喀斯特地貌不同类型区耕地自然质量评价——以石漠化综合治理工程小流域为例

杨世凡，孙泉忠，萧超文

(贵州省水土保持技术咨询研究中心，贵州 贵阳 550002)

土地是最基本的农业生产资料，是人类赖以生存的物质基础[1]。我国是一个农业大国，土地资源数量有限，总体质量不高。贵州大部分地区都属于喀斯特石漠化敏感区，土层薄、成土慢，可利用土地资源较少[2]。而土壤污染、水土流失和不合理的土地利用方式等，导致耕地质量下降，石漠化面积扩大，耕地面积减少。相对于耕地面积减少而言，耕地质量的下降是隐性的，不易被察觉，但其影响绝不亚于耕地数量减少。耕地质量的下降对粮食安全、生态环境和社会经济发展构成严重威胁[3]。

1 研究区概况

贵州省石漠化综合治理工程涉及贵州5种地貌类型区的27条小流域，本次选取具有代表性的5条典型小流域作为研究对象，分别为岩溶断陷盆地类型的盘县啸天龙小流域、岩溶高原区类型的龙里平寨河小流域、岩溶峡谷类型的晴隆孟寨小流域、峰丛洼地类型的望谟桑郎小流域、岩溶槽谷类型的凤冈沙溪沟小流域。

1.1 盘县啸天龙小流域

啸天龙小流域地处盘县红果镇与平关镇、火铺镇交界处，地貌类型属中山沟谷区，山高沟长。流域内土壤主要是黄壤和石灰土，部分地段出露黄棕壤和草甸土；植被多为云南松、华山松林及石灰岩灌丛。流域多年平均气温13.9 ℃，平均无霜期292 d，年均降水量1 410 mm。小流域土地总面积1 291.52 hm2，其中：林地1 214.88 hm2，占土地总面积的94.07%；耕地7.63 hm2，占0.59%；建设用地25.66 hm2，占1.99%；水域8.05 hm2，占0.62%；未利用地35.30 hm2，占2.73%。

1.2 龙里平寨河小流域

平寨河小流域位于龙里县谷龙、洗马两个乡镇交界处，涉及谷龙乡的关庄、平寨、葫芦田、龙滩、谷新、大谷龙和洗马镇的黄星、牛场共8个村。岩溶分区为岩溶高原，平均气温14 ℃，年积温4 790.5～5 499.3 ℃，年降水量1 060～1 250 mm。土壤以黄壤为主，局部地区有石灰土零星分布。流域内植被一般在海拔1 400 m以下的石灰岩地区为阔叶林，碎屑岩区为针叶林(以马尾松为主)，局部地区为栎类，互层岩地区为针阔混交林、阔叶林、阔叶灌丛等。小流域土地总面积3 497.84 hm2，其中：林地2 268.88 hm2，占总面积的64.87%；耕地1 025.44 hm2，占29.32%；建设用地197.31 hm2，占5.64%；水域0.98 hm2，占0.03%；未利用地5.23 hm2，占0.15%。

1.3 晴隆孟寨小流域

孟寨小流域地处晴隆县东部的光照镇与莲城镇交界处，主要涉及光照镇、莲城镇和马场乡的9个行政村56个村民组，全为岩溶发育区。小流域属中山河谷地貌类型区，海拔650～1 600 m，相对高差950 m。土壤以石灰土为主，分布在整个流域内。森林植被以阔叶林为主，原生植被基本被破坏，现为次生林，可供开发的植物种类有野生杨梅、花椒、百花刺、刺梨等。流域内气候温和湿润，常年平均气温14.0～15.9 ℃，无霜期280 d左右，年平均日照时数1 453 h，年均降水量1 400 mm。小流域土地总面积4 457.90 hm2，其中：林地2 417.26 hm2，占土地总面积的54.22%；耕地1 699.10 hm2，占38.11%；草地156.20 hm2，占3.5%；建设用地185.34 hm2，占4.2%。

1.4 望谟桑郎小流域

桑郎小流域位于望谟县东部，主要涉及桑郎镇4个村的全部或部分区域。地貌多为低山、低中山，为典型的岩溶地貌。土壤主要为碳酸盐类岩石的溶蚀残余物，土层厚度达到中等，成土过程长，多酸性土，水土流失严重，土壤类型主要为黄壤，部分地区有石灰土、水稻土和紫色土。植被主要是针叶林、阔叶林、灌木林，优势树种主要有杉木、桉树、枫香、青冈等。属亚热带季风性湿润气候，年气温19.8 ℃，年均降水量1 200 mm。小流域土地总面积3 486.03 hm2，其中：林地2 430.99 hm2，占土地总面积的69.74%；耕地1 007.77 hm2，占28.90%；建设用地42.83 hm2，占1.23%；水域4.44 hm2，占0.13%。

1.5 凤冈沙溪沟小流域

沙溪沟小流域位于凤冈县花坪镇，花坪镇位于凤冈县中部，与德江县梅子乡、思南县亭子坝乡接壤，是遵义地区的东大门。小流域属中山丘原地貌，涉及茶花社区、鱼跳村、石盆村、金鸡村的全部或部分区域。属中亚热带季风性湿润气候，年均气温15.2 ℃，年均降水量1 200～1 250 mm，温和干旱；区内林草植被覆盖率相对较高。小流域土地总面积2 972.79 hm2，其中：林地1 619.56 hm2，占土地总面积的55.48%；耕地1 248.03 hm2，占41.98%；建设用地105.20 hm2，占3.54%。

2 数据与方法

本次研究评价的数据来源于贵州省石漠化综合治理工程项目。研究以《中国耕地质量等级调查与评定(贵州卷)》为依据，通过调查计算农用地的自然质量等指数来评价农用地质量的高低。具体方法是以不同地区的光、温、水、土资源所决定的土地自然生产力为基础，综合评定农用地的自然质量等，划分农用地自然质量等级。

2.1 农用地自然质量分等因素的确定

不同的自然气候区，不同的土地利用方式，影响农作物生产潜力的因素不同。在同一个分等单元，因作物种类不同，产量影响因素也有区别。据此，对农用地自然质量分等因素的确定，需根据地貌类型、气候、土壤、耕作制度等，将云贵高原一级区又划分出川鄂湘黔浅山区、贵州高原区、滇黔高原山区三个指标区。本研究仅以种植玉米的旱地为研究对象，确定地面坡度、有效土层厚度、表层土壤质地、土壤有机质含量、土壤pH值、海拔、土壤剖面构型、地表岩石露头度8项指标作为分等因素，其中：地面坡度、有效土层厚度、表层土壤质地、海拔、土壤剖面构型、地表岩石露头度6个指标值通过野外调查获取；土壤有机质含量、土壤pH值通过土样检测得出。农用地分等因素权重和分值的确定参考《中国耕地质量等级调查与评定(贵州卷)》。

2.2 农用地自然质量分的计算

本次指定农作物用地自然质量分的计算采用加权平均法，计算公式为

(1)

式中：CLij为第i个分等单元第j种指定作物的农用地自然质量分，无量纲；i为分等单元编号；j为指定作物编号；k为分等因素编号；m为分等因素的数目；fijk为第i个分等单元内第j种指定作物第k个分等因素的指标分值；ωk为第k个分等因素的权重。

2.3 农用地自然质量等级的确定

农用地自然质量等指数，是按照标准耕作制度所确定的各指定农作物，在农用地相应的自然质量等指数条件下，所能获得的按产量比系数折算的基准农作物产量之和。

2.3.1 指定作物自然质量等指数的计算

第j种指定作物的自然质量等指数的计算公式为

Rij=αtj·CLij·βj

(2)

式中：Rij为第i个分等单元第j种指定作物的自然质量等指数；αtj为第j种指定作物的光温(气候)生产潜力指数；CLij为第i个分等单元内第j种指定作物的农用地自然质量分；βj为第j种指定作物的产量比系数。

作物的实际产量受到许多因素的影响，如气候条件、土壤条件、作物因素、农业技术条件与田间管理水平等。参照《中国耕地质量等级调查与评定(贵州卷)》，各区域的光温(气候)生产潜力指数见表1。

表1 指定作物的光温(气候)生产潜力指数

指定作物的产量比系数是指在相同的光、温、水、土资源条件下，人类种植不同作物，其产量之间的当量关系。参照《中国耕地质量等级调查与评定(贵州卷)》，各区域指定作物的产量比系数见表2。

表2 指定作物的产量比系数

2.3.2 农用地自然质量等指数的计算

农用地自然质量等指数的计算公式为

Ri=∑Rij

(3)

式中：Ri为第i个分等单元的农用地自然质量等指数；Rij为第i个分等单元第j种指定作物的自然质量等指数。

3 结果与分析

2015年，5条石漠化监测小流域耕地(旱地)总面积为3 767.02 hm2，其中：耕地等级为4等的面积为20.01 hm2，占总耕地(旱地)面积的0.53%，面积较2013和2014年有所减少；5等的面积为1 854.47 hm2，占总耕地(旱地)面积的49.23%，面积较2013和2014年减少了412.62 hm2；6等的面积为568.59 hm2，占总耕地(旱地)面积的15.09%，面积比2013和2014年增加了约1倍；7等的面积为1 215.71 hm2，占总耕地(旱地)面积的32.27%，面积比2013年增加了51.58 hm2，比2014年增加了116.76 hm2，3年呈先减后增趋势；8等的面积为108.25 hm2，占总耕地(旱地)面积的2.87%，面积比2013年增加了79.02 hm2，比2014年增加了18.82 hm2，3年呈逐渐增加趋势，且2014年增幅较大；9等的面积2013和2014年保持相对稳定，2015年降为0。从2013、2014和2015年3年耕地质量等级变化的总体情况来看，变化趋势为低等级和高等级向中间等级转化，集中体现在6、7、8等比例有所增加，4、5、9等比例有所降低。5条小流域耕地自然质量等级面积统计详见表3。

表3 耕地自然质量等级面积统计

从各个等级的地域分布来看，耕地质量等级自东往西随着海拔的升高呈逐渐降低的趋势。4、5等农用地主要分布在贵州高原区的岩溶中山、低山和丘陵地区，川鄂湘黔浅山区的岩溶山区，剥蚀、侵蚀中山、低山和丘陵地区，如龙里、晴隆、凤冈等地，这些区域内地面坡度较大，土层较薄，农作物产量较低。6、7、8等主要分布在贵州高原区的岩溶丘原、洼地地区和川鄂湘黔浅山区的丘陵盆地与低热河谷地区，在各个流域均有分布，这些区域内地势相对较平缓，土山多，土层较厚，气候温暖湿润，热量资源丰富，光温生产潜力大，耕地自然质量等级相对较高。

耕地质量等级变化主要有以下原因：①推广农业科学技术，实施沃土工程，通过秸秆还田、种植绿肥、增施有机肥料，提高了土壤肥力；②加强了水土保持，实施坡改梯工程，逐步将坡耕地改造为梯田，耕地坡度降低，土层厚度有所增加；③石漠化综合治理工程的实施，降低了地表岩石露头度；④部分区域耕地质量降低，是因为有少部分耕地被城镇化建设或交通、水利建设所占用后，通过占补平衡方式补偿的原始地类土壤质量较低。

4 结论及建议

通过计算5条不同类型区小流域3年的耕地自然质量等指数得出，2013—2015年，5条小流域耕地质量等级分布在4～9等之间，集中分布在中间的5、6、7等，其中5等面积较大，4、8、9等面积最小。从地域分布来看，自东往西随着海拔的升高，耕地质量等级呈逐渐降低的趋势。5等以下耕地多为农作物产量较低的旱地，需实行科学种植，提高土壤肥力，同时需要加强水土保持，可以采用生物措施和工程措施相结合的方法，实施坡改梯工程，控制水土流失；6、7等耕地属于农作物产量中等偏下的旱地，需兴修水利，平衡施肥，同时也需要加强水土保持，防治石漠化面积扩展；8等耕地属于农作物产量中等的旱地，9等耕地属于农作物产量中等偏上的旱地，对这两类等级的土地应做好基本农田保护工作，提高基本农田建设标准，重视水土保持工作，保护农田水土资源。