基于農戶土地利用行為的耕地質量評價
——以貴陽市烏當區為例

◎ 宋建堂

基于農戶土地利用行為的耕地質量評價
——以貴陽市烏當區為例

◎ 宋建堂

以農戶行為與耕地質量變化的理論關系為基礎，根據反映耕地質量的主要內涵，同時依據指標數據的科學性、相對獨立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預見的較長時間內的變化和穩定性，從自然、社會經濟2個方面篩選了21個指標構建耕地質量評價模型，并運用物元分析法對貴陽市烏當區的耕地質量進行評價，證實了模型的實用性。

國內外學者研究表明，近年來，隨著經濟的發展和城市化的快速推進，農戶土地利用行為成為耕地質量變化的決定性因素。因此，從耕地利用的主體——農戶出發，以農戶行為與耕地質量變化的理論關系為基礎，構建基于農戶土地利用行為的耕地質量評價指標體系，研究城市化進程中的耕地質量評價問題，尋求提高耕地綜合生產力的途徑,對確保區域經濟社會的良性發展和進步具有重大實踐意義。

1.研究區域概況

烏當區位于貴陽市區東北部，總面積為686km2，整體地勢由北向南傾斜，喀斯特地貌廣布，氣候為亞熱帶溫涼濕潤季風氣候。全區轄5個社區、6個鎮和2個鄉，2016年地區生產總值160.69億元，其中，第一產業15.03億元、第二產業77.47億元、第三產業 68.19億元，農民人均純收入達到14197元。近年來，隨著烏當區城市化進程的加快，區域的經濟發展水平不斷提高，農戶的土地利用行為不斷調整變化，土地利用階段性差異明顯，能夠滿足研究需要。

2.數據獲取

2.1 土壤樣品的采集和處理

根據烏當區第二次土壤普查資料，結合土壤類型和土地利用方式，同時考慮土種分布的均勻性和代表性，于2016年10月盡量靠近原普查點進行土壤樣品采集。本次取樣使用GPS定位，樣品取自耕作層，每個樣點都采用S形多點采樣，在直徑為100m的范圍內選擇5～10個點，充分混合后采用四分法反復取舍，最后保留1kg左右裝入塑料袋中。根據樣點的代表性和數據的完整性，最終選取有效樣點18個，共涵蓋7個鄉鎮16個村（圖1）。

將取回的土樣攤放在鋪有潔凈牛皮紙的實驗臺上風干，剔除石塊殘根等雜物，用木棍輾壓，過lmm尼龍篩；進一步用瓷缽研細，過0.149mm尼龍篩，供分析測定用。樣品分析均采用國家標準方法，主要測定目標見表1。

圖1 樣點分布圖

表1 項目分析與測定方法

2.2 農戶調查

為了全面獲取數據，采用PRA[3]技術對農戶進行調查，最后得到29個村莊共96戶提供的問卷，其中有效問卷79份。調查內容包括與戶主有關的家庭組成、文化水平、收入情況、種植業收入比例、勞動力與家庭成員比例、家庭糧食需求量、耕地經營規模、選擇種植作物的原因、耕作方式、種植制度、化肥農藥投入、灌溉水源、產量情況、農業耕作中的限制因素、土地流轉以及農戶判斷耕地好壞的標準等情況。

2.3 其他數據收集

土地利用空間數據：1∶5萬烏當區土壤圖(1981年)，1∶5萬烏當區土屬圖(1985年)，1∶5萬烏當區土地利用總體規劃圖（2006～2020年），1∶5萬烏當區行政區劃圖(2016年)。

社會經濟數據：收集1982～2016年《烏當區國民經濟統計年鑒》和《貴陽市統計年鑒》數據。

3.研究方法

近年來，一些新的方法也開始在土地質量評價中得到應用，如參數投影尋蹤分類模型（PPC）、概率神經網絡、多層反向傳輸算法、等等。然而，耕地質量評價考慮的指標較多，指標間盡可能相互獨立，因而需要綜合的信息量較大，指標獨立和信息綜合就構成了一對矛盾。物元分析(Matter Element Analysis)是研究解決矛盾問題和規律的方法，是系統科學、思維科學、數學交叉的邊緣學科，是貫穿自然科學和社會科學而應用較廣的橫斷學科。運用可拓學理論中的物元分析法，通過對原始指標信息逐一判斷和提取，達到最大限度地對指標信息進行綜合，進而使耕地質量評價結果更精確。

3.1 物元分析法

3.1.1 物元分析的模型

給定事物的名稱N，它關于特征c的量值v，以有序三元R=(N，c，v )組作為描述事物的基本元，簡稱物元。事物名稱N、特征c和量值v稱為物元三要素。若事物N有多個特征，它以n個特征c1，c2，…，cn和相應量值v1，v2，…，vn描述，則表示為：

此時，稱R為n維物元，簡記R=(N，C，V)。

3.1.2 經典域和節域物元矩陣

當N0為標準事物，關于特征ci量值范圍voi=〈aoi，boi〉時，經典域的物元矩陣可表示為：

若由標準事物N0加上可轉化為標準事物的事物所組成的物元Rp稱為節域物元，vpi=〈api，bpi〉為節域物元關于特征ci的比相應標準擴大了的量值范圍。節域物元矩陣表示為：

式中：〈aoi，boi〉 〈api，bpi〉，(i=1，2，，n)；Np表示土地可持續利用的P個等級。

3.1.3 計算關聯度

關聯函數表示物元的量值取值為實軸上一點時物元符合要求的范圍程度，由于可拓集合的關聯函數可用代數式來表示，就使得解決不相容問題能夠定量化。

令有界區間X0=[a，b]的模定義為∶

某一點X到區間X0=[a，b]的距離為∶

關聯函數K(x)為∶

式中：ρ（X,X0）表示點X與有限區間X0=[a，b]的距離；ρ（X,X0）表示點X與有限區間Xp=(ap，bp)的距離；X，X0，Xp。分別表示待評物元的量值、經典域物元的量值范圍和節域物元的量值范圍。

3.2 權重的確定

均方差決策法是客觀賦權的典型方法，反映了隨機變量離散程度，已在土地評價中得到了成功應用，故本文通過均方差法確定原始指標不同質量級別的權重。

3.3 事物綜合關聯度和質量等級確定

在物元可拓評價中，關聯度表示物元的量值（指標值）取為區間上一點時，其達到符合要求取值范圍的程度，它將屬于和不屬于問題的判斷結果定量化。對特定評價單元，進行某樣點耕地質量物元可拓集評價時，需要計算兩類關聯度，即不同指標對相應質量級別的關聯度Kj(xu)和各樣點耕地對應不同質量級別的綜合關聯度Kj(x)。

關聯函數K(x)的數值表示評價單元符合某標準范圍的隸屬程度。當K(x)＞ 1.0時，表示被評價對象超過標準對象上限，數值越大，開發潛力越大；當0≤K(x)≤1.0時，表示被評價對象符合標準對象要求的程度，數值越大，越接近標準上限；當-1.0≤K(x)＜0時，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，但具備轉化為標準對象的條件，且數值越大，越容易轉化；當K(x)＜-1.0，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，且不具備轉化為標準對象的條件。

式中：Kj(Nx)為待評價事物Nx關于等級j的綜合關聯度；Kj(Nx)為待評事物關于各等級的關聯度(j=1,2,…,n)；ai為各評價指標的權重值。將加權后計算的各級關聯度Kj(Nx)進行比較，最大值所對應的級別即為該類質量級別。進一步利用等級評定的方法，計算出各樣點耕地的綜合質量級別。

4. 基于農戶土地利用行為的烏當區耕地質量評價

4.1 評價單元的確定

本研究以1982年、 2016年兩期野外調查的18個土壤樣點所在的地塊作為本次耕地質量評價的基本單元。

4.2 評價指標體系的構建

本研究根據反映耕地質量的主要內涵，同時依據指標數據的科學性、相對獨立性和可量化性等原則，并考慮這些因子在可預見的較長時間內的變化和穩定性，從自然、社會經濟2個方面篩選了21個指標構建烏當區城市化進程中基于農戶土地利用行為的耕地質量評價指標體系。并以這些指標在研究區的整體水平為依據，按照分段線形內插法確定土地質量指標分級標準，由高到低依次包括Ⅰ（好）、Ⅱ（較好）、Ⅲ（中）、Ⅳ（較差）、Ⅴ（差）等5個級別（表2）。

說明：1）指標分級標準以評價區域整體水平為依據采用分段線形內插法確定；2）C1～C6數據采用本次的實驗數據，C7數據參照《喀斯特山區旱耕地土壤環境質量評價——以貴陽市烏當區為例》，C13、C15據參照《基于農戶土地利用行為的北京大興區耕地質量評價》，C8～C12、C14、C16～C21數據采用2016年烏當區統計年鑒的數據。

表2 耕地質量指標體系及分級標準

表3 耕地質量指標體系及分級標準

利用文獻，將表2進行歸一化處理，歸一化后的分級評價標準見表3。

4.3 基于農戶土地利用行為的烏當區耕地質量評價

把表3中I～V級標準對應的取值范圍當作經典域，表3中歸一化標準值的取值范圍及實際值確定為模型的節域Rp。

表4 自然質量、社會經濟質量和綜合質量各自的綜合關聯度及評價結果

根據公式（4）、（5）、（6）、（7），計算出自然質量、社會經濟質量和綜合質量各自的綜合關聯度及評價結果，見表4。

當-1.0≤K(x)＜0時，表示被評價的對象不符合標準對象的要求，但具備轉化為標準對象的條件，且數值越大，越容易轉化，因此，本研究得出的結果符合事實。烏當區耕地自然質量、社會經濟質量和綜合質量分布圖分別見圖2、圖3和圖4。

4.4 評價結果分析

圖2 烏當區耕地自然質量分布圖

圖3 烏當區社會經濟質量分布圖

圖4 烏當區耕地綜合質量分布圖

烏當區耕地自然質量中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的1/2，主要分布在東北部和中部；質量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積的1/5多；質量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占總面積的1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮約3～8公里的范圍內，約占總面積的近1/5。社會經濟質量和綜合質量分布范圍基本一致，其中Ⅳ等地面積最大，約占總面積的3/8，主要分布在東北部和東部；質量最差的Ⅴ等地分布在西北部，約占總面積1/5多；質量最好的Ⅱ等地分布在近郊，約占1/10；Ⅲ等地分布在距離中心城鎮約3～15公里的范圍內，約占總面積1/4多。

從空間變化上來看，耕地質量的空間變化格局體現出城市化進程中人為作用的影響，尤其是耕地的綜合質量，呈現出由北部、東北部和東部向中心城市先降低、后升高的變化趨勢，這是因為城市化的發展，烏當區自然條件較好的北部、東北部、東部和社會經濟條件優越近郊先后建立了向城市提供蔬菜、瓜果、花卉等基地。這種耕地質量空間變化格局體現出城市化進程中人為作用的影響，越靠近中心城市影響越強烈。

運用物元分析法，通過對原始指標信息逐一判斷和提取，達到最大限度地對指標信息進行綜合，進而使耕地質量評價結果更精確。由于筆者學識有限，以及考慮到研究時間和資料獲取的限制，文章仍有一些不足之處。例如，若借助GIS技術，且對不同耕地利用類型進行采樣，可提高評價的精度；由于耕地質量評價涉及因素較多，有些因素指標難于獲取齊全，指標體系有待進一步完善；此外，今后還需要不斷探索發展的、動態的評價體系，以及更科學地確定評價的標準值。

安順學院資源與環境工程學院）