黄土高原沟壑区耕地生态质量评价体系构建与应用——以陕西长武县为例

Loess plateau region is one of earliest development and high intensive use regions in China, and the long-term excessive use led to problems of cultivated land quality degradation, such as, the regional water and soil loss, soil heavy metal elements pollution, ground water levels fall. It is a precondition for the sustainable cultivated land use in this region to understand the ecological quality factors, key ecological process, fractal dimension and comprehensive ecological quality of cultivated land. This study takes Changwu county in Shaanxi province as a sample, and establishes the cultivated land ecological quality evaluation system of “elements set- threshold-classification-weight-evaluation unit-evaluation model”, based on three goals of “comprehensive ecological quality-fractal dimension of ecological quality- elements”. Based on long-term experimental data, with the integrated use of APEX crop model, the analysis of correlation-variation, loop correction method of subjective and objective empowerment, geostatistical approaches and GIS technology, this study couduct research on establishing the arable land ecological quality evaluation index system, determining the weight threshold value and classification, determining the evaluation unit and evaluation model. Then put forward to the sustainable path based on the cultivated land ecological quality evaluation results in “plot/site-small watershed-region”. This study can enrich the theory of land resource evaluation, provide a method for the system to evaluate the ecological quality of cultivated land, and provide scientific reference for the control and management of cultivated land ecological quality.

黄土高原沟壑区是我国开发最早、利用强度最大的区域之一，长期过度利用导致该区域水土流失、土壤重金属污染、地下水位下降等耕地质量退化问题。理解该区域高强度利用下耕地生态质量要素构成、关键生态过程、和分维、综合生态质量，是进行该区域耕地可持续利用的前提。本研究以陕西长武县为样本，基于“综合生态质量-分维生态质量-要素”三个目标，构建“要素集-阈值-分级-权重-评价单元-评价模型”耕地生态质量评价体系；依据长期定位试验数据，综合运用APEX作物模型、关联-变异分析、循环修正主客观赋权法、地统计学、GIS等多技术手段，研究黄土高原沟壑区耕地生态质量评价指标体系构建，阈值分级和权重确定、评价单元和评价模型确定，基于长武“地块/站点-小流域-区域”三个尺度耕地生态质量评价结果，提出可持续调控路径。该研究可以丰富土地资源评价理论，为系统进行耕地生态质量评价提供方法借鉴，为耕地生态质量调控管理提供科学参考。

面对黄土高原沟壑区耕地利用中严峻的生态环境问题，为支撑耕地数量、质量、生态“三位一体”管理需求，本项目对该区域耕地生态质量评价体系构建与应用进行了深入探索。首先，本项目围绕该区域高强度利用下耕地生态质量要素构成及其关键生态过程，设计内涵—理论框架—质量维度—指标体系—阈值分级—权重确定—模型方法—应用实践的系统评价思路，构建了“耕地本底质量—分维生态质量—综合生态质量”系统的耕地生态质量理论框架，构建长武县40个村613农户耕地利用问卷和107土壤样本数据库。其次，建立基于“要素—过程—生态质量”的耕地生态质量表征指标体系，研判黄土高原沟壑区耕地本底质量，划分该区域耕地生态质量维度，确定耕地分维生态质量指标的最小数据集，计算耕地综合生态质量得分。再次，基于黄土高原沟壑区耕地生产力形成过程和关键生态过程，揭示耕地生态质量关键要素阈值和分级，构建耕地本底质量、分维生态质量和综合生态质量指标赋分体系，综合运用层次分析法和熵权法进行指标赋权，确定黄土高原沟壑区复杂地貌下的耕地评价单元、指数和模型算法。最后，基于构建的耕地生态质量评价思路和理论框架，将已构建的黄土高原沟壑区耕地生态质量评价体系和模型方法应用于长武县，揭示其耕地生态质量的健康程度和空间分布规律，对长武县的耕地生态质量进行量化定级，采取“优先级+引导分区”相结合的方法进行整治区划分，提出基于水土安全的耕地生态质量可持续调控路径。此外，本项目还将研究内容向耕地质量评价、耕地整治分区、耕地细碎化整理等方面进行了有益扩展，并应用到陕西延川县、北京大兴区、陕北榆阳区和广西龙州县。本研究丰富了耕地生态质量评价的理论与方法，构建了“总—分”结合多层次多目标的耕地生态质量评价指标体系，揭示了耕地生态质量的评价指标阈值分级、权重方法、评价单元和指数模型，探索了基于耕地生态质量的整治区划分模式，研究成果可为耕地生态质量建设和可持续土地利用提供科学参考。