省域視角下耕地自然質(zhì)量空間格局與影響因素*

許彩彩，呂春娟※，陳 卓，郭巖松

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，晉中 030801；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京 210095；3.陜西地建土地勘測規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，西安 710075）

0 引言

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)[1]，對確保國家糧食安全和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。中國實行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，但隨著人口和消費的持續(xù)增長，更多的耕地正迅速轉(zhuǎn)化為城市土地[2]，1.2億hm2的耕地紅線面臨威脅[3]。堅守耕地紅線要求數(shù)量與質(zhì)量并重[4]，然而高強度的耕地利用致使耕地自然質(zhì)量下降，農(nóng)民又通過灌溉和加大農(nóng)藥化肥投入等方式達(dá)到增產(chǎn)目標(biāo)，由此使得農(nóng)業(yè)成為威脅生態(tài)環(huán)境的主導(dǎo)力量[5]。因此，如何科學(xué)量化耕地自然質(zhì)量，探尋管理和保護(hù)耕地的新路徑，實現(xiàn)耕地數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)“三位一體”成為當(dāng)前研究的重點[6]。

囿于評價目標(biāo)和需求的不同，耕地自然質(zhì)量內(nèi)涵尚未統(tǒng)一，通常認(rèn)為是土壤質(zhì)量、立地條件和氣候條件等因素綜合作用的結(jié)果[7]，在耕地質(zhì)量中起主導(dǎo)作用。目前對于耕地自然質(zhì)量評價的研究集中在指標(biāo)體系構(gòu)建、評價方法改進(jìn)和空間分布等方面，其中，通過沿用農(nóng)用地分等理論研究區(qū)域耕地自然質(zhì)量等級分布已十分成熟，這類研究著重從耕地立地條件和農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施等方面進(jìn)行考量[8]，基于綜合指數(shù)模型對耕地質(zhì)量的空間格局進(jìn)行分析，為土地整治等工作奠定了基礎(chǔ)。但隨著社會可持續(xù)和管理工作的需要，這類研究存在以下不足：（1）省級尺度評價結(jié)果是由各縣級逐級匯總，周期性長。（2）指標(biāo)體系對耕地生態(tài)環(huán)境條件的考慮不足。雖有部分學(xué)者對耕地生態(tài)環(huán)境、耕地生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)耕種行為進(jìn)行探討[9-11]，但關(guān)于省域?qū)用娣从掣厣鷳B(tài)狀況對耕地質(zhì)量影響的討論相對較少。（3）評價方法多采用綜合算法進(jìn)行評價，但耕地質(zhì)量不是各質(zhì)量維度的簡單加權(quán)求和[12]，當(dāng)出現(xiàn)明顯的限制因子時，容易導(dǎo)致評價結(jié)果出現(xiàn)偏差。此外，對耕地自然質(zhì)量影響因素的研究多以線性回歸模型[14]、灰色關(guān)聯(lián)度模型[15]等數(shù)學(xué)模型進(jìn)行測度，但多是基于單因子的影響程度展開，缺乏各因子相互作用對耕地質(zhì)量影響的研究，且這類方法受自身數(shù)據(jù)的影響導(dǎo)致結(jié)果具有相對性。地理探測器是研究各種現(xiàn)象的空間異質(zhì)性并剖析分異成因和多因子交互作用的空間統(tǒng)計學(xué)方法，在處理分類型變量時具有優(yōu)勢，并在地理學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用[16]。

鑒于此，文章在明晰耕地自然質(zhì)量內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，以山西省為例，以耕地的土壤條件為基礎(chǔ)，以表征氣候條件的積溫和降雨為控制因素，以立地條件和反映耕地生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境條件為限制因素，構(gòu)建適合省級尺度的評價體系，利用連乘法逐級修正進(jìn)行耕地自然質(zhì)量定量評價并刻畫空間分異特征，結(jié)合地理探測器模型探討識別影響空間分異的影響因素，在理論上完善耕地自然質(zhì)量評價的測度指標(biāo)，改進(jìn)評價方法并探討影響耕地自然質(zhì)量空間分布因素的方法，在實踐上為土地管理部門制定政策及分區(qū)保護(hù)耕地提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

山西省地處34°34′N ～40°44′N，110°14′E ～114°33′E，位于黃土高原東部，黃河流域中游，土質(zhì)疏松，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱[16]。地勢東北斜向西南，海拔高差約2 000m，平均坡度3.88～18.18°。山地和丘陵占總面積的80.3%，西依呂梁山脈，東靠太行山脈，耕地多位于中部斷陷盆地，呈“兩山夾一川”的地貌格局。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫4.2～14.2℃，年降雨量468.3mm。全省共轄11 個地級市，119 個縣級行政單位。據(jù)2016 年山西省耕地質(zhì)量等別更新成果顯示，省域內(nèi)耕地面積405.9 萬hm2，占全省面積的27%[18]。

2 研究思路、方法與數(shù)據(jù)

2.1 研究思路

耕地質(zhì)量受自然條件、農(nóng)田配套設(shè)施、機(jī)械水平等因素的影響，但主要取決于耕地自然質(zhì)量[19]，土壤條件又是自然質(zhì)量的核心。小尺度區(qū)域范圍內(nèi)氣溫、降水等因素具有相似性，耕地自然質(zhì)量的差異主要受土壤條件的影響，而大尺度區(qū)域評價則需考慮標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，即熟制對耕地質(zhì)量的影響。立地條件是表征耕地破碎度的重要因素，影響耕地產(chǎn)出效益。生態(tài)環(huán)境一般通過土壤生物多樣性的豐度、土壤抗侵蝕能力等影響耕地的生產(chǎn)能力，對耕地的可持續(xù)利用具有限制性作用。遵循可持續(xù)性和可操作性原則，將反映省級尺度生態(tài)環(huán)境對耕地質(zhì)量影響的指標(biāo)引入評價體系，符合耕地資源的科學(xué)利用目標(biāo)，便于糾正政府傳統(tǒng)的耕地質(zhì)量評價工作中存在的偏差，從而指導(dǎo)地方政府在引導(dǎo)耕地利用的同時注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。故該文將耕地自然質(zhì)量理解為土壤條件、氣候條件、立地條件和生態(tài)環(huán)境條件的綜合。研究的基本思路為：（1）從耕地自然質(zhì)量內(nèi)涵出發(fā)，結(jié)合山西省實際，構(gòu)建土壤、氣候、立地和生態(tài)環(huán)境4個維度的評價指標(biāo)體系，采用多因素綜合評價模型對土壤條件進(jìn)行測度得到耕地的基礎(chǔ)自然質(zhì)量；運用多因素綜合評價模型計算氣候及立地條件分值并計算其修正系數(shù)；利用“1+X”模型對耕地生態(tài)環(huán)境條件進(jìn)行修正，采用連乘法評價耕地自然質(zhì)量。（2）采用自然斷點法對各維度測度值大小分等級，解析其分異特征。（3）基于地理探測器模型，對評價指標(biāo)分別進(jìn)行因子探測和交互探測，分析其對耕地自然質(zhì)量空間格局的影響。（4）根據(jù)研究結(jié)果提出政策啟示。流程如圖1。

圖1 技術(shù)路線

2.2 耕地自然質(zhì)量評價方法

2.2.1 評價指標(biāo)選取

山西省地形起伏大，土質(zhì)疏松，受降雨和地形影響土壤侵蝕嚴(yán)重，呂梁山區(qū)等土石山區(qū)植被茂密但土層薄，盆地區(qū)局部受強蒸發(fā)影響有鹽漬化出現(xiàn)，全省有效土層厚度10～160cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量1.5～30g/kg，空間變異大，故該文立足山西省耕地資源合理利用的現(xiàn)實需要，根據(jù)已有研究成果，遵循主導(dǎo)性、區(qū)域性、敏感性原則，依據(jù)專家咨詢法從土壤、氣候、立地和生態(tài)環(huán)境條件4 個維度進(jìn)行指標(biāo)遴選，最終選取了15個指標(biāo)構(gòu)建評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 耕地自然質(zhì)量評價指標(biāo)體系

土壤條件是從微觀視角衡量耕地質(zhì)量的關(guān)鍵因素，為作物提供良好的生長環(huán)境和礦物養(yǎng)分，本研究參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T28407-2012）選取了土壤有機(jī)質(zhì)含量（X1）、表層土壤質(zhì)地（X2）、有效土層厚度（X3）和土壤pH（X4）。傳統(tǒng)的農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)是在自然質(zhì)量分的基礎(chǔ)上通過光溫生產(chǎn)潛力和產(chǎn)量比系數(shù)修正得到，這兩個指標(biāo)反映了光照、溫度和水分等對耕地質(zhì)量的影響，為便于快速評價，該研究采用≥10℃積溫（X5）和年均降雨量（X6）表征氣候因素對耕地質(zhì)量的作用，其中，≥10℃積溫反映了作物生長對熱量的要求，是農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的重要指標(biāo)，可以從宏觀層面體現(xiàn)耕地質(zhì)量的差異。相關(guān)研究引用景觀生態(tài)學(xué)的斑塊理論對田塊狀況進(jìn)行評價，進(jìn)而指導(dǎo)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)和土地整治等工作，該研究選取了距居民點耕作距離（X7）、灌溉保證率（X8）、田塊形狀指數(shù)（X9）和耕地連片特性（X10）4 個指標(biāo)。良好的生態(tài)環(huán)境是農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的前提，土壤重金屬污染和土壤蚯蚓是常用的生態(tài)指標(biāo)，但由于大尺度土壤微生物的不易量測性[11]，該研究從耕地土壤環(huán)境進(jìn)行考慮，選取了坡度（X11）、高程（X12）、鹽漬化程度（X13）、土壤侵蝕強度（X14） 和植被覆蓋度（X15） 5個指標(biāo)。

2.2.2 評價指標(biāo)分級及權(quán)重的確定

由于各指標(biāo)的數(shù)據(jù)量綱不同，故采用百分制按指標(biāo)對耕地質(zhì)量影響程度賦予不同分值。指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T28407-2012）、土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)（SL 190-2007）及相關(guān)文獻(xiàn)[20]。權(quán)重分配影響耕地質(zhì)量布局，該研究采用主客觀結(jié)合的方法[21]，以耕地圖斑為評價單元確定各指標(biāo)權(quán)重。土壤條件、氣候條件和立地條件的指標(biāo)分級賦分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重見表2，生態(tài)環(huán)境條件的分級賦分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表2 土壤條件、氣候條件和立地條件的指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 生態(tài)環(huán)境條件指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 耕地自然質(zhì)量評價模型構(gòu)建

因評價尺度和指標(biāo)體系的差異評價方法一般不同。分等定級是常用的耕地質(zhì)量評價方法[22]，隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展、智能化算法的演進(jìn)和模型研究的深入，現(xiàn)有的評價及賦權(quán)方法使用條件不同且各有利弊，因此，多種方法的綜合集成成為評價研究的必然趨勢。

由于土壤條件的相對穩(wěn)定性特征，該文以土壤條件為基礎(chǔ)，將大尺度區(qū)域差異較大的氣候條件、立地條件和生態(tài)環(huán)境條件作為影響耕地產(chǎn)出能力和可持續(xù)利用的因素，依據(jù)限制因素及非加和原理，首先采用多因素綜合評價模型分別計算耕地土壤條件、氣候條件和立地條件分值；其次運用模型求得氣候和立地條件的修正系數(shù)；然后借助“1+X”模型計算生態(tài)環(huán)境條件系數(shù)；最后采用連乘法對土壤條件分值進(jìn)行修正得到耕地自然質(zhì)量分值。

第一步，采用多因素綜合評價模型對土壤條件、氣候條件和立地條件進(jìn)行評價。

式（1）中，S/T/P表示評價單元的土壤條件、氣候條件和立地條件分值；Ai為第i個指標(biāo)的分值，Wi為第i個指標(biāo)權(quán)重，n為指標(biāo)個數(shù)。

第二步，氣候條件和立地條件修正系數(shù)的確定。

根據(jù)式（1）計算的氣候條件分值和立地條件分值，分別確定各自的修正系數(shù)為：

式（2）（3）中，Ti′和Pi′分別表示氣候條件和立地條件的修正系數(shù)。

第三步，生態(tài)環(huán)境條件系數(shù)的確定。

耕地周邊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響可耕性，植被稀疏、坡度越大，土壤越容易受到侵蝕，土壤養(yǎng)分流失，耕地破碎化嚴(yán)重，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量和耕地的可持續(xù)利用，故該文采用“1+X”模型依據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)累加計算生態(tài)環(huán)境條件系數(shù)B[23]，即生態(tài)環(huán)境條件系數(shù)=1+坡度得分+高程得分+鹽漬化程度得分+土壤侵蝕強度得分+植被覆蓋度得分。該方法能夠使得在一定閾值范圍內(nèi)，耕地土壤生態(tài)環(huán)境的變化不會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響，同時能更好地反映耕地本底質(zhì)量。

第四步，耕地自然質(zhì)量評價。

以土壤條件計算分值為基礎(chǔ)，結(jié)合氣候條件、立地條件和生態(tài)環(huán)境條件系數(shù)采用連乘法逐級修正得到山西省耕地自然質(zhì)量，計算公式為：式（4）中，Q為耕地自然質(zhì)量分值，B為生態(tài)環(huán)境條件修正系數(shù)。

2.3 耕地自然質(zhì)量影響因素分析方法

地理探測器模型是一種檢測事件與潛在風(fēng)險因素之間關(guān)系的有力工具，如果自變量和因變量的空間分布相似，則自變量對因變量有重要影響[24]，通常用[0,1]范圍內(nèi)的q值表示這種相似性，當(dāng)q接近1時，影響因素對目標(biāo)值空間分異的解釋能力更強；同樣地，當(dāng)q接近0時，解釋力越弱，如式（5）所示：

式（5）中，qm,n為影響因素m對區(qū)域耕地自然質(zhì)量n的解釋力，h=1，…，L代表各影響因素的分類數(shù)，Nh和N分別代表第h類和研究區(qū)范圍的單元數(shù)；σh2和σ2則分別為第h類和研究區(qū)的離散方差。地理探測器的交互探測還可以用來表征空間分異程度增強或減弱后各因素之間的交互作用。通過合并兩個變量X1和X2的圖層獲得交互作用的q值（q（X1∩X2））； 然后將q（X1），q（X2）和（q（X1∩X2））進(jìn)行比較，以檢測相互作用強度。

2.4 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要包括圖件資料、遙感影像等多源數(shù)據(jù)，根據(jù)耕地自然質(zhì)量各質(zhì)量維度指數(shù)計算和地理探測器模型測算需求收集整理數(shù)據(jù)，在使用前檢查數(shù)據(jù)的可靠性和計量單位的規(guī)范性，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為ArcGIS格式，確保地圖投影坐標(biāo)系一致。

圖件資料：（1）有效土層厚度、灌溉保證率等來源于山西省2016 年耕地質(zhì)量等別更新數(shù)據(jù)庫；（2）積溫、降雨數(shù)據(jù)來源于山西省氣象站點觀測數(shù)據(jù)；（3）利用山西省1∶50 000土地利用現(xiàn)狀圖基于ArcGIS的Near 工具計算距居民點耕作距離；田塊形狀指數(shù)參考相關(guān)研究獲得[24]；耕地連片特性是通過設(shè)置緩沖區(qū)，保證每個要素必須有一個鄰近要素計算得到；（4）山西省土壤侵蝕強度分布圖下載于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺。

影像數(shù)據(jù)：（1）30m 空間分辨率的DEM 提取坡度。（2）選取了15景2018 年6—10月云量小于10%的山西省關(guān)鍵物候期的遙感影像，利用ENVI5.3 軟件計算植被覆蓋度。（3）利用ArcGIS 的空間分析模塊對積溫和降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，采用以點代面的方式將山西省積溫、降水、坡度等數(shù)據(jù)賦值給耕地圖斑，以耕地圖斑為單元進(jìn)行評價。

3 山西省耕地自然質(zhì)量空間分布特征

3.1 耕地自然質(zhì)量測度指標(biāo)描述性特征

以耕地圖斑為單元，統(tǒng)計各測度指標(biāo)在全省范圍內(nèi)的特征參數(shù)。從表4可以看出，變異性較大（CV≥20%）的指標(biāo)包括：土壤有機(jī)質(zhì)含量（X1）、有效土層厚度（X3）、≥10℃積溫（X5）、距居民點耕作距離（X7）、田塊形狀指數(shù)（X9）、耕地連片特性（X10）、坡度（X11）和高程（X12），其中，有效土層厚度（X3）、距居民點耕作距離（X7）和坡度（X11）的CV 均超過60%，表明這3 個指標(biāo)空間變異性較強。土壤pH（X4）、年均降雨量（X6）和植被覆蓋度（X15）的CV 分布在2%～20%，說明這些指標(biāo)在空間上的變異性相對較小。

表4 測度指標(biāo)統(tǒng)計特征

3.2 耕地自然質(zhì)量分項測度指標(biāo)空間分布特征

結(jié)合原始數(shù)據(jù)，分別計算耕地斑塊各維度分值，采用自然斷點法分別分為5個等級，各等級面積統(tǒng)計情況見表5，圖2為各分項測度指標(biāo)空間分異格局。

圖2 山西省耕地自然質(zhì)量各分項測度指標(biāo)空間格局

表5 耕地自然質(zhì)量等級面積統(tǒng)計

土壤條件一到五等面積占比分別為17.80%、21.29%、22.15%、33.54%和5.21%。一至三等面積分布比例基本一致，主要分布在中部斷陷盆地及東南部的長治盆地，這是因為這些區(qū)域地形平坦，光熱條件較好，土層深厚，礦物質(zhì)化學(xué)分解強，土壤營養(yǎng)豐富，耕地基礎(chǔ)自然質(zhì)量好；另外，在這些區(qū)域出現(xiàn)了不同等級的“洼地”，主要是因為有機(jī)質(zhì)含量較低或土層淺薄；五等分布最少，主要分布在呂梁山西部，主要是因為受水蝕影響，土壤退化，有機(jī)質(zhì)含量低，因而土壤條件較差，耕地自然質(zhì)量較低。

氣候條件一到五等面積占比分別為14.65%、9.16%、7.85%、24.30%和44.03%。一等主要分布在晉南盆地區(qū)，地形平坦，光照充足，降雨豐沛，滿足作物生長需求，耕地自然質(zhì)量好；二、三等分布較少；四、五等面積分布大約占耕地面積的80%，分布在太原盆地及以北地區(qū)，主要是受緯度影響積溫相對較低，五臺山區(qū)等地雖然降雨量豐富，但積溫低且受土質(zhì)影響，耕地自然質(zhì)量差。

立地條件一到五等面積占比分別為6.92%、17.22%、26.06%、24.67%和25.13%。一等分布較小，各盆地區(qū)均有零星分布，主要是因為盆地區(qū)地形平坦，耕地較為連片分布，灌溉較為充足，且由于距居民點較近，耕作距離短，便于精細(xì)化管理；三至五等面積分布較為均勻，呈插花分布，均占耕地面積的25%左右，其中，晉西黃土高原受流水沖刷作用，溝壑縱橫，耕地破碎化嚴(yán)重，不利于機(jī)械化耕作，自然質(zhì)量較差。

生態(tài)環(huán)境條件一到五等的面積占比分別為32.78%、42.20%、24.81%、0.12%和0.09%。整體來看山西省耕地生態(tài)環(huán)境較好，盆地區(qū)較山地區(qū)好，這是因為盆地區(qū)海拔低，坡度較平緩，沉積作用明顯，耕地自然質(zhì)量條件較好；盡管山區(qū)土壤發(fā)育較差，但植被覆蓋好，生態(tài)環(huán)境條件較好；晉西高原受流水沖刷作用土壤侵蝕劇烈，生態(tài)環(huán)境差，耕地自然質(zhì)量差。

3.3 耕地自然質(zhì)量綜合格局特征

采用耕地自然質(zhì)量評價模型計算分值，借助ArcGIS工具，采用自然斷點分級法[26]劃分為5個等級得到山西省耕地自然質(zhì)量空間分布格局（圖3）。從結(jié)果來看，山西省耕地自然質(zhì)量不高，一、二等地僅占耕地面積的10%；三至五等地面積構(gòu)成分別為14.6%、28.1%和47.3%，優(yōu)等地少，中、次等地多，這與郭忠[17]的研究結(jié)果一致。從分布來看，山西省耕地自然質(zhì)量空間分異明顯：一是與地形分布基本吻合，形成了中部盆地區(qū)明顯高于東部和西部山區(qū)的空間格局；二是與積溫分布相吻合，形成了南部質(zhì)量高于北部的分布特征。一、二等地最為顯著的區(qū)域集中在晉南盆地區(qū)，晉東南盆地區(qū)也有少量分布，基本符合其作為山西省重要的生產(chǎn)糧基地的區(qū)位特點，該區(qū)域?qū)儆诜诤酉掠蔚貐^(qū)，地形平坦，耕地集中連片分布，降水較為豐沛，光照充足，距居民點耕作距離近，屬精耕細(xì)作化農(nóng)業(yè)，土壤持水保肥性好，植被茂密，水土流失較輕，灌溉農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)。三等地主要分布在晉南盆地、長治盆地、太原盆地，大同盆地和忻定盆地也有分布，這部分地區(qū)自南向北隨著海拔的升高，坡度加大，土層變薄，土壤侵蝕較為嚴(yán)重，耕地連片性較差，田塊形狀不規(guī)則，灌溉條件相對較低。四等地主要分布于山地丘陵區(qū)；五等地分布面積最為廣泛，主要分布在光照較差的呂梁山區(qū)和太行山區(qū)，該級別耕地土層薄，肥力低下，土壤侵蝕劇烈，基礎(chǔ)設(shè)施條件差，田塊破碎化程度高，嚴(yán)重限制了耕地質(zhì)量。

圖3 耕地自然質(zhì)量等級分布

4 耕地自然質(zhì)量分布格局影響因素分析

耕地是一個復(fù)雜系統(tǒng)，耕地質(zhì)量由空間異質(zhì)性不同的多因素綜合作用形成，因此，該研究基于地理探測器的因子探測和交互探測，以自然質(zhì)量評價選定的15 個影響因素作為參考，探尋山西省耕地自然質(zhì)量指標(biāo)體系的內(nèi)部作用。

4.1 耕地自然質(zhì)量空間分布的單一影響因子分析

據(jù)表6可以發(fā)現(xiàn)，影響耕地自然質(zhì)量空間分布的主要因素是有效土層厚度（X3） 、≥10℃積溫（X5）和高程（X12）；年均降雨量（X6）和灌溉保證率（X8）次之；土壤有機(jī)質(zhì)含量（X1）和田塊形狀指數(shù)（X9）對空間分布的影響較大；表層土壤質(zhì)地（X2）、土壤pH（X4）、距居民點耕作距離（X7）、耕地連片特性（X10）、坡度（X11）、鹽漬化程度（X13）、土壤侵蝕強度（X14）和植被覆蓋度（X15）對空間格局特征有一定的影響。

表6 耕地自然質(zhì)量分布各探測因子解釋力

相關(guān)研究表明，有效土層厚度、≥10℃積溫、年均降雨量、灌溉保證率和高程對作物產(chǎn)量具有顯著影響[27-28]。積溫高的地區(qū)作物生長期長，山西地處暖溫帶，受地形和緯度影響積溫差異大，除晉北高原區(qū)作物一年一熟，其他地區(qū)可達(dá)兩年三熟，汾渭谷地甚至可達(dá)一年兩熟，這對糧食產(chǎn)量，尤其是連片耕作區(qū)耕地質(zhì)量影響更為顯著。在光照充足的前提下，水分是影響作物產(chǎn)量的重要因素。山西省山區(qū)海拔高，地形起伏大，水資源利用難度高，降水是作物生長需水的重要來源，但受雨水的高強度沖刷，土層淺薄，土壤養(yǎng)分流失，水土流失嚴(yán)重，耕地質(zhì)量降低。理論上土壤侵蝕強度和坡度對耕地自然質(zhì)量影響較大，但有研究表明[29]，受國家政策和農(nóng)民耕種心理影響，近年來相對難利用的棄荒地大量出現(xiàn)，對耕地的利用主要在耕地條件好和交通便利的地方。高程是表征耕地細(xì)碎化程度、便利度的重要指標(biāo)，低海拔區(qū)地勢平坦，耕地連片分布，土壤肥沃，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度高。此外，充足的水源和良好的基礎(chǔ)設(shè)施狀況有利于緩解耕地細(xì)碎化對耕地質(zhì)量的影響。盆地區(qū)有河流穿過，灌溉較為充足，能夠滿足作物生長需要；而山地區(qū)受地形制約，水資源利用難度大，耕地質(zhì)量較低。

4.2 耕地自然質(zhì)量空間分布的因子組合分析

據(jù)表7 可以發(fā)現(xiàn)，任意影響因子兩兩組合對耕地自然質(zhì)量空間分布的解釋力都大于單因子的解釋力，且均表現(xiàn)為非線性增強和雙因子增強。將解釋力排在前5位的交互作用進(jìn)行排序表現(xiàn)為（≥10℃積溫∩灌溉保證率）＞（≥10℃積溫∩有效土層厚度）＞（灌溉保證率∩高程）＞（有效土層厚度∩高程）＞（降雨∩灌溉保證率），交互因子解釋力分別為0.757、0.724、0.681、0.673 和0.664。這充分驗證了耕地自然質(zhì)量受各因素的協(xié)同制約，各因素之間的交互作用強化了對耕地自然質(zhì)量分布的影響。

表7 耕地自然質(zhì)量影響因素交互探測值

5 結(jié)論與啟示

5.1 結(jié)論

（1）綜合考慮反映耕地數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)的測度指標(biāo)，采用系數(shù)逐級修正法評價山西省耕地自然質(zhì)量，結(jié)果顯示優(yōu)等地少而中低等地分布廣泛，形成了盆地高山地低，南高北低的空間格局，整體分布與地形及積溫分布趨同。

（2）耕地自然質(zhì)量空間分布是多因素綜合作用的結(jié)果，從單因子影響分析可以看出，有效土層厚度、≥10℃積溫、年均降雨量、灌溉保證率和高程是空間分異形成的主要影響因素；從影響因子的交互作用可以發(fā)現(xiàn)，各因子交互作用的解釋力都強于單因子解釋力，主要表現(xiàn)為非線性增強和雙因子增強。

（3）受數(shù)據(jù)限制，擴(kuò)展時間維度和空間尺度從而進(jìn)一步對比分析耕地質(zhì)量分布格局及影響因素是今后研究的重點。

5.2 啟示

（1）加強土地整治工作。按照“宜耕則耕、宜糧則糧、宜林則林”的原則，因地制宜開發(fā)利用耕地。可以通過中低產(chǎn)田改造、完善農(nóng)田配套措施等方式，或者進(jìn)行撂荒地、廢棄居民點的整理，通過內(nèi)含挖潛的方式增加建設(shè)用地面積，防止耕地非農(nóng)化速度加快，抑或引入市場競爭機(jī)制，加快耕地流轉(zhuǎn)制度的制定和完善，培育新的農(nóng)業(yè)經(jīng)營對象和新型農(nóng)民，整合生產(chǎn)要素，并提高勞動生產(chǎn)率，以有效解決耕地遺棄、土地利用效率低下等問題，實現(xiàn)耕地規(guī)模經(jīng)營從而促進(jìn)耕地產(chǎn)出效益最大化。

（2）加強耕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)。除開展防沙治沙、退耕還林工程外，政府可以加大對農(nóng)戶的補貼力度,還可以發(fā)揮“以城帶鄉(xiāng)、城鄉(xiāng)聯(lián)動”機(jī)制，通過農(nóng)技下鄉(xiāng)等方式向農(nóng)戶推廣秸稈還田、綠肥種植等技術(shù)，同時加大耕地生態(tài)環(huán)境對農(nóng)民福祉的宣傳力度。此外，相關(guān)部門應(yīng)對違法占用耕地等現(xiàn)象進(jìn)行制止，加大處罰力度；建立健全土地管理機(jī)構(gòu)，明晰責(zé)任主體，完善耕地動態(tài)監(jiān)測體系。