指標綜合特征可將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標和動態指標，然而，耕地質量評價指標的穩定是相對的，變異是絕對的，如隨著社會經濟發展與科學技術提高，現階段難以改造的指標可能會變得容易改造與利用，或者由于不合理利用導致某些現階段可改造的指標變得難以改造與利用。故本文是基于現階段耕地利用狀況和科學技術水平的宏觀背景從內在和外在 2個方面綜合評判指標綜合特征，遺傳指標和動態指標的劃分具有明顯的社會經濟發展的階段性特征。耕地遺傳指標的相對穩定性和動態指標的時間變異性分別決定著耕地遺傳質量和動態質量，共同影響著耕地質量，致使耕地質量的提升、保持或退化[31]。耕地質量建設與管理對提升耕地質量具有積極作用，而通過土地綜合整治和高標準農田建設等工程因地制宜地重構耕地質量動態指標，可有效提升耕地動態質量，通過可持續利用與管理以適應耕地質量遺傳指標特征，可充分發揮耕地遺傳質量，以便通過建立提升動態質量和保護遺傳質量的理念促進耕地綜合質量的提升。

本研究基于指標綜合特征將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量，并選取河北省曲周縣為例進行實證研究，豐富了耕地質量評價理論，但仍存在一些不足。本研究將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量，打破了原有耕地質量評價各個維度的指標組合特征，因而選用傳統的指數和法測算遺傳質量指數和動態質量指數，但該方法并未考慮指標的基本特征以及指標之間的相互關系，故探究新的耕地質量評價方法是今后研究的重點。同時，本研究依據數據的可獲得性原則，選取常用的指標構建耕地質量評價指標體系，并未包括土壤生物特性的相關指標，此外，研究所用數據的年份具有差異性，且數據來源方式與精度均有較大的差異性，在后續研究中，盡量運用相同年份和高精度的數據，以保障耕地質量評價結果更具有客觀性和真實性。

5 結 論

基于耕地質量概念內涵與要素特征，從氣候條件、地形狀況、土壤性狀、耕作條件和環境條件 5個方面篩選指標并構建耕地質量評價指標體系，基于指標綜合特征將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標和動態指標，將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量，并選取河北省曲周縣為例進行實證研究。主要結論如下：

1）基于指標綜合特征的內在屬性特征和外在利用水平2個維度構建指標響應時間和人為干擾程度2個指標，將耕地質量評價指標劃分為遺傳指標和動態指標，并將耕地質量劃分為遺傳質量和動態質量兩種類型，從相對穩定的遺傳質量和較高變異的動態質量對耕地質量進行綜合評價，揭示耕地固有質量和利用質量的基本特征與相互關系，能夠較為顯著地反映自然環境和人為活動對耕地質量的影響，對耕地質量建設與提升具有基礎性作用。

2）曲周縣耕地綜合質量以高等和中等為主，高等地占耕地總面積的47.24%，主要分布于縣域北部和南部地區，中等地占耕地總面積的35.09%，主要分布于縣域中部和東南部地區；耕地遺傳質量和動態質量均以高等為主，分別為耕地總面積的60.65%和50.18%，主要分布于縣域北部和南部地區，且大部分鄉鎮耕地遺傳質量和動態質量以高等為主，但不同鄉鎮的各質量等級面積比例具有顯著差異。

3）曲周縣耕地遺傳質量和動態質量均為高等的面積最大，占耕地總面積的29.19%，分別占高等遺傳質量和高等動態質量面積的48.13%和58.17%，主要分布于縣域北部、中東部、西南部和東南部地區；相同土壤類型的耕地遺傳質量普遍比動態質量高，且耕地遺傳質量的空間變異程度較低。

4）曲周縣耕地遺傳質量平均等級略微大于耕地動態質量平均等級，而耕地遺傳質量和動態質量相等與略微差異的面積占耕地總面積的 85.36%，其中，遺傳質量和動態質量相等的面積最大，為耕地總面積的37.17%，相等質量等級以高等和中等為主，為兩種質量相等面積的 96.25%；基于耕地遺傳質量和動態質量的基本特征及其相互關系，結合耕地質量類型及其限制因素，可采取針對性措施進行耕地質量建設以提升耕地綜合質量。