基于耕地資源信息系統(tǒng)的?？谑协偵絽^(qū)耕地地力評價

吳光輝，謝良商，王綏干，陳 勝，夏海洋，張冬明＊

（1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所，海南?？?71100；2.農(nóng)業(yè)部海南耕地保育科學(xué)觀測試驗(yàn)站，海南海口571100；3.海南省耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南海口571100；4.?？谑修r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，海南?？?70206）

基于耕地資源信息系統(tǒng)的?？谑协偵絽^(qū)耕地地力評價

吳光輝1，2，3，4，謝良商1，2，3，王綏干4，陳 勝4，夏海洋4，張冬明1，2，3＊

（1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所，海南海口571100；2.農(nóng)業(yè)部海南耕地保育科學(xué)觀測試驗(yàn)站，海南?？?71100；3.海南省耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?71100；4.?？谑修r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，海南?？?70206）

為了解?？谑懈刭|(zhì)量狀況，并為該地區(qū)的耕地地力評價提供理論參考，以?？谑协偵絽^(qū)為例，運(yùn)用縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)，選取排澇能力、成土母質(zhì)和耕層厚度等共12個指標(biāo)構(gòu)建耕地地力評價指標(biāo)體系，采用模糊數(shù)學(xué)理論與層次分析法計(jì)算耕地地力綜合指數(shù)，按照累積曲線法劃分的耕地地力等級對該地區(qū)的耕地地力進(jìn)行評價。結(jié)果表明：瓊山區(qū)耕地中一級地1713.05hm2，占耕地總面積的7.05%；二級地6500.50hm2，占耕地總面積的26.78%；三級地10768.03hm2，占耕地總面積的44.37%；四級地4418.12hm2，占耕地總面積的18.20%；五級地870.43hm2，占耕地總面積的3.59%。

耕地；地力評價；耕地地力綜合指數(shù)；海口

耕地地力是指在區(qū)域內(nèi)立足于耕地的自身?xiàng)l件、自然背景狀況及耕作管理水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力。耕地地力的高低主要取決于一定利用方式下耕地土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)供應(yīng)水平和能力［1］。研究耕地地力能夠?yàn)閰^(qū)域糧食安全生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、耕地保育、綠色農(nóng)業(yè)及耕地資源合理配置提供科學(xué)依據(jù)。近年來，全國各地采取不同方法開展了大量有關(guān)耕地地力調(diào)查與評價方面的研究，取得了大量成果［2－7］。其采用的原理和方法基本相通，僅在選取評價指標(biāo)和計(jì)算組合權(quán)重時在氣候因素、地貌類型、土壤結(jié)構(gòu)與成土母質(zhì)等方面的側(cè)重點(diǎn)有較大差異。目前，鮮見針對海南地區(qū)耕地地力評價的研究［1，8－9］，因此，筆者以位于?？谑兄心喜浚?9°31＇23.66"～20°0＇53.92" N、110°20＇8.81"～110°39＇57.99"E），且為該市土地面積最大的瓊山區(qū)（土地總面積953.3km2）為例，運(yùn)用縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)，構(gòu)建耕地地力評價指標(biāo)體系，并采用模糊數(shù)學(xué)理論與層次分析法計(jì)算地力綜合指數(shù)，根據(jù)累積曲線法劃分的耕地地力等級對瓊山區(qū)的耕地地力進(jìn)行評價，為弄清該地區(qū)的耕地質(zhì)量狀況，并為?？谑械母氐亓υu價提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本評價涉及2693個評價單元，涵蓋菜園土、磚紅壤、潮沙泥土和水稻土4個土類，9個亞類，38個土屬，89個土種［10］。空間數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土壤圖（全國第二次土壤普查1984）、土地利用現(xiàn)狀圖（全國第二次土地調(diào)查2009）、行政區(qū)劃圖（國務(wù)院批復(fù)海南省?？谑姓{(diào)整行政區(qū)劃2002），運(yùn)用ArcGIS 10.0對空間基礎(chǔ)圖層進(jìn)行圖層疊加處理［11］，生成評價管理單元圖。屬性數(shù)據(jù)包括地塊的地形地貌、土壤母質(zhì)、耕層厚度、質(zhì)地、排灌條件、種植制度、土壤侵蝕程度和土壤測試分析結(jié)果等，先由人工錄入Excel表格后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

1.2 評價指標(biāo)

評價指標(biāo)選遵循以下原則：1）指標(biāo)對耕地地力有較大的影響，如直接影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的土壤養(yǎng)分、影響種植結(jié)構(gòu)的地貌類型。2）指標(biāo)在區(qū)域內(nèi)的差異性較大，保證指標(biāo)的隸屬度具有差異性，有利于耕地地力等級的準(zhǔn)確劃分。因此，如氣溫和降雨這樣在較小區(qū)域內(nèi)差異不顯著的因子不宜選擇。3）指標(biāo)在一定時間內(nèi)不會發(fā)生較大的改變，穩(wěn)定性較強(qiáng)，能夠更好地保證評價結(jié)果的準(zhǔn)確性?；诖?，經(jīng)專家組充分討論，針對項(xiàng)目區(qū)地形地貌的特點(diǎn)，從全國耕地地力評價指標(biāo)總集中選取了土壤管理、立地條件、理化性狀和剖面性狀4個準(zhǔn)則層共12個指標(biāo)構(gòu)建耕地地力評價的指標(biāo)體系（表1）。

表1 瓊山區(qū)耕地地力評價指標(biāo)Table 1 Evaluation indexes of cultivated land fertility in Qiongshan District

1.3 耕地地力綜合指數(shù)計(jì)算與耕地地力等級劃分

采用模糊數(shù)學(xué)原理和層次分析法［12］，首先根據(jù)模糊子集和隸屬函數(shù)計(jì)算評價指標(biāo)的隸屬度［13］，對于概念型指標(biāo)，如地形地貌、質(zhì)地和輪作制度等采用特爾菲法確定其隸屬度；其后，采用層次分析法［14］計(jì)算各評價指標(biāo)的組合權(quán)重；最后，通過累積相乘法計(jì)算各評價單元的綜合指數(shù)，并利用累積頻率曲線法對耕地地力綜合指數(shù)進(jìn)行分級（表2）。耕地地力綜合指數(shù)IFI的計(jì)算公式為：

其中，F(xiàn)i為評價指標(biāo)的隸屬度，Bi為準(zhǔn)則層的權(quán)重，Xi為單個評價指標(biāo)的權(quán)重，Ci（Bi×Xi）為兩者的組合權(quán)重［15－16］。

表2 瓊山區(qū)耕地地力等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The division standard of cultivated land fertility grade in Qiongshan District

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地地力評價指標(biāo)的權(quán)重

由表3可知，準(zhǔn)則層中，理化性狀的權(quán)重最大，為0.371 5；土壤管理的權(quán)重最小，為0.170 1。組合權(quán)重最大的指標(biāo)是成土母質(zhì)，為0.157 9最小的是有效鋅，為0.039 3。耕層厚度與障礙層厚度的組合權(quán)重均相對較大，分別為0.100 0和0.082 0。

表3 瓊山區(qū)耕地地力評價指標(biāo)的權(quán)重Table 3 Weight of cultivated land fertility evaluation indexes in Qiongshan District

2.2 不同土地利用方式耕地的地力評價

2010年瓊山區(qū)的耕地總面積為24 270.13hm2，主要利用類型（地類）及其面積分別為灌溉水田8 994.01hm2，旱地13 045.18hm2，水澆地1 230.46hm2，菜地875.86hm2，望天田124.62hm2［18］。從表4可知，旱地中主要為三級地，面積6 031.56hm2，占耕地總面積的24.85%；菜地主中主要為二級地，面積269.47hm2，占耕地總面積的1.11%；灌溉水田中主要為三級地，面積3 799.03hm2，占耕地總面積的15.65%；水澆地和望天田中主要為三級地，面積分別為689.04hm2和51.55hm2，分別占耕地總面積的2.84%和0.21%。各等級耕地中旱地分布面積最大，其次是灌溉水田。

表4 瓊山區(qū)不同地類各等級耕地的面積及其占比Table 4 Area and proportion of cultivated lands with different fertility grade in different soil types in Qiongshan District

2.3 耕地地力等級的空間分布

瓊山區(qū)耕地地力等級的空間分布具有明顯的地域性（圖示）。一級地主要分布在西部的舊州鎮(zhèn)、東南的大坡鎮(zhèn)和中部的三門坡鎮(zhèn)，土層深厚，復(fù)種指數(shù)較高；二級地主要分布在除甲子鎮(zhèn)和龍?zhí)伶?zhèn)以外的其余各鎮(zhèn)；三級地全區(qū)各鎮(zhèn)均有分布，分布面積最大的是舊州鎮(zhèn)，面積最小的是大坡鎮(zhèn)；四級地集中分布在甲子鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)和云龍鎮(zhèn)，其余各鎮(zhèn)均有少面積分布；五級地主要集中分布在甲子鎮(zhèn)。

2.4 不同地力等級耕地的主要屬性

從表5可知，一二級地的成土母質(zhì)以玄武巖為主，四五級地則以砂頁巖為主。各等級耕地的輪作制度均以一年兩熟為主，但面積占比各不相同，四級地占比最大，為70.1%。各種養(yǎng)分、pH和耕層厚度的變化規(guī)律是依地力等級順序逐級降低，而障礙層厚度則呈相反的變化規(guī)律。所有等級耕地中，有效磷和有效鋅處于較豐富水平，速效鉀和有機(jī)質(zhì)處于中等水平，各等級耕地土壤養(yǎng)分不協(xié)調(diào)。排灌能力方面，一級地較強(qiáng)，二級地中等，其余各等級耕地較差。

圖示 瓊山區(qū)耕地地力等級的空間分布Fig. Spatial distribution of cultivated land with different fertility grade in Qiongshan District

表5 瓊山區(qū)各等級耕地的主要屬性指標(biāo)Table 5 Main attribute indexes of cultivated land with different fertility grade in Qiongshan District

3 總結(jié)與討論

通過構(gòu)建?？谑协偵絽^(qū)耕地地力評價指標(biāo)體系并計(jì)算耕地地力綜合指數(shù)，按照相應(yīng)的耕地地力等級標(biāo)準(zhǔn)得出瓊山區(qū)耕地中一至五級地分別占耕地總面積的7.06%、26.78%、44.37%、18.20%和3.59%，其空間分布具有明顯的地域性。所有等級耕地中的土壤有效磷和有效鋅處于較豐富水平，速效鉀和有機(jī)質(zhì)則處于中等水平，各等級耕地土壤養(yǎng)分不協(xié)調(diào)。

本研究所建立的評價指標(biāo)體系構(gòu)存在不足：一是沒有選擇全氮作為評價因子，其原因是土壤中的全氮含量和土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，而根據(jù)指標(biāo)選取的差異性原則，兩者不能同時作為評價指標(biāo)；二是在耕地立地條件方面選擇侵蝕程度指標(biāo)的科學(xué)性有待商榷。因?yàn)楹？谑衅骄０屋^低且波動小，基本不存在土壤侵蝕現(xiàn)象，即使存在差異也不明顯，選擇這一因子違背了差異性原則；三是賦予土壤養(yǎng)分因子的權(quán)重過大，而容易人為改變的因子應(yīng)賦予較小的權(quán)重。因?yàn)檫@類因子不能從本質(zhì)上反應(yīng)耕地屬性，若將養(yǎng)分過低而把立地條件和土壤管理較好的耕地評價為低等級耕地，這顯然違背了地力評價的初衷。因此，類似成土母質(zhì)、地貌類型評價因子應(yīng)賦予較大權(quán)重，這類因子不僅影響地力，而且影響種植制度等熱帶高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展瓶頸。此外，因?yàn)楦氐亓ψ罱K反映在作物產(chǎn)量上，本研究的評價結(jié)果有待實(shí)踐驗(yàn)證并矯正誤差。

［1］張冬明，卓煥福，譚麗霞，等.海南省瓊中縣耕地地力評價研究［J］.中國土壤與肥料，2014（1）：11－14.

［2］劉友兆，何 方，夏 敏，等.耕地適宜性評價專家系統(tǒng)的建立與應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，28（3）：226－230.

［3］徐夢潔，葛向東，張永勤，等.耕地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系及評價［J］.土壤學(xué)報，2001，38（3）：275－284.

［4］何毓蓉，周紅藝，張保華，等.長江上游典型區(qū)的耕地地力與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整——以川江流域及其周邊地區(qū)為例［J］.水土保持學(xué)報，2003，17（3）：86－88.

［5］茹淑華，張寶悅，孫世友，等.河北平原土壤質(zhì)量的模糊數(shù)學(xué)方法綜合評價［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，9（3）：44－48.

［6］袁秀杰，趙庚星，朱雪欣.平原和丘陵區(qū)耕地地力評價及其指標(biāo)體系銜接研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，4 （7）：65－71.

［7］馮耀祖，耿慶龍，陳署晃，等.基于GIS的縣級耕地地力評價及土壤障礙因素的分析［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，48（12）：2281－2288.

［8］王晶晶.海南墾區(qū)耕地地力評價研究［D］.海口：海南大學(xué)，2010.

［9］王登峰，魏志遠(yuǎn)，呂烈武，等.基于FMT－AHP的海南澄邁縣耕地地力評價研究［J］.熱帶作物學(xué)報，2012，33（11）：1966－1970.

［10］瓊山縣農(nóng)業(yè)局.瓊山縣土壤普查報告書［M］.?？冢撼霭嬲卟辉?，1986.

［11］王良杰，趙玉國，郭 敏，等.基于GIS與模糊數(shù)學(xué)的縣級耕地地力質(zhì)量評價研究［J］.土壤，2010，18（2）：229－234.

［12］魯明星，賀立源，吳禮樹，等.我國耕地地力評價研究［J］.生態(tài)環(huán)境，2006，15（4）：866－871.

［13］Silvent W.Ecological impact classification with fuzzy sets［J］.Ecological Modeling，1997，96（1）：1－10.

［14］全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心.耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006.

［15］蔡立群，張仁陟，羅珠珠，等.基于GIS的定西市安定區(qū)耕地地力評價研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011 （12）：145－150.

［16］孫維俠，黃 標(biāo)，楊榮清，等.長江三角洲典型地區(qū)農(nóng)田土壤速效磷鉀時空演變特征及其驅(qū)動力［J］.南京大學(xué)學(xué)報，2005，41（6）：648－657.

［17］中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY／T309－1996全國耕地類型區(qū)、耕地地力等級劃分［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

［18］海口市統(tǒng)計(jì)局.?？诮y(tǒng)計(jì)年鑒2011［M］.北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2011.

（責(zé)任編輯：黃筑斌）

Cultivated Land Fertility Evaluation in Qiongshan District，Haikou Based on Cultivated Land Resources Information System

WU Guanghui1，2，3，4，ZHANG Dongming1，2，3，WANG Suigan4，CHEN Sheng4，XIA Haiyang4，XIE Liangshan1，2，3＊

（1.Institute of Agricultural Environment and Soil，Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou，Hainan571100；2.Hainan Scientific Observation and Testing Station of Cultivated Land Preservation，Ministry of Agriculture，Haikou，Hainan571100；3.Hainan Key Laboratory of Cultivated Land Preservation，Haikou，Hainan571100；4.Haikou Center for Popularizing Agricultural Techniques，Haikou，Hainan570206，China）

The evaluation index system of cultivated land fertility includes 12evaluation indexes based on cultivated land resources management information system at county level.The grade of cultivated land fertility in Qiongsha District，Haikou is evaluated by the integrated cultivated land fertility index calculated by fuzzy mathematic theory and AHP to effectively understand cultivated land quality and provide the theoretical reference for evaluation of cultivated land fertility in Haikou.Results：The area of first－grade land，second－grade land，third－grade land，fourth－grade land and fifth－grade land is 1 713.05hm2，6 500.50hm2，10 768.03hm2，4 418.12hm2and 870.43hm2，which accounts for 7.05%，26.78%，44.37%，18.20%and 3.59%of total cultivated land area respectively.

cultivated land；soil fertility evaluation；integrated fertility index；Haikou

S159.2

A

1001－3601（2016）07－0318－0138－04

2016－05－03；2016－06－30修回

海南耕地改良關(guān)鍵技術(shù)研究與示范專項(xiàng)“海水倒灌農(nóng)田土壤鹽漬化監(jiān)測、評價和修復(fù)改良技術(shù)研究與示范推廣”（HNGDhs201501）；海南省省屬科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)“海南農(nóng)田土壤硅素化學(xué)特征研究”（KYYS－2015－12），“海南農(nóng)田土壤重金屬狀況調(diào)查”（KYYS－2016－02）；農(nóng)業(yè)部測土配方施肥資金補(bǔ)貼項(xiàng)目“?？谑协偵絽^(qū)耕地地力評價”；農(nóng)業(yè)部耕地地力評價項(xiàng)“海南省省級耕地地力匯總評價”

吳光輝（1966－），男，農(nóng)藝師，從事土壤肥料、農(nóng)業(yè)新技術(shù)的引進(jìn)應(yīng)用與推廣工作。E－mail：purverye＠163.com

＊通訊作者：張冬明（1982－），男，副研究員，碩士，從事土壤肥料、農(nóng)業(yè)新技術(shù)的引進(jìn)應(yīng)用與推廣工作。E－mail：dongming＿03＠163.com