耕地质量评价的研究综述与趋势(3),农业基础科学论文

　　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CO2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[72].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[73].

　　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[72],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[74]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[75].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[76]等。

　　耕地质量综合评价可考虑结合农户认知[77].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[78],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[78].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[79],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[80].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[22].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[81],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）[82],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[83],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GIS、RS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[84].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[85].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[86],Reshmidevi等的基于GIS进行了土地可持续性评价[87],赵建军等利用AHP和GIS结合的吉林省耕地质量评价[88]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[47].

　　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[89],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[89].目前有研究用多光谱影像（如 TM[90]、SPOT[91]、BJ-1[92]、CBERS[93]）、高光谱影像（如MODIS[94]、HJ[95]、Hyperion[96]）及微波（雷达[97]、微波辐射计[98]、微波散射计[99]）探索了耕地质量不同指标的反演，包括土壤全氮[100]、速效K[101]、pH[102]、土壤水分、土壤有机质、土壤颗粒组成等[103].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。

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