東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量時空變化研究*

姚東恒, 裴久渤, 汪景寬

東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量時空變化研究*

姚東恒, 裴久渤**, 汪景寬

(沈陽農(nóng)業(yè)大學土地與環(huán)境學院/土肥資源高效利用國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部東北耕地保育重點實驗室 沈陽 110866)

為揭示東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量時空變化特征, 本研究遵循《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)國家標準, 在利用特爾菲法選取16個評價指標、層次分析法確定評價指標權(quán)重的基礎(chǔ)上, 建立了東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量評價指標體系, 借助ArcGIS軟件對研究區(qū)2008年和2018年耕地質(zhì)量進行同一指標體系和同一分級標準的耕地質(zhì)量評價, 旨在掌握研究區(qū)10年間的耕地質(zhì)量時空變化特征, 探究耕地質(zhì)量變化原因。結(jié)果表明: 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量2008年以中低等地為主, 平均耕地質(zhì)量等級為5.14, 2018年以中高等地為主, 平均耕地質(zhì)量等級為3.92, 10年間東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級提升了1.22個等級; 其中, 1~4等地面積均有增加, 5~10等地面積均減少, 10年間研究區(qū)評價單元耕地質(zhì)量等級提升最多為8個等級, 下降最多為7個等級, 耕地質(zhì)量等級提升的評價單元總面積是等級下降評價單元總面積的3.5倍。10年間東北典型黑土區(qū)的中西部和西北部耕地質(zhì)量上升較為明顯, 而其南部和東北部質(zhì)量下降的耕地分布較多。本研究規(guī)范了研究區(qū)耕地質(zhì)量時空對比分析的依據(jù), 合理揭示了其時空變化特征, 為該區(qū)域今后耕地質(zhì)量提升工作指明了方向, 對今后進一步可持續(xù)利用和管理黑土地具有積極意義。

國家標準; 耕地質(zhì)量; 評價指標體系; 分級標準; 東北典型黑土區(qū)

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。耕地是土地資源中極為重要的一部分, 良好的耕地質(zhì)量是保證糧食生產(chǎn)安全及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1]。黑土是耕地資源中最寶貴的土壤資源, 是世界公認的最肥沃的土壤, 具有質(zhì)地疏松、肥力高、供肥能力強的特點[2]。黑土資源非常有限, 而且黑土的形成極為緩慢, 每形成1 cm厚的黑土需要大約200~400年的時間[3]。全球黑土區(qū)僅有4片, 其中1片就坐落于中國東北[4]。

東北典型黑土區(qū)坐落于東北平原中部, 是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)之一, 提供了全國33%以上的玉米產(chǎn)量和約50%的大豆產(chǎn)量[5], 對全國糧食安全戰(zhàn)略起到舉足輕重的作用, 是國家糧食安全的“穩(wěn)壓器”和“壓艙石”[6-7]。隨著我國人口快速增長, 經(jīng)濟、技術(shù)不斷發(fā)展帶來的工業(yè)化和城市化過程中非農(nóng)用地擴張以及長期大規(guī)模的耕地開發(fā), 再加之溝蝕[8]等自然因素和人為不合理利用, 造成東北典型黑土區(qū)黑土資源嚴重退化[9], 黑土層變薄[10], 耕地質(zhì)量每況愈下的趨勢大有增加, 面臨如此眾多的黑土問題和復雜的黑土形勢, 加強黑土地質(zhì)量提升與保護工作是重中之重[11]。近年來國家高度重視東北黑土地保護問題, 陸續(xù)實施了一系列黑土地保護政策, 依據(jù)黑土地保護地方性法規(guī), 開展黑土地治理工程。

2016年底, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布了《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測與評價辦法》(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部令2016年第2號)和《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)國家標準(以下簡稱《國標》), 于2017年開展了新一輪全國耕地質(zhì)量評價工作。在《國標》出臺前, 耕地質(zhì)量評價指標多樣、標準不同、分級差異大、可比性差, 很難對一個區(qū)域進行同一標準和指標體系下不同時期的耕地質(zhì)量評價結(jié)果對比, 探討耕地質(zhì)量時空變化也缺乏科學依據(jù)。因此, 在《國標》發(fā)布以后, 新一輪東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量評價結(jié)果與上一輪評價結(jié)果相比有何變化？結(jié)果如何對比？這些問題都需要進行科學和深入地研究?；诖? 本研究遵循《國標》建立評價指標體系, 對東北典型黑土區(qū)兩次耕地質(zhì)量調(diào)查(2008年和2018年)結(jié)果進行同一指標體系、同一標準耕地質(zhì)量評價, 并進行時空變化研究, 旨在較為科學地摸清東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量的時空變化情況, 為今后東北典型黑土區(qū)耕地管理、保護與利用提供合理依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

東北典型黑土區(qū)介于123°32′~128°19′E, 42°23′~51°00′N, 位于東北平原中部, 縱貫黑吉遼3省(圖1), 土壤類型主要以黑土和草甸土為主, 地貌類型以平原為主, 目前已開墾的耕地面積約800萬hm2。該區(qū)屬于溫帶季風氣候, 全區(qū)平均氣溫7~11 ℃, 冬季寒冷漫長, 春季多風少雨, 夏季氣溫較高; 冬寒夏暖, 無霜期較短; 年降水量在350~1 200 mm, 大部分地區(qū)集中在450~850 mm, 整體趨勢自東向西逐漸遞減; 太陽輻射變化在410~607 kJ?cm-2, 受云量和季節(jié)影響, 太陽輻射具有季節(jié)性變化, 夏季最大, 春秋次之, 冬季最少; 氣候南北差異較大, 從北到南分為寒溫帶、中溫帶和暖溫帶, 以中溫帶為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究數(shù)據(jù)主要來自東北區(qū)各縣域耕地質(zhì)量評價項目2008年和2018年的采樣點數(shù)據(jù)、圖件數(shù)據(jù)、相關(guān)文字資料等。其中采樣點數(shù)據(jù)采集0~20 cm土層的土壤樣品, 按五點法隨機采集后按四分法進行混合。立地條件、自然屬性、田間基礎(chǔ)設(shè)施情況等資料通過采樣時調(diào)查獲取, 土壤pH、有機質(zhì)、有效磷、容重等指標參考《土壤農(nóng)化分析》進行分析測試[12]。共計獲取2008年7 456個采樣點, 2018年10 583個采樣點。圖件數(shù)據(jù)包括2017年1∶500 000的土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、地貌類型圖等。在ArcGIS中構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫, 將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Gauss-Kruger投影, 2000國家大地坐標系, 利用疊加分析功能, 將土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖疊加形成的圖斑作為評價單元[13], 最終形成評價單元11 363個。該方法優(yōu)點是考慮全面、綜合性強, 同一評價單元內(nèi)土壤類型、土地利用類型相同, 空間界限和隸屬關(guān)系明確, 既滿足了對耕地質(zhì)量做出評價, 又便于耕地利用與管理[14]。此外, 為了避免不同時期由于耕地圖斑數(shù)量差異引起的耕地質(zhì)量對比分析的誤差, 本研究將兩個時期采樣點屬性統(tǒng)一賦值到2017年土地利用現(xiàn)狀圖耕地圖斑上, 便于反映同一個耕地圖斑耕地質(zhì)量的差異。

圖1 東北典型黑土區(qū)行政區(qū)劃圖

NJ: 嫩江縣; WDLC: 五大連池市; BA: 北安市; NH: 訥河市; KS: 克山縣; KD: 克東縣; YA: 依安縣; BQ: 拜泉縣; HL: 海倫市; MS: 明水縣; WK: 望奎縣; BL: 北林區(qū); BY: 巴彥縣; LX: 蘭西縣; HL: 呼蘭區(qū); SB: 松北區(qū); DW: 道外區(qū); BX: 賓縣; XF: 香坊區(qū); DL: 道里區(qū); NG1: 南崗區(qū); PF: 平房區(qū); AC: 阿城區(qū); SC: 雙城市; WC: 五常市; YS: 榆樹市; DH: 德惠市; NA: 農(nóng)安縣; JT: 九臺市; KC: 寬城區(qū); LY: 綠園區(qū); GZL: 公主嶺市; ED: 二道區(qū); NG: 南關(guān)區(qū); CY: 朝陽區(qū); LS: 梨樹縣; TX: 鐵西區(qū); TD: 鐵東區(qū); CT: 昌圖縣。NJ: Nenjiang County; WDLC: Wudalianchi City; BA: Bei’an City; NH: Nehe City; KS: Keshan County; KD: Kedong County; YA: Yi’an County; BQ: Baiquan County; HL: Hailun City; MS: Mingshui County; WK: Wangkui County; BL: Beilin District; BY: Bayan County; LX: Lanxi County; HL: Hulan District; SB: Songbei District; DW: Daowai District; BX: Binxian County; XF: Xiangfang District; DL: Daoli District; NG1: Nangang District; PF: Pingfang District; AC: Acheng District; SC: Shuangcheng City; WC: Wuchang City; YS: Yushu City; DH: Dehui City; NA: Nong’an County; JT: Jiutai City; KC: Kuancheng District; LY: Luyuan District; GZL: Gongzhuling City; ED: Erdao District; NG: Nanguan District; CY: Chaoyang District; LS: Lishu County; TX: Tiexi District; TD: Tiedong District; CT: Changtu County.

利用ArcGIS軟件制作2008年和2018年的采樣點位分布圖(圖2), 利用反距離加權(quán)(IDW)插值法對pH、有機質(zhì)和耕層容重等數(shù)值型數(shù)據(jù)進行插值, 形成100 m×100 m柵格圖[15], 再通過空間分析功能模塊下的區(qū)域統(tǒng)計功能, 將插值結(jié)果賦值到評價單元[16]; 對質(zhì)地構(gòu)型、耕層質(zhì)地和障礙因素等概念型數(shù)據(jù), 采用“以點代面”(在ArcGIS 9.3中Spatial Join功能下按空間位置進行關(guān)聯(lián))方法, 將點位圖與評價單元圖進行屬性關(guān)聯(lián), 為評價單元賦值[17-18]。

2 研究方法

2.1 建立評價指標體系及評價指標權(quán)重確定

依據(jù)《國標》, 對2008年和2018年數(shù)據(jù)建立同一評價指標體系, 即采用特爾斐法, 遵循基礎(chǔ)性指標和區(qū)域補充性指標相結(jié)合的原則, 從《國標》備選的指標中選取16個評價指標, 包括地形部位、有效土層厚度、有機質(zhì)含量以及土壤養(yǎng)分狀況下的有效磷和速效鉀等14個基礎(chǔ)性指標及耕層厚度、pH 2個區(qū)域性指標[19]; 利用層次分析法, 根據(jù)各要素之間的關(guān)系, 構(gòu)建層次分析模型, 結(jié)合特爾斐法計算各指標的組合權(quán)重[16,20]。各層次指標及權(quán)重如表1所示。

2.2 計算評價指標隸屬度

《國標》中選取的指標可以分為定量和定性兩類指標, 根據(jù)模糊數(shù)學理論, 將選取的定量指標如有效土層厚度、土壤容重、有機質(zhì)等與耕地質(zhì)量的關(guān)系分為戒上型函數(shù)、戒下型函數(shù)、直線型函數(shù)、峰型函數(shù)[19], 采取特爾菲法對定量指標的實測值評估出相應的隸屬度, 利用統(tǒng)計分析軟件擬合隸屬函數(shù)(表2); 定性指標如地形部位、耕層質(zhì)地、生物多樣性等, 利用特爾菲法確定每一種定性指標的隸屬度(表3)。

2.3 計算耕地質(zhì)量綜合指數(shù)及劃分質(zhì)量等級

在采取特爾菲法和層次分析法得到評價指標的權(quán)重及隸屬度的基礎(chǔ)上, 依據(jù)《國標》采用累加法計算每個評價單元的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)(IFI), 即每個評價單元的綜合評價得分。IFI值越大說明該評價單元的耕地質(zhì)量越好。耕地質(zhì)量綜合指數(shù)(IFI)計算公式:

圖2 2018年(a)和2008年(b)東北典型黑土區(qū)采樣點分布圖

表1 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量評價指標體系及指標權(quán)重

式中: IFI為耕地質(zhì)量綜合指數(shù)(integrated fertility index),C為第個評價指標的組合權(quán)重,F為第個評價指標的隸屬度。

表2 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量評價定量指標隸屬函數(shù)

表示指標隸屬度,表示樣品觀測值,表示指標標準值,U1、U2表示指標下、上限值。indicates membership degree of index.indicates sample observation value.indicates standard value of index.U1andU2indicate the lower and upper limit value of index.

表3 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量評價定性指標隸屬度

依據(jù)《國標》使用等距法對IFI進行10個等級劃分, 確定耕地質(zhì)量等級(表4), 其中, 1~3等地為高等地, 4~6等地為中等地, 7~10等地為低等地。以2008年作為基準年進行IFI評級, 從而分別得到2008年和2018年研究區(qū)每個評價單元的耕地質(zhì)量等級結(jié)果。研究區(qū)平均耕地質(zhì)量等級采用面積加權(quán)進行計算:

式中: AI為平均耕地質(zhì)量等級,為耕地質(zhì)量等級,為每個等級耕地所占面積, SA為區(qū)域總面積。

表4 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量綜合指數(shù)分級

此外, 為保證評價結(jié)果科學合理, 需要對評價形成的耕地質(zhì)量等級結(jié)果進行審核驗證, 使其符合實際, 以便更好地指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理。本研究主要采用實地驗證的方法, 即以2018年評價得到的耕地質(zhì)量等級分布圖為依據(jù), 隨機或系統(tǒng)地選取各等級耕地的驗證樣點, 逐一對各評價區(qū)實際樣點進行調(diào)查分析, 實地獲取不同等級耕地的自然及社會經(jīng)濟信息指標數(shù)據(jù), 通過相應指標的差異, 綜合分析評價結(jié)果的科學合理性。

3 結(jié)果與分析

3.1 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級數(shù)量變化分析

分別對2008年和2018年東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量進行評價, 結(jié)果如表5所示。2008年東北典型黑土區(qū)中面積最大的是5等地, 面積為185.92萬hm2, 占總面積的22.39%; 其次是6等地、4等地和7等地, 這4個等級耕地面積共占東北典型黑土區(qū)耕地總面積的3/4。2018年東北典型黑土區(qū)中4等地面積最大, 為201.79萬hm2; 其次是3等地、5等地和2等地, 這4個等級耕地面積也占研究區(qū)耕地總面積的3/4。在其余的1/4耕地中, 2008年的3等地面積最大, 為75.08萬hm2, 占比9.04%; 8等地次之, 面積為55.43萬hm2, 占總面積的6.68%; 隨后依次為2等地、1等地和9等地, 10等地面積最少, 為2.96萬hm2, 占0.36%。2018年的6等地面積最多, 為70.56萬hm2, 占總面積的8.5%; 其次是1等地、7等地、8等地和9等地, 10等地占地面積最小, 占比0.04%。東北典型黑土區(qū)2008年高等地面積為141.14萬hm2, 占比16.99%; 2018年高等地面積341.15萬hm2, 占比41.09%。2008年中等地為500.79萬hm2, 占比60.32%; 2018年中等地面積418.47萬hm2, 占比50.4%。2008年低等地面積為188.33萬hm2, 占比22.69%; 2018年低等地面積70.64萬hm2, 占比8.51%。對研究區(qū)2008年和2018年平均耕地質(zhì)量等級AI進行計算, 最終得出2008年平均耕地質(zhì)量等級為5.14, 2018年為3.92, 平均耕地質(zhì)量等級提升了1.22個等級。

表5 2008和2018年東北典型黑土區(qū)不同質(zhì)量等級耕地面積及占比

2008—2018年間東北典型黑土區(qū)1~4等地面積均有顯著增加, 1等地在2008年占總面積的3.22%, 到2018年增長到7.62%, 面積增長近40萬hm2; 2等地由39.34萬hm2增加到113.94萬hm2, 面積增加近10%; 3等地增加的幅度最大, 面積從75.08萬hm2增加到163.95萬hm2, 漲幅10.71%; 4等地增加54.7萬hm2, 占比增加6.58%。相反, 在這期間5~10等地面積均有不同程度的降低, 5等地面積減少39.8萬hm2, 下降近5%; 6等地下降最多, 面積減少97.22萬hm2, 下降達10%以上; 7~10等地面積分別減少7.95%、4.59%、1.32%和0.32%。由此可以看出東北典型黑土區(qū)2018年較2008年耕地質(zhì)量明顯提升, 主要耕地類型由中低等地轉(zhuǎn)為中高等地, 等級偏高的1~4等地2018年較2008年均有增加, 而等級偏低的5~10等地面積均下降, 高等地面積2018年較2008年增加約200萬hm2, 而中、低等地面積均有減少。

3.2 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級時空變化分析

東北典型黑土區(qū)2008年和2018年耕地質(zhì)量等級分布如圖3所示。2008年高等地在東北典型黑土區(qū)的南部和東北部分布較多, 南起昌圖縣至中部香坊區(qū), 北起嫩江縣沿東北邊緣地帶分布至北林區(qū), 此外在望奎縣以及克山縣與訥河市交界地帶也有分布; 中等地分布較廣, 在各市區(qū)內(nèi)均有分布; 低等地在中部和西北部地區(qū)分布相對集中, 在公主嶺、九臺市也分布較多。東北典型黑土區(qū)2018年高等地分布較廣, 主要集中在東北典型黑土區(qū)的中西部和西北部地區(qū); 中等地分布最廣, 主要分布在東北典型黑土區(qū)的南部和北部地區(qū); 低等地在梨樹縣、公主嶺和巴彥縣分布較多, 其余地區(qū)幾乎沒有分布或少數(shù)分布。將2008年和2018年的耕地質(zhì)量等級圖對比來看, 2018年東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量總體上好于2008年, 特別是在中西部和西北部地區(qū)顏色反差較大, 說明質(zhì)量變化較大。而東北和中東部地區(qū)2018年較2008年沒有發(fā)生太大變化。

圖3 2008年(a)和2018年(b)東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級空間分布圖

各地區(qū)字母含義見圖1。The meaning of the region letters were shown in the Fig. 1

將同一評價單元2018年與2008年耕地質(zhì)量等級結(jié)果進行差減, 得到圖4和表6所示的10年間研究區(qū)耕地質(zhì)量等級時空變化結(jié)果(其中負值表示等級提升, 正直表示等級下降)?？梢钥闯?0年間東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級差值波動較大, 其中耕地質(zhì)量等級最多提升了8個等級, 在雙城市、德惠市和蘭西縣有少量分布; 最低下降了7個等級, 主要發(fā)生在北林區(qū)和九臺市。綜合來看, 10年間研究區(qū)耕地質(zhì)量提升多, 下降少, 研究區(qū)整體的耕地質(zhì)量提升呈現(xiàn)出由南北兩側(cè)向中部加強的狀態(tài)。10年間提升1個等級的耕地(變化為-1)面積最大, 達183.11萬hm2, 占總面積的22.05%, 零散地分布在東北典型黑土區(qū)內(nèi), 且在昌圖縣和巴彥縣分布相對集中; 10年間質(zhì)量等級提升的耕地面積為540.13萬hm2, 占總面積的65.06%, 質(zhì)量等級下降的耕地面積為153.33萬hm2, 占總面積的18.47%; 耕地質(zhì)量等級上升的耕地面積是等級下降的3.5倍, 其中等級上升的耕地在該區(qū)西北部、中西部和南部分布較多, 在東北和中東部分布較少, 等級下降的耕地沿著研究區(qū)東部邊緣地帶分布, 在南部分布較為零散, 然而10年間東北部、南部部分地區(qū)耕地質(zhì)量雖呈下降的狀態(tài), 但依然保持中等至高等的水平。結(jié)合等級變化圖中等級變化的分布情況, 大致可以將東北典型黑土區(qū)分為3片區(qū)。中東部為耕地質(zhì)量提升核心區(qū), 由于該區(qū)域10年來耕地質(zhì)量始終保持較低水平, 今后需加大投入、重點治理, 是耕地質(zhì)量提升的重點對象; 東北部和南部為耕地質(zhì)量穩(wěn)定發(fā)展區(qū), 研究區(qū)東北部和南部10年間耕地質(zhì)量沒有發(fā)生較大變化, 始終保持較高的耕地質(zhì)量, 今后需保持, 在穩(wěn)定中尋求突破; 中西部和西北部為耕地質(zhì)量模范帶動區(qū), 10年間該區(qū)域耕地質(zhì)量等級提升較高, 多數(shù)從中、低等地轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩鹊? 體現(xiàn)了該區(qū)域治理有效, 管理到位, 今后作為東北區(qū)黑土治理典型, 需保持住耕地高質(zhì)量水平, 引領(lǐng)帶動黑土區(qū)耕地質(zhì)量提升工作。

圖4 2008—2018年間東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級變化分布圖

各地區(qū)字母含義見圖1。The meaning of the region letters were shown in the Fig. 1.

等級變化負值表示耕地質(zhì)量等級提升, 正值表示等級下降。The negative values of grade change means increase of cultivated land quality, while positive value means the decline of cultivated land quality grade.

3.3 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級實地驗證對比

以2018年東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級分布圖為依據(jù), 根據(jù)各等級耕地空間分布狀況, 在研究區(qū)內(nèi)隨機選取10個樣點, 實地查看、采樣化驗各樣點理化性狀, 與耕地質(zhì)量等級情況進行比對。從表7可以看出不同等級耕地的地形部位、灌溉能力等方面差異性較明顯, 但與不同等級耕地特征相符。樣點評價等級高的地塊土壤養(yǎng)分含量總體較高, 有效土層厚度較厚, 灌溉條件良好, 地形部位為平原中階和丘陵中下部, 耕層質(zhì)地為中壤和重壤。而樣點所處地塊評價等級越低, 有效土層厚度和耕層厚度越淺, 土壤養(yǎng)分含量較低, 灌溉條件差, 地形部位大多是平原低階, 質(zhì)地為砂壤和黏土。通過與實地調(diào)查進行對比分析, 驗證了評價結(jié)果與實際較好的一致性。

4 討論與結(jié)論

《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)是我國第一部完整的與耕地質(zhì)量有關(guān)的國家標準, 統(tǒng)一了全國耕地質(zhì)量評價的技術(shù)標準[21], 開辟了全國耕地質(zhì)量評價標準的新時代?！秶鴺恕废鄬τ谝酝男袠I(yè)標準, 主要在耕地質(zhì)量等級的劃分和耕地質(zhì)量評價指標的選取、分級上進行了規(guī)范。在《國標》出臺后, 應用《國標》進行耕地質(zhì)量評價的研究還相對匱乏, 并且近些年國家對東北黑土區(qū)進行保護和治理, 到如今東北典型黑土區(qū)的耕地質(zhì)量現(xiàn)狀如何, 與之前相比變化怎樣, 這些都需要借助《國標》對耕地質(zhì)量變化進行評估。同時, 構(gòu)建同一分級標準和指標體系實現(xiàn)了科學的、準確的耕地質(zhì)量評價結(jié)果對比, 并且可以從某一指標上具體地探究耕地質(zhì)量變化的原因。

本文的研究結(jié)果與實地驗證較為符合, 較好地體現(xiàn)出近年來國家治理黑土的實效性。我國自20世紀50年代以來, 不斷地開發(fā)、利用東北黑土地, 其時間之久、強度之高導致了黑土資源不斷減少, 不斷退化, 黑土質(zhì)量不斷下降[22]。自2015年開始, 黨和國家加大了投入和治理力度, 農(nóng)業(yè)部每年斥資5億用于東北黑土地保護, 開展黑土地保護試點工程, 在國家大力支持下, 東北黑土地保護治理成效明顯,多地的耕地質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。作者通過實地調(diào)研得知, 國家和各省市對保護性耕作(深松、翻埋等)給予補貼, 農(nóng)民施用有機肥, 進行農(nóng)藥殘害污染防治等舉措使得東北區(qū)耕地得到了有效的保護, 相關(guān)文獻也證明了近些年來由于秸稈還田技術(shù)的推廣, 東北區(qū)耕地土壤肥力有較穩(wěn)的上升之勢[23]。東北典型黑土區(qū)中西部和西北部地帶2008—2018年間耕地質(zhì)量上升明顯, 得益于大多數(shù)黑土地保護試點多建立于此, 而且這些地區(qū)黑土地保護獎補政策落實到位, 大大提高了農(nóng)民保護黑土地的積極性[24-25]。以上表明, 我國當前走的這條黑土地保護的道路是正確的、合理的, 階段性成效明顯。然而, 東北典型黑土區(qū)中東地帶耕地質(zhì)量沒有得到較大改善, 且在公主嶺、北林區(qū)及其東北地帶由于此前耕地質(zhì)量水平較高, 產(chǎn)量較大, 間接導致10年間利用強度增大, 投入和治理相對減少, 加之該區(qū)對黑土地保護、管理和利用的要求有所放松, 10年間耕地質(zhì)量下降較多, 問題較為突出。但從整體上看東北黑土地的治理已經(jīng)取得成效, 今后再針對個別地區(qū)進一步研究和治理, 將會使東北黑土地保護成果的影響變得更加廣泛。此外, 本研究是基于同一個矢量圖斑進行的耕地質(zhì)量變化研究, 對于因不同時期矢量圖斑空間位置(數(shù)量多少)差異引起的質(zhì)量變化也是未來需要考慮的重要因素。同時隨著國土空間分區(qū)和規(guī)劃研究的不斷深入, 如何將耕地質(zhì)量與之結(jié)合, 探索并創(chuàng)新其在耕地功能空間分區(qū)和規(guī)劃方面的應用, 擴展耕地質(zhì)量評價成果在國土空間管理上的應用將成為未來的新方向。另外, 本研究采用的是1∶50萬比例尺的土地利用現(xiàn)狀圖作為評價單元底圖, 結(jié)果從區(qū)域宏觀尺度具有指導意義, 若今后能細化縣域評價將更能體現(xiàn)實際應用價值。

表7 東北典型黑土區(qū)不同等級耕地典型地塊實地調(diào)查信息對照

綜上, 本研究基于《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469—2016)國家標準, 對比分析了2008年和2018年的耕地質(zhì)量評價結(jié)果, 探討了10年間東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量時空變化情況。主要結(jié)論: 1)10年間東北典型黑土區(qū)耕地綜合質(zhì)量穩(wěn)步提升了1.22個等級, 從中低等地為主變?yōu)橹懈叩鹊貫橹? 2)東北典型黑土區(qū)區(qū)域間耕地質(zhì)量變化存在差異性, 2008年高等地主要分布在南部和東北部, 2018年主要集中在中西部和西北部地區(qū), 2008年和2018年中等地均分布較廣, 2008年低等地在中部和西北部分布較多, 2018年低等地僅在少數(shù)地區(qū)分布; 3)10年間東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量等級差值在-8~7間變化, 等級上升的面積為540.13萬hm2, 下降的面積為153.33萬hm2, 耕地質(zhì)量等級上升的耕地面積是下降的3.5倍, 中西部和西北部耕地質(zhì)量顯著增長; 4)遵循《國標》建立的評價指標體系, 其評價結(jié)果符合實際情況, 很好地反映了研究區(qū)不同時期的耕地質(zhì)量狀況, 對東北區(qū)的評價指標體系建立提供了技術(shù)支撐和應用價值。從指標分析上來看灌溉能力、有效土層厚度對耕地質(zhì)量提升影響較大, 為研究區(qū)今后耕地質(zhì)量提升工作提供了參考和管理方向。

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Temporal-spatial changes in cultivated land quality in a black soil region of Northeast China*

YAO Dongheng, PEI Jiubo**, WANG Jingkuan

(College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University / National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources / Key Laboratory of Northeast Cultivated Land Conservation of Ministry of Agriculture, Shenyang 110866, China)

Temporal-spatial variations in cultivated land quality in a typical black soil region in Northeast China were explored with 16 evaluation indices by means of the Delphi method, with weights determined by an analytic hierarchy process based on the National Standard of Cultivated Land Quality Grade (GB/T 33469—2016). ArcGIS software was used to evaluate the quality of cultivated land in the region using the same system and the same grading standard between 2008 and 2018. The goal was to identify temporal and spatial changes in cultivated land quality in the study area during the past 10 years, and the reasons for changes in the cultivated land quality. The results showed that the quality of cultivated land in the study region was dominated by medium- and low-level land in 2008, with an average cultivated land quality grade of 5.14. In 2018, the quality of cultivated land was mainly in medium- and high-level land, with an average cultivated land quality grade of 3.92. Over the past 10 years, the quality increased by 1.22. The area of first- to fourth-grade cultivated land had increased, and the area of fifth- to tenth-grade land had decreased. Meanwhile, the cultivated land grade rose 8 levels at most, and fell 7 levels most. The area of cultivated land that increased its grade was 3.5 times that of the land that experienced a decrease in grade. The quality of cultivated land in the mid-west and northwest regions of the study area increased significantly, while the south and northeast saw more decrease. This study standardized the basis of a temporal-spatial comparison analysis of cultivated land quality in the study area and revealed temporal-spatial variation characteristics of the study area, providing direction for improving cultivated land quality and sustainably utilizing and managing black soil in the future.

National standard; Cultivated land quality; Evaluation index system; Grading standard; Typical black soil region in Northeast China

* 國家重點研發(fā)計劃課題(2017YFD0200604)、國家自然科學基金項目(41807086, 41671293)、遼寧省自然科學基金項目(20170540799)和沈陽農(nóng)業(yè)大學博士啟動基金(880416042, 880416020)資助

裴久渤, 主要從事土壤肥力與耕地質(zhì)量方面研究。E-mail: peijiubo@syau.edu.cn

姚東恒, 主要從事耕地資源管理方面研究。E-mail: 1377648109@qq.com

2019-07-02

2019-10-30

* This study was supported by the National Key R&D Program of China (2017YFD0200604), the National Natural Science Foundation of China (41807086, 41671293), the Natural Science Foundation of Liaoning Province (20170540799) and the Doctoral Research Start-Up Funding of Shenyang Agricultural University (880416042, 880416020).

, E-mail: peijiubo@syau.edu.cn

Jul. 2, 2019;

Oct. 30, 2019

S158.9

10.13930/j.cnki.cjea.190485

姚東恒, 裴久渤, 汪景寬. 東北典型黑土區(qū)耕地質(zhì)量時空變化研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2020, 28(1): 104-114

YAO D H, PEI J B, WANG J K. Temporal-spatial changes in cultivated land quality in a black soil region of Northeast China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1): 104-114