谯显明，王　祎

(1.甘肃省华池县农业技术推广中心，甘肃 庆阳 745000； 2. 甘肃省凉州区农业技术推广中心, 甘肃 武威 733000)



基于GIS的华池县耕地生产力分级评价与属性分析

谯显明1，王祎2

(1.甘肃省华池县农业技术推广中心，甘肃 庆阳 745000； 2. 甘肃省凉州区农业技术推广中心, 甘肃 武威 733000)

以土壤图、土地利用现状图、行政区划图和地貌类型分区图叠加形成评价单元，选取对研究区耕地生产力影响较大、与农业生产有密切关系，并且具有区域差异明显、时间序列上相对稳定特征的11个因子，建立了评价指标体系。应用层次分析法，通过综合分析，将华池县耕地共划分为5个等级。结果表明：华池县总耕地面积为6.89万hm2，其中二级、三级、四级生产力耕地占的比例较大，分别为19.1%、35.1%和28.9%，占总耕地的83.1%；一级生产力耕地和五级生产力耕地占的比例较小，分别为5.8%和11.2%。其中高产田地土壤主要黑以垆土和淤积土为主，土壤质地构型以均质中壤和壤身中壤为主，地貌类型主要为川台地和塬地为主，灌溉保证率好，灌溉水质好，地势平坦，无明显障碍层，土壤理化性状良好，可耕性强，土壤肥力高；低产田地土壤以黄绵土为主，红土面积较少；地貌类型以北部高山丘陵区、南部丘陵区、子午岭丘陵区分布广，川台地和塬地面积较小；土壤质地构型以均质中壤为主，壤身轻壤和壤身中壤类含量较少。图3，表7，参12。

GIS；耕地生产力；分级评价

0　前　言

此研究依托华池县测土配方施肥项目，利用华池县基础图件、自然及经济统计数据，结合GIS建立空间数据库和属性数据库，以土壤图、土地利用现状图、行政区划图和地貌类型分区图叠加形成评价对象，应用层次分析法，通过综合计算研究耕地生产力等级。目前，国内运用GIS技术对于县域内耕地评价，其方法和体系已经广泛应用。对评价所需的土壤基础分析数据，大部分来源于全国20 世纪80年代初的第二次土壤普查资料，随着农业生产和社会经济的不断发展，耕地的数量质量及其利用已经发生了很大的变化，原有的耕地资料已不能满足对耕地合理利用和科学管理的需要，客观上要求对耕地资源进行系统的调查分析与评价[1-3]。华池县现有土地总面积 37.9万hm2,以农业人口计算人均 3.32 hm2,耕地面积 6.89万hm2,占全县总面积的 18.19 %，土地利用率低。人均耕地面积0.6 hm2，人均耕地面积少。土壤有机质含量低，缺磷少氮，东部钾丰富，土壤微量元素南部有效硼匮乏，有效锌严重不足；总体来说，土地利用率低，耕地养分含量低，土壤贫瘠。此研究意义在于，通过耕地地力评价这项工作，有效地掌握耕地质量状态，逐步建立和完善耕地质量的动态监测与预警体系，探究不同耕地类型土壤肥力演变与科学施肥规律，为加强耕地质量建设提供依据；可以了解华池县耕地资源状况，提高耕地利用效率，促进现代农业发展；为合理利用现有的耕地资源，治理或修复退化及受污染的土壤提供科学依据，为农业决策者、基层农业技术人员和广大农民提供决策参考，保障农业持续发展。开展耕地地力评价工作是现阶段农业发展的需要，是农业结构调整的需要[4-11]。

1　研究区概况

华池县位于陇东黄土高原庆阳市东北部，介于107°29′W～108°33′W，36°07′ N～36°51′N，属于干旱区域。北接陕西省志丹、吴旗、定边三县，西南部与本市环县、庆城县相连，东南与合水县毗邻。地形从东南向西北呈扇形，东西宽27 km～84 km，南北斜长37 km～110 km。地势北高南低，梁峁相连，沟壑纵横。全县年降水量380 mm～510 mm，地面平均蒸发量约1 500 mm，年日照总时数为2 250 h，平均气温为8.4℃，无霜期145 d～165 d。

2　材料与方法

2.1采样分析及确定评价单元

采样按照随机、等量和多点混合的原则，采集0～20 cm的耕层土壤约4 kg，用四分法留样1 kg。每一个代表样由15个样点混合而成，采样点利用GPS定位，记录经纬度，采集的样品放入统一的样品袋，用铅笔写好标签，内外各一张。样点分布图见图1，样品测定方法详见表1。运用GIS软件，叠加相交华池县土壤图、行政区划图、农用地地块图和地貌类型分区图，生成耕地生产力级别评价的对象单元，其中土壤图图斑数1 090个，行政区划图图斑数111个，农用地地块图图斑数18 277个，地貌类型分区图图斑119个。通过相交叠加，形成最终评价单元数25 875个。

图1　研究区采样点分布图Fig.1　Distribution of sample locations in the study area

2.2选取评价指标及建立层次模型

考虑研究区农业生产，地貌类型、质地、质地构型、剖面构型与土壤类型密切相关，区内差异很大，考虑降水及灌溉条件等多方面因素，结合特尔斐法，遵循重要性、差异性和区域性等原则，从全国65项评价因子中选取了11项作为评价指标，其中立地条件5项，为海拔、土壤侵蚀、抗旱能力、坡度级别和地貌类型；剖面性状2项，分别为质地构型和剖面构型；耕层理化性状2项，分别为质地和代换量；养分状况2项，分别为有机质、有效磷。在这11项评价因子中，6项因子为概念型函数，5项因子是数值型函数。层次模型及总体权重见表2。

表1　样品测定方法

表2　层次模型权重值

2.3模糊数学法确定因子隶属度

11个评价因子中，土壤有机质、有效磷、海拔高度、坡度、代换量为数值型因子，质地、质地构型、剖面构型、侵蚀程度、抗旱能力、地貌类型为概念性因子；各评价因子的隶属度通过专家评分得到。数值型因子见表3，地貌类型表现为川台、塬、子午岭丘陵区、南部丘陵区、北部高山，其隶属度分别为1、0.9、0.8、0.6、0.5；抗旱能力表现为有灌溉、无灌溉，其隶属度分别为1、0.5；质地构型表现为均质中壤、壤身中壤、壤身轻壤、砾质中壤、砾质轻壤；质地表现为中壤、轻壤、重壤，其隶属度分别为1、0.9、0.85；土壤侵蚀表现为无、轻度、中度、重度，其隶属度分别为1、0.9、0.6、0.3；剖面构型表现为A-AC-C、A-Bk-C、A-Bk-Ck、A11-A12-Bk-Ck、A11-A12-C1-C2、A11-A12-C1-C2、O-Ai-Ah-Bk，其隶属度分别为0.64、0.57、0.67、0.84、0.79、0.98。

表3　数值型因子隶属度赋值表

2.4耕地生产力综合指数计算

在县域耕地资源管理信息系统中，按照累计曲线分级法，调节比例划分等级，其中计算生产力等级的公式为：

IFI=∑Fi×Ci

式中：IFI(Integrated Fertility Index)—耕地生产力综合指数；F—第i个因素评语；Ci—第i个因素的组合权重。

3　结果与分析

3.1分级结果

华池县耕地生产力分级标准取值范围为大于0.614 4，0.614 4～0.509 8，0.509 8～0.462 0，0.462 0～0.439 4，小于0.439 4，见图2和表4。根据每个评价单元的综合指数和《全国耕地类型区、耕地生产力等级划分》(NYPT 309-1996)标准，将华池县耕地生产力划分为5个等级，其中二级、三级和四级耕地占耕地面积的绝大部分。评价区域总面积8.09万hm2，平均平差率0.148 3，通过平差计算，净耕地面积6.89万hm2。

图2　耕地生产力等级曲线图Fig.2　Grade curve of cultivated land productivity

IFI>0.61440.6144～0.50980.5098～0.46200.4620～0.4394<0.4394面积(hm2)Area3981.413165.9724154.219889.77691.4生产力等级Productivitygrade一等,First二等,Secord三等,Third四等,Fourth五等,Fifth

3.2等级分布

华池县总耕地面积为6.89万hm2，其中二级、三级、四级生产力耕地占的比例较大，分别为19.1%、35.1%和28.9%，占总耕地的83.1%；一级生产力耕地和五级生产力耕地占的比例较小，分别为5.8%和11.2%，见图3和表5。

图3　耕地生产力等级分布图Fig.3　Distribution of farmland productivity grade

等级Grade一级生产力First二级生产力Second三级生产力Third四级生产力Fourth五级生产力Fifth总计Total单元个数Thenumberofunits863562684776885402425875面积(万hm2)Area0.401.322.421.990.776.89比例(%)Proportion5.819.135.128.911.2100.0

从耕地生产力评价结果数据表中可以看出，一级生产力耕地主要分布在悦乐镇、林镇乡、城壕乡、五蛟乡、山庄乡和王咀子乡；一级生产力耕地，综合评价指数IFI大于0.614 4，耕地面积0.40 hm2，占总耕地面积的5.8%。评价单元863个，其中水田4.53 hm2，占一级生产力耕地面积的0.11%；水浇地541.18 hm2，占一级生产力耕地面积的13.59%；设施农用地38.32 hm2，占一级生产力耕地面积的0.96%；果园24.69 hm2，占一级生产力耕地面积的0.62%。

二级生产力耕地主要分布在城壕乡、林镇乡、南梁乡、山庄乡、白马乡、五蛟乡、悦乐镇；综合评价指数IFI为0.614 4～0.509 8，耕地面积1.31万hm2，占总耕地面积的19.11%，评价单元5 626个。其中水田3.26 hm2，占二级生产力耕地面积的0.02%；水浇地100.04 hm2，占二级生产力耕地面积的0.76%；旱地13 027.23 hm2，占二级生产力耕地面积的98.95%；果园25.92 hm2，占二级生产力耕地面积的0.2%；设施农用地9.52 hm2，占二级生产力耕地面积的0.07%。

三级生产力耕地主要分布在五蛟乡、柔远镇、悦乐镇、城壕乡；综合评价指数IFI为0.509 8～0.462 0，耕地面积2.42万hm2，占总耕地面积的35.1%，评价单元8 477个。其中水浇地10.59 hm2，占三级生产力耕地面积的0.04%；旱地24 122.91 hm2，占三级生产力耕地面积的99.87%；果园13.21 hm2，占三级生产力耕地面积的0.05%，设施农用地7.53 hm2，占三级生产力耕地面积的0.03%。

四级生产力耕地主要分布在柔远镇、五蛟乡、乔川乡、怀安乡、悦乐镇、柴坊畔乡；综合评价指数IFI 0.462 0～0.439 4，耕地面积1.99万hm2，占总耕地面积的28.87%，评价单元6 885个。其中水浇地6.17 hm2，占四级生产力耕地面积的0.03%；旱地19 865.48 hm2，占四级生产力耕地面积的99.88%；果园12.81 hm2，占四级生产力耕地面积的0.06%。设施农用地5.25 hm2，占四级生产力耕地面积的0.03%。

五级生产力耕地主要分布在乔川乡、乔河乡、柴坊畔乡、元城镇、怀安乡、柔远镇综合评价指数IFI小于0.439 4，耕地面积0.77万hm2，占总耕地面积的11.17%，评价单元4 024个。其中水浇地5.21m2，占五级生产力耕地面积的0.07%；旱地7 679.38 hm2，占五级生产力耕地面积的99.84%；果园6.0 hm2，占五级生产力耕地面积的0.08%；设施农用地0.84 hm2，占五级生产力耕地面积的0.01%。表6为华池县一级生产力耕地到五级生产力耕地的各乡镇的分布状况。

表6不同级别生产力耕地的行政区域分布情况表

Tab.6Distribution of cultivated land productivity in different administrative area

乡镇名称Townshipname一级生产力(hm2)Firstgradeland二级生产力(hm2)Secondgradeland三级生产力(hm2)Thirdgradeland四级生产力(hm2)Fourthgradeland五级生产(hm2)Fifthgradeland总计(hm2)Total白马乡Baima42.21344.01039.5887.9621.83935.3城壕乡Chenghao588.52483.92702.0464.074.36312.6怀安乡huaian216.8101.31666.62083.6974.85043.1林镇乡Linzhen732.21944.412.80.00.02689.5南梁乡Nanliang167.31540.01387.240.460.03194.9乔川乡Qiaochuan0.363.21885.62565.41269.75784.1乔河乡Qiaohe3.0565.9819.0914.41256.13558.4柔远镇Rouyuan77.3223.62951.44020.4952.28224.8山庄乡Shanzhuang348.01392.6906.430.78.42686.1上里塬乡Shangliyuan191.2425.5580.7987.14.92189.5王咀子乡Wangzui345.3593.9798.1527.00.02264.2五蛟乡Wujiao429.41147.83482.42802.0228.68090.3元城镇Yuancheng52.1164.91407.41463.61038.54126.4悦乐镇Yuele787.71122.92948.41637.434.06530.4柴坊畔乡Chaifang0.052.21566.71465.91168.34253.1全县Wholecounty3981.413166.024154.219889.77691.468882.7

3.3不同等级养分含量分析

一等地土壤主要以黑垆土和淤积土为主，土壤质地构型以均质中壤和壤身中壤为主；地貌类型主要为川台地和塬地为主；灌溉保证率好，灌溉水质好，地势平坦，无明显障碍层，土壤理化性状良好，可耕性强，土壤肥力高；耕层土壤养分含量有机质13.9 g·kg-1，全氮1.10 g·kg-1，全磷1.0 g·kg-1，全钾18.41 g·kg-1，碱解氮73.0 mg·kg-1，有效磷281 mg·kg-1，速效钾110.6 mg·kg-1，缓效钾938.3 mg·kg-1，见表7。二等地土壤主要有黄绵土和山地灰褐土；土壤质地构型以均质中壤为主；地貌类型以子午岭丘陵区和南部丘陵区为主，土地平整，可耕性较强，土壤肥力较高；耕层土壤养分含量有机质13.0 g·kg-1，全氮1.05 g·kg-1，全磷1.0 g·kg-1，全钾18.07 g·kg-1，碱解氮68.6 mg·kg-1，有效磷37.5 mg·kg-1，速效钾116.8 mg·kg-1，缓效钾961.7 mg·kg-1。三等地土壤以黄绵土为主，淤积土，黑垆土，山地灰褐土中也有少量分布；地貌类型以南部丘陵区、北部高山丘陵区和子午岭丘陵区土壤面积分布较广；土壤质地构型以均质中壤为主，无明显障碍层，土壤理化性状良，可耕性较强；耕层土壤养分含量有机质10.2 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，全磷1.0 g·kg-1，全钾17.8 g·kg-1，碱解氮56.9 mg·kg-1，有效磷22.9 mg·kg-1，速效钾106.7 mg·kg-1，缓效钾874.1 mg·kg-1。四等地土壤以黄绵土为主，山地灰褐土也有少量分布；地貌类型南部丘陵区和北部高山丘陵区面积较大；土壤质地构型以均质中壤为主，壤身轻壤和壤身中壤类含量较少，主要为旱耕地；耕层土壤养分含量有机质9.0 g·kg-1，全氮0.81 g·kg-1，全磷1.0 g·kg-1，全钾17.42 g·kg-1，碱解氮48.2 mg·kg-1，有效磷20.2 mg·kg-1，速效钾106.5 mg·kg-1，缓效钾815 mg·kg-1。五等地土壤以黄绵土为主，红土面积较少；地貌类型以北部高山丘陵区、南部丘陵区、子午岭丘陵区分布较广，川台地和塬地面积较小；土壤质地构型以均质中壤为主，壤身轻壤和壤身中壤类含量较少；耕层土壤养分含量有机质8.8 g·kg-1，全氮0.80 g·kg-1，全磷1.0 g·kg-1，全钾16.89 g·kg-1，碱解氮44.6 mg·kg-1，有效磷20.3 mg·kg-1，速效钾108.5 mg·kg-1，缓效钾776 mg·kg-1。

表7　华池县不同地力等级养分含量

4　结论与讨论

耕地生产力分级评价涉及到相互关联的许多自然要素和部分人为因素(如灌溉)，这些要素有些是可以定量的，如耕层厚度、土壤有效磷含量等。有些要素是概念型的，如土壤剖面构型等。在评价时，概念型因素的描述是通过专家的经验或应用某种数量化方法转换为定量的描述。在确定每个要素对地力的贡献时，也依赖于专家的经验。由于专家认识上的分歧和数学方法的局限，评价结果与耕地的实际生产能力难免会发生一定的偏差。评价工作完成后在不同乡村抽样调查500户农户地块，根据农户反映，高度符合地块260个，占52%，符合地块225，占45%，不符合地块占15.3%，基本符合当地实际情况。

本研究在GIS技术支持上，结合县域耕地资源管理信息系统，建立空间图件数据库和农业生产属性数据库，选取评价因子，综合采用层次分析法、模糊数学法、综合指数法等方法对耕地生产力进行评价，为华池县不同尺度的耕地资源分析、农业结构调整、测土配方施肥、各种作物生产提供科学依据。

评价结果表明，华池县耕地生产力等级与土壤管理关系密切，灌溉土壤属一级生产力耕地和二级生产力耕地；耕地生产力等级与立地条件关系密切，河谷川区和盆地地势平坦，坡度小，海拔低，大部分属一级生产力耕地和二级生产力耕地，北部高山丘陵沟壑区坡度大或海拔高，大部分属三级生产力耕地、四级生产力耕地和五级生产力耕地；耕地生产力等级与土壤类型密切相关，一级生产力耕地土壤主要有淤积土和黑垆土，二级生产力耕地土壤主要有黄绵土和山地灰褐土,三级生产力耕地土壤以黄绵土为主，淤积土、黑垆土、山地灰褐土中也有少量分布, 四级生产力耕地土壤以黄绵土为主，山地灰褐土也有少量分布，五级生产力耕地土壤以黄绵土为主，红土面积较少。

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Evaluation and Analysis for Cultivated Land Productivity Based on GIS in Huachi County

QIAO Xianming1，WANG Yi2

(1.HuachiCenterforAgro-technologyExtension,Qingyang745000,China; 2.LiangzhouPrefectureCenterforAgro-technologyExtension,Wuwei733000,China)

With soil map, land utilization map, administrative zoning map and geomorphic type map as the evaluation units, 11 variables which were closely related to agricultural production with obvious regional variation and stable time sequence were selected to establish the evaluation index system. Hierarchy analysis processes were applied and comprehensively examined. Results showed that the total 68 900 hm2of arable land in Huachi county could be divided into five grades. Majority of the cultivated land fell into the second-, third- and fourth-grade with 19.1%, 35.1% and 28.9%, respectively, accounting for 83.1% of the total arable land, while the first grade and fifth-grade land accounted for 5.8% and 11.2% respectively.

GIS； cultivated land productivity； classification evaluation

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.012

2095-2961(2016)03-0198-08

2015-11-16；

2016-04-21.

农业部测土配方补贴项目.

谯显明(1963-)，男，甘肃镇原人,高级农艺师，从事农技推广、作物栽培、植物保护、土壤肥料及耕地资源等方面的研究和工作.

执笔人：王祎(1986-)，男，甘肃会宁人，土壤学硕士，从事土壤肥料、高效节水及耕地质量建设等工作.

TP391

A