基于限制因素分區(qū)的耕地質(zhì)量保育與提升探討
——以湖北鶴峰縣為例

左 岍，周 勇*，魏 昭，原國華

(1.湖北省地理過程分析與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079；2.湖北省國土整治局，武漢 430071)

耕地是糧食生產(chǎn)的依托，是重要的生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間，耕地質(zhì)量的優(yōu)劣對保障糧食安全、生態(tài)安全以及可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[1].近年來，中國城市化進(jìn)程不斷加快，耕地面積不斷減少、優(yōu)質(zhì)耕地不斷被占用或高強(qiáng)度利用，加上出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境污染現(xiàn)象，這些均使得我國耕地質(zhì)量總體維持在中等偏下水平[2-4].在有限的耕地資源下注重于提高耕地質(zhì)量，從而提高糧食產(chǎn)量，養(yǎng)活還在急劇增加的人口，迫在眉睫．

耕地質(zhì)量是由自然因素與人為因素綜合作用而形成的反映作物生長適宜性程度的土地特性，包括氣候條件、地貌狀況、土壤特性、基礎(chǔ)設(shè)施等方面[5].近年來，國內(nèi)學(xué)術(shù)界針對如何提升耕地質(zhì)量做了諸多研究.大多學(xué)者基于農(nóng)用地分等成果基礎(chǔ)，充分考慮耕地質(zhì)量提升的可能性和可行性后，有的從土壤、水條件等傳統(tǒng)影響因子改良入手[6-7]，有的則在傳統(tǒng)耕地質(zhì)量評價(jià)基礎(chǔ)上加入新的測度系數(shù)，如健康系數(shù)等進(jìn)行深入剖析[8]，最后為耕地提質(zhì)改造、提升潛力分區(qū)及相應(yīng)整治規(guī)劃提供參考建議[9-12].而耕地中存在的限制因素是阻礙耕地質(zhì)量提升的關(guān)鍵[3，6].現(xiàn)有針對于如何確定限制因素文獻(xiàn)的研究中，基本分為兩大類：第一類為直接從農(nóng)用地分等定級評價(jià)體系中沿用或選取若干指標(biāo)確定耕地質(zhì)量提升限制因素[2，13-15]；第二類為通過其他模型確定限制因素[3，16-19].第一類方法采用最多，其優(yōu)點(diǎn)為繼承農(nóng)用地分等成果，可與之前評價(jià)進(jìn)行有效銜接，在同一維度上實(shí)施耕地質(zhì)量提升措施.第二類方法優(yōu)點(diǎn)則是跳脫之前體系，拓寬了耕地質(zhì)量提升內(nèi)容，提供更多解決思路.而在后續(xù)根據(jù)限制因素程度劃分耕地質(zhì)量提升區(qū)的研究中，多是以國家自然等提升潛力指數(shù)模型或者改進(jìn)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行耕地質(zhì)量提升分區(qū)[13，15].因此，針對于耕地質(zhì)量提升限制因素確定、量化分析以及后續(xù)的分區(qū)研究還可以繼續(xù)深入.此外，從研究尺度看，從省、市、縣宏觀研究耕地質(zhì)量提升限制因素文獻(xiàn)較多，從地類圖斑微觀層面出發(fā)目前還較少.因此，本文基于地類圖斑，從立地條件、理化性狀、養(yǎng)分狀況、土壤管理、生態(tài)環(huán)境等方面入手選取指標(biāo)，構(gòu)建耕地質(zhì)量等級評價(jià)指標(biāo)體系，對鶴峰縣目前耕地質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上采用障礙度模型量化不同限制因素的限制程度并劃分耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制因素類型區(qū)，結(jié)合空間自相關(guān)方法進(jìn)行耕地質(zhì)量提升分區(qū)，探討不同耕地質(zhì)量提升區(qū)下提升措施，為縣域耕地質(zhì)量和利用水平提升提供理論依據(jù)．

1 研究概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

鶴峰縣位于湖北省西南部，恩施土家族苗族自治州東南角(109°45′～110°38′E，29°38′～30°14′N)，轄5鎮(zhèn)4鄉(xiāng)1個(gè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(圖1).縣境內(nèi)地形西北高、東南低，海拔高差大，多山間小盆地；受亞熱帶大陸季風(fēng)氣候的影響；縣域內(nèi)河流縱橫，逕流豐富；土壤類型大致為山地棕壤、黃紅壤等.目前鶴峰縣山多耕地少，人均耕地不足0.1 hm2，有效灌溉面積數(shù)據(jù)較低，本身還存在養(yǎng)分高低不均營養(yǎng)失衡等問題[20].而鶴峰縣大多數(shù)鎮(zhèn)上已將較多農(nóng)用地用于茶葉規(guī)?；N植.因此其有限的耕地更是要發(fā)揮出足夠的作用，才能支撐起當(dāng)?shù)鼗镜募Z食需求和產(chǎn)出，以鶴峰縣為研究區(qū)具有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)研究意義．

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2017年鶴峰縣耕地質(zhì)量等別更新與監(jiān)測成果，提取2017年鶴峰縣耕地質(zhì)量等別更新與監(jiān)測成果數(shù)據(jù)庫中地類圖斑標(biāo)識為耕地的圖斑，包括旱地、水田和水澆地.鶴峰縣行政區(qū)劃線圖同樣來源于以上成果，將其與之前提取的耕地圖斑進(jìn)行疊加，形成的封閉單元即為本次耕地質(zhì)量評價(jià)的評價(jià)單元[21].全縣共劃分耕地圖斑評價(jià)單元35 625個(gè)，其中旱地31 355個(gè)，水田4 256個(gè)，水澆地14個(gè)．

土壤肥力數(shù)據(jù)來源于項(xiàng)目組2017年耕地質(zhì)量等級調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目實(shí)地采集的200個(gè)土壤樣點(diǎn)分析數(shù)據(jù)，包括土壤容重、pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷等理化性狀數(shù)據(jù).其他田間調(diào)查數(shù)據(jù)來源于同上項(xiàng)目中樣點(diǎn)采集時(shí)實(shí)地問卷調(diào)查．

2 研究方法

2.1 構(gòu)建耕地質(zhì)量等級評價(jià)體系

2.1.1 構(gòu)建指標(biāo)體系 本文分別從立地條件、理化性狀、養(yǎng)分狀況、土壤管理、生態(tài)環(huán)境5個(gè)維度構(gòu)建耕地質(zhì)量等級評價(jià)指標(biāo)體系(表1)，參考農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469-2016)和自然資源部《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》(GB/T 28407-2012)等，以典型性、生產(chǎn)性、主導(dǎo)型、可行性為原則對指標(biāo)進(jìn)行篩選，遴選出能充分反映鶴峰縣耕地質(zhì)量各維度特征的指標(biāo).

2.1.2 確定指標(biāo)權(quán)重 本文耕地質(zhì)量等級評價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重值采用專家預(yù)測法中的特爾斐法，即根據(jù)專家打分確定一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的權(quán)重，通過乘積法獲取組合權(quán)重(表1)．

2.2 耕地質(zhì)量等級綜合指數(shù)計(jì)算

2.2.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)同化與賦值 為消除量綱不一致帶來的不利影響，本文采用模糊函數(shù)方法對指標(biāo)進(jìn)行分析后確定隸屬度函數(shù)，從而確定各個(gè)指標(biāo)在不同區(qū)間的賦值[22].其中，農(nóng)業(yè)分區(qū)、地形部位、耕層質(zhì)地、障礙層次、灌溉能力、排水能力、清潔程度、生物多樣性和農(nóng)田林網(wǎng)化程度共9個(gè)二級指標(biāo)屬于定性指標(biāo)，其隸屬函數(shù)為概念型隸屬函數(shù)；其余5個(gè)指標(biāo)為定量指標(biāo)，pH指標(biāo)隸屬函數(shù)為峰型(式1)，有效土層厚度、土壤容重、有機(jī)質(zhì)、有效磷共4個(gè)二級指標(biāo)隸屬函數(shù)為戒上型(式2)：

(1)

(2)

式中，y為指標(biāo)隸屬度賦值，ui為土壤樣品化驗(yàn)實(shí)測值，ci為土壤樣品化驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值，ai為系數(shù)；式(1)中ut1、ut2分別為指標(biāo)下、上限值；式(2)中ut為指標(biāo)下限值．

表1 研究區(qū)耕地質(zhì)量等級評價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重Tab.1 Evaluation index system of cultivated land quality class and weight in the study area

2.2.2 計(jì)算耕地質(zhì)量等級綜合指數(shù)和劃分等級

根據(jù)累加法計(jì)算耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，公式如下：

P=∑(Ci×Fi)，

(3)

式中，P為耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，Ci為第i個(gè)評價(jià)指數(shù)的組合權(quán)重，F(xiàn)i為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的隸屬度.按耕地質(zhì)量綜合指數(shù)從大到小的順序，采用等距法將耕地質(zhì)量劃分為10個(gè)等級(表2).耕地質(zhì)量綜合指數(shù)越高，耕地質(zhì)量等級數(shù)值則越小即質(zhì)量水平越高，1等級耕地質(zhì)量最高，10等級耕地質(zhì)量最低.縣域耕地平均質(zhì)量等級采用面積加權(quán)平均法計(jì)算．

表2 耕地質(zhì)量等級與綜合指數(shù)對應(yīng)表Tab.2 Correspondence table of cultivated land quality class and comprehensive index

2.3 耕地質(zhì)量等級特征空間自相關(guān)分析

本文采用空間自相關(guān)方法對鶴峰縣耕地質(zhì)量等級空間分布特征進(jìn)行分析.地理學(xué)第一定律指出，地理事物或?qū)傩栽诳臻g上分布互為相關(guān)，存在集聚、分散或隨機(jī)的規(guī)則分布[23].在空間統(tǒng)計(jì)方法中，空間自相關(guān)包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)，其中莫蘭指數(shù)(Moran’sI)因其普適性而應(yīng)用最廣泛.全局空間自相關(guān)用于描述空間變量在區(qū)域整體上的分布狀況，判斷其空間分布特征.全局空間自相關(guān)I的取值范圍為[-1，1]，I>0為正相關(guān)則空間變量趨向于集聚分布；I<0為負(fù)相關(guān)則空間變量趨向于離散分布；I=0為隨機(jī)分布.當(dāng)Z>1.96或者Z<1.96(P<0.05)，空間變量存在顯著空間自相關(guān).局部空間自相關(guān)用于進(jìn)一步反映某一空間單元或?qū)傩灾抵g空間變量集聚、離散或無規(guī)則的相關(guān)程度和空間位置[24].輸出的集聚分布LISA圖將顯示結(jié)果劃分為HH(高-高)型、HL(高-低)型、LL(低-低)型和、LH(低-高)型和NS(無顯著相關(guān))型，其中HH型和LL型為正相關(guān)分布，HL型和LH型為負(fù)相關(guān)分布.全局Moran’sI指數(shù)、Z值顯著性檢驗(yàn)、局部Moran’sI指數(shù)計(jì)算公式如下所示：

(4)

(5)

(6)

2.4 障礙度函數(shù)模型

本文通過障礙度函數(shù)模型對限制因素的限制程度計(jì)算.障礙度函數(shù)模型主要變量包括指標(biāo)偏離度、因子貢獻(xiàn)度和障礙度.對照表1，指標(biāo)偏離度Wij為準(zhǔn)則層i中單項(xiàng)指標(biāo)j與本指標(biāo)理想值之間的差距，即評價(jià)體系中指標(biāo)隸屬度Qij與1(100%)之差；因子貢獻(xiàn)度Nij為準(zhǔn)則層i中單項(xiàng)指標(biāo)j對于耕地質(zhì)量提升總目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，可用評價(jià)體系中單項(xiàng)指標(biāo)j占總目標(biāo)的組合權(quán)重表示；障礙度Oij為第i項(xiàng)準(zhǔn)則層中第j項(xiàng)指標(biāo)對耕地質(zhì)量的障礙作用程度，即限制因素的限制程度診斷的最終結(jié)果[17]，計(jì)算公式如下：

Wij=1-Qij，

(7)

(8)

根據(jù)最終結(jié)果，利用等距法，以百分比(%)為等級劃分準(zhǔn)則，將指標(biāo)限制程度分為無限制(0)、I級限制(0～10%)、II級限制(10%～20%)和III級限制(>20%)四個(gè)程度．

3 結(jié)果與分析

3.1 鶴峰縣耕地質(zhì)量等級評價(jià)結(jié)果

在ArcGIS 10.2中對各土壤樣點(diǎn)進(jìn)行反距離權(quán)重法插值，并以行政區(qū)劃圖為底使用按掩膜提取方法，最后利用分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，通過唯一標(biāo)識碼將其插值結(jié)果賦到研究區(qū)域內(nèi)所有評價(jià)單元上[25]，最后得到所有結(jié)果.本次耕地質(zhì)量等級評價(jià)中鶴峰縣耕地質(zhì)量等級為4等級至9等級，共6個(gè)等級，其中7等級耕地面積分布最多，高達(dá)10 778.07 hm2，占全縣耕地總面積的44.76%；4等級耕地面積分布最少，只有207.47 hm2，占全縣耕地總面積的0.86%.參照高等級地(1、2、3)、中等級地(4、5、6、7)和低等級地(8、9、10)劃分標(biāo)準(zhǔn)，全縣耕地質(zhì)量平均等級為6.70，處于中等稍偏下水平，中等級耕地和低等級耕地分別占耕地總面積的82.84%和17.16%，呈現(xiàn)出顯著的集聚特征(表3)．

3.2 耕地質(zhì)量等級空間分布特征

3.2.1 耕地質(zhì)量等級空間分布總體特征 因鶴峰縣境內(nèi)山脈多為西南-東北走向，縣域地形西北高、東南低，多山間小盆地，這種地形地貌造就了鶴峰縣耕地呈現(xiàn)出破碎化、不連貫、相間分布的特征.鶴峰縣不同耕地質(zhì)量等級的耕地在空間上也呈現(xiàn)出顯著的集聚性分布特征(圖2).整體上呈現(xiàn)出北部、西南部高和西北、東南低的空間分布格局.中等級耕地集中分布在鶴峰縣的北部、南部和西南部，包括太平鎮(zhèn)、容美鎮(zhèn)、鄔陽鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn).低等級耕地主要分布在鶴峰縣的西北部、東南部，包括中營鎮(zhèn)、下坪鄉(xiāng)和鐵爐鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn).這種總體的地域空間差異主要受水文特征、社會活動的影響，同時(shí)也是人口密集區(qū)域，人類的改土、耕作活動頻繁，熟化程度高．

表3 鶴峰縣耕地質(zhì)量等級面積及占耕地總面積比例Tab.3 Hefeng County’s cultivated land quality class area and proportion of total cultivated land area

圖2 鶴峰縣耕地質(zhì)量等級評價(jià)結(jié)果空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of the evaluation results of cultivated land quality class in Hefeng County

3.2.2 耕地質(zhì)量等級空間格局特點(diǎn)分析 本文使用ArcGIS 10.2軟件對本次鶴峰縣耕地質(zhì)量等級情況進(jìn)行局部自相關(guān)分析并繪制集聚圖(圖3).鶴峰縣全局Moran’sI指數(shù)為0.349 6，分析結(jié)果通過Z值為正且大于1.96.再選擇局部自相關(guān)方法，以各耕地圖斑的耕地質(zhì)量等級綜合指數(shù)為變量，綜合指數(shù)越高代表質(zhì)量越好，最后空間分布結(jié)果為5種類型，分別為HH型(高質(zhì)量等級耕地和高質(zhì)量等級耕地集聚)、HL型(高質(zhì)量等級耕地和低質(zhì)量等級耕地相鄰)、LL型(低質(zhì)量等級耕地和低質(zhì)量等級耕地集聚)、LH型(低質(zhì)量等級耕地和高質(zhì)量等級耕地相鄰)和NS型(無顯著集聚分布)．

圖3 鶴峰縣耕地質(zhì)量局部空間關(guān)聯(lián)集聚圖(LISA圖)Fig.3 Spatial correlation aggregation map of cultivated land quality in Hefeng(LISA)

1) 正相關(guān)分布.在有空間集聚效應(yīng)的正相關(guān)分布中，耕地質(zhì)量在臨近的耕地圖斑之間會呈現(xiàn)相似性，同高或同低，且多成片狀或條狀分布.(1)HH型面積和圖斑個(gè)數(shù)為5 618.60 hm2和7 509個(gè)，分別占耕地總面積的23.33%和圖斑個(gè)數(shù)的21.08%.主要分布在鶴峰縣的西南部的太平鎮(zhèn)和容美鎮(zhèn)以及北部的鄔陽鄉(xiāng)，有明顯的集中連片狀分布格局，此格局分布特征與實(shí)際鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地基礎(chǔ)情況較為一致.以上所提及的幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)大部分的基礎(chǔ)自然條件良好，處于海拔較低部位，交通較為便利，基礎(chǔ)設(shè)施較為完善，優(yōu)勢較為突出.(2)LL型面積和圖斑個(gè)數(shù)為4 871.36 hm2和8 151個(gè)，分別占耕地總面積的23.33%和圖斑個(gè)數(shù)的22.88%.整體上沿東南-西北方分布，呈條狀分布格局，此部分區(qū)域耕地普遍利用條件較差，土壤肥力不足，耕地利用程度不高．

2) 負(fù)相關(guān)分布.(1)HL型面積和圖斑個(gè)數(shù)為462.42 hm2和1 066個(gè)，分別占耕地總面積的1.92%和圖斑個(gè)數(shù)的2.99%，總體上呈零散鑲嵌式分布格局.(2)LH型面積和圖斑個(gè)數(shù)為990.82 hm2和1 712個(gè)，分別占耕地總面積的4.11%和圖斑個(gè)數(shù)的4.81%，同呈零散鑲嵌式分布格局.此格局分布特征同樣與鶴峰縣耕地實(shí)地情況相符．

3)總體而言，NS型即無顯著集聚分布效應(yīng)面積最大，耕地面積和圖斑個(gè)數(shù)為12 136.85 hm2和17 187個(gè)，分別占耕地總面積的50.40%和圖斑個(gè)數(shù)的48.24%．

3.3 限制因素分析及分區(qū)劃定結(jié)果

3.3.1 限制因素限制程度診斷結(jié)果及主導(dǎo)類型 傳統(tǒng)限制因素分析多直接對所有評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，而忽略了因素改良可行性和改良難度，不僅導(dǎo)致計(jì)算量大，過程復(fù)雜化，還對分析結(jié)果造成了干擾[26].為便于研究，本文將評價(jià)指標(biāo)分為動態(tài)指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)[5].動態(tài)指標(biāo)指短期內(nèi)可通過人為手段進(jìn)行干預(yù)，使指標(biāo)有提升或降低的趨勢，例如土壤指標(biāo)的合理改善、基礎(chǔ)設(shè)施水平的提高等，可充分挖掘不同指標(biāo)的提升潛力.本文指標(biāo)體系中的pH、有機(jī)質(zhì)等即為動態(tài)指標(biāo).穩(wěn)態(tài)指標(biāo)指指標(biāo)很難在短期時(shí)間內(nèi)通過人為手段改變，例如手段過于繁瑣且占用時(shí)間過長或者幾乎不大可能改善的區(qū)域地貌類型改善等.本文指標(biāo)體系中的農(nóng)業(yè)分區(qū)、地形部位等即為穩(wěn)態(tài)指標(biāo).因此，綜合考慮限制因素是否能通過人為手段改善并產(chǎn)生正向影響，加上考慮到經(jīng)濟(jì)可行性、人工可能性和時(shí)間耗費(fèi)長短等條件[9]，本文選取評價(jià)指標(biāo)中的pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、灌溉能力、排水能力、清潔程度、農(nóng)田林網(wǎng)化程度指標(biāo)，作為可改良的限制因素.以上7個(gè)指標(biāo)在資金、技術(shù)及政府和農(nóng)戶支持下可以得到良好改善，適宜大面積推廣，改善后生效時(shí)間較短，從而提高耕地質(zhì)量．

通過式(7)、(8)計(jì)算及限制程度劃分準(zhǔn)則，明確Oij值最大的限制因素即為該耕地圖斑主導(dǎo)限制因素[14-15]，依次得出每個(gè)耕地圖斑的限制因素的限制程度和主導(dǎo)限制因素.鑒于篇幅原因本文只羅列部分結(jié)果(表4).序號為1的結(jié)果顯示該耕地圖斑限制因素存在無、I級、Ⅲ級限制程度，以程度數(shù)值大小劃分，其主導(dǎo)限制因素為灌溉能力.由診斷結(jié)果得知，主導(dǎo)限制因素有灌溉能力、有效磷，清潔程度不存在限制程度．

3.3.2 限制因素類型分區(qū) 參考表4，可得出所有耕地圖斑主導(dǎo)限制因素和次要限制因素.為更加合理提出改善措施，在此明確“主導(dǎo)限制因素-次要限制因素”限制因素類型區(qū).依據(jù)因素組合法，確定有主導(dǎo)限制因素為灌溉能力、有效磷2類的共7種限制因素類型分區(qū)(表5、圖4)．

表4 鶴峰縣限制因素限制程度診斷結(jié)果及主導(dǎo)限制因素Tab.4 Diagnosis results of limiting factors and limiting degree and dominant limiting factors in Hefeng County

表5 鶴峰縣限制因素類型分區(qū)Tab.5 Limiting restricted factor type zoning of Hefeng County

圖4 “主導(dǎo)限制因素-次要限制因素”限制因素類型區(qū)分布Fig.4 The distribution of limiting factors in the typification area of “dominant limiting factors-secondary limiting factors”

1) 以灌溉能力為主導(dǎo)限制因素，包括由有機(jī)質(zhì)、pH、排水能力和有效磷為次要限制因素組成的4種類型分區(qū).該類型區(qū)分布面積最多，共19 954.8 hm2，占耕地總面積比例高達(dá)82.87%.“灌溉能力-有效磷”限制因素類型區(qū)影響范圍、分布范圍最大，集中組團(tuán)式分布于全縣境內(nèi)；“灌溉能力-排水能力”類型區(qū)主要集中于鶴峰縣的西南部和北部，包括太平鎮(zhèn)、中營鎮(zhèn)、鄔陽鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；“灌溉能力-pH”類型區(qū)和“灌溉能力-有機(jī)質(zhì)”類型區(qū)分布面積均較小，零散分布于鶴峰縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)．

2) 以有效磷為主導(dǎo)限制因素，包括由pH、排水能力和灌溉能力為次要限制因素組成的3種類型分區(qū).該類型區(qū)分布面積為4 125.25 hm2，占耕地總面積比例為17.13%.“有效磷-灌溉能力”限制因素類型區(qū)是面積最大的類型區(qū)，呈小面積組團(tuán)分散式分布于縣內(nèi).“有效磷-排水能力”和“有效磷-pH”類型區(qū)以分散塊狀的形態(tài)集中分布于走馬鎮(zhèn).在實(shí)際的耕地質(zhì)量提升過程中，應(yīng)重點(diǎn)對主導(dǎo)和次要限制因素進(jìn)行配合改善，因地制宜采取相應(yīng)的手段消減這些限制因素的限制程度，達(dá)到提升耕地耕地質(zhì)量、延續(xù)耕地使用壽命的目的[3]．

3.4 限制因素類型區(qū)結(jié)合局部空間自相關(guān)的耕地質(zhì)量提升區(qū)

空間極化理論認(rèn)為，區(qū)域發(fā)展是不均衡的，處于不同極化層的區(qū)域發(fā)展差異會逐漸增大，同一極化層的區(qū)域發(fā)展則恰恰相反[27].隨著發(fā)展，同一極化層內(nèi)部單元會發(fā)生相同的趨勢變化，逐漸相同或者逐漸異化.同一極化層各單元會對周邊單元產(chǎn)生擴(kuò)散(推動、阻礙)影響或者極化(周邊帶動)影響[28].因此，在耕地質(zhì)量等級評價(jià)的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)耕地質(zhì)量綜合指數(shù)自相關(guān)類型與“主導(dǎo)限制因素-次要限制因素”分區(qū)類型結(jié)果疊加劃分耕地質(zhì)量提升區(qū).總體上根據(jù)“比較優(yōu)勢”的原則提出區(qū)域化、針對化的耕地質(zhì)量提升措施．

3.4.1 耕地質(zhì)量提升區(qū)劃分結(jié)果 為達(dá)到有效、有重點(diǎn)地實(shí)施耕地質(zhì)量提升措施，將鶴峰縣劃分為3個(gè)一級類，分別為A核心保護(hù)區(qū)、B適度改良區(qū)和C重點(diǎn)整治區(qū)，以下再細(xì)分8個(gè)二級類(表6、圖5).其中，HH型是高質(zhì)量等級耕地集聚的區(qū)域，其中較小部分耕地還存在限制因素，因此以保護(hù)為主輕度提升為輔將該部分耕地劃入核心保護(hù)區(qū)；HH型中還存在一些耕地雖質(zhì)量較高但限制因素類型區(qū)分布面積較大，考慮到該部分還有足夠多耕地質(zhì)量提升空間，因此劃入適度改良區(qū)中.HL型形成類似于“凸地”的存在，在空間極化效應(yīng)的影響下[29]，高質(zhì)量耕地極易受周圍低質(zhì)量耕地影響從而同化，有可能轉(zhuǎn)化為LL型，因此該部分耕地劃入適度改良區(qū)中，積極改良限制因素，一并提高耕地質(zhì)量.LH型作為“凹地”應(yīng)積極提高周圍高質(zhì)量耕地影響力，同化該型中低質(zhì)量耕地，積極向HH型耕地轉(zhuǎn)變.考慮到限制因素類型區(qū)分布范圍大小及限制因素影響程度深淺，限制因素類型區(qū)分布范圍較小的部分LH型耕地劃入適度改良區(qū)中，分布范圍較大的部分劃入重點(diǎn)整治區(qū).LL型整體耕地質(zhì)量較低，且限制因素區(qū)分布較廣，限制因素已極大限制耕地質(zhì)量提升，因此該部分劃入重點(diǎn)整治區(qū)，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合性整治和改善.NS型在空間分布格局上雖無顯著集聚態(tài)勢，但結(jié)合限制因素類型的分區(qū)特點(diǎn)和面積范圍，也將分配到各個(gè)分區(qū)中．

表6 結(jié)合局部空間自相關(guān)方法劃分鶴峰縣耕地質(zhì)量提升區(qū)Tab.6 Demarcation of cultivated land quality improvement area in Hefeng County with local spatial autocorrelation method

圖5 鶴峰縣耕地質(zhì)量提升區(qū)空間分區(qū)Fig.5 Spatial zoning of cultivated land quality improvement area in Hefeng County

3.4.2 耕地質(zhì)量提升區(qū)提升措施 針對以上耕地質(zhì)量提升區(qū)劃分結(jié)果，按照“分層控制與輕重緩急改善限制因素相結(jié)合”的方式，具體實(shí)施以下耕地質(zhì)量提升措施.

1) A核心保護(hù)區(qū)：主要零星分布在鄔陽鄉(xiāng)北部、走馬鎮(zhèn)，在鐵爐鄉(xiāng)和太平鎮(zhèn)等地方.A1優(yōu)先保護(hù)區(qū)主要集中于走馬鎮(zhèn)東北端和鄔陽鄉(xiāng)北端，此類耕地質(zhì)量較高，空間高值集聚明顯，應(yīng)優(yōu)先以保護(hù)為主，改良為輔.雖然核心保護(hù)區(qū)內(nèi)總體條件優(yōu)越，但內(nèi)部不同區(qū)域之間仍有較明顯的差異，因此A2輕度提升區(qū)應(yīng)投入較多改良精力，該區(qū)在未來提升工作中應(yīng)注重基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)和修理．

2) B適度改良區(qū)：主要分布在容美鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)和鄔陽鄉(xiāng)等.B1輕度改良區(qū)主要集中于容美鎮(zhèn)和太平鎮(zhèn)，該分區(qū)內(nèi)耕地雖整體耕地質(zhì)量高，本身?xiàng)l件較好，但限制因素類型區(qū)分布面積較同類型耕地更大，因此耕地質(zhì)量提升潛力較大，應(yīng)進(jìn)行輕度改良，可根據(jù)具體條件選擇合適的水泵，以明溝暗渠相結(jié)合的方式改善灌排條件.B2適宜改良區(qū)主要分布于中營鎮(zhèn)西北部等，應(yīng)通過限制因素的改良使周圍低質(zhì)量耕地向高質(zhì)量耕地轉(zhuǎn)化，可選用合適種類的有機(jī)肥并大力進(jìn)行種植綠肥、秸稈回田、合理輪作等工作，積極促進(jìn)土壤養(yǎng)分吸收，改善土壤耕性.B3調(diào)控改良區(qū)分布較為零散，只包括一小部分LH型和NS型，該區(qū)內(nèi)應(yīng)積極針對限制因素灌溉能力、排水能力和pH進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，降低其限制程度．

3) C重點(diǎn)整治區(qū)：此類區(qū)分布面積最大，在鶴峰縣各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布.C1綜合提升區(qū)中既有大部分LH型又有小部分LL型，需要分不同的區(qū)域類型特點(diǎn)對限制因素進(jìn)行改善，LH型重點(diǎn)針對中心低質(zhì)量耕地，而LL型則應(yīng)針對區(qū)域內(nèi)所有低質(zhì)量耕地，須根據(jù)實(shí)際情況緩解土壤酸化現(xiàn)象，減輕酸化的限制程度.C2重點(diǎn)提升區(qū)內(nèi)耕地均為LL型，主要分布在中營鎮(zhèn)、下坪鄉(xiāng)和走馬鎮(zhèn)，各方面條件較差，從限制類型區(qū)來看，灌溉能力的提高和促進(jìn)磷肥的有效吸收成改善重點(diǎn).在已有良好灌溉設(shè)施的耕地中提高各項(xiàng)分設(shè)施利用率，提高整體輸水效率和節(jié)水效率，并加強(qiáng)對已有排澇設(shè)施的保障和日常維護(hù).在還沒有完善灌溉設(shè)施的耕地中，若為資源型缺水灌溉，可發(fā)展噴(滴)灌、膜下滴灌、水肥一體化等高效節(jié)水技術(shù)[30].在農(nóng)業(yè)勞作過程中，加強(qiáng)土壤對有效磷的吸收和農(nóng)作物轉(zhuǎn)化有效磷的能力，合理配方混施，集中深施.以上措施均須因地制宜分主次、逐步推進(jìn)措施.C3結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)內(nèi)耕地質(zhì)量無明顯集聚性規(guī)律，在空間上為隨機(jī)分布態(tài)勢，很難和之前區(qū)域一樣，與周邊耕地進(jìn)行有效聯(lián)動，因此該耕地質(zhì)量提升區(qū)內(nèi)耕地應(yīng)針對主導(dǎo)和次要限制因素進(jìn)行大力改善，多措并舉．

4 結(jié)論與討論

本文以地類圖斑為研究尺度，構(gòu)建耕地質(zhì)量等級評價(jià)指標(biāo)體系對鶴峰縣耕地質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)；以耕地質(zhì)量綜合指數(shù)為空間變量，運(yùn)用空間自相關(guān)方法對鶴峰縣耕地質(zhì)量空間分布格局進(jìn)行分析；運(yùn)用障礙度模型識別鶴峰縣耕地質(zhì)量提升限制因素程度，進(jìn)行限制因素類型分區(qū)；最后綜合之前分析成果進(jìn)行耕地質(zhì)量提升分區(qū)，并據(jù)此提出詳細(xì)的耕地質(zhì)量保育和提升措施.研究結(jié)果如下.

1) 鶴峰縣耕地質(zhì)量等級處于中等稍偏下水平，中等級耕地和低等級耕地分別占耕地總面積的82.84%和17.16%.耕地質(zhì)量在空間格局呈現(xiàn)出顯著集聚性分布特征，高質(zhì)量耕地主要分布在北部、西南部，低質(zhì)量耕地主要分布在西北、東南低；結(jié)合空間自相關(guān)方法分析后發(fā)現(xiàn)，HH型呈集中連片狀分布格局，LL型則呈組團(tuán)式條狀分布，其他自相關(guān)類型大致上為零散鑲嵌式分布格局．

2) 按照相關(guān)原則在參評指標(biāo)中選取影響耕地質(zhì)量提升的限制因素，利用障礙度模型確定主導(dǎo)限制因素并進(jìn)行限制因素類型分區(qū)，存在2類7種“主要限制因素-次要限制因素”類型分區(qū)．

3) 在耕地質(zhì)量綜合指數(shù)局部空間自相關(guān)劃分空間結(jié)果基礎(chǔ)上疊加限制因素類型分區(qū)結(jié)果，將現(xiàn)有耕地分為耕地質(zhì)量提升核心保護(hù)區(qū)、適度改良區(qū)和重點(diǎn)整治區(qū)3個(gè)一級類，以下再細(xì)分8個(gè)二級類，并針對各個(gè)分區(qū)特點(diǎn)提出差別化耕地質(zhì)量提升建議，為耕地保育與提升提供新思路．

4) 本文在限制因素選取方面還可再深入，可更深層次考慮兩因子交互后對耕地質(zhì)量的影響程度后再進(jìn)行分區(qū)，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)一步增強(qiáng)分區(qū)的科學(xué)性．