摘 要：以陜西省隴縣為研究區(qū)域，通過(guò)實(shí)地調(diào)查和室內(nèi)分析，綜合運(yùn)用GIS技術(shù)、層次分析法、模糊聚類(lèi)法和綜合指數(shù)法對(duì)研究區(qū)耕地質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隴縣耕地質(zhì)量可劃分為十等：二等地占1.31%，三等地占5.57%，四等地占5.87%，五等地占7.58%，六等地占16.19%，七等地占28.82%，八等地占24.07%，九等地占7.87%，十等地占2.72%。二、三等地主要為水澆地，集中分布在河谷平原;四至十等地多為旱地，其中四至六等地多分布于河谷平原、河谷階地，而七至十等地則位于海拔較高的中山、高丘陵地區(qū)，該區(qū)域地形較為破碎，土層薄，土壤養(yǎng)分含量低。因此，基于GIS建立了隴縣耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以期為該縣耕地資源的科學(xué)管理、可持續(xù)利用提供理論支持，同時(shí)也為我國(guó)黃土高原南緣土石山區(qū)耕地質(zhì)量保護(hù)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：GIS; 土石山區(qū); 耕地質(zhì)量; 空間分布; 隴縣

中圖分類(lèi)號(hào)：S158; P208""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" 文章編號(hào)：1002-204X（2024）08-0026-07

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.08.006

Evaluation of Farmland Quality in Rocky Mountain Area at South Foot of Loess Plateau Based on GIS： A Case Study on Long County， Shaanxi Province

Duan Chunping

（Long County Agricultural Technology Extension Service Center， Baoji， Shaanxi 721200）

Abstract Taking Longxian County of Shaanxi Province as the study area， the quality of cultivated land in the study area was quantitatively evaluated by using GIS technology， analytic hierarchy process， fuzzy clustering method and comprehensive index method. The results showed that" the quality of cultivated land in Longxian County can be divided into 10 grades， among which the area of the second grade land to the tenth grade land accounted for 1.31%， 5.57%， 5.87%， 7.58%， 16.19%， 28.82%， 24.07%， 7.87% and 2.72% of the total cultivated land respectively. The second and third grade cultivated lands were mainly irrigated land， concentrated in valley plains. The cultivated land of grade 4 to 10 were mostly dry land， among which 4 to 6 grade lands were mainly located in valley plains and valley terraces， while 7 to 10 grade lands in high mountain and high elevation loess tableland areas. The terrain in this region is relatively broken， the soil layer is thin， and the soil nutrient content is low. Based on GIS， this study established the cultivated land quality evaluation system in Longxian County， which provided theoretical support for the scientific management and sustainable utilization of cultivated land resources in this county. At the same time， it also provides technical support for the quality protection of cultivated land in the rocky mountain area on the southern margin of the Loess Plateau.

Key words GIS; Soil-rock mountain area; Cultivated land quality; Spatial distribution; Longxian County

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本、最不可替代的重要生產(chǎn)資料，是社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要資源，其數(shù)量和質(zhì)量直接關(guān)系到一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和人民生活水平[1-4]。耕地資源保護(hù)對(duì)于維護(hù)國(guó)家糧食安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行、實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略及“藏糧于地”戰(zhàn)略具有重要意義[5-8]。然而，在耕地利用過(guò)程中，耕地質(zhì)量下降問(wèn)題日益凸顯，對(duì)提高糧食安全水平、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。對(duì)此，必須建立科學(xué)的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，對(duì)耕地質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，為合理規(guī)劃土地利用、防止耕地質(zhì)量惡化提供必要的理論依據(jù)，以確保糧食和環(huán)境安全。

近年來(lái)，許多研究者綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與系統(tǒng)聚類(lèi)、模糊數(shù)學(xué)、層次分析法等方法，對(duì)不同區(qū)域耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，取得了較大進(jìn)展。如張海濤等[9]將層次分析法（AHP）的原理和方法引入耕地生產(chǎn)力評(píng)價(jià)，確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重，快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)江漢平原后湖地區(qū)耕地自然生產(chǎn)力;林碧珊等[10]以土種為單位，采用限制因子法和綜合歸納法，對(duì)耕地因子進(jìn)行了系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià);何毓蓉等[11]利用土壤質(zhì)量系數(shù)評(píng)價(jià)了川江流域幾個(gè)典型農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的耕地生產(chǎn)潛力，為西南丘陵區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了參考;謝葉偉等[12]運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)對(duì)東北黑土區(qū)耕地質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為該地區(qū)耕地退化的治理和可持續(xù)利用提供決策依據(jù)。在當(dāng)前研究中，對(duì)黃土高原南緣土石山區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究較少，且耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)缺乏自動(dòng)化、定量化及可視化研究。因此，本研究以陜西省隴縣為例，運(yùn)用層次分析法和模糊評(píng)價(jià)法對(duì)當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并對(duì)其空間分布及主要影響因素進(jìn)行分析，旨在為黃土高原南緣土石山區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇和評(píng)價(jià)方法的選擇作出有益探索。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

隴縣位于陜西西部、隴山東坡、千水上游（圖1），地理位置為34°35'17\"～35°6'45\" N，106°26'32\"～107°8'11\" E，是寶雞市西北部的一個(gè)山區(qū)縣。全縣地勢(shì)西北高東南低，最高海拔為2 452 m，縣域南北寬57.6 km，東西長(zhǎng)59.7 km。隴縣氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫達(dá)10.7 ℃，年均降水量達(dá)600.1 mm。其土壤類(lèi)型主要為黃綿土、新積土、紅黏土、粗骨土、棕壤、褐土、潮土、黑壚土、沼澤土、山地草甸土，其中黃綿土占比最大。全縣總面積達(dá)2 285.2 km2，其中耕地面積約為55 243.50 hm2，是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)縣。

1.2 數(shù)據(jù)資料來(lái)源

評(píng)價(jià)過(guò)程收集了野外調(diào)查資料、分析化驗(yàn)資料、基礎(chǔ)圖件資料、統(tǒng)計(jì)資料和其他資料等，其中：野外調(diào)查資料包括地理位置、自然條件、生產(chǎn)條件、土壤剖面性狀（國(guó)土資源局二調(diào)信息、土壤二普資料）等信息;分析化驗(yàn)資料包括有機(jī)質(zhì)、pH值，以及土壤中的大、中、微量元素等;統(tǒng)計(jì)資料包括統(tǒng)計(jì)年鑒、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒等;其他資料包括第二次土壤普查相關(guān)資料、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資料、水利區(qū)劃相關(guān)資料、耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)資料及歷年相關(guān)田間試驗(yàn)資料等。

2 隴縣耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程

本研究采用層次分析法和模糊聚類(lèi)法建立評(píng)價(jià)模型，利用GIS對(duì)隴縣耕地質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)主要參照顧志權(quán)等[13]和QI Y等[14]的方法，其中一些步驟和方法略有調(diào)整。具體評(píng)價(jià)過(guò)程為評(píng)價(jià)單元的劃分—評(píng)價(jià)因子的確定—評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立—評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定—評(píng)價(jià)指標(biāo)不同數(shù)值的模糊隸屬度確定—耕地質(zhì)量綜合指數(shù)計(jì)算與分級(jí)—提取隴縣耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.1 評(píng)價(jià)單元的劃分

本研究采用土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、地貌類(lèi)型圖、行政區(qū)劃圖疊置，進(jìn)行綜合取舍，形成評(píng)價(jià)單元圖斑，即“土地利用現(xiàn)狀圖-土壤圖-地貌類(lèi)型圖-行政區(qū)劃圖”的格式。該方法考慮全面，形成的評(píng)價(jià)單元隸屬關(guān)系明確，同一評(píng)價(jià)單元內(nèi)的耕作方式、土壤類(lèi)型、土地利用方式較為相似，不僅滿(mǎn)足了對(duì)耕地質(zhì)量的評(píng)價(jià)要求，而且便于耕地的維護(hù)與管理[15-16]。最終全縣共確定評(píng)價(jià)單元5 051個(gè)。

2.2 評(píng)價(jià)因子的確定

耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的選擇是影響評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟[2]，通常在選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)遵循以下原則：①選取指標(biāo)對(duì)耕地質(zhì)量影響較大;②選取指標(biāo)在研究區(qū)變異較大，便于劃分等級(jí);③選取指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定且長(zhǎng)期有效;④注意指標(biāo)可獲取、可測(cè)量、可比較、易于量化。本研究綜合考慮以上原則及隴縣的實(shí)際情況，結(jié)合土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，采用特爾菲法[2-3]選取立地條件（地形部位、農(nóng)田林網(wǎng)化、海拔）、剖面性狀（有效土層厚度、障礙因素、質(zhì)地構(gòu)型）、耕層理化性質(zhì)（耕層質(zhì)地、土壤容重、pH）、養(yǎng)分狀況（有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀）、健康狀況（生物多樣性、清潔程度）、土壤管理（灌溉能力、排水能力）6個(gè)方面的16個(gè)評(píng)價(jià)因子構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)包括道路、水系、采樣點(diǎn)點(diǎn)位圖、評(píng)價(jià)單元圖、土壤圖、行政區(qū)劃圖等。道路、水系通過(guò)土地利用現(xiàn)狀圖提取;土壤圖通過(guò)掃描紙質(zhì)土壤圖件拼接校準(zhǔn)后矢量化;評(píng)價(jià)單元圖通過(guò)土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、土壤圖疊加而成;采樣點(diǎn)點(diǎn)位圖通過(guò)野外調(diào)查采樣數(shù)據(jù)表中經(jīng)緯度坐標(biāo)生成。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括調(diào)查檢測(cè)屬性數(shù)據(jù)表、土地利用現(xiàn)狀屬性數(shù)據(jù)表、行政編碼表、交通道路屬性數(shù)據(jù)表等。通過(guò)分類(lèi)整理后，以編碼形式進(jìn)行管理。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

由于各因子對(duì)耕地質(zhì)量影響不同，因此本研究采用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，通過(guò)建立層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建判斷矩陣，經(jīng)過(guò)層次單排序、層次總排序及一致性檢驗(yàn)（在一致性檢驗(yàn)中，各判斷矩陣CR值都小于0.1，通過(guò)檢驗(yàn)，說(shuō)明判斷矩陣權(quán)重分配合理）得到隴縣16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重[17]。其中：地形部位、灌溉能力、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地構(gòu)型、耕層質(zhì)地等指標(biāo)的組合權(quán)重較高，即為影響該縣耕地質(zhì)量最重要的指標(biāo)。各參評(píng)因子組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)不同數(shù)值的模糊隸屬度確定

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論[2]，最終確定下來(lái)的評(píng)價(jià)指標(biāo)與耕地質(zhì)量的關(guān)系分為戎上型（有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷、有效土層厚度）、峰型（pH、土壤容重）、直線(xiàn)型（海拔）、概念型（地形部位、耕層質(zhì)地、質(zhì)地構(gòu)型、生物多樣性、清潔程度、障礙因素、灌溉能力、排水能力、農(nóng)田林網(wǎng)化）4種類(lèi)型的隸屬函數(shù)[18-19]。

2.5.1 數(shù)值型指標(biāo)隸屬度的確定

對(duì)于戎上型、峰型、直線(xiàn)型3種數(shù)值型指標(biāo)，利用特爾菲法對(duì)參評(píng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值評(píng)估其相應(yīng)的隸屬度，并根據(jù)實(shí)測(cè)值與隸屬度擬合的隸屬函數(shù)，進(jìn)行顯著性分析。本研究中各數(shù)值型指標(biāo)隸屬函數(shù)均在0.05水平達(dá)到顯著相關(guān)[13-20]，隸屬函數(shù)模型如表2所示。

2.5.2 概念型指標(biāo)隸屬度的確定

對(duì)于概念型指標(biāo)，采用特爾菲法進(jìn)行賦值，即以特征值作為隸屬函數(shù)，如表3所示。

2.6 耕地質(zhì)量綜合指數(shù)計(jì)算與分級(jí)

利用累加模型計(jì)算耕地質(zhì)量綜合指數(shù)（Integrated Fertility Index， IFI），對(duì)應(yīng)每個(gè)圖斑綜合指數(shù)計(jì)算方法如下：

IFI=∑Fi×Ci" （i=1，2，3，...，n）

式中：IFI表示耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，F(xiàn)i表示第i個(gè)因子的隸屬度，Ci表示參評(píng)因子的組合權(quán)重。根據(jù)耕地資源管理信息系統(tǒng)模塊的組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果綜合指數(shù)排序及耕地類(lèi)型分區(qū)[21]，采用耕地質(zhì)量綜合指數(shù)累積頻率曲線(xiàn)突變點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)，將研究區(qū)耕地質(zhì)量分為十級(jí)（表4）。

3 結(jié)果與分析

3.1 隴縣各評(píng)價(jià)等級(jí)耕地空間分布

隴縣共有耕地面積55 243.50 hm2，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2、表5和表6所示，二、三等耕地主要分布在河谷平原，平均海拔為932.87 m，水利設(shè)施良好，土地利用方式以水澆地為主，土壤類(lèi)型中黑壚土、黃綿土占比較大，土壤中有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量高，理化性狀和耕作條件良好，是隴縣高產(chǎn)田耕地分布區(qū)域。

評(píng)價(jià)為四至六等耕地多分布在河谷平原、河谷階地等區(qū)域，在黃土坪、高丘陵等區(qū)域也有少量分布，平均海拔為1 050.36 m，土地利用方式以旱地為主。其土壤中速效鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量較高，土壤類(lèi)型以黃綿土為主，部分耕地存在灌排水障礙，土地利用限制條件總體較小。

評(píng)價(jià)為七至十等耕地多分布在中山、高丘陵、黃土坪等區(qū)域，這些區(qū)域海拔相對(duì)較高，約為1 282.32 m，土壤類(lèi)型主要有黃綿土、棕壤、粗骨土等，土地利用方式為旱地，土壤中養(yǎng)分含量較低。該區(qū)域地形破碎、土層薄，土壤養(yǎng)分含量低，存在明顯的灌溉、培肥等障礙，生產(chǎn)力低下。

3.2 隴縣各評(píng)價(jià)等級(jí)耕地行政區(qū)分布

將耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)圖與行政區(qū)劃圖疊置分析，得到各等級(jí)耕地在各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的分布，劃分評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2和表6所示。將隴縣耕地質(zhì)量等級(jí)由高到低依次劃分為一至十等，一等耕地質(zhì)量最好，十等耕地質(zhì)量最差。采用耕地質(zhì)量等級(jí)面積加權(quán)法，計(jì)算得到隴縣耕地質(zhì)量平均等級(jí)為6.70。

評(píng)價(jià)為二至三等的高等級(jí)耕地面積為3 802.38 hm2，占隴縣評(píng)價(jià)耕地總面積的6.88%，主要分布在曹家灣鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、東風(fēng)鎮(zhèn)、東南鎮(zhèn)。這部分耕地基礎(chǔ)質(zhì)量等級(jí)較高，農(nóng)田設(shè)施條件好，無(wú)明顯障礙因素，應(yīng)加強(qiáng)耕地保育和利用，確保耕地質(zhì)量穩(wěn)中有升。

評(píng)價(jià)為四至六等的中等級(jí)耕地面積為16 373.94 hm2，占29.64%，廣泛分布在全縣，以東南鎮(zhèn)、溫水鎮(zhèn)、東風(fēng)鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)為主。這部分耕地立地條件較好，具備一定的農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，是發(fā)展糧食、蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域，今后應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)耕地質(zhì)量等級(jí)培育，提高耕地有效養(yǎng)分含量，完善灌溉條件。

評(píng)價(jià)為七至十等的低等級(jí)耕地面積為35 067.18 hm2，占63.48%，覆蓋全縣絕大部分區(qū)域，主要分布在東風(fēng)鎮(zhèn)、河北鎮(zhèn)、溫水鎮(zhèn)等地。這部分耕地立地條件較差，大部分灌溉困難，基礎(chǔ)質(zhì)量等級(jí)較低，部分耕地存在障礙因素，應(yīng)大力開(kāi)展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改良土壤，培肥地力，提高耕地質(zhì)量等級(jí)。

4 結(jié)論

本研究以黃土高原南緣土石山區(qū)的陜西省隴縣的耕地作為評(píng)價(jià)對(duì)象，運(yùn)用GIS技術(shù)及層次分析法、模糊聚類(lèi)法、綜合指數(shù)法等研究方法，結(jié)合累積曲線(xiàn)劃分耕地質(zhì)量等級(jí)，選取立地條件、剖面性狀、耕層理化性質(zhì)、養(yǎng)分狀況、健康狀況、土壤管理6個(gè)方面對(duì)研究區(qū)耕地質(zhì)量影響較大、變異明顯且相對(duì)穩(wěn)定的16個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，得出如下結(jié)論。

（1）對(duì)比層次分析法中的各指標(biāo)組合權(quán)重，地形部位、灌溉能力、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地構(gòu)型、耕層質(zhì)地為影響研究區(qū)耕地質(zhì)量的重要指標(biāo)，亦是影響黃土高原南緣土石山區(qū)耕地質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

（2）隴縣的耕地質(zhì)量等級(jí)可分為一至十等，其中二至三等耕地占總耕地面積的6.88%，這部分耕地大多位于河谷平原，農(nóng)田設(shè)施條件好，無(wú)明顯障礙因素;評(píng)價(jià)為四至六等的中等級(jí)耕地面積占29.64%，主要分布于河谷平原及河谷階地，這部分耕地立地條件較好，具備一定的農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，是發(fā)展糧食、蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物的重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域;評(píng)價(jià)為七至十等的低等級(jí)耕地面積占63.48%，覆蓋全縣絕大部分區(qū)域，主要分布在海拔較高的中山、高丘陵、黃土坪等地，這部分耕地立地條件較差，大部分灌溉困難，基礎(chǔ)質(zhì)量等級(jí)較低。

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