基于限制因素的耕地质量提升潜力研究
——以阳泉市郊区为例
张殿龙1，安祥生2
（1.太原师范学院地理科学学院，山西 晋中 030619；2.太原师范学院管理系，山西 晋中 030619）
摘 要： 耕地是农业的核心资源，是保障国家粮食产量的重要要素。因此，探究影响耕地质量影响因素，针对性地改善土地质量是保障国家后备粮食产量的重要途径。基于2016年耕地质量等别更新成果，以阳泉市郊区为研究区，结合国家农用地等别分等规程以及阳泉市郊区实际情况，综合考虑对耕地质量有较大影响的土地利用条件、地形条件、灌溉条件以及土壤条件，通过构建耕地质量等别提升潜力指数模型，反映出限制因素的制约程度与提等潜力，从而得出不同等别地块的耕地限制类型，依据地块限制类型针对性地提出相应的改善建议。结果表明，阳泉市郊区共有23 种限制因素的组合形式，其中，9 等耕地以灌溉限制—地形坡度限制为主，10 等耕地以灌溉限制为主，11 等耕地以地形坡度—土层限制为主，12 等耕地是以土层限制因素为影响耕地质量的主导因素。
关键词： 耕地质量；自然等别；限制因素；阳泉郊区
耕地是人类赖以生存与发展的重要基础，其质量的高低对于国家后备保障有着重要的现实意义[1]。2015年，我国粮食生产实现“十二连增”，然而在这喜讯的背后，仍然面临耕地数量下降、总体质量不高的现状，中低产田产能过低且存在着限制因子，在粮食增产中产生了较大的负面影响[2]。
随着改革土地管理制度的全面推广，国内外政府决策者和大量学者对耕地质量管理的关注度逐年加深。当前国内的研究主要侧重于耕地质量评价指标的选取、质量监测体系的建立和动态平衡等方面，而对耕地质量限制性因素的研究多数都是以产能为等价物建立回归分析[3-6]。目前对耕地质量的评价多集中于如何建立耕地质量的评价体系和确立评价体系中的指标[7-8]，但是对于耕地的限制因子分析的内容较少，涉及如何确立地块的限制类型以及对不同限制类型进行针对性分析的文献不足。
本研究基于2016年阳泉市耕地质量等别年度更新以及监测评价为基础，通过对耕地质量现状的分析，提取出耕地质量提升限制因素，利用建立国家自然等提升潜力指数模型选取主导限制因素，进行提升潜力分区，针对性地确定耕地质量提升措施，以达到耕地质量提升并可持续发展的要求。
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1 区域概况及数据来源
1.1 阳泉郊区概况
阳泉市郊区地处山西省东部、太行山中段西麓，西邻寿阳，北接盂县，东部、南部接壤平定县。东西横跨29 km，南北贯穿23 km，全区国土面积共计62 700.76 hm2。全区辖8 个乡镇和1 个开发区，其中，4 个建制镇、1 个开发区、4 个乡。地势呈西北高、东南低，中部丘陵起伏，海拔高度在628～1 495.2 m。阳泉市郊区属水资源贫乏地区，水资源破坏严重，水质较差。
For the saturated regime, as shown in Fig. 3, the distribution of the depletion layer was made in five regions, and therefore:
根据2016年土地利用变更数据，全区土地面积 62 700.76 hm2，其中，耕地面积 10 394.79 hm2，园地面积 1 384.4 hm2，林地面积 27 506.21 hm2，草地8 741.55 hm2，城镇村及工矿用地 9 695.1 hm2，交通用地1 900.35 hm2，水域及水利设施用地553.97 hm2，其他土地2 524.39 hm2。
1.2 阳泉郊区耕地情况
根据2016年土地现状调查结果，阳泉市郊区耕地面积为10 394.79 hm2，其中，绝大部分为旱地，面积10 227.88 hm2，占耕地面积的98.39%，水浇地仅166.91 hm2，占耕地面积的1.61%，主要分布在平坦镇、河底镇、义井镇等。耕地面积最大的是荫营镇（2 589.87 hm2），其次是河底镇（2 294.37 hm2）、西南舁乡（1 704.43 hm2）、平坦镇（1 451.44 hm2）、杨家庄乡（754.60 hm2）、旧街乡（709.78 hm2）、义井镇（565.19 hm2）、李家庄乡（304.73 hm2）、开发区（20.38 hm2）。
数据处理用EXCEL软件，统计分析用SPSS 17.0软件，率的比较用卡方检验，P＜0.05则差异有显著性。
1.3 数据来源
为客观分析耕地质量及提升潜力，需进行梳理、整合不同属性不同来源的相关数据资料，包括统计数据和空间数据。统计数据包括耕地等别面积和图斑数量。空间数据主要涉及自然地理数据、生态安全数据以及土地资源数据资料。自然地理数据包括分辨率为10 m 的山西省DEM 高程数据；生态安全数据涉及地质灾害、岩溶塌陷等相关地质环境调查资料；土地资源数据包含土地利用、耕地质量等别等相关土地利用与质量评价的资料。
2 研究方法
2.1 确定国家自然等别
通过利用国家自然等指数建立潜力指数模型，对阳泉市郊区7 个指标进行计算，得出相应的国家自然等潜力指数，并通过国家自然等潜力指数的大小，确立地块限制类型。
依据国家自然等潜力指数确立限制类型的作用范围，阳泉郊区存在23 种限制因素的组合情况分布，大部分耕地地块受不同种限制因素的影响。由表2可知，灌溉限制—地形坡度和灌溉限制为阳泉郊区耕地国家自然等占比最大的2 种限制型，占地面积分别为1 326.04，4 760.68 hm2，分别占耕地总面积的12.76%，45.8%，地形坡度限制和土层限制次之，分别占耕地总量的10.18%和9.85%，地形坡度—土层限制和灌溉限制—土层厚度—地形坡度限制分别占耕地总面积的7.21%和5.71%，其余17 种主导限制型占比均不超过总面积的3%，其中，有机质—地形坡度限制分布区域最小，占耕地总面积不足0.01%。
随着11月25日福建省泉州市政府正式通报泉港碳九泄漏事件处置和事故调查情况，在持续22天的发酵之后终于画上了句号。但是，在整个事件的处置中，涉事企业故意瞒报和掩盖事件真相，以及泉港区环保局在事发次日就发布环保达标的通告和后续报出有记者被当地警方“定点突击查房”等次发事件，为整个事件的处置蒙上了阴影，彰显权力部门存在公信力缺失。
2.2 选取评价指标
依据耕地地块的限制因素分布，灌溉限制在阳泉郊区影响范围最大，集中分布于阳泉郊区东北部、东南部以及中部。阳泉郊区属于水资源贫乏地区，处于灌溉条件限制的区域，由于深层水开采难度大，中层水受煤炭产业的影响，水资源有所破坏，水质变差，使得大部分地区用水困难，包括北杨家庄村、小西庄村、南沟村等109 个行政村，因此，灌溉限制成为阳泉市郊区主要的限制型。其次分布面积比例较大的为灌溉限制—地形坡度和地形坡度限制，零散分布于阳泉郊区北部、西南部和东南部，阳泉郊区境内地势西北高、东南低，地势的高低分布造成不同地区水土流失程度不同，耕地坡度高的地区水土流失较为严重，以耕地坡度为限制条件的区域包括西上装村、大河北村等107 个行政村；地形坡度—土层限制，灌溉限制—土层限制—地形坡度限制和土层限制主要分布于北部、西南部以及西北部，包括代家庄村、南庄村、南山村等53个行政村；其余限制类型以分散块状的形态分布于县域内。
表1 评价指标汇总
2.3 计算国家自然等潜力指数
根据《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012），将耕地国家自然等别划分为1～15 等，其中，1～5 为高等地，5～10 为低等地，10～15 为劣等地。
阳泉市郊区耕地等别总体上呈现片状的分布，通过国家自然等和限制类型分布的对应关系得出各个等别的主导限制因素型（表3），以便有针对性的采取耕地质量提升措施。
其中，Pik为第i 个分等单元内第k 个分等因素的国家自然等提等潜力指数；Rik为第i 个分等单元内第k 个分等因素对该分等单元国家自然等指数的最大贡献值；rik为第i 个分等单元内第k 个分等因素对该分等单元国家自然等指数的实际贡献值；wjk为第j 种指定作物第k 个分等因素的权重；fijk为第i 个分等单元内第j 种指定作物第k 个分等因素的质量分值；ɑj为第j 种作物的光温生产潜力指数；βj为第j 种作物的产量比系数；k 为分等因素编号[3]。
通过对限制因子的指数潜力计算，可以得出限制因子限制能力的大小即为P 值，P 值的大小分布可以得出影响耕地质量的主导限制型，主导限制型即为该耕地限制因素中P 值为最大的因素值。
对阳泉郊区的7 509 块图斑进行限制性因素自然等潜力指数计算，结合阳泉郊区煤矿区的实际影响情况，得出研究区域内影响耕地质量的主导因子。
3 结果与分析
3.1 主导限制型组合类型
据2016年阳泉市郊区耕地质量更新数据库，阳泉市郊区共有耕地图斑7 509 个，面积10 394.79 hm2，耕地国家自然等别包含9～12 等，其中，以10 等地最多，11 等、9 等次之，12 等最少（图1）。
表2 阳泉郊区主导限制型组合类型
3.2 主导限制型分布情况
阳泉市郊区耕作制度为一年一熟或者一年两熟，基准作物为春玉米。在评价指标的选取方面应遵循代表性、综合性及空间变异性原则，利用层次分析法，结合农用地分等规程中考虑的影响因素和野外监测中建议增加的监测指标共12 个指标中选取5 个指标，分别为表层土壤质地、土壤有机质含量、灌溉保证率、地形坡度、土壤有效土层厚度。由于阳泉郊区资源性产业突出，因此，增加特有的2 个限制因子（塌陷程度和突发性地质灾害区）（表1）。
3.3 不同等别耕地主导限制型及改良意见
国家自然等提等潜力指数模型是以农用地等级评定中的国家自然等指数为基础，建立的限制因子模型，耕地质量评定中所存在的限制因子在影响耕地能力的数值都是理想最大值，通过限制因子的理想最大值与实际区域内限制因子的影响能力的实际值分析对比，理想值最大值与实际值之间的差值占最大值的百分比作为限制因素的提等潜力，计算公式如下。
PoW的概念最早是在1993年被DWORK C和NAOR M[8]提出，最初被用来防止垃圾邮件。邮件发送者必须要计算出某个特定数学难题的解才能够完成邮件的发送。后来在1997年的 Hashcash中，BACK A[9]将其拓展，利用哈希算法作为PoW的核心。因为哈希函数为单向函数，能够抵抗原像攻击，因此设定哈希函数的特定输出值作为难度，输入值中嵌入随机数，当输出值小于或大于难度值时，输入的随机数便是哈希函数的解，即完成了PoW的过程。工作量证明的本质是：只有完成了一定数量运算的节点才能够被授权参与某项活动，即防止敌手制造多个假身份发起的女巫攻击。PoW与节点算力密切相关[9]。
表3 阳泉郊区国家自然等等别与限制型对应
9 等地主导限制型是灌溉限制—地形坡度，次要的是灌溉限制型。9 等地主要分布于平坦镇、李家庄、荫营镇、义井镇等地区，其分布地区境内主要有桃河、温河两大季节性河流，由于受季节性影响，四季水量不均，夏季最大，流域面积内水土侵蚀严重，应加强农田水利设施建设，改造中低产田。限制区内水利设施不完备，完善水利系统，加强耕地灌溉能力；对种植作物的分布情况进行合理调整，使耕地的产量和经济效益得到提高[9-12]。10 等地主要限制型为灌溉限制，次要是灌溉限制—土层限制—地形坡度限制。提升耕地质量的途径与9 等地类似，对耕作土地进行引流灌溉，在无灌溉的地区需要适当增加储水坑塘数量，通过水泵抽水灌溉，以提升农作物水分保证率[13-15]。
11 等地的主导限制型为地形坡度—土层限制，次要限制型为土层限制型，限制类型区主要分布在阳泉郊区西南部和北部的丘陵地区，耕地坡度较大，一般为15°～25°，易发生滑坡，同样不以利于农作，因此，需要对更多坡度进行合理的调整和改造，修筑梯田或者条田来提高耕作效率、减缓坡度状况，有助于减少水土流失，保障土壤肥力，对土地整治的同时也要注重生态保护[16-18]。
12 等地的主导限制型是土层限制，次要限制型为地形坡度限制，限制区多处于阳泉郊区西北部和西南部，以有效土层厚度不足，土壤质量较差。在改造过程中，松化深层土可采取机械等方式以增加土层厚度，可与地形（田面）坡度整治相结合，将坡度整治中的多余表土覆盖于此[19-20]。对于2 种或者2 种以上的限制类型区，依据不同限制因素的整治措施进行综合改善。
（2）进行心理健康教育：繁重的工作会导致施工人员不可避免的产生抑郁、焦躁等心理疾病，严重的影响其在施工过程中的安全性。因此本工程通过定期的进行视频教育的方式，警示施工人员不执行安全操作可能出现的严重后果，同时通过开展各种娱乐活动，加强施工人员良好工作情绪的培养，减少不必要的施工误操作，有效的提高了施工安全管理的水平。
4 结论
依据2016年阳泉郊区等别更新库以及农用地分等规程中应用的指标，针对影响耕地质量的不同因素，确定影响耕地提升的限制类型，以此对农用地进行限制分区。通过构建国家自然等指数模型，得到阳泉郊区限制类型，以全局可比的国家自然等的等别提升潜力指数显示出限制因素的作用力度，共得到山西省阳泉市郊区23 种主导限制型组合类型，其中，9 等地以灌溉限制—地形坡度限制为主，10 等地以灌溉限制为主，11 等地以地形坡度—土层限制为主，12 等地是以土层限制因素为影响耕地质量的主导因素。
依据阳泉郊区的耕地国家自然等限制区，对影响耕地质量的区域进行相应改造。通过不同限制因素的制约力度，为耕地质量等级监测工作和土地整治项目重点区域的划定提供理论依据，对耕地空间规划做出合理安排[8]。
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Study on Potential of Cultivated Land Quality Improvement Based on Limiting Factors—Taking Yangquan Suburb as an Example
ZHANG Dianlong1，AN Xiangsheng2
（1.School of Geography Science，Taiyuan Normal University，Jinzhong 030619，China；2.School of Management，Taiyuan Normal University，Jinzhong 030619，China）
Abstract： Cultivated land is the core resource of agriculture and an important factor in ensuring national food production.Therefore,to explore the factors affecting the quality of cultivated land,targeted improvement of land quality is an important way to ensure the country's reserve grain output.Based on the updated results of cultivated land quality in 2016,taking the suburbs of Yangquan city as the research area, combining with the national agricultural land grading regulations and the actual situation of the suburbs of Yangquan city,and considering the land use conditions,topographic conditions,irrigation conditions and soil conditions which have a greater impact on cultivated land quality,the potential index model of cultivated land quality grading is constructed to reflect the restrictive factors.The degree of restriction and the potential of raising the level of land use restriction are discussed, and the types of land use restriction in different land use types are obtained.The corresponding improvement suggestions are put forward according to the types of land use restriction.The results show that there are 23 combinations of restrictive factors in the suburbs of Yangquan city,among which 9th arable land is dominated by irrigation limit-slope gradient, 10 arable land is dominated by irrigation, 11 arable land is dominated by terrain slope-soil restriction,12 arable land is the dominant factor affecting the quality of cultivated land.
Key words： cultivated land quality;natural level;limiting factors;Yangquan suburb
中图分类号： F301.24
文献标识码： A
文章编号： 1002-2481（2019）05-0922-05
doi: 10.3969/j.issn.1002-2481.2019.05.48
收稿日期： 2019-01-24
基金项目： 阳泉市郊区2016年郊区耕地质量等别年度更新评价与监测（ZKFW2016-07-030）
作者简介： 张殿龙（1992-），男，黑龙江牡丹江人，在读硕士，研究方向：土地整治与耕地质量评估。安祥生为通信作者。
标签：耕地质量论文; 自然等别论文; 限制因素论文; 阳泉郊区论文; 太原师范学院地理科学学院论文; 太原师范学院管理系论文;