華南地區(qū)縣域耕地質(zhì)量評價生物特性指標(biāo)適宜性分析

黃翠婷，王東杰，黃梓浩，李科強(qiáng)，文泰斌，關(guān)桂芳*

（1.廣東友元國土信息工程有限公司，廣東廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510642）

在國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的發(fā)展格局下，糧食安全作為穩(wěn)定內(nèi)循環(huán)的基石，其戰(zhàn)略地位被提升到新的歷史高度［1］。在國家糧食安全保障中發(fā)揮重要作用的要素是耕地［2］?！笆濉币?guī)劃建議提出要“堅持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅守耕地紅線，實(shí)施‘藏糧于地、藏糧于技’戰(zhàn)略，以提高糧食產(chǎn)能，確保中國谷物基本自給、口糧絕對安全”［3］。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化與耕地保護(hù)的矛盾越來越突出，因不合理利用耕地導(dǎo)致的地力下降、土壤環(huán)境污染等耕地質(zhì)量問題日益嚴(yán)重，糧食安全保障與耕地保護(hù)面臨巨大的壓力［4-5］。

在生態(tài)文明建設(shè)的背景下，我國耕地保護(hù)轉(zhuǎn)型應(yīng)以耕地資源安全為總目標(biāo)，推動耕地保護(hù)“數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)”全方位轉(zhuǎn)型。科學(xué)、全面地開展耕地資源質(zhì)量評價，滿足耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護(hù)和耕地資源管理的需求，還有待進(jìn)行深入探索。

在廣東省的南嶺丘陵地區(qū)、華南低平原區(qū)、華南沿海西雙版納低山丘陵區(qū)3 個國家級二級區(qū)各選取一個縣級行政區(qū)作為研究區(qū)域進(jìn)行耕地質(zhì)量評價，并將評價結(jié)果與農(nóng)用地分等結(jié)果和不考慮生物特性的耕地質(zhì)量評價結(jié)果進(jìn)行對比分析，旨在探索耕地質(zhì)量評價體系中選用土壤蚯蚓數(shù)量指標(biāo)表征耕地生物特性的適宜性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

在南嶺丘陵地區(qū)選取的研究區(qū)為仁化縣，位于廣東省北部，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季和春季較冷，夏季和秋季較熱，年平均氣溫為19.6 ℃，年平均降水量約1 665 mm。地勢北高南低，地形復(fù)雜，以山地丘陵為主。水田、水澆地、旱地占耕地總面積的比例分別為80.28%、0.93%和15.88%。

在華南低平原區(qū)選取的研究區(qū)為新興縣，位于廣東省中西部，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，雨量充沛，季節(jié)分明，年平均氣溫為21.6 ℃。地勢西南高、東北低，南部高山較多，中東部為丘陵地區(qū)，地勢較平坦。水田、水澆地、旱地占耕地總面積的比例分別為85.62%、0.12%和14.26%。

在華南沿海西雙版納低山丘陵區(qū)選取的研究區(qū)為吳川市，位于廣東省西南部沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，高溫多雨，光熱充足，年平均氣溫為22.8 ℃。地勢北高南低，并從東部和西部向南部沿海傾斜。地勢高低起伏不大，沒有明顯的山脈，地貌以平原、臺地和低丘為主［6］。水田、水澆地、旱地占耕地總面積的比例分別為75.77%、0.23%和24.00%。圖1 為研究區(qū)的位置示意圖。

圖1 研究區(qū)的位置示意圖

1.2 評價指標(biāo)及權(quán)重的確定

耕地質(zhì)量評價的指標(biāo)由2 部分組成，一部分是《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測評價規(guī)范（試用稿）》推薦使用的必選指標(biāo)，另一部分是基于各縣的實(shí)際情況，采用專家打分法從《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測評價規(guī)范（試用稿）》推薦的備選指標(biāo)中分別選取對3 個研究區(qū)耕地質(zhì)量有顯著影響的指標(biāo)。采用專家打分法確定各指標(biāo)權(quán)重，見表1。

以上指標(biāo)中，土壤蚯蚓數(shù)量調(diào)查需在落干期進(jìn)行。受天氣、時間等影響，在實(shí)際采樣過程中蚯蚓活動存在不確定性。因此，主要對土壤蚯蚓數(shù)量指標(biāo)是否可科學(xué)合理地表征耕地的生物特性進(jìn)行探討。

1.3 耕地質(zhì)量指數(shù)的計算

耕地質(zhì)量指數(shù)計算是將耕地質(zhì)量指標(biāo)分層綜合，地形特征、土壤性狀、耕作條件構(gòu)成自然質(zhì)量層，作為耕地質(zhì)量評價的基礎(chǔ)，健康狀況、生物特性分別作為系數(shù)構(gòu)成修訂層，最終得到耕地質(zhì)量指數(shù)［7-8］。

采用加權(quán)求和法對評價指標(biāo)和權(quán)重進(jìn)行指數(shù)綜合，分別得到地形特征分值（G）、土壤性狀分值（S）和耕作條件分值（C）。采用“1+X”的累加模型，即以未受到污染耕地為基準(zhǔn)“1”，依據(jù)灌溉水環(huán)境、土壤重金屬對應(yīng)分級分值“X”進(jìn)行累加，得到健康狀況系數(shù)（H）。采用由每個地塊的土壤蚯蚓數(shù)量計算出的生物特性綜合值確定生物特性系數(shù)（B）。將自然質(zhì)量指數(shù)與健康狀況系數(shù)和生物特性系數(shù)相乘得到耕地質(zhì)量指數(shù)（Q），公式為：

2 結(jié)果與討論

2.1 耕地質(zhì)量評價結(jié)果

仁化縣的評價結(jié)果如圖2 所示，新興縣的評價結(jié)果如圖3 所示，吳川市的評價結(jié)果如圖4 所示。

經(jīng)測算，仁化縣的耕地質(zhì)量指數(shù)為15～66，總體呈南高北低的分布規(guī)律。耕地質(zhì)量等別主要集中在中等和良等，中等耕地占耕地總面積的58.74%。耕地質(zhì)量指數(shù)較高的耕地主要分布在仁化縣中心城區(qū)附近的中部和南部丘陵地區(qū)，地勢較為平坦，耕地利用水平較高，土壤熟化程度也相對較高；耕地質(zhì)量指數(shù)較低的耕地主要分布在仁化縣北部的山地區(qū)，海拔較高，耕地較為細(xì)碎，田塊形狀不規(guī)則，耕作距離較遠(yuǎn)，如圖2（b）所示。

圖2 仁化縣的評價結(jié)果

新興縣的耕地質(zhì)量指數(shù)在17～69，耕地質(zhì)量等別主要集中在中等和低等，良等耕地僅占耕地總面積的0.89%，零星分布在東城鎮(zhèn)、簕竹鎮(zhèn)、大江鎮(zhèn)等土壤條件與耕作條件相對較好、土壤蚯蚓數(shù)量較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。耕地質(zhì)量指數(shù)較高的耕地主要分布在新興縣中部和西部低丘陵地區(qū)，地勢較為平坦，耕作便利，耕地利用水平較高；耕地質(zhì)量指數(shù)較低的耕地主要分布在六祖鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、天堂鎮(zhèn)等土壤蚯蚓數(shù)量普遍較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如圖3（b）所示。

圖3 新興縣的評價結(jié)果

吳川市的耕地質(zhì)量指數(shù)在17～47，耕地質(zhì)量等別主要為中等和低等，中等耕地占耕地總面積的75.17%。耕地質(zhì)量指數(shù)較高的耕地主要分布在吳川市中部和西部位于城鎮(zhèn)附近的地區(qū)，地勢相對平坦，耕作條件便利，耕地利用水平較高；耕地質(zhì)量指數(shù)較低的耕地主要分布在吳川市北部和東部旱地地類比重較高的地區(qū)，如圖4（b）所示。

圖4 吳川市的評價結(jié)果

2.2 與農(nóng)用地質(zhì)量分等結(jié)果對比

農(nóng)用地質(zhì)量分等體系是目前較為完整且在耕地保護(hù)工作中應(yīng)用最廣泛的一套耕地質(zhì)量評價體系。為避免新構(gòu)建的耕地質(zhì)量評價體系在實(shí)際應(yīng)用中與原農(nóng)用地分等結(jié)果可能會產(chǎn)生銜接問題，通過將使用生物特性修正和未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量評價結(jié)果分別與2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等進(jìn)行對比分析，能夠?yàn)榕袛喔刭|(zhì)量評價體系中表征耕地生物特性的指標(biāo)（即土壤蚯蚓數(shù)量）的適宜性提供一定的依據(jù)。

2.2.1 耕地質(zhì)量評價結(jié)果與農(nóng)用地質(zhì)量分等結(jié)果對比分析

仁化縣本次耕地質(zhì)量評價的等別為良等、中等和低等，分別約占該縣耕地總面積的20%、60%和20%；空間分布上，良等耕地集中分布在董塘鎮(zhèn)，中等耕地大部分分布在丹霞街道、長江鎮(zhèn)和周田鎮(zhèn)，低等耕地大部分分布在董塘鎮(zhèn)和長江鎮(zhèn)，如圖2（b）所示。仁化縣2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等別為優(yōu)等和高等，分別占該縣耕地總面積的72.11%和27.89%；空間分布上，優(yōu)等耕地主要分布在丹霞街道、董塘鎮(zhèn)和長江鎮(zhèn)，高等耕地主要分布在紅山鎮(zhèn)和長江鎮(zhèn)，如圖2（a）所示。

新興縣本次耕地質(zhì)量評價的等別為良等、中等和低等，分別約占該縣耕地總面積的0.88%、14.23%和84.89%；空間分布上，本次新興縣耕地質(zhì)量評價的等別總體呈中部高四周低的分布規(guī)律，如圖3（b）所示。新興縣2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等別為優(yōu)等和高等，分別占該縣耕地總面積的2.78%和97.22%；空間分布上，與本次評價的耕地質(zhì)量等別空間分布一致，也呈現(xiàn)出中部高四周低的分布規(guī)律，如圖3（a）所示。

吳川市本次耕地質(zhì)量評價的等別為中等和低等，分別約占該市耕地總面積的70%和30%；空間分布上，本次吳川市耕地質(zhì)量評價的等別總體呈西北高東南低的分布規(guī)律，如圖4（b）所示。吳川市2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等別為優(yōu)等、高等和中等，分別占該市耕地總面積的87.34%、9.39%和3.27%；空間分布上，與本次評價的耕地質(zhì)量等別空間分布一致，亦呈現(xiàn)出西北高東南低的分布規(guī)律，如圖4（a）所示。研究區(qū)耕地國家自然質(zhì)量等別、耕地質(zhì)量等別、耕地質(zhì)量等別（未使用生物特性修正）的對比結(jié)果如表2 所示。

表2 研究區(qū)耕地國家自然質(zhì)量等別、耕地質(zhì)量等別、耕地質(zhì)量等別（未使用生物特性修正）對比

3 個研究區(qū)的耕地質(zhì)量指數(shù)和2016 年度國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示：仁化縣和新興縣兩變量的皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.066 和0.068，p＜0.001，均呈正相關(guān)，見表3。但皮爾遜系數(shù)較小，國家自然質(zhì)量等指數(shù)與耕地質(zhì)量指數(shù)的相關(guān)性較小。吳川市兩變量的皮爾遜系數(shù)分別為0.506，p＜0.001，呈極顯著正相關(guān)。但從圖5、圖6、圖7 來看，部分變量數(shù)據(jù)距離趨勢線較遠(yuǎn)且分布較為零散，分布趨勢不明顯。

圖7 吳川市耕地質(zhì)量指數(shù)與2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析

表3 本次耕地質(zhì)量指數(shù)與2016 年度國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析表

圖5 仁化縣耕地質(zhì)量指數(shù)與2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析

圖6 新興縣耕地質(zhì)量指數(shù)與2016 年度耕地國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析

本次3 個研究區(qū)耕地質(zhì)量指數(shù)與2016 年度國家自然質(zhì)量等指數(shù)的銜接性均不高的主要原因是本次耕地質(zhì)量評價在農(nóng)用地分等體系的基礎(chǔ)上增加了耕作條件、健康狀況及生物特性指標(biāo)，對原有的等別分布產(chǎn)生了一定程度的影響。而本次評價體系中表征生物特性的指標(biāo)——土壤蚯蚓數(shù)量，受自然環(huán)境和人為活動的影響較大，穩(wěn)定性較低，對耕地質(zhì)量指數(shù)的影響較大。

2.2.2 未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量評價結(jié)果與農(nóng)用地質(zhì)量分等結(jié)果對比分析

仁化縣未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量等別為優(yōu)等和良等，分別占仁化縣耕地總面積的88.75%和11.25%；空間分布上，優(yōu)等耕地主要分布在中部的丹霞街道、董塘鎮(zhèn)，南部的周田鎮(zhèn)及北部的長江鎮(zhèn)，良等耕地主要分布在董塘鎮(zhèn)，如圖2（c）所示。新興縣未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量等別為優(yōu)等和良等，分別占該縣耕地總面積的41.49%和58.51%；空間分布上，總體呈現(xiàn)出中部高四周低的分布規(guī)律，如圖3（c）所示。吳川市未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量等別為優(yōu)等和良等，分別占該市耕地總面積的99.7%和0.3%；空間分布上，總體呈現(xiàn)出西北高東南低的分布規(guī)律，如圖4（c）所示。

3 個研究區(qū)的耕地質(zhì)量指數(shù)（未使用生物特性修正）和2016 年度國家自然質(zhì)量等指數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示：仁化縣、新興縣和吳川市兩變量的皮爾遜系數(shù)分別為0.625、0.530 和0.591，p＜0.001，均呈極顯著正相關(guān)，如表4 所示；從圖5（b）、圖6（b）、圖7（b）來看，變量數(shù)據(jù)距離趨勢線較近且分布較為集中，分布趨勢明顯，表明未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量評價結(jié)果與2016 年度國家自然質(zhì)量等別之間具有良好的銜接性，等別指數(shù)的空間分布規(guī)律亦大體一致。

表4 本次耕地質(zhì)量指數(shù)（未使用生物特性修正）與2016 年度國家自然等相關(guān)性分析表

耕地的生物特性是有效表征耕地的質(zhì)量、健康及生態(tài)安全的綜合性指標(biāo)。本研究構(gòu)建的評價體系中選用土壤蚯蚓數(shù)量作為表征耕地生物特性的指標(biāo)。蚯蚓屬喜陰喜濕的土壤變溫動物，水分不宜過多或過少，水分過多會導(dǎo)致蚯蚓出現(xiàn)缺氧進(jìn)行無氧呼吸甚至休眠，嚴(yán)重時導(dǎo)致死亡；水分過少會導(dǎo)致蚯蚓缺水無法進(jìn)行正常的生命活動［8-9］。3 個研究區(qū)的田間調(diào)查結(jié)果顯示，水田中的土壤蚯蚓數(shù)量偏少，同時受采樣時間、氣候等的影響，土壤蚯蚓數(shù)量指標(biāo)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性不強(qiáng)。在測算各研究區(qū)耕地質(zhì)量的過程中，若不使用以土壤蚯蚓數(shù)量表征的生物特性進(jìn)行修正，即僅通過自然質(zhì)量分與健康狀況系數(shù)連乘修正得到耕地質(zhì)量指數(shù)，相比于使用生物特性修正的測算結(jié)果，耕地質(zhì)量指數(shù)均得到一定程度的提升，并且與農(nóng)用地分等結(jié)果中的國家自然質(zhì)量等別之間具有較好的銜接性。

3 結(jié)論與討論

1）本研究的評價結(jié)果顯示：仁化縣、新興縣、吳川市的耕地質(zhì)量等別分別集中在良等和中等、中等和低等、中等和低等，總體低于農(nóng)用地分等結(jié)果中的國家自然質(zhì)量等別（3 個研究區(qū)耕地的國家自然質(zhì)量等別分別為優(yōu)等和高等，優(yōu)等和高等，優(yōu)等、高等和中等），在空間分布上，與國家自然質(zhì)量等別均呈現(xiàn)一致的空間分布狀況。

2）3 個研究區(qū)的耕地質(zhì)量指數(shù)與農(nóng)用地分等結(jié)果中的國家自然質(zhì)量等指數(shù)均呈正相關(guān)（顯著水平為0.01時，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.066、0.068 和0.506），未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量指數(shù)與農(nóng)用地分等結(jié)果中的國家自然質(zhì)量等指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)（顯著水平為0.01 時，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.625、0.530 和0.591）；相比于使用生物特性修正的耕地質(zhì)量評價結(jié)果，未使用生物特性修正的耕地質(zhì)量評價結(jié)果與農(nóng)用地分等結(jié)果中的國家自然質(zhì)量等別之間具有較好的銜接性。

3）鑒于南方耕地類型多為水田的情況，建議考慮選取受土地利用類型及土壤狀況限制較小，指標(biāo)存在狀態(tài)穩(wěn)定，受自然條件影響較小，受耕作方式等人類活動擾動影響較小，且易獲取、可量化的生物特性指標(biāo)替代土壤蚯蚓數(shù)量指標(biāo)。