張 杰, 趙瑞東, 田 超, 邱 瑞, 石博安, 楊金澤, 陳青鋒, 陳亞恒,**

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基于限制程度排序的盧龍縣耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域劃定研究*

張 杰1, 趙瑞東3, 田 超2, 邱 瑞1, 石博安2, 楊金澤2, 陳青鋒1, 陳亞恒1,2**

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院 保定 071000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 保定 071000; 3. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)商學(xué)院 保定 071000)

耕地是保證國家糧食安全的先決條件, 也是保障社會(huì)安全及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。中國耕地總體數(shù)量基數(shù)大, 但整體的質(zhì)量水平卻很低。為明確耕地整治方向, 針對(duì)不同地區(qū)進(jìn)行不同重點(diǎn)的耕地整治, 本文基于秦皇島盧龍縣農(nóng)用地分等定級(jí), 構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 運(yùn)用得分因子標(biāo)識(shí)法, 確定限制因子組合類型, 引入障礙度模型對(duì)限制因子組合進(jìn)行修正, 對(duì)盧龍縣進(jìn)行限制因子重點(diǎn)區(qū)域劃定。結(jié)果顯示, 盧龍縣15 981個(gè)耕地地塊都存在高限制因子, 匯總95種限制因子組合類型, 共計(jì)43 909.71 hm2。引入障礙度模型修正后盧龍縣耕地可劃分為5個(gè)主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域: 道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)、地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū)、灌溉保證率限制因子主導(dǎo)區(qū)、農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)和有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū); 其中農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)整治面積最大, 為37 680.91 hm2, 占耕地總面積的85.81%, 主要分布在盧龍鎮(zhèn)、燕河營鎮(zhèn)和雙望鎮(zhèn); 其次為有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū), 面積為3 861.32 hm2, 主要分布在印莊鄉(xiāng); 道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)整治面積為1 876.16 hm2, 主要分布在雙望鎮(zhèn); 灌溉保證率限制因子主導(dǎo)區(qū)整治面積為319.44 hm2,主要分布在燕河營鎮(zhèn); 地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū)整治面積最小, 為171.87 hm2, 占耕地總面積的0.39%, 主要分布在劉田各莊鎮(zhèn)。結(jié)合重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)限制因子可知, 盧龍縣主要限制因子以農(nóng)田防護(hù)林比率和有效土層厚度為主, 灌溉保證率和道路通達(dá)度為輔; 在進(jìn)行耕地整治時(shí), 可重點(diǎn)加強(qiáng)防護(hù)林建設(shè), 增加有效土層厚度, 改良土壤, 提高土壤肥力, 加強(qiáng)農(nóng)田設(shè)施及田間道路建設(shè), 確保糧食穩(wěn)中增產(chǎn), 保障區(qū)域內(nèi)糧食安全。研究結(jié)果可為丘陵山區(qū)整治規(guī)劃、劃定耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域提供技術(shù)支持, 為今后耕地整治提供科學(xué)依據(jù)。

耕地質(zhì)量提升; 限制因子; 限制程度; 重點(diǎn)區(qū)域; 盧龍縣

糧食安全問題是當(dāng)今世界面臨的重要問題, 為確保糧食產(chǎn)量穩(wěn)中有增, 耕地整治勢在必行[1-3]。增加糧食產(chǎn)量有兩種途徑, 分別為耕地后備資源開發(fā)和提升現(xiàn)有耕地質(zhì)量。隨著土地開發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)行, 耕地后備資源越來越少, 而提升現(xiàn)有耕地質(zhì)量將成為今后相關(guān)工作的重中之重, 提升現(xiàn)有耕地質(zhì)量的措施即為土地整治工程。目前土地整治工程雖取得較大成效, 但仍存在整治效率低, 目標(biāo)不明確, 缺少針對(duì)性, 資金使用效率低等問題, 對(duì)主要限制因子進(jìn)行針對(duì)性改良, 是土地整治工程的重要內(nèi)容。

目前, 國內(nèi)關(guān)于耕地質(zhì)量提升的研究大多直接利用農(nóng)用地分等定級(jí)成果中的因素作為指標(biāo)來評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量的提升, 忽略了耕地整治可改造限制因子的影響[4-6]。在區(qū)域耕地整治的分區(qū)研究, 國內(nèi)學(xué)者主要運(yùn)用相應(yīng)理論方法對(duì)耕地生產(chǎn)力、土地整理、可持續(xù)利用及耕地價(jià)值等進(jìn)行分區(qū)研究。劉國勖等[7]以松嫩平原為研究區(qū), 采用模糊聚類法針對(duì)相關(guān)縣市的耕地生產(chǎn)能力進(jìn)行分區(qū); 后期借助地理信息系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型集成技術(shù), 進(jìn)行區(qū)域耕地資源價(jià)值的分區(qū)[8]; 邢世和等[9]通過構(gòu)建24個(gè)識(shí)別變量并借助主成分分析法和模糊聚類法對(duì)福建省的耕地可持續(xù)利用進(jìn)行了分區(qū)評(píng)價(jià); 劉玉等[10]在分析區(qū)域耕地利用強(qiáng)度、增產(chǎn)潛力與綜合產(chǎn)能的基礎(chǔ)上, 針對(duì)研究區(qū)的耕地利用情況, 劃分重點(diǎn)整理、優(yōu)化提升、核心保護(hù)三大區(qū)域。在土地整理方面, 利用景觀生態(tài)分析法和以農(nóng)用地分等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分區(qū)方法較有代表性[11-12]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)基本農(nóng)田和高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田重點(diǎn)建設(shè)區(qū)劃定方法研究上, 主要基于土地評(píng)價(jià)方法, 通過構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系, 進(jìn)行基本農(nóng)田的劃定工作[13-16]。綜上所述, 耕地質(zhì)量提升和土地分區(qū)的相關(guān)領(lǐng)域研究較受關(guān)注, 但對(duì)耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域劃定提出科學(xué)有效的技術(shù)方法涉及較少。

近年來, 隨著工業(yè)化的發(fā)展、城市擴(kuò)張及土地污染加劇, 耕地質(zhì)量下降, 耕地質(zhì)量提升迫在眉睫。為保證縣域內(nèi)的糧食安全, 提高中低產(chǎn)田耕地質(zhì)量, 河北省盧龍縣耕地整治勢在必行。由于盧龍縣開展耕地整治時(shí)間不長, 資金籌措渠道單一, 主要完善了田間路系統(tǒng), 而有效土層厚度等因素沒有改良, 缺乏有針對(duì)性的土地整治措施。本文通過盧龍縣耕地的本底條件與利用條件兩個(gè)方面選取耕地質(zhì)量限制因子, 構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 引入限制因子障礙度分析模型, 劃分耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域, 在整治區(qū)明確各耕地質(zhì)量限制因子的程度, 提出有針對(duì)性的整治措施, 為燕山山脈丘陵地區(qū)土地整治提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

盧龍縣位于河北省秦皇島市西部, 118°45′54″E~119°08′06″E, 39°43′00″N~40°08′42″N, 處于華北平原的北部邊緣地帶, 主體地貌類型為山地丘陵, 高程在22.7~627.0 m, 絕對(duì)高程差599.3 m。2014年全縣土地總面積95 580.24 hm2, 其中耕地面積43 909.71 hm2, 占全縣土地總面積的45.94%。盧龍縣地貌多樣, 本文選取燕山山地丘陵區(qū)的盧龍縣作為研究區(qū)域(圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所需數(shù)據(jù)來源為盧龍縣2014年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫, 盧龍縣土壤志1︰1萬土壤圖, 2014年30 m′30 m DEM影像圖(地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站http:// www.gscloud.cn), 2012年盧龍縣農(nóng)用地分等成果(圖件、文本、數(shù)據(jù)庫、測算表格等), 2014年盧龍縣耕地質(zhì)量更新成果, 盧龍縣林業(yè)部門統(tǒng)計(jì)資料等。其中, 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)所需有效土層厚度、灌溉保證率、有機(jī)質(zhì)含量等分等因子數(shù)據(jù)由農(nóng)用地分等成果數(shù)據(jù)庫獲得; 田間(生產(chǎn))路、圖斑形態(tài)、農(nóng)田防護(hù)林?jǐn)?shù)據(jù)由土地利用現(xiàn)狀圖提取。

2 研究方法

2.1 構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.1 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

基于盧龍縣農(nóng)用地分等定級(jí)成果, 對(duì)耕地質(zhì)量的現(xiàn)狀進(jìn)行分析, 并充分考慮耕地質(zhì)量的內(nèi)涵與基本特征, 遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則, 構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。首先, 基于以往的盧龍縣土地整治工程, 主要對(duì)灌溉保證率、有機(jī)質(zhì)含量、田塊連片度、田塊規(guī)整度、田塊平整度、田間道路通達(dá)度、耕作便利度和農(nóng)田防護(hù)林比率布設(shè)工程項(xiàng)目, 基于2012年農(nóng)用地分等定級(jí)成果選取地形坡度、表土質(zhì)地、剖面構(gòu)型、土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效土層厚度、灌溉保證率、農(nóng)田防護(hù)林比率、耕作便利度、道路通達(dá)度、田塊平整度、田塊規(guī)整度和田塊連片度12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo); 其次以地形坡度等12個(gè)限制因子分值為自變量, 以耕地質(zhì)量利用等指數(shù)為因變量對(duì)各限制因子通過SPSS進(jìn)行多因子多元回歸分析, 確定耕地質(zhì)量影響因子與耕地質(zhì)量之間的關(guān)系, 并運(yùn)用主成分分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重; 再次, 在Arcgis中將盧龍縣土地利用現(xiàn)狀圖、地形圖、土壤圖進(jìn)行疊加, 并提取其15 981個(gè)耕地圖斑作為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)單元, 構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 為耕地質(zhì)量限制因子限制程度計(jì)算提供基礎(chǔ)。

表1 盧龍縣耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

1)田塊連片度[17]()。反映田塊的集中連片程度,值以地塊面積作為基礎(chǔ)進(jìn)行量化,值越大, 代表地塊連片程度越高, 反之則越低。具體計(jì)算如下:

2)田塊規(guī)整度[18](FRAC)。借用景觀生態(tài)學(xué)中的分形維數(shù)(FRAC)來表達(dá)(公式2), 分形維數(shù)描述了田塊周邊的復(fù)雜程度, 該指數(shù)理論范圍為[1.0, 2.0], 數(shù)越小表示田塊越規(guī)則。最小值為1.0, 表示評(píng)價(jià)單元是最簡單的正方形; 最大值為2.0, 表示評(píng)價(jià)單元為最復(fù)雜的地塊, 其計(jì)算公式如下:

3)田塊平整度計(jì)算[18]。用田塊相對(duì)高程差來表示田塊平整度的高低, 基于DEM數(shù)據(jù), 在Arcgis 9.3軟件平臺(tái)中對(duì)田塊的最大高程值與最小高程值利用3D分析、空間分析計(jì)算高程差。

4)田間道路通達(dá)度、耕作便利度計(jì)算[19]。區(qū)位條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)便利度都將對(duì)耕地質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。因此, 本文中耕地的區(qū)位條件用田間道路通達(dá)度來表示; 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)便利度選擇耕作便利度指標(biāo)來表示。這兩個(gè)因子均屬于擴(kuò)散型指標(biāo), 道路通達(dá)度用田塊到現(xiàn)狀公路的距離作為度量; 而耕作便利度, 則利用評(píng)價(jià)單元到農(nóng)村道路距離作為衡量尺度。兩指標(biāo)作為線性指標(biāo), 以直線衰減法進(jìn)行賦值計(jì)算, 其具體計(jì)算見公式(3)-(5):

(4)

(5)

5)農(nóng)田防護(hù)林比率[20]。根據(jù)林業(yè)部門2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 計(jì)算各耕地斑塊的防護(hù)林面積比例, 其計(jì)算公式如下:

2.1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

為使評(píng)價(jià)工作規(guī)范化和便于數(shù)據(jù)處理, 對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)因子進(jìn)行量化分級(jí), 并根據(jù)不同等級(jí)分別賦值。賦值區(qū)間為[0, 100], 分值大小與耕地質(zhì)量呈正相關(guān)。分等因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)2012年盧龍縣農(nóng)用地分等定級(jí)的成果對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí); 補(bǔ)充因子根據(jù)盧龍縣高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)相關(guān)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、盧龍縣山地丘陵區(qū)的現(xiàn)狀并結(jié)合專家意見與農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.2 評(píng)價(jià)單元限制因子組合類型設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)各評(píng)價(jià)單元限制程度組合類型之前, 首先對(duì)各限制因子進(jìn)行定義, 并確定各限制因子對(duì)耕地質(zhì)量的限制程度。本文在設(shè)計(jì)因子組合類型中采取得分因子標(biāo)識(shí)的方法[21], 代替原有的因子組合類型, 因子得分標(biāo)識(shí)即為生長環(huán)境對(duì)作物的滿足程度。滿足程度越小, 說明該因子對(duì)耕地質(zhì)量的限制作用越大。滿足程度最小的為第1限制因子, 次之為第2限制因子, 依次類推。按照這一原則并依據(jù)表2評(píng)價(jià)指標(biāo)分值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 當(dāng)分值低于50分時(shí), 該評(píng)價(jià)指標(biāo)就會(huì)對(duì)作物表現(xiàn)出明顯的限制作用。各地塊耕地質(zhì)量限制因子分值詳見表3。

表2 盧龍縣耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)分值表

當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量小于50分(有機(jī)質(zhì)含量小于15 g×kg-1)時(shí)則可以說明養(yǎng)分貧瘠, 表層土壤質(zhì)地為礫質(zhì)土、缺少灌溉條件, 這些條件均導(dǎo)致作物生長受到明顯限制。因此在研究中, 將得分在10~50的指標(biāo)稱為高限制因子。而坡度低于5°的緩坡、極緩坡, 表層土壤質(zhì)地為壤土、灌溉保證率能夠滿足作物生長需求, 這些指標(biāo)的分值一般為90~100分, 可以稱為低限制因子(因子得分屬于相對(duì)高低, 分值為100分并不等同于無限制程度, 不存在絕對(duì)無限制程度的因子, 因此將分值為100分的因子也劃分為低限制因子)。最后, 將剩余得分在60~80分的因子劃分為中等限制因子。

將劃分的不同限制等級(jí)的影響因子按照“高中低”的組合代替前文中的標(biāo)識(shí)代碼, 然后再以高限制因子為主要限制因子, 并結(jié)合其含有的高限制因子個(gè)數(shù)確定最終影響因子組合類型, 如“低中低高高高高中高中低高”的最終影響因子組合類型是“6 有效土層厚度+有機(jī)質(zhì)含量+灌溉保證率+田塊連片度+道路通達(dá)度+農(nóng)田防護(hù)林比率”, 其中“6”表示高限制因子個(gè)數(shù), “有效土層厚度+有機(jī)質(zhì)含量+灌溉保證率+ 田塊連片度+道路通達(dá)度+農(nóng)田防護(hù)林比率”則是主要高限制因子類型組合。

2.3 構(gòu)建障礙度模型

通過得分因子標(biāo)識(shí)法確定了盧龍縣耕地質(zhì)量限制因子組合, 找到了各地塊的耕地質(zhì)量限制因子, 為了將劃分重點(diǎn)區(qū)域落實(shí)到項(xiàng)目層面, 本文通過障礙度模型, 引入因子貢獻(xiàn)度、指標(biāo)偏離度和障礙度, 對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理和障礙度計(jì)算, 準(zhǔn)確了解評(píng)價(jià)單元中限制因子限制程度排序, 并對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行細(xì)分, 提升理論的適用性。

2.3.1 指標(biāo)歸一化

評(píng)價(jià)單元內(nèi)所選指標(biāo)的量綱不同, 因此在計(jì)算障礙度中, 不能直接按照各評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算。因此需要在計(jì)算障礙度之前首先對(duì)所有的指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理, 使12個(gè)耕地質(zhì)量限制因子處于同一維度, 達(dá)到全局可比的水平。本文中, 運(yùn)用極差法[22]進(jìn)行歸一化處理, 使所有的限制因子均在[0,1]之間分布, 具體歸一化過程如下所示:

對(duì)于正向指標(biāo):(7)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo):(8)

2.3.2 障礙度模型確定評(píng)價(jià)單元限制因子限制程度

障礙度識(shí)別模型[13]通過引入因子貢獻(xiàn)度、指標(biāo)偏離度和障礙度3個(gè)指標(biāo), 通過比對(duì)每個(gè)限制因子的障礙度數(shù)值, 則可得到評(píng)價(jià)單元中限制因子限制程度排序。障礙度識(shí)別模型具體如下:

(10)

3 結(jié)果與分析

3.1 限制因子組合區(qū)域劃定

通過得分因子標(biāo)識(shí)法對(duì)盧龍縣15 981個(gè)耕地地塊進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)每個(gè)耕地地塊都存在高限制因子, 因此本文以全縣域內(nèi)所有耕地作為研究對(duì)象, 最終匯總出95種類型(表4)。全縣有高限制因子的面積為43 909.71 hm2, 其中限制因子個(gè)數(shù)為5個(gè)的區(qū)域面積最大, 為16 095.53 hm2, 占縣域耕地總面積的36.66%, 主要分布在盧龍縣的北部; 限制因子個(gè)數(shù)為9個(gè)的面積最少, 為160.43 hm2, 占縣域耕地總面積的0.37%, 主要分布在盧龍縣中部的下寨鄉(xiāng)。限制因子組合類型現(xiàn)狀分布見圖2。

表4 盧龍縣耕地質(zhì)量限制因子組合類型

3.2 主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域劃定分析

限制因子組合重點(diǎn)區(qū)域在土地整治工程中存在盲目性, 為將限制因子組合重點(diǎn)區(qū)域落實(shí)到項(xiàng)目層面, 對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行細(xì)分, 提升理論的適用性, 真正提高耕地整治工程的效率與精度, 運(yùn)用障礙度模型, 對(duì)盧龍縣耕地質(zhì)量各評(píng)價(jià)單元的限制因子組合進(jìn)行由大到小修正, 對(duì)耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域做進(jìn)一步細(xì)分, 劃分為以具體限制因子為主導(dǎo)的類型區(qū)域, 指明不同重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)、工程類型及提升方向, 盡量提高耕地質(zhì)量提升工程實(shí)施的效率。修正后各因子組合類型見表5。

由表5可知, 盧龍鎮(zhèn)主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)分為5個(gè)區(qū), 分別為道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)、地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū)、灌溉保證率限制因子主導(dǎo)區(qū)、農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)和有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)。其中農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)面積最大, 為37 680.91 hm2, 占盧龍縣主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域總面積的85.81%; 面積最小的是地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū), 為171.87 hm2, 占盧龍縣主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域總面積的0.39%。盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)面積見表6, 耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)分布見圖3。

表5 盧龍縣耕地質(zhì)量限制因子組合類型修正結(jié)果

續(xù)表

序號(hào)Number限制因子組合Limiting factors combination圖斑數(shù)Polygon number面積Area(hm2)因子主導(dǎo)區(qū)Factor dominated region小計(jì)圖斑數(shù)Subtotal polygon number小計(jì)面積Subtotal area (hm2) 12農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+有效土層厚度Farmland shelter belt ratio + road accessibility + effective soil thickness2 7347 273.51農(nóng)田防護(hù)林比率主導(dǎo)區(qū)Farmland shelter belt ratio dominated region13 97837 680.91 13農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+灌溉保證率Farmland shelter belt ratio + road accessibility + irrigating guarantee rate2 7837 844.29 14農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+田塊連片度Farmland shelter belt ratio + road accessibility + field contiguous degree 173 516.82 15農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+田塊平整度Farmland shelter belt ratio + road accessibility + field planeness 17 57.28 16農(nóng)田防護(hù)林比率+地形坡度+道路通達(dá)度Farmland shelter belt ratio + terrain slope + road accessibility 5 6.84 17農(nóng)田防護(hù)林比率+地形坡度+田塊連片度Farmland shelter belt ratio + terrain slope + field contiguous degree 5 17.72 18農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+道路通達(dá)度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + road accessibility 7472 113.30 19農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+田塊平整度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + field planeness 235 535.71 20農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+田塊連片度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + field contiguous degree1 3852 093.81 21農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+耕作便利度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + farmingconvenience degree 3131 202.13 22農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+地形坡度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + terrain slope 9 26.47 23農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+有效土層厚度Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + effective soil thickness 3341 528.00 24農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率+有機(jī)質(zhì)含量Farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate + soil organic matter content 3 24.38 25農(nóng)田防護(hù)林比率+有效土層厚度+灌溉保證率Farmland shelter belt ratio + effective soil thickness + irrigating guarantee rate4 10710 991.69 26農(nóng)田防護(hù)林比率+有效土層厚度+道路通達(dá)度Farmland shelter belt ratio + effective soil thickness + road accessibility 8092 430.97 27農(nóng)田防護(hù)林比率+有效土層厚度+田塊平整度Farmland shelter belt ratio + effective soil thickness + field planeness 3191 017.99 28有效土層厚度+灌溉保證率+田塊平整度Effective soil thickness + irrigating guarantee rate + field planeness 63 46.54有效土層厚度主導(dǎo)區(qū)Effective soil thickness dominated region 1 3503 861.32 29有效土層厚度+灌溉保證率+道路通達(dá)度Effective soil thickness + irrigating guarantee rate + road accessibility 32 12.28 30有效土層厚度+灌溉保證率+耕作便利度Effective soil thickness + irrigating guarantee rate + farming convenience degree 13 23.57 31有效土層厚度+灌溉保證率+農(nóng)田防護(hù)林比率Effective soil thickness + irrigating guarantee rate + farmland shelter belt ratio 138 138.99 32有效土層厚度+灌溉保證率+田塊連片度Effective soil thickness + irrigating guarantee rate + field contiguous degree 201 106.53 33有效土層厚度+農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率Effective soil thickness + farmland shelter belt ratio + irrigating guarantee rate 9033 533.42

1)道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)域

道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積為1 876.16 hm2, 占縣域耕地總面積的4.27%, 零星分布在全縣, 其中雙望鎮(zhèn)分布最多, 達(dá)413.55 hm2, 占該限制因子主導(dǎo)區(qū)域11.82%。包括3個(gè)2級(jí)限制因子主導(dǎo)區(qū), 其中有效土層厚度2級(jí)主導(dǎo)區(qū), “道路通達(dá)度+有效土層厚度+農(nóng)田防護(hù)林比率”因子組合面積在道路通達(dá)度限制因子主導(dǎo)區(qū)域面積最大, 為976.14 hm2, 占該限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的52.03%, 主要分布在盧龍縣中部和北部的雙望鎮(zhèn)、燕河營鎮(zhèn)、潘莊鎮(zhèn)和印莊鎮(zhèn)。該區(qū)域主導(dǎo)限制因子為道路通達(dá)度, 在實(shí)施整治項(xiàng)目時(shí), 應(yīng)首先加強(qiáng)對(duì)道路及田間路的建設(shè), 還應(yīng)考慮其次限制因子農(nóng)田防護(hù)林比率、灌溉保證率和有效土層厚度限制, 加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),并積極防止自然災(zāi)害引起的水土流失現(xiàn)象。

表6 盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)面積比例

2)地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū)域

地形坡度限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積為171.87 hm2,僅占縣域耕地總面積的0.39%, 是所有限制因子主導(dǎo)區(qū)域中面積最小的一個(gè), 主要分布在地形地勢較高的石門鎮(zhèn)和陳官屯鄉(xiāng)。該主導(dǎo)限制因子區(qū)域內(nèi)有2種限制因子組合, 分別為“地形坡度+農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度”和“地形坡度+農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率”。該區(qū)域由于地形地勢較高, 灌溉、交通不方便, 造成田間路道路通達(dá)度和灌溉保證率受限制, 提升難度較大, 但由于土層厚度適宜, 田塊較平整, 集中連片程度較好, 整治時(shí)可考慮建設(shè)梯田。

3)灌溉保證率限制因子主導(dǎo)區(qū)域

灌溉保證率限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積為319.44 hm2, 占縣域耕地總面積的0.73%, 僅比地形坡度主導(dǎo)區(qū)域的面積大, 且地塊分布較散, 絕大部分分布在燕河營鎮(zhèn)、石門鎮(zhèn)和印莊鄉(xiāng)。該區(qū)域包含由道路通達(dá)度、耕作便利度、農(nóng)田防護(hù)林比率和田塊連片度主導(dǎo)的4類2級(jí)限制因子主導(dǎo)區(qū)域的6種限制因子組合, 由灌溉保證率主導(dǎo)的限制因子2級(jí)區(qū)面積最大, 為255.82 hm2, 占到該限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的80.08%, 其中“灌溉保證率+農(nóng)田防護(hù)林比率+耕作便利度”因子組合面積最大, 達(dá)255.59 hm2, 占該限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的80.01%。在該重點(diǎn)區(qū)域內(nèi),由于其他限制因子均處于相對(duì)較好的狀態(tài), 如坡度低平、土壤理化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定, 從高程圖中可以看出該區(qū)域地勢低平, 通過打機(jī)井及修筑引水渠, 使該重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)耕地灌溉保證率得到保障及提升, 在短時(shí)間內(nèi)耕地質(zhì)量提升得到明顯改善, 從而使耕地質(zhì)量相對(duì)較易的達(dá)到較高的水平。

4)農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域

農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積為37 680.91 hm2, 占縣域耕地總面積的85.81%, 是主導(dǎo)限制因子組合中面積最大、分布最廣的區(qū)域。該區(qū)域包含由道路通達(dá)度、地形坡度、灌溉保證率和有效土層厚度主導(dǎo)的4類2級(jí)限制因子主導(dǎo)區(qū)域的16種限制因子組合, 其中道路通達(dá)度為第2主導(dǎo)限制因子面積最大, 為1 5691.90 hm2, 占該限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的41.64%; 在農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)域內(nèi)“農(nóng)田防護(hù)林比率+有效土層厚度+灌溉保證率”因子組合面積最大, 達(dá)1 0991.69 hm2, 占該限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的29.17%, 主要分布在印莊鄉(xiāng)、潘莊鎮(zhèn)和盧龍鎮(zhèn), 面積均超過1 400 hm2; 其次為“農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+灌溉保證率”和“農(nóng)田防護(hù)林比率+道路通達(dá)度+有效土層厚”限制因子組合, 面積分別為7 844.29 hm2和7 273.51 hm2, 分別占農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的20.82%和19.30%, 前者主要分布在雙望鎮(zhèn)和盧龍鎮(zhèn), 面積分別為1 514.96 hm2和1 306.94 hm2, 而后者主要分布在陳官屯鄉(xiāng)和雙望鎮(zhèn), 面積分別為1 188.35 hm2和1 084.10 hm2。農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域在全縣均有分布, 除石門鎮(zhèn)、蛤泊鄉(xiāng)、下寨鄉(xiāng)和劉家營鄉(xiāng)之外其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均超過3 000 hm2, 其中盧龍鎮(zhèn)達(dá)4 117.74 hm2, 占農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積的10.93%。在該區(qū)域內(nèi), 主導(dǎo)限制因子是農(nóng)田防護(hù)林比率, 其次道路通達(dá)度、地形坡度、灌溉保證率和有效土層厚度為2級(jí)限制因子。該區(qū)應(yīng)加大農(nóng)田防護(hù)林的建設(shè)力度, 更好地庇護(hù)農(nóng)田, 防止其水土大量流失; 其次應(yīng)改善該田間路水平, 加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 增加有效土層厚度; 加強(qiáng)土壤肥力改造, 提高耕地投入水平, 以提高該區(qū)域的耕地質(zhì)量。

5)有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)域

有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)域總面積為3 861.32 hm2, 占縣域耕地總面積的8.79%, 面積僅次于農(nóng)田防護(hù)林限制因子主導(dǎo)區(qū)域, 在全縣均有分布, 主要分布點(diǎn)印莊鄉(xiāng)面積為909.00 hm2, 占有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)域的23.54%。該區(qū)域包含灌溉保證率和農(nóng)田防護(hù)林比率兩種2級(jí)限制因子主導(dǎo)區(qū)的6種限制因子組合, 其中“有效土層厚度+農(nóng)田防護(hù)林比率+灌溉保證率”因子組合面積最大, 為3 533.42 hm2, 占有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)總面積的91.51%, 主要分布在印莊鄉(xiāng)、潘莊鎮(zhèn)和盧龍鎮(zhèn), 面積分別為857.55 hm2、487.89 hm2和461.33 hm2。在有效土層厚度限制因子主導(dǎo)區(qū)域內(nèi), 90%以上耕地綜合質(zhì)量相對(duì)較好, 在該區(qū)域內(nèi)以改善有效土層厚度為主, 其次可以通過打井或修繕引水渠提高區(qū)域的灌溉保證率, 加強(qiáng)農(nóng)田防護(hù)林建設(shè), 提高對(duì)于耕地的投入水平, 以提高該區(qū)域的耕地質(zhì)量。

4 結(jié)論與討論

本文在分析耕地整治可改造限制因子基礎(chǔ)上, 構(gòu)建基于耕地整治可改造限制因子的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 運(yùn)用得分因子標(biāo)識(shí)法和引入障礙度模型, 對(duì)區(qū)域耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域劃定進(jìn)行研究, 得出以下結(jié)論: 1)運(yùn)用得分因子標(biāo)識(shí)法, 結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況, 確定了盧龍縣所有耕地地塊的限制因子組合類型, 其中限制因子個(gè)數(shù)為5個(gè)的區(qū)域面積最大, 限制因子個(gè)數(shù)為9個(gè)的面積最少。高限制因子個(gè)數(shù)較多的主要分布在盧龍縣的中部地區(qū), 說明中部地區(qū)改造難度較大。2)引入障礙度分析模型對(duì)95種限制因子組合進(jìn)行修正, 篩選出障礙度前3位的限制因子進(jìn)行排序組合, 確定了33個(gè)限制因子組合類型, 5種主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域, 其中農(nóng)田防護(hù)林比率限制因子主導(dǎo)區(qū)面積最大。要根據(jù)各主導(dǎo)限制因子重點(diǎn)區(qū)域的主導(dǎo)限制因子, 結(jié)合重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)其他限制因子進(jìn)行針對(duì)性的土地整治, 提高耕地質(zhì)量, 保證糧食生產(chǎn)。

前人主要研究耕地質(zhì)量提升限制因子的組合類型問題, 對(duì)限制程度排序研究較少, 本文引入障礙度模型對(duì)盧龍縣耕地提升重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行劃定, 障礙度模型對(duì)限制因子有更加準(zhǔn)確的排序, 確定了區(qū)域的主導(dǎo)限制因子, 從而可以有針對(duì)性地進(jìn)行區(qū)域耕地整治。本文僅確定了耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)區(qū)域, 并未對(duì)可提升的程度做出分析, 在今后的研究中, 應(yīng)繼續(xù)對(duì)該區(qū)域的可提升程度進(jìn)行探究。后續(xù)還可以建立耕地資源信息系統(tǒng), 進(jìn)一步了解耕地限制因子現(xiàn)狀分布和可提升程度, 為今后有效管理耕地資源做出貢獻(xiàn)。

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Delineation of key areas of cultivated land quality improvement in Lulong County based on restriction degree*

ZHANG Jie1, ZHAO Ruidong3, TIAN Chao2, QIU Rui1, SHI Bo’an2, YANG Jinze2, CHEN Qingfeng1, CHEN Yaheng1,2**

(1. College of Land and Resources, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 2. College of Resources and Environment, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 3. College of Business Studies, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China)

Cultivated land is not only an essential precondition for national food security, but also a material foundation for social security and sustainable development. The overall quantity of cultivated lands in China is large, but quality level has remained low. In order to design a definite direction for cultivated land consolidation and planning for different areas in Lulong County of Qinhuangdao, Hebei Province, this study established a quality evaluation indicator system for cultivated lands and determined the composite types of the limiting factors based on a score factor identification method. The study also introduced the obstacle degree model to modify the limiting factor combination used to delimit the key areas of cultivated land quality improvement. The results showed 15 981 plots of cultivated lands with high level limiting factors and 95 limiting factor combination types in Lulong County, which totally accounted for 43 909.71 hm2of cultivated croplands. After the introduction of an modified obstacle degree model, cultivated land of Lulong County was divided into 5 dominant limiting factor areas consisting of road accessibility dominated region, terrain slope dominated region, irrigation guaranteed dominated region, farmland shelter belt ratio dominated region and effective soil thickness dominated region. The biggest area (37 680.91 hm2) was mainly limited by farmland shelter belt ratio, accounting for 85.81% of the total cultivated area and mainly distributed across Lulong, Yanheying and Shuangwang Towns. The second-biggest area (3 861.32 hm2) was mainly limited by effective soil thickness, which was mainly distributed across Yinzhuang Town. The area limited mainly by road accessibility was 1 876.16 hm2and was mainly distributed across Shuangwang Town. The area limited mainly by probability irrigation was 319.44 hm2, which was mainly distributed across Yanheying Town. The smallest area limited mainly by terrain slope was 171.87 hm2, making up only 0.39% of the total cultivated area and mainly distributed across Liutiangezhuang Town. Based on the limiting factors in the main areas, the dominant limiting factors of cultivated land quality in Lulong County were farmland shelter belt ratio and effective soil thickness. Then probability irrigation and road accessibility played subsidiary roles in limiting cultivated land quality in the study area. The remediation processes of cultivated land included the strengthening of construction of shelter forest and the increase of effective soil thickness and improvement of soil fertility through enhancing farmland establishment and construction of feeder roads. The study provided technical support for planning consolidation strategies in hilly and mountainous areas and defining each section in the improvement of cultivated land quality. It also provided scientific basis for future farmland regulation in the region.

Cultivated land quality improvement; Limiting factor; Restriction degree; Key area; Lulong County

10.13930/j.cnki.cjea.160747

F301

A

1671-3990(2017)03-0429-12

2016-08-23 接受日期: 2016-11-10

* 河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(Y2012015)和河北省科技廳平臺(tái)項(xiàng)目(13967502D)資助

* Supported by the Research Foundation for Excellent Youngers in University of Hebei Province (Y2012015) and the Science and Technology Platform Project of Hebei Province (13967502D)

** Corresponding author, E-mail: chenyahen@126.com

**通訊作者:陳亞恒, 研究方向?yàn)橥恋乩霉こ?、土壤與土地持續(xù)利用。E-mail: chenyahen@126.com

張杰, 研究方向?yàn)橥恋乩霉こ?。E-mail: gtzj_0618@163.com

Aug. 23, 2016; accepted Nov. 10, 2016