安萍莉 陳思宇 孟麗君 江 麗

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

第三次全國國土調(diào)查要求摸清自然資源家底，主要任務(wù)包括細(xì)化耕地調(diào)查、摸清耕地質(zhì)量家底[1]。耕地分等調(diào)查評價(jià)是耕地質(zhì)量調(diào)查的重要手段，基本思路是應(yīng)用聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)基于土地承載力計(jì)算的“農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法”(AEZ)，以一定耕作制度、田間管理技術(shù)、勞動與物化投入條件下耕地光溫或氣候生產(chǎn)潛力計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)一步考慮耕地利用水平和經(jīng)營水平，逐級修正并劃分出耕地自然質(zhì)量等、利用等和經(jīng)濟(jì)等，使得全國耕地質(zhì)量統(tǒng)一可比[2]。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度作為耕地分等的控制性參數(shù)，其作用是通過標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)，選取各分區(qū)具有代表性的種植制度作為標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，使同一分區(qū)在相同或相似的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度水平下計(jì)算耕地生產(chǎn)力，最終使全國耕地分等結(jié)果公平和可比[3-5]。

上一輪耕地分等中的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是依據(jù)各地區(qū)普遍采納的實(shí)際種植制度確定的[5]。然而最近20～30年，市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快，種植業(yè)比較經(jīng)濟(jì)效益下降，很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)出現(xiàn)撂荒、棄耕或者季節(jié)性棄耕現(xiàn)象[6]，例如長江中下游地區(qū)出現(xiàn)大面積雙季稻改種單季稻現(xiàn)象且呈逐年增加趨勢[7]。地區(qū)普遍采納的實(shí)際種植制度與資源本底不符，不能較好反映區(qū)域耕地真實(shí)的利用潛力和生產(chǎn)力優(yōu)勢[8]，難以適應(yīng)第三次全國國土調(diào)查“摸清家底”的要求和新一輪耕地分等需求。

因此，本研究的目的是以資源本底屬性為切入點(diǎn)，對標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的定義、確定原則、確定方法及結(jié)果進(jìn)行重新界定與更新，首先構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)基本框架，進(jìn)一步確定不同分區(qū)能最大限度發(fā)揮土地生產(chǎn)潛力的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，以期為第三次全國國土調(diào)查和耕地分等評價(jià)提供依據(jù)，為摸清耕地質(zhì)量家底奠定必要的基礎(chǔ)。

1 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度定義與確定原則

1.1 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的定義

標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是耕作制度的標(biāo)準(zhǔn)化，耕作制度是一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)種植制度及與之相適應(yīng)的養(yǎng)地制度的綜合技術(shù)體系[5]，標(biāo)準(zhǔn)耕作制度也應(yīng)包括這2個(gè)方面，但由于各地養(yǎng)地方式難以統(tǒng)一，從耕地分等的角度看，可以將其視為能滿足農(nóng)作物種植的適宜管理培肥措施，標(biāo)準(zhǔn)耕作制度重點(diǎn)考慮種植制度，即當(dāng)?shù)厥熘?、作物組成配置與種植方式(間作、套種和輪連作)。

上一輪提出的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是地區(qū)普遍采納的作物和作物組合類型，以實(shí)際播種面積占比超過一定比例為準(zhǔn)[4]。本研究不再將“普遍采納”作為標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的關(guān)鍵性定義而強(qiáng)調(diào)本底優(yōu)勢，提出新的定義，標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是基于自然資源本底，對當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、生產(chǎn)條件和技術(shù)水平下的農(nóng)作方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，反映地域分工特點(diǎn)與作物生態(tài)適宜性，能最大限度、可持續(xù)地發(fā)揮資源優(yōu)勢與生產(chǎn)潛力，不造成生態(tài)破壞的典型農(nóng)作方式。

1.2 確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的原則

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的定義，確定某一地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度須遵循以下原則：

1)遵循自然資源適宜性，發(fā)揮資源本底潛力。確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度必須以充分發(fā)揮資源優(yōu)勢與生產(chǎn)潛力為前提，尊重糧食生產(chǎn)的自然適宜性，合理配置區(qū)域農(nóng)業(yè)自然資源(土地資源、水資源和氣候資源等)，對于受價(jià)格和政策等因素影響短期作物結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的熟制調(diào)減不能將其作為標(biāo)準(zhǔn)耕作制度。如當(dāng)前南方由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展出現(xiàn)的耕地撂荒或種植一季稻行為，不符合農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢與國家耕地資源調(diào)查大背景，不能將其確定為標(biāo)準(zhǔn)耕作制度。

2)體現(xiàn)區(qū)域特色與地域分工。我國地域遼闊，光溫水土等自然資源以及地形地貌復(fù)雜多樣，由此形成東西南北各異的農(nóng)業(yè)布局，在制定地區(qū)作物布局方案時(shí)，要強(qiáng)調(diào)因地種植，根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件合理選擇適宜種植的作物，趨利避害，發(fā)揮優(yōu)勢。因此，在確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度時(shí)應(yīng)該因地制宜，結(jié)合地域分異規(guī)律選擇合理的耕作制度。

3)體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展資源優(yōu)勢。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定以用養(yǎng)地結(jié)合、可持續(xù)地發(fā)揮資源優(yōu)勢、不造成生態(tài)破壞為前提，最大限度降低作物災(zāi)損率，減少地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)及約束限制因素，確定高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效和良性循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度。

4)典型性與簡單性原則。對于生態(tài)適宜性、種植方式相近模式，將小宗作物向大宗作物靠近(如莜麥、燕麥向小麥靠近)；在間、套作形式多樣地區(qū)，選擇種植面積較大、產(chǎn)量適中的一、二種作為標(biāo)準(zhǔn)；從四大主糧出發(fā)，將復(fù)雜模式向簡單化模式靠近(如小麥/玉米||大豆簡化為小麥/玉米)。

5)體現(xiàn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步。農(nóng)業(yè)技術(shù)現(xiàn)代化會引起種植制度的變化，同時(shí)能有效挖掘當(dāng)?shù)馗厣a(chǎn)潛力。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定應(yīng)結(jié)合作物種植優(yōu)勢和農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，盡可能考慮大面積的平播方式，而減少復(fù)雜的間作和套作模式，以利于機(jī)械化作業(yè)。

2 方法與數(shù)據(jù)

2.1 確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的方法

熟制和作物組成配置是標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的兩大要素，自然資源本底是形成標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的基礎(chǔ)環(huán)境，其中氣候資源本底較為關(guān)鍵，地理地形格局進(jìn)一步?jīng)Q定了水熱再分布。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定的基本思路是基于經(jīng)過地形校正和優(yōu)化的氣候資源本底和作物生態(tài)適宜性，確定當(dāng)?shù)貪撛诘淖顑?yōu)耕地利用方式。在遵循上述原則的基礎(chǔ)上，確立步驟：第一，考慮地形要素與水熱資源之間的相關(guān)性，得到經(jīng)過地形校正的積溫、降水空間分布；第二，基于地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源(以積溫、降水為主)，根據(jù)熟制對水熱資源的要求確定不同區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)的最大熟制即潛在最大熟制；第三，根據(jù)不同作物(作物組合)的生態(tài)適宜性，確定能夠最大限度利用地區(qū)氣候資源本底的作物組成配置，結(jié)合作物種植優(yōu)勢和農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，最終確定全國不同區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定方法Fig.1 Determination method of standard farming system

2.1.1熟制對水熱資源的要求

標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的重要指標(biāo)之一是熟制。熟制的劃分主要以熱量條件為主，水分條件決定了在熱量得到基本滿足的情況下熟制是否能得到保障，同時(shí)由于不同作物對水分需求和反應(yīng)存在較大差異，水分進(jìn)一步?jīng)Q定了熟制下的作物類型和布局。綜合前人的研究[9-11]，得出的熟制劃分基本依據(jù)如表1所示。

表1 熟制劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Division criteria of muti-cropping system

2.1.2作物及作物類型對水熱資源的要求

除熟制外，作物類型是標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的具體指標(biāo)。由于氣候資源本底差異及各種作物或作物組合類型不同的生態(tài)適應(yīng)性(表2和表3)，形成了不同作物種植適宜區(qū)。因此，確定一個(gè)地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，要通過分析作物對不同生態(tài)環(huán)境的要求以及不同地區(qū)氣候資源的特點(diǎn)，分析作物構(gòu)成和耕作制度的合理性，并適當(dāng)評價(jià)作物適宜性的變化趨勢。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究主要的數(shù)據(jù)源有：1)氣象數(shù)據(jù)。全國1981—2010累年逐日氣象數(shù)據(jù)集包括輻射值、日平均氣溫以及逐日降水量數(shù)據(jù)等，共2 122個(gè)站點(diǎn)，來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)；2)作物物候期數(shù)據(jù)。不同作物生育期數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)作物生長發(fā)育和農(nóng)田土壤濕度旬值數(shù)據(jù)集(1991—2008)，共799個(gè)站點(diǎn)，來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)；3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。來源于課題組1980—2015年每隔5年全國縣級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),包括作物播種面積、產(chǎn)量、單產(chǎn)等數(shù)據(jù)，并以三調(diào)耕地分等定級全國各地上報(bào)數(shù)據(jù)為輔助依據(jù)；4)遙感數(shù)據(jù)。DEM高程數(shù)據(jù)、2015年土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)等來源于中科院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.resdc.cn/)；5)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。2018年行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來源于課題組數(shù)據(jù)集;6)其他數(shù)據(jù)。相關(guān)區(qū)劃成果來源于相關(guān)文獻(xiàn)書籍[12-17]。

3 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定結(jié)果

3.1 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)

標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)反映區(qū)域間作物種類、作物結(jié)構(gòu)和熟制的差異性，標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)首先劃定了三大熟區(qū)，在此基礎(chǔ)上劃分了一、二級區(qū)，過程如下：

1)三大潛在熟區(qū)的劃定。①建立≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫、年降水量與經(jīng)緯度、海拔之間的多元線性回歸模型，利用ArcGIS柵格計(jì)算器分別得出≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫和年降水量的柵格空間分布圖，定量確定全國氣候資源本底，如圖2；②將≥0 ℃ 積溫、≥10 ℃積溫、年降水量空間分布圖疊加，利用經(jīng)驗(yàn)頻率曲線法，得到80%保證率下過渡區(qū)優(yōu)化水熱資源空間分布圖；③根據(jù)熟制劃分依據(jù)得到宏觀尺度的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度潛在最大熟制空間分布圖，由于熟制之間的地理界限并非絕對的，因此在各個(gè)熟區(qū)之間劃定一定的過渡帶，如圖3所示。

表2 不同作物對水熱條件的要求Table 2 Requirements for hydrothermal conditions of different crops

表3 不同復(fù)種方式對水熱條件的要求Table 3 Requirements for hydrothermal conditions in different multiple cropping methods

2)一、二級區(qū)的劃分。一級區(qū)與二級區(qū)是依據(jù)地區(qū)自然資源稟賦條件、農(nóng)作方式空間分異規(guī)律進(jìn)行的分區(qū)歸并。劃分指標(biāo)是綜合的，包括地貌、降水、熱量、熟制與作物類型等。在標(biāo)準(zhǔn)耕作制度熟制分區(qū)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國地勢格局差異和區(qū)域光溫水土分異規(guī)律，確定了12個(gè)一級區(qū)，51個(gè)二級區(qū)，如圖4所示。

3.2 不同分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定

根據(jù)地理地形格局及氣候資源本底等確定了標(biāo)準(zhǔn)耕作制度三大潛在熟區(qū)與一、二級區(qū)后，根據(jù)不同作物以及組合類型生長所需的水熱資源條件，得到了不同作物適宜性空間分布圖(圖5)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確立原則，確定了不同區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度如表4所示。

圖2 氣候資源本底條件Fig.2 Climate resource background conditions

圖3 熟制分區(qū)Fig.3 Multi-cropping system zoning

4 與上一輪的差異

4.1 以潛在熟制表征地區(qū)資源本底

本研究不再將作物播種面積占比作為決定性因素，而是以當(dāng)?shù)刭Y源本底條件(農(nóng)業(yè)氣候資源、地形地貌等)與作物生態(tài)適宜性原理為核心來確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，以潛在最大熟制直接表征地區(qū)資源本底和耕地生產(chǎn)潛力，將全國劃分為一熟區(qū)、二熟區(qū)、三熟區(qū)和非種植區(qū)，并通過各種數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析證明了其可行性。以江西地區(qū)為例，自1990—2015年江西省單季稻種植比例呈大幅增長趨勢[7]，如果按照上一輪以播種面積占比作為關(guān)鍵性標(biāo)準(zhǔn)，那么在部分集中種植單季稻地區(qū)一熟中稻將被確定為標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，但本研究根據(jù)其資源本底確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度為三熟油-稻-稻，并通過驗(yàn)證證明三熟制確能在江西實(shí)現(xiàn)。從1992—2008年江西農(nóng)業(yè)氣象觀測作物生育期的數(shù)據(jù)來看，14個(gè)站點(diǎn)均有早稻、晚稻和油菜農(nóng)業(yè)觀測數(shù)據(jù)(表5)，符合油-稻-稻種植；同時(shí)對1990年江西各縣作物播種面積進(jìn)行分析，早晚稻面積遠(yuǎn)大于一季中稻；閆慧敏等[18]和左麗君等[19]采用遙感解譯該地區(qū)也均有三熟種植分布，歷史種植習(xí)慣和生產(chǎn)現(xiàn)狀均表明三熟制油-稻-稻的現(xiàn)實(shí)合理性。與實(shí)際復(fù)種指數(shù)相比，三熟制是未來農(nóng)業(yè)集約發(fā)展的方向，同時(shí)表征該地區(qū)耕地的復(fù)種潛力，體現(xiàn)生產(chǎn)力優(yōu)勢和實(shí)際耕地質(zhì)量。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)Fig.4 Standard farming system zoning

圖5 不同作物及組合類型生態(tài)適宜種植區(qū)分布圖Fig.5 Ecologically suitable growing areas for different crops and combinations

表4 不同區(qū)域特征及標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定結(jié)果Table 4 Characteristics and determination results of standard farming systems of different zoning

表4(續(xù))

表5 江西省作物物候期觀測數(shù)據(jù)Table 5 Observation data of crop phenology in Jiangxi Province 月/旬

圖6 云南省標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)Fig.6 Zoning of standard farming system in Yunnan Province

4.2 突出溫度、地形等要素引起的區(qū)間局部熟制差異

溫度、地形的局部分異會引起熟制的較大差異從而對耕地質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，需要將其差異性區(qū)別開來，而上一輪并沒有對部分地區(qū)存在的溫度帶、地形海拔的較大分異予以考慮。本研究標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)相比上一輪進(jìn)行了細(xì)化，對原二級區(qū)內(nèi)地形地貌較復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行了細(xì)化調(diào)整和作物生態(tài)適宜性確定。如上一輪的二級區(qū)云南高原區(qū)橫跨中亞熱帶與南亞熱帶，南北熱量差異較大，因此熟制上存在較大差別。本輪將其細(xì)分為云南高原滇中盆地區(qū)和云南高原滇南中山寬谷區(qū)，前者位于中亞熱帶，海拔高，地勢起伏大，以一年二熟、一年一熟混合制為主。后者位于南亞熱帶，起伏小，存在谷地，以一年三熟和一年二熟混合制為主。同樣，因溫度、地形引起局部熟制差異而進(jìn)行的細(xì)分還包括江南中部山地區(qū)、吐哈盆地等地區(qū)，調(diào)整后的分區(qū)能更客觀準(zhǔn)確地表征資源本底，體現(xiàn)真實(shí)的土地利用潛力。

5 結(jié) 論

本研究依據(jù)氣象數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)，采用定量化分析方法建立地理要素與氣候要素的關(guān)系，得到經(jīng)過地形校正和優(yōu)化的全國水熱資源分布，依據(jù)熟制劃分標(biāo)準(zhǔn)得到不同水熱資源條件下的全國潛在熟制空間分布，根據(jù)熟制和作物生態(tài)適宜性差異進(jìn)一步劃分了12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度一級區(qū)和51個(gè)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度二級區(qū)，結(jié)合作物種植優(yōu)勢和農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，確定了不同分區(qū)以熟制、作物組成配置為核心的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，反映了各耕作區(qū)在資源稟賦承載力下具有最大生產(chǎn)潛力的典型農(nóng)作方式，為耕地質(zhì)量調(diào)查和農(nóng)用地分等定級提供有力支撐。本輪標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確立的特點(diǎn)在于：

1)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是基于當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源本底和作物生態(tài)適宜性確定的地區(qū)潛在最優(yōu)農(nóng)地利用方式。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定結(jié)果可反映潛在最大熟制，規(guī)避了由于市場化進(jìn)程加快而出現(xiàn)的熟制調(diào)減卻被確定為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)耕作制度的情況，通過比較與實(shí)際熟制的差異，可以有方向地挖掘耕地生產(chǎn)潛力。

2)采用定量化方法建立地理要素與氣候要素的關(guān)系，分析了地理要素對水熱資源分配及作物組成配置的影響，更客觀、精確地反映出我國各地區(qū)氣候資源稟賦條件與標(biāo)準(zhǔn)耕作制度潛力。

標(biāo)準(zhǔn)耕作制度是區(qū)域土地利用的“標(biāo)桿”，是地區(qū)最典型的反映土地資源潛力與優(yōu)勢的農(nóng)作方式。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定為三調(diào)耕地分等“摸清耕地質(zhì)量家底”提供有力支撐，同時(shí)適應(yīng)未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，便于合理調(diào)控農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，為區(qū)域糧食生產(chǎn)挖潛提供方向。