耕地質量評價的研究綜述與趨勢,農業(yè)基礎科學論文

耕地質量評價的研究綜述與趨勢,農業(yè)基礎科學論文耕地約占全球陸地外表積的10.20%,是農業(yè)生產最重要的資源，對保障糧食安全、生態(tài)安全以及可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[1].截至2020年底，我們國家耕地面積為1.35億hm2〔20.27億畝〕，但耕地質量總體偏低且難以可持續(xù)地維持，耕地利用中存在著保障糧食安全與撂荒趨勢加重、耕地保衛(wèi)政策與實踐中占優(yōu)補劣、保證農產品安全與土壤環(huán)境污染等矛盾。由于遭到土地限制、消費增長及工業(yè)發(fā)展的影響，近年來我們國家農產品呈現進口多、出口少的局面[2];而國內由于農業(yè)比擬效益低、農村勞動力流失及土地流轉困難等造成大面積耕地撂荒[3].為保障糧食自給，保衛(wèi)耕地已成為一項基本國策，但在實踐中，各類建設大量占用優(yōu)質耕地，而補充的耕地大多質量較差。除此之外，我們國家擁有全球7%的耕地，而化肥和農藥的使用量卻全球占比高達35%,2020年初次土壤環(huán)境質量普查結果顯示耕地污染超標率達19.4%,農產品質量安全問題已引起了廣泛的關注。這些都對耕地質量評價提出了新的要求。耕地質量評價起源于歷史上為制定賦稅而定性地將土壤分為三六九等[4].1961年美國農業(yè)部公布的世界上第一個全面系統的土地生產能力評價系統[5]使耕地質量評價從定性走向定量。之后出現了多目的的評價，包括耕地地力監(jiān)測、土地生產潛力分級、土地承載力評價、全國分區(qū)評價等。近年來地理信息系統〔GIS〕、遙感〔RS〕技術的應用，推動了耕地質量評價向多尺度、高精度發(fā)展。但當前耕地質量評價尚存在很多問題，如較多考慮生產目的而輕視生態(tài)安全及可持續(xù)性；缺乏統一標準使得評價結果比擬性差，對我們國家耕地質量是變好還是變差仍不能確定[6];靜態(tài)的大尺度評價難以指導實際農業(yè)生產；對于新增、擱置耕地的質量評價缺乏，出現占優(yōu)補劣的現象等。因而，推動耕地質量評價向綜合化、標準化、動態(tài)化及實踐化轉變應成為今后努力的方向。本文在總結國內外耕地質量評價文獻的基礎上，討論耕地質量的內涵，梳理了耕地質量評價的主要方式方法和技術，分析了不同尺度耕地質量評價的現在狀況，并提出將來發(fā)展趨勢，以期為將來耕地質量評價理論提升和精細化農業(yè)發(fā)展提供支持和根據。2耕地質量評價研究進展2.1耕地質量內涵及概念耕地是經過開墾用以種植農作物并經常耕耘的土地[7],是一種特定的土地利用類型。耕地質量即耕地的狀況與條件[8],其內涵從早期單一目的的基礎地力擴展到涵蓋適宜性、生產潛力、生態(tài)安全、環(huán)境質量及可持續(xù)性等多個方面。起初，耕地質量主要指耕地在現有的農業(yè)生產技術、管理與投入水平下所能到達的現實生產能力[9].之后，美國農業(yè)部于1961年提出土地潛力分類系統〔LandCapabilityClassification,LCC〕[10],耕地生產潛力成為耕地質量的重要內容，其是指在當地實際光、熱、水氣候資源條件下，其他環(huán)境因素均處于最適狀態(tài)時，農作物所能到達的最高產量[11].1976年，聯合國糧農組織從適宜性角度提出了全世界第一個統一的土地評價系統(土地評價綱要〕，華而不實耕地適宜性指耕地被持續(xù)用于特定土地用處時所表現出來的適宜與否及其程度的特性[9].20世紀80年代，國際上開場關注土壤及環(huán)境健康問題，加拿大率先開展了土壤健康項目[12],耕地土壤及環(huán)境健康也成為耕地質量的重要方面。華而不實，土壤健康質量指土壤影響或促進人類和動植物健康的能力；土壤環(huán)境質量為土壤包容、吸收和降解各種環(huán)境污染物的能力。隨后，由于資源不合理利用引起了一系列問題，土地可持續(xù)利用理論于1993年被初次提出，根據FAO的定義，土地利用的可持續(xù)性指：假如預測到一種土地利用在將來相當長的一段時間內不會引起土地適宜性的退化，則以為這樣的土地利用是可持續(xù)的[13],相應地，耕地質量概念開場納入可持續(xù)性的內涵。由于耕地質量內涵在不斷變化，國內學者對耕地質量概念并沒有統一的定義。20世紀90年代，學者們主要從生產力的角度界定耕地質量的概念，如倪紹祥將其定義為耕地的生產率水平[14],趙登輝定義為耕地肥力及位置[15].21世紀初期，耕地質量概念逐步考慮生態(tài)環(huán)境、承載力、可持續(xù)等內容，如吳群以為耕地質量包括適宜性、生產潛力和現實生產力3個方面[9],朱永遠恒久等則以為耕地質量包含生態(tài)、生產、承載力[16],而2008年農業(yè)部(耕地地力調查與質量評價技術規(guī)程〕將耕地質量定義為知足作物生長和清潔生產的程度，包括耕地地力和耕地環(huán)境質量兩方面[17].最近，學者們開場進行綜合性的界定，如孔祥斌提出耕地質量是自然、社會、經濟與技術進步綜合影響結果[18];陳印軍等[19]和沈仁芳等[20]都分別提出了類似的耕地質量概念，即包括土壤質量、空間地理質量、管理質量和經濟質量?？傊?，隨著自然環(huán)境條件變化和社會經濟發(fā)展對耕地的影響及需求的變化，耕地質量的概念和內涵仍在不斷豐富和發(fā)展之中。2.2耕地質量評價方式方法耕地質量評價是基于特定目的的專項或綜合評價，已從查田定產、土壤性質、基礎地力等耕地自然狀態(tài)的研究，發(fā)展到綜合考慮自然、經濟和社會的人地一體化的資源價值管理評價[21].根據耕地質量評價的目的和任務不同，出現了不同的評價方式方法，當前主要的耕地質量評價方式方法有：〔1〕農業(yè)生產能力評價。最初的中低產田劃分，即根據單位面積糧食產量劃定耕地質量，是對農業(yè)生產能力的評價。這種方式方法資料易得、簡單易行，能真實地反映耕地質量狀況[22];但是只能從結果反映狀況，沒能將自然條件和人為投入具體表現出出來。之后，農業(yè)部于1996年開展了(全國耕地類型區(qū)耕地地力等級劃分〕，是利用單位面積糧食產量和耕地地力要素〔土壤理化性質、地形坡度、耕層狀況等〕指標，把全國劃分為7個耕地類型區(qū)和10個耕地地力等級[23].此后又于2008年制訂了(全國耕地地力調查與質量評價技術規(guī)程〕，選取了氣象、立地條件、剖面性狀、土壤理化性狀、障礙因素、土壤管理等評價因素，其評價步驟為：評價單元賦值、確定各評價因子的權重〔特爾斐法、層次分析法〕和從屬度〔特爾斐法、從屬函數法〕、計算耕地地力綜合指數〔累加法〕、劃分地力級別〔等距法〕[17].總之，結合自然和人為投入的耕地地力評價方式方法，能夠綜合具體表現出耕地的自然和經濟的再生產能力[9].〔2〕耕地潛力評價。國際上比擬成熟的有FAO的農業(yè)生態(tài)區(qū)法〔AEZ〕、土壤生產力指數模型、土壤潛力模型、邁阿密模型、桑斯威特紀念模型、格斯勒-里斯模型、瓦格寧根模型[24];國內常用的為光合生產潛力、光溫生產潛力、氣候生產潛力、經濟生產潛力等[25].美國農業(yè)部根據限制因子及經營管理差異將土地分為潛力級、潛力亞級和潛力單位3個等級，評價步驟為：確定評價單元、建立評價體系、擬定評價表和評定等級[26].1986年，原農牧漁業(yè)部土地管理局以水、熱、土等自然條件為評價因素，劃分了農用地自然潛力的級別。潛力評價揭示了土地可利用的范圍，主要服務于土地質量管理工作，如耕地占補平衡評價、基本農田保衛(wèi)區(qū)劃定、土地置換等，對于進一步研究區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、土地承載能力具有重要意義?！?〕適宜性評價。FAO的(土地評價綱要〕采用土地單元屬性與土地利用方式或作物的要求進行匹配的方式方法進行土地適宜性評價[27],步驟為：規(guī)劃土地評價、確定土地利用種類和明確要求、調查土地性質和土地質量、進行土地利用與土地的比擬共四個環(huán)節(jié)[26].適宜性評價因實用性強而獲得很快的發(fā)展，限制評分法[28]、線性回歸法[29]、模糊數學[30]等被引入到適宜性評價中。我們國家1∶100萬土地資源圖分類系統即是參照(土地評價綱要〕，結合我們國家實際，共分了土地潛力區(qū)、適宜類、質量等、限制型和資源單位五個等級，華而不實適宜性評價是土地利用規(guī)劃的根據。適宜性評價并不等同于土地利用規(guī)劃，需在考慮社會經濟條件、生態(tài)環(huán)境效益的前提下才能做決策規(guī)劃?！?〕土壤及環(huán)境質量評價。常見的土壤環(huán)境質量評價方式方法有單因子指數法、模糊綜合評價法[31]、灰色聚類法[32]和綜合指數法等。華而不實，單因子指數法方式方法簡單，只能辨別單個污染物的污染狀況；模糊綜合評價計算方式方法相對復雜，考慮了質量分級的過渡性；綜合指數法是當前應用的主要方式方法，通過環(huán)境質量指數無量綱化后，各因子的奉獻可直觀反映出來[33],且運算簡單易操作。環(huán)境保衛(wèi)部于1995年提出的(土壤環(huán)境質量標準〕，根據土壤污染物〔重金屬、砷、六六六、滴滴涕〕值將土壤環(huán)境質量分為三級[34].農業(yè)部于2000年制定的(農田土壤環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范〕，其評價指標除土壤污染物以外，增加了有機質、全氮、全磷、有效硼等，評價經過包括：調查與資料收集、監(jiān)測單元劃分、布設監(jiān)測點、采集樣品、實驗分析[35].〔5〕可持續(xù)性評價。FAO1993年擬定的(可持續(xù)土地利用管理評價綱要〕〔FESLM〕提出了生產性、穩(wěn)定性、保持性、經濟可行性和社會可接受性的可持續(xù)性五大準則[13],此后，可持續(xù)性成為包括耕地質量評價在內的土地評價研究的重要領域。土地可持續(xù)性研究的重點之一是構建評價指標體系。1995年世界銀行〔WBG〕、聯合國糧食與農業(yè)組織〔FAO〕、聯合國開發(fā)計劃署〔UNDP〕和聯合國環(huán)境署〔UNEP〕共同提出了土地質量指標體系〔LandQualityIndicators,LQIs〕，基礎研究方式方法是壓力-狀態(tài)-響應〔PSR〕模型。之后的各種修訂模型如DPSIR、PSIR、DSR也已成為很多國家研究區(qū)域農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎框架[36,37].國內學者也做了大量的探尋求索，如傅伯杰等提出了不同尺度的生態(tài)、經濟、社會評價框架[38];陳百明建立了包括目的層、準則層、因素層以及元素層4個層次的土地可持續(xù)利用評價指標體系[39];蔡運龍等提出了包括生產力、穩(wěn)定性、恢復力、公平性、協調性的針對變化經過的指標體系[40].當前的可持續(xù)利用評價方式方法存在的缺乏之處在于以短期的縱向比照為主，沒有充分反映出可持續(xù)性的動態(tài)特性[41].〔6〕分等定級。分等定級是國內常用的土地質量評價方式方法。應用最早的是分等賦值法，即人為地劃分土壤肥力評價指標的數量級別以及各指標的權重系數，然后利用簡單的加法、乘法合成一項綜合性的指標評價土壤肥力的高低。其優(yōu)點是簡單明確直觀，缺點是主觀性強，評價結果很大程度取決于評價者的專業(yè)水平。我們國家自20世紀80年代末開場農用地分等定級試點工作，對技術方式方法進行了大量探尋求索，主要成果具體表現出在2001國土資源部公布的(農用地分等定級規(guī)程〕，是指根據農用地自然和經濟兩方面屬性，對農用地的質量優(yōu)劣進行綜合評定，華而不實分等是以相對穩(wěn)定的土地性質為評價指標，定級以集約經營水平或容易被人為投入改變的土地性質為評價指標。其評價流程能夠細分為選擇指標、指標評分、賦權重、整合綜合分值、分等定級等環(huán)節(jié)[42],華而不實分等有間距法、數軸法、總分頻率曲線法，定級有因素法、修正法、樣地法[43].當下我們國家已開展了農用地分等定級工作，建成了全國可比基礎上的耕地質量評價，分等定級的方式方法也在逐步標準化、規(guī)范化、實用化。除此之外，分等定級是對耕地質量的綜合評價，在分等定級經過中，集對分析[23]、模糊數學[44]、高維降維技術[45]等被相繼引入。不同耕地質量評價方式方法的應用和發(fā)展經過并不是獨立的，而是互相聯絡和互相補充的。如土地的可持續(xù)利用是對土地適宜性在時間方向的延伸趨勢進行的一種判定和評估[41];(