馬悅+廖麗君+張建生+鄭宏剛+李海叢+陳鏡宇+余建新

摘要：作物生產(chǎn)潛力是評定耕地質(zhì)量等別的重要因素，但是能提供生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)的氣象站點(diǎn)有限，因此，對氣象站點(diǎn)處的生產(chǎn)潛力值進(jìn)行訂正，以獲取氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的生產(chǎn)潛力值便顯得尤為重要。以云南省陸良縣為例，通過對云南省氣象站點(diǎn)提供的3種指定作物生產(chǎn)潛力值進(jìn)行克里金插值訂正，獲得了陸良縣氣象站點(diǎn)以外區(qū)域的3種指定作物生產(chǎn)潛力值，并運(yùn)用對比分析法，探討生產(chǎn)潛力值的訂正對耕地自然質(zhì)量等別的影響。結(jié)果表明，采用克里金插值方法訂正的作物光溫和氣候生產(chǎn)潛力值較訂正前變化較大，對耕地自然質(zhì)量等別有一定的影響，耕地自然質(zhì)量水平有所降低。訂正后的作物生產(chǎn)潛力值更加精確，可以提高耕地質(zhì)量等別的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：作物生產(chǎn)潛力；克里金插值；自然質(zhì)量等別；作物光溫生產(chǎn)潛力；作物氣候生產(chǎn)潛力

中圖分類號： F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0259-05

收稿日期：2017-01-15

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（國土資源）科研專項(xiàng)（編號：201511003-1）。

作者簡介：馬 悅（1990—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，主要從事土地規(guī)劃與管理研究。E-mail：470330881@qq.com。

通信作者：余建新，教授，主要從事土地利用工程、水利水電工程研究。E-mail：ynndgtzx@163.com。 作物生產(chǎn)潛力的確定是評定耕地質(zhì)量等別工作中的重要步驟，耕地質(zhì)量等別評定的思路是以指定作物的光溫（氣候）生產(chǎn)潛力為基礎(chǔ)，通過分析土地自然質(zhì)量、土地平均利用水平、土地平均經(jīng)濟(jì)水平，得到耕地自然質(zhì)量等別指數(shù)、土地利用系數(shù)、土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，從而綜合評定耕地等別?？梢?，在評定耕地質(zhì)量等別的過程中，作物生產(chǎn)潛力指數(shù)的大小直接影響耕地質(zhì)量等別的高低。

作物光溫生產(chǎn)潛力是在一定的光、溫條件下，其他環(huán)境因素（水分、二氧化碳、養(yǎng)分等）和作物群體因素均處于最適宜狀態(tài)，作物利用當(dāng)?shù)氐墓?、溫資源的潛在生產(chǎn)力。作物氣候生產(chǎn)潛力是充分和合理利用當(dāng)?shù)氐墓?、熱、水氣候資源，而其他條件（土壤、養(yǎng)分、二氧化碳等）處于最適宜狀況時(shí)，單位面積土地上可能獲得的最高生物學(xué)產(chǎn)量或農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

在作物生產(chǎn)潛力研究方面，李世奎從不同角度研究了氣候生產(chǎn)潛力，并對我國氣候生產(chǎn)潛力的空間分布進(jìn)行了探討[1]；王令超等對農(nóng)用地分等中作物生產(chǎn)潛力空間插值的方法進(jìn)行了研究[2]；張耀耀等研究了氣候變化對作物生產(chǎn)潛力的影響[3]。在作物生產(chǎn)潛力對耕地質(zhì)量的影響方面，鄒玥等以海拔差異較大的云南省香格里拉縣為例，探討了海拔對農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)的影響，將海拔因子作為一個(gè)修正系數(shù)納入自然質(zhì)量等指數(shù)計(jì)算[4]；邱維理指出，《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》中作物生產(chǎn)潛力指數(shù)反映的是氣象站點(diǎn)所在地的農(nóng)業(yè)氣候條件，在農(nóng)用地分等單元分布區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候條件與氣象站點(diǎn)所在地有差別，其差別會(huì)顯著影響到作物的生長情況[5]。已有成果對于作物生產(chǎn)潛力及其對耕地質(zhì)量的影響研究比較充分，但針對氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的作物生產(chǎn)潛力值的獲取及其準(zhǔn)確性對耕地自然質(zhì)量等影響研究仍有欠缺。

本研究針對云南省陸良縣耕地分等單元分布區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候條件與氣象站點(diǎn)所在地有所差別的問題，研究氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的作物生產(chǎn)潛力指數(shù)的獲取及其準(zhǔn)確性對耕地自然質(zhì)量等別的影響。目前云南省內(nèi)所設(shè)的氣象站覆蓋面不廣泛，多數(shù)縣僅有1個(gè)氣象站點(diǎn)，少數(shù)縣除縣級氣象站點(diǎn)外設(shè)有高山站。依據(jù)氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)測出的作物生產(chǎn)潛力值僅能代表氣象站點(diǎn)周圍耕地的生產(chǎn)潛力，實(shí)際工作中卻應(yīng)用氣象站點(diǎn)的1套數(shù)據(jù)代替整個(gè)縣域范圍內(nèi)所有耕地的潛力值，這使得耕地質(zhì)量等別評定結(jié)果與實(shí)際耕地情況有較大偏差。本研究對云南省氣象站點(diǎn)指定作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值進(jìn)行克里金插值訂正，以獲取氣象站點(diǎn)以外區(qū)域的指定作物生產(chǎn)潛力值，并運(yùn)用對比分析法探討其對耕地自然質(zhì)量等別的影響，研究結(jié)果可在新一輪農(nóng)用地質(zhì)量及產(chǎn)能的全面調(diào)查評價(jià)工作中，為獲取并采用更加精確的作物生產(chǎn)潛力值提供參考。

1 研究區(qū)域概況

陸良縣隸屬于云南省曲靖市，屬于云南省5個(gè)耕作制度二級區(qū)分區(qū)的滇中高原盆地區(qū)。該縣居南盤江上游，四面環(huán)山，中間是開闊平坦的湖積盆地，縣域內(nèi)最高點(diǎn)為龍海山，海拔2 687 m，最低點(diǎn)為萬家河石板潭，海拔1 640 m，屬亞熱帶高原季風(fēng)型冬干夏濕氣候區(qū)，年平均氣溫14.7 ℃，年總積溫 5 326 ℃，年降水量為900～1 000 mm，年日照時(shí)數(shù)為 2 442.5 h。陸良縣耕作制度為一年兩熟，耕地面積共7.6萬hm2。氣象站點(diǎn)位于縣域中部，站點(diǎn)海拔為1 845 m?！掇r(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）依據(jù)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)測出的作物生產(chǎn)潛力值包括陸良縣的冬小麥光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值、夏玉米光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值和一季稻光溫生產(chǎn)潛力值。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）和陸良縣農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)庫、報(bào)告、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯編。具體包括依據(jù)氣象站點(diǎn)測出數(shù)據(jù)獲取的云南省129個(gè)縣的冬小麥光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值、夏玉米光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值和一季稻光溫生產(chǎn)潛力值，陸良縣25 907個(gè)耕地圖斑及其質(zhì)量等別矢量數(shù)據(jù)。綜合利用以上資料，對陸良縣耕地自然質(zhì)量等別進(jìn)行核查分析。

2.2 研究方法

2.2.1 克里金插值法 克里金插值是空間插值的一個(gè)類型，它是根據(jù)未知點(diǎn)有限領(lǐng)域內(nèi)的若干已知樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，在考慮了樣本點(diǎn)的形狀、大小、空間方位與未知樣點(diǎn)的相互空間位置關(guān)系，以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息之后，對未知樣點(diǎn)進(jìn)行的一種線性無偏最優(yōu)估計(jì)。其對樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)要求是呈正態(tài)分布。本研究利用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行克里金插值，得到氣象站點(diǎn)外各地區(qū)每個(gè)耕地單元的生產(chǎn)潛力值。endprint

2.2.2 插值結(jié)果試算法 克里金插值后的作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值產(chǎn)生變化，使得農(nóng)用地等別劃分計(jì)算中的自然質(zhì)量等指數(shù)發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致農(nóng)用地自然質(zhì)量等別的變化。所以，對指定作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值訂正的最終目的是為了訂正耕地自然質(zhì)量等，消除因地形變化而引起的等別誤差，訂正后的等別能更好地反映耕地質(zhì)量的高低。插值結(jié)果試算是將克里金插值后的作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值代入農(nóng)用地分等計(jì)算公式中，沒有變化的已知條件如自然質(zhì)量分、土地利用系數(shù)及土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)等直接引用，變化的條件即作物生產(chǎn)潛力值，采用插值后的冬小麥光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值、夏玉米光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值和一季稻光溫生產(chǎn)潛力值，將算出的自然質(zhì)量等轉(zhuǎn)換為小數(shù)等。

2.2.3 對比分析法 對比分析法是分別將訂正后的作物生產(chǎn)潛力值和采用訂正后作物生產(chǎn)潛力值計(jì)算出的耕地自然質(zhì)量等與訂正前的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。訂正前的作物生產(chǎn)潛力值和自然質(zhì)量等直接沿用氣象站點(diǎn)測出的數(shù)據(jù)和陸良縣農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)庫中的耕地自然質(zhì)量等別，并將耕地自然質(zhì)量等別轉(zhuǎn)換為小數(shù)等；訂正后的作物生產(chǎn)潛力值采用克里金插值后的結(jié)果，訂正后的自然質(zhì)量等采用插值結(jié)果試算后的耕地自然質(zhì)量等。具體流程見圖1。

3 結(jié)果與分析

3.1 指定作物生產(chǎn)潛力指數(shù)地形訂正結(jié)果及訂正前后差異分析

基于克里金插值法對數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布的要求，本研究只采用了部分云南省氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，冬小麥光溫生產(chǎn)潛力值采用了117個(gè)點(diǎn)；冬小麥氣候生產(chǎn)潛力值取的是滇中高原盆地區(qū)的39個(gè)點(diǎn)；夏玉米光溫生產(chǎn)潛力值用了113個(gè)點(diǎn)；夏玉米氣候生產(chǎn)潛力值采用了滇中高原盆地區(qū)的46個(gè)點(diǎn)；一季稻光溫生產(chǎn)潛力值取了滇中高原盆地區(qū)的44個(gè)點(diǎn)，選取的這些點(diǎn)都是包括陸良縣在內(nèi)的平面地理位置距其最近的云南省氣象站點(diǎn)生產(chǎn)潛力值，因?yàn)榛A(chǔ)數(shù)據(jù)是符合正態(tài)分布的，且所求未知點(diǎn)的期望值是未知的，所以采用普通克里金法進(jìn)行插值獲取5組生產(chǎn)潛力值的趨勢面。

經(jīng)交叉驗(yàn)證，冬小麥光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值、夏玉米光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值和一季稻光溫生產(chǎn)潛力值的插值模型具體參數(shù)如表1所示。

由表1可知，上述5組數(shù)據(jù)插值模型的標(biāo)準(zhǔn)平均值最接近于0，均方根最小，平均值誤差最接近于均方根誤差，平均標(biāo)準(zhǔn)誤差最接近于1，所以生成的趨勢面是最優(yōu)的。

趨勢面生成后，選擇導(dǎo)出至柵格工具，在工具對話框中，輸入地統(tǒng)計(jì)圖層為上述5組趨勢面，輸出像元大小為200，設(shè)置工作環(huán)境的處理范圍為陸良縣縣域范圍向上下左右分別外延2 km。然后將生成的5組柵格數(shù)據(jù)分別與陸良縣分等數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪操作，在工具對話框中，輸入柵格為5組柵格數(shù)據(jù)，輸出范圍為陸良縣耕地質(zhì)量分等數(shù)據(jù)，勾選“將輸入要素用于裁剪幾何”。由上述操作可得到陸良縣25 907個(gè)分等單元相對應(yīng)的小麥、玉米、水稻3種作物的光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值。

訂正后的生產(chǎn)潛力值與原生產(chǎn)潛力值相比更加精確細(xì)化，原生產(chǎn)潛力值都包括在訂正后潛力值范圍里或很接近此范圍。這5個(gè)柵格圖層訂正前的潛力值和訂正后的潛力值范圍及平均值如表2所示。

由表2可知，訂正前，依據(jù)陸良縣氣象站點(diǎn)測出的作物生產(chǎn)潛力值包括冬小麥光溫生產(chǎn)潛力值18 390 kg/hm2、夏玉米光溫生產(chǎn)潛力值28 815 kg/hm2、一季稻光溫生產(chǎn)潛力值 23 100 kg/hm2、冬小麥氣候生產(chǎn)潛力值9 240 kg/hm2和夏玉米氣候生產(chǎn)潛力值28 815 kg/hm2。全縣所有耕地單元均采用上述值評定耕地質(zhì)量等別。

訂正后，陸良縣域內(nèi)的25 907個(gè)耕地單元都有各自的冬小麥光溫生產(chǎn)潛力值、夏玉米光溫生產(chǎn)潛力值、一季稻光溫生產(chǎn)潛力值、冬小麥氣候生產(chǎn)潛力值和夏玉米氣候生產(chǎn)潛力值。

由圖2可知，生產(chǎn)潛力地形訂正前后的差異較大。冬小麥光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值在陸良縣西北部差異最大，其光溫生產(chǎn)潛力值從中部地區(qū)到周邊差異逐漸變大，氣候生產(chǎn)潛力值從東到西差異變大；夏玉米光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值在東南區(qū)域差異最大，光溫生產(chǎn)潛力值從西北到東南差異逐漸增大，氣候生產(chǎn)潛力從西南到東北差異變化逐漸增大；一季稻光溫生產(chǎn)潛力值在陸良東北部差異最大，從西南到東北差異逐漸增大。

這種差異的出現(xiàn)是因?yàn)樵颇鲜〉匦螐?fù)雜、高程變化頻繁，所以采用普通克里金插值訂正后的作物生產(chǎn)潛力指數(shù)相比訂正前有很大變化，訂正后的作物生產(chǎn)潛力指數(shù)更符合實(shí)際情況。總體而言，旱地地區(qū)的作物生產(chǎn)潛力訂正前后的差異大，水田和水澆地地區(qū)訂正前后的差異較小。

3.2 采用訂正前后生產(chǎn)潛力指數(shù)計(jì)算耕地質(zhì)量等別

由表3可知，運(yùn)用訂正前小麥、玉米、水稻生產(chǎn)潛力指數(shù)計(jì)算得到陸良縣25 907塊耕地國家級自然質(zhì)量等別范圍為8.7～11.0，其中旱地9.0～11.0，水澆地9.0～10.7，水田 8.7～10.8。訂正后小麥、玉米、水稻生產(chǎn)潛力指數(shù)計(jì)算得到陸良縣25 907塊耕地國家級自然質(zhì)量等別范圍為9.0～11.1，其中旱地10.1～11.1，水澆地10.2～10.9，水田9.0～10.3。從訂正前后結(jié)果可以看出，訂正前25 907個(gè)評價(jià)單元的自然質(zhì)量等別范圍為8.7～11.0。訂正后的耕地國家級等別發(fā)生了變化，采用訂正后小麥、玉米和水稻生產(chǎn)潛力值評定的陸良縣25 907塊耕地國家級自然質(zhì)量等別范圍是9.0～11.1，變化范圍在-0.9～1.2之間。

由表3、表4可知，旱地和水澆地自然等變化范圍為 -0.1～1.2；水田自然等變化范圍為-0.9～1.0。其中，旱地、水澆地和水田自然等主要呈降低趨勢，等別變化都集中在0.1～0.5區(qū)間內(nèi)；有小部分水田自然等別上升幅度較大，最大升高了0.9個(gè)等別；旱地和水澆地最大升高了0.1個(gè)等別。

由表4可知，25 907塊耕地等別變化的數(shù)值主要集中在0.1～0.5之間，少數(shù)的耕地等別變化數(shù)值在-0.9～-0.1和0.6～1.2之間。自然質(zhì)量等別上升的耕地單元占陸良縣全部耕地的1.25%，其中有6.5%的旱地、0.62%的水澆地和92.88%的水田。自然質(zhì)量等別降低的耕地分為3段：第1段為0.1～0.5等，這個(gè)范圍內(nèi)的耕地占全縣耕地的96.86%，旱地占70.55%，水澆地占3.77%，水田占25.68%；第2段是0.6～1.0等，這個(gè)范圍內(nèi)的耕地占全縣耕地的0.48%，這部分耕地主要是水田；第3段是1.1～1.2等，這個(gè)范圍內(nèi)的耕地占全縣耕地的1.41%，包括63.29%的旱地和36.71%的水澆地。endprint

綜上所述，整個(gè)縣域范圍內(nèi)耕地自然等變化主要趨勢是降低了0.1～0.5個(gè)等別，少數(shù)評價(jià)單元的等別升高，水田自然等上升幅度比旱地和水澆地的大。其中， 自然質(zhì)量等別變化大的耕地單元主要分布在旱地；變化較小的耕地單元在旱地、水田和水澆地這3種地類中都有分布；變化極小和無變化的耕地單元主要分布于水田中。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力是構(gòu)成耕地質(zhì)量等別體系的重要參數(shù)，在評定耕地質(zhì)量等別過程中，作物生產(chǎn)潛力指數(shù)的大小直接影響耕地質(zhì)量等別的高低。本研究以《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）中提供的云南省縣級氣象站點(diǎn)生產(chǎn)潛力值為基礎(chǔ)，運(yùn)用克里金插值對作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值進(jìn)行訂正，獲取氣象站點(diǎn)以外的25 907個(gè)耕地單元的3種指定作物的生產(chǎn)潛力值。結(jié)果表明，訂正前后差異范圍冬小麥光溫生產(chǎn)潛力值是-3 900～-165 kg/hm2、冬小麥氣候生產(chǎn)潛力值為-2 025～660 kg/hm2、夏玉米光溫生產(chǎn)潛力值為-2 475～300 kg/hm2、夏玉米氣候生產(chǎn)潛力值為 -2 910～-1 425 kg/hm2、一季稻光溫生產(chǎn)潛力值為 -2 055～90 kg/hm2，訂正后的作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值更接近實(shí)際。將訂正后的5組生產(chǎn)潛力值應(yīng)用于陸良縣 25 907 塊耕地中，重新評定縣域內(nèi)的每塊耕地的自然質(zhì)量等，訂正后較訂正前耕地自然等變化范圍在-0.9～1.2之間。整個(gè)縣域范圍內(nèi)耕地質(zhì)量主要呈降低趨勢，96.86%的耕地單元降低了0.1～0.5個(gè)等。等別變化主要集中于旱地。采用克里金插值方法訂正的作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值較訂正前變化較大，對耕地自然質(zhì)量等別有一定影響，耕地自然質(zhì)量水平有所降低。

4.2 討論

本研究創(chuàng)新點(diǎn)在于解決了氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的作物生產(chǎn)潛力值的準(zhǔn)確性問題，對作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力值進(jìn)行訂正并與訂正前生產(chǎn)潛力值進(jìn)行比較，采用訂正后的生產(chǎn)潛力值重新計(jì)算耕地自然質(zhì)量等別，并與訂正前耕地自然質(zhì)量比較，結(jié)果表明，作物生產(chǎn)潛力訂正很有必要，且其訂正后對耕地自然質(zhì)量等別有一定的影響，耕地自然質(zhì)量水平有所降低。此研究成果可應(yīng)用于新一輪農(nóng)用地質(zhì)量及產(chǎn)能全面調(diào)查評價(jià)工作，為獲取和采用更加精確的作物生產(chǎn)潛力值提供理論參考。

若要使耕地質(zhì)量等別評定結(jié)果更準(zhǔn)確，在實(shí)際工作中將氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的作物生產(chǎn)潛力值的準(zhǔn)確性考慮在內(nèi)尤為重要。耕地質(zhì)量分等成果已被廣泛應(yīng)用于土地利用總體規(guī)劃、基本農(nóng)田保護(hù)、耕地占補(bǔ)平衡等。眾多研究也是以耕地等級為重要依據(jù)，如耕地產(chǎn)能調(diào)查與評價(jià)以耕地等級為依據(jù)開展產(chǎn)能核算、耕地占補(bǔ)平衡補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量質(zhì)量實(shí)行按等級折算、耕地等級是耕地價(jià)格的重要依據(jù)等。因此，評定的耕地等別結(jié)果的客觀性、準(zhǔn)確性對國土資源管理有重要影響。本研究中由于將氣象站點(diǎn)未覆蓋區(qū)域的作物生產(chǎn)潛力值的準(zhǔn)確性考慮在內(nèi)，可以使云南省耕地質(zhì)量等別評定結(jié)果更符合實(shí)際。

雖然克里金插值法是考慮了樣本點(diǎn)空間位置的方法，但由于云南省地形地貌復(fù)雜多樣，是空間各個(gè)方向上地形地貌分異的綜合。包括陸良縣在內(nèi)的云南省氣象站點(diǎn)間的平面距離不大，地形地貌分異的特征不是很明顯，所以，采用克里金插值法訂正后的作物生產(chǎn)潛力值重新計(jì)算評定的耕地自然質(zhì)量等別的差異不太懸殊。影響耕地自然質(zhì)量水平的因素是多樣的，若要獲得更加準(zhǔn)確的耕地自然質(zhì)量等別，還需要在此次訂正的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮其他因素如海拔、地形等對作物生產(chǎn)潛力的影響，但是，此訂正能夠?yàn)槠渌蛩氐挠喺峁?zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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