大食物觀下河南省耕地地力時空演變與保護提升研究

摘要：耕地地力作為衡量耕地質(zhì)量的重要指標(biāo)，事關(guān)糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文以大食物觀為指導(dǎo)，選取國家糧食主產(chǎn)區(qū)河南省為研究區(qū)，構(gòu)建了多層次耕地地力評價指標(biāo)體系，綜合運用Boruta特征選擇、RF模型等方法，系統(tǒng)分析了影響河南省耕地地力的關(guān)鍵因素及其相對重要性，繪制了2009—2019年河南省耕地地力空間分布圖，揭示了耕地地力的時空演變特征，并探討了耕地地力保護提升的路徑與對策。研究結(jié)果表明：氣候、土壤和種植制度是影響河南省耕地地力的三大因素。本研究可為河南省耕地資源可持續(xù)利用、糧食生產(chǎn)功能提升提供理論參考。

關(guān)鍵詞：大食物觀；河南省；耕地地力；時空演變；保護提升

受耕地后備資源枯竭、建設(shè)占地日益增多等因素影響，我國耕地數(shù)量持續(xù)減少，這與不斷增長的農(nóng)產(chǎn)品需求之間的矛盾日益突出。黨的二十大報告提出“樹立大食物觀”，強調(diào)“在保障糧食供給的同時，保障肉類、蔬菜、水果、水產(chǎn)品等各類食物有效供給”。因此，明晰耕地地力的時空演變規(guī)律、采取針對性的保護提升舉措，對于優(yōu)化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)、保障國家糧食安全、推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。

1 河南省耕地地力評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

基于大食物觀理念和河南省實際情況，構(gòu)建耕地地力評價指標(biāo)體系應(yīng)遵循以下原則：一是科學(xué)性原則，指標(biāo)選擇要體現(xiàn)耕地地力的本質(zhì)特征；二是系統(tǒng)性原則，指標(biāo)體系要涵蓋影響耕地地力的各個方面；三是可操作性原則，指標(biāo)數(shù)據(jù)要易于獲取和量化；四是區(qū)域性原則，指標(biāo)選擇要符合河南省地理環(huán)境特點。

1.2 多層次指標(biāo)體系框架

本研究構(gòu)建了“目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—指標(biāo)層”三級耕地地力評價指標(biāo)體系。目標(biāo)層為耕地地力綜合指數(shù)；準(zhǔn)則層包括自然環(huán)境條件、土壤肥力狀況、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、種植管理水平4個方面；指標(biāo)層共設(shè)置18個具體指標(biāo)。

2 大食物觀下河南省耕地地力影響因素分析

2.1 耕地地力影響因素的遴選與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

通過文獻綜述法全面梳理國內(nèi)外耕地地力影響因素研究成果，遴選氣候、地形地貌、成土母質(zhì)、土壤、灌排條件、種植制度6類因子作為分析評價對象，每類因子各選取2～3個具體指標(biāo)。利用河南省自然資源廳、氣象局、水利廳、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳等部門的統(tǒng)計資料，結(jié)合資源三號衛(wèi)星、高分專項等遙感影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品，構(gòu)建2009年、2019年兩個時段的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。其中，氣候因子包括≥10℃積溫、降水量；地形地貌因子包括高程、坡度；成土母質(zhì)因子包括母質(zhì)類型、土層厚度；土壤因子包括土壤有機質(zhì)、全氮、pH；灌排條件因子包括灌溉保證率、排澇能力；種植制度因子包括耕作制度、輪作制度、復(fù)種指數(shù)等。為保證數(shù)據(jù)的可比性和規(guī)范性，利用插值、重采樣等方法，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理為30 m×30 m柵格數(shù)據(jù)[1]。

2.2 基于Boruta算法的耕地地力影響因素篩選

Boruta算法通過構(gòu)建“影子變量”對原始變量重要性進行評估，可有效識別數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵特征[2]。本研究基于R語言Boruta程序包，以指標(biāo)體系中的各評價因子為自變量、耕地地力指數(shù)為因變量，分別對2009年和2019年兩期數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果表明，兩個時期篩選出的關(guān)鍵因素基本一致，主要包括≥10℃積溫、降水量、土壤有機質(zhì)、土壤全氮、灌溉保證率、輪作制度6個指標(biāo)，說明這些指標(biāo)對于耕地地力的形成和變化具有決定性作用。與此同時，兩期的Boruta篩選結(jié)果也存在一定差異。Boruta算法篩選結(jié)果，可為后續(xù)影響因素定量評價、時空分異規(guī)律分析等奠定基礎(chǔ)。

2.3 耕地地力動態(tài)影響因素的時空變化特征分析

通過對比2009年和2019年Boruta算法篩選和RF模型評價結(jié)果，可以看出，這兩個時期耕地地力的關(guān)鍵影響因素總體保持穩(wěn)定，但部分因素的作用大小存在動態(tài)變化。為進一步揭示主要動態(tài)因素的時空變化特征，本研究重點對灌溉保證率、輪作制度兩個指標(biāo)進行分析。就灌溉保證率而言，2009—2019年全省平均值由68.3%提高到78.6%，增幅為10.3%。空間上看，灌溉保證率整體呈現(xiàn)出“北高南低、東高西低”的分布格局，其中安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)、焦作等黃河灘區(qū)地市提升最為明顯，而南陽、信陽等丘陵山區(qū)地市增幅相對較小。就輪作制度而言，2019年全省輪作比例為62.5%，較2009年提高了8.4%。從空間分布看，各地市輪作制度實施水平差異較大，鄭州、開封、周口等平原農(nóng)區(qū)推廣面積較大，而三門峽、濟源等山區(qū)農(nóng)田輪作較少。

3 河南省耕地地力時空演變特征研究

3.1 基于RF模型的河南省耕地地力空間預(yù)測

為全面刻畫河南省耕地地力的空間分布特征及其演變規(guī)律，本研究Boruta算法篩選出的關(guān)鍵影響因子為環(huán)境變量，以耕地地力指數(shù)為目標(biāo)變量，從空間分辨率看，30 m×30 m的預(yù)測結(jié)果能夠很好地反映耕地地力在縣級尺度上的空間分異特征。從數(shù)值分布看，兩期耕地地力指數(shù)均呈現(xiàn)近似正態(tài)分布，2009年和2019年的均值分別為0.424和0.478，變異系數(shù)分別為0.325和0.297，表明近10年河南省耕地地力總體保持相對穩(wěn)定，地區(qū)間差異有所縮小。從空間分布看，全省耕地地力指數(shù)整體呈現(xiàn)出“東高西低、北高南低”的空間格局。其中，東部和北部平原農(nóng)區(qū)耕地地力指數(shù)普遍高于全省平均水平，而西部和南部山丘區(qū)則多低于平均水平[3]。

3.2 河南省耕地地力空間分布圖繪制與分析

空間分布圖采用自然斷點法將耕地地力指數(shù)劃分為5個等級：很高（gt;0.7）、高（0.6～0.7）、中等（0.4～0.6）、低（0.3～0.4）、很低（lt;0.3）。基于RF模型預(yù)測結(jié)果（如圖1）所示，2009年河南省耕地地力空間分布呈現(xiàn)明顯的地域分異特征。高值區(qū)主要分布在豫東平原、豫北平原和豫中平原，包括商丘、周口、開封、新鄉(xiāng)、安陽等地市，這些區(qū)域地勢平坦，土壤肥沃，水利條件良好。低值區(qū)主要集中在豫西山區(qū)、豫南山區(qū)，如三門峽、洛陽西部、南陽南部、信陽南部等地，受地形地貌和土壤條件限制，耕地地力相對較低。2019年河南省耕地地力空間格局總體保持穩(wěn)定，但局部地區(qū)發(fā)生了一定變化。與2009年相比，黃河灘區(qū)和淮河流域部分地區(qū)耕地地力有所提升，主要得益于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和土壤改良工程的實施。同時，部分城市周邊地區(qū)由于建設(shè)占用優(yōu)質(zhì)耕地，耕地地力出現(xiàn)下降趨勢。

3.3 耕地地力變化空間分布圖制作

為更直觀地展現(xiàn)2009—2019年河南省耕地地力的時空變化特征，本研究制作了耕地地力變化空間分布表（見表2）。變化程度劃分為顯著提升（gt;0.1）、輕微提升（0.05～0.1）、基本穩(wěn)定（-0.05～0.05）、輕微下降（-0.1～0.05）、顯著下降（lt;-0.1）五個等級。

表2顯示，河南省耕地地力變化呈現(xiàn)“局部提升、整體穩(wěn)定”的特征。顯著提升區(qū)主要分布在鄭州、開封、商丘、周口等糧食主產(chǎn)區(qū)，占全省耕地面積的23.4%；基本穩(wěn)定區(qū)面積最大，占全省耕地面積的61.2%；輕微下降和顯著下降區(qū)主要分布在城市周邊和部分山區(qū)丘陵地帶，占全省耕地面積的15.4%。

4 大食物觀下河南省耕地地力保護提升策略

4.1 基于影響因素的耕地地力保護提升關(guān)鍵

加強農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善灌溉排澇體系，提高農(nóng)田抗災(zāi)防災(zāi)能力，減輕極端氣候事件的不利影響。大力推廣保護性耕作技術(shù)，減少機械化耕作對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)。科學(xué)制定種植計劃，擴大綠肥種植面積，推廣種養(yǎng)結(jié)合等生態(tài)種植模式，促進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，合理確定糧經(jīng)飼輪作布局，擴大豆科等綠肥作物種植比重，為農(nóng)田培肥地力、平衡養(yǎng)分供給；積極開展農(nóng)田生物多樣性保護，創(chuàng)建農(nóng)田生態(tài)保育示范區(qū)，營造健康穩(wěn)定的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。

4.2 基于指標(biāo)體系的精準(zhǔn)提升措施

針對構(gòu)建的耕地地力評價指標(biāo)體系，應(yīng)采取分類施策的精準(zhǔn)提升措施。在自然環(huán)境條件方面，充分利用氣候資源優(yōu)勢，因地制宜發(fā)展適應(yīng)性農(nóng)業(yè)；在土壤肥力狀況方面，大力推進測土配方施肥，增施有機肥，提高土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量；在農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施方面，加快高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，完善農(nóng)田水利設(shè)施和田間工程配套；在種植管理水平方面，推廣先進種植技術(shù)，提高耕地利用效率和產(chǎn)出水平。建立健全耕地地力監(jiān)測評價體系，定期開展耕地質(zhì)量調(diào)查評價，為科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

4.3 基于時空差異的耕地地力分區(qū)管理策略

鑒于河南省耕地地力在時空上存在顯著差異，應(yīng)采取因地制宜的分區(qū)管理策略。針對高地力區(qū)，應(yīng)著力鞏固提升農(nóng)田水利設(shè)施，優(yōu)化灌排澇體系，進一步提高農(nóng)田綜合生產(chǎn)能力；同時，大力發(fā)展綠色高效農(nóng)業(yè)，提高化肥農(nóng)藥利用率，減少面源污染，確保糧食生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。對于中地力區(qū)，要以提升農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施為抓手，加快高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)步伐，改善農(nóng)田“旱澇保收”能力；與此同時，要加大土壤培肥改良力度，增施有機肥，擴大耕地輪作休耕試點，促進耕地質(zhì)量穩(wěn)步提升。而在低地力區(qū)，當(dāng)務(wù)之急是加快農(nóng)田基本建設(shè)，擴大土地整治規(guī)模，優(yōu)化田間道路、農(nóng)田防護林網(wǎng)等配套設(shè)施，為耕地地力提升奠定基礎(chǔ)；長遠來看，還要立足資源賦，發(fā)展特色高效農(nóng)業(yè)，走出一條農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展新路子[4]。

4.4 基于空間分布圖的靶向治理方案

依據(jù)耕地地力空間分布圖和變化圖，制定靶向性治理方案。對于耕地地力顯著提升區(qū)，總結(jié)成功經(jīng)驗，在全省范圍內(nèi)推廣復(fù)制；對于基本穩(wěn)定區(qū)，重點做好維護保持工作，防止地力下降；對于輕微下降區(qū)，及時查找原因，采取針對性措施遏制下降趨勢；對于顯著下降區(qū)，列為重點治理區(qū)域，集中資源力量進行綜合整治。建立耕地地力動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)和處置耕地質(zhì)量問題，實現(xiàn)精準(zhǔn)管理。

5 結(jié)語

保護和提升耕地地力，關(guān)系到國家糧食安全、生態(tài)文明建設(shè)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。河南省耕地地力整體保持穩(wěn)中向好態(tài)勢，但地區(qū)間發(fā)展不平衡問題凸顯；通過構(gòu)建系統(tǒng)性指標(biāo)體系和繪制精準(zhǔn)化空間分布圖，大力實施農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、土壤培肥改良、輪作休耕等措施，加快農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新步伐，健全完善耕地保護政策，是當(dāng)前和今后一個時期全省耕地地力保護提升的關(guān)鍵舉措。

參考文獻

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