基于GIS的甘肅省榆中縣耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)

卜春燕 米成林 汪延彬

摘要：以甘肅省榆中縣為例，建立縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)體系，運(yùn)用"重點(diǎn)因素劃定"方法劃分縣域耕地質(zhì)量漸變類型分區(qū)并確定主導(dǎo)因素，布設(shè)監(jiān)測樣點(diǎn)。對樣點(diǎn)的主導(dǎo)因素進(jìn)行監(jiān)測，獲取樣點(diǎn)等別變化情況，通過計(jì)算各監(jiān)測樣點(diǎn)代表面積，進(jìn)而估算出漸變類型分區(qū)、縣域耕地等別變化情況。結(jié)果表明，相比2017年耕地質(zhì)量更新評價(jià)成果，榆中縣耕地國家利用等級平均提高0.38等。榆中縣耕地質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素為灌溉保證率和土壤有機(jī)質(zhì)含量。干旱瘠薄型和山地干旱型分區(qū)灌溉保證率未發(fā)生變化，肥力提升型區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量有降低趨勢。為了提升榆中縣耕地質(zhì)量，對于無灌溉保證率的問題，需實(shí)施引灌工程進(jìn)行解決，而土壤有機(jī)質(zhì)含量較低則需通過長期持續(xù)的測土配方施肥或農(nóng)家肥大量施用等手段解決。

關(guān)鍵詞：耕地質(zhì)量等別;漸變類型分區(qū);監(jiān)測樣點(diǎn);榆中縣

中圖分類號：S158? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）08-0028-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.08.008

Abstract：Taking Yuzhong County in Gansu Province as an example， the monitoring and evaluation system of cultivated land quality at county level was established， using the method of “key factor delineation” to divide the county-level cultivated land quality gradual change types，determines the leading factors， and arranges monitoring points. Monitor the dominant factors of the sample points， obtain the changes of the sample points，and calculate the representative area of each monitored sample， and then estimate the change of the gradual type districts and the cultivated land of the county. The results showed that compared with the updated evaluation results of the quality of cultivated land in Yuzhong County in 2017， the national utilization of cultivated land in Yuzhong County has increased by 0.38 on average. The main factors for changes in the quality of cultivated land in Yuzhong County are the irrigation guarantee rate and the content of soil organic matter.The arid and barren type and the mountain arid type have no change in the guarantee rate of zoning irrigation， and the soil organic matter content in the fertility-enhancing area has a tendency to decrease. In order to improve the quality of cultivated land in Yuzhong County， irrigation projects should be implemented to solve the problem of no irrigation guarantee rate， while the low soil organic matter content should be solved by long-term continuous soil testing and formula fertilization or large amount of farm fertilizer application.

Key words：Cultivated land quality level;Gradient type partition ;Monitoring sample;Yuzhong County

耕地是人類賴以生存及發(fā)展的非常重要的土地資源，伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕地質(zhì)量的調(diào)查工作顯得尤為重要[1 - 3 ]。2009年根據(jù)國土資源部重點(diǎn)工作安排，甘肅省完成了省域農(nóng)用地分等工作，并于2011年底完成全省耕地質(zhì)量等別補(bǔ)充完善工作，全面摸清了甘肅省耕地的質(zhì)量及分布情況。2014年起，每年對耕地質(zhì)量成果進(jìn)行年度更新，該項(xiàng)工作的主要目的是查清年度內(nèi)新增、減少和質(zhì)量建設(shè)耕地的質(zhì)量[4 - 5 ]。近年來，由于自然及利用方式的影響，現(xiàn)有耕地質(zhì)量已出現(xiàn)漸變趨勢，因此通過抽樣監(jiān)測漸變耕地，全面掌握年度內(nèi)耕地質(zhì)量等別漸變類型、分布范圍及主導(dǎo)因素變化情況，分析耕地質(zhì)量等別和產(chǎn)能變化趨勢十分必要。

我們以甘肅榆中縣為例，研究了甘肅省縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)方法。在縣域內(nèi)劃定耕地質(zhì)量等別漸變類型區(qū)，在耕地質(zhì)量等別漸變類型區(qū)的每個(gè)等別的耕地上選擇固定監(jiān)測單元和隨機(jī)監(jiān)測單元，基于固定監(jiān)測單元主導(dǎo)因素屬性的變化，評價(jià)縣域內(nèi)耕地質(zhì)量漸變耕地的質(zhì)量等別變化趨勢。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)概況

榆中縣位于甘肅中部，地處隴中黃土高原，境內(nèi)地形復(fù)雜，海拔高差大，降水量分布不均，北山地區(qū)年降水量最少，為300 mm。全縣土地總面積為329 469.66 hm2，其中耕地總面積111 926.29 hm2，占土地總面積的33.97%[6 - 8 ]。耕地資源中，水田面積為130.71 hm2，占耕地總面積的0.12%，主要分布在青城鎮(zhèn);水澆地面積為24 557.34 hm2，占耕地總面積的21.94%，主要分布在高崖鎮(zhèn)、甘草鎮(zhèn)、青城鎮(zhèn)、定遠(yuǎn)鎮(zhèn)、馬坡鄉(xiāng)和清水驛鄉(xiāng);旱地面積為87 238.24 hm2，占耕地總面積的77.94%，主要分布在貢井鄉(xiāng)、中連川鄉(xiāng)、哈峴鄉(xiāng)、園子岔鄉(xiāng)、甘草鎮(zhèn)、高崖鎮(zhèn)和龍泉鄉(xiāng)。

1.2? ?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要包括2017年榆中縣耕地質(zhì)量更新評價(jià)成果、2017年榆中縣土地變更調(diào)查成果、2017年榆中縣測土配方施肥成果、2017年榆中縣高分一號高分辨率遙感影像。數(shù)據(jù)來源于“甘肅省耕地質(zhì)量等別監(jiān)測評價(jià)”項(xiàng)目。

1.3? ?研究方法

1.3.1? ?漸變類型分區(qū)的劃分? ?通過查閱文獻(xiàn)，并結(jié)合甘肅省實(shí)際，采用“重點(diǎn)分等因素劃定”方法進(jìn)行劃分[9 ]。該方法主要依據(jù)榆中縣各分等因素值的空間分布多樣性，運(yùn)用GIS空間疊加分析方法獲取分區(qū)線，再通過行政界線（村界）、自然界線（道路、河流、山谷線、山脊線）等修飾分區(qū)線形成最終分區(qū)界線。分區(qū)確定后，根據(jù)分區(qū)內(nèi)各分等因素級別，分析影響耕地質(zhì)量的因素，確定每一分區(qū)的類型[10 ]。

1.3.2? ?樣點(diǎn)布設(shè)? ?依據(jù)國土資源部土地整治中心下發(fā)的《耕地質(zhì)量等別年度監(jiān)測評價(jià)技術(shù)手冊》（試行），考慮到耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)要對監(jiān)測樣點(diǎn)的土樣理化性質(zhì)進(jìn)行檢測，而各縣農(nóng)牧部門每年開展的測土配方施肥采樣工作，其成果就是全縣范圍內(nèi)耕地的土樣理化數(shù)據(jù)和耕種信息，為節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)各部門之間數(shù)據(jù)共享，研究監(jiān)測樣點(diǎn)布設(shè)總體思路是“以測土配方施肥樣點(diǎn)為參考點(diǎn)，以具有典型代表性為原則，考慮便利度、均勻分布等因素共同確定”[11 - 12 ]。

1.3.3? ?外業(yè)調(diào)查與主導(dǎo)因素屬性賦值? ?外業(yè)調(diào)查的主要工作一是確定前期內(nèi)業(yè)確定樣點(diǎn)的實(shí)地現(xiàn)狀，是否為耕地、是否進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并采集樣點(diǎn)現(xiàn)狀照片;二是調(diào)查前期內(nèi)業(yè)無法獲取的主導(dǎo)因素屬性如灌溉保證率等定性指標(biāo);三是走訪樣點(diǎn)所在村委會，了解該村耕地施肥情況、耕作模式、投入產(chǎn)出及存在主要問題等。

耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)工作，只需對樣點(diǎn)分等因素中主導(dǎo)因素進(jìn)行重新賦值，然后根據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》重新計(jì)算樣點(diǎn)等別[13 ]。榆中縣的主導(dǎo)因素為灌溉保證率、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酸堿度，其中土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酸堿度2個(gè)指標(biāo)值通過測土配方施肥數(shù)據(jù)獲取，灌溉保證率通過外業(yè)調(diào)查獲取。

1.3.4? ?耕地質(zhì)量等別變化估算? ?為了保證計(jì)算成果的精度，以便更好的體現(xiàn)縣域耕地質(zhì)量變化情況，根據(jù)監(jiān)測樣點(diǎn)等別指數(shù)變化情況，確定各樣點(diǎn)代表面積，用面積加權(quán)法確定區(qū)域年初年末等別指數(shù)，通過等別計(jì)算公式進(jìn)而估算漸變類型分區(qū)等別變化情況。對于縣域等別變化情況，根據(jù)各監(jiān)測樣點(diǎn)等別變化值，加權(quán)各樣點(diǎn)代表面積確定[11 ]。

①漸變類型分區(qū)年初、年末等別指數(shù)計(jì)算。各漸變類型分區(qū)等別指數(shù)，由類型分區(qū)內(nèi)各樣點(diǎn)等別指數(shù)面積加權(quán)得到。

式中，R為漸變類型分區(qū)等別指數(shù)，Si表示漸變類型分區(qū)內(nèi)第i個(gè)樣點(diǎn)的代表面積，gi表示漸變類型分區(qū)內(nèi)第i個(gè)樣點(diǎn)的等別指數(shù)。

②漸變類型分區(qū)年初、年末等別計(jì)算。

漸變類型分區(qū)等別計(jì)算公式為：

式中，G為漸變類型分區(qū)等別，R為漸變類型分區(qū)等別指數(shù)。

③代表面積計(jì)算。監(jiān)測樣點(diǎn)代表面積的計(jì)算分2種情況：當(dāng)漸變類型分區(qū)同等別監(jiān)測點(diǎn)有且僅有1個(gè)時(shí)，該監(jiān)測樣點(diǎn)代表面積為漸變類型分區(qū)內(nèi)該等別耕地面積之和;當(dāng)漸變類型分區(qū)同等別監(jiān)測點(diǎn)有1個(gè)以上時(shí)，該監(jiān)測樣點(diǎn)代表面積為分區(qū)內(nèi)與監(jiān)測樣點(diǎn)連片或最近的同等耕地面積之和。

④縣域等別變化情況的計(jì)算。

式中，K為監(jiān)測縣等別變化值，si為監(jiān)測縣域內(nèi)第i個(gè)樣點(diǎn)的代表面積，vi為監(jiān)測縣域內(nèi)第i個(gè)樣點(diǎn)的等別變化值。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?榆中縣耕地質(zhì)量等別變化情況

從表1可以看出，榆中縣耕地質(zhì)量漸變類型分區(qū)包括土壤堿化型、山地干旱型、干旱瘠薄型和肥力提升型四大類型，共布設(shè)監(jiān)測樣點(diǎn)29個(gè)，其中固定監(jiān)測單元10個(gè)，隨機(jī)監(jiān)測單元19個(gè)。根據(jù)2017年榆中縣耕地質(zhì)量更新評價(jià)成果，從表1還可以看出，榆中縣各分類型區(qū)監(jiān)測樣點(diǎn)的耕地質(zhì)量國家利用等別分別有10等、11等、12等、13等、14等5個(gè)等別，其中10等有4個(gè)點(diǎn)，面積占比為2.77%;11等有4個(gè)點(diǎn)，面積占比為6.97%;12等有4個(gè)點(diǎn)，面積占比為9.02%;13等有5個(gè)點(diǎn)，面積占比為4.12%;14等有12個(gè)點(diǎn)，面積占比為77.11%。從榆中縣各監(jiān)測樣點(diǎn)不同耕地質(zhì)量國家利用等別的個(gè)數(shù)可以看出試驗(yàn)樣點(diǎn)的選取比較有代表性。

經(jīng)計(jì)算，各監(jiān)測樣點(diǎn)等別變化如表2所示。運(yùn)用面積加權(quán)法計(jì)算[14 - 15 ]，榆中縣耕地質(zhì)量國家利用等別平均提高0.38等。具體來看，有1個(gè)監(jiān)測樣點(diǎn)耕地質(zhì)量國家利用等別未發(fā)生變化;10個(gè)監(jiān)測樣點(diǎn)耕地質(zhì)量國家利用等別有所降低，降幅為0.02～0.51;18個(gè)監(jiān)測樣點(diǎn)耕地質(zhì)量國家利用等別有所提高，增幅為0.06～0.46。

2.2? ?榆中縣耕地質(zhì)量等別監(jiān)測漸變類型

從表3看出，榆中縣各類型分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別都有不同程度的變化。其中干旱瘠薄型分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別指數(shù)由年初的285降至年末的284，利用等別由年初的14.00等降低為年末的14.08等，降低0.08等。土壤堿化型分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別指數(shù)年初和年末均為796，利用等別由年初的11.44等降低為年末的11.52等，降低0.08等。山地干旱型分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別指數(shù)年初和年末均為311，利用等別由年初的13.95等上升為年末的13.94等，提升0.01等。肥力提升型有2種不同的變化，其中肥力提升型（一）分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別指數(shù)由年初的462降至年末的461，利用等別由年初的13.49等上升為年末的13.19等，提升0.30等;肥力提升型（二）分區(qū)耕地質(zhì)量國家利用等別指數(shù)由年初的909降至年末的903，利用等別由年初的11.14等上升為年末的10.98等，提升0.16等。

從耕地質(zhì)量漸變類型分區(qū)來看，山地干旱型分區(qū)面積占50.80%，主要位于貢井鄉(xiāng)、中連川鄉(xiāng)、哈峴鄉(xiāng)和園子岔鄉(xiāng)，耕地質(zhì)量等別變化主導(dǎo)因素為土壤有機(jī)質(zhì)含量和灌溉保證率;干旱瘠薄型分區(qū)面積占14.84%，主要位于甘草鎮(zhèn)、高崖鎮(zhèn)和龍泉鄉(xiāng)，耕地質(zhì)量等別變化主導(dǎo)因素為土壤有機(jī)質(zhì)含量和灌溉保證率;肥力提升型分區(qū)面積占19.86%，分布在縣域南、北兩塊，北塊位于青城鎮(zhèn)，南塊主要位于馬坡鄉(xiāng)和新營鄉(xiāng)，耕地質(zhì)量等別變化主導(dǎo)因素為土壤有機(jī)質(zhì)含量;土壤堿化型分區(qū)面積占14.50%，主要位于連塔鄉(xiāng)和城關(guān)鎮(zhèn)，耕地質(zhì)量等別變化主導(dǎo)因素為土壤酸堿度。

3? ?結(jié)論

以甘肅榆中縣為例，研究縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)方法，根據(jù)監(jiān)測樣點(diǎn)得到不同區(qū)域不同利用方式下榆中縣耕地質(zhì)量等別變化情況，結(jié)果表明，基于GIS技術(shù)的“縣域—漸變類型分區(qū)—監(jiān)測樣點(diǎn)”監(jiān)測評價(jià)體系適用于縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)，監(jiān)測評價(jià)精度較高，具有較強(qiáng)的可操作性。相比2017年耕地質(zhì)量更新評價(jià)成果，榆中縣耕地質(zhì)量國家利用等別平均提高0.38等，肥力提升型區(qū)、干旱瘠薄型、山地干旱型和土壤堿化型4個(gè)耕地漸變類型分區(qū)的耕地質(zhì)量國家利用等別有不同程度的變化。

榆中縣耕地質(zhì)量變化主導(dǎo)因素為灌溉保證率和土壤有機(jī)質(zhì)含量。干旱瘠薄型和山地干旱型分區(qū)耕地的灌溉保證率未發(fā)生變化，主要原因?yàn)橛苤锌h東北部山區(qū)山巒起伏，溝壑縱橫，氣候干旱，土地利用主要以旱作農(nóng)業(yè)為主，無灌溉保證率。肥力提升型區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量有降低趨勢，主要原因一是成本，90%農(nóng)民施肥以化肥偏多，農(nóng)家肥較少，長年大量使用化肥導(dǎo)致地力降低;二是分區(qū)種植作物主要為蔬菜，耕作層較淺，土壤肥力保持度降低，地膜的使用對地力條件也存在一定程度的影響。為了提升榆中縣耕地質(zhì)量，需對癥下藥，對于無灌溉保證率的問題，需實(shí)施引灌工程，而土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的問題則需通過長期持續(xù)的測土配方施肥或農(nóng)家肥使用等手段加以解決。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）