◎ 宋建堂

基于農(nóng)戶土地利用行為的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)
——以貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)為例

◎ 宋建堂

以農(nóng)戶行為與耕地質(zhì)量變化的理論關(guān)系為基礎(chǔ)，根據(jù)反映耕地質(zhì)量的主要內(nèi)涵，同時(shí)依據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、相對(duì)獨(dú)立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預(yù)見(jiàn)的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的變化和穩(wěn)定性，從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面篩選了21個(gè)指標(biāo)構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，并運(yùn)用物元分析法對(duì)貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)的耕地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，證實(shí)了模型的實(shí)用性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，農(nóng)戶土地利用行為成為耕地質(zhì)量變化的決定性因素。因此，從耕地利用的主體——農(nóng)戶出發(fā)，以農(nóng)戶行為與耕地質(zhì)量變化的理論關(guān)系為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于農(nóng)戶土地利用行為的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，研究城市化進(jìn)程中的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題，尋求提高耕地綜合生產(chǎn)力的途徑,對(duì)確保區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的良性發(fā)展和進(jìn)步具有重大實(shí)踐意義。

1.研究區(qū)域概況

烏當(dāng)區(qū)位于貴陽(yáng)市區(qū)東北部，總面積為686km2，整體地勢(shì)由北向南傾斜，喀斯特地貌廣布，氣候?yàn)閬啛釒貨鰸駶?rùn)季風(fēng)氣候。全區(qū)轄5個(gè)社區(qū)、6個(gè)鎮(zhèn)和2個(gè)鄉(xiāng)，2016年地區(qū)生產(chǎn)總值160.69億元，其中，第一產(chǎn)業(yè)15.03億元、第二產(chǎn)業(yè)77.47億元、第三產(chǎn)業(yè) 68.19億元，農(nóng)民人均純收入達(dá)到14197元。近年來(lái)，隨著烏當(dāng)區(qū)城市化進(jìn)程的加快，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，農(nóng)戶的土地利用行為不斷調(diào)整變化，土地利用階段性差異明顯，能夠滿足研究需要。

2.數(shù)據(jù)獲取

2.1 土壤樣品的采集和處理

根據(jù)烏當(dāng)區(qū)第二次土壤普查資料，結(jié)合土壤類型和土地利用方式，同時(shí)考慮土種分布的均勻性和代表性，于2016年10月盡量靠近原普查點(diǎn)進(jìn)行土壤樣品采集。本次取樣使用GPS定位，樣品取自耕作層，每個(gè)樣點(diǎn)都采用S形多點(diǎn)采樣，在直徑為100m的范圍內(nèi)選擇5～10個(gè)點(diǎn)，充分混合后采用四分法反復(fù)取舍，最后保留1kg左右裝入塑料袋中。根據(jù)樣點(diǎn)的代表性和數(shù)據(jù)的完整性，最終選取有效樣點(diǎn)18個(gè)，共涵蓋7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)16個(gè)村（圖1）。

將取回的土樣攤放在鋪有潔凈牛皮紙的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上風(fēng)干，剔除石塊殘根等雜物，用木棍輾壓，過(guò)lmm尼龍篩；進(jìn)一步用瓷缽研細(xì)，過(guò)0.149mm尼龍篩，供分析測(cè)定用。樣品分析均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，主要測(cè)定目標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1 樣點(diǎn)分布圖

表1 項(xiàng)目分析與測(cè)定方法

2.2 農(nóng)戶調(diào)查

為了全面獲取數(shù)據(jù)，采用PRA[3]技術(shù)對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)查，最后得到29個(gè)村莊共96戶提供的問(wèn)卷，其中有效問(wèn)卷79份。調(diào)查內(nèi)容包括與戶主有關(guān)的家庭組成、文化水平、收入情況、種植業(yè)收入比例、勞動(dòng)力與家庭成員比例、家庭糧食需求量、耕地經(jīng)營(yíng)規(guī)模、選擇種植作物的原因、耕作方式、種植制度、化肥農(nóng)藥投入、灌溉水源、產(chǎn)量情況、農(nóng)業(yè)耕作中的限制因素、土地流轉(zhuǎn)以及農(nóng)戶判斷耕地好壞的標(biāo)準(zhǔn)等情況。

2.3 其他數(shù)據(jù)收集

土地利用空間數(shù)據(jù)：1∶5萬(wàn)烏當(dāng)區(qū)土壤圖(1981年)，1∶5萬(wàn)烏當(dāng)區(qū)土屬圖(1985年)，1∶5萬(wàn)烏當(dāng)區(qū)土地利用總體規(guī)劃圖（2006～2020年），1∶5萬(wàn)烏當(dāng)區(qū)行政區(qū)劃圖(2016年)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：收集1982～2016年《烏當(dāng)區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《貴陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)。

3.研究方法

近年來(lái)，一些新的方法也開(kāi)始在土地質(zhì)量評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用，如參數(shù)投影尋蹤分類模型（PPC）、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多層反向傳輸算法、等等。然而，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)考慮的指標(biāo)較多，指標(biāo)間盡可能相互獨(dú)立，因而需要綜合的信息量較大，指標(biāo)獨(dú)立和信息綜合就構(gòu)成了一對(duì)矛盾。物元分析(Matter Element Analysis)是研究解決矛盾問(wèn)題和規(guī)律的方法，是系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)、數(shù)學(xué)交叉的邊緣學(xué)科，是貫穿自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)而應(yīng)用較廣的橫斷學(xué)科。運(yùn)用可拓學(xué)理論中的物元分析法，通過(guò)對(duì)原始指標(biāo)信息逐一判斷和提取，達(dá)到最大限度地對(duì)指標(biāo)信息進(jìn)行綜合，進(jìn)而使耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果更精確。

3.1 物元分析法

3.1.1 物元分析的模型

給定事物的名稱N，它關(guān)于特征c的量值v，以有序三元R=(N，c，v )組作為描述事物的基本元，簡(jiǎn)稱物元。事物名稱N、特征c和量值v稱為物元三要素。若事物N有多個(gè)特征，它以n個(gè)特征c1，c2，…，cn和相應(yīng)量值v1，v2，…，vn描述，則表示為：

此時(shí)，稱R為n維物元，簡(jiǎn)記R=(N，C，V)。

3.1.2 經(jīng)典域和節(jié)域物元矩陣

當(dāng)N0為標(biāo)準(zhǔn)事物，關(guān)于特征ci量值范圍voi=〈aoi，boi〉時(shí)，經(jīng)典域的物元矩陣可表示為：

若由標(biāo)準(zhǔn)事物N0加上可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)事物的事物所組成的物元Rp稱為節(jié)域物元，vpi=〈api，bpi〉為節(jié)域物元關(guān)于特征ci的比相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了的量值范圍。節(jié)域物元矩陣表示為：

式中：〈aoi，boi〉 〈api，bpi〉，(i=1，2，，n)；Np表示土地可持續(xù)利用的P個(gè)等級(jí)。

3.1.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)函數(shù)表示物元的量值取值為實(shí)軸上一點(diǎn)時(shí)物元符合要求的范圍程度，由于可拓集合的關(guān)聯(lián)函數(shù)可用代數(shù)式來(lái)表示，就使得解決不相容問(wèn)題能夠定量化。

令有界區(qū)間X0=[a，b]的模定義為∶

某一點(diǎn)X到區(qū)間X0=[a，b]的距離為∶

關(guān)聯(lián)函數(shù)K(x)為∶

式中：ρ（X,X0）表示點(diǎn)X與有限區(qū)間X0=[a，b]的距離；ρ（X,X0）表示點(diǎn)X與有限區(qū)間Xp=(ap，bp)的距離；X，X0，Xp。分別表示待評(píng)物元的量值、經(jīng)典域物元的量值范圍和節(jié)域物元的量值范圍。

3.2 權(quán)重的確定

均方差決策法是客觀賦權(quán)的典型方法，反映了隨機(jī)變量離散程度，已在土地評(píng)價(jià)中得到了成功應(yīng)用，故本文通過(guò)均方差法確定原始指標(biāo)不同質(zhì)量級(jí)別的權(quán)重。

3.3 事物綜合關(guān)聯(lián)度和質(zhì)量等級(jí)確定

在物元可拓評(píng)價(jià)中，關(guān)聯(lián)度表示物元的量值（指標(biāo)值）取為區(qū)間上一點(diǎn)時(shí)，其達(dá)到符合要求取值范圍的程度，它將屬于和不屬于問(wèn)題的判斷結(jié)果定量化。對(duì)特定評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行某樣點(diǎn)耕地質(zhì)量物元可拓集評(píng)價(jià)時(shí)，需要計(jì)算兩類關(guān)聯(lián)度，即不同指標(biāo)對(duì)相應(yīng)質(zhì)量級(jí)別的關(guān)聯(lián)度Kj(xu)和各樣點(diǎn)耕地對(duì)應(yīng)不同質(zhì)量級(jí)別的綜合關(guān)聯(lián)度Kj(x)。

關(guān)聯(lián)函數(shù)K(x)的數(shù)值表示評(píng)價(jià)單元符合某標(biāo)準(zhǔn)范圍的隸屬程度。當(dāng)K(x)＞ 1.0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象上限，數(shù)值越大，開(kāi)發(fā)潛力越大；當(dāng)0≤K(x)≤1.0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象要求的程度，數(shù)值越大，越接近標(biāo)準(zhǔn)上限；當(dāng)-1.0≤K(x)＜0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)的對(duì)象不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的要求，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件，且數(shù)值越大，越容易轉(zhuǎn)化；當(dāng)K(x)＜-1.0，表示被評(píng)價(jià)的對(duì)象不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的要求，且不具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件。

式中：Kj(Nx)為待評(píng)價(jià)事物Nx關(guān)于等級(jí)j的綜合關(guān)聯(lián)度；Kj(Nx)為待評(píng)事物關(guān)于各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度(j=1,2,…,n)；ai為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。將加權(quán)后計(jì)算的各級(jí)關(guān)聯(lián)度Kj(Nx)進(jìn)行比較，最大值所對(duì)應(yīng)的級(jí)別即為該類質(zhì)量級(jí)別。進(jìn)一步利用等級(jí)評(píng)定的方法，計(jì)算出各樣點(diǎn)耕地的綜合質(zhì)量級(jí)別。

4. 基于農(nóng)戶土地利用行為的烏當(dāng)區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)單元的確定

本研究以1982年、 2016年兩期野外調(diào)查的18個(gè)土壤樣點(diǎn)所在的地塊作為本次耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本單元。

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

本研究根據(jù)反映耕地質(zhì)量的主要內(nèi)涵，同時(shí)依據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、相對(duì)獨(dú)立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預(yù)見(jiàn)的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的變化和穩(wěn)定性，從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面篩選了21個(gè)指標(biāo)構(gòu)建烏當(dāng)區(qū)城市化進(jìn)程中基于農(nóng)戶土地利用行為的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。并以這些指標(biāo)在研究區(qū)的整體水平為依據(jù)，按照分段線形內(nèi)插法確定土地質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，由高到低依次包括Ⅰ（好）、Ⅱ（較好）、Ⅲ（中）、Ⅳ（較差）、Ⅴ（差）等5個(gè)級(jí)別（表2）。

說(shuō)明：1）指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以評(píng)價(jià)區(qū)域整體水平為依據(jù)采用分段線形內(nèi)插法確定；2）C1～C6數(shù)據(jù)采用本次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，C7數(shù)據(jù)參照《喀斯特山區(qū)旱耕地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)——以貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)為例》，C13、C15據(jù)參照《基于農(nóng)戶土地利用行為的北京大興區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)》，C8～C12、C14、C16～C21數(shù)據(jù)采用2016年烏當(dāng)區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)。

表2 耕地質(zhì)量指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 耕地質(zhì)量指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

利用文獻(xiàn)，將表2進(jìn)行歸一化處理，歸一化后的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

4.3 基于農(nóng)戶土地利用行為的烏當(dāng)區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)

把表3中I～V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的取值范圍當(dāng)作經(jīng)典域，表3中歸一化標(biāo)準(zhǔn)值的取值范圍及實(shí)際值確定為模型的節(jié)域Rp。

表4 自然質(zhì)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和綜合質(zhì)量各自的綜合關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)公式（4）、（5）、（6）、（7），計(jì)算出自然質(zhì)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和綜合質(zhì)量各自的綜合關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)表4。

當(dāng)-1.0≤K(x)＜0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)的對(duì)象不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的要求，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件，且數(shù)值越大，越容易轉(zhuǎn)化，因此，本研究得出的結(jié)果符合事實(shí)。烏當(dāng)區(qū)耕地自然質(zhì)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和綜合質(zhì)量分布圖分別見(jiàn)圖2、圖3和圖4。

4.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

圖2 烏當(dāng)區(qū)耕地自然質(zhì)量分布圖

圖3 烏當(dāng)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量分布圖

圖4 烏當(dāng)區(qū)耕地綜合質(zhì)量分布圖

烏當(dāng)區(qū)耕地自然質(zhì)量中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的1/2，主要分布在東北部和中部；質(zhì)量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積的1/5多；質(zhì)量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占總面積的1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮(zhèn)約3～8公里的范圍內(nèi)，約占總面積的近1/5。社會(huì)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和綜合質(zhì)量分布范圍基本一致，其中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的3/8，主要分布在東北部和東部；質(zhì)量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積1/5多；質(zhì)量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮(zhèn)約3～15公里的范圍內(nèi)，約占總面積1/4多。

從空間變化上來(lái)看，耕地質(zhì)量的空間變化格局體現(xiàn)出城市化進(jìn)程中人為作用的影響，尤其是耕地的綜合質(zhì)量，呈現(xiàn)出由北部、東北部和東部向中心城市先降低、后升高的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)槌鞘谢陌l(fā)展，烏當(dāng)區(qū)自然條件較好的北部、東北部、東部和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件優(yōu)越近郊先后建立了向城市提供蔬菜、瓜果、花卉等基地。這種耕地質(zhì)量空間變化格局體現(xiàn)出城市化進(jìn)程中人為作用的影響，越靠近中心城市影響越強(qiáng)烈。

運(yùn)用物元分析法，通過(guò)對(duì)原始指標(biāo)信息逐一判斷和提取，達(dá)到最大限度地對(duì)指標(biāo)信息進(jìn)行綜合，進(jìn)而使耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果更精確。由于筆者學(xué)識(shí)有限，以及考慮到研究時(shí)間和資料獲取的限制，文章仍有一些不足之處。例如，若借助GIS技術(shù)，且對(duì)不同耕地利用類型進(jìn)行采樣，可提高評(píng)價(jià)的精度；由于耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)涉及因素較多，有些因素指標(biāo)難于獲取齊全，指標(biāo)體系有待進(jìn)一步完善；此外，今后還需要不斷探索發(fā)展的、動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)體系，以及更科學(xué)地確定評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)值。

安順學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院）