基于“3S”技术的昭平县耕地地力评价

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　　摘要    本研究在野外调查和室内化验分析的基础上，利用测土配方施肥项目所获得的数据，筛选出有机质、有效磷、速效钾、pH值、土壤质地、成土母质、耕层厚度、障碍因素、农田建设、灌溉能力等10个评价因子，组成昭平县耕地评价指标体系，利用GIS对耕地地力进行综合评价，将昭平县14 173.9 hm2耕地地力分为7个等级。实践表明，以“3S”技术进行耕地地力评价能准确地反映耕地地力状况，对耕地的高效、可持续利用具有重要意义。
　　关键词    耕地地力;评价体系;“3S”技术;广西昭平
　　耕地是农业生产的宝贵资源，是社会和经济持续发展的基础，耕地地力的优劣直接影响其生产能力。昭平县地处桂东，是一个“九山半水半分田”的山区县，属桂中气候带，境内地形地貌复杂，辖12个乡镇，159个村（街），农业人口37.59万人，县面积达327 300 hm2，仅有耕地14 173.9 hm2，且分布零散、地力变化大，人多地少矛盾突出，进行耕地地力评价显得尤为重要。
　　传统的耕地质量调查和评价方法得到的只是点上的数据信息，不能全面反映整个区域内土壤养分和土体结构等的空间差异及变化，应用“3S”技术将RS、GIS、GPS 3种独立技术领域中的有关部分有机结合，从而实现耕地资源信息的快速采集和处理，为耕地地力评价提供强有力的基础信息资料和决策支持，特别是利用GIS强大的空间分析和图形编辑功能，直观、高效、准确地反映出当地的耕地地力状况[1]。为了解昭平县耕地的质量、分布和利用现状，找出耕地管理中的经验和问题，为高效、可持续利用耕地资源提供科学依据，应用“3S”技术进行昭平县耕地地力评价。本研究成果2012年12月已通过自治区级验收，现将结果总结如下。
　　1    材料与方法
　　1.1    数据来源
　　1.1.1    基本图件。主要包括地形图、等高线图、行政区划图、土地利用现状图、土壤图等。
　　1.1.2    经济资料。以行政区划为基本单位的土地面积、人口、各种农作物面积及其投入、产出等社会经济数据。
　　1.2    试验方法
　　1.2.1    野外调查。主要包括地理位置、地形地貌、土壤母质、水文、土壤厚度、表层质地、排灌条件、利用现状、作物产量、管理水平等。
　　1.2.2    化验分析。包括有机质、全氮、有效磷、速效钾等大量养分，以及锌、硫等中微量养分含量，pH值、土壤污染元素等。
　　1.2.3    评价方法。使用GPS定位采集土样分析测试，使用RS获取航片勾绘出土地利用现状等图件，使用GIS软件作为空间数据处理工具，建立耕地资源信息管理系统。然后，确定评价因子和评价单元，评价因子的权重和隶属度;在耕地资源信息管理系统中导入耕地地力评价单元图;最后，采用累积频率曲线法划分出评价结果[1-3]。
　　2    结果与分析
　　2.1    耕地资源信息系统建立
　　耕地资源信息系统包括属性数据库、空间数据库、资源管理信息系统，是耕地地力评价的重要环节，建立统一标准和规范的空间数据库和属性数据库，集成相关数据资料、分析模型和知识库，可有效地管理、分析利用包括测土配方施肥在內的数据资料，并为耕地地力评价提供数据来源。
　　2.2    评价因子确立
　　耕地地力评价实质就是评价地形地貌、成土母质、土壤理化性状等自然要素对农作物生长的影响程度。参评因子的选择直接影响评价结果的科学性和准确性，选取评价因子时遵循重要性、稳定性、差异性、精简性和易获取原则，专家组按照特尔斐法及本地实际反复研究，筛选出有机质、有效磷、速效钾、pH值、质地、成土母质、耕层厚度、障碍因素、农田建设、灌溉能力等10个评价因子，并确定为3个层次，组成昭平县耕地地力评价指标体系（图1）。
　　2.3    评价单元确定
　　耕地地力评价是通过对每个评价单元的评价定级，然后得出某个地区的耕地地力状况。本次评价按照《全国耕地类型区、耕地地力等级划分》（NY/T 1309—1996）为标准，以土壤图和土地利用现状图拓扑叠加的方法划分出1 823个评价单元。
　　2.4    因子隶属度确定
　　对定性型数据，采取专家打分法，经过归纳、反馈、逐步收缩、集中最后获得相应的隶属度（表1）。对于定量型数据，则采用特尔斐法与隶属函数法结合的方法确定各评价因子的隶属函数[3]，即根据专家打分评价，经系列运算生成戒上型、戒下型和峰型函数（表2），最后将各评价因子的值代入隶属函数，计算相应的隶属度。
　　2.5    因子权重确定
　　由于每个评价因子对耕地质量影响的程度不同，因而应赋予相应的权重，本次研究用层次分析法来确定各个因子的权重[4]。首先要建立层次结构，如对于目标层A，则要对准则层B中的各因素进行相对重要性判断，请专家采用打分法分别给予评估，从而得到准则层B对于目标层A的判断矩阵。同理，可得到指标层C相对于准则层B的判断矩阵。通过求它们的特征向量就可以得到准则层和指标层的权重系数，这样就可以求得每个评价指标对耕地地力的权重;每个指标对相应准则层的权重系数（Ci）乘以准则层对耕地地力影响的权重系数（Bi）求得各评价因素的组合权重（表3）。
　　2.6    耕地地力综合评分定级
　　在县域耕地资源管理信息系统（CLRMIS）中导入隶属函数模型和层次分析模型，根据综合指数的变化规律，采用累积频率曲线法确定分级方案，将昭平县耕地分为7级（表4）。经系统运算，自动完成各评价单元定级，并可打印出各种成果图件（图2）。 　　2.7    各级耕地概述
　　一级耕地土壤养分状况总体水平较高，主要分布在昭平县东北部的岩溶盆地、中部及西部的山间盆地。耕层土壤主要养分含量有机质、全氮、有效磷为高等级水平，速效钾为中等级水平，微量元素有效含量较丰富。养分平均值有机质为32.3 g/kg、全氮为1.99 g/kg、有效磷为27.1 mg/kg、速效钾为65 mg/kg，为中等级水平;缓效钾为94 mg/kg，为极低等级水平;微量元素有效含量丰富，除有效锰为11.6 mg/kg，属中等水平外，锌、铁、铜都为高等级水平。
　　二级耕地的分布以及养分状况等与一级耕地基本相同。养分平均值有机质为32.1 g/kg、全氮为1.97/kg、有效磷为25.2 mg/kg、速效钾为62 mg/kg、缓效钾为90 mg/kg;微量元素有效含量丰富，除了有效锰11.3 mg/kg，属中等级水平外，锌为高等级水平，铁、铜为极高等级水平。
　　三级耕地农业生产条件较好，主要分布在地形较平坦的区域。土壤养分为中等偏高，其中有机质、全氮、有效磷为中等偏高水平，速效钾为中等偏低水平，微量元素有效含量较丰富。养分平均值有机质為31.6 g/kg、全氮为1.89 g/kg、有效磷为25.3 mg/kg、速效钾为62 mg/kg、缓效钾为93 mg/kg，微量元素有效含量丰富，除有效锰平均值为10 mg/kg，属中等水平外，其他铁、铜、锌都为高等级水平。
　　四级耕地的农业生产条件较差，主要分布在各乡镇的缓丘坡麓、盆谷地、沿河两岸宽谷阶地及低山缓坡区域。土壤养分总体水平仍为中等偏高水平，有机质、全氮、有效磷为高等级水平，速效钾为中等级水平，微量元素有效含量较丰富。养分平均值有机质为30.5 g/kg、全氮为1.81 g/kg、有效磷为24.5 mg/kg、速效钾为77 mg/kg、缓效钾为112 mg/kg，微量元素有效含量丰富。
　　五级耕地农业生产条件较差，基础设施不够完善，产量中等，主要分布在丘陵缓坡、山地坡中下部、坡式梯地、山间宽谷盆地的中上部及沿河两岸高阶地等。耕层土壤主要养分含量中有机质、有效磷、速效钾为中等水平，全氮为高水平，微量元素有效含量较丰富。养分平均值有机质为26.9 g/kg、全氮为1.68 g/kg、有效磷为19.2 mg/kg、速效钾为65 mg/kg、缓效钾为108 mg/kg，微量元素有效含量丰富。
　　六级耕地农业生产条件较差，基础设施不完善，产量较低，主要分布与五级耕地相同。土壤养分总体水平为中等偏高，有机质、有效磷为中等偏高水平，全氮为高水平，速效钾为中等水平，微量元素有效含量较丰富。养分平均值有机质为28.4 g/kg、全氮为1.75 g/kg、有效磷为23.4 mg/kg、速效钾为80 mg/kg、缓效钾为126 mg/kg，微量元素有效含量丰富，铁、锰、铜、锌等都为高等级水平。
　　七级耕地农业生产条件差，基础设施不完善，以旱地为主，主要分布在山间盆谷高台地、丘陵缓坡、山地坡中下部、沿河两岸高阶地等。质地以砂壤为主，耕性稍差，土壤养分总体水平中等。养分平均值有机质为26.3 g/kg、全氮为1.64 mg/kg、有效磷为21.3 mg/kg、速效钾为56 mg/kg、缓效钾131 mg/kg;微量元素有效含量丰富，铁、锰、铜、锌的有效含量都为高等级水平。
　　3    结论与讨论
　　昭平县14 173.9 hm2耕地地力共分为三等七级。其中，一等地（一、二级耕地）面积为2 543.3 hm2，占17.94%;二等地（三、四、五级）面积10 905.5 hm2，占76.94%;三等地（六、七级）面积7 25.1 hm2，占5.12%。从地力等级分布图可看出，昭平县耕地呈零散分布，在全县12个乡镇中，高等级主要分布在东北的凤凰、黄姚2个乡镇，以及北陀、仙回、龙坪地势较为平缓的3个小盘地，而低等级耕地主要分布在山区阶地，评价结果与昭平典型山区县的实际情况相吻合。
　　利用“3S”技术，特别是GIS强大的数据处理和分析功能进行耕地地力评价，统一分析管理耕地地力等级划分过程中空间数据和属性数据，实现评价单元的自动划分和数值的批量计算，提高了工作效率，减少了主观错误的产生，更能准确、直观地反映耕地分布和利用状况，可加强对现有耕地质量、面积和分布的认识，对农业产业结构调整和农业可持续发展都有重要意义[5-6]。
　　4    参考文献
　　[1] 全国农业技术推广服务中心.耕地地力调查与质量评价[M].北京：中国农业出版社，2005.
　　[2] 昭平县农业局.昭平县耕地地力评价[M].南宁：广西科学技术出版社，2016.
　　[3] 龙惠芳，郭熙，赵小敏，等.基于GIS的县域耕地地力评价研究-以江西省乐平市为例[J].江西农业大学学报，2009，31（2）：359-363.
　　[4] 陈初红，邹忠，周鹤.耕地地力评价因子权重及隶属度的确定[J].现代农业科技，2011（12）：280-281.
　　[5] 李学章.“3S”技术的耕地地力评价成果及效益分析[J].安徽农学通报，2010，16（11）：235-237.
　　[6] 龙晓辉.基于3S技术的东安县耕地土壤肥力特征及其分级评价[D].长沙：湖南农业大学，2010.
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