何尹杰，吳大放，劉艷艷，梁達維，陳震霖

（廣州大學地理科學學院國土與城鎮(zhèn)規(guī)劃研究所，廣東 廣州 510006）

珠海市1982—2009年耕地質量時空演變分析

何尹杰，吳大放，劉艷艷，梁達維，陳震霖

（廣州大學地理科學學院國土與城鎮(zhèn)規(guī)劃研究所，廣東 廣州 510006）

從土壤肥力、立地條件、基礎設施和經(jīng)濟產(chǎn)出4個角度綜合選取12個指標，用熵值法確定指標權重并運用ArcGIS軟件進行空間插值與統(tǒng)計，分析珠海市1982-2009年耕地質量時空變化規(guī)律。結果表明，珠海市耕地質量1982年以一級耕地為主，2009年以二級耕地為主，1982年一級耕地轉為2009年二級耕地的面積為18 005.37 hm2，占2009年二級耕地的60.73%，白蕉、乾務和平沙有大量的一級耕地轉為二級耕地。1982年珠海市一級和二級耕地面積的比例分別為65.96%和30.43%，而2009年珠海市一級和二級耕地面積的比例分別為8.25%和80.85%，耕地質量有大幅變化。1982-2009年期間，珠海市土地利用結構發(fā)生重大變化，耕地總面積大幅度減少，耕地質量等級大幅下降，優(yōu)質耕地主要分布在斗門區(qū)，其次是金灣區(qū)，香洲區(qū)很少。

耕地質量；熵值法；GIS；時空演變；珠海

隨著我國社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，人地矛盾日益突出，迫切要求耕地管理從單純數(shù)量管理向數(shù)量管控、質量管理和生態(tài)管護并重轉變，而耕地質量評價是耕地保護的基礎［1-2］。國內(nèi)外關于耕地研究主要集中在耕地數(shù)量變化及其驅動因素、耕地利用變化、社會經(jīng)濟發(fā)展以及糧食安全之間的關系等，近年來對耕地質量的變化研究也愈加受到重視。隨著計算機技術的快速發(fā)展以及3S技術的崛起，國外對耕地質量的研究越來越深入，在耕地質量的內(nèi)容、方法以及指標上都取得了較多成果［3-9］。同樣，我國學者也越來越重視耕地質量情況，從研究進展、內(nèi)容、方法以及指標選取等不同角度對耕地質量進行研究［10-21］。我國2009年國土資源部首次完成對全國耕地質量等級的全面調查與評定，建立了全國統(tǒng)一可比的1∶50萬耕地質量等別數(shù)據(jù)庫［22］。2012年頒發(fā)了國標規(guī)程《農(nóng)用地質量分等規(guī)程GBT28407-2012》，2014年完成了第二次全國耕地質量等級調查與評價。通過開展補充調查和更新評價，形成了基于第二次全國土地調查的耕地質量等別成果，更加精準地查清了全國耕地質量等別及其分布狀況。這兩次耕地調查與評價成果充分運用到各級國土資源管理部門的相關規(guī)劃編制、基本農(nóng)田調整劃定、耕地占補平衡考核、土地整治項目管理等方面，切實發(fā)揮了基礎性作用，為實現(xiàn)耕地數(shù)量質量并重管理、堅守耕地質量紅線提供了重要支撐［23］。對于國土資源部兩次對耕地質量的評價研究發(fā)現(xiàn)，評價方法科學有效、結果精確，但是數(shù)據(jù)缺乏長時間跨度的時空對比。由于水熱條件、地形復雜和地質條件的差異，形成了我國復雜多樣的土地類型，不同區(qū)域的耕地各具特色。如果能根據(jù)當?shù)貙嶋H情況建立一套具有代表性的指標體系和方法，且進行長時間跨度時空對比評價，無疑是對全國第二次耕地質量調查評價外的一個很好的補充和修正檢驗。

綜上可見，國內(nèi)外研究評價指標主要包括土壤物理、化學和生物性質等多方面的指標，評價方法分為定性和定量相結合評價，評價的內(nèi)容大多以定性評價為主，對市級中尺度地域、長時間跨度的耕地質量評價及其耕地質量演變規(guī)律的定量研究較少［12］。由于中尺度研究需要用到大范圍多個樣點的土壤樣品采集分析數(shù)據(jù)，受條件和資金等的限制，目前很多學者只是對小范圍尺度進行耕地質量評價研究。此外，珠海市處于珠三角經(jīng)濟快速發(fā)展地區(qū)、華南海岸帶典型區(qū)域，土地利用變化導致耕地快速減少，耕地土壤受到不同程度的汞、鎘、砷等重金屬［24］和石油類的污染，對土壤樣品分析直接關系到耕地質量等級評價結果的準確性。本研究采用1982年第二次土壤普查成果和2009年中山大學地理科學與規(guī)劃學院研究團隊到珠海市進行土壤樣品取樣結果，數(shù)據(jù)來源具有準確性和獨特性。

1 研究區(qū)域概況

珠海市地處廣東省珠江三角洲的南部前緣、珠江口西岸，在113°03′～114°19′E、21° 48′～22°27′N之間。全市海陸總面積7 650 km2，其中陸地面積1 732.33 km2，海域面積5 918 km2，大小島嶼146個，海岸線224.5 km［25］。

1.1 土壤

珠海市地處南亞熱帶，淋溶淀積作用強烈，形成地帶性土壤赤紅壤，在丘陵山區(qū)分布有花崗巖和砂頁巖發(fā)育而成的赤紅壤。高程3 m以下的平原地區(qū)一般是三角洲沖積母質發(fā)育的土壤，為潛育型或潴育型水稻土，具有土層深厚、養(yǎng)分豐富、質地粘重、通透性差的共同特點。3～15 m為谷底沖積、洪積母質發(fā)育的土壤，一般是潴育型水稻土或旱作地；15～30 m為坡積、殘積母質發(fā)育的土壤，一般為果、茶園或林地；30 m以上一般為殘積母質發(fā)育的赤紅壤，多為馬尾松稀樹灌草從地。三角洲母質的土壤規(guī)律性較明顯：由海入陸土壤分布依次為泥灘、草灘或紅樹林灘、中咸田、輕咸田或咸酸田、低油格田、高油格田、黏土田［26］。

1.1.1 耕地土壤物理屬性 對比1982、2009年珠海市耕地土壤的機械組成可知，0.05～0.01、0.01～0.005、0.005～0.001 mm粒徑含量百分數(shù)均值、標準差、方差均呈下降趨勢，數(shù)據(jù)離散度下降，均為右偏態(tài)，高頂峰為主，極差在減少；＜0.001、1～0.05 mm粒徑含量百分數(shù)的均值、標準差、方差均呈上升趨勢，數(shù)據(jù)離散度增加，平頂峰為主，極差在增加；＜0.01 mm粒徑含量百分數(shù)的均值之和由35.90%上升到36.57%，上升為中土壤，這種變化說明土壤質地轉好，但變化幅度較?。?6］。

1.1.2 耕地土壤化學性質 （1）土壤有機質。有機質是土壤的重要組成部分，土壤許多物理化學屬性都直接或間接地與有機質含量和組成有關［27］。有機質是表征土壤質量與肥力的重要因子，其含量高低與土壤肥力水平緊密相關［28］，是衡量土壤肥力的重要指標。對比1982、2009年全市耕地土壤有機質含量可知，土壤有機質均值和眾數(shù)呈下降趨勢，分別下降了0.34%、1.74%，減幅分別為30.45%、68.89%［26］。

（2）土壤速效磷。磷是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，而速效磷是當季作物可從土壤中獲取的主要磷養(yǎng)分資源。但過量磷肥施入耕地會造成資源浪費和水體污染，進而危害人體健康。速效磷增加除受農(nóng)業(yè)管理措施、土地利用方式和土壤顆粒組成影響外，還與母質、地形等因素有關。對比1982、2009年全市耕地土壤速效磷可知，土壤速效磷均值和眾數(shù)均呈下降趨勢，分別減少了6.05、10.87 mg/kg，減幅分別為23.49%、98.92%［26］。

（3）土壤速效鉀。速效鉀含量是衡量土壤鉀養(yǎng)分供應能力的指標，表示可供植物吸收利用的鉀數(shù)量［29］。對比1982、2009年全市耕地土壤速效鉀可知，土壤速效鉀均值和眾數(shù)呈下降趨勢，分別減少了6.05、10.87 mg/kg，減幅分別為23.49%、98.92%［26］。

1.2 土地利用特點

根據(jù)2009年遙感解譯土地利用現(xiàn)狀結果顯示，珠海市農(nóng)用地總面積124 858.81 hm2、占土地總面積的71.65%，其中耕地面積3 666.481 hm2、占土地總面積21.04%。2008年有85.35 km2的水土流失區(qū)域，占全市陸地總面積的5.34%［30］，其中人為水土流失面積占72.42%，水土流失導致地力下降［26］。

2 耕地質量變化評價方法與數(shù)據(jù)處理

2.1 評價方法

本研究從耕層狀況、立地條件、基礎設施和經(jīng)濟產(chǎn)出4個角度綜合12個選取指標，用熵值法確定指標權重，并運用ArcGIS軟件進行空間插值，分析珠海市1982—2009年耕地質量的時空變化情況。

2.2 耕地質量變化評價指標體系構建

參考耕地質量變化相關研究［18，31-33］，結合研究區(qū)域耕地特征，確定土壤肥力、立地條件、基礎設施、經(jīng)濟產(chǎn)出4個系統(tǒng)層，并選取12個指標對珠海市耕地質量進行評價，構建耕地質量變化評價指標體系（表1）。

表1 珠海市耕地質量變化評價指標體系

2.3 基于熵值法的評價因素權重計算

為盡可能減小人為確定權重的主觀性，本研究選取熵值法對珠海市耕地質量進行評價。由于各指標的量綱、數(shù)量級均有差異，為消除因量綱不同對評價結果的影響，先對各指標進行標準化處理［34］。

式中，Xij為第i個地區(qū)第j個指標的數(shù)值（i=1，2，…m；j =1，2，…n），Xmax為該項指標最大值，Xmin為該項指標最小值。為方便起見，仍記數(shù)據(jù)= Xij。

式中，n為指標個數(shù)，Pij為第i個地區(qū)的第j個指標的經(jīng)正向處理后的標準化值，eij為j 指標的差異性系數(shù)，dj為j指標的差異性系數(shù)，Wj為第j項指標的權重，T為綜合評價值。

2.4 數(shù)據(jù)來源與處理

以研究區(qū)1982、2009年Landsat TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，通過圖像鑲嵌和增強處理等對遙感影像進行預處理，在ArcGIS平臺上以配準后的地圖為底圖，運用EDITOR中的create new feature工具在新建的矢量圖層上跟蹤研究區(qū)行政邊界，獲得研究區(qū)的面狀矢量圖，裁剪得到符合標準的研究區(qū)影像。利用GIS技術提取耕地的土地利用信息，得到1982、2009年耕地利用數(shù)據(jù)。珠海市的土壤肥力、立地條件的數(shù)據(jù)來源：1982年數(shù)據(jù)是收集全國第二次土壤普查成果《珠海市土壤》《斗門縣土壤普查報告書》等普查成果圖件獲得；2009年數(shù)據(jù)是替代數(shù)據(jù)，采用2009年中山大學在1982年土壤普查的成果土壤圖上標記的54個采樣點基礎上重新實地采樣土壤樣品進行檢測分析獲得，并考慮到30多年來隨著圍海造地范圍的不斷擴大，土地利用方式和耕作方式發(fā)生較大變化，對土壤性狀影響較大，故新增6個具有代表性的采樣點。運用ArcGIS軟件進行空間插值和矢量化處理并形成專業(yè)的圖件，生成珠海市土地利用數(shù)據(jù)庫。

DEM數(shù)據(jù)為覆蓋研究區(qū)全區(qū)90 m空間分辨率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為GRID，依據(jù)DEM，采用ArcGIS中Spatial Analyst模塊下的表面分析分別提取高程和坡度信息。利用空間插值法對土壤有機質、速效磷、速效鉀含量等進行圖層處理。利用緩沖區(qū)技術建立珠海市河流、城鎮(zhèn)、交通道路緩沖區(qū)得到灌溉保證率、距離城鎮(zhèn)距離以及道路通達度圖層。運用相等間距重分類技術對各個指標進行重分類，采用GIS疊加處理法對所有圖層進行疊加分析，利用加權平均法計算出每個地塊的綜合評價值。

社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來源于廣東省社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫、珠海市政府網(wǎng)、珠海市統(tǒng)計信息網(wǎng)、珠海市國土資源局等網(wǎng)站，同時通過《珠海市統(tǒng)計年鑒》收集珠海市土地利用以及社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)。利用ArcGIS中的resample模塊將以上數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行柵格化，并確保每個圖層柵格一一對應。各數(shù)據(jù)運用熵值法處理后的權重見表2。依據(jù)耕地質量綜合評價值，用相等間距法［33］將珠海市耕地質量劃分為5個等級［33，35］，各級的分值情況見表3。

表2 珠海市耕地質量變化評價指標體系指標權重

表3 珠海市耕地質量評價等級劃分

3 珠海市耕地質量時空演變分析

3.1 珠海市耕地質量等級分析

1982年和2009年珠海市耕地質量等級如圖1所示。從圖1可以看出，珠海市東部海島地區(qū)無耕地分布，中部香洲區(qū)耕地沿交通線呈軸向減少（城市沿著105國道等交通線發(fā)展不斷侵占耕地），西部斗門區(qū)和金灣區(qū)域鎮(zhèn)發(fā)展不斷向四周擴散，耕地出現(xiàn)圈層式減少，全市耕地由東向西逐步減少［33］。1982年珠海市一級耕地面積高達41 066.33 hm2、占1982年耕地總面積的65.96%，二級耕地面積占30.43%，三級耕地和四級耕地均較少、不足2%，五級耕地不足0.1%，其中一級耕地和二級耕地面積超過95%；2009年珠海市一級耕地面積僅有3 025.24 hm2、占耕地總面積的8.25%，二級耕地面積高達29 646.52 hm2、占80.85%，三級耕地面積占10.89%，四級耕地面積接近0，沒有五級耕地。珠海市1982、2009年耕地等級面積見表4。

圖1 1982、2009年珠海市耕地質量等級

表4 1982、2009年珠海市不同耕地等級面積及比例

從上述分析可知，1982—2009年，珠海市耕地質量發(fā)生了顯著下降，由1982年的以一級、二級耕地為主下降到2009年的以二級、三級耕地為主。一級耕地的比例顯著減少，由1982年的近66%下降到2009年的不足10%；二級耕地顯著增加，由1982年的30%增加到2009年的80%；三級耕地增加近10%。1982、2009年珠海市的耕地質量主要由一級轉變?yōu)槎壓腿墶Ｖ楹Ｊ械母刭|量等級分布呈現(xiàn)了由西內(nèi)陸到東沿海等級降低的規(guī)律，主要是由于沿海耕地的礦化度和鹽漬化程度較高，種植作物相對單一，土壤養(yǎng)分含量較低，造成沿海地區(qū)的耕地質量等級一直低于內(nèi)陸地區(qū)［12］。

3.2 珠海市耕地質量空間分析

由表5可知，1982年珠海市一級耕地主要分布在斗門區(qū)和金灣區(qū)，香洲區(qū)沒有一級耕地。一級耕地各鎮(zhèn)分布從大到小依次是平沙＞乾務＞白蕉＞蓮洲＞斗門＞井岸＞紅旗＞三灶＞南水。二級耕地面積最多的是斗門區(qū)（7 815.69 hm2），最少的是香洲區(qū)（3 433.18 hm2）。香洲區(qū)的南屏二級耕地面積多達2 125.89 hm2，占香洲區(qū)二級耕地的61.92%，唐家灣沒有二級耕地；斗門區(qū)二級耕地近70%分布在白蕉，其次是井岸、乾務、蓮洲和斗門；金灣區(qū)近50%的二級耕地分布在三灶，南水的二級耕地最少、僅有26.61 hm2。三級耕地分布最多的是香洲區(qū)、高達45.58%，其次是金灣區(qū)，斗門區(qū)最少、僅有13.05%。香洲區(qū)50%的三級耕地分布在主城區(qū)，其次是南屏，唐家灣和橫琴有少量；斗門區(qū)86.87%的三級耕地分布在蓮洲，乾務、斗門和白蕉僅有少量的三級耕地；金灣區(qū)77.61%的三級耕地分布在南水，其次是三灶，紅旗和平沙僅有少量。四級和五級耕地主要分布在香洲區(qū)，除金灣區(qū)有少量四級耕地外，其余耕地全部分布在香洲區(qū)，全部五級耕地分布在香洲區(qū)。

表5 1982年珠海市各個等級耕地面積（hm2） 分布情況

由表6可知，2009年珠海市一級耕地全部分布在斗門區(qū)和金灣區(qū)，63.24%的一級耕地分布在斗門區(qū)，36.76%的一級耕地分布在金灣區(qū)。斗門區(qū)超過50%的一級耕地分布在斗門縣，其次是乾務、井岸、白蕉和蓮洲；金灣區(qū)近50%的一級耕地分布在紅旗，其次是平沙、南水和三灶。二級耕地主要分布在斗門區(qū)和金灣區(qū)，分別為17 221.89、11 048.02 hm2。香洲區(qū)二級耕地面積橫琴最大，接近70%；斗門區(qū)二級耕地面積最大的是白蕉，其次是蓮洲、乾務、斗門和井岸；金灣區(qū)二級耕地中平沙的面積超過64%，其次是紅旗和三灶，南水的二級耕地面積最少。三級耕地主要分布在斗門區(qū)、占三級耕地總面積的73.87%，香洲僅有很少的三級耕地。香洲區(qū)的三級耕地主要分布在南屏和橫琴，斗門區(qū)的三級耕地主要分布在乾務，金灣區(qū)的三級耕地主要分布在平沙。四級耕地僅在斗門區(qū)的乾務有不足1.2 hm2，珠海全市沒有五級耕地。

3.3 珠海市耕地質量時間分析

從1982年和2009年珠海市耕地質量等級比較結果（圖1）可以看出，珠海市耕地面積出現(xiàn)了大幅度減少，1982年以一級耕地為主，2009年以二級耕地為主。受自然要素、人口要素、經(jīng)濟要素等多種因素的影響，1982—2009年，等級耕地面積下降比率最大的是斗門區(qū)，下降率為93.51%，大部分耕地被轉化成其他類型土地：香洲區(qū)主城區(qū)的耕地全部轉化為其他類型土地，南屏的二級耕地顯著減少，2009年橫琴的二級耕地較1982年大幅增加，有較多其他用地轉化成耕地。由表4還可知，2009年一級地只占8.25%，可見，加強一級耕地的保護尤為重要。珠海市80%以上耕地屬于中產(chǎn)田，這些二級耕地還有很大潛力，只要加大投入，不斷進行坡耕地的水土流失治理和培肥，大力發(fā)展水利設施，改善排灌條件，可把1/3左右的中產(chǎn)田建設成為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)田，產(chǎn)量和經(jīng)濟效益將得到較大提高，相當于在現(xiàn)有基礎上增加了耕地面積，提高了耕地潛力［36-37］。

表6 2009年珠海市各個等級耕地面積（hm2） 分布情況

4 結論與討論

4.1 結論

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城市化水平的日益提高，珠海市土地利用結構發(fā)生巨大變化，對耕地質量等級造成極大影響，本研究從耕層狀況、立地條件、基礎設施和經(jīng)濟產(chǎn)出4個角度綜合12個選取指標，用熵值法確定指標權重，并運用ArcGIS軟件進行空間插值與分析，結果發(fā)現(xiàn)：（1）1982—2009年，珠海市土地利用結構發(fā)生重大變化，耕地質量等級大幅下降，1982年珠海市以一級耕地為主，2009年以二級耕地為主。乾務、白蕉和平沙有大量的一級耕地轉化為二級耕地。（2）優(yōu)質耕地主要分布在斗門區(qū)，其次是金灣區(qū)，香洲區(qū)很少。一級耕地和二級耕地為優(yōu)質耕地，1982年斗門區(qū)的優(yōu)質耕地占耕地總面積的59.89%，2009年下降至52.19%，斗門區(qū)的耕地對珠海市耕地的總體情況具有舉足輕重作用。金灣區(qū)1982年和2009年優(yōu)質耕地分別為30.98%和33.17%。香洲區(qū)僅有很少量的優(yōu)質耕地。（3）耕地總面積大幅度減少，由1982年的62 261 hm2減少到2009年的36 664 hm2，減少近41%，耕地出現(xiàn)圈層式減少［26］，全市耕地由東向西逐步減少。

4.2 討論

（1）珠海市1982—2009年耕地質量等級大幅下降，符合珠三角地區(qū)現(xiàn)狀事實，指標選擇符合珠三角區(qū)域性耕地特點，方法可行。（2）土地利用數(shù)據(jù)主要來源于遙感影像、采樣檢測以及統(tǒng)計年鑒，影像解譯的精度對研究結果會產(chǎn)生一定影響，樣品檢測過程中會出現(xiàn)誤差。此外，受時間、資金和條件限制，很難取得與遙感數(shù)據(jù)同時期耕地土壤調查試驗數(shù)據(jù)，建議今后國家加強這方面投入和研究。（3）影響耕地質量的因素復雜多樣，不同指標以及不同方法對評價結果會有一定影響，今后做不同區(qū)域耕地質量評價時可以因地適宜采用相關指標和閾值范圍，如本研究采用相等間距對等級進行劃分，結果顯示四級耕地和五級耕地很少。（4）以GIS為工具，分析珠海市1982—2009年長時間序列耕地質量時空變化，有益于進一步揭示該區(qū)域耕地變化趨勢，能豐富珠海市耕地研究的相關成果，具有一定的參考價值。

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（責任編輯 白雪娜）

Spatio-temporal evolution of cultivated land quality in Zhuhai during 1982-2009

HE Yin-jie，WU Da-fang，LIU Yan-yan，LIANG Da-wei，CHEN Zhen-lin
（Institute of Land Resources and Urban-Rural Planning，School of Geographical Sciences，Gugangzhou University，Guangzhou 510006，China）

This paper selected 12 indicators to establish the evaluation index system from four aspects of soil fertility，soil conditions，infrastructure and economic output，determined the index weight by entropy evaluation method，did the spatial interpolation and statistics using ArcGIS software，and analyzed the spatio-temporal evolution of cultivated land quality of Zhuhai from 1982 to 2009. The results showed that the cultivated land of Zhuhai concentrated in the first class in 1982 and the second class in 2009，the area of the first class of cultivated land changing to the second class of cultivated land was 18 005.37 hm2from 1982 to 2009，which accounted for 60.73% of the total area of the second class of cultivated land in 2009，and in Baijiao，Qianwu and Pingsha town，there were a lot of first class of cultivated land changing to the second class of cultivated land. In 1982，the proportions of the first class and the second class of cultivated land were 65.96% and 30.43%. But in 2009，the proportions were 8.25% and 80.85%，the quality of cultivated land changed drastically. From 1982 to 2009，the structure of land use in Zhuhai changed greatly，the total area reduced substantially and the level of cultivated land quality dropped quickly. The quality cultivated land was mainly located in Doumen district，and less in Jinwan district and the least in Xiangzhou district.

cultivated land quality；entropy method；GIS；spatiotemporal evolution；Zhuhai

F301.21

A

1004-874X（2017）02-0086-09

2016-12-02

國家自然科學基金 （41101078）；廣東省教育廳特色創(chuàng)新項目(2014KTSCX090)；廣州市哲學社會科學“十二五”規(guī)劃項目（15Q28）；廣東省大學生創(chuàng)新訓練項目（201511078019，201611078085，CX2015025）

何尹杰（1992-），男，在讀碩士生，E-mail：Terrence17@163.com

通迅作者：吳大放（1981-），男，博士，副教授，E-mail：wudaf2004@163.com

何尹杰，吳大放，劉艷艷，等.珠海市1982—2009年耕地質量時空演變分析［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2017，44（2）：86-94.