基于限制因素的耕地質量提升潛力研究
——以陽泉市郊區為例

張殿龍，安祥生

（1.太原師范學院地理科學學院，山西 晉中 030619；2.太原師范學院管理系，山西 晉中 030619）

耕地是人類賴以生存與發展的重要基礎，其質量的高低對于國家后備保障有著重要的現實意義[1]。2015年，我國糧食生產實現“十二連增”，然而在這喜訊的背后，仍然面臨耕地數量下降、總體質量不高的現狀，中低產田產能過低且存在著限制因子，在糧食增產中產生了較大的負面影響[2]。

隨著改革土地管理制度的全面推廣，國內外政府決策者和大量學者對耕地質量管理的關注度逐年加深。當前國內的研究主要側重于耕地質量評價指標的選取、質量監測體系的建立和動態平衡等方面，而對耕地質量限制性因素的研究多數都是以產能為等價物建立回歸分析[3-6]。目前對耕地質量的評價多集中于如何建立耕地質量的評價體系和確立評價體系中的指標[7-8]，但是對于耕地的限制因子分析的內容較少，涉及如何確立地塊的限制類型以及對不同限制類型進行針對性分析的文獻不足。

本研究基于2016年陽泉市耕地質量等別年度更新以及監測評價為基礎，通過對耕地質量現狀的分析，提取出耕地質量提升限制因素，利用建立國家自然等提升潛力指數模型選取主導限制因素，進行提升潛力分區，針對性地確定耕地質量提升措施，以達到耕地質量提升并可持續發展的要求。

1 區域概況及數據來源

1.1 陽泉郊區概況

陽泉市郊區地處山西省東部、太行山中段西麓，西鄰壽陽，北接盂縣，東部、南部接壤平定縣。東西橫跨29 km，南北貫穿23 km，全區國土面積共計62 700.76 hm2。全區轄8 個鄉鎮和1 個開發區，其中，4 個建制鎮、1 個開發區、4 個鄉。地勢呈西北高、東南低，中部丘陵起伏，海拔高度在628～1 495.2 m。陽泉市郊區屬水資源貧乏地區，水資源破壞嚴重，水質較差。

根據2016年土地利用變更數據，全區土地面積 62 700.76 hm2，其中，耕地面積 10 394.79 hm2，園地面積 1 384.4 hm2，林地面積 27 506.21 hm2，草地8 741.55 hm2，城鎮村及工礦用地 9 695.1 hm2，交通用地1 900.35 hm2，水域及水利設施用地553.97 hm2，其他土地2 524.39 hm2。

1.2 陽泉郊區耕地情況

根據2016年土地現狀調查結果，陽泉市郊區耕地面積為10 394.79 hm2，其中，絕大部分為旱地，面積10 227.88 hm2，占耕地面積的98.39%，水澆地僅166.91 hm2，占耕地面積的1.61%，主要分布在平坦鎮、河底鎮、義井鎮等。耕地面積最大的是蔭營鎮（2 589.87 hm2），其次是河底鎮（2 294.37 hm2）、西南舁鄉（1 704.43 hm2）、平坦鎮（1 451.44 hm2）、楊家莊鄉（754.60 hm2）、舊街鄉（709.78 hm2）、義井鎮（565.19 hm2）、李家莊鄉（304.73 hm2）、開發區（20.38 hm2）。

1.3 數據來源

為客觀分析耕地質量及提升潛力，需進行梳理、整合不同屬性不同來源的相關數據資料，包括統計數據和空間數據。統計數據包括耕地等別面積和圖斑數量。空間數據主要涉及自然地理數據、生態安全數據以及土地資源數據資料。自然地理數據包括分辨率為10 m 的山西省DEM 高程數據；生態安全數據涉及地質災害、巖溶塌陷等相關地質環境調查資料；土地資源數據包含土地利用、耕地質量等別等相關土地利用與質量評價的資料。

2 研究方法

2.1 確定國家自然等別

根據《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012），將耕地國家自然等別劃分為1～15 等，其中，1～5 為高等地，5～10 為低等地，10～15 為劣等地。

據2016年陽泉市郊區耕地質量更新數據庫，陽泉市郊區共有耕地圖斑7 509 個，面積10 394.79 hm2，耕地國家自然等別包含9～12 等，其中，以10 等地最多，11 等、9 等次之，12 等最少（圖1）。

2.2 選取評價指標

陽泉市郊區耕作制度為一年一熟或者一年兩熟，基準作物為春玉米。在評價指標的選取方面應遵循代表性、綜合性及空間變異性原則，利用層次分析法，結合農用地分等規程中考慮的影響因素和野外監測中建議增加的監測指標共12 個指標中選取5 個指標，分別為表層土壤質地、土壤有機質含量、灌溉保證率、地形坡度、土壤有效土層厚度。由于陽泉郊區資源性產業突出，因此，增加特有的2 個限制因子（塌陷程度和突發性地質災害區）（表1）。

表1 評價指標匯總

2.3 計算國家自然等潛力指數

通過利用國家自然等指數建立潛力指數模型，對陽泉市郊區7 個指標進行計算，得出相應的國家自然等潛力指數，并通過國家自然等潛力指數的大小，確立地塊限制類型。

國家自然等提等潛力指數模型是以農用地等級評定中的國家自然等指數為基礎，建立的限制因子模型，耕地質量評定中所存在的限制因子在影響耕地能力的數值都是理想最大值，通過限制因子的理想最大值與實際區域內限制因子的影響能力的實際值分析對比，理想值最大值與實際值之間的差值占最大值的百分比作為限制因素的提等潛力，計算公式如下。

其中，Pik為第i 個分等單元內第k 個分等因素的國家自然等提等潛力指數；Rik為第i 個分等單元內第k 個分等因素對該分等單元國家自然等指數的最大貢獻值；rik為第i 個分等單元內第k 個分等因素對該分等單元國家自然等指數的實際貢獻值；wjk為第j 種指定作物第k 個分等因素的權重；fijk為第i 個分等單元內第j 種指定作物第k 個分等因素的質量分值；ɑj為第j 種作物的光溫生產潛力指數；βj為第j 種作物的產量比系數；k 為分等因素編號[3]。

通過對限制因子的指數潛力計算，可以得出限制因子限制能力的大小即為P 值，P 值的大小分布可以得出影響耕地質量的主導限制型，主導限制型即為該耕地限制因素中P 值為最大的因素值。

對陽泉郊區的7 509 塊圖斑進行限制性因素自然等潛力指數計算，結合陽泉郊區煤礦區的實際影響情況，得出研究區域內影響耕地質量的主導因子。

3 結果與分析

3.1 主導限制型組合類型

依據國家自然等潛力指數確立限制類型的作用范圍，陽泉郊區存在23 種限制因素的組合情況分布，大部分耕地地塊受不同種限制因素的影響。由表2可知，灌溉限制—地形坡度和灌溉限制為陽泉郊區耕地國家自然等占比最大的2 種限制型，占地面積分別為1 326.04，4 760.68 hm2，分別占耕地總面積的12.76%，45.8%，地形坡度限制和土層限制次之，分別占耕地總量的10.18%和9.85%，地形坡度—土層限制和灌溉限制—土層厚度—地形坡度限制分別占耕地總面積的7.21%和5.71%，其余17 種主導限制型占比均不超過總面積的3%，其中，有機質—地形坡度限制分布區域最小，占耕地總面積不足0.01%。

表2 陽泉郊區主導限制型組合類型

3.2 主導限制型分布情況

依據耕地地塊的限制因素分布，灌溉限制在陽泉郊區影響范圍最大，集中分布于陽泉郊區東北部、東南部以及中部。陽泉郊區屬于水資源貧乏地區，處于灌溉條件限制的區域，由于深層水開采難度大，中層水受煤炭產業的影響，水資源有所破壞，水質變差，使得大部分地區用水困難，包括北楊家莊村、小西莊村、南溝村等109 個行政村，因此，灌溉限制成為陽泉市郊區主要的限制型。其次分布面積比例較大的為灌溉限制—地形坡度和地形坡度限制，零散分布于陽泉郊區北部、西南部和東南部，陽泉郊區境內地勢西北高、東南低，地勢的高低分布造成不同地區水土流失程度不同，耕地坡度高的地區水土流失較為嚴重，以耕地坡度為限制條件的區域包括西上裝村、大河北村等107 個行政村；地形坡度—土層限制，灌溉限制—土層限制—地形坡度限制和土層限制主要分布于北部、西南部以及西北部，包括代家莊村、南莊村、南山村等53個行政村；其余限制類型以分散塊狀的形態分布于縣域內。

3.3 不同等別耕地主導限制型及改良意見

陽泉市郊區耕地等別總體上呈現片狀的分布，通過國家自然等和限制類型分布的對應關系得出各個等別的主導限制因素型（表3），以便有針對性的采取耕地質量提升措施。

表3 陽泉郊區國家自然等等別與限制型對應

9 等地主導限制型是灌溉限制—地形坡度，次要的是灌溉限制型。9 等地主要分布于平坦鎮、李家莊、蔭營鎮、義井鎮等地區，其分布地區境內主要有桃河、溫河兩大季節性河流，由于受季節性影響，四季水量不均，夏季最大，流域面積內水土侵蝕嚴重，應加強農田水利設施建設，改造中低產田。限制區內水利設施不完備，完善水利系統，加強耕地灌溉能力；對種植作物的分布情況進行合理調整，使耕地的產量和經濟效益得到提高[9-12]。10 等地主要限制型為灌溉限制，次要是灌溉限制—土層限制—地形坡度限制。提升耕地質量的途徑與9 等地類似，對耕作土地進行引流灌溉，在無灌溉的地區需要適當增加儲水坑塘數量，通過水泵抽水灌溉，以提升農作物水分保證率[13-15]。

11 等地的主導限制型為地形坡度—土層限制，次要限制型為土層限制型，限制類型區主要分布在陽泉郊區西南部和北部的丘陵地區，耕地坡度較大，一般為15°～25°，易發生滑坡，同樣不以利于農作，因此，需要對更多坡度進行合理的調整和改造，修筑梯田或者條田來提高耕作效率、減緩坡度狀況，有助于減少水土流失，保障土壤肥力，對土地整治的同時也要注重生態保護[16-18]。

12 等地的主導限制型是土層限制，次要限制型為地形坡度限制，限制區多處于陽泉郊區西北部和西南部，以有效土層厚度不足，土壤質量較差。在改造過程中，松化深層土可采取機械等方式以增加土層厚度，可與地形（田面）坡度整治相結合，將坡度整治中的多余表土覆蓋于此[19-20]。對于2 種或者2 種以上的限制類型區，依據不同限制因素的整治措施進行綜合改善。

4 結論

依據2016年陽泉郊區等別更新庫以及農用地分等規程中應用的指標，針對影響耕地質量的不同因素，確定影響耕地提升的限制類型，以此對農用地進行限制分區。通過構建國家自然等指數模型，得到陽泉郊區限制類型，以全局可比的國家自然等的等別提升潛力指數顯示出限制因素的作用力度，共得到山西省陽泉市郊區23 種主導限制型組合類型，其中，9 等地以灌溉限制—地形坡度限制為主，10 等地以灌溉限制為主，11 等地以地形坡度—土層限制為主，12 等地是以土層限制因素為影響耕地質量的主導因素。

依據陽泉郊區的耕地國家自然等限制區，對影響耕地質量的區域進行相應改造。通過不同限制因素的制約力度，為耕地質量等級監測工作和土地整治項目重點區域的劃定提供理論依據，對耕地空間規劃做出合理安排[8]。