打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
耕地质量评价研究进展及发展趋势

Better~

       当前我国耕地面临粮食保障与耕地严重撂荒、耕地保护与普遍“占优补劣”、农产品安全与土壤环境污染等诸多现实矛盾,针对新问题的耕地质量评价工作亟待开展。本文在梳理现有耕地质量评价研究的基础上,探讨了耕地质量的内涵及概念;总结了针对农业生产能力、耕地潜力、土地适宜性、土壤及环境质量、可持续利用、分等定级等的耕地质量评价方法;综述了已有研究在国家、区域、地块三个尺度的进展;提出了耕地质量评价重点转移、结合农户视角的综合评价、时空变化监测网络构建以及基于地理信息系统(GIS)和遥感(RS)的标准化评价四个发展方向,以期为耕地质量评价理论提升及实践应用提供新的思路。。

     小 鱼

寄语我们曾渴望命运的波澜,到最后才发现,人生最曼妙的风景,竟是内心的淡定与从容;我们曾期盼外界的认可,到最后才知道,世界是自己的,与他人毫无关系;我们曾计较付出的回报,到最后才懂得,一切得到终将失去的,只能空留一抹浮名。走好选择的路,别选择好走的路,你才能拥有真正的自己。——杨绛

导语系小编个人看法,不代表本平台观点。

封面图片来源于网络,侵删。如有版权问题,请联系我们,24小时内删除。

1 引言

耕地约占全球陆地表面积的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。截至2012年底,我国耕地面积为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、耕地保护政策与实践中“占优补劣”、保证农产品安全与土壤环境污染等矛盾。由于受到土地限制、消费增长及工业发展的影响,近年来我国农产品呈现“进口多、出口少”的局面;而国内由于农业比较效益低、农村劳动力流失及土地流转困难等造成大面积耕地撂荒。为保障粮食自给,保护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。此外,我国拥有全球7%的耕地,而化肥和农药的使用量却全球占比高达35%,2014年首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。1961年美国农业部颁布的世界上第一个全面系统的土地生产能力评价系统使耕地质量评价从定性走向定量。之后出现了多目标的评价,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。但目前耕地质量评价尚存在许多问题,如较多考虑生产目标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较性差,对我国耕地质量是变好还是变差仍不能确定;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不足,出现“占优补劣”的现象等。因此,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,探讨耕地质量的内涵,梳理了耕地质量评价的主要方法和技术,分析了不同尺度耕地质量评价的现状,并提出未来发展趋势,以期为未来耕地质量评价理论提升和精细化农业发展提供支持和依据。

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,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”,其内涵从早期单一目标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达到的现实生产能力。之后,美国农业部于1961 年提出土地潜力分类系统(Land Capability Classification,LCC),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,农作物所能达到的最高产量。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》,其中耕地适宜性指耕地被持续用于特定土地用途时所表现出来的适宜与否及其程度的特性。20世纪80年代,国际上开始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,耕地土壤及环境健康也成为耕地质量的重要方面。其中,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容纳、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年被首次提出,按照FAO的定义,土地利用的可持续性指:“如果预测到一种土地利用在未来相当长的一段时间内不会引起土地适宜性的退化,则认为这样的土地利用是可持续的”,相应地,耕地质量概念开始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,赵登辉定义为耕地肥力及位置。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,如吴群认为耕地质量包括适宜性、生产潜力和现实生产力3个方面,朱永恒等则认为耕地质量包含生态、生产、承载力,而2008年农业部《耕地地力调查与质量评价技术规程》将耕地质量定义为满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。近期,学者们开始进行综合性的界定,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;陈印军等和沈仁芳等都分别提出了相似的耕地质量概念,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”。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法,目前主要的耕地质量评价方法有:

(1)农业生产能力评价。最初的中低产田划分,即依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。这种方法资料易得、简单易行,能真实地反映耕地质量状况;但是只能从结果反映状况,没能将自然条件和人为投入体现出来。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。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)和隶属度(特尔斐法、隶属函数法)、计算耕地地力综合指数(累加法)、划分地力级别(等距法)。总之,结合自然和人为投入的耕地地力评价方法,可以综合体现耕地的自然和经济的再生产能力。

(2)耕地潜力评价。国际上比较成熟的有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;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。美国农业部依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。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、基本农田保护区划定、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法进行土地适宜性评价,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较共四个环节。适宜性评价因实用性强而取得很快的发展,限制评分法、线性回归法、模糊数学等被引入到适宜性评价中。我国1∶100万土地资源图分类系统即是参照《土地评价纲要》,结合我国实际,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,其中适宜性评价是土地利用规划的依据。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法有单因子指数法、模糊综合评价法、灰色聚类法和综合指数法等。其中,单因子指数法方法简单,只能识别单个污染物的污染状况;模糊综合评价计算方法相对复杂,考虑了质量分级的过渡性;综合指数法是目前应用的主要方法,通过环境质量指数无量纲化后,各因子的贡献可直观反映出来,且运算简单易操作。环境保护部于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。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,评价过程包括: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。

(5)可持续性评价。FAO 1993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,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( Land Quality Indicators,LQIs),基础研究方法是压力-状态-响应(PSR)模型。之后的各种修订模型如

DPSIR、PS IR、DSR也已成为许多国家研究区域农业可持续发展的基础框架。国内学者也做了大量的探索,如傅伯杰等提出了不同尺度的生态、经济、社会评价框架;陈百明建立了包括目标层、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;蔡运龙等提出了包括生产力、稳定性、恢复力、公平性、协调性的针对变化过程的指标体系。目前的可持续利用评价方法存在的不足之处在于以短期的纵向对比为主,没有充分反映出可持续性的动态特性。

(6)分等定级。分等定级是国内常用的土地质量评价方法。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。我国自20世纪80年代末开始农用地分等定级试点工作,对技术方法进行了大量探索,主要成果体现在2001国土资源部颁布的《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,其中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。其评价流程可以细分为选择指标、指标评分、赋权重、整合综合分值、分等定级等环节,其中分等有间距法、数轴法、总分频率曲线法,定级有因素法、修正法、样地法。当前我国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,分等定级的方法也在逐步标准化、规范化、实用化。此外,分等定级是对耕地质量的综合评价,在分等定级过程中,集对分析、模糊数学、高维降维技术等被相继引入。

不同耕地质量评价方法的应用和发展过程并不是独立的,而是相互联系和相互补充的。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断和评估;《农用地分等规程》中划分农用地自然等即采用FAO生产潜力评价的AEZ法;土地潜力评价未能指出土地的最佳利用方式,而通过适宜性评价可以予以弥补;以粮食产量为指标的耕地生产能力与土壤环境质量评价相结合,可以得到更客观的耕地质量。

2.3 耕地质量评价尺度

耕地质量评价主要在国家、区域和地块三个尺度上开展。其中,国家尺度上为宏观政策引导、标准制定的依据;区域尺度主要针对区域特征及主要影响因子开展耕地管理、区域比较、时空变化分析等;地块尺度是区别于国家和区域层次的主要基于机理性或生产目的的评价。

2.3.1 国家尺度上的农业生产条件、耕地资源和耕地环境质量评价工作

(1)农业生产条件评价,包括生产潜力、适宜性、耕地管理、分等定级。国际上,1976年联合国粮食与农业组织(FAO)的《土地评价纲要》进行了土地生产力、安全性以及稳定性等方面的土地适宜性评价;美国农业部土壤保持局于20世纪80年代制订了土地评价与立地分析1∶2 贡献比的农用地评价(Land Evaluation and Site Assessment,LESA)体系,掌握了耕地生产潜力及现状;20世纪90年代,美国、澳大利亚及欧洲国家迅速发展了基于农田空间与时间信息的精细农业。我国于1951年首次针对耕地开展了全国性的查田定产,但调查与评价较为定性且不够系统;1983年中国科学院自然资源综合考察委员会采用“土地潜力区-土地适宜类-土地质量等-土地限制型-土地资源单位”五级分类的方案,编制完成了《中国1∶100万土地资源图》,这是我国第一套全面系统反映土地资源潜力和质量的专业性地图,也是一项规模较大的耕地适宜性评价工作;1984年起,农业部在全国200个点上持续开展耕地地力监测和评价工作,建立了数据库,1996年又把全国划分为7个耕地类型区和10个地力等级;1999- 2008年间国土资源部基于农用地分等、定级、估价标准完成了全国统一可比的1∶50万耕地质量等别数据库、《中国耕地质量等级调查与评定》(全国卷及分省卷)等,全国耕地质量平均等别为9.8(共15等),总体偏低;2012年农业部颁布的《高标准农田建设标准》,对农田建设质量作了统一的要求。耕地质量评价工作逐步标准化、定量化、精细化。

(2)耕地资源清查。1930年,英国率先开展了全国土地调查并编制了土地利用图,之后国家地理联合会(IGU)及欧洲各国相继开展了土地资源清查工作,为耕地规划、利用、保护及监测提供基础。我国于1958年、1979年分别进行的两次全国土壤普查基本上确定了耕地资源的总体状况;继1984-1997 年第一次全国土地调查之后,国土资源部于1999年启动了“新一轮国土资源大调查”,并在此基础上将于2015“补充对耕地后备资源的调查”。已有结果显示,我国耕地资源总体质量欠佳,且空间分布不均衡、后备资源匮乏。

(3)耕地环境。20世纪80年代,加拿大农业部开展了“土壤健康”项目,在土壤健康指标体系和机理方面取得了进展;自1993年起,瑞典环境保护署(EPA)也开展了“综合土壤分析”研究,为田间条件下人类活动对土壤的影响评价提供方法;我国对于耕地土壤及环境健康的关注较晚,2005-2013年间首次开展了全国土壤污染状况调查,并将启动重金属污染、农业面源污染及地下水超采等耕地治理工程。

2.3.2 区域尺度上的耕地质量优劣、差异及时空结构和影响因子

(1)区域耕地质量评价及比较需考虑本底值。由于背景值、主要影响因子及农业生态定位不同,区域间耕地质量评价重点差异较大,如东北平原集中于粮食生产能力及由于土壤侵蚀、过度开垦等造成耕地质量降低的研究;黄淮海地区主要集中在中低产田改良、土壤盐渍化、土壤板结、城镇化占用耕地等问题的研究;长江中下游平原面临建设用地占用、土壤潜育化、土壤酸化以及农药、重金属、有机物等污染引起的耕地质量降低;而黄土高原地区主要针对水土流失、深层土壤干燥化、矿产开采破坏土壤结构等引起的耕地质量降低的研究。另外,即使同一区域,平原与山区耕地质量差异较大,故区域耕地质量评价需要考虑本底基础,不宜盲目采用统一标准比较。

(2)耕地质量空间格局及时空变化分析。基于耕地质量的空间相关及分异性,不同学者运用了传统或空间统计方法进行了耕地质量空间格局分析,如张金萍等结合最小二乘法(OLS)、Moran’s I指数及散点图探索了基于GWR模型的县域粮食单产的空间异质性;同时,耕地质量时间与空间的信息是精细农业的基础,如Makela-Kurtto开展1987-1998年间芬兰耕地土壤监测。而时空格局与变化的评价难点在于不同来源数据的空间化及不同尺度的结合与转换。耕地质量数据来源有采样点、调查、统计及遥感等,存在不同来源的匹配问题及历史数据的获取困难;耕地质量空间分布存在尺度效应,某一尺度的研究只能揭示该尺度下的空间结构特征,多尺度结合才能更好地揭示客观规律,由于时空复杂性,尺度转换虽然方法较多但仍然是难点。

(3)耕地质量影响机理研究。气象、地形地貌、水文、土壤、植被及人类活动等多要素通过直接、间接、协同或拮抗作用影响耕地质量及空间分异,不

同学者对此进行了定性或定量的探索,如Mojiri等分析了土地利用变化及坡位对土壤质量分布的影响。由于耕地质量的多指标性及影响因子的复杂性,很难建立耕地质量与环境因子的定量关系,耕地质量评价的规律性总结及外推演绎有待继续发展。

2.3.3 地块尺度上的耕地质量机理分析

(1)作物与耕地质量的匹配关系及作用机理研究,包括作物对耕地及环境的适宜性、耕地生产潜力与作物产量的关系、耕地土壤对作物的作用等。如王露等评估了木薯种植的自然适宜性,张月平等以地块为单位采用耕地生产潜力确定了水稻的目标产量,邱建军等以玉米为例研究表明提高土壤有机碳含量能增加作物产量。根据作物匹配性及耕地生产潜力,可以得出具体耕地的适宜作物及测土配方量,避免盲目种植及施肥;而耕地对作物作用机理研究,可以为更好地提高产量、改善耕作条件提供依据。

(2)耕地质量改良。不同学者针对具体的耕地质量问题开展了改良的理论与实践研究,如樊自立等针对新疆盐渍化土提出合理开发利用地下水的耕地改良措施;杨尽开展了利用矿物改良土地整理新增耕地贫瘠土壤的研究;陈同斌团队研发了一整套利用植物修复污染土壤的方法,并发现和“驯化”了砷超富集植物蜈蚣草,均对提高耕地质量做了很好的探索。

(3)农业管理措施影响及敏感性指标监测。相较于其他土地利用类型,耕地受人为影响最大,施肥、轮作、灌溉、免耕、秸秆还田等影响土壤物理、化学、生物过程,如Dantas等研究表明耕作会降低土壤有机质、土壤结构稳定性以及增加水分渗透,Van Groenigen等用示踪法评价了耕作措施以及秸秆覆盖对土壤微生物碳利用效率的影响。耕地质量变化并不直观,可以通过土壤微生物、酶活性及土壤动物等敏感性指标监测,包括土壤有机质分解、硝化、固氮及土壤呼吸、矿化、污染修复等,如Tahira等开展了基于化学及微生物健康的土壤质量评价。总之,地块尺度耕地质量受人类活动的农田管理显著影响,其质量变化可利用敏感性指标监测。

综合以上三个尺度的耕地质量评价工作可以看出:各个尺度上耕地质量内涵在逐步扩大,评价目的及评价内容趋于多样化,但综合性的评价较为缺乏;各个尺度评价结果虽然耕地规划管理具有重要作用,但多是某一时间点的静态评价;在耕地质量评价过程中,形成了很多不同的标准、纲要、体系等,这给标准化评价提出了新的要求。

3 耕地质量评价发展趋势

耕地质量评价是全面了解耕地资源状况、实现人地互动的基础。针对上文梳理的耕地质量评价进展与不足,笔者提出以下四个发展趋势:随着当前全球变化及人类活动的影响加剧,耕地质量评价重点会发生变化;评价视角将从单一的注重经济效益向生态、经济、社会综合评价发展;而精细农业的发展目标会逐步推动着耕地质量动态变化监测的发展;另外,GIS、RS的技术手段也在促进耕地质量评价的标准化(图1)。

3.1 全球气候变化及人类活动影响下的耕地质量评价重点转移

随着全球二氧化碳等温室气体增加、气温升高以及极端天气频率增高,耕地的粮食安全保障、农田土壤碳氮循环、系统抵御风险能力、作物对环境适应的机理性研究等正逐步成为现实且紧迫的研究内容。同时,受各种社会经济因素的影响,如对耕地的高强度利用、优质耕地转化为建设用地、耕地破碎化、土壤污染等,都会不同程度地降低耕地质量;而保护性耕作、高标准农田建设、占补平衡、土地复垦、土地整治等政策则会对耕地资源起到保护作用。因此,耕地质量评价需重点关注由于气候变化或人类活动引起的变化较大的指标。这方面的例子有,胡晓涛选取了土地整理实施后引起变化的指标,包括排水条件、灌溉设施、有效土层厚度等指标评价了北京市大兴区新增耕地质量变化。

3.2 结合农户视角的耕地生态安全、经济效益及可持续性的综合评价

由于耕地质量变化的隐蔽性,耕地稳定性及可持续性降低已对生态环境和社会经济构成严重威胁,如黄土高原和喀斯特地区约1/3的耕地水土流失,东北黑土区土壤有机质40年内下降30%~50%,华中及华东0.33亿hm2(5亿亩)耕地土壤盐渍化及酸化等,故耕地质量评价不能只基于传统的自然生产力,应综合考虑生态安全及可持续性。但现有的耕地质量评价多是单一目标,只有少数案例尝试了多目标评价,如蔡运龙和霍雅勤用市场价格评估了耕地的经济产出价值、生态服务价值和社会保障价值等。

耕地质量综合评价可考虑结合农户认知。基于长期的耕作经验,农户对于复杂的、难以全面定量化评价的耕地有一种理性及现实的评价,如肯尼亚Siaya地区的农民选择了作物产量、土壤耕性、土壤水分保持能力、土壤颜色、指示性动植物等作为鉴别耕地生产力的指标。农户视角的认知是获得耕地质量评价的一种快速、高效的手段,但最初多是从作物产量及利润最大化角度,较少考虑耕地系统的稳定性、可持续性以及环境安全健康等。随着近年来大城市郊区耕地生态旅游、观光旅游发展,耕地的生态及社会价值开始货币化,在给农户带来经济收益的同时也逐渐改变了他们对耕地质量及功能的认知。只有耕作主体农户的认知改变了,才会在实践中注重耕地的经济、生态及社会的综合价值。故对耕地质量的评价,需把科学研究与农户认知结合,综合考虑耕地现实生产力与系统的持续性,实现耕地资源的合理利用和适当管理。

3.3 多尺度耕地质量时空变化监测网络构建及检测频率确定

精细农业是基于农田时空信息的农作管理来增加经济收入和减少环境影响的新型农业模式。目前耕地质量评价多是某一时间节点上的静态评估,其评价成果仅适用于当前,而很难把握不同时间下的动态变化和未来演化趋势;在空间变化评价中主要是有关耕地空间分布格局的变化研究,有关形态、结构、功能及过程变化的评价较少。随着遥感及定位观测技术的进步,可以实时获取和处理天、月、季节以及年际尺度上的耕地质量数据,有助于解释气候变化及人为活动影响下耕地质量演化的过程及其机理,定量评估不同耕作行为与模式下耕地质量的变化趋势,构建覆盖面广、多层次、多尺度、及时反馈的耕地质量时空变化监测网络。

确定指标监测频率是耕地质量时空变化动态监测的基础。其中土壤特性的监测频率依据响应时间(CRT),根据CRT值可知某一土壤性质在多大时间尺度内变化。如Varallyay等列出了土壤众多的物理、化学、生物CRT值,其中CRT>10a的稳定性指标有土壤质地、土体结构、土壤层深度、有机质含量、阳离子交换量、矿物组成等,CRT<10a的易变指标有土壤水分、速效养分、pH、孔隙度等。对于耕地质量动态评价,可根据各指标的变化周期确定合适的监测频率,如稳定性指标可以减少测定的次数,而多考虑易变指标。目前,耕地质量监测中研究较多的为土壤指标,如土壤水分、盐渍化、重金属污染、土壤酶等,而社会经济因素、管理投入、气候地形等的监测频率还未有研究。如监测频率过低,耕地质量变化部分信息会被掩盖;而监测频率过高,又会造成人力、物力的浪费及数据冗余;故根据监测指标变化的周期确定监测频率是一种合理且高效的方法。

3.4 基于GISRS 的耕地质量标准化评价

随着耕地质量评价的数据多源化、方法定量化,统一的评价体系是当前评价中需要解决的最主要问题。国外已经形成两套统一的评价指标体系,包括以世界银行LQIs项目为代表的几个农业生态带的评价和针对土地退化问题的评价。目前我们国家的农业部、国土资源部、环境保护部等管理部门也建立了基于不同目的的评价标准,但不同部门标准不同,带来重叠和重复评价,结果可比性差。建立国家尺度统一的评价标准,考虑区域尺度的差异性,并结合GIS、RS技术,将能在很大程度上推动评价的定量化、自动化和智能化。

GIS作为地理学研究的重要平台,为标准化评价的数据衔接、复杂运算、时空分析提供了基础,如聂艳等基于GIS和模糊物元聚类开展了耕地质量评价,Reshmidevi等的基于GIS进行了土地可持续性评价,赵建军等利用AHP和GIS结合的吉林省耕地质量评价等。利用GIS技术开展面向对象的空间分析与评价,提高了评价结果的准确性、时效性和直观性;且随着网络GIS的发展,耕地质量空间动态变化与监测可以及时向社会发布,为农业规划及管理部门提供依据,促进耕地可持续发展。遥感技术用于耕地质量评价,能频繁而持久地提供地表面状信息,而且可以在长时间尺度上对耕地质量的动态变化进行监测。目前有研究用多光谱影像(如TM、SPOT、BJ-1、CBERS)、高光谱影像(如MODIS、HJ、Hyperion)及微波(雷达、微波辐射计、微波散射计)探索了耕地质量不同指标的反演,包括土壤全氮、速效K、pH、土壤水分、土壤有机质、土壤颗粒组成等。

遥感数据应用于耕地质量评价有其优劣势。在反演尺度上,遥感以栅格为单元,可以大尺度地面向对象反演,但会把某些信息平均化,难以反映细节,其中混合象元分解是目前研究的难点。在反演精度上,多光谱是在几个离散的波段上获取信息,其方法简单易行,但很大程度上过滤了许多光谱反射特征,定量反演精度较低;高光谱遥感有波段多、光谱分辨率高的优点,但存在波段间影响大、操作复杂的问题,使得部分指标反演精度较低;微波的突出优势是可以穿透土层,获得地表以下的细节特征。不同类型的遥感数据为耕地质量评价及动态变化提供数据支撑。

4 结语       

耕地质量评价在土壤学、农学、地学、生态学等基础学科的支撑下,形成了较为完整的研究框架。本文从内涵界定、方法归纳以及不同尺度的应用进行了梳理和综述,并针对性地提出了四个主要发展方向。面对当前我国粮食安全与撂荒严重的矛盾、耕地保护与“占优补劣”的矛盾、环境健康可持续与追求经济收益的矛盾,开展针对新问题的耕地质量评价工作也成为必然。因此,利用基本数据库、遥感信息及实时观测技术建立起标准化的耕地质量监测网络,实时查清耕地质量的经济、生态、可持续性指标的现状,并重点关注时空变化较大的指标,以达到即时服务于农业经营,这将是今后我国耕地质量评价的发展方向。

结语

共同进步 <。)#)))≦

文章发表《资源科学》2015年第2期。欢迎在留言区表达您的观点,供我们学习,有学术上的意见可以反馈给作者或与其他专家一起讨论。

-----En<。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
土壤肥料研究促青海省农业发展农民增收
地理信息系统在农业领域的应用
土壤健康概念及其解构
大空间尺度土壤质量评价研究进展与启示|研究
中国发现8亿亩后备耕地 40%具有较好开发条件
基于地形复杂度的重庆市耕地“宜机化”改造适宜性评价
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服