耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警研究進(jìn)展

毛雪，馬友華，朱海娣，尹國(guó)慶，王強(qiáng)，王靜，張貝爾（.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，合肥006；.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥006；.安徽省經(jīng)濟(jì)研究院，合肥0000）

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警研究進(jìn)展

毛雪1，馬友華2*，朱海娣1，尹國(guó)慶1，王強(qiáng)2，王靜1，張貝爾3
（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，合肥230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥230036；3.安徽省經(jīng)濟(jì)研究院，合肥230000）

耕地質(zhì)量是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本生產(chǎn)資料。為發(fā)揮監(jiān)測(cè)預(yù)警體系在耕地質(zhì)量建設(shè)中的主體作用，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量的可持續(xù)利用，本文采用文獻(xiàn)綜述法和系統(tǒng)分析法綜述了耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)和預(yù)警體系在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，并著重對(duì)時(shí)間序列分析模型、灰色預(yù)測(cè)模型和回歸分析模型三種耕地質(zhì)量預(yù)警模型進(jìn)行闡述。耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全方位的監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能，對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系、方法、周期、模型和理論實(shí)踐探究還需要進(jìn)一步完善，同時(shí)還需要借助應(yīng)用大數(shù)據(jù)，以期為耕地質(zhì)量精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)預(yù)警提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)及模型支持服務(wù)。

耕地質(zhì)量；監(jiān)測(cè)；預(yù)警；模型；大數(shù)據(jù)

1　前言

耕地資源緊縮，耕地質(zhì)量下降，對(duì)人類(lèi)的生存造成威脅，直接影響著人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展［1］?！笆濉币?guī)劃提出：“堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅(jiān)守耕地紅線(xiàn)，實(shí)施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略”。糧食安全的根本在耕地、關(guān)鍵在耕地質(zhì)量，為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，加強(qiáng)耕地質(zhì)量保護(hù)，開(kāi)展耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系研究，建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和預(yù)警機(jī)制，當(dāng)務(wù)之急是以可控方式和節(jié)奏主動(dòng)釋放風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)提高耕地質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)防控能力。國(guó)土資源部為切實(shí)加強(qiáng)耕地質(zhì)量管理，根據(jù)《耕地質(zhì)量等別調(diào)查評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)工作方案》和年度預(yù)算安排，在2014年全面開(kāi)展全國(guó)耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)工作和年度監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)試點(diǎn)工作，為形成耕地質(zhì)量等別年度監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)試點(diǎn)研究報(bào)告做準(zhǔn)備。

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系主要包括耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、預(yù)警等環(huán)節(jié)，它們之間有著密切聯(lián)系，其關(guān)注的核心都是耕地質(zhì)量的演化和變化。同時(shí)本文提出未來(lái)在大數(shù)據(jù)時(shí)代的引領(lǐng)下，應(yīng)盡快建立全面精準(zhǔn)的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，加強(qiáng)耕地質(zhì)量目標(biāo)責(zé)任考核，實(shí)施“藏糧于地”戰(zhàn)略。

2　耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系研究

目前對(duì)耕地質(zhì)量還沒(méi)有統(tǒng)一的定義。劉友兆認(rèn)為耕地質(zhì)量是構(gòu)成耕地的各種自然因素和環(huán)境條件狀況的總和，表現(xiàn)為耕地生產(chǎn)能力的高低、耕地環(huán)境狀況的優(yōu)劣以及耕地產(chǎn)品質(zhì)量的高低［2］；李丹等提出耕地質(zhì)量包括本底質(zhì)量、健康質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)質(zhì)量三個(gè)部分［3］。吳群認(rèn)為，耕地質(zhì)量是耕地各種性質(zhì)的綜合反映，衡量耕地質(zhì)量主要有三個(gè)方面的因素，即耕地適宜性、耕地生產(chǎn)潛力和耕地現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力［4］；趙登輝等認(rèn)為，耕地質(zhì)量是耕地的綜合屬性，由耕地肥力和耕地位置兩方面決定的［5］；張露［6］等在分析耕地質(zhì)量時(shí)，認(rèn)為耕地質(zhì)量應(yīng)該包括三部即耕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、耕地的經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和耕地的管理質(zhì)量。

2.1國(guó)外耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)是預(yù)警系統(tǒng)的核心內(nèi)容，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)警的關(guān)鍵所在，是一項(xiàng)全新的工作，需要從監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)選取、指標(biāo)信息采集、監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法等方面進(jìn)行研究，從而建立科學(xué)的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系。目前國(guó)外在耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)上已構(gòu)筑了成熟的體系。

2.1.1加拿大耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系

世界上最早開(kāi)展耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的是加拿大，由于水土流失、土壤結(jié)構(gòu)惡化、鹽漬化、酸化等耕地退化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，1988年1月加拿大召開(kāi)了耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的討論會(huì)議。對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)的選擇制定了7條標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)三維坐標(biāo)地形數(shù)據(jù)對(duì)取樣點(diǎn)進(jìn)行精確定位，利用柵格狀取樣法和橫交式取樣法在分層基礎(chǔ)上采用分層隨機(jī)抽樣方法確定取樣點(diǎn)。到1992年，已在全國(guó)建立了23個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（Benchmark Sites），構(gòu)成基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)［7］。

2.1.2美國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系

美國(guó)從1977年開(kāi)始，用立法形式正式確立了5年進(jìn)行1次國(guó)家資源清查的制度，發(fā)展目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)持續(xù)的、部門(mén)間的、定位于自然資源監(jiān)測(cè)計(jì)劃。原理是根據(jù)既定的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量，應(yīng)用ArcGIS軟件在地圖上繪制一定大小密度的方格網(wǎng)，網(wǎng)格布設(shè)的稠密取決于監(jiān)測(cè)的精度。在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)采用“五點(diǎn)法”采集土壤樣本，即為所在網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。雖然計(jì)劃是5年進(jìn)行1次，但其監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分為核心和輪流采樣點(diǎn)。核心點(diǎn)每年都進(jìn)行采樣，輪流點(diǎn)每隔幾年進(jìn)行1次采樣。采樣數(shù)據(jù)包括：種植作物、土地利用方式、水土保護(hù)措施（包括梯田、排水溝、緩沖隔離帶等）、耕作類(lèi)型、灌溉類(lèi)型等［8］。

2.1.3歐盟耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系

歐盟由于當(dāng)時(shí)政策的不統(tǒng)一，各國(guó)采取不同的監(jiān)測(cè)方法，所得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也不一致。后來(lái)歐盟實(shí)施土壤環(huán)境評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（TheEnvironmental Assessment of Soil for Monitoring Project），制定了耕地監(jiān)測(cè)程序和相關(guān)規(guī)定，覆蓋全部歐盟成員國(guó)［9］。采用網(wǎng)格方法對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)設(shè)定位置，確保每塊圖斑和每種土地利用類(lèi)型都有監(jiān)測(cè)點(diǎn)［10］。該監(jiān)測(cè)體系分級(jí)進(jìn)行，二級(jí)包括一級(jí)所有的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，這樣使監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)更加分散，樣點(diǎn)數(shù)據(jù)代表性更加典型。一級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)是在每300km2的面積內(nèi)設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即在邊長(zhǎng)16km和17km長(zhǎng)網(wǎng)格交界的地方設(shè)定，這樣可包含所有的土地利用類(lèi)型和土壤類(lèi)型。初級(jí)田間采樣點(diǎn)的面積通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大小和土壤剖面的性狀進(jìn)行確定，一般為100m2至1hm2之間。至少設(shè)定4個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)，每個(gè)區(qū)采10-100份樣品，嚴(yán)格按土壤分層進(jìn)行取土，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化［11，12］。

筆者認(rèn)為綜述以上三個(gè)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系，加拿大在選擇監(jiān)測(cè)區(qū)制定的標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了耕地質(zhì)量的差異性，將自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等因素考慮在內(nèi)，提高了耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系的準(zhǔn)確性；美國(guó)監(jiān)測(cè)體系的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便易行，適用于土地性質(zhì)相對(duì)均一的區(qū)域，缺點(diǎn)是因素的差異和圖斑地塊的完整性在網(wǎng)格中不易體現(xiàn)，并且難以全面反映研究區(qū)的耕地質(zhì)量變化情況；歐盟監(jiān)測(cè)體系的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行分級(jí)監(jiān)測(cè)，在土壤質(zhì)量退化的監(jiān)測(cè)區(qū)加大布點(diǎn)的密度，提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，但是采用統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)方法，沒(méi)有將不同國(guó)家的差異性考慮在內(nèi)。

2.2國(guó)內(nèi)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系

我國(guó)實(shí)施嚴(yán)格的耕地管理制度，在管理耕地?cái)?shù)量方面，從土地資源詳查、變更調(diào)查，到第二次全國(guó)土地大調(diào)查，已經(jīng)基本構(gòu)建了比較完整的技術(shù)支撐體系，而在質(zhì)量管理方面仍處于初級(jí)階段，目前尚未建立統(tǒng)一的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系。

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究主要涉及的方面有建立監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系、選定監(jiān)測(cè)指標(biāo)周期、確定監(jiān)測(cè)方法、布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)、劃定監(jiān)測(cè)樣區(qū)等方面。李丹、劉友照等以江蘇省金壇市為實(shí)例研究，從耕地本底質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和健康質(zhì)量出發(fā)，建立耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)體系，探索了各指標(biāo)的數(shù)量化實(shí)現(xiàn)方式，并運(yùn)用建立的模型對(duì)耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究［13］；顏國(guó)強(qiáng)、楊洋對(duì)耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)開(kāi)展了初探，提出采用時(shí)間序列模型分析法和影響因素分析法預(yù)測(cè)耕地質(zhì)量演變方向，結(jié)合自然指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)構(gòu)建了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，為及時(shí)準(zhǔn)確的掌握耕地質(zhì)量變化提供了依據(jù)［14］；周慧珍、曹子榮等人研究的內(nèi)容主要有關(guān)基本農(nóng)田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警?；谟布屯庠O(shè)以及數(shù)據(jù)庫(kù)、灰色預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等軟件組成的GIS系統(tǒng)，研究匯制了基本農(nóng)田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，能有效的用于進(jìn)行不同時(shí)間與空間的基本農(nóng)田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與基本農(nóng)田動(dòng)態(tài)總量的預(yù)警預(yù)測(cè)，為保護(hù)基本農(nóng)田提供了科學(xué)支撐［15］；王洪波等［16］結(jié)合中國(guó)農(nóng)用地分等和產(chǎn)能核算工作，對(duì)由于占、毀、調(diào)、退、開(kāi)發(fā)、整理、復(fù)墾和生存條件改變等原因?qū)е碌母禺a(chǎn)能衰減或提高現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，將監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)與監(jiān)測(cè)樣區(qū)相結(jié)合、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和基線(xiàn)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了耕地產(chǎn)能監(jiān)測(cè)體系；葛向東、彭補(bǔ)拙等通過(guò)監(jiān)測(cè)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、權(quán)屬及價(jià)格變化，利用定位監(jiān)測(cè)，建立耕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和耕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)，根據(jù)布設(shè)固定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，從而獲取相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為保證耕地總量動(dòng)態(tài)平衡起到了預(yù)警的作用［17］；彭茹燕［18］、吳克寧等［19］充分運(yùn)用農(nóng)用地分等成果，將標(biāo)準(zhǔn)樣地國(guó)家級(jí)匯總成果與耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，在農(nóng)用地分等指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的前提下，選取標(biāo)準(zhǔn)樣地，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)手段，就如何設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究［20］；孫亞彬［21］等人依據(jù)耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)試點(diǎn)項(xiàng)目，建立“自然等別主導(dǎo)因素”理論模型，并用所建模型對(duì)控制區(qū)進(jìn)行細(xì)分，保證了監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的代表性和耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)信息的完整性；郭力娜［22］以已完成農(nóng)用地分等國(guó)家級(jí)匯總的冀豫鄂3省為案例區(qū)，用格網(wǎng)法與景觀(guān)多樣性指數(shù)法對(duì)3省布設(shè)農(nóng)用地等別質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣帶，采用分層抽樣法選取標(biāo)準(zhǔn)樣地的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，構(gòu)造了節(jié)省時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本的監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)絡(luò)。

綜合國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展，筆者認(rèn)為目前國(guó)內(nèi)對(duì)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)相關(guān)的研究都比較分散，沒(méi)有就如何全面的開(kāi)展耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作加以分析探討，形成綜合性的耕地狀況監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。后期在借鑒國(guó)外成熟的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系時(shí)，應(yīng)建立統(tǒng)一的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，完善耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，定期發(fā)布耕地質(zhì)量評(píng)估報(bào)告，以提高耕地質(zhì)量監(jiān)管水平和預(yù)測(cè)預(yù)警能力。為保證耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的有效性與準(zhǔn)確性，還需要及時(shí)更新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)時(shí)效性，并且要制訂出調(diào)整監(jiān)測(cè)樣地?cái)?shù)量增減與位置異動(dòng)的操作規(guī)范，為建設(shè)國(guó)內(nèi)統(tǒng)一的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系提供理論依據(jù)。

3　耕地質(zhì)量預(yù)警體系的研究

預(yù)警的產(chǎn)生和發(fā)展源于資本主義周期性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，一般是指對(duì)危機(jī)與危險(xiǎn)狀態(tài)的一種預(yù)前信息警報(bào)或警告［23］。耕地質(zhì)量預(yù)警已成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，運(yùn)用一定的科學(xué)方法預(yù)報(bào)耕地質(zhì)量超過(guò)臨界值的時(shí)空范圍和危險(xiǎn)程度，對(duì)滿(mǎn)足該時(shí)段區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的耕地質(zhì)量狀況實(shí)行臨界警戒，以此為耕地質(zhì)量建設(shè)提供早期預(yù)警［24］。通過(guò)對(duì)區(qū)域耕地時(shí)空演變進(jìn)行模擬，耕地質(zhì)量預(yù)警體系體現(xiàn)出耕地“質(zhì)”與“量”的演化規(guī)律，在把握區(qū)域耕地資源保護(hù)“度”的同時(shí)，對(duì)不正常狀態(tài)的時(shí)空范圍和危害程度進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出方法措施［25］。

3.1耕地質(zhì)量預(yù)警相關(guān)研究

目前我國(guó)的耕地預(yù)警體系尚未形成完整，耕地質(zhì)量預(yù)警相對(duì)成熟，主要包括耕地質(zhì)量預(yù)警的理論研究、指標(biāo)體系研究、方法研究以及對(duì)預(yù)警理論的實(shí)踐探究四個(gè)方面。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者鑒于我國(guó)耕地質(zhì)量已經(jīng)存在的警情，在綜合自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各個(gè)方面的因素之后，提出以下相關(guān)學(xué)科理論體系在耕地質(zhì)量研究系統(tǒng)中集成、融合的分析理論：包括追求可持續(xù)發(fā)展，始終圍繞人地和諧共生的人地關(guān)系理論［26］；土地利用方式分散、土地利用方向變更困難以及土地報(bào)酬遞減等因素所導(dǎo)致的耕地資源稀缺理論；謀求經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論［27］；以及將耕地預(yù)警體系的定性分析和定量研究都提高到了一個(gè)新水平的DSC理論等［28］。目前已構(gòu)建的耕地質(zhì)量預(yù)警指標(biāo)體系包括耕地基礎(chǔ)地力總量、耕地面積的變化，其判定警度指標(biāo)包括耕地面積、人口數(shù)量、耕地地力貢獻(xiàn)率、區(qū)域耕地平均糧食單產(chǎn)等；監(jiān)測(cè)警兆指標(biāo)包括人口增長(zhǎng)率、土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)指數(shù)、耕地投入指數(shù)、區(qū)域城市化水平、農(nóng)業(yè)土地利用比較效益等［29］。

隨著耕地質(zhì)量預(yù)警理論的不斷進(jìn)步與發(fā)展，耕地質(zhì)量預(yù)警研究逐漸從預(yù)警指標(biāo)體系演變到預(yù)警模型的探究，很多學(xué)者為此建立了耕地質(zhì)量預(yù)警模型，使耕地質(zhì)量預(yù)警從抽象走向直觀(guān)，具有現(xiàn)實(shí)性和可操作性。

3.2耕地質(zhì)量預(yù)警模型的應(yīng)用

耕地質(zhì)量預(yù)警模型是耕地質(zhì)量體系的重要組成部分，為耕地質(zhì)量的持續(xù)利用管理和耕地總量動(dòng)態(tài)平衡戰(zhàn)略的實(shí)施提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及模型支持服務(wù)。

3.2.1時(shí)間序列分析模型

時(shí)間序列分析是一種處理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)整合過(guò)去和現(xiàn)在變化規(guī)律的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)造而成，利用曲線(xiàn)擬合和參數(shù)估計(jì)，預(yù)測(cè)事物的趨勢(shì)變化、周期性變化和隨機(jī)性變化。根據(jù)時(shí)間序列是否平穩(wěn)分為自回歸移動(dòng)平均模型ARMA模型和自回歸求和移動(dòng)平均模型ARIMA模型，其中ARMA模型又可以細(xì)分為AR模型、MA模型和ARMA模型三大類(lèi)。

劉友兆［30］等在耕地質(zhì)量預(yù)警模型探究中，結(jié)合耕地質(zhì)量特性和系統(tǒng)提出了采用指數(shù)平滑模型求得序列平滑預(yù)測(cè)值的時(shí)間序列分析法；鄧力［31］在預(yù)測(cè)成都市耕地資源警情時(shí)，采用時(shí)間序列分析法中的指數(shù)曲線(xiàn)型預(yù)測(cè)模型對(duì)時(shí)間和指標(biāo)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到耕地?cái)?shù)量安全值的預(yù)測(cè)模型和檢驗(yàn)參數(shù)，對(duì)成都市耕地?cái)?shù)量子系統(tǒng)的耕地安全評(píng)價(jià)值進(jìn)行預(yù)測(cè)；莫增文［32］提出了一種新的時(shí)間序列模式匹配方法—?jiǎng)討B(tài)模式匹配，針對(duì)基于動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲的時(shí)間序列相似性搜索算法給出優(yōu)化策略以提高算法的執(zhí)行效率。

3.2.2灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)模型是由華中理工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年提出利用少量的、不完全的信息建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行預(yù)測(cè)的一種預(yù)測(cè)方法，在時(shí)間序列短、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)少、信息不完全的系統(tǒng)分析與建模上具有獨(dú)特的效果。

李啟宇［33］在對(duì)四川省耕地資源進(jìn)行預(yù)警分析時(shí)，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行累加生成，借助時(shí)間響應(yīng)函數(shù)對(duì)四川省2004-2015年的人口數(shù)量、糧食單位面積產(chǎn)量、糧食播種面積占農(nóng)作物播種面積的比例和耕地?cái)?shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)；王楠君［34］從糧食安全角度出發(fā)，利用灰色預(yù)警模型就經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的糧食播種面積和人均耕地面積進(jìn)行短期預(yù)警，并針對(duì)江蘇省短期輕警的狀況提出控制人口數(shù)量的排警方法；李志斌［35］以東北三省的糧食生產(chǎn)狀態(tài)為研究目標(biāo)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對(duì)影響東北三省糧食生產(chǎn)的因素進(jìn)行定性判斷，從而獲得糧食總產(chǎn)與影響因素的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，構(gòu)建了糧食生產(chǎn)安全模型。

3.2.3回歸分析模型

回歸分析法是探究變量之間的數(shù)量變化規(guī)律，用一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述一個(gè)或幾個(gè)變量之間的變化對(duì)另一個(gè)變量的影響程度。根據(jù)自變量個(gè)數(shù)的不同可分為一元回歸分析預(yù)測(cè)法和多元回歸分析預(yù)測(cè)法，依據(jù)自變量和因變量之間的相關(guān)關(guān)系不同，又可分為線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)和非線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)。

葛向東［36］以江蘇省錫山市為例，利用二項(xiàng)式回歸模型對(duì)錫山市第二次土壤普查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，依據(jù)土壤質(zhì)量指數(shù)與地力貢獻(xiàn)率存在著顯著的正相關(guān)性，得出錫山市基準(zhǔn)年和預(yù)警年的地力貢獻(xiàn)率，并預(yù)測(cè)其耕地系統(tǒng)產(chǎn)出能力的穩(wěn)定性呈下降趨勢(shì)；段金龍［37］在評(píng)價(jià)河南區(qū)域土壤多樣性的格局與意義時(shí)，將土屬的面積、斑塊的數(shù)量和空間分布多樣性用一元回歸分析進(jìn)行兩兩組合，發(fā)現(xiàn)三者之間存在一定程度的正相關(guān)關(guān)系，符合正態(tài)分布。從空間角度很好的描述了土壤資源的分布離散性，為評(píng)價(jià)土壤要素之間的關(guān)聯(lián)性提供了新的思路和研究方法；劉繼紅［38］基于封丘縣的40個(gè)樣點(diǎn)、169個(gè)樣品的土壤容重，利用普通回歸分析和逐步回歸分析構(gòu)建表層和心土層容重PTFs，相對(duì)于前者，逐步回歸分析具有更強(qiáng)的解釋能力和更高的預(yù)測(cè)精度，進(jìn)一步揭示了PTFs的預(yù)測(cè)精度主要取決于預(yù)測(cè)變量的遴選范圍與數(shù)據(jù)質(zhì)量。

綜合以上三種預(yù)警模型，筆者認(rèn)為時(shí)間序列分析模型簡(jiǎn)便易行，成本較低，應(yīng)用范圍較廣，灰色預(yù)警模型所需建模的信息少，運(yùn)算方便，在處理小樣本預(yù)測(cè)上精度較高，而回歸分析模型適用于較大的樣本預(yù)測(cè)，為避免發(fā)生隨意外推的回歸預(yù)測(cè)，需要對(duì)現(xiàn)象之間的依存關(guān)系進(jìn)行定性分析。

4　大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化的應(yīng)用

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系作為國(guó)家轉(zhuǎn)變未來(lái)土地管理方式的重要技術(shù)支撐，需要加強(qiáng)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化的應(yīng)用技術(shù)研究。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系迎來(lái)了大數(shù)據(jù)時(shí)代，“大數(shù)據(jù)開(kāi)啟了一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型”［39］，是提升耕地質(zhì)量的前沿領(lǐng)域。高度的信息化和數(shù)字化將耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體預(yù)警系研究推到了新的高度［40］，利用互聯(lián)網(wǎng)連接，再加以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，擁有數(shù)據(jù)的規(guī)模和運(yùn)用數(shù)據(jù)的能力將成為耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的重要組成部分，對(duì)數(shù)據(jù)的占有、控制和運(yùn)用也將成為其重點(diǎn)發(fā)展方向。筆者認(rèn)為，隨著農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)熱潮的來(lái)臨，應(yīng)盡早探索農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化的技術(shù)和應(yīng)用模式，將耕地質(zhì)量預(yù)警模型與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，為促進(jìn)其發(fā)展搭建大數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系相關(guān)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的深度分析和智能挖掘，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)和預(yù)警應(yīng)用三者結(jié)合起來(lái)，可以更準(zhǔn)確、更多維的為警情、警源、警度、警兆提供預(yù)測(cè)，制定科學(xué)合理的耕地質(zhì)量預(yù)警體系，從而提升耕地質(zhì)量預(yù)警模型的精確性。

5　展望

完善耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系，提升耕地質(zhì)量預(yù)警精度對(duì)建立耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系至關(guān)重要。為提高耕地質(zhì)量的可持續(xù)利用，在研究層次上不僅要借鑒國(guó)外成熟的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系，注重土壤理化性狀和生物學(xué)特性的變化，同時(shí)要依據(jù)區(qū)域差異性選取監(jiān)測(cè)指標(biāo)，確立差異化的監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境演變的基本特征，修正和完善關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo)的參數(shù)。建立耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系在實(shí)際應(yīng)用中還要注重預(yù)警單元的發(fā)展?fàn)顟B(tài)對(duì)其他相關(guān)區(qū)域的影響效應(yīng)，綜合考察其歷史變化特征值，對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系和預(yù)警參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，努力在選取指標(biāo)、確定精度、監(jiān)測(cè)布點(diǎn)和建立模型等方面最大程度地滿(mǎn)足預(yù)警要求。

目前，我國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)信息存在著信息孤島和重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，主要表現(xiàn)在國(guó)土部門(mén)與農(nóng)業(yè)部門(mén)的信息系統(tǒng)無(wú)法在統(tǒng)一平臺(tái)上協(xié)同完成、高度共享。由于系統(tǒng)割裂，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息分散、孤立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享；并且各部、省、市、縣各級(jí)建設(shè)主體關(guān)注重點(diǎn)不同，使數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)多有重復(fù)，缺乏整體統(tǒng)籌性。為建立統(tǒng)一的信息服務(wù)平臺(tái)，為耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系提供“一站式”的數(shù)據(jù)服務(wù)，耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)建設(shè)應(yīng)“以公開(kāi)為原則，不公開(kāi)為例外”，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源信息公開(kāi)化，通過(guò)建立和完善耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)資源共享目錄，實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)之間多維度、多專(zhuān)題數(shù)據(jù)共享，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)信息在國(guó)土資源管理和社會(huì)服務(wù)方面的作用，促進(jìn)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的智能化、數(shù)據(jù)化和精準(zhǔn)化發(fā)展。

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（2016-05-20收稿S編輯）

Research progress of cultivated land quality monitoring and early warning

MAO Xue et al
（Economics and Management College of Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China）

Cultivated land quality is the material foundation for the survival and development of human society，is the basic means of production of agricultural development.To play the main role in cultivatedlandqualitymonitoringandearlywarningsystem construction and realize the sustainable use of cultivated land quality，this paper adopts literature review method and system analysis method to review the cultivated land quality monitoring and early warning system's research progress at home and abroad，and emphatically analysis three kinds of cultivated land quality early-warning models which is the time series model，the grey prediction model and regression analysis model.Cultivated land qualitymonitoringandearlywarningsystemwithreal-time，dynamic and comprehensive monitoring and early warning function still need further perfect in monitoring and early warning index system，method，cycle，model and theory practice exploration.In order to provide real-time data monitoring and early warning model of support services for accurate cultivated land quality，it's also need to apply in large datas.

Cultivated land quality；Monitoring；Warning；Model；Big data

F301

A

1003-7853（2016）03-0076-06

安徽省發(fā)改委“安徽省資源環(huán)境承載力預(yù)警研究”

毛雪（1993-），女，安徽淮南人，碩士，主要從事土地資源信息管理方面研究。

馬友華（1962-），男，安徽霍邱人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究。