摘 要 基于GIS背景下，對貴州省耕地質(zhì)量年度變更成果進(jìn)行研究，進(jìn)而了解該區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量等級變化及空間分布情況，掌握年度內(nèi)耕地質(zhì)量變化情況，有針對性地指導(dǎo)科學(xué)施肥。結(jié)果表明，該區(qū)域耕地質(zhì)量分布呈現(xiàn)一定規(guī)律性，整體表現(xiàn)為中部耕地質(zhì)量等級高于東南部，東部、北部整體上高于西部，耕地質(zhì)量等級以5～7等為主。耕地質(zhì)量隨著自然坡度增加呈現(xiàn)明顯下降趨勢。通過將大數(shù)據(jù)理念和耕地質(zhì)量評價成果相結(jié)合，科學(xué)建立施肥單元，能實現(xiàn)耕地資源土壤數(shù)據(jù)管理與作物科學(xué)施肥的有效銜接。

關(guān)鍵詞 耕地質(zhì)量；科學(xué)施肥；GIS；貴州省

中圖分類號：F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.016

耕地是我國最寶貴的資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，耕地數(shù)量的多少和質(zhì)量高低將嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。貴州屬高原山區(qū)，是全國唯一沒有平原支撐的省份，山地丘陵多，壩區(qū)平地少，是典型的喀斯特發(fā)育，有著“八山一水一分田”的特殊地理環(huán)境。據(jù)第三次全國國土調(diào)查顯示，全省耕地面積已不足353.33萬hm2，人均耕地面積僅0.09 hm2，低于全國平均水平。全省大部分區(qū)域?qū)儆诳λ固氐孛差愋?，喀斯特山地面積占全省總面積的70%以上，水土流失嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻繁，土地瘠薄，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。貴州省耕地質(zhì)量調(diào)查評價最早是按照《耕地質(zhì)量劃分規(guī)范》（NY/T 2872—2015）[1]和《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》（NY/T 1634—2008）[2]，在全國耕地評價因子總集中，選取立地條件、土壤剖面性狀、土壤理化性狀、土壤生物性狀、土壤障礙因素、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件、土壤管理等評價指標(biāo)進(jìn)行評價。自《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）[3]國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，圍繞耕地質(zhì)量等級評價的目標(biāo)和任務(wù)，參照《全國耕地質(zhì)量等級評價指標(biāo)體系》，全省統(tǒng)一規(guī)范評價指標(biāo)體系和技術(shù)方法，實行耕地質(zhì)量10個等級一把尺子的評價標(biāo)準(zhǔn)，以縣為單位，在縣域范圍內(nèi)布設(shè)調(diào)查樣點，通過野外采樣與外業(yè)調(diào)查相結(jié)合的方式，獲取耕地質(zhì)量等級評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重，采用特爾斐法和模糊數(shù)學(xué)法構(gòu)建各指標(biāo)隸屬度，采取空間插值、同土種相似等方法對評價單元進(jìn)行賦值，通過綜合指數(shù)法確定各評價單元耕地質(zhì)量綜合指數(shù)，劃分耕地質(zhì)量等級。結(jié)合全省實際情況，分析耕地質(zhì)量等級的空間格局及分布差異情況，為指導(dǎo)全省科學(xué)施肥提供技術(shù)支撐。

1" 研究區(qū)域與方法

1.1" 研究區(qū)域概況

貴州省位于我國西南腹地的東南部，地處以烏蒙山為界的云貴高原東部地區(qū)，位于東經(jīng)103°36′～109°35′、北緯24°37′～29°13′，東鄰湖南，南鄰廣西，西連云南，北接四川和重慶。全省東西相隔約595 km，南北相距約509 km，總面積約17.6萬km2，占全國面積的1.8%。全省土地資源以山地、丘陵為主，平壩地較少，山地和丘陵占全省面積的92.5%[4]，轄9個市（州）、88個縣（市、區(qū)）。

1.2" 研究方法

1.2.1" 確定評價分區(qū)

貴州省全域?qū)儆谖髂蠀^(qū)一級農(nóng)業(yè)區(qū)，包含渝鄂湘黔邊境山地林農(nóng)牧區(qū)、黔桂高原山地林農(nóng)牧區(qū)、川滇高原山地農(nóng)林牧區(qū)3個二級農(nóng)業(yè)區(qū)。全省88個縣市區(qū)中有28個位于渝鄂湘黔邊境山地林農(nóng)牧區(qū)，有58個位于黔桂高原山地林農(nóng)牧區(qū)，有2個位于川滇高原山地農(nóng)林牧區(qū)。

1.2.2" 建立評價指標(biāo)體系

耕地質(zhì)量是由耕地地力、土壤健康狀況和田間基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成的滿足農(nóng)產(chǎn)品持續(xù)產(chǎn)出和質(zhì)量安全的能力[5]。由于影響耕地質(zhì)量的因素較多，所選取的參評指標(biāo)能有效反映耕地土壤本身質(zhì)量屬性，科學(xué)選擇評價指標(biāo)對開展耕地質(zhì)量等級評價具有重要意義。本研究根據(jù)全國綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，結(jié)合貴州省不同區(qū)域耕地特點、土壤類型分布特征，選擇地形部位、灌溉能力、有效土層厚度、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地等16個指標(biāo)作為本次研究評價指標(biāo)。采用特爾菲法、層次分析法、模糊數(shù)學(xué)等多種方式確定各參評指標(biāo)權(quán)重及隸屬度。

1.2.3" 數(shù)據(jù)來源與處理

所使用數(shù)據(jù)來源于貴州省最新第三次土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、貴州省行政區(qū)劃圖、貴州省第二次土壤普查縣級土壤圖、貴州省地形圖及耕地質(zhì)量等級變更調(diào)查采樣等數(shù)據(jù)圖件資料。為確保本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)范性和準(zhǔn)確性，建立評價空間開始評價之前必須對調(diào)查采樣點的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，審核原則嚴(yán)格按照《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）執(zhí)行，通過縱向與橫向相結(jié)合的方式對數(shù)據(jù)的完整性、科學(xué)性、符合性進(jìn)行審核，包括數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、空間分析等，涵蓋編號、經(jīng)緯度、土壤類型、成土母質(zhì)、地貌類型、障礙因素、障礙層深度、有效土層厚度、pH值、有機(jī)質(zhì)等50多個字段。審核主要查看樣點屬性數(shù)據(jù)的字段統(tǒng)計表，頻數(shù)分布直方圖是否呈正態(tài)分布形式，同時審核數(shù)據(jù)最大值、最小值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.4" 空間數(shù)據(jù)庫建立

利用ArcGIS建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行拓?fù)錂z查，對貴州省最新第三次土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫耕地圖斑進(jìn)行提取。通過貴州省最新土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、土壤圖的疊加，通過圖斑相同屬性合并、不同屬性切割，最終形成耕地資源管理單元圖斑，并對其進(jìn)行面積平差。空間數(shù)據(jù)庫采用高斯—克呂格投影；坐標(biāo)系采用CGCS2000；高程系統(tǒng)采用1980年國家高程基準(zhǔn)，建立耕地質(zhì)量等級評價空間數(shù)據(jù)庫及評價單元540余萬個。

1.2.5" 屬性數(shù)據(jù)庫建立

屬性數(shù)據(jù)庫內(nèi)容是根據(jù)耕地質(zhì)量等級評價需求，按照《耕地質(zhì)量等級》（GB/T33469—2016）的要求建立。屬性數(shù)據(jù)庫字段包括省名、市州名、縣名、鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、村名等行政區(qū)劃名稱，代碼及耕地質(zhì)量調(diào)查信息，土壤樣品分析檢測結(jié)果等內(nèi)容。

1.2.6" 評價單元賦值

耕地評價單元屬性數(shù)據(jù)的賦值在國內(nèi)的獲取一般采用克里金空間插值法，但貴州省的耕地極其破碎，土壤種類的分布圖斑小，不同地形、土壤、耕地指標(biāo)下土壤養(yǎng)分具有不同的空間變異及不同的統(tǒng)計特征。因此，為了更準(zhǔn)確地使耕地圖斑的養(yǎng)分符合實際情況，本研究在實施中對不同的插值模型與參數(shù)進(jìn)行分析，探索出“以點代面、同土種相似、空間相關(guān)”的土壤養(yǎng)分空間屬性數(shù)據(jù)賦值方法。

1.2.7" 耕地質(zhì)量等級劃分

通過累加法計算每個耕地資源管理單元的綜合指數(shù)，利用綜合指數(shù)評分，按從大到小的順序，在耕地質(zhì)量綜合指數(shù)曲線最高點到最低點間，采用等距離法劃分耕地質(zhì)量等級。

1.2.8" 科學(xué)施肥模型建立

根據(jù)耕地質(zhì)量等級分區(qū)評價結(jié)果，以土壤、地貌類型、氣候條件（海拔、積溫）等為表征，按區(qū)分類建立了主要農(nóng)作物函數(shù)施肥模型、施肥參數(shù)，以土定產(chǎn)、以產(chǎn)定肥、因缺補(bǔ)缺，多路徑實現(xiàn)科學(xué)施肥模型建立。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 耕地質(zhì)量等級評價結(jié)果

貴州省耕地面積為3 393 325.45 hm2。根據(jù)《耕地質(zhì)量等級》（GB/T33469—2016）劃分標(biāo)準(zhǔn)，全省1～3等優(yōu)質(zhì)耕地占比10.44%，4～6等中等耕地占比55.36%，7～10等低等耕地面積占比34.2%。整體來看，貴州省耕地質(zhì)量以中低產(chǎn)田土為主。1～10等地中，6等地面積最大，占比23.45%，主要分布在畢節(jié)市、遵義市和銅仁市，面積分別為147 653.25、155 752.24和94 384.63 hm2，依次占該等地面積的18.56%、19.57%和11.86%。1等地面積最小，占比0.63%，主要分布在安順市、黔南州和貴陽市，面積分別為6 713.53、5 261.86和4 360.37 hm2，依次占該等地面積的31.56%、24.74%和20.50%。貴州省耕地質(zhì)量等級面積分布情況見表1。

2.2" 各等級耕地質(zhì)量特征及分布

全省1～3等耕地主要分布在貴陽市、安順市、黔南州、黔東南州等地，海拔主要集中在500～1 500 m范圍內(nèi)，pH值在5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5范圍內(nèi)均有分布，且面積較大，有機(jī)質(zhì)含量以＞35 g·kg-1和25～35 g·kg-1為主。占1～3等較大比例的土壤類型為大眼泥田、斑黃泥田、班潮泥田和黃泥田。4～6等耕地主要分布在黔南州、遵義市、銅仁市和畢節(jié)市等地，其中4等地海拔主要集中在500～1 500 m范圍內(nèi)，pH值在5.5～6.5和7.5～8.5范圍內(nèi)的分布面積較大，有機(jī)質(zhì)含量以＞35 g·kg-1和25～35 g·kg-1為主，占該等級比例較大的土壤類型為大泥土、黃泥田和大泥田。5等地海拔主要集中在500～1 500 m范圍內(nèi)，pH值在5.5～6.5和7.5～8.5范圍內(nèi)的分布面積較大，有機(jī)質(zhì)含量以＞35 g·kg-1和25～35 g·kg-1為主，占該等級比例較大的土壤類型為大黃泥土、黃泥土和大泥土、黃砂泥土。7～10等地主要分布在畢節(jié)市、六盤水市和銅仁市等地，其中7等地在海拔500～2 500 m范圍內(nèi)均有分布，pH值在5.5～6.5范圍內(nèi)的分布面積較大，有機(jī)質(zhì)含量以＞35 g·kg-1和25～35 g·kg-1為主，占該等級比例較大的土壤類型為礫石灰泡土、大灰泡土和黑巖泥土。8等地在海拔500～2 000 m范圍內(nèi)均有分布，pH值在5.5～6.5范圍內(nèi)的分布面積較大，有機(jī)質(zhì)含量以25～35 g·kg-1分布最廣，占該等級比例較大的土壤類型為礫石灰泡土、黃砂土和黑巖泥土。6等地在海拔500～2 000 m范圍內(nèi)均有分布，pH值主要分布在4.5～5.5和5.5～6.5范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)含量在15～25、25～35 g·kg-1分布最廣，占該等級比例較大的土壤類型為白云砂土、黃砂土和紫砂泥土。10等地在海拔500～2 000 m范圍內(nèi)均有分布，pH值主要分布在4.5～5.5和5.5～6.5范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)含量在15～25、25～35 g·kg-1分布最廣，占該等級比例較大的土壤類型為白云砂土、礫石黃泥土和黃砂土。

2.3" 不同農(nóng)業(yè)二級分區(qū)耕地質(zhì)量分布情況

研究表明，黔桂高原山地林農(nóng)牧區(qū)耕地等級以5等地和6等地面積最多，分別為499 374.27、539 836.23 hm2，占比分別為21.98%、23.77%；而1等地與10等地面積最少，分別為19 251.29、38 977.86 hm2，占比分別為0.85%、1.72%。渝鄂湘黔邊境以5等地與6等地面積最多，分別為140 294.74、207 334.42 hm2，占比分別為17.77%、26.26%；而1等地與10等地的面積最少，分別為2 020.13、10 425.07 hm2，占比分別為0.26%、1.32%。川滇高原山地農(nóng)林牧區(qū)耕地等級分布在2～10等之間，其中7等地與8等地面積最多，分別為162 184.49、67 009.83 hm2，占比分別為48.83%、20.17%；而2等地與3等地面積最少，分別為0.36、108.94 hm2，占比分別為0.000 1%、0.03%。

2.4" 不同自然坡度及利用類型分析

將全省耕地自然坡度分為小于2°（含2°）、2°～6°（含6°）、6°～15°（含15°）、15°～25°（含25°）和25°以上5個坡度級。研究表明，耕地質(zhì)量依次為2°（含2°）＞2°～6°（含6°）＞6°～15°（含15°）＞15°～25°（含25°）＞25°以上。從不同利用類型來看，耕地質(zhì)量整體表現(xiàn)為水田＞水澆地＞旱地的趨勢，研究結(jié)果與地方生產(chǎn)實際基本相符。

2.5" 耕地土壤主要性狀

2.5.1" 有機(jī)質(zhì)

全省耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量主要位于25～35 g·kg-1和＞35 g·kg-1區(qū)間，所占面積分別為1 661 226.32、1 017 444.89 hm2，分別占全省耕地總面積的48.96%和29.98%。從土壤類型上看，以黃壤、水稻土、粗骨土和黃棕壤為主。貴州省耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量等級分布情況詳見表2。

2.5.2" 有效磷

貴州省耕層土壤有效磷含量主要位于5～10 mg·kg-1及10～20 mg·kg-1區(qū)間，所占面積分別為902 060.40、1 267 589.76 hm2 ，分別占全省耕地總面積的26.58%和37.36%。從土壤類型上看，以黃壤、粗骨土、黃棕壤和紫色土為主。貴州省耕層土壤有效磷含量等級分布情況詳見表3。

2.5.3" 速效鉀

貴州省耕層土壤速效鉀含量主要位于100～150 mg·kg-1及150～200 mg·kg-1區(qū)間，所占面積分別為1 230 763.70、861 019.32 hm2，分別占全省耕地總面積的36.27%和25.37%。從土壤類型上看，以黃壤、粗骨土、黃棕壤為主。貴州省耕層土壤速效鉀含量等級分布情況詳見表4。

2.5.4" 酸堿度

貴州省耕層土壤pH值主要位于5.5～6.5及7.5～8.5區(qū)間，所占面積分別為1 654 788.89、868 110.30 hm2 ，分別占全省耕地總面積的48.77%和25.58%。從土壤類型上看，pH值5.5～6.5之間，以黃壤、黃棕壤、粗骨土和水稻土為主；pH值7.5～8.5 之間，以石灰土為主，兼有部分水稻土。貴州省耕層土壤pH值等級分布情況詳見表5。

2.6" 科學(xué)施肥單元建立方法研究

把大數(shù)據(jù)的理念、耕地質(zhì)量評價成果貫穿到耕地資源土壤數(shù)據(jù)管理與作物精準(zhǔn)施肥技術(shù)中，獲得耕地土壤屬性、作物營養(yǎng)需求等數(shù)據(jù)、參數(shù)，分區(qū)域、分作物按最小的生產(chǎn)單元提出科學(xué)的施肥方案。本研究采用到土種的土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖與村級行政區(qū)劃圖疊加產(chǎn)生的圖斑作為精準(zhǔn)施肥管理單元，按單元進(jìn)行土壤養(yǎng)分填圖，當(dāng)疊加后出現(xiàn)土種與利用現(xiàn)狀相矛盾的圖斑，則按原土種的演變規(guī)律修正圖斑土壤類型。因第三次全國國土調(diào)查圖斑較小，可以考慮直接作為施肥管理單元，如有到地塊確權(quán)圖，也可直接作為施肥管理單元。

3" 結(jié)論與討論

GIS技術(shù)能夠?qū)⒌乩硇畔?shù)據(jù)可視化、空間分析和模型構(gòu)建等功能相結(jié)合，為耕地質(zhì)量評價提供了一種高效、準(zhǔn)確和科學(xué)的方法。整體來看，貴州省耕地質(zhì)量分布呈現(xiàn)一定規(guī)律性，中部耕地質(zhì)量等級高于東南部，東部、北部整體上好于西部；全省耕地以5～7等地為主。耕地質(zhì)量隨著自然坡度增加呈現(xiàn)明顯下降趨勢?？λ固氐孛采降氐匦螌?dǎo)致全省耕地資源破碎，分布零散，海拔高差大，氣候資源垂直分布明顯，小地形氣候類型較多。在該區(qū)域，可采用土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖與村級行政區(qū)劃圖疊加產(chǎn)生的圖斑作為精準(zhǔn)施肥管理單元，針對圖斑面積較小地塊，也可直接作為科學(xué)施肥最小單元。

下一步在分析該區(qū)域耕地土壤質(zhì)量基礎(chǔ)上，以土壤的區(qū)域組合為基礎(chǔ)，以土壤的生產(chǎn)問題為重點，以土壤改良利用為方向，探索開展作物適宜性評價，進(jìn)一步摸清耕地對不同作物在生產(chǎn)上的有利條件和障礙因素，因地制宜合理科學(xué)進(jìn)行作物適應(yīng)性功能分區(qū)，針對不同質(zhì)量耕地確定綜合開發(fā)利用方向和制定改良利用措施，充分發(fā)揮耕地的生產(chǎn)潛力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展，有效保障國家糧食安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.耕地質(zhì)量劃分規(guī)范：NY/T 2872—2015[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2016.

[2] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范：NY/T 1634—2008[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.耕地質(zhì)量等級：GB/T 33469—2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016

[4] 貴州省自然資源廳.貴州省自然資源公報[EB/OL]. https：//zrzy.guizhou.gov.cn/wzgb/zwgk/zdlyxxgk/tjsj/202307/P020230719369993044903.

[5] 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測保護(hù)中心，揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站.耕地質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)化實踐［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社：2018.

（責(zé)任編輯：易" 婧）

收稿日期：2024-03-06

作者簡介：李瑞（1985—），碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事耕地質(zhì)量提升、土壤肥料施用技術(shù)推廣。E-mail：296878080@qq.com。