基于主成分分析法的縣級耕地質(zhì)量定級研究

郭利剛 武文婷

摘要：耕地占補(bǔ)平衡是實(shí)施耕地保護(hù)的重要制度，開展補(bǔ)充耕地質(zhì)量的分等定級，是耕地保護(hù)由數(shù)量保護(hù)向數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護(hù)的重要措施。依據(jù)山西省耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)規(guī)程從土壤、地貌、水利三方面選取了11個(gè)因子作為山西省縣級耕地質(zhì)量定級的影響因子，采用主成分分析法將多個(gè)因子的結(jié)構(gòu)簡化，最終將復(fù)雜的因子總結(jié)為2個(gè)主成分，分析各因子綜合作用的特性，以及在不同程度上綜合反映出的影響耕地質(zhì)量定級的信息，最終得出各因子權(quán)重，建立各因子特征值與分值對應(yīng)表，綜合判斷山西省縣級耕地質(zhì)量的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：主成分分析;耕地質(zhì)量;定級;山西

中圖分類號： F323.211文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）18-0269-05

收稿日期：2019-10-10

基金項(xiàng)目：山西省耕地質(zhì)量等別年度監(jiān)測評價(jià)（山西省土地整理中心）項(xiàng)目。

作者簡介：郭利剛（1981—），男，山西壺關(guān)人，博士，講師，主要研究方向?yàn)橥恋卣闻c生態(tài)修復(fù)。E-mail：529181676@qq.com。

隨著自然資源部的成立，國土空間規(guī)劃和山水田林湖草綜合整治有序推進(jìn)、社會資本參與土地整治項(xiàng)目陸續(xù)開展，跨省域補(bǔ)充耕地國家統(tǒng)籌和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤節(jié)余指標(biāo)跨省域調(diào)劑等多項(xiàng)新規(guī)大政實(shí)施，全國耕地質(zhì)量統(tǒng)一管理勢在必行[1]。雖然耕地質(zhì)量等別更新工作正有序進(jìn)行，但耕地質(zhì)量級別評定工作卻滯后于耕地質(zhì)量等別評定，加之建設(shè)占用、災(zāi)害損毀、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)退耕、耕地開發(fā)、土地整治等活動，耕地的數(shù)量、質(zhì)量、權(quán)屬狀況隨時(shí)都在變化。通過年度耕地質(zhì)量等別更新評價(jià)，能掌握耕地?cái)?shù)量、權(quán)屬、質(zhì)量的變化狀況，但在山西省內(nèi)要做到耕地質(zhì)量等級具有可比性、耕地分等結(jié)果和定級結(jié)果有效銜接，耕地質(zhì)量定級工作是必不可少的[2]?？涤钔ㄟ^分析山西省目前的耕地質(zhì)量狀況，指出了影響耕地質(zhì)量的原因[3];馬瑞明等對省級耕地質(zhì)量等級及評價(jià)體系進(jìn)行了研究[4];張紫妍等經(jīng)過對現(xiàn)有耕地質(zhì)量評價(jià)體系的剖析，提出了土壤酶活性對耕地質(zhì)量影響的可能性[5];許曉婷等采用特爾菲法建立農(nóng)用地定級因素指標(biāo)體系并確定各定級因素權(quán)重[6];高星將耕地質(zhì)量分為自然質(zhì)量、工程質(zhì)量、管理質(zhì)量3種類型[7]。

山西省地處黃土高原，普遍存在水土流失以及煤炭開采引起的地表塌陷等現(xiàn)象。本文以《農(nóng)用地定級規(guī)程》中影響耕地定級的相關(guān)指標(biāo)作為依據(jù)，選取影響耕地質(zhì)量的因子，即土壤、地貌、水利3個(gè)方面作為評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法對山西省的耕地質(zhì)量影響因子進(jìn)行簡化，通過2個(gè)主成分構(gòu)建山西省縣級耕地質(zhì)量定級的評價(jià)體系，以期為山西省耕地質(zhì)量年度更新監(jiān)測評價(jià)提供依據(jù)，為山西省土地整治項(xiàng)目補(bǔ)充耕地的質(zhì)量分等定級提供參考。

1?《農(nóng)用地定級規(guī)程》中的相關(guān)指標(biāo)

1.1?耕地自然條件

根據(jù)農(nóng)用地定級規(guī)程選取影響耕地質(zhì)量的相關(guān)自然因素，選取了氣候、水文、地貌、土壤、農(nóng)田基本建設(shè)5個(gè)因素如表1所示。

1.2?農(nóng)用地利用條件

相關(guān)指標(biāo)為主要農(nóng)作物的單產(chǎn)量、總產(chǎn)量以及面積、樣點(diǎn)土地利用狀況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3?耕地經(jīng)濟(jì)條件

相關(guān)指標(biāo)為人均耕地、畝均純收入、畝均資金投入、農(nóng)民平均收入、鄉(xiāng)村道路的分布狀況、道路級別、距區(qū)域經(jīng)濟(jì)核心的間隔、耕作間隔以及田塊的分散水平等。

2?山西省縣級耕地質(zhì)量定級影響因子選擇及體系構(gòu)建

2.1?山西省耕地質(zhì)量現(xiàn)狀

山西省土地面積合計(jì)156 806.05 km2，其中耕地面積48 036.48 km2，占全省土地總面積的30.6%。

山西省現(xiàn)有耕地中，旱地占比較大，占全省耕地面積的80%左右;在旱地中，坡耕地面積占比較大，占全省旱地總面積的43.66%;在現(xiàn)有坡耕地中，自然坡面坡度低于6°的坡耕地面積為22.1%，自然坡面坡度大于6°的坡耕地面積為77.9%。全省高產(chǎn)田 102 933 hm2，占耕地面積的25.34%;中低產(chǎn)田面積為30 322.73 km2，占耕地面積的74.65%[8]。

山西省耕地質(zhì)量基礎(chǔ)薄弱，水土流失嚴(yán)重，且人們在土地利用方面只用不養(yǎng)、粗放經(jīng)營，致使土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分含量、土壤蓄水能力下降，而土地綜合整治項(xiàng)目新增耕地不斷增加，各種因子綜合作用造成了山西省的耕地質(zhì)量等級不一，各地農(nóng)作物產(chǎn)量皆有不同。

2.2?因子選擇

2.2.1?土壤因素

結(jié)合山西省耕地情況，土壤因素主要選取了表層土壤質(zhì)地（壤土、黏土、沙土、礫質(zhì)土）、鹽漬化程度（無、輕度、中度、重度）、土壤有機(jī)質(zhì)含量（<5、5～<10、10～<20、20～<25、25～<30、≥30 g/kg）、有效土層厚度（<30、30～<60、60～<100、100～<150、≥150 cm）、土壤污染程度（輕微、輕度、中度、重度）、水土流失狀況（無、輕度、中度、重度），其中增加了水土流失狀況作為山西省耕地質(zhì)量定級的特殊因子。

表層土壤質(zhì)地是衡量耕地質(zhì)量的一個(gè)重要評價(jià)因子，土壤質(zhì)地一般分為4類：壤土、黏土、沙土、礫質(zhì)土[9]。土壤質(zhì)地過沙或過黏都不利于農(nóng)作物的生長，農(nóng)作物只有在適合的土壤上才能茁壯成長，農(nóng)作物的產(chǎn)量和土地利用效率才能有效提高。土壤鹽漬化是土地退化、耕地質(zhì)量降低的一種表現(xiàn)，是影響現(xiàn)代耕地質(zhì)量的關(guān)鍵[10]。

鹽漬化會影響耕地的質(zhì)量，從而影響農(nóng)作物生存，能決定農(nóng)作物產(chǎn)量的多少。土壤有機(jī)質(zhì)是農(nóng)作物的營養(yǎng)來源，對農(nóng)作物生長至關(guān)重要，農(nóng)作物生長情況也可體現(xiàn)出耕地質(zhì)量的情況[11]。不同地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量不同，一般來說，耕地的土壤有機(jī)質(zhì)含量在5%以上，在森林中含量相對較高，在荒漠土、風(fēng)沙土中含量相對較低[12]。鹽漬化主要有4個(gè)程度：無、輕度、中度、重度。

運(yùn)用主成分分析法對陽泉市郊區(qū)耕地質(zhì)量進(jìn)行定級，定級結(jié)果能科學(xué)客觀反映耕地質(zhì)量的優(yōu)劣。蔭營鎮(zhèn)大多土壤質(zhì)地為壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，土壤基本無污染，耕地質(zhì)量相對較高，而從表8可以看出蔭營鎮(zhèn)2、3級耕地面積最大;西南舁鄉(xiāng)部分地區(qū)地形坡度較大，水土流失容易發(fā)生，會有一部分耕地質(zhì)量較低，而西南舁鄉(xiāng)的5級耕地相對來說面積較大。

3?結(jié)論與討論

山西省部分地區(qū)有水土流失現(xiàn)象，這些地區(qū)煤炭開采較多，容易出現(xiàn)地表塌陷，結(jié)合農(nóng)用地規(guī)程中的相關(guān)指標(biāo)和山西省歷年來耕地定級的實(shí)際情況，本研究最初選取了11個(gè)影響因子，運(yùn)用主成分分析法，對所選取的因子進(jìn)行分析，得到影響山西省耕地定級的2個(gè)主成分，通過主成分的解釋總方差和成份矩陣表，計(jì)算出各因子的權(quán)重，從而確定各因子特征值與分值表，科學(xué)地構(gòu)建山西省縣級耕地質(zhì)量定級評價(jià)體系，為山西省縣級耕地質(zhì)量的定級工作提供1個(gè)較為科學(xué)的依據(jù)。

本研究根據(jù)山西省的特殊情況，增加了水土流失和地表塌陷因子，但是這2個(gè)因子在山西省南北部的縣級耕地質(zhì)量定級中影響不同。水土流失狀況存在于山西省部分地區(qū)，它對于山西省南部的耕地質(zhì)量定級相對于東北部來說影響較小。山西省的煤炭開采主要集中在山西北部，因此地表塌陷情況多出現(xiàn)在山西北部地區(qū)，這個(gè)因子對于山西南部的耕地質(zhì)量定級影響也相對較小。而影響山西省耕地質(zhì)量的因素眾多，在實(shí)際定級和實(shí)踐過程中，是否還有其他影響山西省耕地質(zhì)量定級的因子，有待進(jìn)一步討論分析，本研究構(gòu)建的耕地質(zhì)量定級體系還有很大的完善空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛建中，薄江宏，張文琴. 基于新形勢下的耕地質(zhì)量分等定級研究[J]. 國土資源科技管理，2018，35（4）：116-122.

[2]詹?波. 基于GIS的連城縣耕地質(zhì)量分等定級研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（6）：49-51，54.

[3]康?宇. 淺談山西省耕地質(zhì)量現(xiàn)狀及對策[J]. 山西農(nóng)經(jīng)，2016（5）：45-46.

[4]馬瑞明，馬仁會，韓冬梅，等. 基于多層級指標(biāo)的省域耕地質(zhì)量評價(jià)體系構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34（16）：249-257.

[5]張紫妍，蘇友波，字春光，等. 耕地質(zhì)量評價(jià)體系研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（31）：1-3，7.

[6]許曉婷，隋立春，李芹芳，等. 基于GIS的山區(qū)農(nóng)用地定級方法研究[J]. 測繪通報(bào)，2014，（11）：46-49.

[7]高?星. 耕地質(zhì)量等級提升的土地整治項(xiàng)目設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2016：27-28.

[8]山西省自然資源廳. 山西省土地資源概況[EB/OL]. （2015-07-14）[2019-10-01]. http：//landchina.mlr.gov.cn/zygk/201507/t20150714_1358915.html.

[9]彭要培. 長安區(qū)影響耕地質(zhì)量的障礙因子分析及耕地生產(chǎn)潛力研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2017：20-21.

[10]王?宏. 基于土地利用/覆蓋類型的土壤鹽漬化敏感性研究[D]. 烏魯木齊：新疆大學(xué)，2011：6-7.

[11]王芳芳，吳世新，喬木等. 基于3S技術(shù)的新疆耕地鹽漬化狀況調(diào)查與分析[J]. 干旱區(qū)研究，2009，26（3）：366-371.

[12]段茂慶. 抬田措施對水稻土有機(jī)碳和養(yǎng)分的含量影響及評價(jià)[D]. 南昌：南昌工程學(xué)院，2016：2.

[13]魏?童，譚軍利，馬中昇. 黃土高原地區(qū)水土保持措施對土壤水分影響研究綜述[J]. 節(jié)水灌溉，2018（10）：97-99，103.

[14]龐珊珊. 公安縣耕地多目標(biāo)適宜性評價(jià)及潛力研究[D]. 武漢：華中師范大學(xué)，2014：23-25.

[15]王必英. 山西采煤塌陷對土地的破壞及防治對策探討[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2013（5）：97-99.

[16]魏婷婷. 基于SWAT模型的采煤塌陷對泗河流域徑流的影響研究[D]. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2015：15-16.

[17]馮長春，侯玉亭. 城鎮(zhèn)土地評價(jià)中主成分分析法的應(yīng)用[J]. 中國國土資源經(jīng)濟(jì)，2007（7）：27-31，47.