秦 嶺,劉 航,尚國琲,張勝海

(1.河北地質(zhì)大學土地科學與空間規(guī)劃學院,河北省農(nóng)業(yè)干旱遙感監(jiān)測國際聯(lián)合研究中心,河北 石家莊 050031;2.石家莊城市經(jīng)濟職業(yè)學院,河北 石家莊 052160;3.河北省科學院地理科學研究所,河北省地理信息開發(fā)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 石家莊 050011)

0 引言

本研究根據(jù)河北省耕地質(zhì)量的具體情況以及不同區(qū)域間耕地的相似性和差異性特點,較為科學的界定了河北省耕地復(fù)墾類型區(qū),以實施耕地的差別化和統(tǒng)一化管理,因地制宜地引導(dǎo)不同區(qū)域耕地復(fù)墾質(zhì)量控制與管理。以期為耕地整理、基本農(nóng)田建設(shè)、提高耕地質(zhì)量進而提高耕地的糧食單產(chǎn)水平、土地整治等工作提供參考標準。該研究對于緩解耕地保護壓力、提升耕地價值、指導(dǎo)區(qū)域空間有序開發(fā)等具有一定現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河北省地處華北,東臨渤海,西倚太行山、山西省,東南部、南部銜山東、河南兩省,西北部、東北部分別與內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧接壤,內(nèi)部環(huán)繞北京、天津,地勢西北高、東南低,由西北向東南傾斜,地貌復(fù)雜多樣,是中國唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份。河北省總面積為18.88萬km2,其中山地面積占全省總面積的48.1%,平原占總面積的43.4%。河北省轄11個地級市、167個縣(區(qū)、市),是中國重要糧棉產(chǎn)區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要包括:①河北省土地利用現(xiàn)狀圖、河北省縣級行政區(qū)劃圖、河北省1∶5萬DEM圖,來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/);②耕地質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)(耕層質(zhì)地、有效土層厚度、有機質(zhì)含量、pH值等),來源于河北省耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)庫。

1.3 研究方法

本研究主要運用ArcGIS空間分析方法。利用ArcMap10.5對河北省土地利用類型柵格數(shù)據(jù)中的耕地進行篩選裁剪,并疊加河北省縣級土地利用區(qū)劃圖,得到河北省縣域耕地矢量數(shù)據(jù);同時,利用ArcMap10.5將經(jīng)過裁剪的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)(DEM)轉(zhuǎn)換為坡度數(shù)據(jù),根據(jù)0°～2°、2°～6°、6°～15°劃分標準對坡度數(shù)據(jù)進行重分類;根據(jù)河北省耕地利用圖、全省耕層質(zhì)地數(shù)據(jù)與土壤厚度數(shù)據(jù),依據(jù)耕層質(zhì)地類別與土壤厚度類分別生成河北省坡度圖、耕層質(zhì)地圖與土壤厚度圖,將三幅圖通過疊加分析進行初步分區(qū)[2-4]。

2 河北省耕地復(fù)墾類型區(qū)指標體系的構(gòu)建

2.1 單元劃分

基于地塊權(quán)屬的界定、耕地質(zhì)量區(qū)的確定以及結(jié)果的可實施性、管理的便利性等原則,本研究以縣級行政區(qū)劃為最小評價單元對各個縣域耕地質(zhì)量進行評定以及類型分區(qū)。

2.2 指標體系的構(gòu)建

本研究參考耕地質(zhì)量等級國家標準[5],并通過特爾斐法征求專家意見進行指標篩選,最終選擇以耕地坡度、耕層質(zhì)地、有效土層厚度為分區(qū)指標,并采用坡度、耕層質(zhì)地、有效土層厚度、有機質(zhì)含量以及pH值對劃分區(qū)域進行定性定量描述。

2.2.1 指標權(quán)重的排序

根據(jù)特爾斐專家打分法對指標進行權(quán)重確定,根據(jù)權(quán)重結(jié)果對各指標重要性進行排序,權(quán)重越大,指標在分區(qū)過程中重要性就越大[6]。選取的指標有:有效土層厚度、耕層質(zhì)地、年產(chǎn)量、有機質(zhì)含量、pH值、坡度、生物多樣性、灌溉保證率、土壤容重、排水條件。通過征詢專家意見,排除較易于通過外在因素改變的指標及各地區(qū)情況差異不大的指標,并基于適地種植實際情況,刪減年產(chǎn)量、有機質(zhì)含量、pH值、生物多樣性、灌溉保證率、土壤容重、排水條件指標,最終確定指標重要性排序依次為:耕地坡度、耕層質(zhì)地、有效土層厚度。本文以耕地坡度、耕層質(zhì)地、有效土層厚度為判斷區(qū)域劃分的指標,并引入有機質(zhì)含量以及pH值對劃分區(qū)域進行定性定量描述[7]。

嚴重影響云南省宣威市龍場鎮(zhèn)水稻品質(zhì)及產(chǎn)量的病蟲害主要有稻瘟病、紋枯病、白葉枯病及稻曲病等。要提高重視、加強防治，保證水稻增產(chǎn)增收。

2.2.2 指標等級標準的建立

利用分區(qū)指標及重要性排序,對各指標數(shù)值進行類型劃分。通過整理發(fā)現(xiàn)河北省耕地坡度主要集中在0°～2°,少部分縣耕地坡度在2°～6°,只有個別縣耕地坡度存在大于6°的情況;河北省耕層質(zhì)地主要以壤土為主,極少數(shù)縣域耕層質(zhì)地以黏土為主;河北省耕地有效土層厚度范圍在20 cm～300 cm之間,差別較大,大多集中在100 cm左右;有機質(zhì)主要在11.74～27.75 g/kg之間;pH值范圍在6～8.7。據(jù)此,對河北省耕地質(zhì)量劃分分區(qū)指標范圍,詳見表1。

表1 河北省耕地復(fù)墾類型區(qū)指標表

2.3 指標處理

本研究按照坡度(A)、耕層質(zhì)地(B)、有效土層厚度(C)的順序以各指標分級標準對河北省各個縣耕地數(shù)據(jù)進行處理以劃分區(qū)域范圍,以“A-B-C”的命名方式對不同耕地進行區(qū)域劃定。

1)耕地坡度指標分區(qū)。對坡度數(shù)據(jù)進行排序,坡度為0°～2°的區(qū)域標記為“1-X-X區(qū)”;坡度為2°～6°之間的區(qū)域標記為“2-X-X區(qū)”;坡度>6°的區(qū)域標記為“3-X-X區(qū)”。分區(qū)結(jié)果如圖1所示。

注:該圖根據(jù)國家自然資源部2019年標準地圖1∶1400萬數(shù)據(jù)制作,審圖號為GS(2019)1822號底圖無修改。圖2 耕層質(zhì)地類型區(qū)圖

2)耕層質(zhì)地指標分區(qū)。在耕地坡度指標分區(qū)的基礎(chǔ)上,對耕層質(zhì)地指標進行分區(qū),因河北省耕地質(zhì)地類型多為壤土和粘土,故將壤土標記為B1、粘土標記為B2。對(1-X-X區(qū))耕層質(zhì)地為壤土的區(qū)域劃為(1-1-X區(qū)),耕層質(zhì)地為黏土的區(qū)域劃為(1-2-X區(qū));同理,將“2-X-X區(qū)”耕層質(zhì)地為壤土的劃為(2-1-X區(qū)),耕層質(zhì)地為粘土的劃為(2-2-X區(qū));因(3-X-X區(qū))的耕層質(zhì)地均為壤土,故(3-X-X區(qū))耕層質(zhì)地均為(3-1-X區(qū))。如圖2所示。

3)有效土層厚度指標分區(qū)。在耕地坡度指標和耕層質(zhì)地指標分區(qū)的基礎(chǔ)上,對有效土層厚度進行分區(qū)統(tǒng)計,將有效土層厚度>100 cm的區(qū)域劃為C1、60～100 cm(包括100 cm)的區(qū)域劃為C2、≤60 cm的區(qū)域劃為C3。可見,(1-1-X區(qū))內(nèi)可劃分為三個區(qū)(1-1-1區(qū))、(1-1-2區(qū))、(1-1-3區(qū));(1-2-X區(qū))內(nèi)劃分為一個區(qū)(1-2-1區(qū));(2-1-X區(qū))內(nèi)劃分為三個區(qū)(2-1-1區(qū))、(2-1-2區(qū))、(2-1-3區(qū)),(2-2-X區(qū))只有萬全縣,仍作為一個區(qū);(3-1-X區(qū))內(nèi)劃分為三個區(qū)(3-1-1區(qū))、(3-1-2區(qū))、(3-1-3區(qū))。由于河北省耕地土質(zhì)極少屬于粘土,為了便于管理,將粘土區(qū)合并為一個區(qū),最終,河北省耕地共分為10個區(qū),詳見表2和圖3。

注:該圖根據(jù)國家自然資源部2019年標準地圖1∶1400萬數(shù)據(jù)制作,審圖號為GS(2019)1822號底圖無修改圖3 河北省耕地復(fù)墾類型區(qū)圖

表2 河北省耕地復(fù)墾類型區(qū)表

3 結(jié)果分析

3.1 分區(qū)結(jié)果

根據(jù)上述分區(qū)原則將河北省耕地分出10個分區(qū),分別為緩坡薄土區(qū)、北部中土區(qū)、北部厚土區(qū)、中部黏土區(qū)、中部薄土區(qū)、南部較優(yōu)區(qū)、優(yōu)質(zhì)種植區(qū)、平坡薄土區(qū)、西北部中土區(qū)、平緩厚土區(qū)。分區(qū)結(jié)果詳見圖3和表3。

表3 河北省耕地復(fù)墾類型區(qū)結(jié)果匯總表

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)類型區(qū)劃分結(jié)果可知,區(qū)域5、6、7中的區(qū)縣耕地質(zhì)量在河北省內(nèi)屬于等級最高的區(qū)域,但該區(qū)域土壤pH值都在8左右,偏堿性,其中成安縣、臨西縣、清河縣、安新縣、故城縣的pH值大于8.5;區(qū)域5中定興縣、涿州市的土壤質(zhì)量相對于其他4個區(qū)縣更為優(yōu)渥,遷西縣、新河縣、廊坊廣陽區(qū)、武強縣的土壤質(zhì)量有待提升;區(qū)域4中張家口萬全區(qū)在三個區(qū)縣中耕地質(zhì)量相對較差,屬于粘土質(zhì)地且有效土層厚度最小,保水效果好但透氣性差,且植物無法深入扎根;區(qū)域10中平山縣、唐山豐潤區(qū)耕地質(zhì)量最優(yōu),保定市滿城區(qū)、張家口宣化區(qū)、玉田縣、灤平縣依次次之,遷安市土壤質(zhì)量最差且偏酸性;區(qū)域9中淶水縣、平泉市、三河市、沙河市耕地質(zhì)量最佳,而秦皇島撫寧區(qū)、盧龍縣土壤pH值為酸性,易縣為堿性,結(jié)合各區(qū)縣的有效土層厚度分析,此3縣在該區(qū)域耕地質(zhì)量較差;區(qū)域8包含內(nèi)丘縣、興隆縣、尚義縣,耕地質(zhì)量均較差;區(qū)域3中磁縣、張家口崇禮區(qū)、赤城縣、懷來縣、石家莊鹿泉區(qū)土壤pH值在8左右,且有機質(zhì)含量較高;區(qū)域2中13個區(qū)縣中寬城縣、涉縣、武安市、井陘縣、保定徐水區(qū)耕地質(zhì)量較為優(yōu)越;區(qū)域1包含邢臺縣和青龍縣,其中,邢臺縣耕地質(zhì)量較好。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)根據(jù)河北省不同區(qū)域耕地質(zhì)量的相似性和差異性特點,將河北省耕地劃分為10個耕地復(fù)墾類型區(qū),其質(zhì)量由優(yōu)至劣排序為:區(qū)域7>區(qū)域6>區(qū)域5>區(qū)域4>區(qū)域10>區(qū)域9>區(qū)域8>區(qū)域3>區(qū)域2>區(qū)域1。該研究為實施耕地的差別化和統(tǒng)一化管理,因地制宜地引導(dǎo)不同區(qū)域耕地復(fù)墾提供了參考標準。

2)河北省85%的縣區(qū)為坡度<6°的平原耕地,有效土層厚度適中,最適宜耕作的土壤質(zhì)地為壤土兼有砂土和粘土,適種的農(nóng)作物種類較多。

4.2 建議

各耕地復(fù)墾類型區(qū)可結(jié)合當?shù)貙嶋H開展耕地質(zhì)量提升工程。

1)對于坡度稍大、易發(fā)生中度水土流失區(qū)域,可通過土地平整、坡改梯等工程措施改善地形坡度,并結(jié)合地形地貌條件采取等高種植方式[8];對于坡度稍平緩、易發(fā)生輕度土壤侵蝕區(qū)域,需重點保護和改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,合理劃分和歸并耕作田塊,適度開發(fā)宜農(nóng)后備土地資源。

2)對有效土層較薄的區(qū)域,可通過機械方式打破母質(zhì)巖進行深松增厚或者利用爆破的方式對下層土壤母質(zhì)或巖層進行挖除等工程技術(shù)手段[9],換填肥沃土壤或按照標準增施有機肥。覆土厚度參照本研究結(jié)果,滿足農(nóng)作物生長所需有效土層厚度即可。

3)針對耕層質(zhì)地為黏土的區(qū)域,可通過對土壤機械組成進行測算,進行摻沙或砂土、稻殼等方式進行土壤改良;對于土壤有機質(zhì)含量較低的區(qū)域,開展測土培肥、使用作物秸稈有機肥、增施農(nóng)家肥等土壤改良工程[10],發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效的農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

4)參照研究結(jié)果劃分的10個耕地復(fù)墾類型區(qū)分標準開展耕地復(fù)墾工作,同時,可在耕地復(fù)墾驗收時,根據(jù)本研究結(jié)果設(shè)定分區(qū)標準,防止耕地復(fù)墾標準偏高或偏低,導(dǎo)致復(fù)墾工作難度增加或耕地地力降低等情況的產(chǎn)生。