我國耕地質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展和研究現(xiàn)狀綜述

■胡慧娟　肖建東　高　喬（西安市雁塔區(qū)育才路長安大學(xué)陜西西安710054）

我國耕地質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展和研究現(xiàn)狀綜述

■胡慧娟肖建東高喬
（西安市雁塔區(qū)育才路長安大學(xué)陜西西安710054）

近年來，我國的耕地?cái)?shù)量逐年減少，耕地質(zhì)量逐漸下降，對耕地質(zhì)量的監(jiān)測和治理刻不容緩。傳統(tǒng)的耕地質(zhì)量監(jiān)測方法結(jié)果較為可靠，但工作量大，監(jiān)測周期長，監(jiān)測速度慢，而且檢測結(jié)果受采樣點(diǎn)數(shù)目和分布狀況的限制，迫切需要新的監(jiān)測技術(shù)來快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測耕地質(zhì)量的變化。目前運(yùn)用遙感技術(shù)已成為進(jìn)行耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測的主要發(fā)展趨勢，但是技術(shù)仍不成熟。

耕地質(zhì)量遙感技術(shù)發(fā)展趨勢

耕地是人類賴以生存的基本資源，必須保有足量的高質(zhì)量耕地才能保證充足的糧食供應(yīng)。根據(jù)第二次全國土地調(diào)查，截止2013年，我國的耕地面積為20.3077億畝。人均1.52畝，不足世界人均水平的一半。且近百分之七十為山地、丘陵和高原，開發(fā)利用難度較大。

隨著人口的日益增多，環(huán)境逐漸惡化，我國的耕地?cái)?shù)量逐年減少，耕地質(zhì)量逐漸下降，對耕地質(zhì)量的監(jiān)測和治理刻不容緩。

1　我國耕地質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展過程

我國有關(guān)耕地質(zhì)量的調(diào)查始于1951年，為配合土改和農(nóng)業(yè)稅收，我國進(jìn)行了查田定產(chǎn)，這是建國來第一次較為系統(tǒng)的耕地調(diào)查。但只是對耕地面積、產(chǎn)量、耕地類別進(jìn)行了調(diào)查[1]。

我國的耕地質(zhì)量監(jiān)測工作始于1985年。至1997年，布設(shè)了連續(xù)使用5年以上的國家級監(jiān)測點(diǎn)153個(gè)，省級和縣級監(jiān)測點(diǎn)兩千多個(gè)，分布在17個(gè)省的95個(gè)縣的16個(gè)主要土地類型上。監(jiān)測采用了分層監(jiān)測的方法，設(shè)不施肥(空白區(qū))和施肥(農(nóng)民習(xí)慣施肥和田間管理)兩種類別[2]。

2　耕地質(zhì)量監(jiān)測方法的研究現(xiàn)狀

目前，我國對耕地質(zhì)量監(jiān)測方法的研究主要集中在對監(jiān)測指標(biāo)體系的建立方法、監(jiān)測樣點(diǎn)的布設(shè)、監(jiān)測樣區(qū)的劃定等方面。

王芳東（2013）和李永東（2014）分別以吉安縣和農(nóng)安縣耕地質(zhì)量監(jiān)測研究為主要內(nèi)容，對耕地質(zhì)量監(jiān)測樣點(diǎn)的布設(shè)，監(jiān)測體系的建立，監(jiān)測結(jié)果的分析進(jìn)行分析研究。楊梅花等（2014）提出使用綜合指數(shù)法對耕地質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行處理，來更好的掌握耕地質(zhì)量的變化狀況。

傳統(tǒng)的耕地質(zhì)量監(jiān)測方法是在監(jiān)測區(qū)內(nèi)布置監(jiān)測點(diǎn)，在監(jiān)測點(diǎn)采樣深度為0-20cm耕層土壤，對樣品進(jìn)行風(fēng)干、剔除雜質(zhì)、研磨、篩選后進(jìn)行相關(guān)檢測分析[3]。這種監(jiān)測方法結(jié)果較為可靠，但是工作量大，監(jiān)測周期長，監(jiān)測速度慢，而且檢測結(jié)果受采樣點(diǎn)數(shù)目和分布狀況的限制，不能有效的反映較大尺度土壤性狀的分布狀況，也難以發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)以外小范圍的質(zhì)量變化。而且，目前我國的耕地質(zhì)量監(jiān)測主要以短時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)觀測為主，缺乏連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)觀測數(shù)據(jù)；全國城鄉(xiāng)之間、東中西部地區(qū)之間監(jiān)測能力差異大，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中監(jiān)測污染物的數(shù)量不足，遠(yuǎn)不能適應(yīng)新時(shí)期耕地質(zhì)量監(jiān)測的需要。因此，迫切需要新的監(jiān)測技術(shù)來快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測耕地質(zhì)量的變化。

對于運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行耕地質(zhì)量監(jiān)測的相關(guān)研究較少，目前主要的研究都集中在如何使用遙感技術(shù)提取土壤的理化指標(biāo)，從而對耕地質(zhì)量進(jìn)行分析。

沙晉明等利用地物光譜測量儀測量了在不同環(huán)境條件下形成的幾種土壤剖面的反射光譜，發(fā)現(xiàn)在紫外區(qū)、可見光區(qū)和近紅外區(qū)，均存在著土壤有機(jī)質(zhì)光譜響應(yīng)。采用土壤水分光譜法，可以建立在可見光到近紅外波段范圍內(nèi)的土壤水分與土壤光譜反射率的關(guān)系。王靜等通過對地物光譜分析，發(fā)現(xiàn)了有機(jī)質(zhì)含量、沙化程度、水蝕程度和反射率的關(guān)系，并利用多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)建立了土壤光譜的有機(jī)質(zhì)反演模型和預(yù)測土壤含水量的回歸模型。陳彬等通過深入研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)、總氮含量與遙感影像反射光譜之間分別為指數(shù)關(guān)系和對數(shù)關(guān)系，并以此建立土壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量預(yù)測模型。張法升等利用LandSat TM遙感影像反演了遼寧省阜新鎮(zhèn)表層土壤有機(jī)質(zhì)的空間格局，認(rèn)為TM3、TM5波段DN值的回歸模型對研究區(qū)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量的預(yù)測結(jié)果可靠。何挺運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)、基于光譜位置變量的分析技術(shù)等方法,通過對試驗(yàn)區(qū)不同土樣的地面光譜特征分析和理化特性分析,選擇高光譜遙感技術(shù)手段所能監(jiān)測的若干直接或間接反映土地質(zhì)量狀況的光譜指標(biāo),初步建立土地質(zhì)量指標(biāo)的光譜指標(biāo)模型,進(jìn)行高光譜遙感土地質(zhì)量監(jiān)測的潛力研究。任紅艷對寶山礦區(qū)農(nóng)田土壤-水稻系統(tǒng)重金屬污染進(jìn)行光譜探測，得出結(jié)論：540nm、670nm以及2100～2900nm為預(yù)測重金屬Cu模型的關(guān)鍵波段。王維等基于高光譜的土壤重金屬銅的反演，得到土壤重金屬Cu與Mg、Fe的相關(guān)性顯著。

綜上所述，大多數(shù)有關(guān)遙感技術(shù)在耕地質(zhì)量監(jiān)測上的應(yīng)用的研究都是針對土壤有機(jī)質(zhì)、土壤含水量、土壤重金屬含量中的一個(gè)或幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的提取進(jìn)行的研究，存在以下不足：

①國內(nèi)外對耕地質(zhì)量監(jiān)測相關(guān)方面的研究都比較分散，主要都是針對個(gè)別監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行的，缺乏綜合性、系統(tǒng)性的研究。

②遙感監(jiān)測以定性為主,缺乏對耕地質(zhì)量指標(biāo)的定量監(jiān)測。

③監(jiān)測定量化水平和自動化程度不高,遙感數(shù)據(jù)的分析仍然需要依靠人工目視解譯，應(yīng)用效率相對較低。

3　耕地質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展趨勢

目前，運(yùn)用遙感技術(shù)已成為進(jìn)行耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測的主要發(fā)展趨勢，但是技術(shù)仍不成熟。首先，現(xiàn)有的反演模型的可重復(fù)性和在不同地區(qū)的普適性尚需檢驗(yàn)。需要建立一個(gè)普遍使用的模型或方法。其次，目前的研究大多是只考慮單個(gè)因素的一元線性回歸模型，今后應(yīng)進(jìn)行綜合考慮多個(gè)參數(shù)的多元回歸模型。今后應(yīng)在更多的波段上地物表面的光譜反射特征進(jìn)行分析，從而獲得高精度的定量反演結(jié)果。此外，如果能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測定量化和自動化，可以在很大程度上提高耕地質(zhì)量監(jiān)測的作業(yè)速度。這些將是今后耕地質(zhì)量監(jiān)測的主要發(fā)展方向。

[1]伍育鵬,鄖文聚,李武艷.用標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警探討[J].中國土地科學(xué),2006,04:40-45.

[2]程晉南.基于GIS的縣域耕地地力評價(jià)、動態(tài)分析及改良利用研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2009

[3]密長林,馬愛功,張曉東.基于WebGIS技術(shù)的耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)研究[J].山東國土資源,2011,12:28-31+35.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-306-1

胡慧娟（1991～），女，大地測量學(xué)在讀研究生，研究方向?yàn)橥恋刭Y源管理。