土地整治項目對耕地質量等別的影響分析

劉佳皓 王艷慧

摘要 [目的]為了充分彰顯土地整治工作的綜合效益，促進土地節約集約利用。[方法]選取元氏縣蘇陽鄉為研究區，從農用地分等角度，重新確定耕地質量評價指標權重以更新研究區耕地質量等別評價結果，并對篩選出的影響因素指標與耕地質量等別構建多元回歸模型，分析揭示各影響因素的作用機制。[結果]土地整治項目可以顯著提高耕地質量，研究區耕地質量等別從整治前的國家自然等12等、利用等13等提升至整治后的國家自然等8等、利用等12等。土地整治項目可以通過改善土壤理化性質等方式正向影響耕地質量，對研究區耕地質量影響較大的因素主要是土壤pH、有機質含量、排水條件和灌溉保證率。[結論]研究結果可為實施土地整治提高耕地質量提供理論依據和參考借鑒。

關鍵詞 耕地質量評價;土地整治項目;農用地分等;影響因素分析;多元回歸模型

中圖分類號 F301.21文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0061-06

Abstract [Objective] The research aimed to fully demonstrate the comprehensive benefits of land consolidation work，and promote land conservation and intensive use.[Method]This paper selects Suyang Township of Yuanshi County as the research area，and redetermines the weight of cultivated land quality evaluation index from the perspective of agriculture land gradation to update the evaluation results of cultivated land quality in the study area，and selects the influencing factors and cultivated land quality，construct a multivariate regression model and analyze the mechanism of action of each influencing factor.[Result]The land consolidation project can significantly improve the quality of cultivated land，and the quality of cultivated land in the study area would be upgraded from the national natural level 12 and utilization level 13 before the consolidation，to the national natural level 8 and utilization level 12 after the consolidation.The land improvement project could positively affect the quality of cultivated land by improving the physical and chemical properties of the soil.The factors that had a greater impact on the quality of cultivated land in the study area were soil pH，organic matter content，drainage conditions and irrigation guarantee rate.[Conclusion]The research results can provide theoretical basis and reference for the implementation of land consolidation to improve the quality of cultivated land.

Key words Cultivated land quality evaluation;Land consolidation project;Agriculture land gradation;Influencing factors analysis;Multiple regression

我國土地利用和農田污染問題突出，導致國家耕地安全面臨數量和質量下降的雙重威脅。隨著土地整治工作的進一步開展，尋求耕地的數量和質量雙重保護的目標逐漸明確，成為了土地整治的重點所在[1]。土地整治將對耕地產生各種方面的影響，因此監測耕地數量和質量的變化就成為了衡量土地整治項目績效的有效方法[2]。當前我國耕地質量呈現不斷下降的趨勢，因此十分迫切需要通過土地整治措施對耕地進行綜合治理，從而改善耕地質量影響因素，提高耕地質量等別。當前已有的土地整治項目及耕地質量的研究主要集中在對耕地質量評價發展研究、對耕地質量變化研究和土地整治發展研究3個方面。針對土地整治對耕地質量產生的影響，徐暢等[3]采用野外采樣與室內分析相結合的方法，對土地整治項目實施不同年限后的土壤質量進行追蹤，研究整治年限與土壤質量的改善效果之間的關系。張正峰等[4]通過量化評估土地整治對田塊利用產生影響的方法，對比分析了2個土地整治項目區的國民經濟受土地整治項目影響的情況。趙京等[5]、Fezzi等[6]通過采用Tobit模型進行最大似然估計的方法，對土地整治與土地利用效率的關系進行研究，并分析了農戶關于土地整治的滿意程度對土地利用效率的影響。以上學者從土地整治對耕地質量影響的角度進行了分析，但相關研究仍停留在理論層面，較少實證分析。還有部分學者從土地整治前后耕地質量評價的角度進行研究，如牛海鵬[7]通過將評價因素可比性和光溫生產潛力進行修正的方法，測算土地整治耕地質量綜合指數對土地整治的影響進行研究;鄧燕紅等[8]通過改進土地利用系數和經濟系數的計算方法，在農用地分等的基礎上新增土壤保水保肥能力等參評指標，以使耕地質量評價結果更準確且具有說服力。余建新等[9]探究了一種反映土地整治前后耕地質量差異的分等更新方法，在原耕地質量評價體系中增加受土地整治影響較大的修正分等因素，并以此修正分等計算系數?？v觀這些研究，大多是從表征對耕地質量情況進行研究，而很少從土地整治與耕地質量之間的內在關系的角度來進行分析。在此背景下，筆者采用農用地分等方法[10]，在上一輪耕地質量等級年度更新的基礎上修正各分等因素的權重[11]，以此來計算并對研究區耕地質量等別進行評價，并采用多元回歸分析方法對各耕地質量因素指標在整治前后的變化情況進行分析，研究土地整治項目對耕地質量等別產生的影響。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 研究區地點位于河北省石家莊市元氏縣蘇陽鄉西部山區，行政劃分歸屬為上莊村與郭北村的集體土地（圖1）。研究區為丘陵區，土壤以褐土為主，其次為潮土、草甸土和風沙土。研究區四至：東至上莊村水澆地地界，西至郭北村旱地和裸地地界，南至鄉間道路和上莊村農村居民點，北至國有內陸灘涂。研究區地理位置為114°26′08″～114°26′13″E，37°43′50″～37°44′14″N。土地整治面積為6.752 5 hm 2，地類為水澆地。土地整治項目批復時間為2014年6月，項目建設期為批復后12個月，實際竣工時間為2015年8月。在土地整治項目前，研究區內雜草叢生，淤積較為嚴重，灌溉條件較差，土地利用率極低，田間道路嚴重制約機械化耕作，土壤侵蝕也較為嚴重。因此，研究區較為適合在土地整治的基礎上對整治前后耕地質量的變化情況進行研究。

1.2 數據來源與處理

選取的數據為河北省石家莊市元氏縣上輪耕地質量等級年度更新數據庫（2015年）、河北省耕地質量等級成果補充完善技術報告（2014年）、元氏縣1∶10 000土地利用現狀圖（2010年）、來自CNES/Airbus的SPOT衛星影像（2018年）、土地整治項目竣工驗收報告及相關部門調查走訪獲取的數據資料。對于圖像數據，在使用前均進行了地理配準、投影變換、幾何校正、圖像融合和裁剪等預處理。

1.3 研究方法

農用地分等定級是對農業用地自然和經濟兩方面屬性進行綜合評定下的等別和級別的劃分，“等”和“級”是耕地質量評價體系中2個不同的層次[12]。該研究通過農用地分等方法對研究區耕地質量等別進行評價，采用因子分析法研究土地整治項目對耕地質量的影響，并構建多元回歸模型揭示土地整治各影響因素對耕地質量影響的作用機制。

1.3.1 耕地質量評價。

從農用地分等的角度出發，確定分等因素指標及其權重后，根據作物產量比系數和光溫生產潛力指數，計算耕地的自然質量等、利用等和經濟等，并根據平衡轉換規則將其分別轉化為國家等，進而確定耕地質量等別。等別評價具體流程如圖2所示，各計算指標參數均來自于《農用地質量分等規程》附錄及相關表格數據[10]。

1.3.1.1 確定標準耕作制度。

通過查詢《農用地質量分等規程》附錄得到研究區所在的河北省石家莊市元氏縣的標準耕作制度為小麥-玉米及小麥-棉花一年兩熟。由元氏縣耕地質量等級年度更新數據庫（2015年）可知，元氏縣基準作物為冬小麥，指定作物為冬小麥和夏玉米。

1.3.1.2 劃分分等單元。

分等單元是耕地質量評價的最小空間單位，由于研究區不同地塊分等因素具有相對同質性而沒有明顯差異，因此該次評價采用地塊法對研究區分等單元進行劃分。為確保整治前后評價結果的可比性，采用與整治前評價過程相同的分等單元對整治后的耕地質量進行評價。即將研究區矢量范圍圖與研究區土地利用現狀圖（2010年）中指代耕地的圖斑進行疊加，將形成的封閉單元作為此次耕地質量等別評價中的分等單元。

1.3.1.3 確定分等因素指標區。

計算自然質量分一般有2種方法，即因素法和樣地法。由于該研究的研究區耕地情況并不適宜建立跨區域的因素指標體系以采用樣地法進行計算，故該研究選擇因素法來計算自然質量分[13]。首先需要根據各限制性因素的區域分異規律來劃分確定分等因素指標區。經查表確定研究區所屬的分等因素指標區為“太行山南段冀南山前平原冬小麥/夏玉米一年兩熟區”。

1.3.1.4 確定分等因素及權重。

由于研究區耕地質量等級成果補充完善技術報告中的分等因素是由河北省農業生產、農業氣象、地理科學等領域眾多專家及專業人員通過多輪篩選、分析和修正確定的，因此該研究在確定分等因素時，直接沿用研究區耕地質量等級成果補充完善技術報告的分等因素選擇。為能更好地揭示土地整治工程因素對耕地質量的影響情況，需對耕地質量評價指標權重進行重新測算。該研究結合使用德爾菲法和層次分析法以確定分等因素指標權重：先邀請各位相關領域專家對分等因素的重要程度進行判斷，并在保證判斷思維一致性的基礎上構建判斷矩陣，每個分等因素的權重均通過層次分析法來計算得到。為了使因素指標的權重更加準確，在比較2個指標并衡量指標的相對重要性時，引入了九分位的相對重要的比例尺度，將指標A與指標B對比的重要程度劃分為9個等級：極其重要、很重要、重要、略微重要、相同重要、略微不重要、不重要、很不重要和極其不重要，并對指標A與指標B比較的評價值相應賦值為9、7、5、3、1、1/3、1/5、1/7和1/9[14]。

將各個專家判斷的分等因素重要程度結果運用幾何平均法進行綜合平均，進而根據相對重要比例尺度表構建判斷矩陣，之后由指標權重系數計算公式得出各分等因素的權重值。權重系數值的計算公式如下：

1.3.1.6 計算項目區自然等指數。在計算研究區自然等指數（Ri）之前需要先確定作物生產潛力指數及產量比系數，由研究區耕作制度可得冬小麥和夏玉米的生產潛力指數及產量比系數如表1所示。

1.3.2 土地整治對耕地質量影響分析。

對研究區樣本點進行選取并篩選出適用于進行影響分析的因素指標，通過多元回歸分析法研究土地整治影響因素與耕地質量等別之間的內在關系，以各影響因素整治前后的差值為自變量，因變量是耕地國家利用等整治前后指數差，通過計算構建多元回歸分析模型，進而分析揭示各影響因素的作用機制。

首先根據研究區土地整治項目主要建設內容及研究區土壤理化性質等實際情況，從耕地質量等別的視角，選取建立候選評價因素指標集。該研究在充分分析土地整治項目對耕地的地力、生態、經濟、空間等方面影響的基礎上，從以下4個方面選擇因素指標構成候選因素指標體系集：①土壤質量相關因素指標的選取。土壤質量通過各方面綜合作用以影響地力質量進而作用于耕地質量，用以表征土壤質量條件的因素指標有土壤pH、有機質含量、剖面構型、表土質地、有效土層厚度、鹽漬化程度、障礙層距地表深度等。②空間質量相關因素指標的選取。影響空間質量評價因素的主要是耕地形態情況和耕地地表情況。表征耕地形態情況的因素指標選取形狀指數、田塊平均規模、地形坡度、田塊破碎度;表征耕地地表情況的因素指標選取地表巖石露頭度。③耕地利用條件相關因素指標的選取。耕地利用條件主要受土地整治項目質量的影響。表征交通基礎設施建設的因素指標選取道路通達度;表征水利基礎設施建設的因素指標選取灌溉保證率和排水條件。④生態質量相關因素指標的選取。生態質量也是耕地質量的重要組成部分，因此還應從生態質量的角度選取因素指標。表征水資源供應指標選取灌溉水源;表征生態效益的指標選取灌溉水源;表征生態效益的指標確定為植被覆蓋率;表征生態壓力的指標確定為土壤侵蝕程度。在構建候選因素指標集后即逐個分析候選因素指標的相關性并檢驗其顯著性，從而剔除統計學意義較小的因素指標。

顯著性判斷的過程采用土地整治前后各因素指標差值進行計算，其相關數據采用樣本點法在研究區內選取樣本點進行數據獲取。該研究采用單對角線法、梅花五點法與棋盤式法相結合的方法進行樣本點選取，共計獲得78個樣本點，如圖3所示。

在計算前對各樣本點獲取的數據采用Z-score法進行標準化預處理，取1作為原始數據的標準差映射值以進行標準差歸一化，從而使其對于判斷耕地質量的影響程度可進行統一比較[15]。為使土地整治前后的耕地質量具有比較價值，對整治前研究區上輪耕地質量年度更新數據中與整治后評價體系中評價因子和權重不同的部分進行完善，其他部分參數體系保持不變，最終結果作為土地整治前耕地質量的評價結果。

對影響因素進行有關土地整治對耕地質量影響相關性的顯著性判斷，對各指標進行單因素相關性分析以驗證各影響因素與耕地質量變化之間的相關性是否顯著[16]。為了定量分析各種影響因素對土地整治前后耕地質量的影響，對通過顯著性判斷的各影響因素與耕地質量變化情況進行多元回歸分析，通過計算對其構建多元回歸分析模型，從而系統地揭示各影響因素對耕地質量等別的影響情況[17]。之后再根據計算結果對影響原因進行分析，并針對土地整治項目提出合理的政策建議。

2 結果與分析

2.1 耕地質量等別的評定

由研究區屬“太行山南段冀南山前平原冬小麥/夏玉米一年兩熟區″，可得分等因素有4個，即表土質地、灌溉保證率、有機質和剖面構型。根據不同因素的影響程度，對國土方面有關專家的意見進行歸納和總結，并將各因素指標對耕地質量的影響程度進行排序。在此基礎上，利用MATLAB軟件構建判斷矩陣X：

X=11/3413191/41/41/913141/31

通過公式（1）、（2）和（3）計算各因素指標權重系數如表2所示。由計算結果可得各分等因素權重分別為表土質地0.24、灌溉保證率0.40、有機質含量0.12、剖面構型0.24，計算結果均通過了一致性檢測，說明結果具有一定的客觀性。

采用加權平均法，按照公式（4）計算每種指定作物的自然質量分，并通過加權平均計算得出研究區農用地自然質量分為0.864。由公式（5）、（6）計算得Ri=R ij=2 599.34，即為農用地自然等指數。由公式（7）計算得Yi=759.01，即為農用地利用等指數。由公式（8）計算得Gi=222.39，即為農用地經濟等指數。

由公式（9）可以得出國家級自然等指數RS=3 002.16、國家級利用等指數YS=692.93、國家級經濟等指數GS=671.79。根據間距劃分表確定國家自然等為8等，國家利用等為12等，國家經濟等為12等。

根據元氏縣2015年度耕地質量等級年度更新數據庫（2015年），整治前，研究區耕地的國家自然等為12等，國家利用等和經濟等分別為13等和12等;整治后，采用該研究評價方法確定研究區內現狀耕地和新增耕地的灌溉保證率條件達到基本滿足，國家自然等提升至8等，國家利用等和經濟等均提高至12等。最終得到整治前后研究區耕地質量等別對比如表3所示。

2.2 土地整治影響因素分析及原因研究

2.2.1 因素指標的篩選。

依據耕地質量評價指標體系構建原則，該研究最終確定的耕地質量評價因素指標候選集中包含表土質地、灌溉保證率、有機質含量、剖面構型、鹽漬化程度、排水條件、地形坡度、道路通達率、植被覆蓋率、田塊破碎度、土壤pH、有效土層厚度、土壤侵蝕程度、灌溉水源、障礙層距地表深度、田塊平均規模、形狀指數和地表巖石露頭度共計18個因素指標。之后從研究區所選取的樣本點獲取相關數據，通過分等因素指標分值記分規則表[10]進行定量化處理，并采用Z-score法進行標準化，之后利用SPSS軟件的Pearson分析工具進行相關性分析，得到影響因素指標的顯著性檢驗結果如表4所示。

根據分析結果，有6個影響因素的相關性為高度相關且通過了置信度為0.01的顯著性檢驗，最終確定用以進行多元回歸分析的因素指標為有機質含量、灌溉保證率、表土質地、剖面構型、排水條件和土壤pH。

2.2.2 多元回歸分析。

利用SPSS軟件進行多元線性回歸分析，自變量為各影響因素整治前后差值，分別用X1（有機質含量）、X2（灌溉保證率）、X3（表土質地）、X4（剖面構型）、X5（排水條件）、X6（土壤pH）來表示;因變量為研究區耕地國家利用等指數在整治前后的差值，用Y表示。從多元回歸分析模型結果（表5）可看出，相關系數為0.891 1，表明X和Y之間存在高度相關性;擬合優度為0.794，回歸方程擬合良好，自變量對因變量的解釋力較強;F顯著性統計量的F值遠小于顯著性水平0.01，因此建立的回歸模型被認為是有效的。其中X3、X4的P值均大于0.05，因此認為表土質地和剖面構型對耕地質量的變化影響不大。得出回歸方程為Y=-217.409+8.392X1+2.618X2-5.374X5+11.106X6。

2.2.3 原因分析及政策建議。從多元回歸模型的構建可以看出，通過顯著性檢驗的各影響因素中，影響因素X6其回歸系數絕對值最大，故對耕地質量影響最大的是土壤pH。土地整治前，研究區的土壤呈酸性，平均pH偏低。整治后，由于翻耕工程使得表層土壤產生了剝離和回填，提高了土壤顆粒間的土壤通透性，從而對微生物的氧化還原反應產生促進作用，改善了土壤酸堿環境[18]。此外，酸肥的減少施用以及增施有機肥料等也是正向影響土壤pH的重要措施;另一個對耕地質量影響較大的因素是X1（有機質含量）。整治前研究區土壤有機質含量呈現集中和不均勻的特點，整治后通過土壤翻耕以及有機肥料的施用，使土壤有機質含量高的區域減少，低含量區域增加，總體趨于均衡;此外，影響因素X2（灌溉保證率）和X5（排水條件）也通過了回歸模型的篩選，這得益于整治過程中灌溉與排水工程的實施，通過輸水管道的鋪設以及蓄水池與閥門井的規劃和建設，改善了研究區的排水條件，擴大了保證灌溉面積，同時使得研究區耕地抗洪澇能力明顯提高。

土地整治必須以土地利用總體規劃為依據，堅持整體規劃原則，并根據當地特點因地制宜地采取相應的整治措施。在未來的管理和利用中，應當減少酸肥用量，增加農家有機肥的施用量，這樣既能增加土壤有機質含量，又能改善土壤酸堿環境，從而提高耕地質量。此外可以采取土地翻耕的措施，使土壤中的有機質分布更加均勻，同時促進土壤pH的自我調節。充分利用水資源是提高耕地水利條件的主要途徑，通過各種溝渠涵管的合理建設，使渠道灌溉有水，排水通暢，即可保證耕地良好的排水條件和灌溉保證率。

3 結論與討論

該研究以元氏縣蘇陽鄉土地整治項目為例，采用農用地分等方法對研究區耕地質量進行評價，并對整治前后的耕地質量等別變化情況進行分析，通過建立土地整治影響因素與耕地質量變化之間的多元回歸模型來研究土地整治項目與耕地質量變化的內在聯系。根據評價結果，研究區現狀耕地和新增耕地的灌溉保證率條件均達到基本滿足。耕地質量等別從整治前的國家自然等12等、利用等13等提升至整治后的國家自然等8等、利用等12等。研究結果表明，土地整治項目可以通過改善土壤理化性質等方式從而正向影響耕地質量，對研究區耕地質量影響較大的因素主要是土壤pH、有機質含量、排水條件和灌溉保證率。整治后土壤酸堿環境得到了改善，有機質含量在得到提升的同時分布也更加趨于均勻，管道溝渠的建設使得耕地排水條件和灌溉保證率均達到良好狀態，土地整治項目明顯改善了耕地基本建設條件。所以建議在今后的管理利用中要減少酸肥施用量和增施有機肥料，更加注重翻耕對耕地質量帶來的多方面正向影響。充分提高耕地水利條件，保證在已有的灌溉水源合理發揮作用的前提下，提高輸水能力和灌溉保證率，并加強土壤排水措施，防止旱澇災害。

通過研究土地整治對耕地質量的影響，可以完善土地整治技術體系，指導土地整治項目的總體布局，為土地整治項目提供理論依據和參考。但該研究的研究區數據僅限于縣級土地整治項目范圍，且由于當地經濟條件限制，并不能保證土地整治作用的完全發揮。并且，該研究對研究區土地整治項目的實證分析是基于研究區本身自然條件的基礎上進行的，因此得出的結論與建議具有一定的區域限制性。此外，由于評價區域僅限于縣級單一土地整治項目的耕地質量評價，因此難以從區域層面闡明土地整治與耕地質量變化之間的關系。今后將嘗試以土地整治單個項目為基礎單元，進行區域級別的視角分析，從而探究不同地區土地整治項目對耕地質量的影響差異，以指導區域層面土地整治項目的規劃和設計，并為不同地區制定差異化的土地整治政策提供依據。

參考文獻

[1] 鄖宛琪，朱道林，湯懷志.中國土地整治戰略重塑與創新[J].農業工程學報，2016，32（4）：1-8.

[2] 徐康，金曉斌，吳定國，等.基于農用地分等修正的土地整治項目耕地質量評價[J].農業工程學報，2015，31（7）：247-255.

[3] 徐暢，高明，謝德體，等.土地整理年限對紫色丘陵區土壤質量的影響[J].農業工程學報，2009，25（8）：242-248.

[4] 張正峰，楊紅，谷曉坤.土地整治對平原區及丘陵區田塊利用的影響[J].農業工程學報，2013，29（3）：1-8.

[5] 趙京，楊鋼橋，汪文雄.農地整理對農戶土地利用效率的影響研究[J].資源科學，2011，33（12）：2271-2276.

[6] FEZZI C，HARWOOD A R，LOVETT A A，et al.The environmental impact of climate change adaptation on land use and water quality[J].Nature climate change，2015，5：255-260.

[7] 牛海鵬.河南省土地開發整理耕地質量綜合指數測算[J].河南理工大學學報（自然科學版），2006，25（4）：301-305.

[8] 鄧燕紅，黃炎和，涂凱，等.土地整理項目區耕地質量評價方法研究：以福建省長泰縣為例[J].福建農業學報，2015，30（6）：599-604.

[9] 余建新，魏巍，廖曉虹，等.土地整治項目區農用地質量分等方法的修正[J].農業工程學報，2013，29（10）：234-240.

[10] 全國國土資源標準化技術委員會.農用地質量分等規程：GB/T 28407—2012[S].北京：中國標準出版社，2003.

[11] 張俠，張成，尚國琲.石家莊市土地利用分區研究[J].中國國土資源經濟，2015，28（7）：53-57.

[12] 馬瑞明，馬仁會，韓冬梅，等.基于多層級指標的省域耕地質量評價體系構建[J].農業工程學報，2018，34（16）：249-257.

[13] 文虎，易正炳，王新軍，等.基于GIS的農用地定級研究：以新疆五家渠墾區為例[J].中國農學通報，2016，32（2）：186-192.

[14] SHEREKAR V，TATIKONDA M，STUDENT M E.Impact of factor affecting on labour productivity in construction projects by AHP method[J].Int J Eng Sci Comput，2016，6（6）：6771-6775.

[15] 張慧，王洋.中國耕地壓力的空間分異及社會經濟因素影響：基于342個地級行政區的面板數據[J].地理研究，2017，36（4）：731-742.

[16] 楊子，劉曉光，寧靜，等.典型黑土壟作區耕地溝蝕對土壤養分的影響研究[J].土壤，2017，49（2）：379-385.

[17] 張立新，朱道林，謝保鵬，等.中國糧食主產區耕地利用效率時空格局演變及影響因素：基于180個地級市的實證研究[J].資源科學，2017，39（4）：608-619.

[18] 匡麗花，葉英聰，趙小敏，等.基于農用地分等修正的土地整治項目對耕地質量的影響評價[J].農業工程學報，2016，32（17）：198-205.