基于CRITIC-TOPSIS模型的耕地質量評價與提升分區研究

柴莎莎 任艷敏 姚蘭 盧闖 陳文燾

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.035

摘要：通過揭示四川省會理市耕地質量空間分布特征及其障礙因素，劃定耕地質量提升類型區，并提出耕地質量提升措施，為區域耕地質量提升和農業資源可持續利用提供參考。構建會理市耕地質量評價指標體系，采用賦值法量化評價指標，利用CRITIC賦權法確定指標權重，基于TOPSIS模型計算耕地質量指數貼近度，并引入障礙度模型識別耕地質量障礙因素。結果表明，會理市耕地質量指數平均貼近度為0.527，平均等級為5.52等，耕地質量呈現“南高北低”的態勢。總體以中等地為主，仍有大量低等地，耕地質量分布差異明顯；高等地主要分布在市域中南部，中等地分布在市域中部以及北部，低等地分布在市域北部和南部。低等地與中等地均存在重度障礙因素，總體以土壤有機質為主，土壤酸堿度、道路通達度為輔的障礙因素影響面積最大。結合耕地質量評價結果與中低等地障礙因素診斷結果，以提升耕地質量為目標，將會理市分為重點提升區、優先提升區、一般提升區、綜合提升區、保護提升區共5個類型區，并提出相應耕地質量提升措施，進而為會理市耕地質量提升方案編制提供參考。

關鍵詞：耕地質量評價；CRITIC-TOPSIS模型；提升分區；會理市

中圖分類號：F323.211? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0254-06

收稿日期：2023-06-28

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2022YFC3802805）；北京市農林科學院青年基金（編號：QNJJ202232）。

作者簡介：柴莎莎（2000—），女，貴州銅仁人，碩士研究生，主要從事耕地質量調查監測研究。E-mail：1932078220@qq.com。

通信作者：任艷敏，博士，高級工程師，主要從事耕地質量調查監測、評價規劃研究。E-mail：renym@nercita.org.cn。

耕地作為人類賴以生存的基礎性資源，是社會發展的根本命脈［1］。隨著社會經濟快速發展，我國人均耕地不足、優質耕地面積小、耕地質量偏低的現實問題日益突出，保障耕地的數量和質量進而實現農業可持續發展已成為當前亟需解決的問題［2］。習近平總書記在黨的二十大報告中明確提出“全方位夯實糧食安全根基”“牢牢守住十八億畝耕地紅線”等。2019年底，四川省人均耕地面積僅0.06 hm2（數據來源于《四川省第三次全國國土調查主要數據公報》），耕地資源緊缺的基本省情決定了四川省必須通過提升耕地質量來保障人民的糧食需求。為貫徹習近平總書記來川視察重要指示精神以及落實2022年第2次省委專題會議提出的“把安寧河谷打造成為帶動攀西發展的重要引擎”，地處金沙江中下游、川滇交界的會理市，是四川省涼山州安寧河谷6個縣（市、區）之一。會理市在歷史上是深度貧困地區，后續鞏固脫貧攻堅成果同鄉村振興有效銜接任務十分繁重，構建涼山州會理市耕地質量評價模型，診斷耕地質量的障礙因素并合理劃定耕地質量類型區，對于提高區域耕地質量、保障糧食安全和推進鄉村振興具有重要意義。目前，國內外學者圍繞耕地質量評價指標體系［3］、潛力分析［4］、限制因素［5］、時空變化特征［6］及其驅動機制［7］開展了相關研究。如關瑜等以河北省黃驊市為例構建耕地質量三維解析評價框架，在三維評價空間相關性基礎上進行質量分區［8］；熊昌盛等基于市級尺度開展耕地多功能綜合評價并劃定保護區［9］；王婕等基于耕地質量評價體系，通過識別土地整治改良因素，提出適用于山地丘陵地區的耕地質量提升潛力計算模型［10］；楊君等采用熵值法、局部自相關法以及綜合指數模型探討2010—2018年湖南省岳陽市岳陽樓區耕地質量變化特征，并基于地塊尺度進行耕地質量保護分區［11］。在區域自然資源稟賦、土地利用特點和區域發展水平等因素的綜合作用下，耕地質量的區域空間差異明顯。以往研究過的區域有處于長江三角洲核心區的蘇南地區［12］、西北地區的陜西?。?3］、下遼河平原典型區的遼寧省沈陽市［14］等，運用的相關方法在耕地質量評價中取得了較好效果，但川滇高原山地農林牧區耕地質量的研究較少。因此，本研究以地處川滇高原安寧河谷流域的會理市為例，與平原區相比，地形復雜導致耕地分布存在顯著地勢高差，含有少量坡耕地，呈破碎化分布且質量較差。在模型方法方面，CRITIC賦權法通過指標的對比強度和指標之間的沖突性來反映指標的信息量，能夠克服主觀賦權法和熵權法的缺陷［15］，所得權重更加客觀可靠。因此，本研究選擇會理市，基于耕地質量等別更新評價成果等資料，利用CRITIC-TOPSIS評價模型、障礙度模型等，分析耕地質量指數貼近度，結合耕地質量評價結果與中低等地障礙因素診斷結果劃定會理市耕地質量類型區，并提出質量提升措施，以期為區域耕地質量提升和農業資源可持續利用提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 研究區概況

會理市位于26°5′～27°12′N、101°52′～102°38′E，地處四川省最南端，與云南省接壤（圖1），處于安寧河谷腹地，隸屬四川省“一干多支、五區協同”區域發展新格局中的攀西經濟區。會理市轄17個鄉（鎮）、3個街道辦事處、165個行政村（社區），全市地勢北高南低，呈南北狹長狀，該區域屬于中亞熱帶西部半濕潤氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，四季如春，適宜農作物生產。

1.2? 數據來源與處理

本研究基礎數據主要包括會理市數字高程模型（DEM）、耕地質量等別更新評價數據庫（2019年），以及縣（市）、鄉（鎮）和行政村的行政區劃數據，通過坐標轉換、數據清洗、數據鏈接等預處理，將基礎數據統一轉換為2000國家大地坐標系下的數據，共計35 607個評價單元。為避免耕地圖斑過于細碎而不能很好地辨識區域范圍耕地質量內部異質性的問題［16］，本研究采用面積加權法在村級尺度上開展分析，剔除無耕地圖斑的行政村后，研究范圍為17個鄉（鎮）、3個街道辦事處、162個行政村（社區）。

1.3? 研究方法

研究分為耕地質量評價指標體系構建、基礎數據處理與分析、障礙因素診斷、耕地質量提升分區等步驟。首先，基于相關影響因子、現實條件、國家標準規程三方面構建耕地質量評價指標體系，借助ArcGIS軟件的空間分析功能獲取道路通達度和耕作半徑指標，再采用賦值法對評價指標量化等預處理；其次，通過CRITIC賦權法計算各評價指標的權重，運用TOPSIS法計算耕地質量指數貼近度，以此作為耕地質量評價結果；運用障礙度模型診斷 35 607 個耕地圖斑的障礙因素，再利用面積加權法將基于圖斑的耕地質量評價結果和障礙度計算結果匯總到村級尺度；最后，依據耕地質量評價結果和障礙因素診斷結果劃分耕地質量類型區，并提出相應的耕地質量提升建議。

1.3.1? 耕地質量評價指標體系構建

評價指標體系在較大程度上決定了耕地質量評價的準確性、科學性和可接受性。綜合考慮影響耕地質量的相關因子，根據會理市耕地現實條件，參考《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）［17］和《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016）［18］中的指標體系，從地形狀況、土壤性狀、耕作條件3個維度構建耕地質量評價指標體系（表1）。

1.3.2? 評價指標量化

采用賦值法對評價指標進行量化處理，賦值范圍為［10，100］，各因素量化標準參照《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）［17］、《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016）［18］及文獻［11］，并依據實際情況和專家咨詢結果進行適當調整（表2）。

1.3.3? CRITIC-TOPSIS綜合評價法

CRITIC賦權法是由Diakoulaki等提出的一種客觀權重賦值法［19］，該方法基于評價指標的對比強度和指標之間的沖突性來反映指標的信息量，對比強度和沖突性越大，則指標權重越高，該方法考慮了相關性權數和信息權數，具有一定優越性。假設共有m個評價單元，每個評價單元有n個指標，則有評價矩陣A=（aij）m×n，將評價矩陣化為標準形矩陣X=（xij）m×n。

（1）以指標的標準差來體現對比強度Sj，計算指標沖突性Rj時，要先計算指標之間的相關性矩陣，rjk表示指標j與指標k之間的系數，采用皮爾遜相關系數進行計算：

rjk=∑nj，k=1（xij-xj）（xik-xk）∑nj=1（xij-xj）2∑nk=1（xik-xk）2。（1）

（2）指標沖突性計算：

Rj=∑nj，k=1（1-rjk）。（2）

計算指標的信息量Gj=SjRj和客觀權重wj=Gj/∑nj=1Gj，通過標準形矩陣X與客觀權重wj相結合得到加權決策矩陣Y=wjxij，運用TOTSIS法（優劣解距離法）［20］計算耕地質量指數貼近度，貼近度越大，則表示綜合評價結果越優。

1.3.4? 耕地障礙度診斷模型

為有針對性地診斷影響耕地質量的主要因素，利用障礙度模型［21］探尋影響會理市低等地與中等地質量的障礙因素。因高程、坡度級別、剖面構型、表層土壤質地、耕作半徑、土地利用系數、有效土層厚度、地表巖石露頭度在實際生產過程中較難改造，故選擇土壤有機質含量、土壤酸堿度、灌溉保證率、道路通達度、排水條件5個易于改造，且對耕地質量指數貼近度影響較大的指標進行障礙度分析。障礙度計算方法如下：

Iij=1-xij；（3）

Oij=Iijwj∑ni=1×100%。（4）

式中：Oij、 Iij分別表示第j個評價單元第i項指標的障礙度和偏離度；wi表示第i項指標的權重值；n表示評價指標的數量。若障礙度大于20%，則該指標為重度障礙因素［22］。

2? 結果與分析

2.1? 會理市耕地質量空間分布特征

會理市耕地總面積為80 827.13 hm2，占全市土地總面積的17.85%，主要分布在市域中部和南部，東北地區分布較少。利用自然間斷分級法將耕地質量由高至低劃分為一等地至十等地共10個等級，會理市耕地質量指數平均貼近度為0.527，平均等級為5.52等，呈現“南高北低”的態勢。面積最大的是六等地，為15 940.15 hm2，占比19.72%；面積最小的是十等地，為126.47 hm2，占比0.16%。按照高等地（一等地至三等地）、中等地（四等地至六等地）、低等地（七等地至十等地）劃分，高等地面積為22 313.85 hm2，占比27.61%；中等地面積為 39 346.17 hm2，占比48.68%；低等地面積為 19 164.74 hm2，占比23.71%（表3）?？傮w上看，會理市耕地以中等地為主，仍存有大量低等地，因此亟須診斷其障礙因素，并研提耕地改造提升策略，以提升耕地質量。

由表3、圖2可知，會理市耕地質量分布差異明顯，高等地貼近度在0.550～0.629之間，主要分布在黎溪鎮南部、木古鎮、新發鎮、通安鎮南部、彰冠鎮西部以及鹿廠鎮周圍，該區域內地勢平坦，海拔高度適中，表層土壤質地多為壤土，土壤有機質含量較高，土壤理化性狀以及基礎設施較好，具有較好的蓄水、保肥、供肥和抗旱防澇能力；中等地貼近度在0.518～0.549之間，主要分布在會理市中部的關河鎮、通安鎮北部、彰冠鎮、城南街道等，該區域城鎮化率相對較高，有效土層厚度適中，土壤質地多為黏土，土壤有機質含量較低，土壤的保水、保肥能力較弱；低等地貼近度在0.390～0.517之間，主要分布在會理市北部的云旬鎮、六華鎮、城北街道、太平鎮、槽元鄉以及會理市南部的綠水鎮、樹堡鄉等，該區域北部依傍龍肘山，地勢陡峭，耕地坡度大，有效土層厚度較薄，水土流失較嚴重，道路通達度低，不適宜耕作，南部毗鄰金沙江下游，生態環境敏感脆弱（圖2）。

2.2? 障礙因素識別與耕地質量提升分區

運用障礙度模型對土壤有機質含量、土壤酸堿度、灌溉保證率、道路通達度、排水條件等5個指標進行障礙度計算，通過面積加權法得到各行政村的障礙度。結果表明，研究區內低等地與中等地均存在重度障礙因素，總體來看，中低等地以土壤有機質為主，土壤酸堿度、道路通達度為輔的障礙因素影響面積最大。結合耕地質量評價結果與中低等地障礙因素診斷結果，以提升耕地質量為目標，參考前人的分區方法［23］，將會理市耕地劃分為重點提升區、優先提升區、一般提升區、綜合提升區和保護提升區等5個類型區（圖3）。

2.2.1? 重點提升區

該區域是低等地范圍內有機質障礙度在30%～35%的行政村，這部分區域提升

空間相對較大，改造提升后的效果也會相對顯著，可作為重點提升區。該區域的耕地質量等級較低，耕地質量平均等級是8.00等，共3 218.80 hm2，占比3.98%。主要分布在益門鎮六民村、笆芭村、白果村、下村村，以及六華鎮大坪村、三地村、坪子窯村，這部分耕地有機質含量較低，道路通達度低，建議結合施用有機肥、秸稈還田等措施提高土壤肥力，增加土壤有機質含量，考慮到該區域海拔較高，坡度較大，距離農村居民點較遠，建議修建山間道路，方便農戶進行農業生產活動。

2.2.2? 優先提升區

該區域是中等地范圍內海拔較低、地勢平緩、有機質障礙度在20%～30%的行政村，這部分區域改造基礎條件較好，提升難度較低，投入產出效益相對較高，因此作為優先提升區。該區域的耕地質量平均等級是5.09等，共 16 603.24 hm2，占比20.54%。主要分布在城南街道南閣村、積水村、大卷村、海溪村，鹿廠鎮白草村、銅礦村、鳳營村，彰冠鎮魁閣村、鹽龍村、萬紅村、富樂村、光山村、車拉村，通安鎮花房村、繁榮村、酸水河村、洪發村，這部分耕地有機質含量低，其中鳳營村、銅礦村、鹽龍村、魁閣村耕地偏堿性，建議利用現有便利條件，考慮機械化增施有機肥，可提高土壤中的腐殖質，選施易溶性酸性化肥調節其堿性。

2.2.3? 一般提升區

該區域是低等地范圍內海拔較高、地勢陡峭、有機質障礙度在20%～30%、土壤酸堿度和灌溉保證率障礙度較大的行政村和中等地范圍內部分基礎條件較差的行政村，這部分區域改造難度較高，投入產出效益相對較低，因此作為一般提升區。該區域耕地質量平均等級是6.75等，共11 772.90 hm2，占比14.57%。主要分布在市域北部的六華鎮井獅村、岔河村，云甸鎮甸沙關村、荊涼村、巴松村，益門鎮齊合村、武家溝村、龍泉村、益門社區、幸福村，市域南部綠水鎮阿拉村、坪莊村、雨補村、黎馬村、上龍灘村、阿拉村，樹堡鄉樹堡村、祭龍村、石可莫村、竹鲊村。對于北部耕地而言，這部分耕地破碎化程度高，耕地坡度大，水土流失嚴重，灌溉保證率低下，考慮到這部分耕地的空間分布、改造難度和改造效益，建議分布于坡度較大、地勢較高的低等地發揮其生態功能，降低其生產功能。對于南部耕地，建議采用施肥等方式調節其土壤肥力和酸堿度，完善田間灌溉基礎設施，提高其生產功能。

2.2.4? 綜合提升區

該區域由中低等地范圍內存在較多障礙因素的行政村組成，如土壤有機質含量、灌溉保證率、道路通達度等，由于該區域相對集中連片，且耕地質量不高，采取工程措施后易產生規模效應，因此作為綜合提升區。該區域平均耕地質量為6.63等，共26 028.33 hm2，占比32.20%，是面積占比最大的區域，主要分布在城北街道、內東鄉、太平鎮、小黑箐鎮、關河鎮。建議這部分耕地實行糧肥輪作、間作制度，可提高土壤有機質含量并改善有機質品質，根據地形對其進行高效節水灌溉設施，對于坡耕地采取田塊平整工程，降低其水土流失程度，以此提高其耕地質量。

2.2.5? 保護提升區

該區域耕地質量較高，耕地質量提升空間較小，采取工程措施改造后的效益不顯著，因此作為保護提升區。該區域平均耕地質量為2.16等，共23 201.48 hm2，占比28.71%，主要分布在黎溪鎮南部、木古鎮、新發鎮、通安鎮南部、彰冠鎮西部以及鹿廠鎮周圍，該區域無重度障礙因素，應對其土壤理化性質與現有的田間設施進行維護，采取適宜的耕作制度，科學施用有機肥，避免耕地質量下降。

會理市山地分布廣、地勢起伏度較大，如何科學合理地評價耕地質量并提出耕地保護措施至關重要。在實際耕地利用與保護過程中，不但要考慮區域耕地資源稟賦、區位戰略規劃等因素，還需結合當地居民的耕種意愿，而本研究主要依據地形狀況、土壤性狀和耕作條件3個方面進行耕地質量綜合評價，對耕種意愿等考慮不足。另外，本研究未從時間跨度角度分析耕地質量的變化特征，在往后的研究中可補充收集多期耕地質量評價成果探討其時空動態特征以及驅動力，以便更合理地制定耕地質量保護策略。

3? 結論

本研究利用CRITIC-TOPSIS模型評價耕地質量指數貼近度，基于耕地質量指數貼近度以及耕地質量障礙因素劃分耕地質量提升類型區。結果表明，會理市耕地質量指數平均貼近度為0.527，平均等級為5.52等，呈現“南高北低”的態勢?？傮w上看，以中等地為主，仍存有大量低等地，耕地質量分布差異明顯，高等地分布在地勢平坦、耕作條件優良的市域中南部，中等地分布在城鎮化率較高的市域中部以及耕地坡度較大的北部，低等地分布在水土流失較嚴重的市域最北部和最南部。運用障礙度模型和面積加權法得到各行政村的指標障礙度，研究區內低等地與中等地均存在重度障礙因素，總體上看，中低等地范圍內以土壤有機質為主，土壤酸堿度、道路通達度為輔的障礙因素影響面積最大。基于耕地質量指數貼近度與障礙因素，以提升耕地質量為目標，將會理市分為5個耕地質量類型區，其中重點提升區耕地質量平均等級是8.00等，面積占比3.98%，提升空間相對較大，改造后的效益會相對顯著；優先提升區耕地質量平均等級是5.09等，面積占比20.54%，耕地基礎條件較好，改造提升實施難度較小，投入產出效益相對較高；一般提升區耕地質量平均等級是6.75等，面積占比14.57%，改造基礎條件較差，可因地制宜地選擇耕作制度以及完善田間灌溉基礎設施建設；綜合提升區平均耕地質量為6.63等，面積占比32.20%，區域分布集中，采取工程措施后易產生規模效應；保護提升區平均耕地質量為2.16等，面積占比28.71%，耕地質量較高，改造后的效益不顯著，主要采取保護措施避免耕地質量下降。

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