基于农业地质的福建光泽耕地质量评价及其利用建议

何建刚

(福建省地质测绘院，福州，350011)

现如今，随着人类面临人口-资源-环境的压力不断增加[1]。耕地呈现“两降一减”的趋势，即耕地质量不断下降、粮食的播种面积下降以及粮食总量不断减少的态势。耕地减少与人口增加的人地矛盾现象已经严重影响到粮食生产安全[2]，这引起了国内外学者的广泛关注[3-4]。相比耕地的面积属性，耕地的质量对经济发展的作用更加显著。因为耕地的质量高低直接影响到农作物的生长状态以及最终的产出情况。以往的耕地质量评价体系主要从耕地的自然条件和地力条件角度进行评价，随着人们对于土壤健康状态的不断重视，有学者在耕地质量评价指标体系中加入影响土壤质量的各种地球化学元素，比如重金属污染元素[5-6]等。然而，由于这些研究未能结合当地复杂的农业地质背景而进行更加全面和客观的评价，并且各地的农业地质背景存在着极大的特殊性，因此通过在原耕地质量评价指标体系中加入更多的农业地质影响因素，可以更加全面把握该地区耕地的综合质量。此外，针对有益微量元素耕地资源较为丰富的地区，开展更为客观的耕地质量综合评价，可以有利于促进该地区耕地资源的分区利用，充分发挥耕地资源的经济价值和社会价值。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

光泽地处福建西北部，位于闽江富屯溪上游，武夷山脉北段，属中亚热带季风湿润气候，常年气候温和，雨量充沛，是国家商品粮基地县。耕地总量为19 995.54 hm2，其中一等耕地占40.77%，面积为6 701 hm2；二等耕地占比45.82%，面积为7 530 hm2；三等耕地占比12.47%，面积为2 050 hm2；四等耕地占比0.68%，面积为112 hm2；五等耕地占比0.26%，面积为43 hm2。全县耕作土壤类型以水稻土占绝对优势，面积达到16 119 hm2，占全县耕地总面积的98.74%；耕作红壤总面积为199 hm2，占全县耕地总面积的1.22%，潮土面积为92.09 hm2，占耕地总面积的0.04%。根据农业地质调查数据，该区发现富锌耕地为11 710 hm2，占全县耕地的71.24%；发现富硒耕地为210 hm2，占全县耕地的1.28%，这为光泽富锌富硒耕地资源开发利用以及特色农产品种植结构调整提供有力的依据[7]。

1.2 数据来源

此项研究数据来源主要有光泽县2016年度土地变更调查数据库、光泽县2016年耕地质量年度更新数据库、光泽县2016年统计公报、光泽县1∶5万耕地表层土壤调查数据库(共1714件样品)、福建省光泽县农业地质调查评价报告、光泽县耕地土壤类型图、光泽县耕地土壤综合等级图、福建省DEM数据等。首先从光泽县2016年耕地质量年度更新数据库中提取面积大于100 m2的耕地图斑，将其作为研究评价单元，共计40 203个耕地图斑。利用ArcGIS10.2软件提取出光泽2016年土地变更调查数据库里的等级公路和道路，为分析道路通达度对耕地质量的影响做基础数据准备。通过插值分析，获取农业地质调查中的土壤微量元素含量分布图以及土壤环境质量指标元素的含量分布图。利用福建省DEM数据生成光泽县的高程及坡度数据。通过县级分等单元数据获取耕地的其他影响因素的基础数据。

2 研究方法

2.1 耕地质量评价指标体系

通过研究有关文献[8-9]以及农业地质调查的相关成果，耕地的土壤肥力状况可以在耕地的自然属性层面上有效地反映出耕地的质量高低，是土壤物理化学性质的综合体现。在土壤物理性质方面，光泽耕地表层土壤质地以壤土为主，由于县域内的空间差异不大，所以暂不考虑表层土壤质地对其耕地质量的影响，该研究区有效土层厚度以及剖面构型等存在一定的差异性，可以作为耕地质量的考量因子。在土壤化学性质方面，由于光泽农业地质背景较为复杂，且受成土母质等影响较大，其耕地有机质以及其他养分含量在空间上有着一定的差异性。最终确定影响耕地土壤肥力状态的7个影响因子，包括有效土层厚度、pH值、有机质含量、剖面构型、全氮、全磷和全钾。

耕地开发的难易很大程度受地形条件的制约，再加上该区域水热状况的二次分配起着很大的作用[10]，因此选择海拔、坡度作为地形因素的2个重要指标因子；水资源条件作为农业发展的重要保证，同时是作物生长的保障因素，因此这里选取灌溉保证率用来反映其水资源条件，但考虑到研究区内位于山间谷底、河谷平原的耕地比重较大，排水条件的好坏也会对耕地有一定的影响，所以选取排水条件因素作为其中一个影响因素。田间道路通达度来反映耕地的交通便捷程度，在一定程度上也可反映出耕地的投入成本情况。最终确定影响耕地利用条件的5个影响因子有海拔、坡度、灌溉保证率、排水条件以及田间道路通达度。

锌元素作为农作物必不可少的微量元素，对作物的生长发育以及提升农产品品质具有至关重要的作用[11-12]。富锌耕地资源的合理开发和分配利用，是发展富锌农产品的重要途径。富锌土壤的经济和社会价值也将随着富锌农产品的发展和人们的重视而不断得到增值，在耕地质量评价指标体系中增加土壤锌含量因子，可更加客观地反映富锌耕地的质量状况。此外，光泽部分耕地存在可开发利用的土壤硒元素，但由于富硒土壤的分布区域较小，在耕地质量评价指标体系中暂不考虑，而是作为功能性因子对耕地进行分区评价。

在确定评价指标以后，此次研究根据耕地质量评价指标因子的数据来源以及所参考的赋值标准不同，进行相适应的分级赋值方法。进而依据层次分析法(AHP)对指标因子进行重要性的比较，并结合专家意见和有关研究成果，最终确定准则层和因子层以及各组合的权重(表1)。

表1 耕地质量评价指标分级标准及权重赋值

2.2 耕地质量评价模型

耕地质量综合指数具体计算公式如下：

式中：Fi为第i个评价单元的耕地质量综合指数，该值越大说明该评价单元的耕地质量越好；fij为第i个评价单元第j个因子的分值；wij为第i个评价单元第j个因子的权重值；Ck为第k个行政村的加权平均耕地质量综合等指数；fki为第k个行政村的第i个评价单元的耕地质量综合指数；Ski为第k个行政村的第i个评价单元的面积；Sk总为第k个行政村的耕地总面积。为进一步分析不同等级耕地质量的结构比例与空间分布关系，采用自然断裂点法按照“组间差异最大，组内差异最小”的原则将耕地质量划分为高、中、低3个等级。

3 结果分析

3.1 耕地质量评价

通过自然断点法将耕地质量评价结果分成5个等级，对应的耕地质量综合分值分别为80.85～92.60，75.93～80.84，71.27～75.92，65.52～71.26，53.34～65.51。评价单元的耕地质量综合指数为53.34～92.60，平均值为76.31。一级耕地和二级耕地的面积占耕地总面积为53.97%，表明光泽的耕地质量总体良好(表2)。

表2 光泽耕地质量评价结果

结合光泽县的农业地质背景，由于受成土母质的影响，该区域内的有机质含量和土壤养分处于不缺乏的状态。所以质量较好的耕地有机质含量以及土壤养分较高。另外，通过计算各个评价指标因子的加权平均值发现，正向影响耕地质量的评价因子主要有土壤有机质含量、剖面构型、土壤全钾含量、海拔和灌溉保证率，而制约耕地质量的评价因子主要是有效土层厚度、土壤全磷含量和田间道路通达度。由于光泽境内地形较为复杂，其耕地质量具有很大空间差异性。北部靠近武夷山的山地丘陵地带，受海拔和坡度的制约影响，新耕地的开发难度较大且现有耕地的质量水平普遍偏低。而中部的山间盆地区，由于海拔坡度的影响较小，且具有良好的田间道路通达度以及靠近农村居民点，该区域耕地质量普遍较好(图1a)。

通过计算村级行政单位内耕地质量指数的面积加权值，以及利用自然断点法将耕地质量等级分为高、中、低3个级别，得出村级耕地质量等级的分布情况(图1b)，并进一步统计各乡镇的耕地质量面积情况。统计数据表明，质量较高的耕地主要位于崇仁乡、华侨乡和鸾凤乡，而质量较差的耕地主要位于司前乡、寨里镇和止马镇。光泽耕地高、中、低3个级别的面积比例分别为30.19%、48.65%、21.16%，说明光泽县耕地质量还有较大的提升空间。从乡镇分布来看，崇仁乡的高等级耕地面积占比最大为7.59%，华侨乡次之，为5.15%，而司前乡、止马镇、寨里镇的低等级耕地面积较大，分别为7.12%、5.61%与5.29%(表3)。

3.2 土壤锌含量评价

通过对评价单元的土壤锌含量进行富锌(>71 mg/kg)、中锌(62～71 mg/kg)和低锌(<62 mg/kg)3个级别的赋值。光泽县耕地土壤富锌、中锌、低锌的面积比例分别为28.74%、35.77%、35.49%，并且富锌耕地分布相对比较集中，其中司前乡耕地土壤富锌面积占比最大为9.15%，华侨乡次之，为8.22%，其他乡镇耕地土壤富锌面积占比相对较少(表4)。

图1 光泽耕地质量评价图(a)及耕地等级图(b)Fig.1 Cultivland quality evaluation results map and cultivland grade map in Guangze county

表3 光泽各乡镇耕地质量面积统计结果

表4 光泽各乡镇耕地土壤锌含量面积统计结果

3.3 耕地利用分区及建议

采用自然断裂点法将耕地质量分为(高、中和低)3个级别，土壤锌含量分为(富锌、中锌和低锌)3个级别，同时基于富锌和富硒农业发展的需要，将耕地划分为功能农业发展区、富锌产业开发区与基础农业保护区，各耕地利用分区应采取差异化的利用策略(图2)。

3.3.1 功能农业发展区

继高产农业、绿色农业、有机农业之后，功能农业将是未来农业发展的方向。功能农产品是指将农产品中的矿物质从原来的“富含”标准变为“定向含有”，从而实现食补矿物质的梦想。另外，以服务富锌和富硒产业发展的角度出发，锌和硒元素含量较高的耕地是作为生产富锌和富硒农产品的重要资源和天然载体。建议光泽县政府在相关政策以及资金上给予支持，通过展开更加全面的农业地质调查工作，摸清光泽县境内各个评价单元的土壤锌、硒元素含量及其他土壤养分情况，并开展一系列锌、硒元素从土壤到植物的迁移技术研究以及农作物吸收锌硒微量元素能力的研究。

3.3.2 富锌产业开发区

光泽富锌产业开发区主要分布在崇仁乡、李坊乡、鸾凤乡、司前乡、寨里镇和止马镇等区域。这些区域内一、二级耕地较多，而且耕地质量总体较好，主要因为该区域耕地的有机质含量、土层厚度、氮和磷含量相对较好。富锌产业开发区的耕地的道路通达度、排水条件以及灌溉保证率相对较高，由于该区域具有丰富的富锌耕地资源，且土壤环境质量评价结果良好，建议光泽县政府在富锌产业开发上给予一定的政策和资金上支持，通过开展一系列农作物吸收锌元素能力研究，继续开发富含锌元素的优质农作物，挑选出富锌能力强的优质品种。

图2 光泽耕地利用分区图Fig.2 Farmland utilization partition in Guangze county

3.3.3 基础农业保护区

基础农业保护区主要分布于崇仁乡、李坊乡、鸾凤乡、司前乡、寨里镇和止马镇。其特点是：耕地质量和土壤环境质量评价结果良好，区域内大部分面积均是中低锌含量的土壤。同时该区域可作为光泽县农产品的主要生产区，占耕地总量的72%以上。主要制约耕地质量的影响因素为有效土层厚度、土壤全磷含量和田间道路通达度。限于光泽县境内地形较为复杂，其耕地质量具有很大空间差异性。东北部靠近武夷山的山地丘陵地带，由于受海拔和坡度的制约影响，耕地质量水平普遍偏低。建议在该区域内展开提升耕地质量的有效措施，例如通过土地平整工程降低坡度和提升有效土层厚度，调整施肥结构提升土壤肥力以及新修道路提升道路通达度。

4 结语

(1)经计算结果显示，光泽的耕地质量综合指数为53.34～92.60，平均值为76.31，这说明了光泽境内的耕地质量总体还算良好，但耕地质量的空间差异性较大，耕地质量较好的主要位于崇仁乡、华侨乡和鸾凤乡，而质量较差耕地主要位于司前乡、寨里镇和止马镇。耕地质量的制约因素主要是有效土层厚度较薄、土壤磷的含量偏低、田间道路通达度相对较低以及地形条件差异性较大。通过将土壤中的锌元素作为具有富锌特点地区耕地质量评价的评价因素之一，不仅可以更为客观科学体现出该区域内富锌耕地的质量状况，还可利用其土壤富锌的特点充分发展特色农产品的相关产业，体现其经济和社会价值。

(2)光泽耕地资源的利用方向分为3种类型区：功能农业发展区的土壤锌、硒元素含量较高，是发展功能性农产品的重要区域，应当在该区域内加大对耕地质量建设的保护力度；富锌产业开发区是作为发展富锌产业的重点区域，应大力发展富锌产业。

(3)此次对光泽耕地资源进行研究，发现区域内农业保护区耕地质量有很大的空间差异性，建议在光泽东北部通过土地平整工程降低区域内的坡度问题，并有效提高土壤层厚度，而西南部需要调整土壤资源结构，并提升土壤肥力功能，使土壤层厚度增加，有利于耕种。

(4)对光泽耕地进行农业地质调查研究，发现研究区具有优势的耕地资源以及涉及生态安全问题，由于此次研究采集土壤样品有限，对评价结果存在一定的局限性，有待于今后加以研究。