永昌縣耕地質量評價及特征分析

馬文軍，張廷龍，武均，3，蔡立群，3*

（1甘肅農業大學資源與環境學院，蘭州 730070；2永昌縣農業技術推廣服務中心，甘肅永昌 737200；3甘肅農業大學甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州 730070）

耕地是人類賴以生存的基本生產要素，是糧食安全的基本保障。我國一直十分重視對全國耕地資源的監管，從最初單一強調數量，到如今的數量、質量和生態并重［1，2］。耕地質量評價對掌握耕地質量變化特征，提升耕地質量以及耕地與生態環境的協調可持續發展具有重要意義［3，4］。

國內外耕地質量評價研究歷史悠久，都是從單一內涵走向綜合性內涵［2］。隨著土壤學科的發展以及對作物與立地條件關系的深入研究［5］，人們對耕地質量也有了進一步的認識。耕地質量，是指在特定氣候區域以及地形、地貌、成土母質、土壤理化性狀、農田基礎設施及培肥水平等要素綜合構成的耕地生產能力，受立地條件、剖面性狀、耕層理化性狀、養分狀況、土壤健康狀況和土壤管理等因素影響并決定［6-10］。近幾年來，很多學者通過GIS軟件、遙感以及層次分析等方法進行耕地質量評價并取得了大量研究成果［11］，如李建華等［12］、陳朝等［13］、李聆宇等［14］分別利用GIS軟件針對不同地區進行了耕地質量評價研究。

永昌縣地處河西走廊，地形復雜，氣象要素各異，盛產糧、油、瓜、果、禽、蛋、肉、毛，是全國重要商品糧基地，土地成為永昌縣農民增收致富的保障。縱觀國內外相關研究，針對永昌縣耕地質量系統研究尚較少。本研究對永昌縣耕地質量狀況進行分析，旨在為永昌縣耕地質量的保護與提升等提供科學依據和對策。

1 研究區概況、資料收集與整理

1.1 研究區概況

永昌縣隸屬甘肅省金昌市，地處河西走廊東部、祁連山北麓、阿拉善臺地南緣。屬中溫帶大陸性干旱氣候。地理坐標為東經101°04′～102°43′，北緯37°47′～38°39′，海拔1 327～4 442 m，地勢走向西南高東北低。全年日照時數2 812.2 h，年平均氣溫5.7℃，總降水量243.3 mm，年蒸發量2 067.9 mm，全年無霜期一般為121 d，耕地總面積6萬hm2，耕地土壤類型為灌漠土，主要經濟作物為青稞、小麥、豌豆等。

1.2 資料收集與整理

永昌縣耕地總面積6萬hm2，按每670 hm2耕地不少于1個樣點的密度，結合當地實際情況共布設調查樣點128個。永昌縣耕地質量等級評價是依據《耕地質量等級》國家標準（GB/T33469—2016），對耕地的條件、養分狀況、耕層理化性狀、剖面性狀、健康進行分析，充分利用地理信息系統（GIS）技術，通過空間、層次、綜合指數等方法，對耕地質量進行綜合評價。采用5點取樣法和國標法，涉及數據4 700余項次，化驗指標包括有機質、全氮、有效磷、速效鉀、pH及其他理化指標。

為確保耕地地力評價結果的真實、可靠，對收集的數據進行分類、篩選。屬性數據資料審核的方法包括人工檢查和機器篩查和基本統計量、計算方法、頻數分布類型檢驗、異常值的判斷與剔除等。圖件資料審查按照點位坐標、制圖標準、圖件專題內容實際分布狀況逐圖檢查核實。

2 評價方法

2.1 耕地質量評價原理

以2019年度耕地質量等級調查采樣與檢測數據過錄表提取屬性數據，充分利用地理信息系統（GIS）技術，通過空間、層次、綜合指數等方法，對耕地地力、土壤健康狀況和田間基礎設施構成持續產出和質量安全的能力進行綜合評價。

2.2 評價原則

在評價過程中遵循綜合研究與主導因素分析相結合、定性與定量評價相結合、GIS和GPS技術支持的評價方法及共性評價與專題研究相結合原則。

2.3 評價單元劃分

將土地利用現狀圖、土壤圖、行政區劃圖三者疊加，形成的圖斑作為耕地質量等級評價底圖，底圖的每一個圖斑為一個評價單元。永昌縣耕地質量等級評價單元圖包含豐富的屬性數據，包括現狀地類、土壤類型、權屬坐落及評價指標、養分分級等，主要來源于點位、線性、矢量及外部數據表。

3 永昌縣耕地質量評價等級劃分

3.1 評價指標及其權重的確定

根據指標選取原則，按照甘新區耕地質量等級評價標準，針對永昌縣耕地質量評價要求，建立目標、準則、指標等三個層次。目標層即耕地質量，準則層包括立地條件、土壤管理、養分狀況、剖面性狀、耕層理化性狀、健康狀況，指標層包括16個評價指標。應用特爾斐法和層次分析法相結合的方法確定指標權重，見表1。

表1 永昌縣耕地質量等級評價指標權重Table 1 The evaluation index weight of cultivated land quality grade in Yongchang County

3.2 評價指標隸屬函數構建

隸屬函數類型包括戒上型、峰型、戒下型、直線型、概念型等5類函數。對概念型數據，直接采用特爾斐法給出隸屬度，見表2～3。

表2 永昌縣耕地質量等級評價函數型指標及其隸屬函數Table 2 The evaluation function index of cultivated land quality grade in Yongchang County

表3 永昌縣耕地質量等級評價指標描述及其隸屬度Table 3 The evaluation index description of cultivated land quality grade and its subordinate degree in Yongchang County

3.3 耕地質量的綜合評分與定級

根據《耕地質量等級》（GB/T33469-2016），采用累加法計算各評價單元的耕地質量綜合指數，其計算公式為：

式中：IFI—耕地質量綜合指數；Fi—第i個評價指標的隸屬度；Ci—第i個評價指標的組合權重。

采用等距離法將耕地質量劃分為十個等級。一等地耕地質量最好，十等地耕地質量最差。按照永昌縣耕地質量等級劃分標準，永昌縣IFI值在一至五等地之間，并對永昌縣耕地質量區域評價結果進行集中審查，通過產量、對比、專家與實地驗證相結合評價結果，確保耕地質量等級結果數據科學準確、符合實際（表4）。

表4 永昌縣耕地地力等級劃分標準Table 4 The standard for grading of cultivated land in Yongchang County

3.4 耕地質量主要性狀指標分級標準

永昌縣耕地土壤養分分級標準以甘新區蒙寧甘農牧二級區為準（表5）。

表5 永昌縣耕地質量主要性狀標準Table 5 Main character criteria of cultivated land quality in Yongchang County

4 評價結果及其分析

4.1 永昌縣耕地質量評價等級分析

永昌縣耕地質量等級評價面積共85 492.59 hm2。永昌縣耕地質量等級由高到低依次劃分為一等至五等，沒有六、七、八、九、十等級。通過耕地質量等級面積加權法，得到永昌縣耕地質量平均等級為1.52等。一等地到五等地面積占比分別為65.07%、21.35%、11.16%、1.24%、1.18%，其中，一、二、三等耕地所占比重較大。評價為一等地的耕地面積為55 628.57 hm2，占評價耕地總面積的65.07%，灌溉和排水條件均滿足，少部分耕地有瘠薄現象，土壤類型主要是灌漠土。評價為二等地的耕地面積為18 256.01 hm2，占評價耕地總面積的21.35%，灌排條件滿足，二分之一耕地輕度鹽漬化，少部分耕地瘠薄，主要以灌漠土為主。評價為三等地的耕地面積為9 538.7 hm2，占永昌縣耕地總面積的11.16%，以灰棕漠土為主，灌溉條件良好，該地區少部分耕地存在瘠薄障礙因素，大部分耕地輕度鹽漬化，部分耕地存在中度鹽漬化。評價為四等地的耕地面積為1 057.49 hm2，占評價耕地總面積的1.24%，以風沙土為主，滿足灌溉和排水能力，土壤存在輕度鹽漬化，無障礙因素。評價為五等地的耕地面積為1 011.82 hm2，占評價耕地總面積的1.18%，土壤類型為風沙土，質地為薄層型，耕地均滿足灌排條件，部分耕地鹽漬化面積較大，均呈現出輕、中度鹽漬化，少部分耕地存在瘠薄現象。

4.2 永昌縣耕地土壤養分分布特征分析

保護土壤、培肥地力，不斷提高生產力是農業可持續發展的重要目標［9］。土壤養分狀況決定耕地地力的高低［10］，因此了解土壤養分的變化對研究耕地地力具有重要意義。依據甘新區土壤養分分級標準，分析土壤養分等級狀況。結果表明：永昌縣土壤有機質整體水平較高、土壤全氮處中低等水平、有效磷和速效鉀主要分布處中等水平。具體表現為：土壤有機質含量主要集中在20～25 g/kg之間，屬較高水平，其面積占比達51.39%，在低水平沒有分布。可見，永昌縣耕地土壤有機質含量普遍較高。土壤全氮含量集中分布在1.0～1.5 g/kg之間，屬中等水平，其面積占比達73.39%，高水平沒有分布，較低等級面積占比為20.94%，說明該地區土壤氮素缺乏。土壤有效磷含量主要集中分布在20～30 mg/kg之間，屬于中等水平，其面積占比75.91%；土壤速效鉀含量在150～200 mg/kg和200～250 mg/kg之間，屬中、高水平，其面積占比93.37%（表7）。

表6 永昌縣各鄉鎮的耕地質量等級Table 6 The grade of cultivated land quality in villages and towns of Yongchang County hm2

表7 永昌縣耕地土壤養分分級及面積占比Table 7 Soil Nutrient Classification Area of Cultivated Land in Yongchang County

從空間分布看，各鄉鎮耕地土壤有機質含量處中高水平，全氮含量整體處中等水平，部分鄉鎮處較低水平；速效鉀含量處于較高和中等水平，有效磷含量整體處于中等水平，部分鄉鎮處較低水平（表8）。

表8 永昌縣各鄉鎮耕地土壤養分含量與等級分布Table 8 Soil Nutrient Content and Grade Distribution of Cultivated Land in Yongchang County

圖1 永昌縣耕地質量等級分布圖Fig 1 The distribution of cultivated land quality in Yongchang County

5 結論

（1）永昌縣土壤有機質平均含量主要集中在20～25 g/kg之間，處于較高水平；全氮平均含量主要集中在1.0～1.5 g/kg之間，處于中等水平；有效磷平均含量主要集中在20～30 mg/kg之間，處中等水平；速效鉀平均含量主要集中在150～200 mg/kg和200～250 mg/kg之間，處中等和較高水平。同時，其城市周邊鄉鎮，如紅山窯鎮、東寨鎮、新城子鎮等地耕地土壤養分平均含量較高；而離城市較遠的鄉鎮，如河西堡鎮、六壩鎮、水源鎮、朱王堡鎮等地耕地土壤養分平均含量較均低。

（2）永昌縣耕地質量平均等級為1.52；分布有一至五等級地，一、二、三等級地為永昌縣耕地質量等級主體，面積占比分別為65.07%、21.35%、11.16%。因此，永昌縣耕地質量水平整體較高。

6 建議

（1）永昌縣鹽漬化耕地分布范圍較廣，鹽堿地含鹽量過高，土壤養分含量和有機質含量均較差，生產能力和地力水平均較低，對作物生長不利［14］。可利用水利工程改良，合理灌溉降低水分蒸發；深翻使表層與深層土壤充分混合可有效緩解土壤的次生鹽漬化進程；添加有機肥可改善土壤的酸堿度、增強土壤的松散度、減少土壤板結，從而有效緩解土壤鹽漬化。

（2）永昌縣耕地存在貧瘠現象，導致土壤板結，漏水漏肥，土壤有機質含量下降、大量與中微量養分存在不均衡等現象［15］。可通過施用有機肥料和測土配方施肥來改善。有機肥能提高土壤有機質含量，吸附較多的陽離子，使土壤的肥力顯著提高；測土配方施肥能夠精確補充土壤缺失的營養，既能提高作物產量，又能避免浪費。

（3）永昌縣地處河西走廊東部，土壤沙化較嚴重，影響生態環境，制約經濟的發展［16］。建立完善的防護體系和灌排體系，有效開發利用沙化土地，堅持長、中、短期利益相結合的原則，注重高產優質高效和市場競爭動態，在經濟林、林糧間作、農作物種植上分別進行高產開發利用。