基于限制因子改良与耕地质量潜力耦合的耕地整治分区

赵海乐，徐 艳，张国梁，周 翼，常玉旸

·土地保障与生态安全·

基于限制因子改良与耕地质量潜力耦合的耕地整治分区

赵海乐，徐 艳※，张国梁，周 翼，常玉旸

（1. 中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193；2. 自然资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193）

科学划定耕地整治重点区对于实现区域土地资源可持续利用具有重要意义。该研究以内蒙古河套-土默川平原为研究区，从农用地可改良限制因子角度出发，采取自然等提升潜力指数模型和局部空间自相关模型划分耕地质量提升潜力区，在耦合限制因子改良程度分级的基础上，确定耕地整治分区。研究结果：1）研究区耕地质量提升主要受限于土壤有机质含量和盐渍化程度，耕地整治难度整体呈现两边高中间低的趋势。2）研究区自然等提升潜力指数呈现西高东低的分布趋势，且耕地质量提升潜力空间差异明显，潜力提升呈现“低-低”聚集特征的耕地多分布在东部，呈现“高-高”聚集特征以及无聚集特征的耕地多分布在西部。3）研究区耕地共划分为4种整治类型，其中重点整治型耕地为0.84万hm2，是实施耕地整治的重点区域；选择整治型耕地为22.22万hm2，应选择其质量提升潜力相对较高且集中连片的地块进行整治；保护整治型耕地为54.98万hm2，应当被划入到基本农田保护区内；不宜整治型耕地为26.46万hm2，应当进行有选择地退出还林还草。该研究提出的研究方法可为细化限制因子在耕地整治分区中的应用提供参考，同时研究成果对半干旱区耕地整治具有现实指导意义。

土地利用；整治；耕地质量；限制因子；河套-土默川平原

0 引 言

耕地整治是增加耕地数量、提高耕地质量的重要措施[1-2]。当前中国正处于数量管控、质量管理和生态管护“三位一体”的耕地保护阶段，耕地整治也由以增加耕地数量为主向以提高耕地质量、保护生态环境和促进城乡统筹发展的方向转变[3-4]。这一时期，中国耕地数量基本维持在1.35亿hm2左右，虽然相较于以前耕地数量有所增加，但除去重金属污染、地下水超采和地表层破坏的耕地，中国适宜耕种的耕地大约有1.2亿hm2[5]，其中优高等地仅占29.49%，中低等地的比例则达到了70.51%。因此，在耕地后备资源有限、耕地质量总体偏低的形势下，要想不断提升耕地质量，实现“藏粮于地、藏粮于技”战略，进行土地整治是基本保障和具体途径[6-7]，这也是农业绿色可持续发展的必然要求[8]。而深入研究和探讨耕地整治分区与规划准则，明确耕地整治中耕地质量等别提升的重点建设区域和不同整治类型区的主导限制因子，是实施耕地整治的基础，对于保证国家粮食安全和维护社会稳定具有重要意义。

近年来，土地整治的重点在农用地，且以改善耕地质量为主要目标，其中耕地质量潜力是耕地整治研究的关键内容之一[9-10]。当前关于耕地质量提升潜力的研究大致可分为3方面：一是基于农用地分等成果[11-13]，直接将分等因子作为限制因子，以研究区内耕地等别的最大值为目标计算耕地可提升潜力，这类研究的成果可以和农用地分等成果有效衔接，但不能完全表征土地整治工程对耕地质量提升的影响；二是采用修正耕地质量限制因子评价体系的方法[14-16]，依托于土地整治项目，通过对农用地分等因子的分值进行修正来测算潜力，其研究结果可以为土地整治项目开展提供指导作用，但在全国层面应用有一定局限性；三是从土地整治工程角度增加若干评价因子[17-18]，进行耕地质量提升潜力的测算，这类研究结果打破了只考虑土壤立地条件以及灌排等基础设施影响的传统农用地分等评价体系，可以有效地反应土地整治工程对耕地质量提升的全面影响，此类研究值得借鉴和参考。当前土地整治研究中对于限制因子的量化分析多用来计算耕地质量提升潜力以及确定地块主导限制因子，而且耕地整治分区的划定通常只是依据耕地质量提升潜力的大小，这种划定方法未能考虑到在相同的耕地质量提升潜力下，限制因子改良难易程度具有差异，容易造成耕地质量提升潜力越大整治重要性越高，而实际却难以进行整治的误区。

基于此，本文以内蒙古河套-土默川平原为研究区域，筛选出农用地分等因子中可被整治工程改良的限制因子；采取自然等提升潜力指数模型进行自然等提升潜力指数测算并应用局部空间自相关模型对其结果进行聚合分级，划分耕地质量提升潜力区；在对限制因子可改良性质分析的基础上，耦合限制因子改良程度分级，确定耕地整治类型分区。为新一轮耕地整治重点区域的划定以及耕地质量提升工程的实施提供依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

内蒙古河套-土默川平原北临阴山山地，南以鄂尔多斯高原降至河套平原的陡坎为界。研究区位置示意图如图1所示。海拔在900～1 100 m之间，地面平坦，其中河套平原是由西南向东北倾斜，土默川平原则由东北向西南倾斜。区内水源充沛，拥有较为完整的引黄灌溉系统和排水系统，是自治区发展灌溉农业的重要地区。但区内存在灌溉水利用效率低下、水资源有效利用率低等问题，且由于可用水资源过度倾向于农业，导致分配在工业发展、城镇生活以及生态用水的水资源极为贫乏，水土资源利用在产业结构上出现失衡。根据2018年农用地分等成果，河套-土默川平原区耕地的国家自然质量等别分布在8～15等，其中8～9等优质耕地仅有152 337 hm2，占耕地总面积的14.59%；耕地的国家利用等别分布在6～15等，处于中低等利用水平，其中利用水平较高的6～9等耕地共52 956 hm2，占耕地总面积的5.07%；耕地的国家经济等别分布在7～15等，其中经济效益较好的7～9等耕地共86 607 hm2，占耕地总面积的8.29%。综上所述，本区虽然存在部分高质量耕地，但是数量有限，耕地分布以中低等地为主，且本区耕地过度利用现象较严重，重开发轻保护，致使部分耕地质量下降，等别偏低，需要通过耕地整治提升耕地质量和改善生产生态条件，最终实现利用等和经济等的提升。

图1 研究区域范围

1.2 数据来源与处理

1.2.1 数据来源

本文研究的基础数据主要包括内蒙古自治区2018年耕地质量等别年度更新数据库、内蒙古自治区县级行政区划等矢量数据，以及《内蒙古自治区2018年耕地质量等别调查评价与监测工作实施方案》、《中国耕地质量等级调查与评定（内蒙古卷）》等文本图件数据。其中研究区灌溉保证率、排水条件、盐渍化程度等分等因子分级属性，以及光温生产潜力指数、气候生产潜力指数、作物产量比系数等均由耕地质量等别数据库中获取；指定作物分等因子的自然质量分计分规则和权重来源于《中国耕地质量等级调查与评定（内蒙古卷）》。

1.2.2 可改良限制因子识别与获取

根据《中国耕地质量等级调查与评定（内蒙古卷）》，确定内蒙古耕地分等平原指标区的评价因子主要为表层土壤质地、土壤盐渍化程度、灌溉保证率、排水条件、障碍层距地表深度、土壤有机质含量、剖面构型和灌溉水源8种限制因子。根据《土地整治项目验收规程》（TD/T1013-2013），土地整治项目质量验收内容为有效土层厚度、盐渍化程度、灌溉保证率、排水条件、土壤pH值、土壤有机质含量和表层土壤质地7种因子。这些因子经过土地整治工程改良后，其属性可以发生改变，而其余分等因子在整治过程中，都是在资金、技术现状以及生态环境保护背景下，存在近期开发难度大、生态环境破坏严重、并且不适合大面积推广等问题[19-20]。基于此，本文耕地可改良限制因子是指在一定的经济和技术条件下，经过土地整治工程的实施，其自然属性能发生正向改良的农用地分等因子。因此，本文选取可改良限制因子包括表层土壤质地、土壤有机质含量、灌溉保证率、排水条件和盐渍化程度5种因子（表1）。

1.3 研究方法

1.3.1 评价单元的确定

以网格为评价单元，可以打破行政区界线的限制，切实反映耕地的综合质量状况，相较于其他评价单元更加精确[21-22]，因此本文采用网格作为评价单元。由于网格的大小会影响数据网格化处理的结果，当网格过小时，会带入大量冗余；网格过大时，会导致大的异质性的出现，故本文主要从不同网格尺度下自然等提升潜力指数的异质性和冗余性两方面来综合衡量网格的适宜性[23-24]。其中异质性通过潜力指数的标准差衡量，冗余性通过潜力指数的纯网格比例衡量，由于2项指标的重要程度相当，故权重统一设置为0.5，网格的筛选区间为100～1 000 m，间隔设置为100 m。“纯网格”是指内部所有耕地斑块潜力指数均一致的网格。标准差越小、纯网格比例越低，对应非均质性越低、冗余性越低。将2类指标进行归一化处理后，综合计算适宜性大小，最终确定最适宜网格为500 m，不同网格适宜性分值如图2所示。

表1 河套-土默川平原耕地质量可改良限制因子参数

图2 不同网格尺度下自然等提升潜力指数适宜性曲线

1.3.2 限制因子改良程度判定标准

由于作物生长取决于生活环境对其最适生长环境因子值的满足程度，满足程度小的则是影响作物生长的主要限制因子，也是影响农用地生产能力发挥的主要原因[25-26]。满足程度最小的为第一限制因子，即最大限制因子，次之为第二限制因子，依次类推[27-28]。根据这一原则和表1因子分级分值标准，分等因子得分在50分及以下时，该因子就会对作物生长有主要限制作用。因此将分等因子分值在0～50分之间的视为高限制因子，分值在50～70分之间的视为中限制因子，分值在70～90分之间的视为低限制因子，分值在90～100分之间的视为无限制因子。

通常情况下，可改良因子的限制程度达到中等水平就会对耕地质量潜力提升有明显的抑制作用[29]。在可改良限制因子组合类型中，评价单元中含有高限制因子个数越多，耕地改良的难度相对就越大。并且耕地整治改良的难度还与限制因子本身性质有关，限制程度相同的单元，由于限制因子的类型的不同，其改良的难度也会有所不同。例如表层土壤质地和土壤有机质含量2个因子虽然可以进行改良提升，但一般需要长时间大型土壤改良工程的投入，难度相对较大；而灌溉保证率、排水条件和土壤盐渍化程度3个因子相对容易改良，可以通过对农田基础设施的建设和维护来实现，时间和资金成本相对较低。因此，本文基于评价单元内因子的限制程度、个数以及限制性质，将限制因子改良程度由易到难划分为3个等级，具体分级标准见表2。

表2 限制因子改良程度分级标准

1.3.3 自然等提升潜力指数模型

自然等提升潜力指数模型的构建是基于限制性因子指数模型，其所依据的限制因子定律最早由德国化学家李比西提出，又称最低定律或最小定律[30]。在耕地质量等别提升潜力研究中，认为得分最低的指标因子实际上是制约耕地质量提升的最大限制性因子[12]。自然等提升潜力指数模型是在耕地质量自然等指数计算公式的基础上，筛选出评价单元内影响耕地质量提升的指标因子，将其最大分值与实际分值进行比较，两者之间的差值即为各个指标因子可提升的潜力指数[11]。自然等提升潜力指数模型的计算公式为

式中T为第个评价单元内第个限制性因子的自然等提升潜力指数；R为第个评价单元内第个限制性因子在该评价单元内的最大贡献值；r为第个评价单元内第个限制性因子在该评价单元内的实际贡献值；w为第种指定作物的第个限制性因子的权重；F为第个评价单元内第种指定作物的第个限制性因子的最大质量分值；f为第个评价单元内第种指定作物的第个限制性因子的实际质量分值；α为第种指定作物的光温（气候）生产潜力指数；β为第种指定作物的产量比系数。

1.3.4 空间自相关分析

根据地理学第一定律，地理事物或属性在空间分布上都具有关联性，彼此之间的距离越近，其相关程度越强[31]。空间自相关表征的是地理事物或属性潜在的相互依赖性，其空间分布模式表现为聚集、离散和随机3种状态。而空间自相关分析则是揭示某一地理事物或属性在空间上的关联性程度，通常用空间自相关系数来衡量空间自相关的程度[32]，其中最常用的就是全局莫兰指数（Global Moran’s I）和局部莫兰指数（Local Moran’s I）。本文以网格作为空间自相关分析的评价单元，并通过局部莫兰指数来量化自然等提升潜力指数的空间分布关联性。采取面邻接关系描述研究单元的空间属性，以Queen's Case邻接原则确定空间权重，若存在共享边或共享角，则权重为1；否则为0。耕地质量提升潜力可按照HH（高-高）型、LL（低-低）型、HL（高-低）型、LH（低-高）型和非显著型划分为5种不同类型。局部空间自相关计算公式为

3 结果与分析

3.1 限制因子改良程度分级

按照限制因子改良程度分级的判定标准，将研究区耕地划分为3个等级区（表3，图3）。

一级区共230 583.78 hm2，占耕地总面积的22.06%，大部分集中在乌拉特前旗和土默特右旗。该地区耕地的高限制因子个数在2个及以下，高限制因子数量少且易改良，耕地整治难度较小。二级区共116 229.97 hm2，占耕地总面积的11.12%，是3个等级区中面积最小的区域，集中分布在五原县以及乌拉特前旗的西部和中北部。该地区耕地的可改良因子限制程度多为中等水平，或者只含有1到2个高限制因子，但由于其可改良限制因子组合类型中含有不易改良的土壤因子（如表层土壤质地、土壤有机质含量），耕地整治难度相对较大。三级区共698 208.12 hm2，占耕地总面积的66.81%，是3个等级区中面积最大的区域，主要分布在土默川平原以及河套平原西部的4个县旗区。该地区的耕地全部都含有高限制因子，而且其高限制因子的类型主要是表层土壤质地或土壤有机质含量。耕地自然限制因子数量较多且限制因子类型不易改良，因此耕地整治难度很大。

表3 限制因子改良程度分级汇总表

注：白色区域指研究区中非耕地的土地利用类型，下同。

3.2 自然等提升潜力指数分析

基于《中国耕地质量等级调查与评定（内蒙古卷）》确定可改良限制因子的权重，利用面积加权法计算得到研究区每个网格内不同限制因子的自然等提升潜力指数及其综合潜力指数，并且借助ArcGIS10.7的自然断点法，对提升潜力指数进行等级划分，结果见图4。

从图4中可以看出，河套-土默川平原耕地自然等提升潜力指数在空间上表现出一定的连片分布，潜力指数整体处于中等偏上的水平，呈现西高东低的分布趋势。自然等提升潜力指数一般和较高的耕地主要分布在河套平原，提升潜力指数较低的耕地主要分布在土默川平原。其中自然等提升潜力指数较高的耕地，主要集中在临河区、乌拉特前旗的中部和西部以及九原区、东河区的南部，这些区域提升潜力指数的限制因子主要为有机质含量、排水条件或盐渍化，在该地区有针对性的实施整治工程，可以有效提升耕地质量；自然等提升潜力指数一般的耕地呈现团状或条状分布，位于提升潜力指数较高和较低耕地的周围，属于潜力指数的过渡区域，分布的区域主要包括五原县、临河区、杭锦后旗、磴口县中西部，以及乌拉特前旗和土默特右旗中部。自然等提升潜力指数较低的耕地主要分布在土默特左旗、土默特右旗、托克托县、新城区，以及乌拉特前旗西部和南部部分区域，该地区的光、热资源充足，有引黄灌溉条件，黄灌与井灌有效结合，是内蒙古自治区的主要产粮区，农业生产集约化程度较高，耕地质量相对较好。

图4 不同限制因子的自然等提升潜力指数分布

3.3 耕地质量提升潜力分级

本文利用局部自相关模型对自然等提升潜力指数的空间分布特征进行整体描述并划分耕地质量提升潜力级别。其中耕地质量提升潜力数量结构特征从表4中可以看出，研究区66 471个网格中，有17 135个网格呈现“HH”型分布，占比为25.78%；有30个网格呈现“HL”型分布，占比0.05%；有135个网格呈现“LH”型分布，占比0.20%；有21 009个网格呈现“LL”型分布，占比31.61%；有28 162个网格呈现“NN”型分布，占比42.37%。通过进一步分析各个县旗区耕地质量提升潜力的空间聚集程度可以看出，“HH”型网格主要分布在河套平原的临河区、五原县、磴口县、乌拉特前旗，以及土默川平原的九原区、东河区；“LL”型网格主要分布在河套平原的乌拉特前旗西部和南部，以及土默川平原的土默特左旗、土默特右旗、托克托县、新城区；“HL”型和“LH”型网格数量较少且分布零散，主要位于青山区、土默特右旗、乌拉特前旗。

表4 自然等提升潜力指数局部空间自相关分析

注：HH、HL、LH、LL、NN分别表示高-高、高-低、低-高、低-低、非显著。

Note: HH, HL, LH, LL, and NN refer to high-high, high-low, low-high, low-low and non-significant, respectively.

根据耕地质量提升潜力的空间分布特征，将研究区耕地按其质量提升潜力的空间分布状况进行划分，其中耕地质量提升潜力一级区为“HH”型和“HL”型网格区域、耕地质量提升潜力二级区为“LH”型和“LL”型网格区域、耕地质量提升潜力三级区为“NN”型网格区域（图5）。

图5 内蒙古河套-土默川平原耕地质量提升潜力分级

3.4 耕地整治类型分区

将限制因子改良程度分级和耕地质量提升潜力分级进行空间叠加，把河套平原区的耕地分为重点整治型、选择整治型、保护整治型、不宜整治型4种类型（图6），在综合考虑耕地质量提升潜力大小和限制因子可改良难易程度的基础上，分析整治工程的理论收益和实际整治难度，确保实现耕地整治效益最大化。

图6 内蒙古河套-土默川平原耕地整治类型分区

重点整治型的耕地是耕地整治的重点区域，该类型区的耕地总体上可提升潜力较大且整治难度低。该类型区是限制因子改良程度一级区与耕地质量提升潜力一级区的耦合区域，共0.84万hm2，占耕地总面积的0.80%，主要分布在乌拉特前旗和五原县。该类型区的耕地质量提升平均潜力为567且限制因子相对容易改良，整治后可提升的潜力空间较大，呈“HH”型分布耕地的比例达到了99.40%，耕地质量提升潜力呈高高聚集状态分布，易于实现对农田连片区域进行整治，满足农田连片种植的要求。该类型区的耕地质量限制因子以单因子限制为主，有0.72万hm2耕地盐渍化程度为重度或中度，限制等级为高限制，占本类型耕地总面积的86.08%，表明盐渍化是占主导地位的限制因子，而以排水条件作为高限制因子的耕地仅占此类型耕地的35.65%。未来耕地整治的方向主要以典型区域盐渍化治理为主，排水条件次之。具体整治措施主要包括：1）加大农业基础设施的建设，维护灌区内排干系统，加大节水灌溉等技术的推进；2）针对不同盐渍化程度的耕地，因地制宜地采取综合措施，在低洼易涝和盐碱严重的地区设置排涝泵站，排除多余的地面水和过多的土壤水分；3）控制地下水位，加速土壤脱盐，改善土壤的盐渍化条件。

选择整治型的耕地可以对其进行有选择地整治，该类型区的耕地总体上可提升潜力一般但整治难度低。该类型区是限制因子改良程度一级区与耕地质量提升潜力二级区、三级区的耦合区域，共22.22万hm2，占耕地总面积的21.26%，集中分布在乌拉特前旗和土默特右旗。该类型区的耕地质量提升平均潜力为232，和重点整治型相比有明显地下降，但本类型耕地的高限制因子数量少且限制程度低，高限制因子属于相对最易改良的类型，基本通过对农田基础设施的建设和维护实现，时间成本相对较低。该类型区有83.95%的耕地限制因子水平为中等及以下，其余耕地限制因子以单因子限制为主，高限制因子类型为灌溉保证率、排水条件和盐渍化程度，分别占本类型耕地的2.18%、1.98%和12.07%。其中有58.28%的耕地呈现“LL”型分布，这部分耕地质量潜力均值为154，相对偏低但连片性高，便于大规模整治工程的实施；有41.66%的耕地呈现“NN”型分布，这部分耕地质量潜力均值为340，虽无明显的集聚特征但潜力值总体偏高，经过整治后可获得较大的收益。本类型耕地整治的方向主要是加强灌排等基础水利设施的建设以及对表层土壤含盐量高的区域进行改良。具体整治措施主要包括：1）因地制宜地采用地面引水和打井开采地下水相结合的方法增加水源，以提高抗旱能力；2）综合考虑地形坡度、水源位置以及土壤质地等条件，合理设计引水模式以及沟渠布局体系，提高灌溉保证率；3）同时适度开沟挖排水沟，防止雨后和灌溉后积水受渍，合理安排灌排设施的布局。

保护整治型的耕地应当被划入到基本农田保护区内，该类型区的耕地总体上可提升潜力一般且整治难度高。该类型区是限制因子改良程度二级区、三级区与耕地质量提升潜力二级区、三级区的耦合区域，共54.98万hm2，占耕地总面积的52.62%，为耕地面积最大的类型，在研究区15个县旗区内均有分布。该类型区的耕地质量提升平均潜力为315，整治后可获得的效益较少，且能有效提升该地区耕地质量潜力的有机质改良需要长时间大型土壤改良工程的投入，时间和资金成本较高，再加上本区域耕地的自然质量等别较高、自然条件较好等因素，因此本类型的耕地不宜实施大规模的整治工程，应以耕地保护为主。该类型区有96.23%耕地的高限制因子数量在2个及以下，其中单项高限制因子以有机质为主，有39.23万hm2耕地的有机质含量低于2.0%，占本类型耕地总面积的71.35%；组合高限制因子以有机质-灌溉为主，有4.60万hm2耕地的有机质含量低于2.0%且灌溉保证率低于40%，占本类型耕地面积的8.37%。其中本类型区提升潜力值呈“LL”型分布的耕地面积为20.70万hm2，该区域是高质量耕地的聚集区，区域内限制因子分布较少，区域自然条件较好，耕地集中连片分布，区域内优质耕地占比高，为耕地利用提供了良好的基础，可以将该区域的耕地划入重点保护区，尽量避免经济建设对耕地质量的影响。具体整治措施主要包括：1）加强农田基本建设，建设抗旱高标准农田；2）增施有机肥，注重培肥土壤，提高土壤质量标准；3）平整土地，深耕翻土，改善土壤结构和提高土壤肥力。

不宜整治型的耕地应当有选择地实行退耕，该类型区的耕地总体上可提升潜力较高但整治难度高。该类型区是限制因子改良程度二级区、三级区与耕地质量提升潜力一级区的耦合，其涵盖的耕地面积为26.46万hm2，占耕地总面积的25.32%，主要分布在研究区的中西部。该类型区的耕地质量提升平均潜力为615，是潜力提升最大的类型区，其呈“HH”型分布的耕地面积为26.43万hm2，占本类型耕地的99.90%，耕地质量潜力呈现高高聚集分布，从理论上来讲是整治后可获得最大收益的区域，但是由于其组合限制因子类型中含有不宜改良的土壤因子，需要经过长时期的大型土壤改良和综合整治工程才能克服，成本高且难度大。再综合考虑该区域耕地的自然质量等别一般、限制因子数量多且主要限制因子类型不易改良等因素，因此本类型区的耕地不宜进行耕地整治。为了缓解当地水土资源矛盾，减轻水资源利用压力，应当将本类型中自然质量等别较低的耕地进行有序地退出还林还草，提高当地自然生态空间和生活空间的可利用水资源量。

4 讨 论

河套-土默川平原位于黄河流域范围内，是内蒙古自治区优质耕地的集中分布区。本文从网格尺度揭示了影响区域耕地质量的限制因子，并在此基础上划分了4类耕地整治类型区，不仅拓宽了耕地质量研究的内容，而且为当地整治工程的精准实施提供了参考。

本文以网格作为评价单元，可以将耕地数据进行网格化处理，实现耕地的多级层次化管理，提高信息检索与更新效率，有利于利用3S等技术对耕地定位与现场检查，易于与遥感图像像元匹配，有助于当地基本农田朝规整化方向建设。除此之外，本文通过改进的分等因子组合法，准确识别出研究区农用地分等因子中可被整治工程改良的限制因子，克服了传统分等因子组合法中农用地分等因子和土地整治工程不衔接的障碍，减少了对土地整治难以改良的分等因子的重复组合计算，提高了方法的适用范围，有助于明确整治工程方向。

耕地自然质量水平可以定性定量地评价耕地整治潜力大小，但是由于缺乏对整治难度和可实现性的考虑，在当前技术水平和经济社会发展条件下，潜力大的地区往往很难通过整治达到预期的质量目标，甚至有些土地不适合整治成耕地，潜力往往被高估。本文将限制因子改良程度分级和耕地质量提升潜力分级进行空间叠加，在综合考虑耕地质量提升潜力大小和限制因子可改良难易程度的基础上，分析整治工程的理论收益和实际整治难度，确保耕地整治效益能够最大化。其中制定限制因子改良程度判定标准，能够明确识别不同耕地的整治难易程度，找出整治难度相对较小的分布区；另外采取自然等提升潜力指数模型，可以准确划分出不同耕地自然等提升潜力指数水平，找出潜力指数相对较大的分布区，再结合局部空间自相关模型，对区域内耕地潜力指数集聚程度进行分析，二者的耦合能够很好地指导土地整治工程的实施。

为了使研究成果与耕地质量分等成果相互衔接，文中在选择限制因子时主要考虑农用地分等中的因子，未考虑影响耕地质量的其他因子。但是农用地分等因子中只包含了土壤立地条件以及灌排基础设施等影响因子，未充分涵盖土地整治工程措施对耕地生产条件改善等方面带来的影响，也即《农用地分等规程》中所提到的土地利用系数。因此在进一步的研究中需要结合已有整治工程对耕地利用质量的影响，补充耕地整治可改造的生产环境条件因子，构建基于耕地生产条件可改善和综合考虑生产、生活、生态作用的土地利用系数指标体系，以此来修订已有土地利用系数，使得评价更为全面客观。

5 结 论

本研究从农用地可改良限制因子角度出发，构建自然等提升潜力指数模型和空间自相关分析模型，在耕地质量提升潜力分级的基础上，进行限制因子改良程度分级与耦合分析，从网格尺度分析不同整治类型区内耕地质量提升潜力的空间格局、主导限制因子的分布特征以及未来耕地整治的重点方向，主要得到以下结论。

1）研究区耕地质量提升主要受限于土壤有机质含量和盐渍化程度，属于限制因子改良程度一级区的耕地主要集中在研究区的中部，而属于限制因子改良程度二级区和三级区的耕地主要集中在东部和西部，耕地整治难度整体呈现两边高中间低的趋势，其中乌拉特前旗内耕地的整治难度处于研究区最低水平，未来可将该地区耕地作为耕地整治优先考虑的区域。

2）研究区自然等提升潜力指数整体处于中等水平，且呈现西高东低的分布趋势。耕地质量提升潜力空间差异明显，其中东部土默川平原内耕地质量提升潜力主要呈现“LL”聚集型分布，属于正相关类型且集中连片；而西部河套平原内耕地质量提升潜力呈现“HH”聚集型的耕地主要分布在中部区域，“LL”聚集型的耕地面积较少且零星分布，其余耕地为“NN”型分布。

3）根据耦合分析结果，研究区耕地共划分为4种整治类型，其中重点整治型内耕地质量提升潜力呈现高高聚集分布且整治难度小，是建设高标准基本农田和耕地近期整治的重点区域；选择整治型内耕地质量提升潜力整体偏低，但限制因子数量少且限制程度低，高限制因子属于相对易改良的类型，可以选择耕地质量潜力相对较高且集中连片的地块作为耕地中长期整治的重点区域；保护整治型内耕地质量提升潜力较低且整治难度大，进行整治后效益较低，但该区域是高质量耕地的聚集区，区域内优质耕地占比高，可以将该区域耕地划入重点保护区；不宜整治型内耕地自然质量等别一般且主要限制因子属于不易改良类型，耕地整治的难度大且效益低，不宜开展耕地整治，应当将本类型中自然质量等别较低的耕地进行有序地退出还林还草。

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Farmland consolidation zoning based on coupling of improved limiting factors and farmland quality potential

Zhao Haile, Xu Yan※, Zhang Guoliang, Zhou Yi, Chang Yuyang

(1. College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Key Laboratory for Agricultural Land Qualify, Monitoring and Control, Ministry of Natural Resources, Beijing 100193, China)

Sustainable utilization of regional land resources requires to scientifically delimit the key areas of farmland consolidation. In this study, taking the Hetao-Tumechuan plain of Inner Mongolia as the research area, the zoning type of farmland consolidation was determined via coupling the limiting factors on the improvement degree of classification, particularly from the improvable limiting factors of farmland. The promotion potential index model of quality grades, and the local spatial auto correlation model were adopted to divide the improvement potential area of farmland quality. The results showed that: 1) the improvement of farmland quality was mainly limited by the content of soil organic matter and the degree of salinization. The farmland in the grade one of improvement degree for the limiting factors was mainly concentrated in the middle region of study area, while, that of grade two and three was in the eastern and western area. The difficulty of farmland consolidation behaved a trend of “high on both sides but low in the middle”. 2) The distribution of promotion potential index in the physical quality grade was high in the West but low in the East. There were obvious spatial differences in the improvement potential of farmland quality. In the eastern Tumechuan plain, the improvement potential of farmland quality mainly presented the “low-low” aggregation distribution, indicating the positive correlation type and concentrated contiguous distribution. In the Western Hetao Plain, the improvement potential of farmland quality with “high-high” aggregation type was mainly distributed in the central region, and the farmland area with the “low-low” aggregation type was less and sporadic, as well as the rest of farmland behaved the non-aggregation type. 3) The farmland in the study area was divided into four types. The farmland of key-consolidation type was 0.84×104hm2. The promotion potential of farmland quality in this type was higher, while, the difficulty of its consolidation was low, indicating the preferred area of farmland consolidation. The farmland of select-consolidation type was 22.22×104hm2. The promotion potential of farmland quality in this type was general overall, but the difficulty of its consolidation was relatively low, where the land with the relatively high potential for the quality improvement and concentrated contiguous can be chosen to implement the land consolidation. The farmland of protected-consolidation type was 54.98×104hm2. The promotion potential of farmland quality in this type was general overall, and the difficulty of its consolidation was high, which can be included in the protective zone of prime farmland. The farmland of unsuitable-consolidation type was 24.46×104hm2. The promotion potential of farmland quality in this type was higher overall, but the difficulty of its consolidation was high, which can be selectively returned to forest and grassland. The proposed method can provide a sound reference for the application of some limiting factors in farmland consolidation zoning in semi-arid areas.

land use; consolidation; farmland quality; limiting factors; Hetao-Tumechuan Plain

赵海乐，徐艳，张国梁，等. 基于限制因子改良与耕地质量潜力耦合的耕地整治分区[J]. 农业工程学报，2020，36(21)：272-282. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.033 http://www.tcsae.org

Zhao Haile, Xu Yan, Zhang Guoliang, et al. Farmland consolidation zoning based on coupling of improved limiting factors and farmland quality potential[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(21): 272-282. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.033 http://www.tcsae.org

2020-09-23

2020-10-26

国家自然科学基金项目（41301614）；国土资源部公益性行业科研专项（201411009）

赵海乐，研究方向为土地利用评价。Email：s20193030514@cau.edu.cn

徐艳，副教授，博士生导师，研究方向为土地利用评价和土地整治。Email：xyan@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.033

F301.21

A

1002-6819(2020)-21-0272-11