基于莫蘭指數(shù)的丘陵地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時(shí)序分區(qū)
——以安徽省滁州市鳳陽縣為例

王翠婷, 童 童, 湯萌萌, 江文娟, 丁琪洵, 王 強(qiáng), 馬友華

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,安徽 合肥 230036)

耕地是重要的不可再生資源,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,大量基本農(nóng)田和優(yōu)質(zhì)耕地被占用,同時(shí)耕地質(zhì)量顯著下降[1],由此引起的空間變化也進(jìn)一步加大了耕地保護(hù)的難度。因此,研究耕地資源的空間分布格局,對于促進(jìn)耕地空間保護(hù)的布局及后續(xù)的合理利用具有重要參考價(jià)值。此外,目前中國進(jìn)行土地整治的目標(biāo)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾痈財(cái)?shù)量與提高耕地質(zhì)量。國土部門于2003年頒布了《農(nóng)用地分等規(guī)程》并建立了耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫,原農(nóng)業(yè)部于2008年頒布《耕地地力評價(jià)技術(shù)規(guī)程》,形成了縣域尺度的耕地質(zhì)量等級成果,并首次提出“建設(shè)一批高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田”。2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部依據(jù)《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469-2016)組織完成了全國范圍內(nèi)九大區(qū)的耕地質(zhì)量調(diào)查評價(jià)工作。由此可見,中國耕地質(zhì)量評價(jià)體系的發(fā)展較為全面且契合中國的實(shí)際情況,為區(qū)域性的耕地保護(hù)指明了方向?！?019年全國耕地質(zhì)量等級公報(bào)》中指出,長江中下游地區(qū)的丘陵山區(qū)立地條件較差,田間基礎(chǔ)設(shè)施較差,此類區(qū)域應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)[2]。由此可見,合理地建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是有效提升耕地質(zhì)量的重要舉措。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是一定時(shí)期內(nèi)通過土地整治建設(shè)形成的集中連片、設(shè)施配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強(qiáng)且與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方式相適應(yīng)的基本農(nóng)田[3-4]。截至2020年底,中國已完成5.33×107hm2的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)任務(wù),并提出到2022年要完成6.67×107hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)目標(biāo)[5]。近年來,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面臨優(yōu)質(zhì)農(nóng)田開發(fā)殆盡的情況,故大力推進(jìn)中低產(chǎn)田的改造應(yīng)成為未來高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)趨勢[6]。中低產(chǎn)田的改造工程應(yīng)以農(nóng)田水利建設(shè)為基礎(chǔ),結(jié)合不同區(qū)域和土壤障礙類型的特點(diǎn)進(jìn)行。但是,整治難度大、選址困難等[7]依舊是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中不可避免的問題。因此,如何科學(xué)地進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的選址是今后高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和研究的重點(diǎn)。

目前,研究者對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的相關(guān)研究主要集中在建設(shè)時(shí)序、障礙因素和工程整治等方面,評價(jià)方法也多有創(chuàng)新,如引入生態(tài)位理論、熵權(quán)法等,還包括結(jié)合多種方法[8-9]構(gòu)建評價(jià)模型對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)等。耕地質(zhì)量在空間上的分布并不是獨(dú)立存在的,受地形地貌和耕地利用方式等條件的影響,在空間上存在集聚性或異質(zhì)性,因此人們對耕地質(zhì)量空間特性的關(guān)注逐年增加。張貞等[10]首次采用空間自相關(guān)的分析方法探究耕地質(zhì)量的空間分布規(guī)律,此外很多研究者通過分析耕地質(zhì)量的空間集聚性和異質(zhì)性分布及其變化,制定耕地保護(hù)的差異化分區(qū)或進(jìn)行基本農(nóng)田的劃定[11-14]。楊建宇等[15-16]在對耕地質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的基礎(chǔ)上,結(jié)合局部空間自相關(guān)分析,將全縣按行政村尺度進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的分區(qū)。多數(shù)研究均由研究者確定指標(biāo)權(quán)重、構(gòu)建評價(jià)模型,由于各個(gè)區(qū)域的障礙因子不同,因而在一定程度上缺乏客觀性及在一定區(qū)域內(nèi)推廣的意義,并且耕地質(zhì)量評價(jià)與調(diào)查均以耕地圖斑為最小單位進(jìn)行,但是上述分區(qū)研究均基于省(市、縣)或行政村尺度進(jìn)行。

《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后的灌溉能力和排水能力作出了明確要求,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),灌溉能力和排水能力在障礙因子中屬于易改善的指標(biāo)[15],基于此,本研究以國家標(biāo)準(zhǔn)中沿用的耕地質(zhì)量評價(jià)體系為基礎(chǔ),結(jié)合耕地質(zhì)量等級的空間自相關(guān)性[16]和灌溉排水能力的可改善程度的空間分布,以耕地圖斑為最小單元,劃定高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)時(shí)序,分為優(yōu)先建設(shè)區(qū)、次級建設(shè)區(qū)、后備建設(shè)區(qū)和暫不建設(shè)區(qū),并利用高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的實(shí)際案例對分區(qū)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,以期為今后長江中下游丘陵區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的時(shí)序及科學(xué)選址提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

安徽省鳳陽縣處于淮河南岸和江淮分水嶺之間,屬江淮丘陵區(qū)。全縣東西長74.9 km,南北寬49.6 km,地勢由北向南呈三級階梯狀逐級抬升,耕地細(xì)碎而分散。鳳陽縣的地形可分3個(gè)地貌類型, 細(xì)分為5個(gè)地貌單元。南部為丘陵區(qū),丘沖相間,坡度一般為10°～35°, 由老梨山-白云山和猴尖山-三姐山2組帶狀丘陵組成,海拔為150～250 m。中部崗地坡度和緩,崗、塝、沖地形明顯,地勢開始下降至二級階地, 包括九華山、螞蟻山、洪山以南,老梨山、老青山、白云山以北,西抵劉府、嚴(yán)橋,東至小溪河。北部為沖積平原, 地勢低洼平坦,絕大多數(shù)已被開墾為耕地。淺洼平原在鳳陽縣歡山、煤山以西, 瑤河、天河以東地區(qū),海拔低于50 m, 一般為16～34 m。當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)俦眮啛釒О霛駶櫦撅L(fēng)氣候,氣候溫和,四季分明,雨量適中,全縣農(nóng)田有效灌溉面積為4.21×104hm2,但由于降雨量分布不均,常造成旱澇災(zāi)害。

鳳陽縣屬長江中下游農(nóng)畜水產(chǎn)區(qū),地形以丘陵、高崗丘陵為主,耕地面積廣闊,受地形等基礎(chǔ)條件制約,灌溉、排水條件較差,平均耕地質(zhì)量等級較低。每年的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)面積較大,為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的重要縣(區(qū))。研究區(qū)內(nèi)新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的項(xiàng)目區(qū)涉及大廟鎮(zhèn)、大溪河鎮(zhèn)、小溪河鎮(zhèn)、官塘鎮(zhèn)、劉府鎮(zhèn)、總鋪鎮(zhèn)、西泉鎮(zhèn)、殷澗鎮(zhèn)8個(gè)鎮(zhèn),地貌類型大多為丘陵或高崗丘陵,且項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的大部分耕地均為中低產(chǎn)田。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:(1)基于鳳陽縣2018年度國土變更調(diào)查結(jié)果獲取耕地圖斑、土地利用類型及權(quán)屬單位、面積等。(2)鳳陽縣土壤圖。根據(jù)鳳陽縣第二次全國土壤普查紙質(zhì)土壤圖矢量化形成。(3)土壤樣品檢測數(shù)據(jù)。通過實(shí)地采樣,委托有檢測資質(zhì)的單位分析土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量、pH值和土壤重金屬鉻、鎘、鉛、汞和砷含量。(4)通過實(shí)地調(diào)查獲取調(diào)查樣點(diǎn)的田間利用狀況、基礎(chǔ)設(shè)施等情況。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地質(zhì)量等級評價(jià) 依據(jù)國家于2016年發(fā)布的《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469-2016),利用地理信息系統(tǒng)軟件(ArcGIS)和縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)平臺進(jìn)行研究區(qū)耕地質(zhì)量評價(jià)與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田耕地質(zhì)量評價(jià)。其中新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田采樣點(diǎn)位的布設(shè)與養(yǎng)分檢測依據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》(GB/T 30600-2022),按照每66.67 hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)的密度進(jìn)行采樣點(diǎn)布設(shè),高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前后的耕地質(zhì)量評價(jià)均依據(jù)《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469-2016)進(jìn)行。對項(xiàng)目區(qū)3 333.33 hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前的土地先進(jìn)行66.7 hm21個(gè)采樣點(diǎn)布點(diǎn)采樣, 共計(jì)50個(gè)采樣點(diǎn),在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)完成后對整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的6 000 hm2耕地進(jìn)行66.7 hm21個(gè)采樣點(diǎn)布點(diǎn)采樣,共計(jì)90個(gè)采樣點(diǎn),建設(shè)前后的采樣時(shí)間間隔近7個(gè)月,分別對建設(shè)前后的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行耕地質(zhì)量評價(jià)。

本研究區(qū)屬于長江中下游農(nóng)畜水產(chǎn)區(qū),根據(jù)專家評分法及層次分析法確定的長江中下游農(nóng)畜水產(chǎn)區(qū)評價(jià)模型的指標(biāo)、權(quán)重和隸屬度[17-18],指標(biāo)體系包括耕地地力、土壤健康狀況、田間基礎(chǔ)設(shè)施3個(gè)方面。耕地質(zhì)量評價(jià)中的指標(biāo)體系和權(quán)重(表1)均參考《耕地質(zhì)量等級》(GB/T 33469-2016)。耕地地力是由土壤立地條件、自然屬性等構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力;土壤健康狀況通常用清潔程度和生物多樣性表示;田間基礎(chǔ)設(shè)施主要包括灌溉能力、排水能力和農(nóng)田林網(wǎng)化。

表1 鳳陽縣耕地質(zhì)量評價(jià)因子及權(quán)重

采用累加法計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元的綜合耕地質(zhì)量指數(shù), 公式如下:

IFI=∑(Fi×Ci)

式中:IFI為耕地質(zhì)量綜合指數(shù);Fi為第i個(gè)因素的評語(分值);Ci為第i個(gè)因素的組合權(quán)重。

將耕地質(zhì)量劃分為1～10個(gè)等級,其中1等地耕地質(zhì)量最好,10等地耕地質(zhì)量最差。依據(jù)田塊產(chǎn)能,高產(chǎn)田為1～3等地,中產(chǎn)田為4～6等地,低產(chǎn)田為7～10等地,其中中低產(chǎn)田應(yīng)作為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域。研究區(qū)地處江淮丘陵區(qū),境內(nèi)丘陵分布廣泛,地形部位、坡度對耕地質(zhì)量的影響較大,且當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件與丘陵地形導(dǎo)致耕地排水不暢,以上評價(jià)指標(biāo)都是影響耕地質(zhì)量的重要因素。除此之外,施用有機(jī)肥也屬于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中提升耕地地力的重要措施,短時(shí)間大量施用有機(jī)肥會對土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量起到提升作用。

1.3.2 灌溉排水能力綜合得分 2022年新頒布的《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》中,對于灌溉排水工程各部分建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了修訂。研究發(fā)現(xiàn),灌溉排水能力在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中屬于易改善的指標(biāo),且灌溉排水能力在耕地質(zhì)量評價(jià)中所占指標(biāo)權(quán)重較大,是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中對耕地質(zhì)量等級提升具有較大影響的因素。其中灌溉排水能力提升的理論最大值與灌溉排水能力現(xiàn)有得分有關(guān)[19],因此從理論上看,在灌溉排水能力綜合得分較低的情況下,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)對灌溉排水能力的提升程度更大,可改善程度更高。

1.3.3 局部空間自相關(guān)分析 通過研究地理事物的某一屬性值與其相鄰要素的空間相關(guān)性,可以判斷該事物與相鄰要素之間是否具有相應(yīng)的變化關(guān)系[20-22],若為正相關(guān),則表明該事物與其相鄰要素存在一致的變化關(guān)系,若為負(fù)相關(guān),則表明該事物與其相鄰要素存在相反的變化關(guān)系。本研究利用ArcGIS計(jì)算莫蘭指數(shù)(Moran’sI),探究縣域尺度的耕地質(zhì)量等級在空間上的相關(guān)性,并以其作為劃分高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)改良區(qū)域的依據(jù)。

局部空間自相關(guān)性是指某一空間單元S與其鄰域空間單元Si就某一屬性在局部空間上表現(xiàn)出的相關(guān)性程度[14-16],其中Local Moran’sI(局部莫蘭指數(shù))的模型如下:

其中,

式中:Iα為空間位置α局部空間自相關(guān)指數(shù)值;Zα為空間位置α的觀測值標(biāo)準(zhǔn)化后的值;ωαβ為α與β之間的鄰近關(guān)系,即空間權(quán)重;B為與空間位置α相鄰接的樣本數(shù);xα為空間位置α的實(shí)際觀測值;A為空間單元位置的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 鳳陽縣耕地質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

鳳陽縣耕地質(zhì)量評價(jià)結(jié)果表明,鳳陽縣全縣耕地被分為1～9等,平均耕地質(zhì)量等級為4.367等。從整體情況來看,鳳陽縣總體耕地質(zhì)量為中等,中低產(chǎn)田面積較大,可提升空間較高。高產(chǎn)田面積占全縣耕地總面積的34.07%,主要分布在北部平原區(qū)的棗巷鎮(zhèn)、府城鎮(zhèn)、劉府鎮(zhèn)、西泉鎮(zhèn)等;中產(chǎn)田面積所占比例最高,占全縣耕地總面積的50.94%,主要分布在中部和西南部丘陵區(qū)的板橋鎮(zhèn)、小溪河鎮(zhèn)、官塘鎮(zhèn)和武店鎮(zhèn);低產(chǎn)田面積占全縣耕地總面積的14.99%,主要分布在東部丘陵區(qū)的黃灣鄉(xiāng)、總鋪鎮(zhèn)和紅心鎮(zhèn)。鳳陽縣耕地質(zhì)量等級評價(jià)結(jié)果見表2,鳳陽縣耕地質(zhì)量等級分布見圖1。

表2 鳳陽縣不同耕地質(zhì)量等級農(nóng)田對應(yīng)的面積及占比

圖1 鳳陽縣耕地質(zhì)量等級分布

根據(jù)耕地質(zhì)量等級劃分標(biāo)準(zhǔn),鳳陽縣的地形部位包含平原低階、平原中階、平原高階、丘陵下部、丘陵中部、丘陵上部6種,其中丘陵地區(qū)農(nóng)田面積占比80.05%,且丘陵中部、丘陵下部和平原低階農(nóng)田的低產(chǎn)田面積較大,鳳陽縣的地形分布如圖2所示,不同地形部位農(nóng)田高、中、低產(chǎn)田的分布情況見表3。

圖2 鳳陽縣地形部位分布

表3 鳳陽縣不同地形部位高、中、低產(chǎn)田的分布情況

鳳陽縣耕地質(zhì)量調(diào)查與評價(jià)結(jié)果表明,制約鳳陽縣耕地質(zhì)量提升的主要原因如下:鳳陽縣中低產(chǎn)田面積較大,地形以高崗丘陵、丘陵為主,地形起伏較大,排水不暢,總體上的可耕性和機(jī)械化水平較差,耕作條件不便,土體較深厚,但土壤耕層較淺,尤其是黏質(zhì)土壤如砂姜黑土、黏盤黃褐土,在耕層下有明顯的犁底層,部分田塊出現(xiàn)小溝被填平、大溝淤塞的現(xiàn)象,并且田間灌溉水利設(shè)施落后,因此鳳陽縣耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)應(yīng)為丘陵地區(qū)的中低產(chǎn)田。

2.2 鳳陽縣灌溉排水能力可改善程度分布

在耕地質(zhì)量評價(jià)中,根據(jù)指標(biāo)權(quán)重與綜合得分將鳳陽縣耕地的灌溉排水能力分為1～9級,隨著灌溉排水能力綜合得分逐漸降低,可改善程度逐漸增加。圖3中,紅色區(qū)域的灌溉排水能力得分最低,可改善程度最高。若對灌溉排水能力得分較高的區(qū)域進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè),實(shí)施增設(shè)排水溝渠、新建灌溉設(shè)施等工程,可改善程度較小,但對灌溉排水能力得分較低的區(qū)域進(jìn)行灌溉、排水設(shè)施的改善,提升效果較好,因此新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田應(yīng)著重選擇灌溉排水能力得分較低的區(qū)域,理論上的預(yù)期效果較好。

圖3 鳳陽縣灌溉排水能力可改善程度分布

2.3 鳳陽縣耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)分析

以耕地圖斑為最小單元,利用ArcGIS對鳳陽縣耕地質(zhì)量等級進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析。依據(jù)耕地質(zhì)量的空間相關(guān)性,將鳳陽縣耕地劃分為4種區(qū)域類型,根據(jù)不同顯著性又分為正相關(guān)類型的高-高(HH)、低-低(LL)型和負(fù)相關(guān)的高-低(HL)、低-高(LH)型(圖4)。對于呈正相關(guān)關(guān)系的HH型、LL型,HH型區(qū)域的綜合耕地質(zhì)量較高,且周邊均為耕地質(zhì)量較高的耕地,表現(xiàn)出一定的聚集型,因此應(yīng)對此區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù),LL型區(qū)域的耕地質(zhì)量綜合情況較低,空間關(guān)系較為穩(wěn)定,應(yīng)視其灌溉排水能力的可改善程度高,應(yīng)選擇對其優(yōu)先進(jìn)行整體改良和整治。

對于呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的HL和LH型,其中HL型區(qū)域表示中部耕地質(zhì)量較高的耕地被耕地質(zhì)量較低的耕地包圍,根據(jù)空間極化的理論,中間耕地質(zhì)量較高的耕地容易被周圍質(zhì)量較低的耕地影響,導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降。故此類耕地區(qū)域被認(rèn)定為需優(yōu)先進(jìn)行改良的區(qū)域,應(yīng)及時(shí)對周邊低質(zhì)量耕地進(jìn)行改良,遏制中部耕地質(zhì)量較高區(qū)域被周圍耕地質(zhì)量較低區(qū)域影響而表現(xiàn)出下降的趨勢;LH型區(qū)域與HL型區(qū)域耕地質(zhì)量分布情況相反,耕地質(zhì)量較高的區(qū)域包圍中心耕地質(zhì)量較低的區(qū)域,若灌溉排水能力可改善程度也較高,可適當(dāng)加以促進(jìn),加速中心區(qū)域的耕地質(zhì)量提升。

聚類結(jié)果(圖4)顯示,鳳陽縣耕地質(zhì)量空間自相關(guān)性顯著的耕地面積占全縣耕地面積的76.19%。在耕地質(zhì)量呈現(xiàn)顯著空間自相關(guān)的耕地地塊中,呈正相關(guān)分布的耕地面積占73.45%,呈負(fù)相關(guān)分布的耕地面積占2.74%;鳳陽縣耕地質(zhì)量的空間分布總體呈顯著正相關(guān)。HH型主要分布在鳳陽縣北部的府城鎮(zhèn)、大廟鎮(zhèn)和板橋鎮(zhèn),LL型主要分布在鳳陽縣東南部的總鋪鎮(zhèn),LH型零星分布在官塘鎮(zhèn)、西泉鎮(zhèn)、劉府鎮(zhèn)和大廟鎮(zhèn),HL型在大溪河鎮(zhèn)、小溪河鎮(zhèn)、紅心鎮(zhèn)和板橋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))有少量分布。

HL型:高-低;LL型:低-低;LH型:低-高;HH型:高-高。

2.4 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時(shí)序劃定結(jié)果

對研究區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田中今后擬建設(shè)區(qū)域進(jìn)行劃定,建立適宜的劃分標(biāo)準(zhǔn),以解決高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的選址問題。結(jié)合灌溉和排水能力的空間分布,根據(jù)空間極化理論及空間自相關(guān)結(jié)果分析得出,周邊耕地對中心耕地會發(fā)生同化作用,為了有效抑制周邊低產(chǎn)田對中心高產(chǎn)田的同化作用,將研究區(qū)范圍內(nèi)的耕地根據(jù)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的迫切程度和建設(shè)時(shí)序劃分為優(yōu)先建設(shè)區(qū)、次級建設(shè)區(qū)、后備建設(shè)區(qū)和暫不建設(shè)區(qū)等4個(gè)區(qū)域(表4),可為今后建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的選址提供參考,從而有效提升耕地質(zhì)量(圖5)。

表4 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域類型的劃分

圖5 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時(shí)序分區(qū)

表4中,Ⅰ類區(qū)域?yàn)閮?yōu)先建設(shè)區(qū),開展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的迫切程度最高。該區(qū)域的空間自相關(guān)類型為HL型且灌溉排水能力綜合得分較低,應(yīng)及時(shí)抑制周邊低產(chǎn)田對中心高產(chǎn)田的影響,可改良程度最高、最迫切,預(yù)期改良效果最明顯。Ⅱ類區(qū)域?yàn)榇渭壗ㄔO(shè)區(qū),按空間自相關(guān)類型包含LL型區(qū)域、LH型區(qū)域,這類區(qū)域的灌溉排水能力綜合得分較低,可改良程度較高?？臻g自相關(guān)類型為LL型的區(qū)域,耕地質(zhì)量等級的空間分布呈正相關(guān),在此區(qū)域內(nèi)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田,周邊的耕地質(zhì)量提升也會帶動中心耕地的質(zhì)量提升;對于空間自相關(guān)類型為LH型的區(qū)域,周邊耕地質(zhì)量較高的區(qū)域會對中心耕地質(zhì)量較低的區(qū)域產(chǎn)生影響,若加以促進(jìn),可帶動中心區(qū)域耕地質(zhì)量的提升,故此類區(qū)域能帶來的綜合效果更為顯著。Ⅲ類區(qū)域?yàn)楹髠浣ㄔO(shè)區(qū),包括2種情況:空間自相關(guān)類型為HH型、灌溉排水能力綜合得分較低的區(qū)域;空間自相關(guān)類型為LH型或HL型、灌溉排水能力綜合得分較高的區(qū)域。其中空間自相關(guān)類型為HH型的區(qū)域耕地質(zhì)量較高,不是重點(diǎn)改良的區(qū)域,但是由于該區(qū)域灌溉排水能力得分較低,也有改良的需求;空間自相關(guān)類型為LH、HL型的區(qū)域的耕地質(zhì)量較低,但灌溉排水能力得分較高,因此耕地質(zhì)量可提升的空間不高,也可作為后備耕地資源。其他被歸為Ⅳ類區(qū)域,為暫不建設(shè)區(qū),包括空間自相關(guān)類型為HH型、LL型且灌溉排水能力綜合得分較高的區(qū)域,該區(qū)域空間關(guān)系穩(wěn)定,且灌溉排水能力的可改善程度不高,該區(qū)域應(yīng)當(dāng)作為保護(hù)耕地資源。

2.5 鳳陽縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)效果

鳳陽縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的主要措施如下:對于灌溉、路網(wǎng)等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施,通過土地平整優(yōu)化田塊布局,滿足大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)出地塊的需要[23-25]。同時(shí)施用有機(jī)肥,對土壤進(jìn)行培肥改良,調(diào)節(jié)土壤的理化性質(zhì)和通透性[26-29]。

鳳陽縣新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目區(qū)包括小溪河鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、官塘鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、總鋪鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、殷澗鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、劉府鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、西泉鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)、大溪河鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)和大廟鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)8個(gè),涉及8個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))及12個(gè)行政村,均屬丘陵和高崗丘陵地區(qū),項(xiàng)目區(qū)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前的平均耕地質(zhì)量等級分布如表5所示,平均耕地質(zhì)量等級為5.98等,屬于偏低水平。田塊產(chǎn)能分布如圖6所示,可以看出,本次新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的選址基本符合要求,除西泉鎮(zhèn)有少量高產(chǎn)田分布外,其他鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的耕地均為中產(chǎn)田或低產(chǎn)田,初步判斷具有高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的需求。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后,項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的耕地質(zhì)量均得到不同程度的提升,各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))建設(shè)前后的耕地質(zhì)量等級如表6所示,提升等級為建設(shè)前耕地質(zhì)量等級與建設(shè)后耕地質(zhì)量等級的差值,尤其是小溪河鎮(zhèn)、官塘鎮(zhèn)、總鋪鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))項(xiàng)目區(qū),在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后,耕地質(zhì)量得到明顯提升,但大廟鎮(zhèn)、大溪河鎮(zhèn)、西泉鎮(zhèn)提升的等級不高,尤其是大廟鎮(zhèn)在建設(shè)前耕地質(zhì)量等級較低,但建設(shè)后并沒有達(dá)到預(yù)期的提升效果。因此,在進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)選址的過程中,不僅需要結(jié)合當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量等級,選擇耕地質(zhì)量較低的區(qū)域,還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量提升的限制因素。

將高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的項(xiàng)目區(qū)落到本研究劃定的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時(shí)序底圖上,發(fā)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的項(xiàng)目區(qū)在4個(gè)區(qū)域均有分布,詳見圖7。其中處于優(yōu)先建設(shè)區(qū)的面積約為207 hm2,占項(xiàng)目區(qū)總面積的3.45%,大部分位于小溪河鎮(zhèn);處于次級建設(shè)區(qū)的耕地面積較大,約為2 164 hm2,占項(xiàng)目區(qū)總面積的36.06%;處于后備建設(shè)區(qū)的耕地面積約為338 hm2,僅占項(xiàng)目區(qū)總面積的5.63%;處于暫不建設(shè)區(qū)的面積最大,約為3 292 hm2,占項(xiàng)目區(qū)總面積的54.86%。

在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后耕地質(zhì)量得到顯著提升的總鋪鎮(zhèn)、小溪河鎮(zhèn)、官塘鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū),大部分建設(shè)區(qū)域均處于優(yōu)先建設(shè)區(qū)和次級建設(shè)區(qū);在耕地質(zhì)量提升程度較小的大廟鎮(zhèn)、西泉鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū),建設(shè)區(qū)域主要處在后備建設(shè)區(qū)、暫不建設(shè)區(qū)。從本次高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的提升成果來看,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)選址不僅應(yīng)重點(diǎn)選取中低產(chǎn)田區(qū)域,還需考慮當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量的限制因素是否為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后可以得到顯著改善的因素,否則會影響耕地質(zhì)量提升的效果。本研究制定的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時(shí)序分區(qū),可為今后高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)選址提供有效參考,便于有針對性地開展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)。

3 討 論

本研究結(jié)果表明,鳳陽縣的耕地質(zhì)量等級偏低,平均耕地質(zhì)量等級為4.367等,中產(chǎn)田面積占比高達(dá)50.94%,且主要位于丘陵地區(qū),機(jī)械化水平較低,耕地肥力低、易澇且灌溉設(shè)施缺乏。耕地質(zhì)量提升的主要對象是當(dāng)?shù)厍鹆甑貐^(qū)的中低產(chǎn)田。鳳陽全縣耕地的質(zhì)量等級具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性,呈正相關(guān)關(guān)系的HH型、LL型占比較大,呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的HL型、LH型分布較少且分散。針對鳳陽縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的迫切程度,將其劃分成優(yōu)先建設(shè)區(qū)、次級建設(shè)區(qū)、后備建設(shè)區(qū)和暫不建設(shè)區(qū)4個(gè)區(qū)域。結(jié)合灌溉排水能力、耕地質(zhì)量等級空間的相關(guān)性,對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的次序進(jìn)行劃定,能夠更加科學(xué)合理地對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)進(jìn)行選址。

表5 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前的耕地質(zhì)量等級分布

圖6 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田產(chǎn)能分布

表6 各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))耕地高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前后耕地質(zhì)量等級分布

圖7 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目區(qū)建設(shè)的時(shí)序分布

當(dāng)今對于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)選址和保護(hù)分區(qū)等研究的最小單元多集中在行政村等級[30-33],楊君等[34]基于地塊尺度建立農(nóng)業(yè)空間保護(hù)分區(qū),但在局部空間自相關(guān)的研究中依舊采用加權(quán)法研究行政村尺度的農(nóng)業(yè)空間保護(hù)分區(qū),本研究以耕地地塊為研究的最小單元,在一定程度上減少了行政村內(nèi)部農(nóng)田屬性差異較大對研究結(jié)果的影響,可為今后高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的選址提供直接的、更加精確的依據(jù)。

研究者在建立適宜的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)模型中做了許多嘗試,如引入各項(xiàng)生態(tài)屬性、土壤屬性、田間設(shè)施[35-39]等指標(biāo),其中馮銳等[40]構(gòu)建了限制因素的指標(biāo),共構(gòu)建了76種限制因素組合類型的分區(qū);陳麟等[41]將土壤理化性質(zhì)對生態(tài)環(huán)境的影響納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田適宜性評價(jià)中,但是建立的模型多針對某一縣域尺度的研究區(qū)域,無法在廣泛區(qū)域內(nèi)推行,例如在基礎(chǔ)條件較差的區(qū)域,生態(tài)區(qū)域性評價(jià)作用減弱后則無法進(jìn)行區(qū)域劃分,進(jìn)而失去了實(shí)踐和推廣的意義。本研究基于莫蘭指數(shù),以耕地質(zhì)量評價(jià)結(jié)果和在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中得到顯著改善的灌溉能力、排水能力作為劃分依據(jù),以期探究可在一定范圍內(nèi)得到高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前的選址方法,最大程度地讓高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)發(fā)揮對耕地質(zhì)量的提升效果。

在今后的研究中,可收集丘陵地區(qū)其他縣(區(qū))高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前后的耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)和資料,豐富實(shí)證成果,進(jìn)一步驗(yàn)證該分區(qū)方法是否可在長江中下游丘陵地區(qū)其他縣(區(qū))應(yīng)用,并作為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域劃定的有效參考。