干旱區(qū)耕地質(zhì)量預(yù)警分析

王俊文 劉新平

摘要：[目的]以新疆鄯善縣耕地質(zhì)量為研究對象，構(gòu)建耕地質(zhì)量預(yù)警指標體系，[方法]運用熵權(quán)法和相關(guān)性分析篩選出對耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件以及農(nóng)田基本建設(shè)影響比較大的指標作為耕地質(zhì)量預(yù)警的警情指標;闡述了2007-2018年耕地質(zhì)量存在的警情，在此基礎(chǔ)上引入線性回歸預(yù)測模型對鄯善縣2020-2030年耕地質(zhì)量的警情進行了預(yù)測，并進行綜合警度的劃分。[結(jié)果]結(jié)果表明：鄯善縣耕地質(zhì)量綜合警情朝著惡化的趨向進行。[結(jié)論]鄯善縣耕地質(zhì)量惡化。

關(guān)鍵詞：耕地質(zhì)量;預(yù)警;鄯善縣;熵權(quán)法;警度

0 引言

耕地作為一種戰(zhàn)略資源，它的各方面指標跟國家糧食安全緊密聯(lián)系在一起，尤其體現(xiàn)在數(shù)量指標和質(zhì)量指標方面，所以在維護國家糧食安全方面意義重大”^[1]。耕地問題在我國是非常突出的問題，一方面由于總?cè)丝跀?shù)量多，導(dǎo)致每個人的耕地資源量少，另一方面耕地總體質(zhì)量不容樂觀^[2]。耕地數(shù)量的變化已經(jīng)觸目驚心了，然而緊接著耕地質(zhì)量又出現(xiàn)更糟糕的問題。我們要知道，耕地質(zhì)量的變化不是在表層就可以看出來的，因為它的變化是非常隱形的，不易察覺的，耕地質(zhì)量的輕微變化都會對社會經(jīng)濟、政治產(chǎn)生廣泛影響，甚至存在威脅^[3]。當下隨著環(huán)境污染的加劇，耕地資源變得非常寶貴，而可開發(fā)的和待開發(fā)的耕地資源又少之又少，因此，在保障國家糧食機器運行安全的情況下，我們要提高耕地質(zhì)量的建設(shè)。我們現(xiàn)在的任務(wù)已經(jīng)不僅僅是保護耕地數(shù)量這樣一個簡單問題了，而是要在耕地數(shù)量保持不變的情況下，向數(shù)量、質(zhì)量并重的方向發(fā)展。但是從長期的發(fā)展情況來看，各級部門在耕地數(shù)量方面一直高度重視，而對耕地質(zhì)量的關(guān)注則嚴重不足^[4]。我國2019年中央一號文件再次出臺關(guān)于三農(nóng)問題的文件，其中就耕地質(zhì)量問題提出很多具體措施。本文所研究的耕地質(zhì)量預(yù)警就是在國家政策和號召之下，對國家某個具體地區(qū)耕地質(zhì)量進行分析、預(yù)測、作出警度預(yù)報，為國家治理各地方的耕地提供一個參考。這些年研究耕地質(zhì)量的也不少，大多是從全國范圍內(nèi)，或者從預(yù)警方法方面研究的較多，但是缺少對新疆某些地區(qū)耕地質(zhì)量的預(yù)警研究^[5-6]。新疆鄯善縣位于中國西北部地區(qū)，屬于干旱地區(qū)，由于受到氣候、水資源短缺、村鎮(zhèn)建設(shè)缺乏合理規(guī)劃和布局等因素的影響，造成耕地質(zhì)量非常差，水土矛盾突出，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境惡劣，從而耕地質(zhì)量沒有得到更有效的管理和利用^[7]。本文將結(jié)合新疆鄯善縣耕地質(zhì)量的現(xiàn)狀，選出對耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件以及農(nóng)田基本建沒影響比較大的指標，對鄯善縣耕地質(zhì)量進行比較細致的研究。

1數(shù)據(jù)來源與方法

1.1研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

本文根據(jù)2007-2018年的調(diào)查數(shù)據(jù)對新疆鄯善縣耕地質(zhì)量進行研究。鄯善縣屬于吐魯番地區(qū)，處于庫木塔格山北麓，大名鼎鼎的火焰山就在此，當?shù)貧夂驅(qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，降雨量很少，氣候干燥。鄯善縣土壤資源豐富，共計47萬畝，而該地區(qū)水資源很少，嚴重不足，導(dǎo)致灌溉耕地受限，屬于干旱地區(qū)^[8]。氣候條件的不利，導(dǎo)致該地區(qū)各種綠色植被非常稀少，土壤荒漠化嚴重。

鄯善縣耕地質(zhì)量等級變化監(jiān)測點是全國耕地質(zhì)量檢測布控點之一，如圖1，同時在2018年12月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部把該地區(qū)列入農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢區(qū)名單。本研究所采用的耕地質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)來自《2018午度新疆維吾爾自治區(qū)耕地等別監(jiān)測評價分析報告》《吐魯番地區(qū)統(tǒng)計年鑒》（2007-2018年）。

1.2研究方法

本研究采用熵權(quán)法對各項指標進行劃分，熵權(quán)法的主要步驟：一是對各個數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，二是把規(guī)范好的指標進一步標準化處理，三是計算指標比重，四是最終對數(shù)據(jù)進行權(quán)重的確定^[9]。

明確了熵權(quán)法計算的各指標權(quán)重，接下來利用相關(guān)性分析，挑選更為重要的指標。通過回歸預(yù)測模型，再根據(jù)統(tǒng)計軟件分析，以時間為自變量X，通過應(yīng)用上述模型，對2020-2030年速效鉀，有機質(zhì)，地面坡度，常年降雨量和灌溉保證率進行預(yù)測，并且進行警度預(yù)報。

1.3鄯善縣預(yù)警體系構(gòu)成

1.3.1警情指標的層次結(jié)構(gòu)及指標選取

根據(jù)耕地質(zhì)量預(yù)警的內(nèi)涵，結(jié)合鄯善縣耕地質(zhì)量的特點和問題以及專家的建議，選取具有代表性的指標，指標劃分包括目標、準則、指標三個層次;目標層是對描述對象作一個說明;準則層通過三個方面，分別是耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件、農(nóng)田基本建設(shè)，對目標層做一個具體的分析;指標層反映準則層3個子系統(tǒng)的狀態(tài)^[10]，如表1。

1.3.2警情指標的權(quán)重確定及篩選

運用熵權(quán)法對預(yù)警指標的準則層和指標層各項指標進行權(quán)重的確定，并且根據(jù)計算的結(jié)果對預(yù)警指標進行篩選。本文選擇的都是權(quán)重占比大的指標，以此對鄯善縣耕地質(zhì)量進行預(yù)測^[11]，計算結(jié)果如表2。

通過相關(guān)性分析鄯善縣耕地質(zhì)量預(yù)警的9個指標發(fā)現(xiàn)：速效鉀、常年產(chǎn)量水平、灌溉保證率的顯著性值均小于0.01，屬于極顯著相關(guān);有機質(zhì)、地面坡度的顯著性值介于0.01-0.05之間，屬于顯著相關(guān);速效磷、耕層厚度、常年降雨量、林網(wǎng)化程度與耕地質(zhì)量在相關(guān)性分析中呈現(xiàn)不相關(guān)。所以，選取速效鉀、常年產(chǎn)量水平、灌溉保證卒、有機質(zhì)、地面坡度對鄯善縣耕地質(zhì)量存在的警情進行分析，預(yù)報警度。

2結(jié)果與分析

2.1鄯善縣警情分析

2.1.1警情指標警度劃分

警度的劃分是一定需要警限來作為一個根據(jù)的，這篇文章結(jié)合系統(tǒng)化方法，結(jié)合多數(shù)原則、中數(shù)原則、均數(shù)原則^[12]，來確定其閾值，繼而結(jié)合鄯善縣的實際情況進行了警度劃分，并以鄯善縣速效鉀變化為例，說明警度、警限確定的原則。鄯善縣速效鉀數(shù)據(jù)按由高到低的順序排列，如表3。

多數(shù)原則：根據(jù)表中速效鉀的時間順序，總共12個年份，我們從高到低選擇其三分之一的部分作為無警警限，因此，選中了2014年的160.22mg/kg作為速效鉀的無警警限，剩余其它數(shù)值按相等距離進行劃分，分別是輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

中數(shù)原則：就是要從高到低確定中間數(shù)值或者中間兩位數(shù)值的平均值，來作為無警的警限，根據(jù)表格數(shù)據(jù)得到是157.51mg/kg。以157.51mg/kg與最小數(shù)值之間按相等距離進行劃分，分別是輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

均數(shù)原則：2007年后速效鉀警情指標的平均數(shù)是165.50mg/kg。剩余的數(shù)值按相等距離劃分為輕度警告、中度警告、重度警告和巨大警告。

綜合分析以上三種原則，采用三者均值作為無警下限值，對速效鉀，有機質(zhì)，地面坡度，常年產(chǎn)量水平和灌溉保證率的警度劃分見表4。

2.1.2耕地質(zhì)量警情分析

經(jīng)過警度劃分標準，分析得到2007年到2018年鄯善縣速效鉀，有機質(zhì)，地面坡度，常年降雨量和灌溉保證率的警度見表5。

由表5可知：（1）鄯善縣耕地中包含的速效鉀含量呈曲折減少的趨勢，維持在156mg/kg左右浮動，在2007年和2009年一庋出現(xiàn)巨警警度，在2011年和2012年警度稍微降低一些，出現(xiàn)警度減輕的好轉(zhuǎn)局面，然而從2015年到2017年情況繼續(xù)惡化，出現(xiàn)重度警情，到了2018年，警度再次的降低，出現(xiàn)無警的狀態(tài)。探究其原因我們可以得知：在國家對新疆建設(shè)大力支持的背景下，為新疆經(jīng)濟的發(fā)展帶來了契機，鄯善縣緊緊抓住這個機會，社會經(jīng)濟各方面都有很大的發(fā)展，同時還吸引了大量內(nèi)地的外來人口，然而耕地資源是有限的，不能滿足大量的人口涌入，人們不得不大量噴灑農(nóng)藥和化肥，造成土壤質(zhì)量下降。（2）有機質(zhì)呈先嚴重后緩和警情。在監(jiān)測的早些年份，有機質(zhì)呈現(xiàn)重警的狀態(tài)，尤其是2007年和2009年，警度很高。而自從進入2010年以來的近8年，總體情況很樂觀，但也偶爾伴隨著出現(xiàn)輕警的狀態(tài)，唯獨2018年出現(xiàn)巨警的警度。究其原因是，有機肥投入太少導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，但是最近幾年，測土配方的利用對耕地有很大幫助，土壤有機質(zhì)含量又有所回升。（3）地面坡度的警情在近12年呈逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢，警情從巨警到無警的變化，尤其在2015年到2018年呈現(xiàn)無警的狀態(tài)，警度值低至4.59，4.62，4.62和4.73度，其實從2014出現(xiàn)中警的狀態(tài)后，就應(yīng)該敏銳的感覺到有緩解的趨勢。從2007年到2013年，總體呈現(xiàn)巨警狀態(tài)，除了個別年份出現(xiàn)無警之外，其他年份均為巨警狀態(tài)，如2010年出現(xiàn)4.52度的無警狀態(tài)。出現(xiàn)這種情況的原因是2015年之前坡度過大，水土流失嚴重，現(xiàn)如今，國家明確規(guī)定不可以對坡度>25°的地面進行開墾。（4）常年產(chǎn)量水平的警情呈現(xiàn)先減緩后加重的狀態(tài)，從2007年到2010年警度由巨警到輕警的好轉(zhuǎn)，2012年到2015年，警情變?yōu)闊o警，說明這4年的常年產(chǎn)量水平保持不錯。是由自然原因和認知原因共同促成的，更多的是人為因素，國家大力支持“三農(nóng)”的建設(shè)，而到了2016年，2017年，2018年警情加劇變?yōu)橹芯?，而?jīng)營條件，種植習(xí)慣等條件都會造成產(chǎn)量水平降低。（5）灌溉保證率總體趨于穩(wěn)定，基本圍繞80%上下波動，波動幅度不大。鄯善縣是一個缺水非常嚴重的地區(qū)，出現(xiàn)這種情況的原因是，蓄水工程少，水資源綜合效益偏低。為此鄯善縣政府提出很多措施，如實施退耕還水，積極推進水權(quán)改革，優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)。

2.2鄯善縣耕地質(zhì)量利用的警度預(yù)報

本文將從耕地質(zhì)量的耢地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)三方面對鄯善縣耕地質(zhì)量進行預(yù)警，對耕地速效鉀，有機質(zhì)，地面坡度，常年產(chǎn)量水平和灌溉保證率進行預(yù)測，并且在預(yù)測的基礎(chǔ)上進行警度的預(yù)報。

在2007-2018年間，鄯善縣耕地質(zhì)量的耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)的警情指標中，速效鉀，有機質(zhì)，地面坡度，常年產(chǎn)量水平和灌溉保證率的數(shù)值總的來說呈線性下降狀態(tài)，采用回歸模型來預(yù)測，預(yù)測模型見表6，共線性檢驗如表7。

通過應(yīng)用上述模型，對2020-2030年速效鉀、有機質(zhì)、地面坡度、常年產(chǎn)量水平和灌溉保證率進行預(yù)測，并且進行警度預(yù)報，警度預(yù)報見表8。

表8中的數(shù)據(jù)分別表明了耕地質(zhì)量的耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)預(yù)報警度，但不能說明耕地質(zhì)量的總體狀況警情，需要進行綜合警度的預(yù)報，因而根據(jù)各個警情指標的警度值，賦予不同的權(quán)重來求總警度。關(guān)于總警度，無警的警度規(guī)定為0，輕警的警度規(guī)定為1，中警的警度規(guī)定為2，重警的警度規(guī)定為3，巨警的警度規(guī)定為4。

由于影響耕地質(zhì)量警情的指標主要為耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)指標，根據(jù)耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)指櫟對耕地質(zhì)量安全的影響因素不同，分別設(shè)定耕地土壤屬性指標、自然環(huán)境條件指標和農(nóng)田基本建設(shè)指標的影響力各為0.5、0.3和0.2，然后再來確定各指標的權(quán)重1;結(jié)合熵權(quán)法，確定速效鉀的權(quán)重值為（0.3），有機質(zhì)的權(quán)重值為（0.2），地面坡度的權(quán)重值為（0.2），常年產(chǎn)量水平的權(quán)重值為（0.1）和灌溉保證率的權(quán)重值為（0.2）。

總警度公式為：

式中：D是總警度，W_i是第i個指標警度確定值，λ_i是第i個指標權(quán)重確定值。如果D碰巧是小數(shù)，則要對總警度修正，修正的原則是依據(jù)四舍五入?？偩阮A(yù)報如表9所示，另外根據(jù)總警度預(yù)報表格制作了趨勢圖如圖2所示。

由表中的數(shù)據(jù)可知以下的結(jié)論：（1）速效鉀的警情總體來說呈現(xiàn)警情加重的趨勢，2023年警情達到最高峰為巨警的警情狀態(tài)，從2023年以后雖然警情有所緩解，但總體鄯善縣耕地質(zhì)量速效鉀元素嚴重不足，一是隨著生產(chǎn)發(fā)展，休耕不及時，土壤中的鉀元素越來越少，二是化肥施用結(jié)構(gòu)不合理。三是鉀肥投入不足。（2）有機質(zhì)呈先嚴重后緩和警情，從2020年到2025年警情呈現(xiàn)波動上升趨勢，而到了2026年，一直到2030年漸漸的呈現(xiàn)無警的警情狀況。因此，政府及有關(guān)部門要不遺余力的加強耕地質(zhì)量建設(shè)，有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，土壤肥力很重要的組成部分來自有機質(zhì)含量的多少。（3）地面坡度呈現(xiàn)一個由巨警到中警再到無警的狀況變化，2020年到2022年，地面坡度呈現(xiàn)巨警狀態(tài)，2024年到2026年，也是巨警狀態(tài)，而到了2027年呈現(xiàn)中警的警情，隨后三年是無警的警情。坡面幅度越高，土壤侵蝕肯定會愈發(fā)嚴重，因此，有關(guān)部門要明確規(guī)定不可以對坡度>25°的地面進行開墾，保護地面坡度。（4）常年產(chǎn)量水平總體情況不樂觀，在未來的11年，大部分時間警度都比較高，警情比較嚴重，偶爾出現(xiàn)情況好轉(zhuǎn)的2022年和2023年，但很快又迎來了情況惡化的形勢，化肥利用不合理，土壤板結(jié)，是造成鄯善縣耕地常年產(chǎn)量水平下降的很重要的原因。（5）灌溉保證率總體情況比較復(fù)雜，大部分地區(qū)都缺水，農(nóng)作物很難獲得足夠水資源的灌溉，表格中呈現(xiàn)中警及巨警的情況比較多，新疆鄯善縣總體情況處于缺水地帶，為干旱地區(qū)，極度干旱的氣候，較少的降水量，灌溉設(shè)施老化，地表水的缺乏，都會阻礙耕地水資源的灌溉，進而降低糧食產(chǎn)量，影響經(jīng)濟發(fā)展。（6）鄯善縣耕地質(zhì)量整體情況不容樂觀。速效鉀整體呈現(xiàn)一個輕警的警情狀況，有機質(zhì)和地面坡度總體情況都是從惡化逐漸轉(zhuǎn)向好轉(zhuǎn)，但情況也不容樂觀，當?shù)卣訌姽芾?，保護耕地。灌溉保證率的情況也不樂觀，當?shù)馗鞣矫尜Y源都比較少，導(dǎo)致的這種情況發(fā)生，而以上幾個因素的不佳，也導(dǎo)致了常年產(chǎn)量水平?jīng)]有達到理想的結(jié)果。因此，要積極迎接挑戰(zhàn)。

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

（1）通過對2007-2018午新疆鄯善縣耕地質(zhì)量存在的警情探究，分析耕地質(zhì)量警情逐漸惡化的原因，當下耕地地力下降和耕地污染較嚴重^[13-14]。由于長時間地對土地的淺層利用，對土壤表層造成破壞，使得耕地所必要的營養(yǎng)元素陸續(xù)丟失，從而造成產(chǎn)量降低。同時，耕地長時間的耕種肯定對耕地破壞嚴重，再加上農(nóng)民自身素質(zhì)較低，不能科學(xué)的利用土地，反而愿意多增加化肥來提高產(chǎn)量，不愿意大量使用有機肥，導(dǎo)致長期以來耕地質(zhì)量越來越差。

（2）在對鄯善縣耕地質(zhì)量耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)警情分析的基礎(chǔ)上，運用線性回歸預(yù)測模型，預(yù)測2020-2030年鄯善縣耕地質(zhì)量警情，結(jié)果表明速效鉀的警情總體來說呈現(xiàn)警情加重的趨勢;有機質(zhì)呈先嚴重后緩和警情，從2020年到2025年警情呈現(xiàn)波動上升趨勢，而到了2026年，一直到2030年漸漸的呈現(xiàn)無警的警情狀況;地面坡度也呈先嚴重后緩和警情;常年產(chǎn)量水平總體情況不樂觀，在未來的11年，大部分時間警度都比較高，警情比較嚴重;灌溉保證率總體情況比較復(fù)雜，呈現(xiàn)中警及巨警的情況比較多。

3.2討論

鄯善縣耕地質(zhì)量從耕地土壤屬性、自然環(huán)境條件和農(nóng)田基本建設(shè)角度分析警情有逐漸加重的趨勢，耕地質(zhì)量存在安全隱患。因此，①加強耕地質(zhì)量相關(guān)法律法規(guī)的建設(shè)，對耕地的保護不能只靠道德宣傳和人員素質(zhì)提高來實現(xiàn)，而要通過法律來加以規(guī)范^[15]。②應(yīng)該建設(shè)完整的評價體系，而且要長期監(jiān)控，要把耕地質(zhì)量的掌控具體到每個月、每一天，時效性要強，一旦發(fā)現(xiàn)耕地質(zhì)量出現(xiàn)不良苗頭，及時預(yù)防和處理。③要積極落實耕地占補平衡政策，尤其對耕地質(zhì)量的平衡提出更加嚴格的管理，要合理施用農(nóng)藥和化肥，鼓勵鄯善縣當?shù)剞r(nóng)民使用有機肥代替化肥來提升耕地質(zhì)量并減少對土壤的污染^[16]。④要對耕地質(zhì)量保護做出突出貢獻的科技人員和勞動者給予適當?shù)莫剟詈脱a貼，廣泛調(diào)動農(nóng)業(yè)勞動者的生產(chǎn)積極性。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（71663051）

作者簡介：王俊文，碩士研究生，研究方向：土地資源管理，郵箱：1129154069@qq.com

通訊作者：劉新平，博士，教授，研究方向：土地利用與政策研究，郵箱：lxping16@163.com