孫妍芳，裴久渤，張立江，汪景寬

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110866)

0 引言

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，良好的耕地質(zhì)量是保證糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵[1-2]。我國(guó)以不足世界9%的耕地面積養(yǎng)活了近20%的人口，耕地資源緊張、人口的持續(xù)增長(zhǎng)和食物消費(fèi)水平的快速提升使得我國(guó)糧食自給問(wèn)題越發(fā)受到關(guān)注[3-5]。截止2015年底，我國(guó)耕地面積1.35億hm2，耕地質(zhì)量總體偏低并呈下降趨勢(shì)，耕地質(zhì)量的變化正在對(duì)糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，提升耕地質(zhì)量已成為我國(guó)解決糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要手段[6-7]。然而，不同土壤類(lèi)型引起的耕地基礎(chǔ)條件差異，加之人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的耕地利用的差異造成了耕地質(zhì)量等級(jí)變化，各耕地質(zhì)量等級(jí)存在的障礙因素差異也影響了耕地質(zhì)量的保護(hù)與提升，限制了耕地生產(chǎn)力的發(fā)揮，因此明確耕地質(zhì)量障礙因素分區(qū)對(duì)減緩耕地質(zhì)量下降、有針對(duì)性實(shí)施耕地質(zhì)量提升措施具有重要意義。

棕壤是良好的農(nóng)業(yè)土壤，集中分布在暖溫帶濕潤(rùn)地區(qū)，在我國(guó)主要分布在東北地區(qū)的遼河平原(主要在遼寧省境內(nèi)，占全國(guó)棕壤面積的49%)和華北地區(qū)東部的山東半島丘陵(占全國(guó)棕壤面積的34%)，是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，對(duì)我國(guó)糧食安全具有重要作用。棕壤具有良好的生態(tài)條件，土壤肥力較高，土層深厚，水熱條件好。由于棕壤資源的不合理利用，棕壤失去了肥沃的腐殖質(zhì)層，有機(jī)質(zhì)連年下降，土壤侵蝕嚴(yán)重[8]。因此掌握棕壤耕地質(zhì)量情況，了解棕壤耕地質(zhì)量等級(jí)與空間分布，并對(duì)影響其質(zhì)量的障礙因素進(jìn)行診斷及分區(qū)合理利用，是保護(hù)并提高棕壤耕地質(zhì)量切實(shí)可行的方法，有利于提高糧食產(chǎn)量與促進(jìn)棕壤耕地資源的可持續(xù)利用。

耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)是從宏觀上摸清耕地質(zhì)量的有效方法，是實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)與提升措施的前期工作基礎(chǔ)。我國(guó)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究始于1996年農(nóng)業(yè)部開(kāi)展的耕地基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，隨后在研究尺度[9-11](縣域、市域、省域等)、指標(biāo)的篩選[12-13]、方法的選擇[14-16]等不同方面的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究在全國(guó)如火如荼地展開(kāi)。這些研究豐富并促進(jìn)了耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的快速發(fā)展。然而，以耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，深挖耕地質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用，以影響耕地質(zhì)量障礙因素識(shí)別為手段的耕地質(zhì)量障礙因素分區(qū)研究還相當(dāng)缺乏?，F(xiàn)有耕地質(zhì)量分區(qū)研究主要集中于高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)[17]、耕地可持續(xù)利用[18-20]、耕地集約利用[21]等方面，是在行政區(qū)域上定性的研究[22]，未能定量考慮耕地質(zhì)量障礙因素的影響，缺乏對(duì)耕地質(zhì)量障礙因素診斷與區(qū)域劃分研究[23]。障礙度模型是用來(lái)全面挖掘影響事物發(fā)展的障礙因素的數(shù)學(xué)模型，對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行病理診斷，能夠理清和挖掘出對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)影響的主要障礙因素。因此利用該模型對(duì)棕壤耕地質(zhì)量障礙因素進(jìn)行診斷識(shí)別并進(jìn)而劃分障礙類(lèi)型區(qū)，將為改善耕地質(zhì)量與深入挖掘耕地生產(chǎn)潛力提供有力地信息支撐。

綜上，文章在對(duì)遼寧棕壤進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用障礙度模型對(duì)耕地質(zhì)量各障礙因素進(jìn)行診斷，將結(jié)果應(yīng)用到耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型區(qū)域劃分上，提出有針對(duì)性措施的耕地質(zhì)量保護(hù)和提升的分區(qū)利用策略，以期為該區(qū)域耕地質(zhì)量提升研究提供理論依據(jù)。

圖1 遼寧棕壤地理區(qū)位

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于中國(guó)東北地區(qū)南部，即東經(jīng)118°53′～125°46′，北緯38°43′～43°26′之間(圖1)，地勢(shì)大體是自北向南，自東、西兩側(cè)向中部?jī)A斜，東部多為山地，西部多為丘陵； 東西部山地、丘陵面積約占全省土地面積的2/3，中部為東北向西南緩傾的遼河平原，面積約占全省土地面積的1/3。遼寧省棕壤主要分布于遼東山地丘陵及其山前傾斜平原、遼西山前傾斜平原和沖積平原以及遼河平原兩側(cè)的平原低階地； 此外棕壤還廣泛存在于遼西山地的醫(yī)巫閭山、松嶺山和努魯爾虎山的垂直帶中，位于褐土和淋溶褐土之上。遼寧省棕壤面積為515.17萬(wàn)hm2，其中耕地面積為185.95萬(wàn)hm2，占遼寧省耕地面積的37%； 占全國(guó)棕壤耕地面積的49%。屬暖溫帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)海洋性季風(fēng)氣候，夏季溫暖多雨，冬季寒冷干燥，年平均溫度4.7～10.5℃，≥10℃積溫3 138～4 035℃，無(wú)霜期125～190d，年降水量433～1 089mm，成土母質(zhì)為非鈣質(zhì)成土母質(zhì)，地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林。遼寧棕壤具有較為典型的棕壤的形態(tài)特征。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

該研究數(shù)據(jù)包括 1： 25萬(wàn)比例尺的土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、降水量圖、地貌圖、有效積溫圖、土壤質(zhì)地圖等。其中土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖用于疊加生成評(píng)價(jià)單元。形成的評(píng)價(jià)單元地形條件、土壤條件、土地類(lèi)型以及土地利用現(xiàn)狀相對(duì)一致，即內(nèi)部屬性具有一致性。土壤質(zhì)地圖、地貌圖用于提取評(píng)價(jià)單元信息。降水量圖、有效積溫圖從國(guó)家氣象單位獲取，用于提取評(píng)價(jià)單元信息。該文通過(guò)以上方法，在ArcGIS 9.3平臺(tái)上，最終確定4 858個(gè)評(píng)價(jià)單元，構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，為耕地質(zhì)量障礙因素計(jì)算提供依據(jù)。

耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)樣點(diǎn)是遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)自于遼寧省耕地地力調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，在2005～2008年的野外調(diào)查工作中，采集大量樣品，并對(duì)農(nóng)戶(hù)進(jìn)行綜合調(diào)研。野外調(diào)查資料主要包括位置、氣候條件、地貌類(lèi)型、成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、有效土層厚度、耕層厚度、質(zhì)地、灌排條件、施肥水平及管理措施等。對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行化驗(yàn)分析，測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量。該文根據(jù)典型性與均勻性原則，選取研究區(qū)內(nèi)具有最典型、最明顯的性狀的采樣點(diǎn)，最終從耕地地力調(diào)查采樣點(diǎn)中篩選出5 578個(gè)樣點(diǎn)用于遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)。

表1 遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層權(quán)重遼寧棕壤耕地質(zhì)量氣候條件降水量0 1098≥10℃積溫0 1186立地條件成土母質(zhì)0 0918地形部位0 1010耕層厚度0 0579剖面性狀有效土層厚度0 0620剖面構(gòu)型0 0536養(yǎng)分狀況有機(jī)質(zhì)0 0780有效磷0 0497速效鉀0 0310理化性狀pH0 0623質(zhì)地0 0685土壤管理灌溉能力0 0676排澇能力0 0483

2 研究方法

2.1 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

正確地選取評(píng)價(jià)指標(biāo)是科學(xué)評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量的前提。該文依據(jù)《耕地質(zhì)量等級(jí)(NY/T33469-2016)》，遵循采用特爾斐法，選取氣候條件、立地條件、剖面性狀、土壤理化性狀和土壤管理6類(lèi)，≥10℃積溫、年降水量、地形部位、成土母質(zhì)、有效土層厚度、耕層厚度、剖面構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、質(zhì)地、pH、灌溉能力和排澇能力等14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)的建立

隸屬函數(shù)的確定是評(píng)價(jià)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)過(guò)程需要在確定各評(píng)價(jià)因素的隸屬度基礎(chǔ)上，計(jì)算各評(píng)價(jià)單元分值，從而確定耕地質(zhì)量等級(jí)。評(píng)價(jià)指標(biāo)分為數(shù)值型和概念型指標(biāo)兩大類(lèi)，數(shù)值型指標(biāo)包括≥10℃有效積溫、降水量、有效土層厚度、耕層厚度、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和pH，而概念型指標(biāo)包括耕層質(zhì)地、灌溉能力、排澇能力、剖面構(gòu)型、地形部位和成土母質(zhì)。對(duì)于數(shù)值型指標(biāo)，采取專(zhuān)家打分和特爾斐法確定指標(biāo)的隸屬函數(shù)(表2)； 對(duì)于概念型指標(biāo)，采用專(zhuān)家打分法分別賦值作為其隸屬度(表3)。對(duì)這兩類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度及隸屬函數(shù)。

表2 數(shù)值型評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)類(lèi)型及其隸屬函數(shù)

函數(shù)類(lèi)型項(xiàng)目隸屬函數(shù)C Ut 戒上型≥10℃有效積溫(℃)Y=1/[1+1 5885616250927×10-6×(U-C)2]3989 7140 3138 7 戒上型降水量(mm)Y=1/[1+1 1419246744810×10-5×(U-C)2]647 7348434 0 戒上型耕層厚度(cm)Y=1/[1+0 029432885119589×(U-C)2]29 038220 0 戒上型有效土層厚度(cm)Y=1/[1+0 000359796631731753×(U-C)2]111 819662 8 戒上型有機(jī)質(zhì)(g/kg)Y=1/[1+0 00254946960366988×(U-C)2]38 85348 7 戒上型有效磷(mg/kg)Y=1/[1+0 00174737392453583×(U-C)2]41 539210 2 戒上型速效鉀(mg/kg)Y=1/[1+7 2555711556742×10-5×(U-C)2]204 643732 1 峰型pHY=1/[1+0 446183473738568×(U-C)2]7 Ut1=5 0，Ut2=8 2

表3 概念型指標(biāo)的隸屬度

評(píng)價(jià)指標(biāo)描述隸屬度評(píng)價(jià)指標(biāo)描述隸屬度評(píng)價(jià)指標(biāo)描述隸屬度地形部位平原中階1剖面構(gòu)型上松下緊1成土母質(zhì)沖積物、1平原低階0 85海綿型0 9黃土母質(zhì)丘陵下部0 75緊實(shí)型0 8殘積物、0 8丘陵中部0 7夾層型0 7沉積物、丘陵上部0 6上緊下松0 6河湖沖沉山地坡中部0 55薄層型0 5風(fēng)積物、0 5質(zhì)地壤土1松散型0 4紅土母質(zhì)粘壤土0 8灌溉能力滿(mǎn)足1排水能力滿(mǎn)足1粘土0 6基本滿(mǎn)足0 8基本滿(mǎn)足0 7砂土0 5不滿(mǎn)足0 5不滿(mǎn)足0 3

2.1.3 耕地質(zhì)量指數(shù)計(jì)算

評(píng)價(jià)采用特爾斐法與層次分析法確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重。采用特爾斐法，由專(zhuān)家確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)耕地質(zhì)量影響程度的順序，再使用層次分析法，建立層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重(表1)。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)量綱與數(shù)據(jù)類(lèi)型不同，只有各指標(biāo)處于同一量度才能衡量對(duì)耕地質(zhì)量的影響程度，定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)分別采用特爾斐法和采用模糊數(shù)學(xué)方法確定各評(píng)價(jià)因素計(jì)算隸屬度。應(yīng)用累加法計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的耕地質(zhì)量指數(shù)(IFI)[9]，每個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地質(zhì)量指數(shù)計(jì)算方法如下：

(1)

式(1)中，F(xiàn)i表示第i個(gè)因子的指標(biāo)隸屬度；Ci表示第i個(gè)指標(biāo)因子的組合權(quán)重值。

2.2 耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型分區(qū)

2.2.1 障礙因素診斷

在遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)中低等地進(jìn)行障礙因素診斷[24]，確定遼寧棕壤耕地質(zhì)量障礙度。

具體方法是引入“因素貢獻(xiàn)率”、“指標(biāo)偏離度”和“障礙度”。其中，因素貢獻(xiàn)率(Vij)是準(zhǔn)則層i中單項(xiàng)指標(biāo)j對(duì)耕地質(zhì)量的影響程度，即評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)j的權(quán)重； 指標(biāo)偏離度(Bij)是準(zhǔn)則層i中單項(xiàng)指標(biāo)j與本指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的差距，即評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)隸屬度與1(100%)的差值； 障礙度(Mij)是第i項(xiàng)準(zhǔn)則層中第j項(xiàng)指標(biāo)對(duì)耕地質(zhì)量的障礙程度，即障礙因素診斷的結(jié)果。計(jì)算公式如下：

Bij=1-Aij

(2)

(3)

式(2)(3)中，Mij為指標(biāo)障礙度；Bij為指標(biāo)偏離度；Vij為因素貢獻(xiàn)率；Aij為指標(biāo)隸屬度。按照等距法將指標(biāo)障礙度分為無(wú)障礙(0)、輕度障礙(0%～12%)和重度障礙(>12%)3個(gè)等級(jí)[25]。

根據(jù)公式(2)(3)可得遼寧棕壤中低等地的障礙度，將每個(gè)評(píng)價(jià)單元各評(píng)價(jià)因素的障礙度按照出現(xiàn)面積的大小順序排列，即可獲得各評(píng)價(jià)單元影響耕地質(zhì)量的障礙因素的主次關(guān)系，得出遼寧棕壤耕地質(zhì)量障礙因素診斷結(jié)果。為便于研究，該文單列出障礙度指數(shù)排序前5位因素進(jìn)行分析。

2.2.2 耕地障礙類(lèi)型分區(qū)方法

該文關(guān)于棕壤耕地障礙類(lèi)型分區(qū)的總體思路是確定中低等地各評(píng)價(jià)單元主要障礙因素的障礙度等級(jí)。對(duì)各評(píng)價(jià)單元重度障礙因素進(jìn)行障礙度排序，篩選主要障礙因素與次級(jí)障礙因素，確定為“主要障礙因素—次要障礙因素”型的耕地障礙類(lèi)型分區(qū)； 在只含有一個(gè)重度障礙因素，不含次要障礙因素的區(qū)域，確定為“主要障礙因素”型； 在不含重度障礙因素的區(qū)域，將評(píng)價(jià)單元的輕度障礙因素障礙度進(jìn)行排序，確定為“主要障礙因素—次要障礙因素”型，也納入障礙類(lèi)型分區(qū)體系中。

圖2 遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)得分累積頻率曲線

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

該研究采用Excel擬合耕地質(zhì)量綜合指數(shù)累積頻率曲線圖，按照《耕地質(zhì)量等級(jí)(NY/T33469-2016)》，選擇曲線斜率的突變點(diǎn)(拐點(diǎn))作為劃分綜合指數(shù)的臨界點(diǎn)，使用等距法對(duì)耕地質(zhì)量分級(jí)(圖2)，最終將遼寧棕壤耕地質(zhì)量劃分為10個(gè)等級(jí)(表4)。

表4 遼寧棕壤耕地質(zhì)量等級(jí)綜合指數(shù)及分級(jí)

耕地質(zhì)量等級(jí)耕地質(zhì)量綜合指數(shù)(IFI)耕地質(zhì)量等級(jí)耕地質(zhì)量綜合指數(shù)(IFI)一等>0 856六等0 769～0 787二等0 839～0 856七等0 752～0 769三等0 821～0 839八等0 734～0 752四等0 804～0 821九等0 717～0 734五等0 787～0 804十等0 671～0 717

遼寧棕壤耕地總面積185.95萬(wàn)hm2(表5)，耕地質(zhì)量等級(jí)以一等地質(zhì)量最好，十等地質(zhì)量最差，耕地資源以五等地、六等地、七等地為主，約88.10萬(wàn)hm2，占總耕地面積的47.38%； 其次為三等地、四等地和八等地，約67.25萬(wàn)hm2，占總耕地面積的36.16%； 一等地、二等地、九等地和十等地最小，約30.61萬(wàn)hm2，占總耕地面積的16.46%。將遼寧棕壤耕地質(zhì)量等級(jí)按高等地(一、二、三等地)、中等地(四、五、六、七等地)、低等地(八、九、十等地)分析，高等地耕地面積約39.96萬(wàn)hm2，占耕地面積的21.49%； 中等地耕地面積約110.05萬(wàn)hm2，占耕地面積的59.18%； 低等地耕地面積約35.94萬(wàn)hm2，占耕地面積的19.33%。遼寧棕壤分布區(qū)地理位置跨度廣，區(qū)域內(nèi)自然條件與立地條件空間變化大，各等別耕地分布差異明顯。此外，有些相鄰地塊由于自然或人工條件差別，也存在耕地等別差異化明顯的情況。

表5 遼寧棕壤耕地質(zhì)量等級(jí)面積及比例

質(zhì)量等級(jí)面積(萬(wàn)hm2)面積比例(%)質(zhì)量等級(jí)面積(萬(wàn)hm2)面積比例(%) 一等2 561 38七等27 9915 05 二等13 567 29八等21 4511 53 三等23 8412 82九等9 375 04 四等21 9611 81十等5 132 76 五等28 5515 35合計(jì)185 95100 六等31 5516 97

由圖3可知，高等地主要分布在遼河平原地區(qū)的平原低階地和遼東山區(qū)的丘陵下部，該地區(qū)地形比較平坦，陽(yáng)光充足，坡度相對(duì)平緩，灌溉條件良好，河流豐富、水源充分，土壤養(yǎng)分含量充足，是質(zhì)量較高的耕地； 中等地主要分布在遼河平原與遼西丘陵過(guò)渡區(qū)的平原低階、遼北丘陵和遼東山地的丘陵中下部，這些地區(qū)灌溉條件較差，有些區(qū)域降水不足，土壤養(yǎng)分含量不平衡，需要充分挖掘這部分耕地潛力，提升耕地質(zhì)量； 低等地分布比較零散，在遼西丘陵、遼北丘陵和遼東山區(qū)的丘陵中部都有分布、丘陵下部也有零星分布，這些地區(qū)90%的區(qū)域灌溉條件不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，土壤肥力低，需要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和地力培肥工作等。

3.2 障礙因素分區(qū)劃定

為進(jìn)一步明確障礙因素在空間分布上的聚集特征及規(guī)模布局，確定耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)遼寧棕壤耕地障礙因素進(jìn)行分區(qū)。通過(guò)對(duì)3 628個(gè)中低等地地塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)3 548個(gè)地塊存在重度障礙因素， 80個(gè)地塊不存在重度障礙因素； 通過(guò)障礙因素診斷，棕壤耕地的主要障礙因素為有機(jī)質(zhì)、灌溉能力、排澇能力、質(zhì)地和剖面構(gòu)型； 根據(jù)因素組合法，最終確定有機(jī)質(zhì)、灌溉能力、質(zhì)地3類(lèi)共14種耕地障礙類(lèi)型分區(qū)。由表6可知，具體分為有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)、灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)和質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)。其中以“有機(jī)質(zhì)—灌溉能力”、“有機(jī)質(zhì)”、“灌溉能力”、“有機(jī)質(zhì)—質(zhì)地”、“灌溉能力—有機(jī)質(zhì)”5種類(lèi)型耕地面積最多，占中低產(chǎn)田面積的92.13%，是耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)區(qū)域。

表6 棕壤耕地障礙類(lèi)型分區(qū)

主要障礙因素面積(萬(wàn)hm2)比例(%)序號(hào)障礙類(lèi)型分區(qū)面積(萬(wàn)hm2)圖斑個(gè)數(shù) 有機(jī)質(zhì)125 9286 451有機(jī)質(zhì)20 37626 2有機(jī)質(zhì)—灌溉能力93 861884 3有機(jī)質(zhì)—排澇能力3 6462 4有機(jī)質(zhì)—質(zhì)地7 37235 5有機(jī)質(zhì)—剖面構(gòu)型0 6923 灌溉能力15 6710 756灌溉能力7 44345 7灌溉能力—有機(jī)質(zhì)5 15174 8灌溉能力—排澇能力2 4895 9灌溉能力—質(zhì)地0 5912 質(zhì)地4 082 8010質(zhì)地0 1915 11質(zhì)地—排澇0 076 12質(zhì)地—有機(jī)質(zhì)2 4786 13質(zhì)地—灌溉0 5227 14質(zhì)地—剖面構(gòu)型0 8238

圖3 遼寧棕壤耕地質(zhì)量等級(jí)空間分布 圖4 遼寧棕壤耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型區(qū)分布

由圖4可知，遼西地區(qū)主要以有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)為主，有零星質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)分布； 遼東地區(qū)以有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)為主，兼有灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)和質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)分布。其中，有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)耕地面積最大，灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)耕地面積其次，分別占遼寧棕壤中、低等地的86.45%和10.75%，這兩個(gè)障礙類(lèi)型區(qū)是今后耕地質(zhì)量提升工作的重點(diǎn)區(qū)域。

(1)有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)

有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)總面積為125.83萬(wàn)hm2，占區(qū)域耕地總面積的86.38%，其中中等地面積為92.50萬(wàn)hm2，低等地面積為33.33萬(wàn)hm2，是中低等地中障礙面積最大、分布最廣的區(qū)域，在棕壤區(qū)均有分布。該區(qū)域包含由灌溉能力、排澇能力、質(zhì)地、剖面構(gòu)型為次級(jí)障礙因素的5種障礙因素組合，其中灌溉能力為次級(jí)障礙因素的耕地面積最大，為93.86萬(wàn)hm2，占有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)耕地總面積的74.60%，分散在遼寧棕壤區(qū)。在提高耕地質(zhì)量時(shí)，應(yīng)首先提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，還應(yīng)考慮灌排能力、質(zhì)地和剖面構(gòu)型，加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并防止水土流失。

(2)灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)

灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)總面積為15.64萬(wàn)hm2，占區(qū)域耕地總面積的10.74%，其中，中等地面積為13.91萬(wàn)hm2，低等地面積為1.74萬(wàn)hm2，面積僅次于有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)，主要分布在遼東山地丘陵中部以北的平原低階與丘陵中下部。該區(qū)域包含由有機(jī)質(zhì)、排澇能力、質(zhì)地為次級(jí)障礙因素的4種障礙因素組合，其中灌溉能力為主要障礙因素，無(wú)次要障礙的耕地面積最大，為7.43萬(wàn)hm2，占灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)耕地總面積的47.53%，分散在遼東山地丘陵?yáng)|部。在該區(qū)域內(nèi)， 90%的耕地是中等地，耕地質(zhì)量適中，通過(guò)打機(jī)井和修筑水渠，可在短時(shí)間內(nèi)明顯改善耕地質(zhì)量，相對(duì)容易達(dá)到較高水平。

(3)質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)

質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)總面積為3.99萬(wàn)hm2，占區(qū)域耕地總面積的2.75%，其中中等地面積為3.13萬(wàn)hm2，低等地面積為0.87 萬(wàn)hm2。主要分布在遼東山地丘陵中部以北區(qū)域。該區(qū)域包含由有機(jī)質(zhì)、灌溉能力、剖面構(gòu)型為次級(jí)障礙因素的4種障礙因素組合，其中有機(jī)質(zhì)是次要障礙的耕地面積最大，為2.47萬(wàn)hm2，占灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)耕地總面積的61.79%，分散在遼東山地丘陵區(qū)。質(zhì)地均為砂土和粘壤，在生產(chǎn)上為避免或減輕洪澇災(zāi)害，要注意開(kāi)溝排水，降低地下水位，并選擇在適宜的土壤含水條件下精耕細(xì)作，以改善土壤耕性。

4 討論

(1)目前對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究主要集中在不同尺度方面，而土壤類(lèi)型角度研究不足。棕壤是重要的農(nóng)業(yè)土壤，具有良好的生態(tài)條件，土壤肥力高，低等地比例少，是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。遼寧棕壤占遼寧省總耕地面積的37%，對(duì)遼寧省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。但由于受東南季風(fēng)、海陸位置及地形影響等，耕地質(zhì)量地域性差異極為明顯，且已有文獻(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)棕壤的研究較少，該研究針對(duì)研究區(qū)棕壤進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，并分析了各等級(jí)耕地的數(shù)量和空間分布特征，掌握了遼寧棕壤的總體情況，同時(shí)也對(duì)研究特定土壤類(lèi)型耕地質(zhì)量進(jìn)行了有益探索。

(2)前人對(duì)耕地質(zhì)量障礙因素的研究多集中在以專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)為主的定性研究方面，而定量研究方面還相當(dāng)缺乏。該文定量的探索和確定了遼寧棕壤耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)及障礙類(lèi)型分區(qū)的基本思路、技術(shù)路線和具體方法步驟，從耕地質(zhì)量角度出發(fā)，依據(jù)耕地質(zhì)量的障礙因素組合，劃定了針對(duì)性的耕地質(zhì)量保護(hù)區(qū)，并探討了基于分區(qū)結(jié)果確定的提升耕地質(zhì)量的技術(shù)方法，揭示了遼寧棕壤耕地的質(zhì)量等級(jí)、空間分布、障礙因素情況。耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型分區(qū)是實(shí)現(xiàn)耕地差異化保護(hù)、有效管理耕地資源的重要保障。

(3)棕壤耕地資源與利用狀況不同，各障礙類(lèi)型區(qū)應(yīng)采取的技術(shù)措施的也不盡相同，明確各區(qū)域耕地質(zhì)量提升方向和方式方法，并對(duì)相應(yīng)分區(qū)提出利用的對(duì)策和建議，以促進(jìn)耕地質(zhì)量的提高。有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)應(yīng)注重施用有機(jī)肥、種植綠肥或秸稈還田是培肥土壤、提高耕地產(chǎn)量的有效措施。灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)應(yīng)充分利用降水灌溉，利用防滲渠輸水、配套滴灌設(shè)施，完善節(jié)水灌溉系統(tǒng)、提高灌水的有效利用率。質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)在耕作應(yīng)注意采用深溝、密溝、高畦，或通過(guò)深耕和開(kāi)深線溝破壞緊實(shí)的心土層以及采用暗管和暗溝排水等，以避免或減輕澇害。

5 結(jié)論

該文運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法對(duì)遼寧棕壤進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，掌握了遼寧棕壤耕地的數(shù)量和空間分布特征。引入障礙度模型定量化研究耕地質(zhì)量的障礙因素，對(duì)耕地質(zhì)量限制程度排序，劃定了耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型區(qū)域。主要結(jié)論如下。

(1)遼寧棕壤耕地質(zhì)量劃分為10個(gè)等級(jí)，高等地(一、二、三等地)所占比例為21.49%； 中等地(四、五、六、七等地)所占比例為59.18%； 低等地(八、九、十等地)所占比例為19.33%。其中分布在遼河平原的平原低階部位和遼東山區(qū)的丘陵下部為高等地，其他區(qū)域均為中低等地。

(2)以耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，應(yīng)用障礙度模型，對(duì)中低等地塊進(jìn)行障礙度診斷，并進(jìn)行障礙因素組合，最終確定了3類(lèi)14種耕地質(zhì)量障礙類(lèi)型區(qū)，分別為有機(jī)質(zhì)障礙類(lèi)型區(qū)、灌溉能力障礙類(lèi)型區(qū)和質(zhì)地障礙類(lèi)型區(qū)，面積比例分別為86.45%、10.75%和2.80%。

[1] 冀詠贊，閆慧敏，劉紀(jì)遠(yuǎn)，等.基于Modis數(shù)據(jù)的中國(guó)耕地高中低產(chǎn)田空間分布格局.地理學(xué)報(bào),2015,70(5)： 766～778

[2] 潘佩佩， 王曉旭，楊桂山，等.經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展地區(qū)耕地質(zhì)量時(shí)空變化格局研究.地理與地理信息科學(xué),2015, 31(4): 65～70

[3] Demetriou D.The assessment of land valuation in land consolidation schemes：The need for a new land valuation framework.Land Use Policy，2016， 54： 487～498

[4] 劉榮志， 黃圣男，李厥桐.中國(guó)耕地質(zhì)量保護(hù)及污染防治問(wèn)題探討.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(29)： 161～167

[5] Bindraban P S，Stoorvogel J J，Jansen D M，et al.Land quality Indicators for sustainable land management：Proposed method for yield gap and soil nutrient balance,2000, 81(2): 103～112

[6] 高星， 吳克寧，陳學(xué)砧，等.土地整治項(xiàng)目提升耕地質(zhì)量可實(shí)現(xiàn)潛力測(cè)算.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(16)： 233～240

[7] 沈仁芳， 陳美軍，孔祥斌，等.耕地質(zhì)量的概念和評(píng)價(jià)與管理對(duì)策.土壤學(xué)報(bào),2012,49(6)： 1210～1217

[8] 白樹(shù)彬， 裴久渤，李雙異，等.30年來(lái)遼寧省耕地土壤有機(jī)質(zhì)與pH時(shí)空動(dòng)態(tài)變化.土壤通報(bào),2016,47(3)： 636～644

[9] 裴久渤， 汪景寬，李慧，等.遼東山區(qū)桓仁縣坡耕地基礎(chǔ)地力評(píng)價(jià)研究.土壤,2012,44(3)： 429～435

[10]錢(qián)鳳魁， 王秋兵，邊振興，等.凌源市耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)與立地條件分析.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(11)： 325～329

[11]陳朝， 呂昌河.基于綜合指數(shù)的湖北省耕地質(zhì)量變化分析.自然資源學(xué)報(bào),2010,25(12)： 2018～2029

[12]Yang Z，Yu T，Hou Q，et al.Geochemical evaluation of land quality in China and its applications.Journal of Geochemical Exploration,2014， 139： 122～135

[13]袁秀杰， 趙庚星，朱雪欣.平原和丘陵區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)及其指標(biāo)體系銜接研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,(7)： 65～71

[14]趙冬玲， 何珊珊，楊建宇，等.基于限制因素和熱點(diǎn)分析的耕地整治質(zhì)量潛力測(cè)算.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2017,48(2)： 158～164

[15]Perminova T，Sirina N，Laratte B，et al.Methods for land use impact assessment：A review.Environmental Impact Assessment Review,2016， 60： 64～74

[16]Xue Y J,Yue-Ming HU,Liu S G,et al.Improving land resource evaluation using fuzzy neural network ensembles.Pedosphere,2007, 17(4): 429～435

[17]翟曉慶， 蘇里，裴久渤，等.遼寧省耕地分區(qū)利用及其高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)研究.土壤通報(bào),2015,46(5)： 1056～1062

[18]Hermanns T，Helming K，K?nig H J，et al.Sustainability impact assessment of peatland-use scenarios：Confronting land use supply with demand.Ecosystem Services,2017

[19]Ochola W O，Kerkides P.An integrated indicator-based spatial decision support system for land quality assessment in Kenya.Computers and Electronics in Agriculture,2004， 45(1-3)： 3～26

[20]Bouma J.Land quality indicators of sustainable land management across scales.Agriculture，Ecosystems and Environment.2002， 88： 129～136

[21]劉玉， 郝星耀，潘瑜春，等.河南省耕地集約利用時(shí)空分異及分區(qū)研究.地理科學(xué),2014,34(10)： 1218～1225

[22]陳青鋒， 于化龍，張杰，等.耕地質(zhì)量提升重點(diǎn)區(qū)域劃定及可提升潛力研究——以河北省盧龍縣為例.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2016,37(2)： 221～229

[23]呂慧敏， 吳克寧，周勇，等.基于農(nóng)用地分等的耕地質(zhì)量主導(dǎo)限制型研究.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2015,36(7)： 11～18

[24]潘潔， 呂雄杰，肖輝，等.天津市中低產(chǎn)田時(shí)空分布與限制因素研究.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014, 30(32): 178～183

[25]張立江， 汪景寬，裴久渤，等.東北典型黑土區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)與障礙因素診斷.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2017,38(1)： 110～117