李旭光 ，邢鳳麗 ，袁 雪 ，王 紅 ，張瑞芳

（1.河北省耕地質量監(jiān)測保護中心，河北 石家莊 050000；2.石家莊市藁城區(qū)農業(yè)技術推廣中心，河北 藁城 052160；3.陜西新能選煤技術有限公司，陜西 西安 710000；4.河北農業(yè)大學 河北省山區(qū)農業(yè)技術創(chuàng)新中心/國家北方山區(qū)農業(yè)工程技術研究中心，河北 保定 071000）

耕地作為人們維持日常生活和發(fā)展經濟的重要基礎保障，與國家糧食安全、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和生態(tài)安全緊密相連[1-2]。隨著國家經濟、社會和文化的進一步發(fā)展，在我國現有的耕地資源中，能夠進行糧食生產的耕地總量呈現出逐年降低的趨勢，已迫近耕地數量紅線，耕地地塊細碎化、土壤污染以及退化等耕地質量問題逐漸凸顯[3-5]，要時刻把握好糧食產量和有限耕地之間的“平衡”[6-7]。2020年末，在北京召開的中央經濟工作會議中指出：持續(xù)落實“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略，解決好種子和耕地問題，堅決保障糧食安全，要牢牢守住18 億畝耕地紅線[8-9]。國家和地方對耕地質量把控、建設和管理是通過耕地質量等級評價進行的，科學、全面、精準和合理地認識、掌握和評價耕地資源的質量狀況和演變規(guī)律，是緩解人地矛盾、進行耕地資源管理和實現耕地差異化保護的重要前提[10-12]。

目前，國內外學者對耕地質量評價進行了大量的研究，重點圍繞耕地質量評價的內容、方法和尺度等方面進行了詳實的分析和研究[13]。歐洲率先開展耕地質量方面的研究，歐洲的農學家瓦羅出版的《論農業(yè)》首次提出對土地劃分等級是進行土地質量評價的基礎[14]。MURAGE 等[15]在對肯尼亞部分地區(qū)的耕地開展耕地質量評價研究時，將土壤的顏色和作物產量作為耕地質量評價的一部分。ARNAUD 等[16]在對尼泊爾地區(qū)的耕地質量進行研究時，農場主為土壤調查提供的參考因素高達62項。我國早在2000 多年前就開始了關于土地評價的活動[17]，根據土壤肥力定性地將土壤分為三六九等[18]。21 世紀，我國耕地質量的內涵隨著時間推移不斷豐富，從土壤肥力、耕地環(huán)境優(yōu)劣等單一性概念逐步發(fā)展為綜合了自然、經濟、科技等因素的綜合概念，涵蓋多層次、多角度、多方面的內涵[19-21]。耕地質量評價是基于特定目的的專項或綜合評價，已從查田定產、土壤性質、基礎地力等耕地自然狀態(tài)的研究，發(fā)展到綜合考慮自然、經濟和社會的人地一體化的資源價值管理評價[22]。根據耕地質量評價的目的和任務不同，出現了不同的評價方法，在評價系統(tǒng)框架、基本要素和指標、程序和方法、評價結果應用等方面存在一定的差別。目前，我國主要的耕地質量評價方法有農業(yè)生產能力評價、耕地潛力評價、土壤及環(huán)境質量評價、可持續(xù)性評價、分等定級[23]。耕地質量等級評價技術體系逐漸完善，原農業(yè)部于2008年制訂了《全國耕地地力調查與質量評價技術規(guī)程》，選取了氣象、立地條件、剖面性狀、土壤理化性狀、障礙因素、土壤管理等評價因素，其評價步驟為：評價單元賦值→確定各評價因子的權重（特爾斐法、層次分析法）和隸屬度（特爾斐法、隸屬函數法）→計算耕地地力綜合指數（累加法）→劃分地力級別（等距法）[24]。2016年發(fā)布《耕地質量等級》國家標準（GB/T 33469—2016）[25]，逐步建立了國家和區(qū)域數據庫，為糧食安全考核提供了數據支撐，但尚未應用到指導耕地質量建設提升中。

本研究以河北省實地調研為基礎，選取作為糧食主產區(qū)的河北省太行山山前平原30 個縣（區(qū)）為研究對象，以《耕地質量等級》國家標準（GB/T 33469—2016）為依據，對河北省太行山山前平原30 個縣（區(qū)）的耕地質量進行評價分級，獲取不同等級耕地占比及空間分布情況，剖析耕地質量提升障礙因子，以期為研究區(qū)耕地質量建設提供建議。

1 數據和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)縣（區(qū)）名稱統(tǒng)計如表1 所示。

表1 研究區(qū)縣（區(qū)）名稱統(tǒng)計Tab.1 Statistics of the names of the counties（districts） in the study area

研究區(qū)太行山山前平原區(qū)（36°24′～39°36′N、113°45′～116°15′E）位于河北省西部，隸屬于燕山太行山山麓平原農業(yè)區(qū)，是河北省最早的農業(yè)生產開發(fā)地區(qū)之一。該區(qū)地勢屬沖積扇平原，坡度起伏不大，地勢較為平坦，土壤類型共分為6 類，土壤質地疏松良好，屬于典型的溫帶氣候區(qū)，雨熱同期。該區(qū)光照溫度和時間都比較充足，適合多種作物生長，是國家十分重要的農業(yè)生產區(qū)，在河北省農業(yè)主產區(qū)中具有一定的代表性[26-27]。

1.2 數據來源

數據主要包括：（1）圖件資料。河北省太行山山前平原區(qū)行政區(qū)劃圖、河北省太行山山前平原區(qū)土壤現狀圖及土地利用現狀圖（2018年）等相關圖件。（2）數據資料。筆者在研究區(qū)30 個縣（區(qū)）內充分考慮土壤類型、耕作制度、管理水平等因素，確保取樣點的均勻性與代表性，共設立采樣點1435 個，于2019年9月下旬完成所有土壤樣品的采集工作，檢測有機質、有效磷、pH 值、全氮和速效鉀等指標。土壤樣品的采集、處理、貯存方法和各項指標的檢測均嚴格按標準方法《土壤檢測》（NY/T 1121）進行。研究區(qū)采樣點如圖1 所示；通過調研得到農田林網化程度、灌溉能力和排水能力等指標。

圖1 研究區(qū)域采樣點Fig.1 Sampling points in the study area

1.3 評價指標體系的確定

依據2019年農業(yè)農村部耕地質量監(jiān)測保護中心印發(fā)的《全國耕地質量等級評價指標體系》，運用耕地質量評價研究中被廣泛應用的特爾斐法，選取的評價指標如表2 所示，以剖析耕地質量提升障礙因子、提供耕地質量提升建議為目的，依據是否具有主觀能動性（可人為影響）設定為立地條件、物理性狀、化學性狀和設施與防護4 個準則層，共包含18 個評價指標，構建河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量評價綜合體系，以便后期提出有針對性的耕地質量提升建議。其中，18 個指標有15 個為概念型指標，3 個為數值型指標。

表2 研究區(qū)耕地質量評價指標Tab.2 Cultivated land quality evaluation indexes in the study area

1.4 研究方法

1.4.1 耕地質量評價單位劃分及評價指標量化處理 評價單元的確定與劃分將會直接影響到最終結果[28]，在對耕地質量進行評價之前，需要對評價單元進行劃分，在對每一個評價單元相應的耕地質量進行研究的基礎上開展區(qū)域內耕地質量評價。在本試驗研究過程中，將研究區(qū)耕地圖斑在ArcGIS 中與村級行政區(qū)劃圖進行疊加合并（圖2），共分成1590 個評價單元，涉及耕地面積共計114.89 hm2。

圖2 評價單元和采樣點分布Fig.2 Distribution diagram of evaluation unit and sampling points

在對河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量進行評價研究的過程中，評價指標之間相互影響，多種指標因素相互作用，因此，先要將評價指標體系內的指標因素進行標準化處理，實際操作過程就是將指標因素做無量綱化標準處理，運用數學計算消除指標因素原始單位不統(tǒng)一對結果造成的影響[29]。

1.4.2 確定各指標權重 耕地質量評價過程中存在的多種影響因素會對結果造成影響，需要科學、合理地確定指標因素的權重，由此獲得較為準確的研究結果[30]。本試驗在實際研究過程中，將特爾菲法與層次分析法結合（表3），研究區(qū)各個指標因素的權重依據《全國耕地質量等級評價指標體系》進行評定，將這2 種方法結合，得到每個指標因素的權重系數，最后，為了使評價體系中指標因素之間相互和諧統(tǒng)一，不出現矛盾現象，對各個指標因素用CR=CI/RI 進行一致性檢驗，結果滿足CR＜0.1，說明一致性良好。

表3 研究區(qū)耕地質量評價指標權重Tab.3 Weight of cultivated land quality evaluation index in the study area

1.4.3 評價指標隸屬度計算 一般而言，指標因素有概念型和數值型2 種。數值型相關指標運用模糊數學方法擬合其隸屬函數，然后以實際獲得的數據結果進行隸屬度的計算；概念型的指標因素依據特爾菲法打分，直接獲得數據的隸屬度。本研究的18 個指標因子中，土壤容重、耕層質地、鹽漬化程度、pH 值、有效土層厚、質地構型、地下水埋深、障礙因素、地形部位、耕層厚度、農田林網化、生物多樣性、清潔程度、灌溉能力和排水能力，共計15 個概念型指標，通過特爾菲法專家打分對其進行量化，獲得隸屬度。有機質、有效磷和速效鉀，共計3個數值型指標，運用模糊數學方法擬合其隸屬函數，然后通過公式進行計算，獲得隸屬度（表4、5）。隸屬度可以理解為指標相應表現性狀的得分。

表4 概念型指標隸屬度Tab.4 Membership degree of conceptual index

表5 數值型指標隸屬函數Tab.5 Membership function of numerical index

1.4.4 耕地質量綜合指數計算 本試驗在研究過程中，通過運用上述研究方法確立了評價體系指標因素及相應的權重后，對河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量狀況采用累加法構建數學模型，計算獲得耕地質量綜合指數，按照耕地質量等級劃分進行分級研究[31-32]。

式中，P表示耕地質量綜合指數；Ci表示第i個因子的組合權重；Fi表示第i個因子的隸屬度。

1.4.5 耕地質量等級劃分標準 本試驗運用等距離法將耕地質量劃分為10 個等級（表6），1 級地質量最好，依次遞減，10級地最差，1級地綜合得分指數對應耕地公頃產標準糧大于等于18000 kg，10 級地綜合得分指數對應耕地公頃產標準糧小于等于9000 kg。

表6 研究區(qū)耕地質量分級標準Tab.6 Classification standard of cultivated land quality in the study area

2 結果與分析

研究區(qū)耕地質量綜合指數的范圍為0.7579～0.9722，極差為0.2143。運用ArcGIS 的自然分級（Natural Break）功能，將1590 個評價單元的綜合指數進行等級劃分，自然斷點法將數據集中不連續(xù)的地方作為分級的依據，任何統(tǒng)計數列都存在一些自然轉折點，裂點本身就是分級的良好界限[33]。本研究用自然斷點法得出綜合指數0.7795 和0.8943 為斷點，接近3 級地下限與7 級地上限的綜合指數，所以，最終將研究區(qū)耕地質量等級劃定為3 個等別：1～3 級地歸為優(yōu)等地，4～6 級地歸為中等地，7、8 級地歸為低等地。

研究區(qū)優(yōu)等地面積為740930.95 hm2，占比為64.49%，分布在中部、南部和北部地區(qū)，中部地區(qū)主要集中在藁城區(qū)、欒城區(qū)、無極縣、深澤縣和新樂市，南部地區(qū)主要集中在永年區(qū)、叢臺區(qū)和臨漳縣，北部地區(qū)主要集中在涿州市、徐水區(qū)和高碑店市。優(yōu)等地中98.80%評價單元立地條件在最高水平，92.00%評價單元物理性狀、化學性狀和環(huán)境條件均處于較高水平，無明顯障礙因子。中等地面積為361676.33 hm2，占比為31.48%，主要分布在中南部地區(qū)，以高邑縣、柏鄉(xiāng)縣、寧晉縣和南和縣為主。中等地中83.90%評價單元立地條件和環(huán)境條件大多處于較高水平，障礙因子集中在化學性狀和物理性狀指標。低等地面積為46301.00 hm2，占比為4.03%，主要集中在中北部地區(qū)，以清苑區(qū)、博野縣為主，邯山區(qū)也有部分存在。低等地中69.40%評價單元立地條件和環(huán)境條件處于最低水平，物理性狀和化學性狀遠低于區(qū)域內平均水平。

通過對河北省太行山山前平原30 個縣（區(qū)）采樣點的耕地質量綜合指數進行計算，得出河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量整體分級情況（圖3、4）。

圖3 研究區(qū)耕地質量分等Fig.3 Classification of cultivated land quality in the study area

圖4 研究區(qū)耕地等級Fig.4 Grade of cultivated land in the study area

由圖3、4 可知，河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量等級由高到低依次為1～8 級，采用耕地質量等級面積加權法，計算得到研究區(qū)域耕地質量平均等級為3.24 級。

不同耕地質量等級面積及占比如圖5 所示，耕地質量等級從1 級到10 級的面積及占比呈現先升高后降低的趨勢。面積較大的主要為2 級、3 級、4 級耕地，其中，3 級耕地面積最大，為6314139.9 hm2，占比30.53%，其次為2級耕地，面積5831810.5 hm2，占比28.20%，4 級耕地面積4047749.7 hm2，占比19.57%，三者面積合計16193700.1 hm2，合計占比78.30%。

圖5 研究區(qū)耕地質量等級比例統(tǒng)計Fig.5 Statistical chart of proportion of cultivated land quality grade in the study area

3 結論與討論

本研究依據河北省太行山山前平原區(qū)土壤條件和土地利用現狀，確定了18 個指標因子，運用地理信息管理系統(tǒng)建立耕地質量等級評價體系，在對地理條件、物理性狀、化學性狀和環(huán)境條件進行分析的基礎上，對其進行不同等級耕地狀況占比及空間分布特征研究，準確地反映了耕地質量的空間分布情況，提高了耕地質量評價結果的精度。

河北省太行山山前平原區(qū)耕地主要集中在2、3、4 級地，其中，3 級地的面積最多。研究區(qū)域耕地由于受到地形、地貌和水文條件的影響，耕地等級呈現出了一定的分布規(guī)律性。旱地、水澆地是該區(qū)主要的地類，灌溉能力和排水能力滿足，土類以褐土和潮土面積居多，面積占比分別為60.60% 和38.40%。土壤侵蝕現象較為普遍，淺層地下水位逐年降低，需要進一步開展水土保持工作，工程措施與系統(tǒng)的耕作措施相結合，大力發(fā)展灌溉水利，增加以保墑培肥為中心的土壤旱作措施，注重增加磷肥的施用，將是該區(qū)持續(xù)農業(yè)發(fā)展的有效途徑。

河北省太行山山前平原區(qū)耕地地力等級從1 級地到8 級地，低等級地質地構型以薄層型和松散型居多，灌溉能力多為基本滿足，障礙因素主要以砂姜層為主，可以通過對土壤進行淺翻深松，打破犁底層，加深耕層而不翻轉土壤，增加有機肥的施用，推行秸稈科學還田，將秸稈中的纖維素和木質素通過發(fā)酵轉化為有機質，打破砂姜層障礙，發(fā)展綠肥，改善土壤結構，提高土壤肥料利用效率[34]。

根據2019年黃淮海區(qū)耕地質量檢測指標分級標準，河北省太行山山前平原區(qū)有機質平均含量為19.16 g/kg，全氮平均含量為1.23 g/kg，有效磷平均含量為28.88 mg/kg，速效鉀平均含量為179.84 mg/kg，有機質、全氮和有效磷處于中等水平，速效鉀處于較高水平。對于土壤肥力相對缺乏的地區(qū)，可以直接實施秸稈還田或者過腹還田措施，合理施用化肥，協(xié)調養(yǎng)分比例，適量補充微肥，根據不同作物的養(yǎng)分需求，因地制宜地施用化肥。

此外，隨著耕地質量建設工作推進，大眾認知中的不變指標如地形部位、耕層質地、質地構型等將成為制約耕地質量提升的主要障礙因子，這些指標可復制、可推廣的改善措施和技術應深入研究和探討。

綜合河北省太行山山前平原區(qū)耕地質量評價情況和相關指標測定結果，因地制宜，制定有針對性的措施。

對于分布在中部和南、北部地區(qū)的優(yōu)等地，地勢較為平坦，土質較好，農業(yè)基礎設施建設相對完備，在農業(yè)生產中，種植戶應該繼續(xù)保持優(yōu)良的耕作習慣，維持地力平衡，重視田間基礎設施維修養(yǎng)護，加大測土配方施肥技術的落實力度，推行精準變量施肥技術，輻射帶動周邊中、低等地向優(yōu)等地發(fā)展，帶動高標準農田建設，提高糧食產能。

對于中南部地區(qū)的中等地，需提高農田林網化程度，發(fā)展節(jié)水農業(yè)，繼續(xù)水土保持工作的穩(wěn)步推進，將土壤、肥料、水源和種子等相關生產要素緊密結合，增加耕層厚度，預防和減緩水土流失現象，逐步解決耕層土壤限制性因素，逐漸向優(yōu)等地提升。

對于中北部地區(qū)的低等地，特別是針對有機質較為缺乏的清苑區(qū)、博野縣和南和縣等地區(qū)，通過秸稈還田、種植綠肥、深松深翻技術、施用新型肥料和種肥同播等技術結合，促進土壤有機質含量穩(wěn)步提升，改善耕地土壤的理化和生物性狀，以實現耕地的種植與養(yǎng)護相結合，有效緩解耕地過度利用和耕地退化等問題。同時，該地區(qū)可因地制宜推廣生命力頑強、適應能力強的經濟作物，提高低種植效益，促進用養(yǎng)結合。