耕地地力評(píng)價(jià)與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等結(jié)果的銜接轉(zhuǎn)換

鐘 珊， 趙小敏， 郭 熙， 張佳佳， 黃 聰， 李偉峰

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)/鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330045)

通信作者：趙小敏，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事土地利用與規(guī)劃、資源環(huán)境、遙感與地理信息統(tǒng)等研究。E-mail：zhaoxm889@126.com。

耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)已成為耕地資源保護(hù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，我國(guó)已經(jīng)逐步形成耕地地力評(píng)價(jià)和農(nóng)用地分等2個(gè)全國(guó)性的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系[1]。由農(nóng)業(yè)部門開展的耕地地力評(píng)價(jià)體系已經(jīng)較成熟，基本覆蓋了全國(guó)所有的農(nóng)業(yè)縣，該體系主要是通過氣候、母質(zhì)、地形地貌、土壤理化性狀以及農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施等耕地系統(tǒng)各要素之間的相互作用而顯現(xiàn)出來的特征，來評(píng)價(jià)耕地本身的生產(chǎn)能力，目的是為了把握不同耕地土壤類型的生產(chǎn)能力、肥力情況和變化規(guī)律，其基礎(chǔ)性和針對(duì)性較強(qiáng)[2]。由國(guó)土部門開展的農(nóng)用地分等基本實(shí)現(xiàn)了土地管理由數(shù)量管理到數(shù)量與質(zhì)量管理并重的重大轉(zhuǎn)變。農(nóng)用地自然質(zhì)量分等，主要是根據(jù)光溫氣候、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)耕作制度以及農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤、水文、地貌等自然條件對(duì)農(nóng)用地自然質(zhì)量?jī)?yōu)劣進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)，其成果對(duì)土地利用總體規(guī)劃、耕地占補(bǔ)平衡和基本農(nóng)田劃定等工作起到重大的參考作用[3-4]。耕地地力評(píng)價(jià)和農(nóng)用地分等幾乎同步進(jìn)行，由2個(gè)管理部門實(shí)施，在實(shí)際工作中存在研究上互不銜接、資源不能共享、數(shù)據(jù)割據(jù)等現(xiàn)象[5]。目前關(guān)于耕地地力評(píng)價(jià)或農(nóng)用地分等的理論研究、方法應(yīng)用等已經(jīng)比較成熟，但將耕地地力評(píng)價(jià)與農(nóng)用地分等之間進(jìn)行對(duì)比銜接的研究卻很少[6]。本研究以江西省貴溪市為研究區(qū)域，以水田區(qū)和旱地區(qū)為不同的研究對(duì)象，將耕地地力評(píng)價(jià)與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等進(jìn)行綜合研究及對(duì)比分析，旨在找出兩者之間的共同規(guī)律和差異之處，使兩者結(jié)果可相互銜接和轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)資源共享的最大化。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)域概況

貴溪市位于江西省東北部，信江中游，27°50′53″～28°27′33″N、116°55′21″～117°28′6″E，主要土壤類型為紅壤，屬亞熱帶溫濕氣候區(qū)，光熱充足，干濕分明，地處武夷山與鄱陽(yáng)湖平原過渡的中間地帶，境內(nèi)地形復(fù)雜，地域性氣候差異較大。貴溪市屬丘陵地區(qū)，境內(nèi)地貌類型以山地、丘陵為主，還有特殊的丹霞地貌。該市土地總面積249 279.21 hm2，耕地面積為57 351.10 hm2，其中水田面積52 329.50 hm2，占耕地總面積的93.2%，旱地面積3 815.59 hm2，占耕地總面積的6.8%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)2種耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的要求，結(jié)合貴溪市的實(shí)際情況，本研究資料主要來源于研究區(qū)地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、第二次土壤普查成果圖、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)圖和農(nóng)田水利分區(qū)圖。耕地地力評(píng)價(jià)還需土地利用現(xiàn)狀資料、縣級(jí)農(nóng)村及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況資料以及土壤肥力檢測(cè)資料等。農(nóng)用地自然質(zhì)量分等還需土地利用規(guī)劃圖及農(nóng)用地自然條件等資料。

2 研究方法

2.1 耕地地力評(píng)價(jià)

2.1.1 評(píng)價(jià)單元的劃分及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取 貴溪市耕地地力評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐植捎茂B置法，把土地利用現(xiàn)狀圖與土壤圖疊加，運(yùn)用GIS軟件進(jìn)行檢索，將水田和旱地分別劃分為 23 427、3 937個(gè)評(píng)價(jià)單元。

評(píng)價(jià)指標(biāo)是指參與耕地地力評(píng)價(jià)的耕地相關(guān)屬性，通過系統(tǒng)聚類法篩選影響耕地地力的定量指標(biāo)，采用特爾斐法選取影響耕地地力的立地條件、剖面性狀、耕層理化性狀、土壤養(yǎng)分狀況、障礙因素等定性指標(biāo)[7]。為了更好地分析影響不同地類耕地的地力因素，將影響水田和旱地的關(guān)鍵因子全部納入?yún)⒃u(píng)指標(biāo)。評(píng)價(jià)過程中采用水旱分開評(píng)價(jià)模式，分別建立水田評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)和旱地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表1 貴溪市水田耕地地力評(píng)價(jià)因素及其權(quán)重

表2 貴溪市旱地耕地地力評(píng)價(jià)因素及其權(quán)重

2.1.2 評(píng)價(jià)因素權(quán)重的確定 根據(jù)水田和旱地的實(shí)際差異性，運(yùn)用層次分析法和特爾菲法來確定權(quán)重[8]，充分體現(xiàn)自然條件、人類活動(dòng)等對(duì)不同耕地類型的影響差異性。

2.1.3 耕地地力評(píng)價(jià)及結(jié)果分析 采用模糊數(shù)學(xué)法[9]，并依據(jù)定性與定量指標(biāo)的處理情況，建立各指標(biāo)與耕地地力的關(guān)系模型，得到正直線型、負(fù)直線型、峰型等3種隸屬函數(shù)類型，根據(jù)隸屬函數(shù)計(jì)算各參評(píng)因素的單因素評(píng)價(jià)分值。用指數(shù)和法確定各評(píng)價(jià)單元的綜合指數(shù)，公式為：

IFI=∑Fi×Ci。

(1)

式中：IFI代表耕地地力綜合指數(shù)；Fi為第i個(gè)因素評(píng)分；Ci為第i個(gè)因素的組合權(quán)重。

按綜合指標(biāo)進(jìn)行排序，評(píng)價(jià)單元次序號(hào)為X軸，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為Y軸，根據(jù)單元分析情況累積曲線圖中斜率的突變點(diǎn)及貴溪市耕地地力等級(jí)集中分布的特點(diǎn)分為6個(gè)等級(jí)(表3)。為了更好地進(jìn)行對(duì)比研究，將耕地地力等級(jí)和農(nóng)用地自然質(zhì)量等保持一致，且綜合指數(shù)越高，級(jí)別越高。

表3 貴溪市耕地地力評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果及面積分布

2.2 農(nóng)用地自然質(zhì)量分等

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)作物、基準(zhǔn)作物和指定作物的確定 依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[10]并結(jié)合貴溪市的地貌類型和耕作制度，貴溪市屬于東部丘陵區(qū)，貴溪市的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度為早稻—晚稻、油菜—花生，是一年兩熟的耕作制度。根據(jù)貴溪市的實(shí)際耕作情況，指定作物確定為早稻、晚稻、油菜、花生，基準(zhǔn)作物確定為早稻。

2.2.2 農(nóng)用地分等單元的劃分及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取 為了更好地與耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行銜接與對(duì)比分析，農(nóng)用地分等單元的劃分也采用土壤圖與土地利用現(xiàn)狀圖疊加的方法來獲取，將貴溪市水田和旱地分別劃分為23 427、3 937個(gè)評(píng)價(jià)單元。

根據(jù)貴溪市農(nóng)用地利用的實(shí)際情況，通過特爾菲法確定指標(biāo)區(qū)的分等因素體系為：土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、pH值、剖面構(gòu)型、地形坡度、有效土層厚度、灌溉保證率、排水條件。為了更好地研究影響不同類型耕地的因素，評(píng)價(jià)過程中采用水旱分開評(píng)價(jià)模式，分別建立農(nóng)用地分等的水田評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表4)和旱地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表5)。

表4 貴溪市水田自然質(zhì)量分等評(píng)價(jià)因素及其權(quán)重

2.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)后，采用層次分析法和特爾斐法等確定權(quán)重[11]。由于影響水田和旱地自然質(zhì)量的因素各異，因此要分別確定分等因素及其權(quán)重。

表5 貴溪市旱地自然質(zhì)量等評(píng)價(jià)因素及其權(quán)重

2.2.4 農(nóng)用地自然質(zhì)量分與自然質(zhì)量等指數(shù)的計(jì)算

2.2.4.1 農(nóng)用地自然質(zhì)量分的計(jì)算 農(nóng)用地分等單元耕地質(zhì)量分的計(jì)算采用加權(quán)平均法來確定[12]，其計(jì)算模型為：

(2)

式中，CLij為分等單元指定作物的自然質(zhì)量分；fijk為第i個(gè)分等單元內(nèi)第j種指定作物第k個(gè)分等因素的指標(biāo)分值；Wk為第k個(gè)分等因素的權(quán)重；m為分等因素?cái)?shù)目。

2.2.4.2 農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)的計(jì)算 第j種指定作物的自然質(zhì)量等指數(shù)為：

Rij=?ij×CLij×βj。

(3)

式中：Rij為第i個(gè)分等單元第j種指定作物的自然質(zhì)量等指數(shù)；αtj為第j種作物的光溫水生產(chǎn)潛力指數(shù)；CLij為第i個(gè)分等單元內(nèi)第j種指定作物的農(nóng)用地質(zhì)量分；βj為第j種作物的產(chǎn)量比系數(shù)。

2.2.5 農(nóng)用地自然質(zhì)量等的劃分及結(jié)果分析 根據(jù)農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)分布圖，采用累積曲線分等法[13]，以曲線斜率的突變點(diǎn)來劃分等級(jí)。為了更好地與耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比銜接分析，研究區(qū)的農(nóng)用地自然分等數(shù)目與耕地地力等級(jí)數(shù)目保持一致(表6)。

表6 農(nóng)用地自然質(zhì)量分等結(jié)果

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等結(jié)果對(duì)比分析

由于農(nóng)用地自然質(zhì)量分等和耕地地力評(píng)價(jià)都是根據(jù)耕地的自然條件進(jìn)行劃分[14-15]，為了進(jìn)一步研究?jī)烧咧g的變化關(guān)系，將研究區(qū)的耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果圖與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等圖進(jìn)行疊加分析，計(jì)算耕地地力“級(jí)”與農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”面積百分率的轉(zhuǎn)移矩陣(表7)，分析兩者之間等級(jí)的差異程度。

表7 農(nóng)用地自然質(zhì)量等與耕地地力級(jí)面積轉(zhuǎn)移百分率矩陣

從表7可以看出，旱地的“等”“級(jí)”差異大于水田，旱地的等級(jí)變化最大幅度為±5，變化最小幅度為±4；水田的等級(jí)變化最大幅度為±5，變化最小幅度為±2(正、負(fù)表示耕地地力相對(duì)于農(nóng)用地自然質(zhì)量等升高、降低的級(jí)數(shù)，0表示兩者等級(jí)沒有發(fā)生變化)，這表明水田區(qū)的耕地地力評(píng)價(jià)和農(nóng)用地自然質(zhì)量分等表現(xiàn)出較好的一致性，而旱地差異相對(duì)較大。

從“等”“級(jí)”變化的面積進(jìn)行分析，貴溪市水田區(qū)等級(jí)變化絕對(duì)值≤1級(jí)的面積占該范圍內(nèi)總耕地面積的64.33%，旱地區(qū)等級(jí)變化絕對(duì)值≤1的面積占該范圍內(nèi)總耕地面積的53.2%，這說明水田區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”與農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”不僅面積變化少，而且變化的幅度較小，分布基本一致，而旱地區(qū)“等”“級(jí)”之間面積變化較多，變化幅度也相對(duì)較大，兩者之間存在一定的偏差。

從“等”“級(jí)”變化的轉(zhuǎn)移強(qiáng)度進(jìn)行分析，耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”和農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”相比，負(fù)變化的面積均大于正變化的面積，水田區(qū)和旱地區(qū)負(fù)變化的面積比例分別為 38.97%、46.15%，正變化的面積比例分別為31.48%、34.19%，這說明同一評(píng)價(jià)單元耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”較多低于農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”，以農(nóng)用地自然質(zhì)量分等為基準(zhǔn)，耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”向高等級(jí)轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度小于向低等級(jí)轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度。

3.2 耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等結(jié)果的銜接

為了進(jìn)一步確定農(nóng)用地自然質(zhì)量分等與耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)系，分別對(duì)水田區(qū)和旱地區(qū)農(nóng)用地自然質(zhì)量分等單元指數(shù)與耕地地力評(píng)價(jià)單元指數(shù)進(jìn)行定量分析，利用SPSS軟件對(duì)2組數(shù)據(jù)作相關(guān)性分析，并繪制相關(guān)性散點(diǎn)圖。從圖1可看出，兩者的波動(dòng)趨勢(shì)相似，存在一定的線性關(guān)系。水田區(qū)和旱地區(qū)的相關(guān)系數(shù)分別為0.724 7、0.425 5，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)得出的相伴概率均小于0.01，說明兩者呈顯著正相關(guān)，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)擬合，通過檢驗(yàn)，在置信度0.01的情況下，兩者之間的相關(guān)關(guān)系較為顯著，進(jìn)一步說明農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)(y)和耕地地力評(píng)價(jià)指數(shù)(x)之間有較強(qiáng)的線性回歸關(guān)系。對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，得出相伴概率均小于0.01，證明該回歸方程有意義。水田區(qū)(式4)和旱地區(qū)(式5)的擬合關(guān)系式如下：

y=3 155.3x+168.95；

(4)

y=1 577.9x+1 552.5。

(5)

通過對(duì)水田區(qū)和旱地區(qū)的農(nóng)用地自然質(zhì)量指數(shù)與耕地地力評(píng)價(jià)綜合指數(shù)進(jìn)行分析，可以看出兩者結(jié)果的波動(dòng)趨勢(shì)基本一致，且水田的相關(guān)性高于旱地，二者均呈正線性相關(guān)，經(jīng)過擬合關(guān)系，得出兩者之間相互轉(zhuǎn)化的線性模型，應(yīng)用以上模型，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)用地自然質(zhì)量分等和耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)之間的銜接轉(zhuǎn)換，達(dá)到資源共享的最大化。

4 結(jié)論與討論

本研究以貴溪市為例，基于水田和旱地2個(gè)研究區(qū)域，對(duì)農(nóng)用地自然質(zhì)量分等和耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行研究，通過對(duì)比分析，農(nóng)用地自然質(zhì)量等與耕地地力評(píng)價(jià)級(jí)之間存在較好的一致關(guān)系，研究結(jié)果如下：

(1)從等級(jí)變化分析，旱地區(qū)的“等”“級(jí)”差異程度大于水田區(qū)，說明水田區(qū)的耕地地力評(píng)價(jià)和農(nóng)用地自然質(zhì)量分等表現(xiàn)出較好的一致性，而旱地差異則相對(duì)較大。

(2)從面積變化分析，水田區(qū)等級(jí)變化絕對(duì)值≤1級(jí)的面積比例遠(yuǎn)高于旱地區(qū)，說明水田區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”與農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”與旱地區(qū)相比，面積變化少，且變化幅度較小，分布一致性更好。

(3)從移動(dòng)強(qiáng)度變化分析，耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”和農(nóng)用地自然質(zhì)量“等”在水田區(qū)和旱地區(qū)負(fù)變化的面積均大于正變化的面積，體現(xiàn)出一定的方向強(qiáng)度，以農(nóng)用地自然質(zhì)量分等為基準(zhǔn)，耕地地力評(píng)價(jià)“級(jí)”向高等級(jí)轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度小于向低等級(jí)轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度。

(4)對(duì)兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)存在較好的線性關(guān)系，由此建立農(nóng)用地自然質(zhì)量分等和耕地地力評(píng)價(jià)之間的線性回歸模型，實(shí)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)兩者之間的相互銜接和轉(zhuǎn)換。

本研究從耕地地力評(píng)價(jià)與農(nóng)用地自然質(zhì)量分等的共性和差異性出發(fā)，研究?jī)烧咧g的關(guān)系，未研究其與農(nóng)用地利用等、農(nóng)用地經(jīng)濟(jì)等之間的銜接關(guān)系，如何將耕地地力評(píng)價(jià)與農(nóng)用地分等結(jié)果進(jìn)一步銜接，有待深入研究。

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