基于農(nóng)業(yè)地質(zhì)的福建光澤耕地質(zhì)量評價及其利用建議

何建剛

(福建省地質(zhì)測繪院，福州，350011)

現(xiàn)如今，隨著人類面臨人口-資源-環(huán)境的壓力不斷增加[1]。耕地呈現(xiàn)“兩降一減”的趨勢，即耕地質(zhì)量不斷下降、糧食的播種面積下降以及糧食總量不斷減少的態(tài)勢。耕地減少與人口增加的人地矛盾現(xiàn)象已經(jīng)嚴重影響到糧食生產(chǎn)安全[2]，這引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3-4]。相比耕地的面積屬性，耕地的質(zhì)量對經(jīng)濟發(fā)展的作用更加顯著。因為耕地的質(zhì)量高低直接影響到農(nóng)作物的生長狀態(tài)以及最終的產(chǎn)出情況。以往的耕地質(zhì)量評價體系主要從耕地的自然條件和地力條件角度進行評價，隨著人們對于土壤健康狀態(tài)的不斷重視，有學(xué)者在耕地質(zhì)量評價指標體系中加入影響土壤質(zhì)量的各種地球化學(xué)元素，比如重金屬污染元素[5-6]等。然而，由于這些研究未能結(jié)合當?shù)貜?fù)雜的農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景而進行更加全面和客觀的評價，并且各地的農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景存在著極大的特殊性，因此通過在原耕地質(zhì)量評價指標體系中加入更多的農(nóng)業(yè)地質(zhì)影響因素，可以更加全面把握該地區(qū)耕地的綜合質(zhì)量。此外，針對有益微量元素耕地資源較為豐富的地區(qū)，開展更為客觀的耕地質(zhì)量綜合評價，可以有利于促進該地區(qū)耕地資源的分區(qū)利用，充分發(fā)揮耕地資源的經(jīng)濟價值和社會價值。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

光澤地處福建西北部，位于閩江富屯溪上游，武夷山脈北段，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，常年氣候溫和，雨量充沛，是國家商品糧基地縣。耕地總量為19 995.54 hm2，其中一等耕地占40.77%，面積為6 701 hm2；二等耕地占比45.82%，面積為7 530 hm2；三等耕地占比12.47%，面積為2 050 hm2；四等耕地占比0.68%，面積為112 hm2；五等耕地占比0.26%，面積為43 hm2。全縣耕作土壤類型以水稻土占絕對優(yōu)勢，面積達到16 119 hm2，占全縣耕地總面積的98.74%；耕作紅壤總面積為199 hm2，占全縣耕地總面積的1.22%，潮土面積為92.09 hm2，占耕地總面積的0.04%。根據(jù)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，該區(qū)發(fā)現(xiàn)富鋅耕地為11 710 hm2，占全縣耕地的71.24%；發(fā)現(xiàn)富硒耕地為210 hm2，占全縣耕地的1.28%，這為光澤富鋅富硒耕地資源開發(fā)利用以及特色農(nóng)產(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供有力的依據(jù)[7]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

此項研究數(shù)據(jù)來源主要有光澤縣2016年度土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、光澤縣2016年耕地質(zhì)量年度更新數(shù)據(jù)庫、光澤縣2016年統(tǒng)計公報、光澤縣1∶5萬耕地表層土壤調(diào)查數(shù)據(jù)庫(共1714件樣品)、福建省光澤縣農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價報告、光澤縣耕地土壤類型圖、光澤縣耕地土壤綜合等級圖、福建省DEM數(shù)據(jù)等。首先從光澤縣2016年耕地質(zhì)量年度更新數(shù)據(jù)庫中提取面積大于100 m2的耕地圖斑，將其作為研究評價單元，共計40 203個耕地圖斑。利用ArcGIS10.2軟件提取出光澤2016年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫里的等級公路和道路，為分析道路通達度對耕地質(zhì)量的影響做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準備。通過插值分析，獲取農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查中的土壤微量元素含量分布圖以及土壤環(huán)境質(zhì)量指標元素的含量分布圖。利用福建省DEM數(shù)據(jù)生成光澤縣的高程及坡度數(shù)據(jù)。通過縣級分等單元數(shù)據(jù)獲取耕地的其他影響因素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 耕地質(zhì)量評價指標體系

通過研究有關(guān)文獻[8-9]以及農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查的相關(guān)成果，耕地的土壤肥力狀況可以在耕地的自然屬性層面上有效地反映出耕地的質(zhì)量高低，是土壤物理化學(xué)性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。在土壤物理性質(zhì)方面，光澤耕地表層土壤質(zhì)地以壤土為主，由于縣域內(nèi)的空間差異不大，所以暫不考慮表層土壤質(zhì)地對其耕地質(zhì)量的影響，該研究區(qū)有效土層厚度以及剖面構(gòu)型等存在一定的差異性，可以作為耕地質(zhì)量的考量因子。在土壤化學(xué)性質(zhì)方面，由于光澤農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景較為復(fù)雜，且受成土母質(zhì)等影響較大，其耕地有機質(zhì)以及其他養(yǎng)分含量在空間上有著一定的差異性。最終確定影響耕地土壤肥力狀態(tài)的7個影響因子，包括有效土層厚度、pH值、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型、全氮、全磷和全鉀。

耕地開發(fā)的難易很大程度受地形條件的制約，再加上該區(qū)域水熱狀況的二次分配起著很大的作用[10]，因此選擇海拔、坡度作為地形因素的2個重要指標因子；水資源條件作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保證，同時是作物生長的保障因素，因此這里選取灌溉保證率用來反映其水資源條件，但考慮到研究區(qū)內(nèi)位于山間谷底、河谷平原的耕地比重較大，排水條件的好壞也會對耕地有一定的影響，所以選取排水條件因素作為其中一個影響因素。田間道路通達度來反映耕地的交通便捷程度，在一定程度上也可反映出耕地的投入成本情況。最終確定影響耕地利用條件的5個影響因子有海拔、坡度、灌溉保證率、排水條件以及田間道路通達度。

鋅元素作為農(nóng)作物必不可少的微量元素，對作物的生長發(fā)育以及提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有至關(guān)重要的作用[11-12]。富鋅耕地資源的合理開發(fā)和分配利用，是發(fā)展富鋅農(nóng)產(chǎn)品的重要途徑。富鋅土壤的經(jīng)濟和社會價值也將隨著富鋅農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)展和人們的重視而不斷得到增值，在耕地質(zhì)量評價指標體系中增加土壤鋅含量因子，可更加客觀地反映富鋅耕地的質(zhì)量狀況。此外，光澤部分耕地存在可開發(fā)利用的土壤硒元素，但由于富硒土壤的分布區(qū)域較小，在耕地質(zhì)量評價指標體系中暫不考慮，而是作為功能性因子對耕地進行分區(qū)評價。

在確定評價指標以后，此次研究根據(jù)耕地質(zhì)量評價指標因子的數(shù)據(jù)來源以及所參考的賦值標準不同，進行相適應(yīng)的分級賦值方法。進而依據(jù)層次分析法(AHP)對指標因子進行重要性的比較，并結(jié)合專家意見和有關(guān)研究成果，最終確定準則層和因子層以及各組合的權(quán)重(表1)。

表1 耕地質(zhì)量評價指標分級標準及權(quán)重賦值

2.2 耕地質(zhì)量評價模型

耕地質(zhì)量綜合指數(shù)具體計算公式如下：

式中：Fi為第i個評價單元的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，該值越大說明該評價單元的耕地質(zhì)量越好；fij為第i個評價單元第j個因子的分值；wij為第i個評價單元第j個因子的權(quán)重值；Ck為第k個行政村的加權(quán)平均耕地質(zhì)量綜合等指數(shù)；fki為第k個行政村的第i個評價單元的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)；Ski為第k個行政村的第i個評價單元的面積；Sk總為第k個行政村的耕地總面積。為進一步分析不同等級耕地質(zhì)量的結(jié)構(gòu)比例與空間分布關(guān)系，采用自然斷裂點法按照“組間差異最大，組內(nèi)差異最小”的原則將耕地質(zhì)量劃分為高、中、低3個等級。

3 結(jié)果分析

3.1 耕地質(zhì)量評價

通過自然斷點法將耕地質(zhì)量評價結(jié)果分成5個等級，對應(yīng)的耕地質(zhì)量綜合分值分別為80.85～92.60，75.93～80.84，71.27～75.92，65.52～71.26，53.34～65.51。評價單元的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)為53.34～92.60，平均值為76.31。一級耕地和二級耕地的面積占耕地總面積為53.97%，表明光澤的耕地質(zhì)量總體良好(表2)。

表2 光澤耕地質(zhì)量評價結(jié)果

結(jié)合光澤縣的農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景，由于受成土母質(zhì)的影響，該區(qū)域內(nèi)的有機質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分處于不缺乏的狀態(tài)。所以質(zhì)量較好的耕地有機質(zhì)含量以及土壤養(yǎng)分較高。另外，通過計算各個評價指標因子的加權(quán)平均值發(fā)現(xiàn)，正向影響耕地質(zhì)量的評價因子主要有土壤有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型、土壤全鉀含量、海拔和灌溉保證率，而制約耕地質(zhì)量的評價因子主要是有效土層厚度、土壤全磷含量和田間道路通達度。由于光澤境內(nèi)地形較為復(fù)雜，其耕地質(zhì)量具有很大空間差異性。北部靠近武夷山的山地丘陵地帶，受海拔和坡度的制約影響，新耕地的開發(fā)難度較大且現(xiàn)有耕地的質(zhì)量水平普遍偏低。而中部的山間盆地區(qū)，由于海拔坡度的影響較小，且具有良好的田間道路通達度以及靠近農(nóng)村居民點，該區(qū)域耕地質(zhì)量普遍較好(圖1a)。

通過計算村級行政單位內(nèi)耕地質(zhì)量指數(shù)的面積加權(quán)值，以及利用自然斷點法將耕地質(zhì)量等級分為高、中、低3個級別，得出村級耕地質(zhì)量等級的分布情況(圖1b)，并進一步統(tǒng)計各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質(zhì)量面積情況。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，質(zhì)量較高的耕地主要位于崇仁鄉(xiāng)、華僑鄉(xiāng)和鸞鳳鄉(xiāng)，而質(zhì)量較差的耕地主要位于司前鄉(xiāng)、寨里鎮(zhèn)和止馬鎮(zhèn)。光澤耕地高、中、低3個級別的面積比例分別為30.19%、48.65%、21.16%，說明光澤縣耕地質(zhì)量還有較大的提升空間。從鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布來看，崇仁鄉(xiāng)的高等級耕地面積占比最大為7.59%，華僑鄉(xiāng)次之，為5.15%，而司前鄉(xiāng)、止馬鎮(zhèn)、寨里鎮(zhèn)的低等級耕地面積較大，分別為7.12%、5.61%與5.29%(表3)。

3.2 土壤鋅含量評價

通過對評價單元的土壤鋅含量進行富鋅(>71 mg/kg)、中鋅(62～71 mg/kg)和低鋅(<62 mg/kg)3個級別的賦值。光澤縣耕地土壤富鋅、中鋅、低鋅的面積比例分別為28.74%、35.77%、35.49%，并且富鋅耕地分布相對比較集中，其中司前鄉(xiāng)耕地土壤富鋅面積占比最大為9.15%，華僑鄉(xiāng)次之，為8.22%，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤富鋅面積占比相對較少(表4)。

圖1 光澤耕地質(zhì)量評價圖(a)及耕地等級圖(b)Fig.1 Cultivland quality evaluation results map and cultivland grade map in Guangze county

表3 光澤各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量面積統(tǒng)計結(jié)果

表4 光澤各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤鋅含量面積統(tǒng)計結(jié)果

3.3 耕地利用分區(qū)及建議

采用自然斷裂點法將耕地質(zhì)量分為(高、中和低)3個級別，土壤鋅含量分為(富鋅、中鋅和低鋅)3個級別，同時基于富鋅和富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，將耕地劃分為功能農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)與基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)保護區(qū)，各耕地利用分區(qū)應(yīng)采取差異化的利用策略(圖2)。

3.3.1 功能農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)

繼高產(chǎn)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)之后，功能農(nóng)業(yè)將是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。功能農(nóng)產(chǎn)品是指將農(nóng)產(chǎn)品中的礦物質(zhì)從原來的“富含”標準變?yōu)椤岸ㄏ蚝小保瑥亩鴮崿F(xiàn)食補礦物質(zhì)的夢想。另外，以服務(wù)富鋅和富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，鋅和硒元素含量較高的耕地是作為生產(chǎn)富鋅和富硒農(nóng)產(chǎn)品的重要資源和天然載體。建議光澤縣政府在相關(guān)政策以及資金上給予支持，通過展開更加全面的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作，摸清光澤縣境內(nèi)各個評價單元的土壤鋅、硒元素含量及其他土壤養(yǎng)分情況，并開展一系列鋅、硒元素從土壤到植物的遷移技術(shù)研究以及農(nóng)作物吸收鋅硒微量元素能力的研究。

3.3.2 富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)

光澤富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)主要分布在崇仁鄉(xiāng)、李坊鄉(xiāng)、鸞鳳鄉(xiāng)、司前鄉(xiāng)、寨里鎮(zhèn)和止馬鎮(zhèn)等區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)一、二級耕地較多，而且耕地質(zhì)量總體較好，主要因為該區(qū)域耕地的有機質(zhì)含量、土層厚度、氮和磷含量相對較好。富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)的耕地的道路通達度、排水條件以及灌溉保證率相對較高，由于該區(qū)域具有豐富的富鋅耕地資源，且土壤環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果良好，建議光澤縣政府在富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)上給予一定的政策和資金上支持，通過開展一系列農(nóng)作物吸收鋅元素能力研究，繼續(xù)開發(fā)富含鋅元素的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物，挑選出富鋅能力強的優(yōu)質(zhì)品種。

圖2 光澤耕地利用分區(qū)圖Fig.2 Farmland utilization partition in Guangze county

3.3.3 基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)保護區(qū)

基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)保護區(qū)主要分布于崇仁鄉(xiāng)、李坊鄉(xiāng)、鸞鳳鄉(xiāng)、司前鄉(xiāng)、寨里鎮(zhèn)和止馬鎮(zhèn)。其特點是：耕地質(zhì)量和土壤環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果良好，區(qū)域內(nèi)大部分面積均是中低鋅含量的土壤。同時該區(qū)域可作為光澤縣農(nóng)產(chǎn)品的主要生產(chǎn)區(qū)，占耕地總量的72%以上。主要制約耕地質(zhì)量的影響因素為有效土層厚度、土壤全磷含量和田間道路通達度。限于光澤縣境內(nèi)地形較為復(fù)雜，其耕地質(zhì)量具有很大空間差異性。東北部靠近武夷山的山地丘陵地帶，由于受海拔和坡度的制約影響，耕地質(zhì)量水平普遍偏低。建議在該區(qū)域內(nèi)展開提升耕地質(zhì)量的有效措施，例如通過土地平整工程降低坡度和提升有效土層厚度，調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)提升土壤肥力以及新修道路提升道路通達度。

4 結(jié)語

(1)經(jīng)計算結(jié)果顯示，光澤的耕地質(zhì)量綜合指數(shù)為53.34～92.60，平均值為76.31，這說明了光澤境內(nèi)的耕地質(zhì)量總體還算良好，但耕地質(zhì)量的空間差異性較大，耕地質(zhì)量較好的主要位于崇仁鄉(xiāng)、華僑鄉(xiāng)和鸞鳳鄉(xiāng)，而質(zhì)量較差耕地主要位于司前鄉(xiāng)、寨里鎮(zhèn)和止馬鎮(zhèn)。耕地質(zhì)量的制約因素主要是有效土層厚度較薄、土壤磷的含量偏低、田間道路通達度相對較低以及地形條件差異性較大。通過將土壤中的鋅元素作為具有富鋅特點地區(qū)耕地質(zhì)量評價的評價因素之一，不僅可以更為客觀科學(xué)體現(xiàn)出該區(qū)域內(nèi)富鋅耕地的質(zhì)量狀況，還可利用其土壤富鋅的特點充分發(fā)展特色農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)其經(jīng)濟和社會價值。

(2)光澤耕地資源的利用方向分為3種類型區(qū)：功能農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)的土壤鋅、硒元素含量較高，是發(fā)展功能性農(nóng)產(chǎn)品的重要區(qū)域，應(yīng)當在該區(qū)域內(nèi)加大對耕地質(zhì)量建設(shè)的保護力度；富鋅產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)是作為發(fā)展富鋅產(chǎn)業(yè)的重點區(qū)域，應(yīng)大力發(fā)展富鋅產(chǎn)業(yè)。

(3)此次對光澤耕地資源進行研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)保護區(qū)耕地質(zhì)量有很大的空間差異性，建議在光澤東北部通過土地平整工程降低區(qū)域內(nèi)的坡度問題，并有效提高土壤層厚度，而西南部需要調(diào)整土壤資源結(jié)構(gòu)，并提升土壤肥力功能，使土壤層厚度增加，有利于耕種。

(4)對光澤耕地進行農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)具有優(yōu)勢的耕地資源以及涉及生態(tài)安全問題，由于此次研究采集土壤樣品有限，對評價結(jié)果存在一定的局限性，有待于今后加以研究。