基于GIS的青島市耕地地力評價與改良分區(qū)研究

丁興民 王蕾 趙海靜

摘要 ? ?以青島市為研究區(qū)域，在地理信息系統(tǒng)（GIS）和縣域耕地資源評價系統(tǒng)的支持下，建立耕地地力評價指標(biāo)體系，綜合運(yùn)用綜合指數(shù)（IFI）法和累積曲線分級法對青島市耕地地力進(jìn)行評價，并以土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)、灌溉保證率、土壤物理狀況作為限制性主導(dǎo)因子，對青島市耕地進(jìn)行改良利用分區(qū)。結(jié)果表明，青島市耕地地力由高到低等級可劃分為6級，其中一至四級地占總耕地面積的80%以上，說明青島市耕地地力整體較好;改良利用分區(qū)結(jié)果顯示，青島市耕地可劃分為土壤培肥、自然環(huán)境條件改善、土體整治等 3種改良利用分區(qū)類型，不同分區(qū)類型耕地需采取有針對性的改良措施提高其產(chǎn)出水平。本研究可為青島市進(jìn)一步加強(qiáng)耕地質(zhì)量建設(shè)、提高耕地資源的有效管理和改良利用提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?耕地地力評價;改良分區(qū);累積曲線分級法;GIS;山東青島

中圖分類號 ? ?F301.21 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）17-0156-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?Taking Qingdao City as the research area，with the support of geographic information system （GIS） and county cultivated land resources evaluation system， the index system of cultivated land fertility evaluation indexes was established. The comprehensive index （IFI） method and cumulative curve classification method were used to evaluate the cultivated land fertility， Using soil nutrient index， irrigation assurance and soil physical condition as the limiting factors， the amelioration regionalization of cultivated land in Qingdao City was carried out. The results showed that the fertility of cultivated land in Qingdao City could be divided into 6 grades from high to low，of which Grade 1 to Grade 4 accounted for more than 80% of the total cultivated land area and it indicated that the cultivated land was relatively better in whole. The results of amelioration regionalization showed that the cultivated land in Qingdao City could be divided into three types， such as soil fertilization，improvement of natural environment conditions and soil improvement， and specific improvement measures should be taken to improve the output level in different areas. This study provided a reference for further improve the quality of cultivated land and improving the effective management and utilization of cultivated land resources in Qingdao City.

Key words ? ?cultivated land fertility evaluation; amelioration regionalization; cumulative curve classification; GIS; Qingdao Shandong

隨著中國城鎮(zhèn)化速度的加快，非農(nóng)建設(shè)大量占用耕地資源，導(dǎo)致我國耕地數(shù)量逐年減少，人地矛盾十分突出[1]。同時，我國耕地質(zhì)量總體偏低[2]。因此，如何有效掌握可耕地情況、提高耕地質(zhì)量是解決中國糧食安全問題的重要途徑，對于合理規(guī)劃和利用耕地具有十分重要的意義。

耕地地力是耕地內(nèi)在生產(chǎn)力的表現(xiàn)，受地貌等環(huán)境因素影響[3]。耕地地力評價是指對耕地土壤的地力狀況、肥力狀況、養(yǎng)分狀況和耕地綜合生產(chǎn)能力狀況進(jìn)行評價[4]。通過評價測定耕地生產(chǎn)力及其潛在生產(chǎn)力的高低，全面評估耕地的內(nèi)在生產(chǎn)潛力與適宜性，摸清區(qū)域耕地的現(xiàn)狀、存在問題和制約因素，是實現(xiàn)耕地差異化保護(hù)、精細(xì)化管理的重要保障[5]。為進(jìn)一步提升耕地地力保護(hù)與分區(qū)管理水平，我國針對不同區(qū)域耕地評價方面的宏觀調(diào)配也在逐步推進(jìn)，相繼出臺了一系列有關(guān)耕地地力評價的政策與標(biāo)準(zhǔn)[6]。如何進(jìn)行耕地地力評價主要從耕地如何利用、其經(jīng)濟(jì)性和耕地的自然特征等3個方面進(jìn)行考慮[7]。如何進(jìn)行耕地地力評價前人有很多研究，取得了顯著的進(jìn)展，如基于GIS技術(shù)利用不同的分析方法分析耕地地力等[8-13]。

耕地地力在數(shù)量高低與在空間分布上均存在不同程度的差異[14]。為徹底摸清青島市耕地地力基本情況，本研究在結(jié)合青島市測土配方施肥工作的基礎(chǔ)上，基于全面的野外調(diào)查和室內(nèi)化驗分析所獲取的大量耕地地力相關(guān)信息，建立耕地地力評價指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法和綜合指數(shù)法，開展了青島市耕地地力的綜合評價，并且根據(jù)評價結(jié)果提出了耕地分區(qū)改良對策，以期為今后青島市的耕地保護(hù)和可持續(xù)利用提供參考。

1 ? ?數(shù)據(jù)來源

1.1 ? ?研究區(qū)概況

青島市地處山東半島南部，位于東經(jīng)119°30′～121°00′、北緯35°35′～37°09′，東、南瀕臨黃海，屬暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，地勢東高西低、南北兩側(cè)隆起，中間低凹。全市總面積為11 293 km2。其中，山地約占全市總面積（下同）的15.5%，丘陵占2.1%，平原占37.7%，洼地占21.7%。按全國第二次土壤普查土地分類系統(tǒng)，青島市土壤主要有棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、鹽土等5個土類，分別占土地總面積的59.8%、21.42%、17.55%、0.77%、0.44%。

1.2 ? ?數(shù)據(jù)來源與處理

分析數(shù)據(jù)來源：一是公開的社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要包括耕作面積、土地面積等;二是青島市測土配方施肥項目獲得的數(shù)據(jù)，主要包括各種土壤數(shù)據(jù)等;三是第二次土壤普查獲得的數(shù)據(jù)，如各種土壤圖等;四是從各相關(guān)單位和部門獲取的數(shù)據(jù)，主要包括地形地貌圖等。

數(shù)據(jù)的處理軟件主要采用的是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)進(jìn)行耕地資源數(shù)據(jù)整理，使用SPSS等統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和統(tǒng)計分析，并且利用地理信息系統(tǒng)軟件MapGIS、ArcGIS等繪制地力評價和改良利用分區(qū)成果圖。

1.3 ? ?耕地地力評價與分區(qū)方法

1.3.1 ? ?評價單元劃分與參評因素選取。利用行政區(qū)劃圖等的疊加，可以將研究區(qū)分成8 478個評價單元。對評價單元中影響土壤耕地地力的指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，篩選影響地力的主要因素。同時利用Delphi法對影響耕地地力的立地條件、物理性狀等定性指標(biāo)進(jìn)行篩選。利用這2種方法，聯(lián)合分析影響耕地地力的因素，最后結(jié)合專家組選擇結(jié)果，將評價因素土層厚度、大量元素（速效鉀、有效磷）、障礙層、地貌類型、灌排能力、有機(jī)質(zhì)、耕層質(zhì)地等作為耕地地力評價指標(biāo)。

1.3.2 ? ?指標(biāo)權(quán)重的確定。采用層次分析法（AHP）確定各因子權(quán)重[15]，結(jié)果見表1。

1.3.3 ? ?參評因素賦值及隸屬函數(shù)建立。對定性因素采用Delphi法劃分各參評因素的等級[16]，根據(jù)各參評因素等級或?qū)崪y值對耕地地力及作物生長的影響進(jìn)行評估，確定其相應(yīng)的分值及對應(yīng)的隸屬度，然后對定量因素利用統(tǒng)計分析軟件繪制數(shù)值散點圖，并且進(jìn)行曲線模擬得到參評因素的實際值與隸屬度關(guān)系的方程，最終構(gòu)建各參評因素隸屬函數(shù)[17]，結(jié)果見表2。

1.3.4 ? ?耕地地力等級確定。用指數(shù)和法來確定耕地的綜合指數(shù)，計算公式為：

IFI=∑Fi×Ci

式中，IFI（Integrated Fertility Index）代表耕地地力綜合指數(shù);Fi為第i個評價因素屬性值;Ci為第i個因素的組合權(quán)重[18]。

利用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地資源管理信息系統(tǒng)中的“專題評價”模塊，計算出耕地地力綜合指數(shù)后，將青島市耕地地力共劃分為六級，各等級耕地地力綜合指數(shù)見表3。

1.3.5 ? ?耕地改良利用分區(qū)方法。依據(jù)《全國中低產(chǎn)田類型劃分與改良技術(shù)規(guī)范》，借鑒山東省各地耕地改良利用經(jīng)驗，選取耕地土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)、灌溉保證率、土壤物理狀況作為限制性主導(dǎo)因子，將青島市耕地劃分為耕地土壤培肥、自然環(huán)境條件、土體整治等3種改良利用分區(qū)類型。青島市耕地改良利用分區(qū)主導(dǎo)因子分級標(biāo)準(zhǔn)見表4。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?耕地地力評價結(jié)果

以青島市耕地總面積51.86萬hm2為基準(zhǔn)（2017年），依據(jù)面積比例確定各評價等級面積，利用已建立的評價方法和指標(biāo)，對青島市耕地地力進(jìn)行評價（表5）。由表5可知，二級和三級地占總耕地面積比例最大，為50.48%;其次是一級和四級地，為32.92%;五級和六級地面積最少，比例為16.60%。另外，在各級耕地中，三級地的面積是所有等級耕地中面積最大的，比例為27.76%;六級地的面積最小，比例為6.77%。

2.2 ? ?耕地地力空間分布分析

利用地理信息系統(tǒng)軟件對青島市耕地地力評價結(jié)果進(jìn)行空間分布圖繪制，結(jié)果見圖1?？梢钥闯?，青島市一級地和二級地主要分布于中、北部的萊西、平度、膠州三市以平原為主的地區(qū)，微地貌類型以平地、洪積扇、微傾斜平地為主。這一區(qū)域耕地地力情況較好，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施均配套成型，測土配方施肥工程也首先在這一區(qū)域展開;三級地、四級地比較分散地分布于青島市東部以及北部低山嶺地，主要包括青西新區(qū)、即墨區(qū)、城陽區(qū)等3個市轄區(qū)，屬于只要加大資金投入，完善基礎(chǔ)設(shè)施，改善生產(chǎn)條件，產(chǎn)量就能大幅提高的中產(chǎn)田類型，有一定的開發(fā)潛力;五級地和六級地主要分布在南部沿海丘陵地區(qū)，如青西新區(qū)等，在平度市和膠州市也有一定的分布，這部分耕地有效耕層薄、肥力低、灌溉條件較差，還有部分未利用土地，屬于低產(chǎn)田類型。

2.3 ? ?耕地改良利用分區(qū)與改良建議

依據(jù)圖2青島市耕地改良利用分區(qū)的分級結(jié)果，對不同分區(qū)的土壤面積和改良方向進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

2.3.1 ? ?土壤培肥改良利用分區(qū)。分區(qū)結(jié)果顯示，青島市需要培肥改良的耕地面積較大，在市域內(nèi)成片或集中分布。其中，缺乏有機(jī)質(zhì)的耕地面積為8.9萬hm2，占耕地總面積的17.16%;缺少鉀肥的耕地面積為37.6萬hm2，占耕地總面積的72.50%;缺乏磷肥的耕地面積為14.8萬hm2，占耕地總面積的28.54%。缺乏單一養(yǎng)分的耕地面積為24.4萬hm2，占耕地總面積的47.05%;缺乏2種養(yǎng)分的耕地面積為5.3萬hm2，占耕地總面積的10.22%。從各類型面積比例可知，青島市耕地土壤培肥改良的主要方向為有針對性地合理施用鉀肥、磷肥以及微肥。

2.3.2 ? ?自然環(huán)境條件改良利用分區(qū)。青島市耕地自然環(huán)境條件總體較好，地形平坦，灌溉條件較好，不需改良的耕地面積達(dá)到45.5萬hm2，占耕地總面積的87.74%。需要改良的耕地表現(xiàn)為灌排能力較差，面積為8.9萬hm2，占總面積的17.16%，在青島市境內(nèi)分散分布。因此，青島市耕地自然環(huán)境條件改良利用的主要方向為提高耕地的灌排能力。

2.3.3 ? ?土體整治改良利用分區(qū)。青島市耕地土體結(jié)構(gòu)一般，少部分耕層以砂土或沙壤為主，需要改良的耕地主要集中在砂質(zhì)土壤或土壤中含有夾砂層。質(zhì)地需要改良的耕地面積為4.1萬hm2，占耕地總面積的7.91%;障礙層需要改良的耕地面積為25.4萬hm2，占耕地總面積的48.98%。適宜采取秸稈還田、增施有機(jī)肥、深耕等措施，改良偏砂的土壤表層質(zhì)地及不良土體結(jié)構(gòu)，是耕地土體整治改良的主要方向。

3 ? ?結(jié)論

青島市耕地以一級地、二級地、三級地和四級地為主，占總耕地面積的80%以上。其中，一、二級地主要分布于中、北部的萊西、平度、膠州三市以平原為主的地區(qū);三、四級地散布于青西新區(qū)、即墨區(qū)、城陽區(qū)等3個市轄區(qū)低山嶺地，五、六級地主要分布在青西新區(qū)的丘陵地區(qū)，在平度市和膠州市也有一定的分布。

青島市耕地劃分為耕地土壤培肥、自然環(huán)境條件、土體整治等3種改良利用分區(qū)類型。土壤培肥改良的主要方向為有針對性的合理施用鉀肥、磷肥以及微肥;自然環(huán)境條件改良利用的主要方向是提高耕地的灌排能力;土體整治改良利用分區(qū)內(nèi)則適宜采取秸稈還田、增施有機(jī)肥料、深耕等措施，改良偏砂的土壤表層質(zhì)地和不良的土體結(jié)構(gòu)。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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