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地质研究学论文 基于gis技术的武胜县耕地质量评价研究

2018-12-05 15:26:20来源:组稿人论文网作者:婷婷

  第1章绪论

  1.1选题依据及研究意义

  1.1.1选题依据

  1.1.2研究意义

  加强耕地质量管理是中央的一贯要求,对耕地质量严格管控也关系到保护国土资源事业的长久利益。国家党中央、国务院一直强调对耕地管理必须做到数量质量并重管理,在完善我国耕地数量管理控制的前提下,必须做到耕地质量管理和生态管护工作的加强。我国《土地管理法》中有明确指出县级人民政府以及县级以上人民政府的土地行政主管部门,需要与同级土地相关管理部门完善土地质量的等级评定工作,评级主要以地方的土地调查资料、土地总体规划以及国家制定的与土地相关的规范标准为依据。除此之外加强耕地质量管理工作也是法律赋予国土资源管理部门的一项重要职责,同时耕地质量管理工作还是实现我国土地资源数量、质量、权属、价格等所有要素管理的重要组成部分。

  耕地质量调查评定是落实耕地质量管理的重要抓手。为实现我国耕地的数量、质量及其生态等并重的全面管理政策,国家通过国土资源大调查,在全国各地开展了农用地质量等级分等活动,工作的开展与获得的成果得到中央领导的充分肯定。正是因为有了这项家底性的基础成果作支撑,该项成果已被广泛的应用于国土资源管理的方方面面,对实施各地方土地的严格管理制度起着关键性作用,提升我国对国土资源管理水平起了巨大的促进作用,该成果也是落实我国耕地质量管理的重要抓手。

  在新时期下,随着社会的发展对自然环境和人居环境的可持续性提出了更高的要求,根据现代农业发展的可持续需求,各地方推进耕地质量评价工作,对以下几个方面具有重要的意义:

  (1)有利于各地方耕地的可持续利用,对地方政府颁布耕地质量的保持政策提供参考依据。各地方对当地的耕地进行质量评价有利于掌握耕地质量最新的现状信息以及存在的问题和耕地变化的最新情况。根据耕地质量反映的不同情况,可以有针对土地相关的管理部门进行管理,例如土地资源、农业生产管理部门以及农业科技推广部门等等,可以为农业生产的管理工作提供理论依据。同时耕地质量等级数据库的构建有利于各级政府部门对耕地的动态监管。做好各地方的耕地质量等级评定工作对维持地方的耕地质量等级、保持耕地健康以及合理利用区域内的耕地资源等都具有十分重要的现实意义。

  (2)耕地质量评价成果对地方上基本农田的划定提供参考价值。在基本农田规划中,应以耕地质量评价结果为基础,结合区域现状,将优质及大规模耕地纳入基本农田进行保护。结合我国耕地质量评价方法中的耕地评价因子,剥离出对生产有较大影响的耕地,确保基本农田调整后耕地质量有所提高。

  (3)保持耕地质量等级情况的最新成果是当前国土资源管理的迫切需求。从目前耕地质量等级成果应用情况观测发现,上一轮农用地分等成果迫切的需要补充完善,保持耕地质量等级的最新信息,为今后我国国土管理提供实时依据。当前我国通过对土地的第二次全面大调查,国土资源部门构建了我国土地资源全面最新的信息监管平台,部署了我国土地信息相关的基础数据库的完善工作。耕地质量等级的评定成果要随时与各地方的最新土地变更调查数据相一致,实现土地资源、信息监管平台“一张图”的管理工作。

  (4)耕地质量评价可以为地方政府安排土地整治规划项目提供依据。随着城市建设的扩张,我国的耕地质量受到影响,耕地面积减少严重。针对这一国情,国家提出了土地整治措施来增加各地方的耕地面积。随社会的进步,土地整治规划的目的不再是单一的增加耕地数量,其内涵还包含了更加重要的一个部分即耕地质量的提升。合理的土地整治规划需要结合最新的耕地质量等级成果,来划分整治区域的范围以及确定土地整治后耕地质量能够得到提升。以耕地质量评价等级成果为依据有利于地方明确土地整治规划项目的方向,有利于检测土地整治规划项目的成果,可以促进土地整治规划落实。以耕地质量评价等级成果为依据,可以实时了解土地整治项目实施前后耕地等级及产能变化情况,有利于各地方对补充耕地项目验收后的质量情况进行实时监管。

  (5)为城乡建设用地规划布局提供参考。在武胜县城乡建设用地规划布局时,耕地质量评价等级成果将为建设选址提供参考依据,例如农民集中安置点选址不得占用基本农田,建设用地选址在必须占用耕地时优先考虑占用质量低等级的耕地,充分保护优质耕地。建设用地选址需要占用高等级耕地必要时可以进行专家论证(伍育鹏等,2008)。建立耕地质量评价等级成果数据库,在制定与土地相关的地方政策时应该以当地最新的耕地质量评价等级成果为依据。

  综上所述,随着社会经济的快速发展导致耕地数量和质量下降的情况,我国推进耕地质量等级的全面评定,对促进我国的经济可持续发展,保证国家粮食和农产品质量安全,提高全国耕地质量等级和耕地生产能力都有十分重要的现实意义和战略意义。

  1.2国内外研究现状

  1.2.1国外研究现状

  与国内的耕地质量评价研究相比较,国外对耕地质量评价的研究相对较早且体系完善。其中欧洲对土地质量评价的研究又在世界前列,它源于国家对土地征收税款而诞生的。最早提出来的是莫斯科公园,对土地进行评价的目的是为了赋税,以此目的奥地利、法兰西、普鲁士等国家也相继展开了对土地进行质量评价。一百八十多年前德国也基于此目的对国内土地开始了质量评价相关的研究,其研究方法是以本地单位面积内最优良的耕地和最优质草地的产能赋予满分,其他耕地及草地分值相应递减。随着人类社会的发展,发达国家城市化率越来越高,土地评价的目的自然而然往合理利用土地保护耕地资源方向发展。

  20世纪30年代,美国由于城市建设导致境内环境被严重破坏,土地沙漠化导致中西部地区爆发了强烈沙尘暴,这场灾难拉开了美国耕地保护的帷幕。境内土壤被侵蚀和水土大量流失是此次灾难带来的严重恶果,这使得当地管理者意识到保护耕地资源的重要性,以及开展耕地质量评价活动、保护区域内自然环境以及合理的土地利用规划与布局的重要性。

  1961年,美国学者提出了世界上第一个相对比较完善的土地评价系统即土地潜力分类系统,土地潜力分类系统评价耕地潜力等级的方法主要是通过采集土壤样品、测算分析土壤性质来实现土地评价。

  1969年,英国土壤调查局通过长期对本国土壤的实时调研,出台了土地利用分类系统,英国的该土地利用分类系统充分利用了各地土壤调查的现状最新资料,通过分析研究将英国的土地分为七个级别,并明确指出了适宜的土地使用类型,例如可耕作用地与可放牧草地等等。该土地利用分类系统规定了耕地质量的制约性影响因素并给其赋值,他的分类精度比美国的土地潜力分类系统更高。

  1976年,世界联合国粮农组织(FAO)为了反映出不同的土地的适宜性情况程度,同时为了确定土地的限制性因子正式公布了《土地评价纲要》,该纲要依据不同土地的适宜性特点将土地划分为四个级别,包括纲、类、亚类、单元。随后遥感技术开始登上土地研究的舞台,土地研究方向由土地质量等级的划分转向了对区域内土地质量的评价,随着科学技术的进步与应用使耕地评价理论方法与评价体系更加完善与科学。

  20世纪80年代末期,随着科学技术的进步地理信息系统技术被广泛的运用于耕地质量评价、土地数据变化更新监测等方面。通过实践证明GIS技术在土地评价中发挥着巨大作用。上世纪90年代,土壤质量评价的影响因子以及采用何种方法来定量的确定这些因子的问题,在美国召开的关于土壤质量评价的研究讨论会上被全面的提出,此次研讨会总结出了土壤质量的评价工作应该从以下三个方面来进行,包括土地的生产能力测算、区域的自然环境的质量优劣,除此之外还有依附于土壤之上众多生物的健康状况。通过这次研讨会,之后许多研究土地相关的学者围绕研讨会的结论,通过全面而深入的研究提出了许多新的理念和方法,随后开展的每一届土壤研讨会有关于土壤质量评价问题都成为了会议的重要商讨对象。

  本世纪以来,耕地质量评价的工作一直都是世界关注的重点。Murage等提出了关于肯尼亚地区的影响土地质量相关因子,这些指标因子主要是测算当地的耕地产能大小,指标的获得主要是通过对当地耕作的原始村民进行耕地质量相关的问卷调研,它们包括了土壤的耕作特性、颜色以及土壤能够涵养水分的能力等Ericksen发现虽然研究土壤的科学家跟农民的认识有很大的差别,前者对影响耕地质量的因子有更加科学、客观的判断,后者对其认识则更加倾向于主观性与经验性,但是在对某些影响因素的判别中二者结果是惊人的一致,这些因子包括了区域内耕地所处的区位条件、区域内土壤质地好坏,还包括地块的灌溉保证能力和排涝能力,通过上述研究可发现这些影响因子对土地质量的影响作用是非常明显的。国外学者对于土地相关研究都将有助于耕地的合理利用与耕地的保护,将对农业的现代生产模式提供参考依据,为我国的耕地质量评价研究提供翔实理论基础。

  1.2.2国内研究现状

  我国先辈对耕地评价最早记录在两千六百多年前的战国时期,著名的著作为《管子•地员篇》,书中将土地质量划分为三等十八类九十种,此结论的获得来源于对该时期最广大劳动人民耕作经验的总结。而将全国土地划分为上、中、下三等的则是《禹贡》一书,此书以土壤肥力的不同程度为主要依据来划分土地等级,根据此书划分的耕地质量等级也确定了当时田赋标准。除此之外《周礼·地官司徒》、《齐民要术》等众多书籍对土地评价都有所记录,这些书籍对我国学者进行耕地质量评价研究都有巨大的参考价值。

  20世纪50年代以后,耕地质量的评价开始被我国学者广泛的研究。新中国成立之后我国百废待兴,迫切需要各行各业快速的恢复生产,我国一直是农业大国,因此农业的发展是最迫切的。在1951年,我国财政部集中全国力量清查国内耕地情况并确定其生产能力,这也客观上推进了我国耕地质量评价的发展。于1958年,国家进行了全国荒废土地的调研,并且组织了对我国土地评价有着历史性意义的首次全国土地普查,这是第一次比较全面系统的进行全国土地的调查及其评价活动。随后的时间里,我国的耕地质量评价研究发展迅速,20世纪60年代土地的综合评价活动在我国农业区内的部分地方被展开;20世纪70年代开始了中国1:100万土地资源图的编制工作;20世纪80年代期间国家农业部组织全国县级土地质量评价工作并顺利完成,对我国的农业发展带来巨大的推动作用;与此同时我国原农牧渔业部的土地资源管理局联合了中国农业工程研究设计院等相关单位对我国的农用地进行了自然生产潜力等级的划分。

  我国耕地质量评价研究造21世纪初实现了重大突破,农业部完成了全国范围内农业耕作区的土地生产能力等级分等;国土资源部也对全国耕地质量等级的普查做出安排部署,建立农用地等级数据库,建立省市级耕地质量等级更新数据库。这一系列的耕地质量评价成果对建设现代化农业建设意义深远。近几年,生态文明建设进入大家的视线里,优良的自然环境带给城市的利益不言而喻,土地评价也更注重土地生态健康方面的评价研究,这也就是我们经常提到的土地生态风险评价。绿色生态是我国先阶段建设重点,土地的生态建设也越发重要。针对不同的土地环境我们应该根据实际情况寻找影响其质量的主导因子,综合分析二者之间的关系,采取最优的改善措施来保护土地的生态健康。新时期对耕地质量评价的内容也赋予了新的内涵,耕地的生态安全问题和农产品的品质等因素在进行耕地质量评价时也将在适合条件下被予以考虑。

  1.2.3 GIS技术在耕地质量评价中的应用

  GIS技术在诞生于上世纪六十年代,它具有强大的属性数据处理能力和空间数据处理能力。GIS技术从诞生开始就被广泛的应用测量工程、土地资源调查、土地质量评价等多个方面。国外对GIS技术运用起步比国内要早许多,在早期时候欧美国家就开始了把此技术运用于土地质量管理方面,建立了完善的有关土壤质量方面的信息管理系统。世界土壤参比中心构建了土壤特性单元图,与此同时还建立了土壤和地表体数字化数据库,建立数据库的关键就在于GIS技术的属性数据处理能力和空间数据处理能力,运用GIS技术的这些优势对区域的地形图、岩层特性图、土壤图等相关信息进行处理,不仅有利于土壤和地表体数字化数据库的构建,也有利于不同区域的土地适宜性、土地生产能力退化、土壤生产肥力变化调查等方面的研究。依据GIS技术构建的专业数据库对土地质量等级划分和耕地质量评价都有划时代的意义。

  GIS技术虽然诞生较早但是我国对GIS技术的运用起步却比较迟。随着科学技术的进步和生产力水平的提高,GIS技术的运用在我国也得到广泛的推广,在土地质量评价和土地质量监管中GIS技术有着不可代替的作用。刘岳等把GIS技术运用到我国北京市的十三陵地区土地质量评价研究当中,这是文献中我国关于GIS技术运用最早的记录。随后黄杏元等在我国福建省军沙县的土地等级划分与质量等级评价中,首次运用GIS技术把该地区与地形要素相关的数据与当地土壤图进行叠加来获得最终成果。GIS技术在土地资源管理中运用更加频繁,对耕地质量评价中定量部分的计算帮助甚大,以GIS技术与数学模型为基础评价方式不仅在土地评价工作中大量的被运用,也在我国其他各行各业中也有举足轻重的作用。

  GIS技术的运用可以生成十分直观的图件,新采集的数据运用GIS对其更新速度快捷,基于以上特点GIS技术是各地区进行耕地质量评价、耕地资源管理的有效工具。同时GIS技术结合已知的多种评价模型可以有效提高原评价模型的效率与准确性,有利于节约资源。GIS技术在耕地质量评价中的运用越来越深入,在野外调研的土壤资料通过在实验室内分析,提取的有效数据可以运用GIS技术进行分析与管理,在各指标因子的数据统计、土壤质量评价以及评价专题图的绘制等多个环节,GIS技术已经成了必不可少的技术手段。

  1.3研究内容与方法

  1.3.1研究内容

  本研究运用GIS技术对武胜县进行耕地质量评价研究,其研究内容主要包括以下几个部分:

  (1)建立武胜县耕地质量评价指标体系。通过分析土地质量评价先关文献,结合前人的研究思路与耕地质量评价原则,构建适合研究区的评价指标体系,选择评价方法。本文选取了影响耕地质量的立地条件、剖面性状、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、土壤管理五项指标包括十三个评价因子,并采用数学方法确定其权重。建立武胜县耕地质量评价指标体系应当全面表征该地区的耕地质量特征,以减少指标体系确定过程中人为主观因素对评价结果的影响。

  (2)武胜县耕地质量评价。采用模糊数学法确定武胜县耕地质量评价指标因子的隶属度,运用GIS技术对研究区收集的数据进行处理,通过多因子综合评价法得出耕地质量评价结果。

  (3)武胜县耕地质量结果分析。通过分析武胜县耕地质量评价结果,对武胜县各个等级耕地利用提出建议。

  1.3.2研究方法

  对武胜县进行实地调研收集耕地质量评价的相关资料,结合武胜县实际的耕地特征,分析其他土地与耕地的评价思路与方法,建立武胜县耕地质量评价的指标体系,通过ArcGIS平台实现武胜县耕地质量分等结果的输出。本文主要运用的研究方法如下:

  (1)文献研究法

  本文以“中国期刊全文数据库”作为文献资料研究的重要平台之一,查阅与土地评价、耕地评价的相关文章、书籍以及与研究区相关的统计年鉴等,对研究区有了更深刻的了解,对研究理论与方法有更深刻的了解。

  (2)特尔斐法

  通过以问卷形式采用背对背的方式从有经验的多名专家手里获取一致性预测结果的方法就是特尔斐法,又称专家调查法。本文通过特尔斐法选取了研究区内影响耕地质量的评价指标,其次给所确定概念性指标因子进行赋值,为确定指标因子的权重做准备。

  (3)层次分析法

  层次分析法是把一个复杂综合的系统分解为不同层次的构成因素,再把从第二层开始的每一层各个因素按照两两对比的形式来确定每一个因素的相对重要程度,随后通过计算权向量和一致性检验直到得到满意结果。本文通过特尔斐法确定矩阵中各个因素的标度,运用层次分析法确定了武胜县各耕地质量评价因子的权重。

  (4)多因子模糊评价法

  耕地质量评价是一个综合评价的过程,由多种因子组合而成的耕地系统是一个灰色的系统,组成这个系统的各个因素之间的关系也十分密切与复杂。在进行耕地质量的评价过程中,各个因子影响耕地质量的程度是十分模糊的,因此本文采用了模糊数学法来对研究区进行了耕地质量的评价。

  (4)GIS技术

  本文评价成果获得主要依赖于GIS技术,采用ArcGIS软件进行数据分析处理、图形输出等操作,结合上述研究方法对武胜县进行了耕地质量评价,并根据耕地质量评价结果划分了耕地质量等级。

  1.4研究技术路线

  耕地质量评价是一个综合的评价过程,本文通过筛选耕地质量影响因子,构建武胜县完整的评价指标体系,以ArcGIS软件为耕地质量评价的操作平台,划分了武胜县耕地质量评价单元,结合子模糊综合评价法研究区进行耕地质量评价并划分耕地质量等级。论文研究技术路线如图1-l。

  1.5数据来源

  本文研究的数据来源于研究生期间参与的《武胜县2013年度耕地质量等别更新评价》项目。

  第2章相关概念及理论基础

  2.1基本概念

  2.1.1土壤质量

  土壤是生态系统范围内的一个重要组成部分,它使得生长其上的生物生产力得到维持。土壤的质量直接影响生存在土壤上的动植物的健康状况,同时还影响着生态环境的质量。由于不同地域组成土壤的因子及其含量比重是不相同的,同时不同的生物活动轨迹(例如人类的活动)也会造成土壤属性产生不同的变化,这就导致了不同的土壤具有不同的质量等级。土壤性质的决定性因素归纳大致包括组成土壤的物理性质和生物化学性质,以及形成这些特殊土壤性质的一些重要活动过程。

  2.1.2耕地质量

  耕地质量是组成耕地各种成分要素的性质的综合反映,主要表现为不同区域不同耕作水平与方式其耕地的生产状况以及耕地的肥力水平。在一定的自然生态环境条件下,耕地能产出我们生活所需农产品的能力大小就是通常所说耕地质量,耕地质量的优劣主要表现在影响耕地产能的各个因子的组成状况,主要包括影响农作物生长的光照、水源、温度以及土壤等因素,这些都是反映耕地质量最原始、最本质的因子,这些因子的大小直接影响耕地的生产潜力。耕地质量在自然属性上的差异不同主要表现在土壤剖面性状、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、障碍因素等多个因素。

  本文耕地质量的内涵是指在一定自然条件和现有耕作条件下,耕地能使农作物产生的效益。它的主要决定因素包括组成土壤成分各要素以及耕作条件,它们相互作用一同影响着耕地的质量。

  2.1.3耕地质量评价

  耕地质量评价是对组成耕地影响因子进行定性与定量处理,并对影响因子进行综合分析获得耕地质量优劣的过程。早期的耕地评价主要是对土地定性的分析,随着技术的进步和对耕地质量管理的要求越来越高,对耕地影响因子的定量化分析要求越来越高。耕地评价一个十分复杂、综合的过程,需要结合区域的实际情况对耕地质量的影响因子进行分析,最终得出综合的评价结果。

  2.2相关理论基础

  2.2.1农业区位理论

  在19世纪初,区位理论的概念被冯•杜能提出,冯•杜能不仅是德国经济学家的奠基人,同时也是德国经济活动空间模式的先创人。冯•杜能在进行农产品价格研究时发现离市中心越近农产品价格越高,反之离城市中心越远农产品价格逐渐降低,这种离城市远近给农产品价格带来的差异被他定义为区位,就是众所周知的区位理论也称之为经济地租理论。与此同时冯•杜能还通过了实际的案例研究了区位条件与耕作水平的差异给区域内农业产业分布带来的影响。

  随着城市化的进程和城市基础设施大力建设,农业区位理论的应用的实际意义越来越局限。在现代化的建设中世界各国交通运输业的飞速发展,使得距离远近给产品价格带来的影响作用越来越小,加之相关的经济政策被政府颁布,例如制定一些特殊的运输价格比率,使得生产地和消费地的距离即使很远,也有可能获得比较低的运输成本达到产品价格降低的效果。

  耕地是人类重要的物质基础,它承载着人类的生产和生活。不同地域的耕地在对其进行质量评价时也应当充分考虑其区位条件的影响,区位因素直接影响了耕地利用情况以及土地整理难易程度等相关的土地利用问题。地域差异的不同将导致耕地在空间上的分布差异性也极大,这也就直接形成了土地质量等别的差异。在通常情况下,进行土地评价工作我们要多方面分析影响土地等级的区位因素,它主要表现在生产区域距离消费市场的远近程度、产品送达消费的运输便利程度以及区域内劳动力的质量等。区域内农业土地的使用情况不仅决定于土地的自然属性特征,随着科学技术的进步它更取决于当下经济能力以及生产力水平,经济水平的高低和生产力的大小直接决定了区域的区位条件的优劣。

  2.2.2土地肥力理论

  土地在生产某种农作物产品所具有的潜在能力就是土地肥力,这是土地所具有的客观自然属性。土地肥力的高低不仅决定于供给农作物生长所必须的水分、养分、空气和热量等肥力因素的数量大小,还取决于这些影响要素之间相互协调的程度即相互之间的比例关系。人们通常所说的土地肥力实际上指的是土地的经济肥力,土地肥力其实是一个综合体,它是由土地的自然肥力和土地经济肥力共同决定的。它的实质表现在同一块土地的自然肥力相同,但是这些自然肥力能被开发利用到什么样的程度,不仅仅取决于组成土地的生物因素、物理特征和化学构成等自然属性,还取决于耕作工具和耕作人员能力等社会生产水平的高低。因此土地肥力可以分为两部分,一部分是它的自然本底肥力,一部分是它的人工肥力。人工肥力主要表现在农业劳动生产率,它主要受到社会经济发展水平高低的影响。因此在进行耕地质量评价时除了分析影响土地自然本底肥力的土壤养分、生物学特性、气候条件和土壤理化性质等因素以外,还应该考虑人工肥力的影响因素,主要包括耕地的排灌条件、机耕道路等农业基础设施的影响因子。

  2.2.3土地生产力理论

  土地生产力也称为土地生产潜力指的是单位面积的土地在现有经济技术条件和影响土地生产各个自然要素的制约下,土地上生长的生物能够产出的产量,这些影响土地生产的各自然要素主要包括了光照、水分、温度、土壤营养成分等。从土地生产潜力的概念我们不难得出,土地生产潜力包括了两个层面的含义,即土地生产潜力的理论生产潜力和实际能达到的生产潜力。根据各个影响因子对土地生产最大潜力影响程度差异,人们将土地生产潜力划分不同的类型,在农业生产上,土地生产潜力指的是区域内土地能产出供给人类生存能量的能力大小。对于耕地和农作物来讲,区域内单位面积的耕地能产出的农作物产量就是土地生产潜力。

  在现实的条件下,土地的自然属性和现有经济条件一同决定了土地生产力,它是一个复杂的整体,它不仅仅受到土地范围内的动植物、微生物一同组成的生命系统的影响,同时还被一系列非生物因子制约,这些因子包括了区域内的气候、土壤、地形地貌、温度、水温以及光照等。土地生产力还可以划分为土地的自然生产力和土地的人工生产力两大类。其中土地的自然生产力通常情况下指的是单位面积的土地生成的干物质的多少,它的产量主要受到土地自然肥力的影响;土地的人工生产力主要表现为在现有条件下通过人类的耕作提高农作物产量的部分,人类的耕作主要是对土壤的进行人工施肥、荒地的开发利用和土地人工保育等。土地的自然生产力和人工生产力相互制约、相互作用形成了土地生产力。土地生产力并不是一尘不变的,它具有较强的动态性,它会随着自然条件的变化和社会经济的变化而变化。土地生产力受到自然环境、社会经济等因素综合作用的影响,其中受到自然地域差异性的影响较大。

  2.2.4可持续发展理论

  可持续发展就是指不仅遵循本代人公平发展又充分考虑后代人的公平发展。蕾切尔•卡逊(Rachel Carson)是美国著名的海洋生物学家,可持续发展理论源于卡逊的著作《寂静的春天》,文章主旨在于对鸟类的关怀和环境的保护,引起了世界人民对环境问题的关注;理论的最终提出在《我们共同的未来》一文中,文章是联合国世界与环境发展委员会于1987年4月发表的。随着理念的传播,可持续发展理论成为了世界上许多国家发展的战略。

  可持续发展是国家长期的一项发展战略目标,它包括了自然环境和社会经济共同的可持续发展,区域内的人口经济与资源环境的协调统一发展是它的本质特征,具有系统复杂性、对外开放性和自组织性等诸多特点。可持续发展最基本的理念是正确处理好人类内部,人类与自然环境之间的关系,也就是把区域内资源的开发与保护和社会发展作为一个统一的整体,二者对立统一。既满足人类发展需求,又不以破坏自然环境为代价。随着人类社会经济的快速发展和城市化、工业化进程脚步的加快,地球上土地资源和生态环境的压力日益加大,尤其是耕地资源的压力尤其突出,也就导致了人们对耕地资源可持续利用研究的关注越来越多。一个区域的可持续发展是一个综合协调发展的概念,一方面对区域内社会经济的发展提出了要求,提高人们的生活水平,改善人居环境;另一方面也要改变传统的粗放型的发展模式,集约节约资源,实现绿色产能保护生态环境。

  第3章研究区概况

  第3章研究区概况

  3.1自然地理条件

  3.1.1地理区位

  武胜县地处四川省的东部地区,位于广安市的西南部,是四川省和直辖市重庆相结合的地带,地理坐标为北纬30°10′46″至30°32′36″,东经105°56′39″至106°26′50″,著名的嘉陵江从北往南流经此地。武胜县从地图上可以清晰看出东部与广安市的岳池县接壤,县域的西部与遂宁市交接,县域北部与我省的南充市相邻,南部与重庆市合川区毗邻(图3-1)。

  区位条件十分优越,距离广安市中心仅有40km,往西到我省遂宁市也仅有70km路程,北去南充市54km,南至重庆市105km。处于我省交通要塞之上,是四川东部与南部进出的必经之路,也是四川与重庆商品进出的门户。武胜县最东边是猛山乡的猛山村,最西面是高石乡的龙宫村,从东至西最远距离大约为48km;南边直到真静乡的金炉村,北面最远为礼安乡的长坡村,南北最大距离大约为40km,全县土地总面积约956.13km²。

  3.1.2地质地貌

  武胜县的大地构造属于新华夏构造体系第三沉降带,四川沉降褶皱带的川中褶皱带内,出露地层以中生界侏罗系中统沙溪庙组(J2S)为主,岩层多为灰棕紫色泥岩,红棕紫色沙质泥岩与杂色长石石英岩成不等互层。县域内的沙质泥岩层比较厚,形成的岩石作用比较差,岩性一般都比较的松软,十分容易于风化。除此之外,县域内的岩层钙质石膏和可溶性盐分含量较高,因此岩层易被水解,形成溶孔,为迅速风化创造了条件,加之具有吸热性强,而放热快的特点,所以在高温多雨的夏季,物理风化更为显著。

  武胜县属于华蓥山复背斜西麓方山丘陵区,地貌特征表现为浅丘陵。从西北方向往西南方向地势渐渐地降低,渐次的形成了低中谷和浅丘宽谷带坝地形。县域海拔主要在426m到210m之间,高石乡的高石寺是武胜县海拔最高处,海拔高度大约为426m,县域内真静乡的何家溪口嘉陵江水面为海拔最低处,海拔高度为209.5m左右。武胜县从西北向东南的地形大致分为中丘窄谷、低丘中谷、低丘宽谷带坝和阶地。

  3.1.3气候水文特征

  (1)气候条件

  武胜县气候属于我国四川盆地东部亚热带季风性湿润气候区,县域全年的季节特征表现明显,气候比较温和,年降雨量十分充沛而且主要集中在夏季(表3-1)。区域内春季气温回升较快,因此时常会发生春旱;夏季时间漫长而且比较炎热,伏旱发生的频率也较高;秋季温度降低速度明显,相对而言冬季比较温和时间也较短,这个时期降雨量少气候干燥。

  从表3-1可以看出,武胜县常年平均气温为17.6℃,比同纬度的长江中下游地区气温约高2℃。县域内全年温度最低的月份在1月,每日平均气温为6.7℃;日平均气温一般在0℃以上,但是极端最低气温可以达到为-2.4℃。霜雪较少,无霜期长达329天,农作物大都能安全越冬。形成以上气候的原因是武胜县深居四川盆地内部,四周高山环绕,冬季寒冷气流不易侵入,故有冬季温暖的特色。最热月份为8月,日平均气温为28.0℃,极端最高气温可以达41.3℃。夏季长达116天,且常为连续高温的酷热天气。造成夏季炎热气候的原因是区域地处四川盆地内部,嘉陵江从境内从北至南蜿蜒流过,县域的空气湿度因此增大,导致风力比较微弱,区域内的热量不容易扩散出去;同时又受到副热带高气压的控制,区域内容易形成下沉气流,加之夏季季风越过云贵高原下沉增温的影响,这就使武胜县的夏季气温进一步升高,更增加了夏季的炎热程度。研究区日平均气温≥5℃的日数平均长达351天,无霜期达328天,农作物几乎全年都能生长,日平均气温10℃是农作物活跃生长的界线温度,武胜县≥10℃的日数平均长达260多天;≥0℃的积温平均为5679.5℃。

  武胜县降雨量丰富,多年平均年降水量为1034.00mm。但是县域内降雨季节分布不均,这主要是季风活动的影响。随着季节的变化,夏季降雨量最多,降雨量为434.7mm,占全年降雨量的42%,但是经常出现暴雨;其次是秋季和春季,降雨量一般为292.3mm和249.5mm,占年降雨量的28.50%和24.00%;冬季降雨量极少,降雨量为仅57.4mm,占年降雨量的5.5%。降雨集中在夏季,高温期与多雨一致,有利于大春作物的生长发育。本县面积狭小,地形单一,降雨量的地区差异不大,总体来看东南部比西北部降雨量稍多。

  光照是农作物进行光合作用的必要条件。武胜县光照较少年平均太阳辐射为87.85kCal/cm²;据统计县域累积年平均太阳照射时间仅有1280h,仅仅占全年太阳可照射时数的29%,是全国可照时数的低值中心之一。尤其是在一年中的冬半年,区域内由于受云贵准静止锋的影响,阴雨天气多,有“蜀犬吠日”之说。夏半年光照较充足,完全能满足大春作物生长的需要。

  (2)水文特征

  全县水资源较为丰富,县域内共有1条江、4条河以及74条小溪。以从北至南流经此地的嘉陵江为主干,组成酷似“龙须柳”蜿蜒迂回的树枝状河网水系,纵横其境。嘉陵江由北向南从中部纵贯其间,形成一个天然的大屏障,武胜县被其划分为了东西两部分,东部河流主要有长滩寺河,西部以吉安河、复兴河和兴隆河为主,以及县域内的各条溪流形成树枝网状的水网系统纷纷流入嘉陵江内。嘉陵江由武胜县西北的西关寨隘口沿江村入境,从北至南流经县域内多个乡镇,包括烈面镇、石盘乡、龙女镇、沿口镇、华封镇、中心镇、清平镇等。随后从县域南部的真静乡金炉村出境,境内流程共102km,江面平均宽度为549m,江水面积约56km²,根据多年统计嘉陵江年平均径流量约为278亿m³。

  县域内共有四条河流,其中长滩寺河的源头来自岳池县金城山,流向从北至南,流经县域内多个乡镇包括三溪镇、鸣钟乡、沿口镇、街子镇等,最后在县农场注入嘉陵江。它是河东主要支流,主干总长度大约68km,加上各级溪河支流总长度达到320km,径流量总量约2.43亿m³。吉安河发源于潼南县境,河流主干在南充县,本县属于吉安河的主要支流为走马河,从西向东流经高石乡随后折向北经赛马镇于吉安汇入主干流,再向东经八一乡、西关(片)的沿江村注入嘉陵江。流域面积大约177.5km²,径流总量1.83亿m³。复兴河发源于蓬溪县境,从武胜县胜利镇玉合村入境向东流经金牛镇在茶山村注入嘉陵江,河流全长约38.5km,县域内河流总面积大约46.5km²,径流总量1300万m³。兴隆河发源于合川市境内,紧靠西南边缘,为合(川)武(胜)分界河流,由西向东经万善、万隆等折向南,经清平镇南溪口注入嘉陵江。河道长43km,流域面积484km,径流总量1.43亿m³。

  除此之外,武胜县县域内还有74条小溪,全县总河道长724km,径流总量283.82亿m³,可提供总水量2.73亿m³。若按径流总量30%计算利用率,年总水量灌溉农田有余。但是因为县域内农田的海拔高于河道,河水利用比较困难。为了使丰富的水资源能够得到有效利用,在1997年武胜县建成了东西关电站3台机组,总装机容量18万kw,又于2003年建成桐子壕电站3台机组,总装机容量10.8万kw,这些基础设施建设给武胜县的经济发展带来了巨大作用。

  3.2社会经济状况

  武胜县国民经济运行平稳。2013年全县GDP实现157.5亿元,与上一年比较GDP完成了10.8%的增长。其中,第一产业产值实现了33.7亿元的增加,同比增长3.7%,带动了全县经济0.8%的增长;第二产业完成了高达80.5亿元的增加值,与上一年相比增长13.4%,带动全县经济增长7%,其中工业实现增加值66.3亿元,与上一年相比增长12.5%;第三产业完成了43.3亿元的增加值,与上一年相比增长11%,给全县的经济增长3%的贡献。三类产业对全县经济的贡献率分别为6.9%、65.1%、28%,三类产业结构由2012年的22.2%:50.8%:27.0%调整为21.4%:51.1%:27.5%。由于国家政策的调整,全县非公有制经济保持着较快增长速度,2013年非公有制经济给县域带来的经济贡献进一步增强。

  2013年武胜县粮食产品产量继续增加,农业经济发展平稳。2013年农林牧渔业生产总值达到了57.7亿元,与上一年相比增长了3.6%。粮食种植面积稍微有所增加,全年粮食作物种植面积达到了620.00km²,与上一年相比增长0.8%。其中小春粮食种植与往年相比略有下降耕种面积为192.00km²,同比下降0.2%;水稻、小麦、玉米种植面积分别为203.33km²、66.00km²、81.33km²;油料作物种植面积略有增加为112.67km²,与上一年相比增长0.6%;县域内蔬菜种植面积也有所增加为130.00km²,同比增长1.7%。粮食稳步增产,全年粮食实现产量33.9万吨,与上一年相比增加了0.7万吨,同比增长2.1%。其中小春粮食由于耕作面积略有减少,2013年产量为5.7万吨,同比下降了2.2%;水稻产量17.1万吨,小麦产量2.1万吨,玉米产量4.9万吨。经济作物中,蔬菜全年产量达到了33.0万吨,同比增长2%;油料作物因耕作面积略有减少产量为2.0万吨,与上一年相比下降了7.4%。2013年全县畜牧业发展平稳。全年牲畜养殖中生猪出栏数量为103.3万头,与上一年相比下降3.7%。荣获全省农产品质量安全生产县和助农增收先进县,武胜县2013年畜牧产品产量统计如下表:

  表3-2武胜县2013年畜牧产品产量表

  全县林业生产健康发展,生态环境保护工作开展积极。县域内天然林资源保护、龙女湖生态维护、退耕还林等绿化工程扎实推进。2013年,全县森林面积51.19km²,新建林业产业基地16.00km²。全年完成营造林面积27.47km²,新增森林面积4.20km²,巩固退耕还林面积5.80km²,实施生态公益林管护8.97km²,实施天然林保护8.97km²。除此之外新建“千万”工程20km²、粮油高产创建基地83.33km²,新发展优质果蔬、花卉等总面积为8.00km²,建设现代畜禽规模养殖场25个。农业生产条件得到了全面的改善,全县整治存在隐患水库12座,重新修建蓄水池182口,新增有效灌面14.73km²、节水灌面19.80km²。切实履行耕地保护责任,全县耕地保有量保持在578.87km²,基本农田保护面积34.00km²。实施机耕213.33km²,机收201.33km²,年末农业机械总动力29.7万kw。县域内全年化肥施用量16719t,农村用电量10070万kw·h。

  2013年武胜县工业经济发展快速。完成全口径工业增加值66.4亿元,同比增长12.5%,对经济贡献率达50.2%,拉动全县经济增长5.%。全年新增规模以上工业企业13户,2013年年末全县规模以上工业企业、亿元企业数量增加分别达了87户和49户。2013年武胜县内规模以上工业增加值与上一年相比增长了11.5%,企业效益增长平稳。县域内规模以上工业企业全年主营业务范围内的收入达到了239.9亿元,同比增长了17.9%,实现利润总额增长20%,其总金额达到了13.2亿元。新拓展园区面积7.3km²,新入园企业35户,街子工业园区创建为省级小型企业创业示范基地。2013年武胜县主要工业产品产量详细统计如表3-3所示:

  3.3土壤类型

  全县土地比较肥沃,土壤质量优良。一级地类7个,二级地类31个,三级地类32个。耕地中有4个土类,6个亚类,9个土属,36个土种。主要是水稻土,约占土地总面积的69.55%;其次是紫色土,约占土地总面积的28.9%;除此之外少量的潮土和黄壤。在水平方向和垂直方向县域内的土壤呈现出不同的分布形态。在水平方向上,土壤由于受到组成母岩的分布特点以及地层走向的影响呈现出东西向的丝带状分布特征;在垂直方向上,研究区呈现出地带性紫色土、水稻土、潮土和黄壤,形成原因主要受到区域内的高程、温度、湿度、降雨量等因素的影响。区域内土壤酸碱度(pH值)在7.0左右,耕地有效土层厚度一般在20-50cm,土壤质地良好,营养成分充足利于研究区的农作物生长。

  3.4耕地利用现状

  武胜县土地总面积为95613.47hm²,其中农用地总面积为76727.48hm²,占土地总面积的80.25%,武胜县2013年土地利用现状图(图3-2)如下。

  其中,武胜县耕地面积为57886.62hm²,占农用地总面积的75.44%;园地总面积为1878.49hm²,占农用地总面积的2.45;林地总面积为5119.29hm²,占农用地总面积的6.67%;其他农用地总面积为11843.08hm²,占农用地总面积的15.44%。武胜县农用地现状(表3-4)如下:

  表3-4武胜县农用地现状表

  研究区耕地包括水田、旱地,其总面积为57886.62hm²,其中水田面积为25105.49hm²,占耕地总面积的43.37%;旱地面积为32781.13hm²,占耕地总面积的56.63%。县域内耕地分布于各乡镇其中耕地面积分布较多的乡镇主要为烈面镇、龙女镇、赛马镇、胜利镇、中心镇、沿口镇,其耕地面积分别为2591.52hm²、2676.69hm²、2703.53hm²、2814.47hm²、3376.47hm²、3532.42hm²,占全县耕地面积的4.62%、4.67%、4.86%、5.83%、6.10%。

  依据上述优越自然条件和社会经济条件,武胜县在土地利用方面,需要继续增加农业、林业用地是根本选择,既有利于农、林两业发展,又有利于多种经营生产、保护水土,扩大植被和改良土壤质量。调整交通、水电能源和旅游业等用地,既满足了区域内土地资源的合理利用以及产业结构优化调整,又是提高土地经济效益,促进社会经济发展的有效措施之一。

  第4章耕地质量评价指标体系构建

  第4章耕地质量评价指标体系构建

  通过相关理论学习和研究,结合对武胜县收集的资料及现场调研,本文本着系统性、科学性的原则武胜县耕地质量评价指标体系的内容,力求客观真实地反映所选指标因子契合研究区实际的情况。

  在对武胜县耕地质量出合理的评价之前,首先需要构建一个合理的评价指标体系,由于耕地质量受到多个因素的影响,因此要从多个方面进行研究。分析相关文献资料确定影响耕地质量的指标要素;深入研究这些评价要素之间的层级关系,结合其他学者的研究和武胜县的基础情况初步构建指标体系;结合专家的意见对指标体系进行矫正,从而建立完善的评价指标体系;最后通过专家打分以及数学模型确定该指标体系各指标及其合理的权重值,以获得比较科学、合理的评价结论。综上所述,本文评价指标体系构建的工作内容主要包括两个部分:首先是分析耕地质量的影响因素,来选择合理的评价指标要素并确立它们之间的层次关系,建立本文的评价指标体系;其次是修正完善已经确定的指标体系,并确定各项评价因子的权重。

  4.1评价指标影响因素分析

  我国农业部历经多次的召集在耕地研究方面有影响力的专家,对耕地质量评价指标体系的深入研究,最终根据我国的气候条件、各地方的地形地貌以及成土母质等诸多影响耕地产能因子的差异性,选取了我国耕地地力的主要影响因素,同时出版了《县域耕地资源管理信息系统数据字典》,这些耕地地力的影响因素包含了气候、立地条件、剖面性状、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、障碍因素、土壤管理七大类共64个指标,如下表所示:

  以上耕地质量的影响因素,并不适用于所有的区域的耕地质量评价。因为在进行耕地质量评价时要考虑区域内自身的实际情况,例如:当下的经济技术条件、评价的目的以及现有耕作水平等等。

  4.2评价指标选取原则

  本文对武胜县进行耕地质量评价,首先要建立一套科学客观的质量评价指标体系。评价指标体系需要满足上下层次分明,同时为了在耕地质量评价的时候能够具有横向对比性,应当尽量选择具有相对性的指标因子。本文选取评价指标除了遵循上述耕地质量评价原则外,主要还需要遵循以下原则:

  (1)科学性原则。指标的选取应当具有科学客观性,能够真实的反映影响研究区耕地质量的本质的因素。

  (2)空间变异性原则。耕地质量评价其实质是将耕地生产力相同或相似的单元划分在一起,形成等级差异。因此所选择的影响因子其外在表现值必须有较大的变化范围,以此来突出耕地随空间变化而质量也出现等级差异。反之,如果所选指标表现值随空间位置变化其变化很小,以至于没有变化,则评价也将无法进行。因此,在选择指标因子时其表现值要在空间上有显著变化。

  (3)可比性原则。因为组成耕地质量系统的各个影响因子在时间和空间上都具有很大的差异性,这就导致了我们在选择指标因子是需要充分考虑其在空间分布上的可比性,与此同时在收集所选择的指标因子数据资料时,还需要保证其数据的时效性。

  (4)生产性原则。耕地质量评价一方面是为了了解耕地情况便于耕作与生产,另一方面为了确定给政府制定耕地征用补偿标准和评价与验收土地整理项目的耕地质量等工作提供科学的依据。因此,耕地质量评价指标因子的选择需要认真考虑影响耕地生产性能的各项因子。

  (5)指标相对稳定原则。为了保证耕地质量评价成果的实用价值,选择的指标因子需要能比较稳定的反映区域内耕地的质量情况。

  4.3评价指标选取

  本文研究区的评价指标选取方法采用的是特尔斐法,它是美国兰德公司(RAND Corporation)于二十世纪五十年代创立了的。特尔斐法进行指标筛选具有过程简单易于操作且客观公正等特点,同时可以恰当的反映出研究区实际的情况。它主要是通过问卷发放给专家,收集统计专家发表的意见。在实际操作过程中,各专家之间采用匿名打分,相互之间不能协商,给出一次性答案。经过多轮问卷的发放、收集以及统计归纳,知道结果趋于一致。通过多次运用特尔斐法对专家进行咨询,在把获得的结果通过归纳与总结,这样才能把专家的经验与水平客观反映出来,使得获得的结果更加科学准确。特尔斐法进行指标选择符合耕地质量评价的指标选择的要求,因此在耕地质量评价工作中它被频繁的得到运用。

  本文在对研究区进行耕地质量评价指标选择时,因为涉及到了区域内的诸多因素,包括了武胜县的地形地貌、土壤特征、气候水文条件以及农业耕种基础设施等。因此在选择专家时首先必须保证具有代表性且经验丰富,能准确的深刻的理解所选指标对研究区耕地质量的影响状况。本文根据武胜县的实际情况邀请了的打分专家,他们来自广安市和武胜县的国土资源管理部门、农业管理部门、资质单位以及相关高校等单位,同时具有国土、农学等专业背景的部门领导、专家教授和基层管理者。武胜县耕地评价指标选取工作,其具体的流程如下:

  (1)首先成立了工作流程负责小组,专门制定问卷,发放、收集以及统计归纳问卷。

  (2)根据调查的目的,制定相关问题,确定问卷调查内容,制作问卷调查表;选择专家,组织专家评分。

  (3)收集评分结果并进行整理与归纳。专家评分问卷返回后,需要进行整理归纳,比如能定量打分的数据一般满足正态分布。对两头极端的意见,要与专家充分沟通了解专家判断依据,随后去掉两端极端的意见。归纳总结出具有规律且集中的专家意见,再回馈给专家们再一次进行评分和判别,直到获得的结果具有较高的统一性为止。

  (4)对最后高协调性的调查结果进行深入分析、处理与讨论。此环节十分关键,研究区采取了召集专家一同分析结果,完善评价数据。

  (5)最后确定本次调查结果,获得耕地质量的评价指标。

  本文遵循评价指标选取原则,结合上述方法最终确定了武胜县耕地质量评价指标,包括5个一级指标:立地条件、剖面性状、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、土壤管理;13个二级指标:有效土层厚度、剖面构型、地貌类型、地形坡度、土壤PH值、有机质、速效K、有效B、有效Zn、有效P、全N、排涝能力、灌溉保证率。武胜县耕地质量评价指标见表4-2。

  4.4指标权重的计算

  权重是一个相对的概念,对指标体系内的某一指标而言,其权重不仅是指该指标对系统整体的重要程度,同时也表现与其他指标的相对重要程度,评价因子之间所表现出来的轻重之分。通常而言,一个完整的评价指标体系包含两种权重,一是归属权重具体表现为本级指标影响上级指标的程度大小;另一种是总体权重指的是评价因子对于评价目标的重要程度。二者虽然定义不同,但所表达出的评价结果应当是一致的。在具体的耕地质量评价工作中,各个评价因子的权重表现为能够影响耕地质量等级的程度。权重的确定方法多种多样,运用广泛且比较成熟与完善的方法除了本文已经阐述过的特尔斐法以外,主要还有层次分析法、回归分析法、灰色关联度法、主成份分析法等。

  本文采用特尔斐法与层次分析法(AHP)相结合的方式进行研究区耕地质量评价指标的权重确定。层次分析法是把各个评价因子通过相关的专业知识依据他们之间的相互重要程度来进行两两比较,建立评价因子与评价目标之间的判断矩阵让其数量化,在用数学运算方法计算出特征值,最终获得各个评价因子的权重分配值(Saaty T L,1980)。本文确定指标因子权重的过程,充分将本领域内的专家经验与科学的数学计算方法两者的优势耦合在一起,使评价因子的权重值更加具有科学依据与现实意义。

  在具体的权重确定工作过程中,首先采用特尔斐方法给耕地质量的影响因子相互之间的重要性赋予数值,再运用利用层次分析法对所有的评价指标进行定量化处理,从而获得各评价指标之间的相对权重。AHP法确定评价指标的权重步骤如下:

  (1)建立递阶层次结构

  层次分析法,首先要把系统中所包含指标因子理解透彻,把它们有条理的按照所属关系构造成层次分明的结构模型。对于本文而言,目标层(A层)就是研究区的耕地质量,准则层(B层)也就是影响研究区耕地质量五大类因素包括立地条件、剖面性状、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、土壤管理,指标层(C层)也就是影响准则层的各个评价因子。

  (2)构造判断矩阵

  构建了研究对象的层次结构表之后,将建立数学判断矩阵(如公式4-1)。判断矩阵中的各个指标因子需要对其进行重要性赋值。各个因子的赋值一般选择1~9及其倒数对其进行标度,标度数值含义如表4-4所示。每一个判断矩阵所包含的因子相互之间进行比较,通过特尔斐综合专家意见给每一个因子进行标度。相互比较的各因子重要性符合以下比值说明时,那么我们就给判断矩阵中对应的因子赋予其相应标度值(如表4-5)。

  (3)计算判断矩阵

  本文运用Excel强大的计算能力,求解以上各个矩阵的最大特征值以及每一个指标因子的特征向量,也就是各个评价因子的重要性程度排序即评价因子权系数的分配。

  (4)一致性检验

  在使用层次分析法计算判断矩阵中的各个指标因子的权重系数后,还需要对所创建的各个判断矩阵进行一致性检验。目的是为了使每个指标因子所获得的权重更加具有科学性,防止指标之间出现违反常识的矛盾现象,比如指标A、B、C三者彼此之间进行比较,结果出现了指标C明显比指标B重要,指标B又明显比指标A重要,最后指标A反而还会比指标C明显重要,显然这样的现象是不符合常规的。

  在进行矩阵的一致性验证之前,需要先计算一致性指标(如公式4-1)和平均随机一致性指标,其中的9阶见表4-10所示。通过随机填数的方法构造出500个样本矩阵,主对角线上的标度始终为1,其余数值采用随机值及其倒数进行填充。随后计算各个判断矩阵的一致性指标值,对计算出的结果值平均即可获得值(姜启源,2005)。当随机一致性比率值时,构造的判断矩阵则具有逻辑性,可以认为最终的权系数的分配具有合理性;反之,就需要调整构建的判断矩阵中个元素的标度,然后通过上述步骤重复计算,进行一致性检验,直到满足验证获得满意结果为止。

  4.5模糊综合评价模型

  土地系统内部各元素之间的关系与耕地质量之间的关系非常复杂,它是一个灰色的系统。因此进行耕地质量评价是一项复杂的工作,本文选择模糊综合评价法对研究区进行耕地质量等级评价。根据模糊数学建立隶属度函数,把耕地质量指标体系中的各个指标因进行定量化处理是该方法的基础,通过分析影响耕地质量的诸多因子,定量的构建各参评因子与耕地质量之间关系,综合的对耕地进行评价,使用该方法获得的评价结果具有系统性强等特点。

  研究区耕地评价采用多因子综合评价法,它是建立在对每个单个因子进行分析,把其评价结果通过累加数学模型来计算,输出评价单元综合的指数。在ArcGIS软件中对评价图的属性表中预先设置一个字段,用于储存最终的评价综合的指数。根据综合指数分值可以对研究区的耕地质量进行等级划分,综合指数分值是将评价单元中各项指标因子的隶属度数值进行加权组合得出的。其综合指数值就是每个耕地评价单元的质量的直接反映,其大小表示评价单元内耕地质量的高低,耕地质量综合评价数学模型公式如4-4所示:

  其中式中:

  (1)IFI代表评价单元的耕地质量综合指数;

  (2)Fi为评价单元中第i个指标因子的隶属度;

  (3)Ci为评价单元中第i个指标因子的组合权重。

  通过以上评价模型可以计算出研究区所划分的各个评价单元的综合指数。

  第5章武胜县耕地质量评价分析

  5.1耕地质量评价的原则

  本次对武胜县耕地质量研究的原则,参考了《农用地质量分等规程》中关于农用地评价的相关原则,再结合研究区域当地的实际情况,来确定了此次耕地质量评价研究的原则。

  (1)综合分析原则

  影响耕地质量的因素是各种具有差异性的因素,只要包括了自然因素和社会经济因素,因此对耕地质量的评价首先应遵从综合分析原则。通过综合的分析各项不同因素对耕地的影响来对其进行评价才更具有科学性。

  (2)主导因素原则

  影响耕地质量的因素在不同研究区域其产生的效果也不尽相同,进行质量评价时应重点分析对耕地在质量和生产力水平上影响明显的因素,即主导因素。例如在此次的研究区域除了表层土壤质地、灌溉保证率、有机质含量和田间道路通达度对耕地质量的影响作用较大之外,有效土地厚度、海拔高度以及地下坡度对研究区的耕地质量影响也巨大。但是在研究山间盆地区耕地质量的时候,其主导因素主要是土壤的剖面构型特征、耕地排水条件状况等。因此对耕地质量评价的研究要把握其影响的主导因素,突出所选择的主导因素对研究区域耕地质量评价结果的作用。

  (3)土地收益差异原则

  对一个区域的耕地质量评价既要反映出该地区的土地质量条件、土地利用水平和社会经济水平的差异,以及这些差异对不同地区土地生产力水平造成的影响,也要反映出不同投入水平对不同区域土地生产力水平和收益水平的影响。

  (4)定性与定量分析相结合原则

  选用定量分析与定性分析来综合的评价耕地质量,才能更加全面、准确的获得评价结果。在当下的技术经济条件下,影响耕地的某些因素还无法采用定量分析,再次条件下适当采用定量分析可以得到更加准确、贴近实际的评价结果。在实际操作中,采用定性与定量分析相结合的手段,来达到提高耕地质量评价结果和分等结果精度的目的。

  (5)可行性原则

  在对耕地进行质量研究分析时,不仅要考虑耕地质量评价分析结果的真实和科学性,也要考虑分析过程中的可行性,例如数据收集的可能性,评价指标和方法的科学性,实际操作的现实性等等。

  5.2评价单元的确定

  5.2.1评价单元划分的原则

  耕地质量评价单元是耕地质量进行评价的最小单元。由于耕地在地面上的各种形状往往是无规律且连续变化的分布格局,因此在进行耕地质量评价时我们必须先划分评价单元,尽量保证划分的最小评价单元内所含有的土地属性相似性一致。划分的最小评价单元其内的土地形状大体一致,不同耕地质量评价单元之间存在差异性,同时单元之间又具有可比较性。耕地质量评价就是对要对每一个评价单元的进行分析评价,最后综合的反映一个区域所有耕地的质量现状。直就要求在划分耕地质量评价单元的时候要科学合理,本文在划分评价单元主要遵循以下几个原则:

  (1)评价单元内各影响因素相似的原则,主要包括组成评价单元的土地性质应该大体一致等。

  (2)主导因素原则。不同地域具有不同地貌特征,依附于之上的土地的性质也不尽相同。在划分评价单元时,要选择对耕地质量影响最大的因素为主导来划分单元。

  (3)边界完整性原则。耕地质量评价单元要保证边界的完整性,形成封闭闭合的图斑。

  5.2.2评价单元划分的方法

  本文对武胜县耕地质量评价其本质就是通过对划分的评价单元进行评价,划分评价单元的方法有很多,每一种划分方法都有自己的优缺点,不同的划分方式所得到的评价单元,单元内所包含的耕地质量信息是不相同的。在进行耕地质量评价时,评价单元划分直接影响后续的耕地质量评价的工作量和结果的准确性。因此评价单元的划分在耕地质量评价中有着举足轻重的地位。目前耕地质量评价单元的划分没有统一的标准,划分方式主要有以下几种:

  (1)网格法

  网格法划分评价单元首先需要选择适合研究区的网络,对要评价的区域进行覆盖构成评价单元体系,其中所选网格的大小需要考虑研究区域的分等因素,以及实际操作者的工作能力。初步选择好网格体系之后需要对实地进行踏勘,如果所划分的评价单元内的指标因素具有明显差异,则应该对网格进行适当加密,直到形成最终的网格体系。网格法的优点是划分简单,但是在实际的耕地质量评价工作中,采用网格法划分的耕地质量评价单元其土地特性很难获取。

  (2)叠置法

  叠置法也被称作为多边形法,划分评价单元步骤主要是收集土地相关的图件,把它们按照相同的比例尺进行叠加形成新的封闭图斑,还需要把小于上图面积的评价图斑进行合并操作。例如把研究区域内的耕地类型图、土壤图以及土地利用现状图叠置在一起,形成的新的封闭图斑,这些图斑即可作为耕地评价的评价单元。叠置法划分耕地评价单元因为综合不同图件的属性数据,所以划分的评价单元能体现出耕地的多种信息。但是,由于单元划分操作过程中会涉及多个图件,并且每个图件需要转换为同一比例尺才能进行单元划分,这就导致了叠置法在实际操作中会存在工作量大且复杂,耕地质量评价成本高的缺点。

  (3)地块法。

  地块法就是将耕作地块作为耕地质量的评价单元。每一个耕作地块都具有深刻的农学依据,通过人们的长期耕作使得地块内的土地属性也都基本一致,比如地块内的地形坡度、灌溉和排水条件、土壤质量等耕地质量德尔因子都基本一致。该方法的有点明显,即适用于绝大多数区域的耕地质量评价单元的划分,实际操作简单,数据信息获取容易,评价结果可行性高,缺点是需要大量的实地调查,调查过程中主观任意性大,踏勘需要底图具有很高的精确性。

  通过比较上述几种划分方法,结合研究区实际的特点以及现有的操作水平和设备,本文选择了地块法来划分耕地质量的评价单元。

  5.2.3评价单元划分结果

  耕地质量评价的对象为研究区域内的所有耕地包括水田、旱地,其总面积为57886.62hm2,其中水田面积为25105.49hm2,占耕地总面积的43.37%;旱地面积为32781.13hm2,占耕地总面积的56.63%。

  本次耕地质量评价研究将2013年度土地利用现状变更调查图作为耕地质量评价的工作地图,采用地块法。借助ArcGIS专业软件来划分武胜县耕地质量的评价单元。再结合研究区实际现状对已有分等单元进行调整。分等单元调整划定,对地形地貌差异较大的现状图斑,以影像图来辅助参考,按照地貌特征进一步细分分等单元。本文通过以上原则对武胜县所有耕地进行划分,得到22438个耕地评价单元(图5-1所示)。

  5.3评价指标信息的提取

  耕地质量的影响因素十分繁多,不同的因素并且运用计算机对其存贮方式也不尽相同,因此耕地评价中重要的一环就是获取各评价单元中评价指标的信息,本文摒弃传统的键盘输入指标信息的方式,采用ArcGIS软件将划分的评价单元与各指标图件叠加获取评价单元的信息。具体的操作方法如下:

  (1)为评价单元编辑序号,按照每一个单元格唯一标识的原则;

  (2)生成评价单元信息的空间数据库和属性数据库;

  (3)把评价指标因子的专题图与划分的评价单元图进行叠加;

  (4)在保持评价单元几何形状不变的情况下,直接对叠加后所生成图形的属性库进行操作处理,把评价单元作为统计的基本单位,然后按面积加权平均汇总评价单元各评价因素的值。

  1)立地条件

  (1)地形坡度

  通过在地理信息数据管理平台下载武胜县精度为30m数字高程模型即DEM数据。把研究区的DEM数据导入ArcGIS软件中,运用软件的3D分析工具生成研究区的坡度图,然后运用相交(Intersect)工具把坡度图和划分的评价单元图进行叠加操作,获得研究区的耕地坡度图(图5-2)。把研究区耕地坡度按照农用地分等规程进行分级可以得到G1~G5共五个坡度等级。通过字段计算器可以计算出每个坡度等级的耕地面积。其中G1级(<2°)耕地面积为12092.51hm2,占耕地总面积的20.89%;G2级(2°~5°)耕地面积22905.74hm2,占耕地总面积的39.57%;G3级(5°~8°)耕地面积18355.85hm2,占耕地总面积的31.71%;G4级(8°~15°)面积3612.13hm2,占耕地总面积的6.24%;G5级(>25°)耕地面积920.40hm2,占耕地总面积的1.59%。

  (2)地表岩石露头度

  地表中的岩石在地面上裸露程度的大小就是地表岩石露头度,地表岩石露头度的大小直接影响了在进行农作物耕作时便利度。按照农用地分等规程标准结合研究区实际的耕作方式把武胜县的地表岩石露头程度划分为4个等级(图5-3)。其中1级(<2%)区域内的地表岩石露头状况基本不会对农作物耕作有任何影响可以忽略;2级(2%~10%)区域内的地表岩石露头状况对耕作会有轻微的影响,地表岩石露头之间的间隔距离约在35m~100m之间;3级(10%~25%)区域内的地表岩石露头状况农作物的耕作的影响程度已经表现得比较严重了,地表岩石露头之间的间距进一步减小,大约在10m~35m之间,在进行耕作前需要对耕地进行平整处理;4级(>25%)区域内的地表岩石露头之间的间隔距离约在35m~100m之间,岩石露头之间的间距很小大约为3.5m~10m,对耕地的耕作影响十分明显,即使是一些小型的耕作机械在进行耕作时都出现明显的影响。通过字段计算器可以计算出每个等级的耕地面积,其中1级(<2°)耕地面积为14159.07hm²,占耕地总面积的24.46%;2级(2°~5°)耕地面积33580.03hm²,占耕地总面积的58.01%;3级(5°~8°)耕地面积5892.86hm²,占耕地总面积的10.18%;4级(8°~15°)面积4254.67hm²,占耕地总面积的7.35%。

  2)剖面性状

  (1)有效土层厚度

  根据收集的武胜县土壤统计数据,利用ArcGIS软件对收集的土壤普查数据(数据来源于武胜县测土配方库)进行数据处理,可以得到武胜县耕地有效土层厚度图(图5-4)。通过汇总有效土层厚度的属性表可以统计出有效土层厚度的面积,其中有效土层厚度在17cm以下的耕地面积为11311.05hm²,占总武胜县耕地总面积的34.5%;有效土层厚度超过17cm的耕地面积为46575.57hm²,占总武胜县耕地总面积的80.46%。

  (2)剖面构型

  耕地剖面中各土壤发生层有规律的组合以及有序的排列显现出来的形状就是耕地剖面构型。本文通过利用ArcGIS软件对收集武胜县土壤数据进行分析和处理,获得武胜县耕地剖面构型图(图5-5)。研究区内的剖面构型只有两大类包括通体壤和通体粘。其中通体壤耕地面积为23884.02hm²,占耕地总面积的41.26%;通体粘耕地面积34002.60hm²,占耕地总面积的58.74%。

  3)耕层土壤理化性状

  本文耕层土壤理化性状信息的提取,主要是选取了对研究区耕地质量影响较大的土壤的酸碱值信息(pH值)。pH值对农作物的影响因不同的植物而异,农作物的健康生长需要适宜的pH值。通过分析研究区收集的土壤信息资料,利用ArcGIS软件把土壤信息数据与评价单元图连接,获得武胜县耕地pH值图(图5-6)。

  4)耕层土壤养分状况

  根据武胜县土壤普查数据以及武胜县统计年鉴获得耕层土壤养分状况的含量情况。其中耕地土壤中有机质含量>2.5g/kg的面积为7316.87hm²,占耕地总面积的12.64%,有机质含量1.5~2.5g/kg的面积为38083.61hm²,占耕地总面积的65.79%,有机质含量<1.5g/kg的面积为12486.14hm²,占耕地总面积的21.57%;

  速效K含量>200mg/kg的面积为6274.91hm²,占耕地总面积的10.84%,速效K含量50~200mg/kg的面积为41006.88hm²,占耕地总面积的70.84%,速效K含量<50mg/kg的面积为10604.83hm²,占耕地总面积的18.32%;

  有效P含量>25mg/kg的面积为6633.81hm²,占耕地总面积的11.46%,有效P含量5~25mg/kg的面积为36590.13hm²,占耕地总面积的63.21%,有效P含量<5mg/kg的面积为14662.68hm²,占耕地总面积的25.33%;

  有效B含量>30mg/kg的面积为5505.02hm²,占耕地总面积的9.51%,有效B含量1~304mg/kg的面积为39368.69hm²,占耕地总面积的68.01%,有效B含量<1mg/kg的面积为13012.91hm²,占耕地总面积的22.48%;

  有效Zn含量>5mg/kg的面积为4943.52hm²,占耕地总面积的8.54%,有效Zn含量0.5~1.54mg/kg的面积为39345.54hm²,占耕地总面积的67.97%,有效Zn含量<0.5mg/kg的面积为13597.57hm²,占耕地总面积的23.49%;

  全氮含量>150mg/kg的面积为14836.34hm²,占耕地总面积的25.63%,全氮含量30~150mg/kg的面积为34517.79hm²,占耕地总面积的59.63%,全氮含量<30mg/kg的面积为8532.49hm²,占耕地总面积的14.74%。参考农用地分等规程标准,从以上述数据可以得出研究区耕层土壤养分耕地养分含量属于中等以上,绝大多数耕地为中高产地。

  5)土壤管理

  (1)排涝能力

  对收集的研究区收集排水数据进行统计分析,利用ArcGIS软件进行数据导入链接到评价单元图属性表上,可以得到武胜县耕地排涝能力图(图5-7)。县域内近年修建大量的水利设施加上研究区水系丰富,因此排水条件良好。从图5-7中可以看出,县域内耕地能保证排涝一级健全和基本健全,仅有部分地势陡峭的区域的耕地属于一般排涝区或者无排涝条件区。

  (2)灌溉保证率

  灌溉保证率表现为在一定时期内具有一定的灌溉设施条件下耕地灌溉的满足程度状况。灌溉保证是耕作的重要影响因素,除降雨季节农作物水分主要来自与灌溉,而河流直接影响的耕地灌溉的保证。武胜县属于丘陵地区地形地貌复杂,但是因为境内水系丰富耕地的灌溉保证率相对良好(见图5-8)。通过图5-8可以看出,研究区内的大部分耕地为基本满足,其余部分一般能满足灌溉。仅有地势较高处灌溉比较困难。

  5.4指标权重确定及标准化处理

  5.4.1评价指标权重确定

  (1)建立递阶层次结构

  依据上一章构建的研究区耕地质量评价指标体系,创建耕地质量影响因素层次结构如表5-1所示。

  (2)构造判断矩阵

  根据以上构建的耕地质量影响因素层次结构,构建耕地质量评价指标体系的判断矩阵如表5-2、5-3、5-4、5-5、5-6所示。

  本文判断矩阵一致性检验结果如下(表5-7),结果表明所构建的判断矩阵所有CR<0.1,一致性检验结果令人满意。

  按照上述方法,得出本文耕地质量评价因子的相对权重和绝对权重值如表5-8所示:

  5.4.2评价指标标准化处理

  耕地质量评价选取的各个单项参评因子之间的数据量纲不同,为了使影响因素能够定量的对耕地质量进行评判,只有让每一个影响因素都处于同一量纲以后才能得到综合的评价。耕地系统是一个复杂的灰色系统,影响耕地质量的各要素与耕地生产能力之间关系十分复杂,评价中各因子对耕地质量的影响程度是一个模糊的概念。因此在评价中引入了模糊数学的方法,通过建立模糊综合评价模型来进行耕地质量等级的确定。建立各耕地质量评价因子的相应隶属函数,计算各评价因子隶属度值,表示评价指标的状态值。由于单个评价指标对土壤质量的影响,主要通过对作物生长发育的适宜性或限制性来表现,故根据评价指标值与作物产量的关系,确定评价指标隶属函数的类型。

  1)定量的指标量化处理

  本文采取特尔斐法给指标进行隶属度赋值,再借鉴前人的研究成果,经过反复总结与归纳,建立各种评价因子的隶属度函数,计算其隶属度值,以此表示各肥力指标的状态值。对有机质、速效K、有效B、有效Zn、有效P、全N为S型隶属度函数,对土壤酸碱值(PH值)建立抛物线型隶属度函数。通过借鉴前人的研究成果,为简便对定量的计算给曲线函数插入适宜的折点,使函数转化为相应的折线以利计算。

  (1)有机质、有效磷、速效钾、全氮建立S型隶属度函数如下:

  (2)有效锌、有效硼建立如下S型隶属度函数:

  由于单项指标因土壤和作物类型的不同而差异较大,因此在综合前人研究成果以及当地作物的生产实际情况后(孙波,1995;吕新等,2004;),利用特尔斐法确定折线中转折点的相应取值(表5-9)。

  (3)PH值建立如下隶属度函数:

  此函数其转折点如下表5-10所示:

  2)定性指标的量化处理

  剖面性状、立地条件、耕层土壤理化性状、耕层土壤养分状况、土壤管理等概念型因素,考虑其对地力的影响程度,采用专家打分的方法分别予以以下赋值即以特征值作为其隶属函数(表5-11)。

  5.5耕地质量分级及利用建议

  5.4.1耕地质量综合指数计算

  研究区耕地质量综合评价数学模型见公式4-4,通过以上评价模型计算出所划分的各个评价单元的综合指数(如表5-12)。

  5.5.2耕地质量分级

  本文对耕地质量的分级采取累积曲线法,把各个评价单元的综合指数制作成累计频率曲线(如图5-9所示),根据评价单元综合指数在频率曲线聚类划分研究区的耕地质量等级。按照评价单元综合指数分布的频率,根据将研究区的耕地分成3个质量等级见表5-13所示。

  本文通过对武胜县耕地质量进行研究,将研究区的耕地分成3个等级。通过上述研究可知,研究区耕地质量评价综合指数较高,耕地质量总体较好。研究区内耕地总面积为57886.62hm²,其中一等地面积的3567.63hm²,占耕地总面积的6.17%,二等地面积34692.95hm²,占耕地总面积的59.93%,三等地面积19626.04hm²,占耕地总面积的33.90%。其中水田、旱地各等分布情况详见表5-14、图5-10。

  武胜县各乡镇不同耕地质量等级面积汇总(表5-15)如下:

  通过对以上结果得出武胜县一等地主要分布县域的西部及东部地区,包括乐善镇、龙庭乡、胜利镇、双星乡、新学乡等乡镇;全县主要耕地为二等地,广泛分布在县域各个乡镇;三等地主要分布县域的西部及东部地区,包括中心镇、沿口镇、赛马镇、烈面镇、龙女镇、金牛镇等乡镇,这些乡镇内的耕地质量较低,主要以为区域内地形较为复杂,耕作条件不便。

  5.5.3各等耕地利用建议

  以耕地质量评价结果为根据,结合武胜县实际的区位条件、地形地貌条件、气候水文特征、土地利用现状特点以及社会经济发展因素的差异,以及武胜县土地利用总体规划与城乡统筹发展建设规划安排的需要,综合考虑研究区域内各影响因素对其做出利用建议。将武胜县的16个镇和15个乡范围内的耕地利用划分为耕地重点保护区、耕地生态保护区、耕地集约利用区。通过对研究区耕地片区的划分明确区域内耕地保护、开发利用方向,以便实施差别化的耕地利用、调整对策,加强武胜县耕地合理的利用、开发及其保护。

  (1)一等地

  研究区内一等地面积为3567.63hm²,占耕地总面积的6.17%,主要位于武胜县西南部与东部地区的耕地质量最优,一等地的耕地质量等级高且相似,耕地利用方向一致,地形条件相对平坦,耕地成片集中,农耕条件良好。片区内水源充足,水利与道路等基础设施建设完善。该区域以高标准基本农田建设为重点,加强农田基础设施建设,改良中低产田,提高耕地生产能力,兼顾农业的生态效应,大力发展绿色生态农业。

  (2)二等地

  二等地面积34692.95hm²,占耕地总面积59.93%,广泛分布于武胜县境内涉及各个乡镇的耕地。这类耕地一部分分布研究区域东南部位,主要包括沿口镇、猛山乡、双星乡、旧县乡、永胜乡、乐善镇等乡镇的耕地。该区域内沿口镇属于县驻地,土地利用率极高,人口密度相对较大,城镇建设项目多,建设用地需求量旺盛,该片区土地后备资源薄弱。该区域的整治重点是以农业产业化发展为目标,以髙标准基本农田建设为载体,加大产业基地的建设,提高农业生产的规模化和资源利用效益。

  (3)三等地

  耕地集约利用区位于研究区域西北部位,主要包括沿口镇、猛山乡、双星乡、旧县乡、永胜乡、乐善镇、龙庭乡、街子镇等乡镇的耕地。该区域内沿口镇属于县驻地,土地利用率极高,人口密度相对较大,城镇建设项目多,建设用地需求量旺盛,该片区土地后备资源薄弱。该区域一是修建工业梯田,减少非农用设施建设占用耕地的数量,切实保护耕地;另外以高标准基本农田建设为依托,重点打造蔬菜示范基地,满足人民生活的需求。

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