朱嘉偉，周琳琳，謝曉彤，賈愛華

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002）

0 引 言

加強(qiáng)農(nóng)田整治，全面提高耕地質(zhì)量，是在適宜開墾的耕地后備資源有限的形勢下，提高糧食綜合生產(chǎn)能力、保障國家糧食安全的客觀需要，受到了國務(wù)院和相關(guān)部門的高度重視[1-2]。2012年，國土資源部發(fā)布了《高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，從田水路林等方面明確提出了高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的具體內(nèi)容[3]，但是中國地域遼闊，不同區(qū)域自然稟賦各不相同，影響耕地質(zhì)量的障礙因素空間差異巨大，因此高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)應(yīng)因地制宜，實施“差別化整治”[4-9]。長期以來，中國在土地整治分區(qū)研究方面主要偏重于新增耕地潛力的研究[10-12]，雖然近年來針對耕地質(zhì)量和糧食產(chǎn)能提升潛力的評價研究逐漸受到人們的關(guān)注[13-20]，但是研究成果主要體現(xiàn)在提升潛力大小的區(qū)域等級劃分[21-25]，而立足于耕地質(zhì)量障礙因素區(qū)域差異分析，以突出耕地質(zhì)量提升途徑和整治工程建設(shè)內(nèi)容差異的分區(qū)研究仍然匱乏[26-27]。而現(xiàn)有的土地整治工程類型區(qū)的劃分，主要是一種大區(qū)域、宏觀性的整治工程模式分區(qū)[28]，在目前中國偏重于“實體形態(tài)”的農(nóng)田整治已取得巨大成效的情況下，影響耕地質(zhì)量的障礙因素已發(fā)生巨大的變化，農(nóng)田整治的任務(wù)已由全面建設(shè)跨入鞏固、完善、提高階段，消除“隱形障礙”階段[29-30]，基于耕地障礙因素區(qū)域差異和以消除障礙因素為目的的農(nóng)田整治類型區(qū)精細(xì)劃分則顯得尤為必要。

新鄭市是河南省土地整治技術(shù)推廣應(yīng)用試驗區(qū)，謝曉彤等[30-31]以該區(qū)為例，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，在對影響耕地質(zhì)量的障礙因素進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，采用距離系數(shù)譜系圖聚類分析法，將全市的12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃分為3種類型的農(nóng)田整治區(qū)，并指出了不同類型區(qū)耕地質(zhì)量提升的途徑和農(nóng)田整治工程建設(shè)的重點內(nèi)容。由于以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，弱化了耕地質(zhì)量的空間差異特征，有待于進(jìn)行細(xì)化研究。該文利用新鄭市耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫成果，以 315個行政村為分析研究單元，研究成果彌補(bǔ)了現(xiàn)有研究的不足，一是以行政村為單元進(jìn)行的大樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，分析結(jié)果的置信度高于小樣本數(shù)據(jù)；二是距離系數(shù)譜系圖法僅適宜于以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元的小樣本數(shù)據(jù)的分類，該文提出的樣品分布密度圖法與定性解析相結(jié)合的分類方法，適宜于多因素大樣本數(shù)據(jù)的分類，豐富和完善了分類方法體系；三是該文將研究區(qū)劃分為 6種類型的整治區(qū)，與前文劃分的 3種類型區(qū)相比，分區(qū)結(jié)果得到進(jìn)一步細(xì)化，進(jìn)一步突出了研究區(qū)的空間差異性；四是行政村單元通常是農(nóng)田整治項目區(qū)劃定的基礎(chǔ)單元，以行政村作為類型區(qū)劃分基本單元，提高了分區(qū)結(jié)果的實用性。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

新鄭市位于河南省中部，隸屬于鄭州市管轄。全市轄 12個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），329個行政村，土地總面積為 8.85×104hm2，其中：農(nóng)用地面積6.51×104hm2，占土地總面積的73.54%；農(nóng)用地中耕地面積為5.37×104hm2，占土地總面積的60.65%。2015年全市糧食總產(chǎn)量為27.94×104t。

新鄭市地貌類型復(fù)雜多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼有，素有“中原縮影”之稱。地貌類型的多樣性為區(qū)內(nèi)土壤的形成發(fā)育提供了不同的環(huán)境條件，形成了褐土、潮土和風(fēng)沙土3大土類，共19個土種。耕地區(qū)以褐土為主，占耕地區(qū)面積的73.96%，主要土種為黃土質(zhì)褐土、沙質(zhì)潮褐土、褐土性土；其次為潮土，占耕地區(qū)面積的22.01%，主要土種為沙壤質(zhì)沙質(zhì)脫潮土、潮沙泥土、脫潮小兩合土；風(fēng)沙土分布較少，僅占耕地區(qū)面積的4.03%，主要土種為半固定草甸風(fēng)沙土、固定草甸風(fēng)沙土。

全市土壤按質(zhì)地分為壤土、沙壤土、面沙土、細(xì)沙土 4類，耕地區(qū)以壤土和面沙土為主，分別占耕地區(qū)面積的42.71%、39.82%，沙壤土和細(xì)沙土較少，合計占耕地區(qū)面積的17.47%。壤土主要分布于京廣鐵路以西的坡崗地和山前平原區(qū)，面沙土、細(xì)沙土主要分布于京廣鐵路以東的黃泛平原區(qū)，沙壤土主要分布于東部黃泛平原與西部山前崗地、平原的交接帶。土壤質(zhì)地構(gòu)型主要有黏底輕壤、均質(zhì)輕壤、均質(zhì)沙壤、均質(zhì)中壤、均質(zhì)沙土、夾壤黏土、夾沙中壤、黏底中壤和壤底沙土，其中：黏底輕壤分布面積最大，占耕地區(qū)面積的41.17%；其次是均質(zhì)沙壤、均質(zhì)中壤，分別占耕地區(qū)面積的 21.47%、18.53%[32]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文采用數(shù)據(jù)來源于新鄭市2015年《耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫》數(shù)據(jù)，具體情況如下：

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源：新鄭市 2008年耕地地力評價共采集土樣6 741個，調(diào)查農(nóng)戶6 350戶，對土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH值、緩效鉀、有效鋅共 8個項目進(jìn)行了分析化驗，建立了新鄭市耕地地力評價數(shù)據(jù)庫；2015年利用新鄭市耕地質(zhì)量監(jiān)測土壤樣品分析數(shù)據(jù)、糧食單產(chǎn)農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)，對耕地地力評價數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新完善，建成了新鄭市耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，本文所用數(shù)據(jù)為該數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出數(shù)據(jù)，共導(dǎo)出3 692個圖斑單元數(shù)據(jù)。

2）異常值的剔除：將圖斑單元中定量數(shù)值大于μ＋3σ或小于μ－3σ（μ、σ 分別為樣本的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差）的166個異常單元予以剔除后，得到3 526個圖斑單元的數(shù)據(jù)，作為本文分析研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3）分析評價單元數(shù)據(jù)：本文以行政村作為分析研究單元，對各個行政村內(nèi)的所有圖斑單元數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，則得到 315個行政村的定量數(shù)據(jù)，作為本文分析評價的基本數(shù)據(jù)，算術(shù)平均計算得各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)如表 1所示。定性變量是通過對315個行政村中的3 526個圖斑進(jìn)行檢索查詢確定，檢索結(jié)果表明，全市僅有 4個行政村內(nèi)的圖斑在地貌類型方面存在差異，其中有 3個行政村內(nèi)的圖斑在土壤類型方面不一致，除此之外的 311個行政村內(nèi)的地貌類型、土類、土種、土壤質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型等均完全一致，說明新鄭市行政村單元內(nèi)部定性因素主體無明顯空間變異，對 4個定性因素存在不一致性的行政村，依據(jù)主體圖斑的特性確定其定性因素特性。

表1 新鄭市糧食單產(chǎn)及單產(chǎn)影響因素數(shù)據(jù)Table 1 Data of grain yield and factors affecting grain yield of Xinzheng County-level City

2 耕地質(zhì)量影響因素分析

影響耕地質(zhì)量和糧食產(chǎn)能的要素包括地表要素、氣候要素、工程要素、生態(tài)要素 4個方面，依據(jù)要素的特性可將其劃分為定量因素和定性因素 2大類[13-19]。主成分分析僅適宜于定量因素的分析，依據(jù)主變量進(jìn)行的分區(qū)僅反映了定量限制因素的差異，而未反映出地形地貌、土壤質(zhì)地等定性因素的差異，因此，在依據(jù)主成變量進(jìn)行初步定量分區(qū)的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步結(jié)合定性變量進(jìn)行定性解析續(xù)分，以較全面的反映主要限制因素對耕地質(zhì)量的影響，為此需要對定量和定性因素對耕地質(zhì)量的影響分別進(jìn)行分析。

2.1 定量因素對單產(chǎn)的影響分析

2.1.1 定量因素與單產(chǎn)間相關(guān)性分析

對縣域而言，氣候要素對單產(chǎn)影響的空間差異性可不予考慮，立足于現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)水平，本文所選取的定量影響因素主要有：土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效灌溉率。運用SPSS19.0軟件對315個行政村的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算得到土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效灌溉率與糧食單產(chǎn)間的相關(guān)系數(shù)矩陣如表 2所示。置信水平顯著性檢驗計算得，影響因素與糧食單產(chǎn)間相關(guān)性F檢驗值為42.96～195.63，影響因素相互間相關(guān)性F檢驗值為16.94～510.78，均大于查表值F1,3150.01=6.85，說明變量間的相關(guān)性在 0.01置信水上顯著，分析結(jié)果置信度高。

表2 影響因素與單產(chǎn)間相互間相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix of factors and grain yield

由表 2可看出，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效灌溉率與單產(chǎn)間均呈正線性相關(guān)關(guān)系，其中，土壤速效磷、有效灌溉率與單產(chǎn)間相關(guān)系數(shù)r介于0.5～0.7之間，呈中度相關(guān)關(guān)系；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀與單產(chǎn)間相關(guān)系數(shù)r介于0.3～0.4之間，呈弱相關(guān)關(guān)系。土壤速效磷、有效灌溉率與單產(chǎn)間相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.620、0.557，是影響新鄭市耕地質(zhì)量最為主要的因素。

2.1.2 影響因素間主成分分析

影響糧食單產(chǎn)的因素眾多，從統(tǒng)計學(xué)的角度要求所引入的變量其相互間應(yīng)是獨立的，但是，通常情況下變量之間會存在一定的相關(guān)性，若變量間高度相關(guān)，則有些變量不一定能真正發(fā)揮作用，會掩蓋影響因素的重要性，甚至導(dǎo)致統(tǒng)計分析結(jié)果不可用，需要進(jìn)行因子分析，構(gòu)建主分量，剔除原始變量包含的冗余信息。由表 2可看出，新鄭市影響耕地質(zhì)量的各變量間具有一定的相關(guān)關(guān)系，KMO檢驗和Bartlett球體檢驗得：KMO＝0.746＞0.7，Sig.＝0.000＜0.05，說明原始變量間的相關(guān)性強(qiáng)，且數(shù)據(jù)取自正態(tài)分布，適合作因子分析。

對新鄭市 315個行政村單元的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得不同主分量的方差及方差貢獻(xiàn)率如表 3所示。由表3可看出，第一主成分（F1）、第二主成分（F2）對應(yīng)的特征值分別為 2.693、1.031，F(xiàn)1和 F2兩個主分量的累計貢獻(xiàn)率為 85.55%，滿足主成分信息的特征值大于 1且方差累計貢獻(xiàn)率大于85%兩項條件[32]，因此，可由F1、F2兩個相互獨立的主分量替代原始變量信息，丟失的信息量少。運用SPSS19.0軟件計算得各個初始變量在F1、F22個主分量中的初始因子載荷系數(shù)如表4所示，依據(jù)表4則可得到F1、F22個主分量的構(gòu)成如下：

式中 x1、x2、x3、x4、x5分別代表土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀及有效灌溉率的標(biāo)準(zhǔn)化值。

表3 主成分提取初始因子特征值Table 3 Initial eigenvalues of principal component

表4 主成分初始因子載荷及載荷系數(shù)Table 4 Load data and its coefficients of initial factors

由式（1）和式（2）可計算得新鄭市 315個行政村的F1和F2值，在F1、F2與糧食單產(chǎn)散點圖（圖1）上可看出：F1、F2值與糧食單產(chǎn)間均呈正線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r分別為0.626、0.561，呈中度相關(guān)關(guān)系，相關(guān)程度總體優(yōu)于原始變量。置信水平顯著性檢驗計算得，F(xiàn)1、F2與糧食單產(chǎn)間相關(guān)性F檢驗值分別為201.49、143.63，均大于查表值F1，3150.001=11.38，說明其間的相關(guān)性在0.001置信水平上顯著，置信度高。

2.2 定性因素對單產(chǎn)的影響分析

地貌類型、土壤質(zhì)地是影響耕地質(zhì)量的主要定性因素。

1）地貌類型對單產(chǎn)的影響：對不同地貌類型區(qū)樣本的單產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計可看出，不同地貌類型區(qū)耕地的平均單產(chǎn)水平差異大，山丘緩坡區(qū)、沙丘崗地區(qū)、山前崗地區(qū)、黃泛平原區(qū)、山前平原區(qū)的平均單產(chǎn)水平分別為2 934.4、3 202.5、4 295.8、5 421.4、6 554.3 kg/hm2。在單產(chǎn)分布頻率圖上（圖 2a）可看出，山丘緩坡區(qū)、沙丘崗地區(qū)、山前崗地區(qū)樣本單產(chǎn)的眾數(shù)值低，在2 800 kg/hm2左右，黃泛平原區(qū)、山前平原區(qū)的眾數(shù)值高，分別在 5 200、7 000 kg/hm2左右，同時可看出同一地貌類型區(qū)的單產(chǎn)變化區(qū)間很大。

圖1 糧食單產(chǎn)與第一和第二主成分散點圖Fig.1 Scatter diagram of grain yield with F1 and F2

圖2 不同地貌類型區(qū)和土壤類型區(qū)樣本的單產(chǎn)頻率分布Fig.2 Grain yield frequency diagram of different landforms and different types of soil texture

2）土壤質(zhì)地對單產(chǎn)的影響：對不同類型土壤樣本的單產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計可看出，質(zhì)地不同的耕地，其平均單產(chǎn)水平具有一定的差異，壤土、沙壤土、面沙土、細(xì)沙土的平均單產(chǎn)水平分別為4 873.0、5 120.6、5 641.8、3 202.5 kg/hm2。從單產(chǎn)分布頻率圖上（圖 2b）可看出，細(xì)沙土樣本單產(chǎn)的眾數(shù)值低，在2 800 kg/hm2左右，沙壤土、面沙土的眾數(shù)值較高，分別在5 200、6 400 kg/hm2左右，而壤土樣本則形成 2個明顯的、高低差異懸殊的頻率峰值，低頻區(qū)在4 000～5 200 kg/hm2間。

以上分析表明，地貌類型、土壤質(zhì)地對耕地質(zhì)量具有一定的影響，但是，相同地貌、相同質(zhì)地的耕地，其質(zhì)量又存在著明顯的空間差異，以任何單一因素作為分區(qū)依據(jù)都難以全面反映耕地質(zhì)量的空間差異性。

3 農(nóng)田整治類型區(qū)劃分

3.1 分類方法選擇

以行政村為單位將新鄭市劃分為 315個耕地質(zhì)量及影響因素相對均一的農(nóng)田整治單元，如何將不同單元劃分為具有一定共性的農(nóng)田整治類型區(qū)，這涉及到樣本的分類問題。通常人們按照單產(chǎn)水平的高低將農(nóng)田劃分為高、中、低產(chǎn)田區(qū)，但是產(chǎn)能相同的農(nóng)田區(qū)，影響耕地質(zhì)量的障礙因素通常并不相同，會存在著明顯的區(qū)域性差異，因此該類分區(qū)難以滿足實施農(nóng)田差別化整治工作的需要。

在研究對象不存在一個事前分類方案的情況下，需要采用聚類分析的方法對研究對象進(jìn)行分類，距離系數(shù)譜系圖法適宜于樣本數(shù)量較少情況下的聚類，密度圖法適宜樣本數(shù)量較大的樣本聚類。本文研究對象為 315個行政村單元，樣本數(shù)量大，擬采用密度圖法進(jìn)行聚類分析。密度圖法的基本思想是，在一個多變量構(gòu)成的多維空間中，如果樣品點的分布在某些區(qū)域密度高，而在另一些區(qū)域密度低甚至空白，且高密度區(qū)域被低密度區(qū)域所分割，這樣則形成了最自然、最客觀、最能體現(xiàn)樣品結(jié)構(gòu)的聚類，密度中心的個數(shù)即是聚類形成的類別數(shù)，低密度中心面則構(gòu)成了類與類間的界限，該方法體現(xiàn)了同一類別內(nèi)的個體盡可能差異小，而類別之間的個體則應(yīng)具有盡可能高的異質(zhì)性這一分類的基本要求，減少了分類的人為因素。

3.2 方法步驟

3.2.1 基于F1-F2密度圖的初步聚類分區(qū)

1）樣品密度圖聚類特征分析

依據(jù)計算得到的新鄭市 315個行政村單元的第一、第二主分量的 F1、F2值，在 F1-F2二維平面空間作樣品的分布散點圖（圖3a），在圖3a上可看出，樣品的聚類特征明顯，形成了3個密度區(qū)：

①第一高密度區(qū)：位于圖中線L1的下部，F(xiàn)2隨著F1的增大而減小，構(gòu)成與F1軸夾角約為33.5°的密集分布帶，高密度中心位于密度帶的中部。

②第二高密度區(qū)：位于圖中線L2的上部，呈不規(guī)則的團(tuán)塊狀，團(tuán)塊略具方向性，F(xiàn)2隨著F1的增大呈現(xiàn)增大趨勢，高密度中心位于密集區(qū)的中部略偏下。

③第三密度區(qū)：位于圖中線L1和線L2之間，呈與第一密度區(qū)近于平行的寬帶狀，總體密度明顯比第一高密度區(qū)、第二高密度區(qū)低，高密度中心不明顯。其與第二高密度區(qū)間存在明顯的低密度區(qū)，構(gòu)成二者間的分區(qū)界限；其與第一高密度區(qū)間無明顯的低密度帶，主要表現(xiàn)為密度梯度的變化，密度梯度由高到低的轉(zhuǎn)折帶構(gòu)成了二者間的分區(qū)界限。

圖3 不同類型土壤和不同地貌類型區(qū)樣本的第一（F1）與第二（F2）主成分散點圖Fig.3 Scatter diagram of F1 and F2 of samples with different types of soil texture and in different landforms

2）分類方法步驟

通過上述密度圖的特征分析可看出：根據(jù)樣品分布密度，由L1和L2兩條分區(qū)界線可將研究區(qū)的315個單元初步劃分為三大類型區(qū)（圖3a），具體歸類方法如下：

①建立分區(qū)線的線性函數(shù)：在Excel散點圖上分別查出L1、L2線上的2個點的坐標(biāo)值，則可建立L1的線性函數(shù)：F2＝－0.662 F1＋0.698，L2的線性函數(shù)：F2＝－0.612 F1＋1.085。

②類區(qū)判別：利用L1的線性函數(shù)，可計算出所有樣品的F2估算值，若F2估－F2實≥0，則該樣品劃歸為線L1下部的第一高密度區(qū)；利用L2的線性函數(shù)，可計算出其余樣品的F2估算值，若F2估－F2實≤0，則該樣品劃歸為線L2上部第二高密度區(qū)；余下的樣品則劃歸為中部第三密度區(qū)。

3.2.2 基于定性要素的進(jìn)一步解析分區(qū)

基于F1-F2密度圖的初步分區(qū)結(jié)果，僅考慮了樣品的分布密度，沒有考慮定性因素土壤質(zhì)地和地貌，而且同一類區(qū)內(nèi)F1、F2變量特征值差異大，但是，在樣品密度圖上，類區(qū)內(nèi)再依據(jù)樣品分布密度進(jìn)行續(xù)分的界限不明顯，具有多選性，為了降低人為性，保證分類結(jié)果的客觀性，需要結(jié)合定性影響因素，采用定性解析的方法，對初步分區(qū)結(jié)果再進(jìn)行逐步續(xù)分。

1）第一高密度帶的解析細(xì)分

①依據(jù)土壤質(zhì)地因素解析細(xì)分：由圖3a可以看出，若考慮土壤質(zhì)地因素，則線L1下部的第一高密度區(qū)可進(jìn)一步劃分為2部分，線L3的左側(cè)土壤質(zhì)地主要為細(xì)沙土，而右側(cè)土壤質(zhì)地為壤土－面砂土－砂壤土，而且線L3也是右側(cè)高密中心區(qū)與左側(cè)相對低密度區(qū)間的次級密度梯度轉(zhuǎn)折帶。

②依據(jù)地貌因素解析細(xì)分：在圖3a上可以看出，線L3右側(cè)部分的F1、F2變量特征值差異依然較大，不同類型質(zhì)地土壤混雜，且無明顯的低密度帶、密度梯度轉(zhuǎn)折帶，難以客觀的再將其續(xù)分為不同的區(qū)，但是，進(jìn)一步考慮地貌因素（圖3b）則可看出，線L5左右兩側(cè)的地貌類型差異明顯，右側(cè)以山丘緩坡地貌為主，而左側(cè)則為黃泛平原－山前崗地地貌，因此，線L5可將線L3右側(cè)的類型區(qū)進(jìn)一步細(xì)分地貌類型差異明顯的 2種類型區(qū)（圖3b）。同時在圖3b上也可看出，線L3左右兩側(cè)的地貌類型也具有明顯差異，左側(cè)以沙丘崗地地貌為主，而右側(cè)地貌則為黃泛平原－山前崗地地貌。

綜上所述，結(jié)合土壤質(zhì)地、地貌類型因素，下部第一高密度區(qū)可進(jìn)一步客觀的劃分為3種類型區(qū)。

2）中部第三密度區(qū)的解析細(xì)分

采取與第一高密度區(qū)相同的方法，結(jié)合土壤質(zhì)地、地貌因素，以線L4為分區(qū)界線，可將中部第三密度區(qū)進(jìn)一步劃分為左、右 2種類型區(qū)。左側(cè)土壤質(zhì)地以面砂土－砂壤土為主，地貌類型為黃泛平原；右側(cè)土壤質(zhì)地以面砂土－壤土為主，地貌類型為黃泛平原－山前崗地；其間為一次級的相對低密度帶。

3）上部第二高密度區(qū)的解析劃分

第二高密度區(qū)樣品分布緊促，土壤質(zhì)地（圖 3a）和地貌類型（圖3b）均無明顯差異，不需要再進(jìn)一步續(xù)分。

3.2.3 類型區(qū)劃分結(jié)果的局部優(yōu)化調(diào)整

自然對象不同類群間的部分屬性存在的交互重疊現(xiàn)象，難免造成個別樣品的歸類不合理現(xiàn)象，尤其是分區(qū)界線附近的樣品，因此，有必要對個別樣品按照類區(qū)主要特征進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，局部調(diào)整情況如下：

1）對沙丘崗地樣品歸類結(jié)果的調(diào)整：沙丘崗地區(qū)單元的聚類特征極為明顯，主要位于線L1下部第一高密度區(qū)線L3的左側(cè)區(qū)域，僅有個別樣品位于鄰近類區(qū)，沙丘崗地區(qū)農(nóng)田障礙因素及農(nóng)田整治工程重點建設(shè)內(nèi)容具有獨特的共性，不同于其他類型區(qū)，因此將定量判別劃歸為鄰區(qū)的3個沙丘崗地單元調(diào)整到第一高密度區(qū)左部的沙丘崗地類區(qū)。

2）對第二高密度區(qū)的調(diào)整：右上部第二高密度區(qū)是山前平原樣品集中分布區(qū)，土壤質(zhì)地為壤土，山前平原與東部黃泛平原區(qū)耕地的特性差異明顯，前者土壤質(zhì)地好，保水保肥能力強(qiáng)，因此將劃歸為該類區(qū)的地貌類型為黃泛平原的7個樣品調(diào)整到其下部鄰近的類型區(qū)。

3.3 類型區(qū)劃分結(jié)果及特點

通過上述密度圖分割和定性解析，可將新鄭市 315個行政村單元劃分為 6種類型的農(nóng)田整治區(qū)，具體如圖4a所示，不同類型區(qū)的耕地單產(chǎn)水平如圖4b所示。采用算術(shù)平均法，統(tǒng)計得不同類型區(qū)的平均糧食單產(chǎn)水平及耕地質(zhì)量要素總體特征如表5所示。由表5可看出，不同類型區(qū)間耕地質(zhì)量及影響因素差異明顯。

1）Ⅰ類區(qū)：沙丘崗地綜合限制型低產(chǎn)區(qū)

共有48個行政村單元，主要分布于新鄭市東北部黃河泛濫沖積形成的沙丘崗地區(qū)，主要涉及孟莊、薛店、龍王 3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)是新鄭市耕地質(zhì)量最差的地區(qū)，平均單產(chǎn)僅為3 563 kg/hm2，為綜合因素限制型低產(chǎn)區(qū)：土壤質(zhì)地為砂土，保水保肥能力差；氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等土壤肥力指標(biāo)及農(nóng)田有效灌溉率均低（表 5），與全市的中間水平相比，分別低 25.84%、18.22%、28.28%、28.78%、51.02%，為多重障礙因素限制區(qū)。

2）Ⅱ類區(qū)：山前崗地-黃泛平原磷鉀肥、灌溉限制型低產(chǎn)區(qū)

共有 104個行政村單元，主要分布于新鄭市西北部山前丘崗地及黃泛平原崗地區(qū)，主要涉及龍湖、郭店、薛店及龍王、新村 5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)為耕地質(zhì)量接近最差的地區(qū)，平均單產(chǎn)為4 023 kg/hm2，為磷鉀肥－灌溉限制型低產(chǎn)區(qū)：土壤質(zhì)地為壤土－砂壤土－面砂土，地形地貌條件較差；除土壤全氮、有機(jī)質(zhì)處于中間水平外，速效磷、速效鉀及農(nóng)田有效灌溉率均低（表 5），分別低于全市中間水平20.55%、3.60%、43.16%。

3）Ⅲ類區(qū)：緩坡地磷肥、灌溉限制型低產(chǎn)區(qū)

共有23個行政村單元，主要分布于新鄭市西南山丘緩坡地區(qū)，主要涉及辛店及新村 2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)為耕地質(zhì)量最差的地區(qū)之一，平均單產(chǎn)為3 532 kg/hm2，為磷肥－灌溉限制型低產(chǎn)區(qū)：土壤質(zhì)地較好，為壤土及砂壤土，地形地貌條件差，為山丘緩坡地；土壤氮、鉀肥及有機(jī)質(zhì)均較高，但是速效磷低，農(nóng)田有效灌溉率極低（表5），分別低于全市中間水平14.30%和63.72%。

圖4 不同類型區(qū)及不同單產(chǎn)水平樣本的第一（F1）與第二（F2）主成分散點圖Fig.4 Scatter diagram of F1 and F2 of samples of different types of area and different levels of grain yield

表5 新鄭市不同類型區(qū)耕地質(zhì)量及影響因素統(tǒng)計結(jié)果Table 5 Statistical data of grain yield and factors affecting quality of cultivated land of different types of area

4）Ⅳ類區(qū)：黃泛平原鉀肥有機(jī)質(zhì)、灌溉限制型中產(chǎn)區(qū)

共有47個行政村單元，主要分布于新鄭市東南部黃泛平原區(qū)和中西部山前崗地區(qū)，涉及八千、龍王、新村及和莊4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)為中產(chǎn)區(qū)，平均單產(chǎn)為5 635 kg/hm2，為鉀肥有機(jī)質(zhì)－灌溉限制型中產(chǎn)區(qū)：土壤質(zhì)地總體較好，為壤土－砂壤土－面砂土，但是砂壤土、面砂土中砂粒組分較粗，保水保肥能力較差；土壤速效磷含量較高，但是速效鉀、有機(jī)質(zhì)及有效灌溉率較低（表 5），分別低于全市中間水平6.11%、5.66%、26.84%。

5）Ⅴ類區(qū)：山前崗地-黃泛平原灌溉限制型中高產(chǎn)區(qū)

共有37個行政村單元，主要分布于新鄭市中西部山前崗平地和山前崗平地與黃泛平原區(qū)交接帶，涉及和莊、新村、辛店及八千 4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)為中高產(chǎn)區(qū)，平均單產(chǎn)為6 470 kg/hm2，為灌溉限制型中高產(chǎn)區(qū)：地形地貌為平原和崗平地，土壤質(zhì)地為壤土－面砂土，地形條件和土壤質(zhì)地均較好；土壤肥力較高，氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)分別高出全市中間水平 23.80%、28.32%、15.85%和28.78%，但是農(nóng)田有效灌溉率極低（表5），低于全市中間水平20.07%。

6）Ⅵ類區(qū)：山前平原基本無限制型中高產(chǎn)區(qū)

共有56個行政村單元，主要分布于新鄭市中南部山前平原及崗平地區(qū)，主要涉及城關(guān)、觀音寺、梨河、及和莊新 4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)為中高產(chǎn)區(qū)，也是全市耕地質(zhì)量最好的地區(qū)，平均單產(chǎn)為6 740 kg/hm2，為基本無限制型中高產(chǎn)區(qū)：區(qū)內(nèi)地形平坦，土壤質(zhì)地為壤土；土壤肥力較高，氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)分別高出全市中間水平17.69%、20.55%、11.04%和17.78%，農(nóng)田有效灌溉率為全市最高的地區(qū)，高于全市中間水平的63.72%，無明顯限制性障礙因素。

4 耕地質(zhì)量提升途徑及分區(qū)建設(shè)重點

從農(nóng)田整治類型區(qū)的劃分結(jié)果可看出，耕地質(zhì)量與其影響因素之間的關(guān)系是極其復(fù)雜的：單產(chǎn)水平不同的耕地，其影響因素組合特征各不同；單產(chǎn)水平相同的耕地，其影響因素組合特征亦不相同；單一因素相同的耕地，其單產(chǎn)水平會差異懸殊。該項研究所劃分出的 6種類型的農(nóng)田整治區(qū)，既反映了糧食單產(chǎn)水平的高低，同時又反映了同等水平耕地主要障礙因素的差異。類區(qū)劃分結(jié)果既突出農(nóng)田整治的重點區(qū)域，又明確了耕地質(zhì)量提升的主要途徑和整治工程建設(shè)的重點內(nèi)容。除山前平原基本無限制型中高產(chǎn)區(qū)外，其他的 5種類型區(qū)存在的共同障礙因素是農(nóng)田有效灌溉率低、土壤肥力總體低下，耕地質(zhì)量提升的主要途徑為提高農(nóng)田有效灌溉率和培肥土壤，但是，由于不同類型區(qū)的立地條件和肥力狀況存在差異，農(nóng)田整治工程建設(shè)的重點應(yīng)因地制宜。

1）Ⅰ類區(qū)

為沙丘崗地綜合限制型低產(chǎn)區(qū)，整治工程建設(shè)的重點為：①加強(qiáng)砂丘區(qū)土地平整工程，提高農(nóng)田降水就地入滲攔蓄能力，緩解干旱；②增施復(fù)合肥，全面提高土壤肥力；③推廣秸稈還田技術(shù)，改良土壤質(zhì)地，提高土壤保水保肥能力；④加強(qiáng)機(jī)井灌溉工程建設(shè)，擴(kuò)大農(nóng)田有效灌溉面積；⑤加強(qiáng)農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)建設(shè)，防治土地沙化，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。

2）Ⅱ類區(qū)和Ⅴ類區(qū)

均為山前崗地-黃泛平原灌溉限制型區(qū)，差異之處在于Ⅱ類區(qū)磷鉀肥肥力明顯較Ⅴ類區(qū)低，整治工程建設(shè)的重點為：①加強(qiáng)崗地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)水平圍埂梯田建設(shè)，提高農(nóng)田降水就地入滲攔蓄能力；②加強(qiáng)蓄水池、塘堰等小型蓄水工程建設(shè)和機(jī)井灌溉工程建設(shè)，擴(kuò)大農(nóng)田有效灌溉面積；③對Ⅱ類區(qū)要增施磷肥和鉀肥，改善土壤磷肥和鉀肥肥力低下狀況。

3）Ⅲ類區(qū)

為緩坡地磷肥、灌溉限制型低產(chǎn)區(qū)，整治工程建設(shè)的重點為：①加大土地平整工程力度，通過田塊歸并、梯田建設(shè)、坡面梯田改造，將該類區(qū)建設(shè)為適宜小型機(jī)械化耕作的寬面、水平高標(biāo)準(zhǔn)圍埂梯田；②加強(qiáng)蓄水池小型蓄水工程建設(shè)，保證農(nóng)作物生長關(guān)鍵期用水需求，緩解干旱；③增施磷肥，改善土壤磷肥低下狀況。

4）Ⅳ類區(qū)

為黃泛平原鉀肥有機(jī)質(zhì)、灌溉限制型中產(chǎn)區(qū)，整治工程建設(shè)的重點為：①加強(qiáng)農(nóng)田機(jī)井灌溉工程建設(shè)，擴(kuò)大農(nóng)田有效灌溉面積；②推廣秸稈還田技術(shù)，改良土壤質(zhì)地，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；③增施鉀肥和有機(jī)肥，改善土壤有機(jī)質(zhì)和鉀肥肥力低下狀況。

5 結(jié) 論

1）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、農(nóng)田灌溉率與糧食單產(chǎn)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.372、0.373、0.620、0.347、0.557，是影響新鄭市耕地質(zhì)量的定量因素，主成分分析提取的第一主分量（F1）和第二主分量（F2）包含了其原始信息總量的85.55%，且F1、F2與糧食單產(chǎn)間的相關(guān)性總體優(yōu)于原始變量，可由其替代原始變量信息。

2）在F1-F2二維平面散點圖上，樣品聚類特征明顯，采用樣品分布密度圖法可將新鄭市的 315個行政村劃分為3大類型的農(nóng)田整治區(qū)。

3）地貌類型、土壤質(zhì)地是影響耕地質(zhì)量的定性因素，在3大類型區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合地貌類型、土壤質(zhì)地，采用定性解析的方法可將3大類型區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為6種類型的農(nóng)田整治區(qū)，不同類型區(qū)的糧食單產(chǎn)水平和耕地質(zhì)量影響因素特征差異明顯，類型區(qū)劃分結(jié)果既反映出了單產(chǎn)水平的高低差異，同時又反映出了障礙因素的不同，研究結(jié)果可為新鄭市的農(nóng)田整治規(guī)劃設(shè)計提供重要參考，有利于提高農(nóng)田整治工作的針對性。

除山前平原基本無限制型中高產(chǎn)區(qū)外，其他 5種類型區(qū)存在的共同障礙因素是農(nóng)田有效灌溉率低、土壤肥力低，耕地質(zhì)量提升的主要途徑為提高農(nóng)田有效灌溉率和培肥土壤，但是，由于不同類型區(qū)的立地條件和肥力狀況存在差異，農(nóng)田整治工程建設(shè)的重點應(yīng)因地制宜。

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