新疆阿勒泰地区耕地质量评价及障碍因素诊断

张智斌，范燕敏，武红旗，董 通，刘 静，李昱朋，谷海斌

(新疆农业大学资源与环境学院/新疆草地修复与环境信息重点实验室，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】耕地质量决定了农业生产和粮食安全[1-3]。对耕地的不合理利用，将直接导致各类障碍因素的产生[4-5]。新疆盐渍化、沙化、贫瘠化等障碍因素均会造成耕地质量下降[6-8]。研究新疆阿勒泰地区耕地基本情况，挖掘其耕地生产潜能，对实现耕地质量的提升具有重要意义[9]。【前人研究进展】张立江等[10]，韩宗伟等[11]，王慧慧等[12]，马瑞明等[13]在研究尺度、方法和指标的选取等方向对耕地质量进行评价，进一步丰富了耕地质量评价的内容。王雪梅等[14]，胡志朋等[15]从地力评价、地力提升和耕地集约利用方向以定性化为主对耕地质量进行评价。秦伟霞等[16]，金慧芳等[17]，韩株桃等[18]通过建立决策矩阵、指数法、障碍度模型和多功能评价等方法进行定量分析。障碍度模型是用来对影响事物发展的障碍因素进行全面挖掘的数学模型[19]，目前已在农业、工业等多方面应用并取得成果，但对耕地质量等级评价方面研究较少[20-22]。【本研究切入点】当前，国内对阿勒泰地区耕地质量等级评价的研究较少，对耕地中的障碍因素诊断大都停留在定性化阶段，未准确掌握耕地质量的分布情况，导致阿勒泰地区耕地现状较模糊[23]。需评价阿勒泰地区耕地质量等级。【拟解决的关键问题】以阿勒泰地区耕地为研究对象，利用特尔斐法、层次分析法和模糊综合评价法，从立地条件、理化性质和耕地管理3个方面选取13个指标进行耕地质量等级评价，通过障碍度模型对低等地进行障碍因素诊断，为阿勒泰地区耕地的高效利用提供科学支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

阿勒泰地区位于我国新疆最北端，E85°31' ～ 91°01'、N45°00' ～ 49°10'。总面积1.15×104km2，区内辖1个县级市，6个县。北依阿尔泰山脉，南临准噶尔盆地，气候条件特殊，是典型的温带亚干旱区，冬季漫长而寒冷，夏季短促，南北差异较大。年日照时数为2 779.5 h，平均无霜期为151 d，平均温度为5.2℃，平均降水量为225.2 mm，平均≥10℃积温为2 712℃。研究区耕地面积为26.62×104hm2，水浇地面积占比达到98.81%，地形部位多分布于冲积洪积扇，耕地土壤类型主要为栗钙土、草甸土、棕钙土和潮土等。图1

注：该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载，审图号为新S(2021)023号的标准地图制作，底图无修改，下同。

野外调查：在测土配方数据基础上，自2015年开始收集耕地质量评价共497个采样点，包括地形部位、耕层质地、质地构型、有效土层厚、坡度、是否沙化、农田林网化和灌溉能力等基础资料和耕层含盐量、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等化验分析资料，包含阿勒泰地区7个县市的所有土壤类型。

图件资料：包括新疆土壤图、耕地分布图和行政区划图。图1

高程数据获取自中国科学院资源环境数据中心(http://www.resdc.cn/)，分辨率为30 m × 30 m。

文献资料：第二次土壤普查报告、新疆统计年鉴等[24]。

1.2 方 法

1.2.1 评价单元

通过ArcGIS 10.2将新疆土壤图、耕地分布图和行政区划图叠加形成评价单元，采用克里金法[25]将土壤点位养分信息插值为栅格数据叠加到评价单元上。由于阿勒泰地区耕地破碎程度较高，将耕地面积小于1 hm2的图斑进行细小图斑合并，最终生成26 316个评价单元。

阿勒泰地区耕地质量评价依据《耕地质量等级》国家标准(GB/T33469-2016)[26]，参照各学者研究方法与成果。主要包括模糊综合评价法[27]、特尔菲法(Delphi)[28]、层次分析法(AHP)[29]和障碍度模型[19]，在立地条件、理化性质和耕地管理的基础上，利用地理信息系统(GIS)技术[30]，通过空间分析、层次分析等研究耕地质量、障碍因素诊断。

1.2.2 评价指标和权重确定

采用特尔菲法与层次分析法相结合的方法确定权重，并建立目标层、准则层和指标层3个层次，目标层即耕地质量等级评价，准则层为立地条件、理化性质和耕地管理3个方面，指标层选取对地区影响力大、差异性显著、稳定性高的13个指标[31]。表1

表1 阿勒泰地区耕地质量等级评价指标权重

1.2.3 隶属函数构建

通过模糊子集、隶属函数与隶属度的概念建立不同类型的隶属函数关系，包括戒上型、戒下型、直线型、峰型和概念型5种[32]。对于概念型直接采用特尔菲法给出隶属度。表2，表3

表2 阿勒泰地区耕地质量等级评价函数型指标及其隶属函数

表3 阿勒泰地区耕地质量等级评价概念型指标及其隶属度

1.2.4 耕地质量综合指数

使用累加法模型计算耕地质量综合指数(IFI)，等距离法划分质量等级[31-32]。

IFI=ΣFi×Ci.(i=1，2，……，n)

(1)

式中：IFI代表耕地质量综合指数；Fi为i个因素的评价语；Ci为i个因素的组合权重。

1.2.5 障碍因素诊断

划分阿勒泰地区耕地质量等级后，针对低等地中障碍程度占比靠前的有机质、灌溉能力、有效磷和有效土层厚度等四个指标，进一步进行障碍因子诊断。即引入因素贡献率、指标偏离度和障碍度，其中，因素贡献率(Vij)是准则层i中单项指标j对耕地质量的影响程度，即评价体系中指标j的权重。指标偏离度(Bij)是准则层i中单项指标j与本指标标准值的差距，即评价体系中的指标隶属度与1(100%)的差值。障碍度(Mij)是第i项准则层中第j项指标对耕地质量的障碍程度，即障碍因素诊断的结果[33]。

Bij=1-Aij.

(2)

(3)

式中，Mij为指标障碍度；Bij为指标偏离度；Vij为因子贡献率；Aij为指标隶属度。按照等距法将障碍度划分无障碍(0)轻度障碍(0%～10%)、中度障碍(10%～20%)和重度障碍(>20%)4个等级。

2 结果与分析

2.1 耕地质量等级划分及空间分布

研究表明，阿勒泰地区耕地面积约为26.62×104hm2，利用等距离法将耕地质量由高至低划分为一至十共10个等级，阿勒泰耕地质量平均等级为5.24等。其中，四、五、六等地面积较大，占比分别为20.19%、25.66%、16.99%，一等地占比最少，为0.27%。表4，图2

表 4 阿勒泰地区耕地质量等级分布

图2 阿勒泰地区耕地质量等级分布

选择质量最高的一至三等地为优等地，面积3.28×104hm2，占地区总耕地面积的12.30%。耕地灌溉能力有保证，有机质等土壤养分含量高，土壤类型以潮土和棕钙土为主，耕作性强，无明显的障碍因素。一等地只分布在阿勒泰市和富蕴县，二、三等地以阿勒泰市和富蕴县为主，其他县市零星分布，其中富蕴县的优等地面积占比达到该县耕地面积的46.27%。

四至六等地为中等地，且分布最广，面积为16.73×104hm2，占地区总耕地面积的62.84%。这一类耕地主要分布在冲积洪积扇中、下部，土壤类型以棕钙土为主，存在一部分沙土，农田林网化属中等水平，耕地的生产水平有待提高。吉木乃县、福海县和阿勒泰市的中等地面积占比较高，分别占该县耕地面积的84.35%、74.82%和70.44%。

评价结果七至十等地为低等地，面积为6.62×104hm2，占地区总耕地面积的24.86%。主要集中在青河县、哈巴河县西南部和布尔津县南部，其中青河县面积占比最大，为58.59%。阿勒泰地区低等地土壤养分较低，质地构型多为漏砂型和底砾型，耕地中存在有效土层厚度较薄、盐渍化和沙化等现象。

阿勒泰地区耕地质量受海拔的影响有从东北向西南方向递减的趋势，海拔越高降水越丰沛，灌溉有保障，有机质含量高，盐碱、沙化等障碍随之下降。阿勒泰市和富蕴县耕地质量较高，布尔津县、青河县和哈巴河县耕地质量较低。耕地主要以中等地为主，优等地较少。表5

2.2 障碍因素诊断

研究表明，阿勒泰地区低等地面积为6.62×104hm2，引入障碍度模型对阿勒泰地区低等地中各指标进行障碍因素诊断，选择障碍程度占比较高的有机质、灌溉能力、有效磷和有效土层厚度4个指标，障碍度分别为16.30%、13.41%、12.27%、8.32%。

表 5 阿勒泰地区各县市耕地质量等级面积统计

阿勒泰地区有机质主要存在轻度和中度障碍，其障碍面积为6.24×104hm2，占低等地面积的94.27%，主要分布在布尔津县、福海县和青河县，其中青河县面积最大，占低等地面积的29.85%，其他县市分布较少，富蕴县和吉木乃县不存在中度及以上障碍。重度障碍面积0.38×104hm2，仅占低等地面积的5.73%，只在布尔津县、福海县和哈巴河县有分布。

有效磷轻度、中度和重度障碍面积分别为1.49×104hm2、4.32×104hm2和0.80×104hm2，占阿勒泰地区低等地面积的22.54%、65.33%和12.13%。其中，轻度障碍主要分布在布尔津县南部、哈巴河县中部和青河县，其他县市零星分布；有效磷以中度障碍为主，中度和重度障碍在布尔津县、福海县、哈巴河县和青河县分布较多，其他县市不存在重度障碍。

灌溉能力以轻度障碍为主，面积为6.37×104hm2，占比达到96.22%，主要分布在布尔津县、青河县和福海县全部。无障碍面积0.11×104hm2，占比1.73%，零星分布在阿勒泰市、布尔津县和青河县；重度障碍只在哈巴河县有分布，面积为0.14×104hm2，占比2.05%。

有效土层厚度轻度障碍面积占低等地面积的98.02%，其他均为无障碍，无障碍耕地面积为0.13×104hm2，主要分布在布尔津县和哈巴河县。图3，图4

图3 阿勒泰地区低等地各障碍因素等级空间分布

图4 阿勒泰地区低等地各障碍因素诊断面积占比

3 讨 论

研究基于《耕地质量等级》国家标准(GB/T33469-2016)[26]对新疆阿勒泰地区进行耕地质量等级评价，通过障碍度模型对低等地进行障碍因素诊断[33]。阿勒泰地区耕地质量呈现东北向西南方向递减的趋势，有机质、有效磷对耕地产生的障碍因素较为突出。

耕地质量等级评价在多尺度方面均有研究[10-13]，但针对阿勒泰地区耕地质量的研究较少，且多数研究仅停留在定性方面。王雪梅等[14]对阿克苏地区进行了耕地地力评价，阿克苏地区耕地大部分处于中上等水平，与研究的结果一致。与韩株桃等[18]研究不同，其评价指标分为生产、社会和生态功能，没有对耕地土壤本身的属性进行研究。

4 结 论

4.1阿勒泰地区耕地质量等级由高至低划分为一至十共10个等级，一至三等地为优等地，四至六等地为中等地，七至十等地为低等地。按照等距离法，优等地、中等地、低等地占比分别为12.30%、62.84%、24.86%。发现阿勒泰地区耕地质量现状良好，平均等级为5.24等，有从东北向西南方向递减的趋势，优等地主要分布在阿勒泰市和富蕴县，低等地主要分布在青河县、哈巴河县和布尔津县。

4.2阿勒泰地区有机质、有效磷、灌溉能力和有效土层厚度障碍程度较明显，分别为16.30%、13.41%、12.27%和8.32%。障碍度均以轻度和中度为主，主要分布在布尔津县、福海县和青河县，富蕴县的耕地质量较高，障碍因素不明显。