耕地质量评价的研究综述与趋势,农业基础科学论文

耕地质量评价的研究综述与趋势,农业基础科学论文耕地约占全球陆地外表积的10.20%,是农业生产最重要的资源，对保障粮食安全、生态安全以及可持续发展具有重要作用[1].截至2020年底，我们国家耕地面积为1.35亿hm2〔20.27亿亩〕，但耕地质量总体偏低且难以可持续地维持，耕地利用中存在着保障粮食安全与撂荒趋势加重、耕地保卫政策与实践中占优补劣、保证农产品安全与土壤环境污染等矛盾。由于遭到土地限制、消费增长及工业发展的影响，近年来我们国家农产品呈现进口多、出口少的局面[2];而国内由于农业比拟效益低、农村劳动力流失及土地流转困难等造成大面积耕地撂荒[3].为保障粮食自给，保卫耕地已成为一项基本国策，但在实践中，各类建设大量占用优质耕地，而补充的耕地大多质量较差。除此之外，我们国家拥有全球7%的耕地，而化肥和农药的使用量却全球占比高达35%,2020年初次土壤环境质量普查结果显示耕地污染超标率达19.4%,农产品质量安全问题已引起了广泛的关注。这些都对耕地质量评价提出了新的要求。耕地质量评价起源于历史上为制定赋税而定性地将土壤分为三六九等[4].1961年美国农业部公布的世界上第一个全面系统的土地生产能力评价系统[5]使耕地质量评价从定性走向定量。之后出现了多目的的评价，包括耕地地力监测、土地生产潜力分级、土地承载力评价、全国分区评价等。近年来地理信息系统〔GIS〕、遥感〔RS〕技术的应用，推动了耕地质量评价向多尺度、高精度发展。但当前耕地质量评价尚存在很多问题，如较多考虑生产目的而轻视生态安全及可持续性；缺乏统一标准使得评价结果比拟性差，对我们国家耕地质量是变好还是变差仍不能确定[6];静态的大尺度评价难以指导实际农业生产；对于新增、搁置耕地的质量评价缺乏，出现占优补劣的现象等。因而，推动耕地质量评价向综合化、标准化、动态化及实践化转变应成为今后努力的方向。本文在总结国内外耕地质量评价文献的基础上，讨论耕地质量的内涵，梳理了耕地质量评价的主要方式方法和技术，分析了不同尺度耕地质量评价的现在状况，并提出将来发展趋势，以期为将来耕地质量评价理论提升和精细化农业发展提供支持和根据。2耕地质量评价研究进展2.1耕地质量内涵及概念耕地是经过开垦用以种植农作物并经常耕耘的土地[7],是一种特定的土地利用类型。耕地质量即耕地的状况与条件[8],其内涵从早期单一目的的基础地力扩展到涵盖适宜性、生产潜力、生态安全、环境质量及可持续性等多个方面。起初，耕地质量主要指耕地在现有的农业生产技术、管理与投入水平下所能到达的现实生产能力[9].之后，美国农业部于1961年提出土地潜力分类系统〔LandCapabilityClassification,LCC〕[10],耕地生产潜力成为耕地质量的重要内容，其是指在当地实际光、热、水气候资源条件下，其他环境因素均处于最适状态时，农作物所能到达的最高产量[11].1976年，联合国粮农组织从适宜性角度提出了全世界第一个统一的土地评价系统(土地评价纲要〕，华而不实耕地适宜性指耕地被持续用于特定土地用处时所表现出来的适宜与否及其程度的特性[9].20世纪80年代，国际上开场关注土壤及环境健康问题，加拿大率先开展了土壤健康项目[12],耕地土壤及环境健康也成为耕地质量的重要方面。华而不实，土壤健康质量指土壤影响或促进人类和动植物健康的能力；土壤环境质量为土壤包容、吸收和降解各种环境污染物的能力。随后，由于资源不合理利用引起了一系列问题，土地可持续利用理论于1993年被初次提出，根据FAO的定义，土地利用的可持续性指：假如预测到一种土地利用在将来相当长的一段时间内不会引起土地适宜性的退化，则以为这样的土地利用是可持续的[13],相应地，耕地质量概念开场纳入可持续性的内涵。由于耕地质量内涵在不断变化，国内学者对耕地质量概念并没有统一的定义。20世纪90年代，学者们主要从生产力的角度界定耕地质量的概念，如倪绍祥将其定义为耕地的生产率水平[14],赵登辉定义为耕地肥力及位置[15].21世纪初期，耕地质量概念逐步考虑生态环境、承载力、可持续等内容，如吴群以为耕地质量包括适宜性、生产潜力和现实生产力3个方面[9],朱永远恒久等则以为耕地质量包含生态、生产、承载力[16],而2008年农业部(耕地地力调查与质量评价技术规程〕将耕地质量定义为知足作物生长和清洁生产的程度，包括耕地地力和耕地环境质量两方面[17].最近，学者们开场进行综合性的界定，如孔祥斌提出耕地质量是自然、社会、经济与技术进步综合影响结果[18];陈印军等[19]和沈仁芳等[20]都分别提出了类似的耕地质量概念，即包括土壤质量、空间地理质量、管理质量和经济质量。总之，随着自然环境条件变化和社会经济发展对耕地的影响及需求的变化，耕地质量的概念和内涵仍在不断丰富和发展之中。2.2耕地质量评价方式方法耕地质量评价是基于特定目的的专项或综合评价，已从查田定产、土壤性质、基础地力等耕地自然状态的研究，发展到综合考虑自然、经济和社会的人地一体化的资源价值管理评价[21].根据耕地质量评价的目的和任务不同，出现了不同的评价方式方法，当前主要的耕地质量评价方式方法有：〔1〕农业生产能力评价。最初的中低产田划分，即根据单位面积粮食产量划定耕地质量，是对农业生产能力的评价。这种方式方法资料易得、简单易行，能真实地反映耕地质量状况[22];但是只能从结果反映状况，没能将自然条件和人为投入具体表现出出来。之后，农业部于1996年开展了(全国耕地类型区耕地地力等级划分〕，是利用单位面积粮食产量和耕地地力要素〔土壤理化性质、地形坡度、耕层状况等〕指标，把全国划分为7个耕地类型区和10个耕地地力等级[23].此后又于2008年制订了(全国耕地地力调查与质量评价技术规程〕，选取了气象、立地条件、剖面性状、土壤理化性状、障碍因素、土壤管理等评价因素，其评价步骤为：评价单元赋值、确定各评价因子的权重〔特尔斐法、层次分析法〕和从属度〔特尔斐法、从属函数法〕、计算耕地地力综合指数〔累加法〕、划分地力级别〔等距法〕[17].总之，结合自然和人为投入的耕地地力评价方式方法，能够综合具体表现出耕地的自然和经济的再生产能力[9].〔2〕耕地潜力评价。国际上比拟成熟的有FAO的农业生态区法〔AEZ〕、土壤生产力指数模型、土壤潜力模型、迈阿密模型、桑斯威特纪念模型、格斯勒-里斯模型、瓦格宁根模型[24];国内常用的为光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力、经济生产潜力等[25].美国农业部根据限制因子及经营管理差异将土地分为潜力级、潜力亚级和潜力单位3个等级，评价步骤为：确定评价单元、建立评价体系、拟定评价表和评定等级[26].1986年，原农牧渔业部土地管理局以水、热、土等自然条件为评价因素，划分了农用地自然潜力的级别。潜力评价揭示了土地可利用的范围，主要服务于土地质量管理工作，如耕地占补平衡评价、基本农田保卫区划定、土地置换等，对于进一步研究区域发展战略、土地承载能力具有重要意义。〔3〕适宜性评价。FAO的(土地评价纲要〕采用土地单元属性与土地利用方式或作物的要求进行匹配的方式方法进行土地适宜性评价[27],步骤为：规划土地评价、确定土地利用种类和明确要求、调查土地性质和土地质量、进行土地利用与土地的比拟共四个环节[26].适宜性评价因实用性强而获得很快的发展，限制评分法[28]、线性回归法[29]、模糊数学[30]等被引入到适宜性评价中。我们国家1∶100万土地资源图分类系统即是参照(土地评价纲要〕，结合我们国家实际，共分了土地潜力区、适宜类、质量等、限制型和资源单位五个等级，华而不实适宜性评价是土地利用规划的根据。适宜性评价并不等同于土地利用规划，需在考虑社会经济条件、生态环境效益的前提下才能做决策规划。〔4〕土壤及环境质量评价。常见的土壤环境质量评价方式方法有单因子指数法、模糊综合评价法[31]、灰色聚类法[32]和综合指数法等。华而不实，单因子指数法方式方法简单，只能辨别单个污染物的污染状况；模糊综合评价计算方式方法相对复杂，考虑了质量分级的过渡性；综合指数法是当前应用的主要方式方法，通过环境质量指数无量纲化后，各因子的奉献可直观反映出来[33],且运算简单易操作。环境保卫部于1995年提出的(土壤环境质量标准〕，根据土壤污染物〔重金属、砷、六六六、滴滴涕〕值将土壤环境质量分为三级[34].农业部于2000年制定的(农田土壤环境质量监测技术规范〕，其评价指标除土壤污染物以外，增加了有机质、全氮、全磷、有效硼等，评价经过包括：调查与资料收集、监测单元划分、布设监测点、采集样品、实验分析[35].〔5〕可持续性评价。FAO1993年拟定的(可持续土地利用管理评价纲要〕〔FESLM〕提出了生产性、稳定性、保持性、经济可行性和社会可接受性的可持续性五大准则[13],此后，可持续性成为包括耕地质量评价在内的土地评价研究的重要领域。土地可持续性研究的重点之一是构建评价指标体系。1995年世界银行〔WBG〕、联合国粮食与农业组织〔FAO〕、联合国开发计划署〔UNDP〕和联合国环境署〔UNEP〕共同提出了土地质量指标体系〔LandQualityIndicators,LQIs〕，基础研究方式方法是压力-状态-响应〔PSR〕模型。之后的各种修订模型如DPSIR、PSIR、DSR也已成为很多国家研究区域农业可持续发展的基础框架[36,37].国内学者也做了大量的探寻求索，如傅伯杰等提出了不同尺度的生态、经济、社会评价框架[38];陈百明建立了包括目的层、准则层、因素层以及元素层4个层次的土地可持续利用评价指标体系[39];蔡运龙等提出了包括生产力、稳定性、恢复力、公平性、协调性的针对变化经过的指标体系[40].当前的可持续利用评价方式方法存在的缺乏之处在于以短期的纵向比照为主，没有充分反映出可持续性的动态特性[41].〔6〕分等定级。分等定级是国内常用的土地质量评价方式方法。应用最早的是分等赋值法，即人为地划分土壤肥力评价指标的数量级别以及各指标的权重系数，然后利用简单的加法、乘法合成一项综合性的指标评价土壤肥力的高低。其优点是简单明确直观，缺点是主观性强，评价结果很大程度取决于评价者的专业水平。我们国家自20世纪80年代末开场农用地分等定级试点工作，对技术方式方法进行了大量探寻求索，主要成果具体表现出在2001国土资源部公布的(农用地分等定级规程〕，是指根据农用地自然和经济两方面属性，对农用地的质量优劣进行综合评定，华而不实分等是以相对稳定的土地性质为评价指标，定级以集约经营水平或容易被人为投入改变的土地性质为评价指标。其评价流程能够细分为选择指标、指标评分、赋权重、整合综合分值、分等定级等环节[42],华而不实分等有间距法、数轴法、总分频率曲线法，定级有因素法、修正法、样地法[43].当下我们国家已开展了农用地分等定级工作，建成了全国可比基础上的耕地质量评价，分等定级的方式方法也在逐步标准化、规范化、实用化。除此之外，分等定级是对耕地质量的综合评价，在分等定级经过中，集对分析[23]、模糊数学[44]、高维降维技术[45]等被相继引入。不同耕地质量评价方式方法的应用和发展经过并不是独立的，而是互相联络和互相补充的。如土地的可持续利用是对土地适宜性在时间方向的延伸趋势进行的一种判定和评估[41];(