基于空间分等的高标准基本农田类型划分研究

基于空间分等的高标准基本农田类型划分研究

高标准草坪是指经过一定时期的土壤处理和建设，形成的集中连续、配套设施完善、收入稳定、生态良好、抗灾能力强、适合现代农业生产经营的草坪。包括经过整治的原有基本农田和经整治后划入的基本农田。纵观国内外农田建设,美国农田保护以州、县为基础,把重要农田定为基本农田、特殊农田、州重要农田和地方重要农田,采用GIS支持下的LESA(农田评价与立地分析方法)进行农田建设;加拿大不仅重视耕地的数量保护,而且非常强调耕地的质量保护与提高;2012年,国土资源部制定的《农用地质量分等规程》(GB/T28407-2012)国家标准开始正式实施,标志我国农用地质量管理体系建设再上一个新台阶,为实现农用地资源质量、数量并重管理提供了重要技术依据。同年,国务院正式批准颁布了由国土资源部会同有关部门编制的《全国土地整治规划(2011~2015年)》。《规划》明确了未来五年土地整治的指导原则和目标任务,到2015年,新建4亿亩旱涝保收高标准基本农田,并要求经整治的基本农田平均提高1个等级,可见“高标准”与耕地质量等级直接挂钩。按此要求,1亿亩基本农田建设任务已经分解下达到各省市。目前,高标准基本农田建设已经逐步展开,一系列国家相关规范、标准的出台,宏观上起到了一定的理论指导作用。但从具体县域角度考虑,作为高标准基本农田建设的直接执行者,如何因地制宜分区细化建设类型,以有序开展高标准基本农田建设,显得尤为重要。本研究着力从土地限制性角度出发,基于农用地分等成果,运用GIS技术分析限制因素组合类型,划分高标准基本农田建设类型分区,引导有序开展高标准基本农田建设,使工程设计更具有针对性,编制更适合实际的工程措施,从而有效提高耕地质量等别。1材料和方法1.1清原县农田立地条件清原满族自治县属于长白山山脉的西南延续部分,低山丘陵地带;地处抚顺市东部,位于东经124°20′06″~125°28′58″,北纬41°47′52″~42°28′25″,总面积3921km2。全县年平均降水量781.1mm,多集中于7~8月份,冬春雨量偏少。土壤类型主要以棕壤为主。浑河、清河、柴河、辉发河流域总面积3921.0hm2,多年平均径流量为10.59亿m3。山间河谷为第四纪松散岩孔隙水,其含水岩组的岩性为坡洪积—冲洪积的粗砂、砂砾石、砂卵石等。地下水埋藏不一,浅层水约2~5m;大部分田块内部交通网络欠完善,路面基本为土质路面,高低不平,雨季泥泞难行。清原县农用地分等采用因素法,根据地貌条件划分为2个因素指标区,分别为坡耕地因素指标区和平原耕地因素指标区。全县农用地共划分为8个等别,分布在6~13等之间。农用地自然质量等的构成以10、11、12等为主,三个等别占参与分等农用地总面积的69.45%;6等地、13等地面积较小,两个等别仅占分等农用地总面积的5.21%;其余各等别所占比例比较平均,基本在7.23%~9.95%之间。1.2测定指标的选取地形坡度因素指标,来源于清原县2009年第二次土地调查成果数据;表层土壤质地、有效土层厚度、土壤有机质含量、灌溉保证率、排水条件、水源类型因素指标,取自清原县农用地分等定级的中间成果;基本农田保护区范围根据《清原县土地利用总体规划》(2006~2020年)确定。1.3限制因素分区确定本研究从建设高标准农田目的出发,综合分析农用地分等对各分等因素的分级标准,按对农业生产的限制性强弱以及划分分区要求将各因素的分级归并为3级;借助ArcGIS9.3地理信息系统软件,对评价单元进行限制因素组合分析;根据高标准农田建设对各限制因素可改善的难易程度确定建设类型分区标准;根据建设类型分区标准,综合分析分等单元的限制因素组合类型和各因素的限制强度实现高标准基本农田建设类型分区。因高标准基本农田建设包括经过整治的原有基本农田和经整治后可以划入的基本农田,故本研究的建设分区不是只针对基本农田,而是包含全部农用地,并且在建设类型分区时充分考虑基本农田现状。1.3.1高标准基本农田建设评价指标《全国土地整治规划(2011~2015年)》指出:“经整治的基本农田平均提高一个等级”;《高标准基本农田建设标准》(TD/T1033-2012)指出:“高标准基本农田建成后,应根据《农用地分等规程》开展耕地质量评定”。为了有针对性地对建成的高标准基本农田进行质量检验,评价指标选取基于清原县农用地分等指标,并在此基础上结合清原县自然条件现状以及高标准基本农田建设要求综合确定。分析从农用地分等成果中提取的中间成果,发现清原县平原耕地均无“盐渍化程度”限制,所以不考虑这一因素;因为研究区域目前的田间道路状况较差,而且比较均衡,也不存在建设难度上的差异,所以,田间道路建设虽为高标准基本农田建设的必要工程,但不作为评价指标参与建设分区。综上,建设分区指标为平原耕地:表层土壤质地、土壤有机质含量、土壤酸碱度、灌溉保证率、障碍层距地表深度、排水条件、灌溉水源和剖面构型8个因素;坡耕地:有效土层厚度、表层土壤质地、土壤有机质含量、土壤酸碱度、地形坡度、灌溉保证率和地表岩石露头状况7个因素。共计11个因素(表1)。1.3.2共限制因素的土地恢复开展工作本研究根据因素得分高低情况,将得分低的因素归为高限制因素,相对得分高的因素归为低限制因素,并通过分析分等单元的限制组合类型和限制强度,来划高标准农田建设分区类型。而分析限制因素的组合类型,首先要定义主要限制因素与其限制程度。用因素得分间接反映分等因素对作物生长最适环境因素的满足程度,其也是影响农用地发挥生产能力的主要原因。满足程度最小(得分较低)的为第一限制因素,即最大限制因素,再次为第二限制因素,依次类推。依据这一原则和表1分级分值标准,认为地形坡度大于等于15°、有效土层厚度不足30cm、土壤酸碱度呈强酸性(pH<4.5)、剖面构型为通体砂或者通体砾、障碍层距地表深度小于30cm、土壤有机质含量小于6gkg-1、表层土壤质地为砾质土、无灌溉条件已影响农用地耕作。评价因素指标在以上值时就会对作物生长起主要限制作用,并将评价因素指标值在此范围内的视为高限制因素。而这类分等因素大部分得分在10~45分(障碍层距地表深度因素10~60分)的视为高限制因素。地形坡度在5°以下的极缓坡、有效土层厚度大于100cm、表层土壤为壤土、有机质含量大于等于30gkg-1、土壤酸碱度为5.5~8.5、灌溉能基本满足、排水体系基本健全、剖面构型为通体壤或者壤/砂/壤、障碍层距地表深度大于60cm、地表岩石露头度小于10%、无盐渍化程度、用浅层地下水灌溉的农用地为基本无限制的农用地,而这类分等因素得分在90~100分,因此将得分在90~100分之间的视为低限制因素。特别指出的是,得分为100分的分等因素也归为低限制因素,是因为本研究评价指标值从2005年度农用地分等成果数据中获取,尽管其得分为100分,但并不代表该单元一直仍为100分,随着时间的推移,因素得分也可能略微发生变化。比如排水体系因素,随着排水沟流水不断淤积,其功能可能已受到影响,因此对其亦需进行相应改善提高。进而,将剩余得分在50~85分(障碍层距地表深度因素65~85分)之间的视为中等限制因素。高限制因素用代码“1”表示,中等限制因素用代码“2”表示,低限制因素用“3”表示,将原来单元因素得分用相应的代码表示(表2),然后按照表1中因素顺序把分等因素的得分代码合并到一起,作为分等单元全因素组合类型标识,如某坡耕地分等单元全因素组合类型标识为“1113213”,则说明该单元有效土层厚度、表层土壤质地、有机质含量、灌溉保证率因素为高限制因素,地形坡度因素为中等限制因素,土壤酸碱度、地表岩石露头度因素为低限制因素;某平原耕地分等单元全因素组合类型标识为“12212331”,则说明该单元表层土壤质地、灌溉保证率、剖面构型因素为高限制因素,土壤有机质含量、土壤酸碱度、障碍层距地表深度因素为中等限制因素,排水条件、灌溉水源因素为低限制因素。然后,用“高中低”组合替代前文组合的代码标识,如“1113213”组合的限制类型组合为“高高高低中高低”,“122132331”组合的限制类型组合为“高中中高低中低低高”。然后以高限制因素为主要限制因素,并结合含有的高限制因素个数最终确定限制因素组合类型,如上述“高高高低中高低”的最终限制因素组合类型是“4土层+质地+有机质+灌溉”,其中“4”表示高限制因素个数,“土层+质地+有机质+灌溉”则是主要高限制因素类型组合,“高中中高低中低低高”的最终限制因素组合类型是“3质地+灌溉+剖面”,“质地+灌溉+剖面”则是主要高限制因素类型组合。依据上述确定的规则,根据因素组合类型中含高限制因素个数(不包含高限制因素的,其含有的高限制因素个数用“0”标识,因素组合根据其含有的中等限制因素确定;全部为低等级限制因素的只用“0”标识)。便可汇总得出清原县共有105种限制因素组合类型。1.3.3是否限制因素组合对土地整理类型分区的影响,可能导致土地从不同的2本研究通过分析分等单元的限制组合类型、限制强度以及高标准基本农田建设对其改善难易程度来综合划分建设类型分区。一般来讲,因素的限制程度达到中等限制水平时就对农用地生产潜力的发挥具有明显的限制作用。且限制组合类型中含有的限制因素个数越多,就可以表明未来整理改造的难度就越大。与此同时,农用地整理改造的难度还与限制因素本身性质有关,含有相同数量限制因素的分等单元,由于限制因素种类不同,使得其最终改造方向、难度也不相同。综上,本研究确定的农用地整理类型分区的基本原则如下:(1)优先考虑限制因素的限制程度和个数。一般,组合类型中含有的限制因素限制程度越大、个数越多,高标准基本农田建设难度也就越大。(2)同时考虑限制因素本身性质对农用地整理类型分区的影响。从具体限制因素看,地形坡度因素理论上可以通过修筑梯田或者削坡平整措施来改变,但从时间和经济方面考虑并不是短期就可以实现的,且还要同时考虑水土保持和生态影响,建设工程措施对其改善难度较大;土壤酸碱度因素,有研究表明:土地整理后不同年限土壤酸碱度有所降低,但整体变化不大,变化区间为0.4,因此土地整理对土壤酸碱度因素的影响不明显,建设工程措施对其改善难度较大;有效土层厚度、障碍层距地表深度、表层土壤质地因素可以通过客土、平整工程措施得到明显改善,但考虑到实际大面积客土土源很难保证,所以建设工程措施对其实际改善难度较大;剖面构型因素的改善须通过土壤改良等综合措施来改善,仅通过建设工程措施对其改善不实际,故建设工程措施对其改善难度较大。土壤有机质含量因素,有研究表明:土地整理后土壤有机质均高于未整理土壤,整理后1年、3年、5年较未整理土壤有机质含量分别增加了7%、5%、9%,平均增加了7%,土地整理后不同年限下比较可以发现,在整理后第3年出现小幅度增加,总体呈现先减少后增加的趋势,说明土地整理有利于土壤有机质的增加,增幅达到7%;如果加以增施有机肥,可以很大程度上起到改善效果,建设工程措施对其改善难度较小;灌溉水源、灌溉保证率、排水条件因素,可以通过农田基础设施建设得到根本改善,例如修建大口井、方塘、挡水坝、渠系等工程措施,时间、经济成本亦相对较低,建设工程措施对其改善难度较小。综上,只要含有土壤有机质、灌溉保证率或者排水体系三种限制因素中一种或几种组合的单元,无论限制强度大小,因建设工程对其改善难度较小均划入重点建设区;因建设工程对地形坡度、有效土层厚度、表层土壤质地、土壤酸碱度、剖面构型、障碍层距地表深度高限制因素改善难度相对较大,所以,含有上述因素中一种高限制因素的单元就将其划入不适宜建设区;剩余含有中等限制因素组合的单元一并划入一般建设区。据此,将25046个农用地分等单元、105种限制因素组合类型划分为三个农用地整理类型区,具体分区标准见表3。2高标准基本农田建设类型分区依据清原县高标准基本农田建设类型分区标准(表3),将105种限制因素组合类型与建设类型分区一一对应,利用ArcGIS9.3软件便可绘制出高标准基本农田建设类型分区图(图1)、高标准基本农田建设类型分区汇总表(表4)。3结论和建议3.1重点建设区清原县高标准基本农田建设重点区主要分布于大孤家镇、草市镇、南山城镇,一般建设区分布于重点建设区外围,不适宜建设区呈点状分散均匀分布;重点建设区限制因素主要为灌溉保证率、土壤有机质含量及排水条件(1灌溉、0有机质+灌溉+排水)因素;一般建设区限制因素数量、种类最多,主要限制因素为灌溉保证率(1灌溉)因素,同时含有其他各种中等限制因素;不适宜建设区主要限制因素为有效土层厚度、表层土壤质地、地形坡度(3土层+质地+灌溉、2质地+灌溉、4坡度+土层+质地+灌溉)因素。3.2建设高标准基本农田的前提从高标准农田建设类型分区结果看,清原县农用地近期高标准农田建设潜力集中在建设难度最小的重点建设区,其中,大孤家镇、草市镇、南山城镇作为重点建设区以加强农田基础设施建设为重点,同时注重增施有机质肥,不断提高土地地力;一般建设区域主要分布于重点建设区域外