陳 影， 張 利， 楊江燕， 門明新

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院，河北保定 071000)

隨著人口數(shù)量的增加以及人們用地空間的擴大，一些地區(qū)的人地矛盾逐步凸顯出來，合理開發(fā)利用鹽堿地等未利用地是解決這一矛盾的有效方法之一。進入新世紀以來，隨著人們生活水平提高及用地需求增大，耕地面積逐漸不能滿足人們的需求，資源、人口、環(huán)境等問題進一步加劇。社會發(fā)展和經(jīng)濟持續(xù)進步的重要前提是確保耕地的數(shù)量、質(zhì)量。習(xí)近平總書記曾說“手中有糧，心中不慌”，糧食問題關(guān)乎國家的穩(wěn)定和長治久安。進行鹽堿地等土地開發(fā)，確保耕地的數(shù)量和質(zhì)量，其開發(fā)合理性至關(guān)重要，合理開發(fā)未利用地的前提是進行科學(xué)的宜耕性評價。土地具有多功能性，不同區(qū)域的土地功能可能存在極大差異，土地功能的種類及高低直接影響土地利用適宜性的高低。土地所具有的生產(chǎn)功能可以為人們提供各種農(nóng)產(chǎn)品，相對于其他功能來說是最核心也是最基礎(chǔ)的功能，事關(guān)國家的長治久安。

土地具有的為人們提供農(nóng)產(chǎn)品的能力是一種穩(wěn)定屬性，它是在長期的自然環(huán)境影響和人為作用下逐漸構(gòu)成的。許皞等認為土地生產(chǎn)力屬于土地的基本功能，是提供農(nóng)產(chǎn)品和生產(chǎn)效益的能力[1]。20世紀30年代，我國開始進行土地生產(chǎn)力的定量化研究，但前期以土地的潛力評價為主[2]，隨著計算機、GIS等技術(shù)方法的發(fā)展與進步，前人從土地退化的原因入手分析了土地生產(chǎn)功能的影響指標[3-4]，竺可楨分別從氣候、作物生理等角度探討了土地生產(chǎn)功能[5]；黃秉維等結(jié)合太陽輻射原理，通過對比不同的有效光合利用系數(shù)，統(tǒng)計了我國不同地區(qū)的光溫潛力[6-7]。我國學(xué)者從20世紀80年代初也開始對土地生產(chǎn)力進行系統(tǒng)研究，周兆德等針對我國作物類型的不同、區(qū)域的不同開展了相關(guān)問題的探討[8-10]。張鳳榮等根據(jù)土地的自然屬性調(diào)查了土地后備資源[11]。從以上專家學(xué)者的研究可以看出，前期土地生產(chǎn)力評價多集中于農(nóng)用地[12-13]。環(huán)渤海鹽堿地由于受人類經(jīng)濟、社會活動的干擾比較少，生產(chǎn)力方面的評價研究也相對較少[14]。鹽堿地宜耕性是土地生產(chǎn)功能的外在體現(xiàn)，基于土地功能評價的鹽堿地宜耕性評價具有可操作性和科學(xué)性[15]，依據(jù)其結(jié)果確定鹽堿地的開發(fā)利用方向可以在遵循土地自然屬性、內(nèi)在規(guī)律的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。

本研究首先辨析了環(huán)渤海鹽堿地的土地結(jié)構(gòu)，篩選環(huán)渤海鹽堿地生產(chǎn)功能的主要影響指標，構(gòu)建鹽堿地生產(chǎn)功能等級劃分的評價體系，進而利用層次分析法模型計算篩選的指標權(quán)重，并基于加權(quán)指數(shù)和法建立了環(huán)渤海鹽堿地生產(chǎn)功能評價框架，挖掘鹽堿地生產(chǎn)功能與耕地適宜性的內(nèi)在邏輯關(guān)系，在功能評價結(jié)果基礎(chǔ)上確定環(huán)渤海鹽堿土地的宜耕性，并以黃驊市為案例區(qū)進行了方法檢驗。

1 研究區(qū)域概況

黃驊市是位于東北亞環(huán)渤海經(jīng)濟隆起帶中心位置的縣級市，位于38°09′～38°39′N，117°05′～117°49′E之間。2015年市域總面積為2 391.36 km2。該市東邊與渤海相鄰，其海岸線總長達到65.8 km。全市共327個行政村。全市陸地總面積為2 260.6 km2。

黃驊市在黑龍港流域，該區(qū)的主要地貌類型為海岸地貌。氣候類型為海洋性氣候。黃驊市土壤類型主要為沼澤土、潮土、鹽土。黃驊市鹽堿土地的總面積截至2015年達到 33 176 hm2。

根據(jù)黃驊市經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒，自20世紀80年代以來黃驊市人口不斷增加，2015年全市總?cè)丝跒?5.4萬。截至2015年，全市地區(qū)生產(chǎn)總值達到237億元；近幾年來，黃驊市經(jīng)濟發(fā)展很快，財政收入達到了20.3億元。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 遙感影像數(shù)據(jù)來源

通過解譯黃驊市TM遙感數(shù)據(jù)，得到了鹽堿地及其他土地利用類型數(shù)據(jù)，在同一投影系統(tǒng)下，建立黃驊市遙感影像分類體系，利用ArcGIS軟件中的空間分析工具，通過柵格重分類方法，將土地類型合并為耕地、建設(shè)用地、園地、水域、鹽堿地等6類，形成獨立的柵格文件，之后將這些獨立柵格圖通過Arctoolbox功能模塊轉(zhuǎn)換成ASCⅡ格式。在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對遙感影像進行提取地類及數(shù)據(jù)檢驗工作。

2.2 外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)來源

該研究以國土部環(huán)渤海野外科學(xué)觀測研究基地為依托，整理收集并總結(jié)了土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土壤類型分布圖等數(shù)據(jù)。布設(shè)樣點300多個，2014年7月進行了樣點數(shù)據(jù)的初步采集工作，并在2016年4月進行了補測。

收集研究區(qū)域調(diào)查樣點數(shù)據(jù)后，在實驗室對全部土樣數(shù)據(jù)進行化驗測定，測定土壤的pH值、有機質(zhì)含量、含鹽率等信息。對于其他信息，例如土體構(gòu)型數(shù)據(jù)、地下水埋深數(shù)據(jù)、土地覆被等，均通過外業(yè)走訪調(diào)查或處理遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)。本研究所用氣象數(shù)據(jù)是在中國氣象數(shù)據(jù)資源網(wǎng)獲取的。根據(jù)河北省農(nóng)業(yè)地質(zhì)大調(diào)查數(shù)據(jù)，收集并化驗了黃驊市域土壤的Cd、Pb、As、Cu等數(shù)值(mg/kg)作為鹽堿地宜耕性評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 研究方法

3.1 土地生產(chǎn)功能指標選取及權(quán)重確定方法

3.1.1 指標篩選及權(quán)重確定模型 在進行鹽堿地功能評價因素的選取時，指標的確定根據(jù)評價的尺度、研究區(qū)的實際情況、范圍的不同來確定。選擇土地生產(chǎn)功能評價的參評因素時，首先構(gòu)架了土地的“結(jié)構(gòu)—屬性—功能—影響指標”框架，通過對黃驊市鹽堿地進行深入分析可以看出，其主要受自然因素制約(圖1)，所以黃驊市鹽堿地結(jié)構(gòu)由土壤、水等自然因素組成，通過分析，在黃驊市鹽堿地結(jié)構(gòu)中對其生產(chǎn)功能影響最大的因素為土壤中的含鹽量，當土壤中的可溶性鹽含量過高時，會導(dǎo)致土壤溶液的滲透壓增高，從而極大阻礙農(nóng)作物有效吸收水分，進而影響作物正常生長。同時，受一些可溶性堿性鹽的影響，土壤pH值也會升高。對于環(huán)渤海鹽堿土地而言，要采取有效措施優(yōu)化土地的組成結(jié)構(gòu)，才能從根本上增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。針對研究區(qū)域特點，確定評價指標的相對重要程度可以使用層次分析法等方法。

層次分析法分析模型對評價指標之間相對重要程度的判斷更科學(xué)，可信度也更大。在對評價指標重要程度進行排序后，還可以根據(jù)指標對結(jié)果的貢獻程度進行取舍，因此該方法既可以確定評價指標權(quán)重，又可以用于確定指標的取舍，將定量分析與定性分析充分結(jié)合。本研究在指標選擇及指標權(quán)重確定時使用了層次分析法。采用該方法時，是以土地生產(chǎn)功能的等級劃分為主要目標，在該目標下選擇若干參評因素，建立評價因素的層次結(jié)構(gòu)，對所選取的指標通過比較兩兩的重要程度，先進行初步判斷，再計算矩陣的特征向量，進而確定各評價指標對土地生產(chǎn)功能的貢獻大小，貢獻小的評價指標舍去，最終確定環(huán)渤海鹽堿地生產(chǎn)功能的評價指標體系。

3.1.2 評價因素等級及評價單元的確定

3.1.2.1 評價指標的分等及賦值 評價指標分等、賦值采用級位指數(shù)法，先分別劃分各生產(chǎn)功能評價指標的等級，再給每個指標等級進行量化、賦值即可，在賦值時一般采用等差數(shù)列的方法，該方法能有效反應(yīng)各評價等級之間的差異。

3.1.2.2 評價單元的確定 基于地塊法劃分評價單元。該方法的優(yōu)點在于，能夠有效避免由于單元的劃分而打破地塊邊界，對于得出的評價結(jié)果，在指導(dǎo)每個環(huán)渤海鹽堿地的地塊將來的開發(fā)方向時更具科學(xué)性，且更便于操作。本研究中宜耕性評價中評價單元選取時依據(jù)的是土地利用更新調(diào)查時確定的斑塊作為土地生產(chǎn)功能的評價單元。

3.1.2.3 評價結(jié)果等級劃分方法 在對鹽堿地功能評價結(jié)果進行等級劃分時，采用自然斷點法。系統(tǒng)通過對分類間隔的識別，可以對評價結(jié)果進行最科學(xué)的分組，這種分級方法可以使各個類別之間的差異最大化。在進行等級劃分時系統(tǒng)會在數(shù)值差異相對較大的地方設(shè)置邊界，從而實現(xiàn)分級。

3.1.3 系統(tǒng)評價模型的構(gòu)建 鹽堿地生產(chǎn)功能評價模型采用加權(quán)指數(shù)和法。在對評價結(jié)果進行分級時，主要參考的是參評指標的實際條件以及評價單元的差異性，對選取的指標值進行賦值，以進一步得到評價單元不同參評指標的分值。加權(quán)指數(shù)和法的優(yōu)點是充分考慮了各評價指標對結(jié)果的貢獻，是目前我國土地評價中比較常用的方法。

加權(quán)指數(shù)和法計算公式為

(1)

式中：Ri表示第i個單元的評價分值；Wj表示第j個因素的權(quán)重；Fij表示第i個評價單元、第j個因素的分值；n為評價因素的總數(shù)。

3.1.4 生產(chǎn)功能與宜耕性的關(guān)系確定 土地各種功能是土地的固有屬性，而土地使用方式只是其外在體現(xiàn)，是人們出于自身需求，基于土地的固有屬性而對土地的保護、改造、使用的過程。在土地開發(fā)的長期歷程中，人類通過總結(jié)土壤肥力特征、探索自然規(guī)律逐步形成了穩(wěn)定的土地利用結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個邏輯關(guān)系，本研究提出通過鹽堿地生產(chǎn)功能的評價結(jié)果確定鹽堿地的宜耕性(圖2)。

4 黃驊市鹽堿地生產(chǎn)功能評價

4.1 指標篩選及權(quán)重的確定

在黃驊市鹽堿地生產(chǎn)功能評價指標體系中，每個評價因素都會影響生產(chǎn)功能的高低，但各個評價因素影響程度不同，根據(jù)在生產(chǎn)功能評價過程中對綜合評價結(jié)果的影響大小劃分主次，采用層次分析法確定了評價指標及其權(quán)重。

黃驊市鹽堿地較多，且大部分受人為因素干預(yù)少，處于待開發(fā)的狀態(tài)?；谕恋毓δ艿摹敖Y(jié)構(gòu)—屬性—功能—影響指標”框架，結(jié)合黃驊市影響耕地質(zhì)量的因素，篩選生產(chǎn)功能評價指標。利用層次分析法，結(jié)合對評價結(jié)果的貢獻程度對各指標進行科學(xué)排序，去除非重要因素后，篩選得出如下環(huán)渤海鹽堿區(qū)生產(chǎn)功能評價指標：土壤有機質(zhì)的含量、土壤中的鹽分含量、土壤的質(zhì)地、土的構(gòu)型、鹽堿地地下水埋深。

用層次分析法對評價因素進行排序及確定權(quán)重時，首先應(yīng)用層次分析法對選取的5個評價因素構(gòu)建層析分析模型，在層次分析模型中，評價因子屬于因素層。在確定權(quán)重時，利用其重要性進行兩兩對比分析，并賦以相應(yīng)的數(shù)值。由此得出各指標的分級定量值，并建立指標判斷矩陣。

通過向?qū)＜易稍兒蛥⒖记叭搜芯砍晒?，對Yaahp軟件建立的矩陣經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，使其CR值小于0.1，并用式(2)計算了一致性指標。

(2)

式中：n表示反判斷矩陣A的階數(shù)，λmax表示最大特征值，最后計算得出：CR=CI/RI=0.025 6<0.1。

利用Yaahp軟件，計算得出各個評價因素的權(quán)重見表1。

表1 各參評因子權(quán)重值

4.2 評價因素的量化

確定土地生產(chǎn)功能各個參評因素的權(quán)重之后，進一步對各參評因子進行量化分級。對評價指標的分級量化，可以定量化一些定性的因素指標，可以使評價結(jié)果的精度更高。在確定評價因素分級值行時，可以采用評價數(shù)據(jù)的平均值法、專家咨詢法、行業(yè)標準法等方法。本次研究中，根據(jù)黃驊市鹽堿地的實際情況，參考大量文獻及前人做法，基于級位指數(shù)法將評價指標體系中各個因素劃分為4個等級，并對評價因素進行分級及定量化，再對每個級別以0～100分進行打分，分值越高代表級別越高，并制定了黃驊市鹽堿地生產(chǎn)功能評價因素量化分級表。結(jié)合GIS工具的空間分析功能，在前期制定分級表的基礎(chǔ)上對調(diào)查數(shù)據(jù)進行空間分析，獲取每個評價指標的分級結(jié)果。評價因素的分級及賦值如下：

4.2.1 土壤質(zhì)地 根據(jù)黃驊市鹽堿地的實地調(diào)查及分析化驗的土壤數(shù)據(jù)，參照土壤質(zhì)地的分級表(表2)，將各個評價單元的土壤質(zhì)地級別用GIS工具進行空間插值，得到黃驊市鹽堿地的土壤質(zhì)地分布圖。通過GIS的空間分析功能可以看出黃驊市鹽堿地的土壤質(zhì)地中中壤和輕壤為主要質(zhì)地類型，只有南排河鎮(zhèn)有部分重壤土分布(圖3)。

表2 黃驊市土壤評價指標分級量化

4.2.2 土壤有機質(zhì)含量 對黃驊市鹽堿地進行實地土壤采樣，室內(nèi)測定所得數(shù)據(jù)，根據(jù)土壤有機質(zhì)含量的分級表(表2)，將各個評價單元的土壤質(zhì)地級別用GIS空間插值得到相應(yīng)圖層，得出環(huán)渤海鹽堿區(qū)土壤的有機質(zhì)含量等級分區(qū)圖。從圖中可以看出，在黃驊市的鹽堿地中，有機質(zhì)含量范圍在3.2～27.5 g/kg之間，其中有機質(zhì)含量為≥15 g/kg的面積最少，而呂橋鎮(zhèn)有機質(zhì)含量≥15 g/kg的鹽堿地面積最大；南排河鎮(zhèn)和新村回族鄉(xiāng)均沒有有機質(zhì)含量在10～<15 g/kg的鹽堿地(圖4)。

4.2.3 黃驊市鹽堿地地下水埋深分級 將各個評價單元的地下水埋深級別用GIS空間插值得到相應(yīng)圖層，得出區(qū)域鹽堿地地下水埋深等級分布圖(表2、圖5)。

4.2.4 黃驊市土壤鹽分分級 將各個評價單元的土壤鹽分含量級別用GIS空間插值得到相應(yīng)圖層，得出區(qū)域鹽堿地土壤鹽分含量等級分布圖(表2、圖6)。

4.2.5 黃驊市土體構(gòu)型分級 將黃驊市各個評價單元的土體構(gòu)型級別用GIS空間插值得到相應(yīng)圖層，得出區(qū)域鹽堿地土體構(gòu)型分級量化表及等級分布圖(表2、圖7)。

4.3 黃驊市鹽堿土地生產(chǎn)功能評價

利用加權(quán)指數(shù)和法，對黃驊市鹽堿地每個評價單元的生產(chǎn)功能進行評價，基于自然斷點法將評價結(jié)果劃分4個等級，來表達生產(chǎn)功能的高低。依據(jù)綜合指數(shù)值確定了劃分界限，運算得到的各個土地功能評價單元的指數(shù)值，最終得到相應(yīng)生產(chǎn)功能等級，并用數(shù)字1、2、3、4來表示，數(shù)字越大生產(chǎn)功能越高。最終的評價結(jié)果如圖8所示。

5 結(jié)果分析

5.1 基于生產(chǎn)功能評價的宜耕性確定

土地功能與適宜性存在必然的邏輯關(guān)系，土地利用方式是土地功能的外在體現(xiàn)，鹽堿地生產(chǎn)功能決定著其宜耕性。環(huán)渤海鹽堿地生產(chǎn)功能的大小決定了鹽堿地的宜耕性，而土地宜耕性表征土地生產(chǎn)功能大小。鹽堿地生產(chǎn)功能和宜耕性具有等級對應(yīng)關(guān)系(表3)。

表3 土地生產(chǎn)功能與宜耕性對應(yīng)關(guān)系

5.2 黃驊市鹽堿地宜耕性結(jié)果分析

根據(jù)鹽堿地生產(chǎn)功能評價結(jié)果，將黃驊市鹽堿地宜耕性劃分為4個等級，評價結(jié)果如下(表4、圖9)。

5.2.1 高度適宜區(qū) 根據(jù)評價結(jié)果，在黃驊市鹽堿地中高度適宜作為耕地的面積為9 455.74 hm2。主要分布在中捷管理區(qū)、羊二莊回族鎮(zhèn)以及南大港管理區(qū)。這些地區(qū)地勢平坦開闊，交通便利，土壤基質(zhì)狀況較好，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施相對來說比較完善，比較適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

5.2.2 較適宜區(qū) 經(jīng)過統(tǒng)計匯總分析可以看出，黃驊市較適宜作為耕地的鹽堿地面積為12 862.42 hm2。總體看分布范圍較廣，但主要集中在中捷管理區(qū)的南部，羊三木回族鄉(xiāng)，黃驊鎮(zhèn)的東北部，羊二莊回族鎮(zhèn)的西北部，另外齊家務(wù)鄉(xiāng)和滕莊子鄉(xiāng)也有分布。

5.2.3 勉強適宜區(qū) 據(jù)表8可以看出，黃驊市勉強適宜作為耕地的鹽堿地面積為9081.31hm2。 主要分布在中捷農(nóng)場、南大港管理區(qū)的交界地帶，舊城鎮(zhèn)的東北部以及羊二莊回族鎮(zhèn)的西北及西南部，另外，官莊鄉(xiāng)、黃驊鎮(zhèn)的西部、常郭以及滕莊子鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)也有分布。

表4 黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)未利用地宜耕性分布

5.2.4 不適宜區(qū) 通過對黃驊市鹽堿地宜耕性分析，該地區(qū)不適宜開發(fā)為耕地的鹽堿地面積為4 411.11 hm2。主要分布在黃驊鎮(zhèn)的南部、南排河鎮(zhèn)、羊二莊回族鎮(zhèn)的西南及西北部，常郭鎮(zhèn)、南大港管理區(qū)也有分布。這些地區(qū)的土壤鹽分含量大，其他耕作條件也不太好，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項目的開展。

6 結(jié)論與討論

在進行環(huán)渤海鹽堿地生產(chǎn)功能評價過程中，根據(jù)研究區(qū)氣候、土壤、人類活動等條件，因地制宜的選取評價因素。結(jié)合前人研究成果及黃驊市土地結(jié)構(gòu)篩選了土地功能評價因素，并利用評價模型對黃驊市鹽堿地生產(chǎn)功能進行了評價，進而對黃驊市鹽堿地宜耕性進行分級，并確定了其空間區(qū)位。統(tǒng)計結(jié)果顯示，黃驊市鹽堿地中較適宜作為耕地的面積最大，達到12 862.42 hm2，高度適宜作為耕地的鹽堿地也達到了 9 455.74 hm2，說明黃驊市鹽堿地開發(fā)為耕地的潛力很大。

土地具有多重功能，這些功能又是由土地結(jié)構(gòu)決定的。土地結(jié)構(gòu)如果發(fā)生變化，必然導(dǎo)致土地功能的轉(zhuǎn)變，人們在長期的土地利用過程中通過土地利用方式的變化來響應(yīng)土地功能的變化，反之土地功能的高低也一一對應(yīng)著土地利用適宜性的高低。環(huán)渤海鹽堿地幾乎不受人為因素干擾，其主要受穩(wěn)定、長期的自然因素影響，在這種作用下，鹽堿地是具有生產(chǎn)功能的，所以基于土地功能評價的環(huán)渤海鹽堿地宜耕性評價，是確定其最佳開發(fā)利用方向的科學(xué)手段。土地功能的確定及影響因素的篩選的核心目的是為了生產(chǎn)實踐，例如預(yù)測土地利用行為、科學(xué)理評價土地功能的大小，確定未利用地最佳開發(fā)利用方式等。土地適宜性評價是分析土地開發(fā)方式的前提，同時也是土地功能的外在表現(xiàn)，因此，依據(jù)鹽堿地生產(chǎn)功能評價結(jié)果進行宜耕性評估具有科學(xué)性、可操作性。根據(jù)這個特點，本研究創(chuàng)新性地提出通過土地生產(chǎn)功能評價確定鹽堿地宜耕性。研究方法和結(jié)果可以指導(dǎo)環(huán)渤海鹽堿地的適宜性評價、開發(fā)利用等土地管理工作，對形成科學(xué)合理的土地利用格局及當?shù)氐纳鐣?、?jīng)濟、環(huán)境的科學(xué)發(fā)展極具借鑒意義。

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