浙江省耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測技術(shù)簡析
-----以松陽縣為例

淅江省土地整理中心 嚴慶良 朱錦尉 張 濤

浙江省耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測技術(shù)簡析
-----以松陽縣為例

淅江省土地整理中心 嚴慶良 朱錦尉 張 濤

隨著社會對耕地保護的要求越來越高，耕地質(zhì)量等級監(jiān)測的作用也越加明顯，它能及時、準確、全面地反映耕地質(zhì)量的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，是耕地保護的重要措施。本文以松陽縣為例，重點介紹了耕地質(zhì)量等級監(jiān)測的漸變類型區(qū)劃分、監(jiān)測樣點布設(shè)、等級及產(chǎn)能的評價結(jié)果、主導因素評價等主要內(nèi)容，并提出了耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測成果的下一步應用，為如何發(fā)揮好耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測在耕地保護工作中的作用做了進一步的思考。

一、松陽縣耕地質(zhì)量等級分布概況

松陽縣位于浙西南山區(qū)，以中、低山丘陵為主，境內(nèi)“松古平原”為縣內(nèi)主要產(chǎn)糧區(qū)，具有浙西南山區(qū)典型特征。根據(jù)松陽縣2014年土地利用現(xiàn)狀，松陽縣土地總面積為135394.86公頃，其中耕地面積為18747.21公頃，占土地總面積的13.85%。松陽縣耕地質(zhì)量主要分布在9-12等（國家利用等，下同），其中以10等最多，約占52.6%，主要分布在樟溪鄉(xiāng)、赤壽鄉(xiāng)、齋壇鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，12等最少，約占2.9%，主要分布在楓坪鄉(xiāng)、玉巖鎮(zhèn)。2014年度松陽縣監(jiān)測區(qū)域涉及耕地總面積（不包含零星地物中耕地面積）為17222.90公頃，占耕地總面積的91.87%。

二、松陽縣耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測技術(shù)路線

松陽縣耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測內(nèi)容主要包括，一是在松陽縣縣域范圍內(nèi)劃定耕地質(zhì)量等級漸變類型分布范圍，并在漸變類型區(qū)內(nèi)確定主導因素，二是在耕地質(zhì)量等級漸變類型分布范圍內(nèi)的每個等級的耕地上布設(shè)監(jiān)測樣點，三是基于監(jiān)測樣點信息對耕地質(zhì)量等級、產(chǎn)能以及主導因素進行監(jiān)測評價，分析其變化強度和變化規(guī)律。

松陽縣耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測工作主要運用了相關(guān)性分析進行漸變類型區(qū)劃分和主導因素的確定，運用了地統(tǒng)計學的半方差函數(shù)和GIS空間分析布設(shè)監(jiān)測樣點、運用計量經(jīng)濟模型確定松陽縣產(chǎn)能公式等等。具體技術(shù)路線見圖1。

三、松陽縣耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測成果

（一）耕地質(zhì)量漸變類型的劃分

1.限制性因素選取

圖1 耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測技術(shù)路線圖

表1 松陽縣各限制性因素與國家自然等別的相關(guān)分析結(jié)果

表2 松陽縣耕地質(zhì)量等級變化類型的限制性因素及其標準

首先，依據(jù)省級層面的參考指標，結(jié)合現(xiàn)狀條件，排除不易改變或變化緩慢的因素，如海拔、坡度、土壤質(zhì)地等，保留在區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀條件易發(fā)生變化的因素如灌溉條件、有機質(zhì)含量、pH值等。在保留因素中，通過分析各因素的可提升潛力，即分析各因素的每個等級在自然等別中的分布情況，初步確定限制性因素，包括有機質(zhì)含量、pH值、土壤侵蝕強度。

其次，對松陽縣初步選取的限制性因素與自然等別之間的關(guān)系進行相關(guān)分析。在PASW，Statistics，18中，對松陽縣有機質(zhì)含量、pH值、土壤侵蝕強度和國家自然等別進行相關(guān)分析，得到如表1所示的結(jié)果。

從表1可以看出，有機質(zhì)含量、pH值、土壤侵蝕強度與國家自然等別的P值分別為，0.000、0.000和0.000，說明在0.01水平上具有顯著相關(guān)性，這表明有機質(zhì)含量、pH值、土壤侵蝕強度可作為松陽縣耕地質(zhì)量等級變化類型的限制性因素。

2.耕地質(zhì)量漸變類型劃分標準

根據(jù)省級層面耕地質(zhì)量等級變化類型的劃分標準及，結(jié)合松陽縣氣象條件、地形地貌類型、土壤類型等總體影響條件的分析，以及松陽縣的有機質(zhì)含量、土壤pH值、土壤侵蝕強度等限制性因素的分析將松陽縣耕地質(zhì)量等級變化類型劃分為痔薄培肥型、酸化型和水土流失型3種。其各種類型的具體限制性因素及其標準見表2。

3.耕地質(zhì)量漸變類型劃分結(jié)果

松陽縣耕地質(zhì)量漸變類型包括痔薄培肥型、酸化型、水土流失型，如圖2所示。

從松陽縣2014年耕地質(zhì)量變化類型劃分來看表3，這里所指的優(yōu)質(zhì)耕地是有機質(zhì)含量、pH值和土壤侵蝕強度3項限制性因素均得到滿足，未受其影響，不屬于這3種類型的耕地?？梢钥闯?，優(yōu)質(zhì)耕地占松陽總耕地面積的11.94%，痔薄培肥型在松陽縣面積分布最多，主要分布在松古盆地，占55.52%，酸化型分布較為分散，占松陽縣總耕地面積的28.14%，是松陽縣僅次于痔薄培肥型的一種類型，水土流失型在松陽縣分布最少，占4.40%。如表3所示。

（二）監(jiān)測點布設(shè)結(jié)果

1.傳統(tǒng)方法的樣點布控

圖2 松陽縣耕地質(zhì)量漸變類型

圖3 松陽縣監(jiān)測區(qū)分布

表3 松陽縣耕地質(zhì)量等級變化類型的面積比例分布 單位，%

松陽縣傳統(tǒng)方法的樣點布控實際操作中，首先是劃分“自然質(zhì)量分區(qū)”“利用水平分區(qū)”“收益水平分區(qū)”以及“耕地利用方式變化特征分區(qū)”。其次是將四區(qū)的范圍進行空間疊加，形成耕地等級監(jiān)測的“耕地質(zhì)量監(jiān)控制區(qū)”。根據(jù)主導性原則，以面積比重最大的監(jiān)測區(qū)類型作為各村分區(qū)類別，對初步劃分的“監(jiān)測區(qū)”邊界進行適當調(diào)整，確保各監(jiān)測區(qū)區(qū)邊界不破村界。調(diào)整過程中需要盡可能保證監(jiān)測控制區(qū)的空間連續(xù)性，對于孤立、零散分布的控制區(qū)劃分單元需要將其與鄰近劃分單元進行合并，避免監(jiān)測控制區(qū)空間上的分散性。并盡可能保持村級或鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃的相對完整性，便于分區(qū)數(shù)據(jù)的獲得、分區(qū)成果的應用與管理，最終確定松陽縣23個耕地等級野外監(jiān)測區(qū)（如圖3所示）及40個固定監(jiān)測樣點分布圖（如圖4所示）。

傳統(tǒng)方法的樣點布控在劃分過程中人為因素影響大，并且空間疊加過程存在誤差累計，使得監(jiān)測結(jié)果進行“以點推面”的過程中監(jiān)測結(jié)果的精度難以保證。此外，監(jiān)測樣區(qū)劃分、樣點布設(shè)、數(shù)據(jù)采集精度和頻率等缺乏流程化、簡單化可操作性下降。

2.新方法的樣點布控

耕地質(zhì)量等級監(jiān)測是在研究區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的監(jiān)測點，通過采集監(jiān)測點一定時間跨度內(nèi)的相關(guān)指標變化情況，“以點帶面”推斷出整個研究區(qū)內(nèi)耕地質(zhì)量的變化特征與幅度。在受一定成本約束的情況下，還要保證監(jiān)測樣點的控制精度，因此引入了半方差函數(shù)的概念。以耕地自然等指數(shù)為基礎(chǔ)，借助ArcGIS軟件，在500-5000m的范圍內(nèi)分別選取不同的步長，通過打網(wǎng)格的方式均勻布點。計算松陽縣變異函數(shù)的擬合參數(shù)，得到半方差函數(shù)規(guī)律符合球狀模型，塊金值Co為15500，基臺值（Co+C）為94590，塊金值與基臺值的比值為0.164，變程a為3.1，即監(jiān)測樣點的變異半徑為3.1km。在ArcGIS軟件中根據(jù)變異半徑布控網(wǎng)格，每個網(wǎng)格面積為3km×3km，求得監(jiān)測樣點控制范圍為1406平方公里，得到理論監(jiān)測樣點布控圖（圖5）。

圖4 松陽縣固定監(jiān)測樣點分布

圖5 基于半方差函數(shù)的樣點分布

圖6 松陽縣修正后的監(jiān)測樣點分布

初始的基于半方差函數(shù)的監(jiān)測樣點布控只考慮了緩變耕地的國家自然等指數(shù)，需要對其進行多方面的修正，具體包括，緩變耕地的區(qū)域范圍剔除在緩變耕地以外的樣點，盡可能地在各種土壤類型上進行布點，結(jié)合土壤類型（亞類）對樣點進行修正，利用自然等各等別面積比例、利用等各等別面積比例對樣點進行修正，在耕地較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)對監(jiān)測點予以加密處理，保證監(jiān)測點在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋的全面性，考慮縣市的耕地特殊性。出于成本因素考慮，探索以最少的監(jiān)測樣點反映整個研究區(qū)域的耕地質(zhì)量變化情況。

將具有相同國家自然等、國家利用等、國家經(jīng)濟等的單元聚類形成監(jiān)測區(qū)，得到松陽縣空間-屬性一體化時空等別分布圖（圖6）。松陽縣緩變耕地的國家自然等、國家利用等、國家經(jīng)濟等等別組合有14對，國家自然等分布在8-10等，國家利用等別分布在9-12等，國家經(jīng)濟等分布在8-11等。松陽縣屬于浙西南山地丘陵區(qū)，松古盆地地表平坦，而盆地兩側(cè)地勢較高。盆地耕地集中連片，低丘緩坡耕地較為破碎，需要對不同等級、不同利用類型的耕地布控相應的監(jiān)測樣點。在聚類形成的監(jiān)測區(qū)范圍疊加基于地統(tǒng)計半方差函數(shù)預修正的監(jiān)測樣點分布圖，根據(jù)相同國家自然等、國家利用等、國家經(jīng)濟等對其修正。得到兼顧樣點的空間相關(guān)性和空間-屬性一體化時空等別分布特征的樣點分布圖見圖6，修正后的監(jiān)測樣點分布與空間-屬性一體化時空等別分布圖的空間分布復雜程度有關(guān)。

經(jīng)修正，松陽縣總共布設(shè)了40個監(jiān)測樣點，其中松古盆地耕地質(zhì)量相對穩(wěn)定，等別也較為集中國家自然等分別為8等、9等和10等，8等地上布設(shè)了7個監(jiān)測樣點9等地上布設(shè)了20個監(jiān)測樣點，10等地上布設(shè)了13個監(jiān)測樣點，盆地布控了12個監(jiān)測樣點，其他的低丘緩坡耕地布控了28個樣點，松陽縣的耕地以水田為主，因此水田地類上布設(shè)了33個監(jiān)測樣點，旱地上布設(shè)了7個監(jiān)測樣點。

3.新方法布控監(jiān)測樣點與傳統(tǒng)方法的比較

一是將“自然質(zhì)量分區(qū)”“利用水平分區(qū)”“收益水平分區(qū)”及“耕地利用方式變化特征分區(qū)”疊加過程中容易出現(xiàn)自然和社會屬性不一致的區(qū)域，導致傳統(tǒng)方法在個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)布控的監(jiān)測點數(shù)量較多。此外，空間疊加過程中存在誤差的累計，使得在進行“以點推面”的過程中監(jiān)測結(jié)果的精度難以保證。

二是優(yōu)化修正后的監(jiān)測樣點與傳統(tǒng)方法監(jiān)測樣點的疊加圖（圖7），得到優(yōu)化修正后的監(jiān)測樣點數(shù)為40個，數(shù)量上與傳統(tǒng)的樣點布控方法一致，但在空間布局上進行了一定的調(diào)整。通過刪減或加密處理后的監(jiān)測樣點分布能兼顧土壤屬性的空間自相關(guān)性及土壤的國家自然等、國家利用等、國家經(jīng)濟等的空間-屬性一體化時空特性，有利于提高樣點布控的準確性、代表性和科學性。

三是比較經(jīng)過優(yōu)化和修正后布控的樣點與傳統(tǒng)方法布控的樣點，表4 得到優(yōu)化修正后的樣點的監(jiān)測結(jié)果總體精度高于傳統(tǒng)方法其中，國家自然等、國家利用等和國家經(jīng)濟等的總體精度分別提高了12.75%、10.55%、5.3%。Kappa系數(shù)的應用考慮了誤差矩陣的所有因素，是一種測定監(jiān)測結(jié)果和實際耕地質(zhì)量的吻合度或精度的指標。兩種方法得到的Kappa系數(shù)差異顯著修正優(yōu)化后的樣點布控得到的監(jiān)測結(jié)果與實際的吻合度較高。

圖7 不同方法的監(jiān)測樣點布控分布

表4 不同方法布控樣點的監(jiān)測精度比較

圖8 松陽縣耕地質(zhì)量等別比例分布

（三）松陽縣2014年耕地質(zhì)量等級和產(chǎn)能監(jiān)測評價結(jié)果通過對監(jiān)測樣點數(shù)據(jù)的采集在核算監(jiān)測樣點耕地質(zhì)量等別基礎(chǔ)上，“以點推面”獲取松陽縣漸變類型區(qū)內(nèi)的耕地質(zhì)量等級和產(chǎn)能分布。松陽縣國家利用等分布為9等、10等，、11等,分別占4.24%、67.77%、27.99%，圖8，。其中等別較高的9等地主要分布在松陽縣的樟溪鄉(xiāng)、赤壽鄉(xiāng)、齋壇鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共有730.58公頃。10等地主要分布在樟溪鄉(xiāng)、古市鎮(zhèn)、望松鄉(xiāng)、安民鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共有，11672.45公頃。11等地主要分布在樟溪鄉(xiāng)、板橋鄉(xiāng)、楓坪鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共有4819.87公頃。

2011年，到2014年松陽縣耕地面積從2011年的18283.13公頃增加到2014年的18747.21公頃耕地凈增加464.08公頃，其中2011-2012年增加了277.3公頃，2012-2013年增加了142.61公頃，2013-2014年增加了44.17公頃。

2011-2014年松陽縣平均國家利用等別波動很小，2011年平均國家利用等別為10.23，2014年平均國家利用等別為10.22，總體來看，松陽縣每年耕地質(zhì)量等別都略有波動但都變化不大。由于每年的耕地面積都有所增加，等別相對穩(wěn)定，松陽縣歷年的可實現(xiàn)產(chǎn)能都有逐步的提升，其中2011-2012年產(chǎn)能變化最大，提升了0.36萬噸。

（四）松陽縣耕地質(zhì)量主導因素監(jiān)測評價

通過對不同漸變類型耕地的監(jiān)測評價因素分析，采用灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度數(shù)學模型，結(jié)合松陽縣實際易變的指標因素，研究各分等因素與國家自然等指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度，從而得到松陽縣不同漸變類型耕地的主導因素。痔薄培肥型耕地的主導因素是有機質(zhì)含量、耕層厚度和pH，酸化型耕地的主導因素是有機質(zhì)含量、pH和灌溉保證率，水土流失型耕地的主導因素是有機質(zhì)含量、耕層厚度和pH。

由于各分等因素原始變量序列具有不同的量綱或數(shù)量級，為了保證分析結(jié)果的可靠性，需要對變量序列進行無量綱化，因此采用《中國耕地質(zhì)量等級調(diào)查與評定》，浙江卷，中各分等因素對應的的分值作為處理后的變量。耕地質(zhì)量不同漸變類型的主導因素2011-2014年分值的變化情況見表5。

由上表可知，痔薄培肥型、酸化型、水土流失型涉及有機質(zhì)含量、耕層厚度、pH、灌溉保證率四個指標。

表5 不同漸變類型主導因素2011-2014年變化，類型主導因素及其變化

綜上所述，在松陽縣后期的耕地保護工作中，對有機質(zhì)含量和耕層厚度，要注意其變化趨勢，并注意維護。對灌溉保證率，仍有較大的提升潛力，質(zhì)量提升項目要注重灌溉設(shè)施的建設(shè)、水源的供給。對于pH值，由于大量種植茶葉的原因，松陽縣土壤酸化極為嚴重，要注重耕地特別是非種植茶葉耕地的土壤改良，通過增施有機肥、石灰改良、合理種植等多種措施對土壤進行綜合管理。

四、年度監(jiān)測成果的下一步應用

（一）加大年度監(jiān)測在占補平衡中的應用

鑒于浙江省“占優(yōu)補優(yōu)”政策難以在每個地塊上實現(xiàn)等級平衡的現(xiàn)狀，占補平衡可探討從耕地質(zhì)量總體平衡的角度探索，年度監(jiān)測成果可以提供縣域內(nèi)重點提升區(qū)、可提升區(qū)、難以提升區(qū)的分布范圍為耕地質(zhì)量等級總量平衡提供重要的依據(jù)。

（二）細化高標準基本農(nóng)田分區(qū)和永久基本農(nóng)田劃定

目前，松陽縣雖然劃定高標準基本農(nóng)田時綜合考慮了農(nóng)用地分等成果等相關(guān)資料，但是在劃分高標準基本農(nóng)田層次和提出后期建設(shè)重點時更多考慮是農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而對其他影響高標準基本農(nóng)田質(zhì)量等級的分等因素考慮較少。因此，年度監(jiān)測成果有利于從耕地質(zhì)量評價因素出發(fā)，把握高標準基本農(nóng)田內(nèi)影響耕地質(zhì)量等級的優(yōu)勢和薄弱環(huán)節(jié)，細化高標準農(nóng)田分區(qū)和后期管護。同時，年度監(jiān)測成果可以作為劃定永久基本農(nóng)田的重要依據(jù)，利用年度監(jiān)測成果按照耕地質(zhì)量等級從高到低的順序劃定基本農(nóng)田。確保劃入，補劃，的基本農(nóng)田的平均質(zhì)量等級不低于劃出占用或減少，基本農(nóng)田的平均質(zhì)量等級，保障基本農(nóng)田整體質(zhì)量水平。，

（三）充實土地利用總體規(guī)劃

耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測成果應用于松陽縣土地利用總體規(guī)劃的編制、修改、修編等工作中，對于優(yōu)質(zhì)耕地或提升潛力大的耕地，盡量避免劃入允許建設(shè)區(qū)和有條件建設(shè)區(qū)。從土地利用之初，就將耕地質(zhì)量等級概念納入規(guī)劃中，從而進一步提高土地利用總體規(guī)劃的科學性。

五、年度監(jiān)測工作的幾點經(jīng)驗

從2013年開始，松陽縣一直作為浙江省11個耕地質(zhì)量監(jiān)測試點縣之一，從監(jiān)測試點工作開展以來的摸索街道，到目前已取得了階段性的成果，在浙江省耕地質(zhì)量年度監(jiān)測工作全面開展之際，具有一定的示范性和代表性。在松陽縣耕地質(zhì)量等級監(jiān)測工作中，總結(jié)了如下幾點經(jīng)驗供學習和探討。

一是收集資料階段要保證資料詳實，真實可靠。耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測工作正處于起步階段，面廣量多，且技術(shù)難度大，這就意味著資料收集階段，要盡可能的全面、真實、可靠。在本次松陽縣耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測工作中，松陽縣國土部門積極配合、認真負責，保證了資料收集環(huán)節(jié)的真實可靠，資料詳實。

二是監(jiān)測實施階段要優(yōu)化方法，提高效率。松陽縣耕地質(zhì)量等級監(jiān)測工作中，筆者發(fā)現(xiàn)，為充分提高監(jiān)測效率和保證監(jiān)測工作的順利開展，優(yōu)化監(jiān)測中的方法尤為重要。優(yōu)化方法的必要性來源于兩個方面的現(xiàn)實需求，一是耕地質(zhì)量等級年度監(jiān)測是一項全新的工作，各地普遍存在技術(shù)人員少、技術(shù)水平低的狀況，優(yōu)化方法，提高方法的便利性是現(xiàn)實的需求，二是方法本身的精度有待于進一步的提高，例如本次松陽縣監(jiān)測樣點的布設(shè)采用基于半方差函數(shù)的布設(shè)方法，布點監(jiān)測精度得到了進一步的提高。

三是監(jiān)測成果要進一步加強應用。目前，全省乃至全國年度監(jiān)測成果的應用較少，加強年度監(jiān)測成果的應用是現(xiàn)實十分緊迫的需求特別是在占補平衡、土地利用總體規(guī)劃、高標準基本農(nóng)田建設(shè)、永久基本農(nóng)田劃定等領(lǐng)域的應用。提高年度監(jiān)測成果的應用性，并考慮將之劃入耕?？己?，可以充分提高各級部門對該項工作的積極性并發(fā)揮耕地質(zhì)量監(jiān)測的重要作用。