耕地質(zhì)量評價的研究綜述與趨勢,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文耕地約占全球陸地外表積的10.20%,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(zhì)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(bǔ)劣、保證農(nóng)產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品呈現(xiàn)進(jìn)口多、出口少的局面[2];而國內(nèi)由于農(nóng)業(yè)比擬效益低、農(nóng)村勞動力流失及土地流轉(zhuǎn)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(shè)大量占用優(yōu)質(zhì)耕地，而補(bǔ)充的耕地大多質(zhì)量較差。除此之外，我們國家擁有全球7%的耕地，而化肥和農(nóng)藥的使用量卻全球占比高達(dá)35%,2020年初次土壤環(huán)境質(zhì)量普查結(jié)果顯示耕地污染超標(biāo)率達(dá)19.4%,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已引起了廣泛的關(guān)注。這些都對耕地質(zhì)量評價提出了新的要求。耕地質(zhì)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(nóng)業(yè)部公布的世界上第一個全面系統(tǒng)的土地生產(chǎn)能力評價系統(tǒng)[5]使耕地質(zhì)量評價從定性走向定量。之后出現(xiàn)了多目的的評價，包括耕地地力監(jiān)測、土地生產(chǎn)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(tǒng)〔GIS〕、遙感〔RS〕技術(shù)的應(yīng)用，推動了耕地質(zhì)量評價向多尺度、高精度發(fā)展。但當(dāng)前耕地質(zhì)量評價尚存在很多問題，如較多考慮生產(chǎn)目的而輕視生態(tài)安全及可持續(xù)性；缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使得評價結(jié)果比擬性差，對我們國家耕地質(zhì)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(dǎo)實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；對于新增、擱置耕地的質(zhì)量評價缺乏，出現(xiàn)占優(yōu)補(bǔ)劣的現(xiàn)象等。因而，推動耕地質(zhì)量評價向綜合化、標(biāo)準(zhǔn)化、動態(tài)化及實踐化轉(zhuǎn)變應(yīng)成為今后努力的方向。本文在總結(jié)國內(nèi)外耕地質(zhì)量評價文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，討論耕地質(zhì)量的內(nèi)涵，梳理了耕地質(zhì)量評價的主要方式方法和技術(shù)，分析了不同尺度耕地質(zhì)量評價的現(xiàn)在狀況，并提出將來發(fā)展趨勢，以期為將來耕地質(zhì)量評價理論提升和精細(xì)化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支持和根據(jù)。2耕地質(zhì)量評價研究進(jìn)展2.1耕地質(zhì)量內(nèi)涵及概念耕地是經(jīng)過開墾用以種植農(nóng)作物并經(jīng)常耕耘的土地[7],是一種特定的土地利用類型。耕地質(zhì)量即耕地的狀況與條件[8],其內(nèi)涵從早期單一目的的基礎(chǔ)地力擴(kuò)展到涵蓋適宜性、生產(chǎn)潛力、生態(tài)安全、環(huán)境質(zhì)量及可持續(xù)性等多個方面。起初，耕地質(zhì)量主要指耕地在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、管理與投入水平下所能到達(dá)的現(xiàn)實生產(chǎn)能力[9].之后，美國農(nóng)業(yè)部于1961年提出土地潛力分類系統(tǒng)〔LandCapabilityClassification,LCC〕[10],耕地生產(chǎn)潛力成為耕地質(zhì)量的重要內(nèi)容，其是指在當(dāng)?shù)貙嶋H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(nóng)作物所能到達(dá)的最高產(chǎn)量[11].1976年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織從適宜性角度提出了全世界第一個統(tǒng)一的土地評價系統(tǒng)(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(xiàn)出來的適宜與否及其程度的特性[9].20世紀(jì)80年代，國際上開場關(guān)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(zhì)量的重要方面。華而不實，土壤健康質(zhì)量指土壤影響或促進(jìn)人類和動植物健康的能力；土壤環(huán)境質(zhì)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(jù)FAO的定義，土地利用的可持續(xù)性指：假如預(yù)測到一種土地利用在將來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)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(yīng)地，耕地質(zhì)量概念開場納入可持續(xù)性的內(nèi)涵。由于耕地質(zhì)量內(nèi)涵在不斷變化，國內(nèi)學(xué)者對耕地質(zhì)量概念并沒有統(tǒng)一的定義。20世紀(jì)90年代，學(xué)者們主要從生產(chǎn)力的角度界定耕地質(zhì)量的概念，如倪紹祥將其定義為耕地的生產(chǎn)率水平[14],趙登輝定義為耕地肥力及位置[15].21世紀(jì)初期，耕地質(zhì)量概念逐步考慮生態(tài)環(huán)境、承載力、可持續(xù)等內(nèi)容，如吳群以為耕地質(zhì)量包括適宜性、生產(chǎn)潛力和現(xiàn)實生產(chǎn)力3個方面[9],朱永遠(yuǎn)恒久等則以為耕地質(zhì)量包含生態(tài)、生產(chǎn)、承載力[16],而2008年農(nóng)業(yè)部(耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程〕將耕地質(zhì)量定義為知足作物生長和清潔生產(chǎn)的程度，包括耕地地力和耕地環(huán)境質(zhì)量兩方面[17].最近，學(xué)者們開場進(jìn)行綜合性的界定，如孔祥斌提出耕地質(zhì)量是自然、社會、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)進(jìn)步綜合影響結(jié)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(zhì)量概念，即包括土壤質(zhì)量、空間地理質(zhì)量、管理質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)質(zhì)量。總之，隨著自然環(huán)境條件變化和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地的影響及需求的變化，耕地質(zhì)量的概念和內(nèi)涵仍在不斷豐富和發(fā)展之中。2.2耕地質(zhì)量評價方式方法耕地質(zhì)量評價是基于特定目的的專項或綜合評價，已從查田定產(chǎn)、土壤性質(zhì)、基礎(chǔ)地力等耕地自然狀態(tài)的研究，發(fā)展到綜合考慮自然、經(jīng)濟(jì)和社會的人地一體化的資源價值管理評價[21].根據(jù)耕地質(zhì)量評價的目的和任務(wù)不同，出現(xiàn)了不同的評價方式方法，當(dāng)前主要的耕地質(zhì)量評價方式方法有：〔1〕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力評價。最初的中低產(chǎn)田劃分，即根據(jù)單位面積糧食產(chǎn)量劃定耕地質(zhì)量，是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(zhì)量狀況[22];但是只能從結(jié)果反映狀況，沒能將自然條件和人為投入具體表現(xiàn)出出來。之后，農(nóng)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(chǎn)量和耕地地力要素〔土壤理化性質(zhì)、地形坡度、耕層狀況等〕指標(biāo)，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(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)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(quán)重〔特爾斐法、層次分析法〕和從屬度〔特爾斐法、從屬函數(shù)法〕、計算耕地地力綜合指數(shù)〔累加法〕、劃分地力級別〔等距法〕[17].總之，結(jié)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(xiàn)出耕地的自然和經(jīng)濟(jì)的再生產(chǎn)能力[9].〔2〕耕地潛力評價。國際上比擬成熟的有FAO的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法〔AEZ〕、土壤生產(chǎn)力指數(shù)模型、土壤潛力模型、邁阿密模型、桑斯威特紀(jì)念模型、格斯勒-里斯模型、瓦格寧根模型[24];國內(nèi)常用的為光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力、氣候生產(chǎn)潛力、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)潛力等[25].美國農(nóng)業(yè)部根據(jù)限制因子及經(jīng)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(nóng)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(nóng)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(wù)于土地質(zhì)量管理工作，如耕地占補(bǔ)平衡評價、基本農(nóng)田保衛(wèi)區(qū)劃定、土地置換等，對于進(jìn)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(jìn)行匹配的方式方法進(jìn)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(diào)查土地性質(zhì)和土地質(zhì)量、進(jìn)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?qū)嵱眯詮?qiáng)而獲得很快的發(fā)展，限制評分法[28]、線性回歸法[29]、模糊數(shù)學(xué)[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(tǒng)即是參照(土地評價綱要〕，結(jié)合我們國家實際，共分了土地潛力區(qū)、適宜類、質(zhì)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(jù)。適宜性評價并不等同于土地利用規(guī)劃，需在考慮社會經(jīng)濟(jì)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(zhì)量評價。常見的土壤環(huán)境質(zhì)量評價方式方法有單因子指數(shù)法、模糊綜合評價法[31]、灰色聚類法[32]和綜合指數(shù)法等。華而不實，單因子指數(shù)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(fù)雜，考慮了質(zhì)量分級的過渡性；綜合指數(shù)法是當(dāng)前應(yīng)用的主要方式方法，通過環(huán)境質(zhì)量指數(shù)無量綱化后，各因子的奉獻(xiàn)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)〕，根據(jù)土壤污染物〔重金屬、砷、六六六、滴滴涕〕值將土壤環(huán)境質(zhì)量分為三級[34].農(nóng)業(yè)部于2000年制定的(農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范〕，其評價指標(biāo)除土壤污染物以外，增加了有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效硼等，評價經(jīng)過包括：調(diào)查與資料收集、監(jiān)測單元劃分、布設(shè)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(chǎn)性、穩(wěn)定性、保持性、經(jīng)濟(jì)可行性和社會可接受性的可持續(xù)性五大準(zhǔn)則[13],此后，可持續(xù)性成為包括耕地質(zhì)量評價在內(nèi)的土地評價研究的重要領(lǐng)域。土地可持續(xù)性研究的重點之一是構(gòu)建評價指標(biāo)體系。1995年世界銀行〔WBG〕、聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織〔FAO〕、聯(lián)合國開發(fā)計劃署〔UNDP〕和聯(lián)合國環(huán)境署〔UNEP〕共同提出了土地質(zhì)量指標(biāo)體系〔LandQualityIndicators,LQIs〕，基礎(chǔ)研究方式方法是壓力-狀態(tài)-響應(yīng)〔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(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)框架[36,37].國內(nèi)學(xué)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(jīng)濟(jì)、社會評價框架[38];陳百明建立了包括目的層、準(zhǔn)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(biāo)體系[39];蔡運龍等提出了包括生產(chǎn)力、穩(wěn)定性、恢復(fù)力、公平性、協(xié)調(diào)性的針對變化經(jīng)過的指標(biāo)體系[40].當(dāng)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(nèi)常用的土地質(zhì)量評價方式方法。應(yīng)用最早的是分等賦值法，即人為地劃分土壤肥力評價指標(biāo)的數(shù)量級別以及各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，然后利用簡單的加法、乘法合成一項綜合性的指標(biāo)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(qiáng)，評價結(jié)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(jì)80年代末開場農(nóng)用地分等定級試點工作，對技術(shù)方式方法進(jìn)行了大量探尋求索，主要成果具體表現(xiàn)出在2001國土資源部公布的(農(nóng)用地分等定級規(guī)程〕，是指根據(jù)農(nóng)用地自然和經(jīng)濟(jì)兩方面屬性，對農(nóng)用地的質(zhì)量優(yōu)劣進(jìn)行綜合評定，華而不實分等是以相對穩(wěn)定的土地性質(zhì)為評價指標(biāo)，定級以集約經(jīng)營水平或容易被人為投入改變的土地性質(zhì)為評價指標(biāo)。其評價流程能夠細(xì)分為選擇指標(biāo)、指標(biāo)評分、賦權(quán)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(shù)軸法、總分頻率曲線法，定級有因素法、修正法、樣地法[43].當(dāng)下我們國家已開展了農(nóng)用地分等定級工作，建成了全國可比基礎(chǔ)上的耕地質(zhì)量評價，分等定級的方式方法也在逐步標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、實用化。除此之外，分等定級是對耕地質(zhì)量的綜合評價，在分等定級經(jīng)過中，集對分析[23]、模糊數(shù)學(xué)[44]、高維降維技術(shù)[45]等被相繼引入。不同耕地質(zhì)量評價方式方法的應(yīng)用和發(fā)展經(jīng)過并不是獨立的，而是互相聯(lián)絡(luò)和互相補(bǔ)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(jìn)行的一種判定和評估[41];(