基于農戶土地利用行為的耕地質量評價
——以貴陽市烏當區(qū)為例

◎ 宋建堂

基于農戶土地利用行為的耕地質量評價
——以貴陽市烏當區(qū)為例

◎ 宋建堂

以農戶行為與耕地質量變化的理論關系為基礎，根據(jù)反映耕地質量的主要內涵，同時依據(jù)指標數(shù)據(jù)的科學性、相對獨立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預見的較長時間內的變化和穩(wěn)定性，從自然、社會經濟2個方面篩選了21個指標構建耕地質量評價模型，并運用物元分析法對貴陽市烏當區(qū)的耕地質量進行評價，證實了模型的實用性。

國內外學者研究表明，近年來，隨著經濟的發(fā)展和城市化的快速推進，農戶土地利用行為成為耕地質量變化的決定性因素。因此，從耕地利用的主體——農戶出發(fā)，以農戶行為與耕地質量變化的理論關系為基礎，構建基于農戶土地利用行為的耕地質量評價指標體系，研究城市化進程中的耕地質量評價問題，尋求提高耕地綜合生產力的途徑,對確保區(qū)域經濟社會的良性發(fā)展和進步具有重大實踐意義。

1.研究區(qū)域概況

烏當區(qū)位于貴陽市區(qū)東北部，總面積為686km2，整體地勢由北向南傾斜，喀斯特地貌廣布，氣候為亞熱帶溫涼濕潤季風氣候。全區(qū)轄5個社區(qū)、6個鎮(zhèn)和2個鄉(xiāng)，2016年地區(qū)生產總值160.69億元，其中，第一產業(yè)15.03億元、第二產業(yè)77.47億元、第三產業(yè) 68.19億元，農民人均純收入達到14197元。近年來，隨著烏當區(qū)城市化進程的加快，區(qū)域的經濟發(fā)展水平不斷提高，農戶的土地利用行為不斷調整變化，土地利用階段性差異明顯，能夠滿足研究需要。

2.數(shù)據(jù)獲取

2.1 土壤樣品的采集和處理

根據(jù)烏當區(qū)第二次土壤普查資料，結合土壤類型和土地利用方式，同時考慮土種分布的均勻性和代表性，于2016年10月盡量靠近原普查點進行土壤樣品采集。本次取樣使用GPS定位，樣品取自耕作層，每個樣點都采用S形多點采樣，在直徑為100m的范圍內選擇5～10個點，充分混合后采用四分法反復取舍，最后保留1kg左右裝入塑料袋中。根據(jù)樣點的代表性和數(shù)據(jù)的完整性，最終選取有效樣點18個，共涵蓋7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)16個村（圖1）。

將取回的土樣攤放在鋪有潔凈牛皮紙的實驗臺上風干，剔除石塊殘根等雜物，用木棍輾壓，過lmm尼龍篩；進一步用瓷缽研細，過0.149mm尼龍篩，供分析測定用。樣品分析均采用國家標準方法，主要測定目標見表1。

圖1 樣點分布圖

表1 項目分析與測定方法

2.2 農戶調查

為了全面獲取數(shù)據(jù)，采用PRA[3]技術對農戶進行調查，最后得到29個村莊共96戶提供的問卷，其中有效問卷79份。調查內容包括與戶主有關的家庭組成、文化水平、收入情況、種植業(yè)收入比例、勞動力與家庭成員比例、家庭糧食需求量、耕地經營規(guī)模、選擇種植作物的原因、耕作方式、種植制度、化肥農藥投入、灌溉水源、產量情況、農業(yè)耕作中的限制因素、土地流轉以及農戶判斷耕地好壞的標準等情況。

2.3 其他數(shù)據(jù)收集

土地利用空間數(shù)據(jù)：1∶5萬烏當區(qū)土壤圖(1981年)，1∶5萬烏當區(qū)土屬圖(1985年)，1∶5萬烏當區(qū)土地利用總體規(guī)劃圖（2006～2020年），1∶5萬烏當區(qū)行政區(qū)劃圖(2016年)。

社會經濟數(shù)據(jù)：收集1982～2016年《烏當區(qū)國民經濟統(tǒng)計年鑒》和《貴陽市統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)。

3.研究方法

近年來，一些新的方法也開始在土地質量評價中得到應用，如參數(shù)投影尋蹤分類模型（PPC）、概率神經網絡、多層反向傳輸算法、等等。然而，耕地質量評價考慮的指標較多，指標間盡可能相互獨立，因而需要綜合的信息量較大，指標獨立和信息綜合就構成了一對矛盾。物元分析(Matter Element Analysis)是研究解決矛盾問題和規(guī)律的方法，是系統(tǒng)科學、思維科學、數(shù)學交叉的邊緣學科，是貫穿自然科學和社會科學而應用較廣的橫斷學科。運用可拓學理論中的物元分析法，通過對原始指標信息逐一判斷和提取，達到最大限度地對指標信息進行綜合，進而使耕地質量評價結果更精確。

3.1 物元分析法

3.1.1 物元分析的模型

給定事物的名稱N，它關于特征c的量值v，以有序三元R=(N，c，v )組作為描述事物的基本元，簡稱物元。事物名稱N、特征c和量值v稱為物元三要素。若事物N有多個特征，它以n個特征c1，c2，…，cn和相應量值v1，v2，…，vn描述，則表示為：

此時，稱R為n維物元，簡記R=(N，C，V)。

3.1.2 經典域和節(jié)域物元矩陣

當N0為標準事物，關于特征ci量值范圍voi=〈aoi，boi〉時，經典域的物元矩陣可表示為：

若由標準事物N0加上可轉化為標準事物的事物所組成的物元Rp稱為節(jié)域物元，vpi=〈api，bpi〉為節(jié)域物元關于特征ci的比相應標準擴大了的量值范圍。節(jié)域物元矩陣表示為：

式中：〈aoi，boi〉 〈api，bpi〉，(i=1，2，，n)；Np表示土地可持續(xù)利用的P個等級。

3.1.3 計算關聯(lián)度

關聯(lián)函數(shù)表示物元的量值取值為實軸上一點時物元符合要求的范圍程度，由于可拓集合的關聯(lián)函數(shù)可用代數(shù)式來表示，就使得解決不相容問題能夠定量化。

令有界區(qū)間X0=[a，b]的模定義為∶

某一點X到區(qū)間X0=[a，b]的距離為∶

關聯(lián)函數(shù)K(x)為∶

式中：ρ（X,X0）表示點X與有限區(qū)間X0=[a，b]的距離；ρ（X,X0）表示點X與有限區(qū)間Xp=(ap，bp)的距離；X，X0，Xp。分別表示待評物元的量值、經典域物元的量值范圍和節(jié)域物元的量值范圍。

3.2 權重的確定

均方差決策法是客觀賦權的典型方法，反映了隨機變量離散程度，已在土地評價中得到了成功應用，故本文通過均方差法確定原始指標不同質量級別的權重。

3.3 事物綜合關聯(lián)度和質量等級確定

在物元可拓評價中，關聯(lián)度表示物元的量值（指標值）取為區(qū)間上一點時，其達到符合要求取值范圍的程度，它將屬于和不屬于問題的判斷結果定量化。對特定評價單元，進行某樣點耕地質量物元可拓集評價時，需要計算兩類關聯(lián)度，即不同指標對相應質量級別的關聯(lián)度Kj(xu)和各樣點耕地對應不同質量級別的綜合關聯(lián)度Kj(x)。

關聯(lián)函數(shù)K(x)的數(shù)值表示評價單元符合某標準范圍的隸屬程度。當K(x)＞ 1.0時，表示被評價對象超過標準對象上限，數(shù)值越大，開發(fā)潛力越大；當0≤K(x)≤1.0時，表示被評價對象符合標準對象要求的程度，數(shù)值越大，越接近標準上限；當-1.0≤K(x)＜0時，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，但具備轉化為標準對象的條件，且數(shù)值越大，越容易轉化；當K(x)＜-1.0，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，且不具備轉化為標準對象的條件。

式中：Kj(Nx)為待評價事物Nx關于等級j的綜合關聯(lián)度；Kj(Nx)為待評事物關于各等級的關聯(lián)度(j=1,2,…,n)；ai為各評價指標的權重值。將加權后計算的各級關聯(lián)度Kj(Nx)進行比較，最大值所對應的級別即為該類質量級別。進一步利用等級評定的方法，計算出各樣點耕地的綜合質量級別。

4. 基于農戶土地利用行為的烏當區(qū)耕地質量評價

4.1 評價單元的確定

本研究以1982年、 2016年兩期野外調查的18個土壤樣點所在的地塊作為本次耕地質量評價的基本單元。

4.2 評價指標體系的構建

本研究根據(jù)反映耕地質量的主要內涵，同時依據(jù)指標數(shù)據(jù)的科學性、相對獨立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預見的較長時間內的變化和穩(wěn)定性，從自然、社會經濟2個方面篩選了21個指標構建烏當區(qū)城市化進程中基于農戶土地利用行為的耕地質量評價指標體系。并以這些指標在研究區(qū)的整體水平為依據(jù)，按照分段線形內插法確定土地質量指標分級標準，由高到低依次包括Ⅰ（好）、Ⅱ（較好）、Ⅲ（中）、Ⅳ（較差）、Ⅴ（差）等5個級別（表2）。

說明：1）指標分級標準以評價區(qū)域整體水平為依據(jù)采用分段線形內插法確定；2）C1～C6數(shù)據(jù)采用本次的實驗數(shù)據(jù)，C7數(shù)據(jù)參照《喀斯特山區(qū)旱耕地土壤環(huán)境質量評價——以貴陽市烏當區(qū)為例》，C13、C15據(jù)參照《基于農戶土地利用行為的北京大興區(qū)耕地質量評價》，C8～C12、C14、C16～C21數(shù)據(jù)采用2016年烏當區(qū)統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)。

表2 耕地質量指標體系及分級標準

表3 耕地質量指標體系及分級標準

利用文獻，將表2進行歸一化處理，歸一化后的分級評價標準見表3。

4.3 基于農戶土地利用行為的烏當區(qū)耕地質量評價

把表3中I～V級標準對應的取值范圍當作經典域，表3中歸一化標準值的取值范圍及實際值確定為模型的節(jié)域Rp。

表4 自然質量、社會經濟質量和綜合質量各自的綜合關聯(lián)度及評價結果

根據(jù)公式（4）、（5）、（6）、（7），計算出自然質量、社會經濟質量和綜合質量各自的綜合關聯(lián)度及評價結果，見表4。

當-1.0≤K(x)＜0時，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，但具備轉化為標準對象的條件，且數(shù)值越大，越容易轉化，因此，本研究得出的結果符合事實。烏當區(qū)耕地自然質量、社會經濟質量和綜合質量分布圖分別見圖2、圖3和圖4。

4.4 評價結果分析

圖2 烏當區(qū)耕地自然質量分布圖

圖3 烏當區(qū)社會經濟質量分布圖

圖4 烏當區(qū)耕地綜合質量分布圖

烏當區(qū)耕地自然質量中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的1/2，主要分布在東北部和中部；質量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積的1/5多；質量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占總面積的1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮(zhèn)約3～8公里的范圍內，約占總面積的近1/5。社會經濟質量和綜合質量分布范圍基本一致，其中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的3/8，主要分布在東北部和東部；質量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積1/5多；質量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮(zhèn)約3～15公里的范圍內，約占總面積1/4多。

從空間變化上來看，耕地質量的空間變化格局體現(xiàn)出城市化進程中人為作用的影響，尤其是耕地的綜合質量，呈現(xiàn)出由北部、東北部和東部向中心城市先降低、后升高的變化趨勢，這是因為城市化的發(fā)展，烏當區(qū)自然條件較好的北部、東北部、東部和社會經濟條件優(yōu)越近郊先后建立了向城市提供蔬菜、瓜果、花卉等基地。這種耕地質量空間變化格局體現(xiàn)出城市化進程中人為作用的影響，越靠近中心城市影響越強烈。

運用物元分析法，通過對原始指標信息逐一判斷和提取，達到最大限度地對指標信息進行綜合，進而使耕地質量評價結果更精確。由于筆者學識有限，以及考慮到研究時間和資料獲取的限制，文章仍有一些不足之處。例如，若借助GIS技術，且對不同耕地利用類型進行采樣，可提高評價的精度；由于耕地質量評價涉及因素較多，有些因素指標難于獲取齊全，指標體系有待進一步完善；此外，今后還需要不斷探索發(fā)展的、動態(tài)的評價體系，以及更科學地確定評價的標準值。

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