摘要
为明确补充耕地质量状况，掌握补充耕地质量提升存在的限制因素，从农业生产角度出发，建立评价指标体系，对北京市大兴区安定镇老旧果园和撂荒地来源的 284.7 hm2 补充耕地和黄村镇建设用地来源的 132.1 hm2 补充耕地进行质量现状分析，并运用障碍度模型，筛选障碍度前 3 位的限制因子进行排序组合，确定限制因子组合类型并确定主导限制因子。结果显示：（1）黄村镇建设用地来源的补充耕地土壤养分含量明显低于安定镇老旧果园和撂荒地来源的补充耕地，加之土壤容重偏大，综合质量等级也相对较低。安定镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 10.1 g/kg、21.1 mg/kg、133 mg/kg，土壤质地以砂质壤土、壤质砂土和粉质壤土为主，有 33% 补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3 ，土壤 pH 平均为 8.68。黄村镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 5.4 g/kg、10.1 mg/kg、96 mg/kg，土壤质地以砂质壤土和粉质壤土为主，有 70% 补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3 ，土壤 pH 平均为 8.70。黄村镇补充耕地平均等级为 5.48，安定镇补充耕地质量平均等级为 4.66。 （2）黄村镇研究区补充耕地限制因子组合类型有 16 种，安定镇有 32 种。耕层质地限制因子为黄村镇和安定镇研究区补充耕地的主导限制因子，分别占两镇补充耕地的主导限制因子重点区域的 70.4% 和 64.6%。有机质含量和灌溉能力分别为黄村镇和安定镇的第二大主导限制因子。在黄村镇所有的限制因子组合中“耕层质地 + 有机质 + 有效土层厚度”组合面积最大，达 59.9 hm2 ，占黄村研究区补充耕地的 45.3%。在安定镇所有的限制因子组合中 “耕层质地 +pH+ 有机质”组合面积最大，为 47.9 hm2 ，占安定镇研究区补充耕地的 16.8%。研究结果可为划定补充耕地质量提升重点区域提供科学依据。
Abstract
In order to clarify the quality status of supplementary cultivated land and grasp the limiting factors for improving the quality of supplementary cultivated land，this study established an evaluation index system from the perspective of agricultural production，and analyzed the quality status of 284.7 hm2 supplementary cultivated land from old orchards and abandoned land in Anding town，Daxing district，and 132.1 hm2 supplementary cultivated land from construction land in Huangcun town Daxing district. The obstacle degree model was used to select the top 3 limiting factors for sorting and combining，and to determine the combination type of limiting factors and the dominant limiting factors. The results showed that：（1）The soil nutrient content of the supplementary cultivated land from the construction land in Huangcun town was significantly lower than that from the old orchards and abandoned land in Anding town. In addition，the soil was heavy and the comprehensive quality level was relatively low. The average values of organic matter，available phosphorus and available potassium in the supplementary farmland in Anding town were 10.1 g/kg，21.1 mg/kg and 133 mg/kg，respectively. The soil texture of plow layer was mainly sandy loam，loamy sandy soil and silty loam. The soil bulk density of 33% of the supplementary farmland was greater than 1.55 g/cm3 ，and the average soil pH was 8.68. The average values of organic matter， available phosphorus and available potassium in the supplementary farmland in Huangcun town were 5.4 g/kg，10.1 mg/kg and 96 mg/kg，respectively. The soil texture of plow layer was mainly sandy loam and silty loam. The soil bulk density of 70% of the supplementary farmland was greater than 1.55 g/cm3 ，and the average soil pH was 8.70. The average quality grade of supplementary cultivated land in Huangcun town and Anding town was 5.48 and 4.66，respectively.（2）There were 16 types of supplementary cultivated land restriction factors in Huangcun town and 32 types in Anding town. The soil texture of plow layer limiting factor was the dominant limiting factor of supplementary cultivated land in Huangcun town and Anding town， accounting for 70.4% and 64.6% of the key areas of supplementary cultivated land，respectively. Organic matter content and irrigation capacity were the second major limiting factors in Huangcun town and Anding town，respectively. The area of "surface texture + organic matter + thickness of effective soil layer" was the largest among all the limiting factor combinations in Huangcun town，which was 59.9 hm2 ，accounting for 45.3% of the supplementary cultivated land in Huangcun town. Among all the limiting factor combinations in Anding town，the area of "surface texture +pH+ organic matter" was the largest， which was 47.9 hm2 ，accounting for 16.8% of the supplementary cultivated land in Anding town. The research results could provide scientific basis for demarcating key areas for improving the quality of supplementary cultivated land.
十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地是我国的基本国策。耕地占补平衡是严守耕地红线的重要举措[1]，中央一号文件不断强调严格补充耕地占补平衡管理，要求补充的耕地数量相等、质量相当、产能不降，但耕地的质量保护尚未引起足够重视[2]。北京作为首善之区，坚持把加强耕地保护摆在更加突出的位置，近几年大力开展复耕复垦，全市耕地规模持续回升，2023 年底达到 130667 hm2，相比 2019 年第三次全国国土调查的耕地面积 93333 hm2 增加了 37334 hm2，虽然数量大幅提升，但复耕复垦形成的耕地质量依然不足，距离落实“农田必须是良田”要求还有差距。找准限制因素，明确耕地质量等级提升的重点建设区域，是快速提升复耕复垦耕地质量的基础，对于推动落实耕地占补平衡和促进耕地保护具有重要意义。
当前，关于耕地质量评价有两种主流评价体系，一种是从农业生产角度出发，综合耕地地力、土壤健康状况和田间基础设施水平等要素构成的耕地质量评价指标体系[3]。另一种侧重从宏观尺度上对耕地的生产能力进行评价，考虑耕地所在区域的光温、降水、土壤、农田基础设施及社会经济发展水平等指标[4]。对于补充耕地的质量评价，目前大多数学者也是在两种评价体系的基础上进行指标的补充完善[5-8]。关于耕地质量提升的研究多围绕土地整治开展，以农用地分等成果为基础，利用农用地分等成果、产能测算提升能力[9-12]，或者是补充若干其他评价指标开展耕地质量提升潜力研究[7，13]，也有学者从限制因子角度出发对于耕地质量提升重点区域的划分[14-17]。
本研究以北京市大兴区安定镇老旧果园、撂荒地来源的 284.7 hm2 补充耕地和黄村镇建设用地来源的 132.1 hm2 补充耕地为研究对象，从耕地农业生产属性出发，建立评价指标体系对补充耕地土壤属性和质量等级进行分析，并对评价指标进行归一化处理后，采用障碍度模型分析该区域补充耕地存在的障碍因素，划定主导障碍因素，并提出相应对策，以期为补充耕地质量评价和提升提供参考。
1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
大兴区位于北京市的南部，其地理位置介于 39°26′～39°50′N，116°13′～116°43′E。地处华北平原的东北部，地势平坦，整体呈西北高东南低的微倾状，属永定河洪积-冲积平原的一部分，成土母质为永定河冲积物，土质偏砂。耕地面积 18093.3 hm2 （第三次全国国土调查），耕地数量居全市第一。
1.2 数据来源
黄村镇补充耕地为土地整治项目，面积为 132.1 hm2，主要来源为建设用地。安定镇补充耕地为复耕项目，面积分别为 284.7 hm2，主要来源为老旧果园、撂荒地等。
2 研究方法
2.1 评价单元划定与样点布设
评价单元是适宜性评价中处理数据和展示评价结果的最基本地块，评价单元内部应具有同质性特征。建设用地来源的补充耕地多为人工扰动土、耕地来源的建设用地，属性不同，复垦工艺不同，耕地土壤的差异化较大，在划定单元时，以耕地来源为建设用地的图斑（不足 667 m2 的图斑存在相邻地块与同项目的周边图斑地形地貌、农田基础设施、复垦工艺相同等情况相同图斑合并）作为评价单元，保证每个新增耕地来源为建设用地的地块布设一个样点。老旧果园等非建设用地来源的补充耕地划定基本单元时，选取地形地貌、土壤类型（耕地来源为建设用地的不考虑）、农田基础设施（灌排设施）、耕地来源（建设用地、农用地、未利用地）作为划分评价单元的要素，将非建设用地的地形地貌、土壤类型、农田基础设施、耕地来源等要素属性使用联合工具进行分析，各要素属性一致的区域作为评价单元。每个评价单元选择面积最大的图斑布设 1 个样点。按照以上原则，研究区共划定 195 个评价单元，布设调查点位 195 个，其中黄村镇 81 个，安定镇 114 个。
图1研究区采样点位分布
2.2 野外踏勘与采样测试
根据采样图和地块的坐标位置确定取样地块，通过手持 GPS 定位装置，到达布设的点位附近进行实地探勘与采样。实地踏勘调查采样时间为 2023 年 10 月 12—23 日。实地探勘调查指标包括灌溉能力、地形部位、质地构型、排水能力、地下水埋深、障碍层类型、障碍层深度、障碍层厚度、耕层厚度、农田林网化、主栽作物、年产量等指标情况，调查则采取现场踏勘和农户访问的形式。
根据田块形状，选择代表性区域，采用梅花法、棋盘法或蛇形法等多点混合的方法采集样品。采样深度为 0～20 cm。容重利用不锈钢环刀（统一用 100 mL 体积的环刀）每个样点采集 3 个平行样品。土壤样品经实验室自然风干后，挑除石子、植物根系等杂物，研磨过筛后进行土壤养分指标测定。土壤有机质含量采用重铬酸钾硫酸氧化-硫酸亚铁滴定法测定，土壤有效磷含量采用碳酸氢钠溶液浸提-钼锑抗分光光度法测定，土壤速效钾含量采用乙酸铵溶液浸提-火焰光度法测定。
2.3 质量等级评价
2.3.1 评价指标选择和权重确定
大兴全域属于黄淮海区-燕山太行山山麓平原农业区，根据《耕地质量等级》（GB/T33469—2016）确定 18 个评价指标，分别是地形部位、有效土层厚度、有机质、耕层质地、土壤容重、质地构型、有效磷、速效钾、生物多样性、清洁程度、灌溉能力、排水能力、障碍因素、农田林网化程度、酸碱度、耕层厚度、盐渍化程度、地下水埋深。
确定评价指标权重的方法有专家打分法（特尔斐法）、层次分析法、多元回归法、模糊数学法、灰度理论法等。本研究利用层次分析法确定各指标权重。
2.3.2 计算耕地质量评价指标隶属度
根据模糊数学的理论，将选定的评价指标与耕地质量之间的关系可分为戒上型函数、峰型函数模型以及概念型指标 3 种类型。其中，地形部位、有效土层厚度、耕层质地、质地构型、生物多样性、清洁程度、灌溉能力、排水能力、障碍因素、农田林网化程度、酸碱度、耕层厚度、盐渍化程度、地下水埋深等 14 个指标为定性概念型定性指标，用特尔菲法直接给出隶属度。有机质、有效磷、速效钾 3 个指标建立戒上型函数，土壤容重建立峰型函数，各采样点耕地质量评价主要指标的分值见表1。
2.3.3 计算耕地质量综合指数及划分耕地质量等级
采用累加法计算耕地质量综合指数，将耕地质量划分为 10 个等级，一等地耕地质量最高，十等地耕地质量最低[1]。具体耕地质量等级划分方案如表2所示。
表1采样点位耕地质量评价主要指标分值
表2耕地质量等级划分方案
(1)
式中，P——耕地质量综合指数；Ci——第 i 个评价指标的组合权重；Fi——第 i 个评价指标的隶属度。
2.3.4 障碍因子分析
本研究利用障碍度模型分析耕地质量限制因子，通过对指标进行归一化处理和障碍度计算，准确对评价单元中限制因子的限制程度排序。
在计算障碍度前首先对所有的指标进行归一化处理，使 18 个评价指标达到全局可比的状态，本文中具体归一化处理过程如下：
(2)
(3)
式中，Xij 为第 j 个评价单元第 i 个指标标准化值，χij 为第 j 个评价单元第 i 个指标原始分值，χmax、 χmin 分别为第 j 个评价单元第 i 个指标分值的最大值与最小值。
在归一化后通过计算指标偏离度和障碍度，得到评价单元中限制因子限制程度排序。偏离度表示该指标与理想值的距离，障碍度数值越大，表明评价因子的限制程度越大。
(4)
(5)
式中，Pij 为第 j 个评价单元第 i 个指标的偏离度， Aij 为第 j 个评价单元第 i 个指标的障碍度，Rj 为第 j 个评价指标的权重。
3 结果与分析
3.1 补充耕地土壤属性分析
3.1.1 立地条件
安定镇和黄村镇均属于平原区，海拔高度在 12～74 m，安定镇地势较低，黄村镇相对较高。两镇主要土壤类型为潮土，安定镇西南部、黄村镇中部有零星分布的褐土。调查发现，两镇补充耕地以通体壤土为主，占比在 83%～88%，安定镇还有 13% 的通体砂土体，黄村镇有 10% 的紧实型土体。安定镇补充耕地有效土层厚度均大于 100 cm。黄村镇有效土层厚度均大于 60 cm，平均为 83 cm，符合旱地类补充耕地的有效土层厚度不小于 60 cm 的要求。
3.1.2 物理性状
通过测定耕层土壤的机械组成，判定安定镇补充耕地耕层质地主要以砂质壤土、壤质砂土和粉质壤土为主，占比分别为 40%、29% 和 17%，砂土面积占比 13%。黄村镇补充耕地砂质壤土和粉质壤土总占比为 78%，壤质砂土占比为 18%。
容重可以反映土壤的透气性、入渗性、持水性、溶质迁移以及土壤抗蚀能力等[2]。安定镇补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3 的占比为 33%，而黄村镇补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3 的占比达到了 70%。京郊土壤的一般耕层容重为 1.37～1.52 g/cm3，平均容重 1.41 g/cm3[18]，土壤容重偏高，土壤较为紧实，这也是补充耕地的一个重要障碍因素。
3.1.3 养分性状
安定镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 10.1 g/kg、21.1 mg/kg、133 mg/kg。黄村镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 5.4 g/kg、10.1 mg/kg、96 mg/kg。对比两镇的土壤养分含量可以看出，黄村镇土壤养分含量明显低于安定镇，推测可能是黄村镇补充耕地来源大多是建设用地，耕层进行了客土，而客土来源大多是生土所导致。安定镇研究区土壤 pH 平均为 8.68，黄村镇研究区土壤 pH 平均为 8.70。大兴区整体 pH 偏碱[19]，两镇补充耕地土壤 pH 情况符合大兴区实际。
分级统计（表3）表明，安定镇补充耕地有机质含量≤ 10 g/kg 的占比 55%，黄村镇有 96% 的补充耕地土壤有机质含量低于 10 g/kg，可以看出两镇的补充耕地土壤有机质含量普遍较低。安定镇补充耕地土壤有效磷含量≤ 10 mg/kg 的占比约 30%，10～20、 20～30 mg/kg 占比分别约 20%，≥ 40、30～40 mg/kg 占比分别约 10%。黄村镇约 78% 补充耕地有效磷含量≤ 10 mg/kg。安定镇补充耕地土壤速效钾含量在 50～100 和 100～150mg/kg 的占比分别为 32%、35%， 150～200 和≥ 200 mg/kg 的占比为 15% 左右。黄村镇补充耕地土壤速效钾含量主要集中在 50～100 和 100～150 mg/kg，占比分别为 55% 和 21%。安定镇和黄村镇补充耕地土壤 pH 分布主要集中在 8.5～9.0，占比均超过 70%。
表3研究区补充耕地土壤属性分级
3.1.4 田间基础设施
安定镇和黄村镇研究区的补充耕地均为旱地，对灌溉能力不做特殊要求，调查发现正常生产年景不存在灌溉不满足的情况，排水能力基本满足和满足的地块占 82%，充分满足的仅占 18%。
3.2 耕地质量等级情况
耕地质量等级情况统计（表4）表明，黄村镇补充耕地平均等级为 5.48，安定镇补充耕地质量平均等级为 4.66。安定镇补充耕地的耕地质量等级在一～八等地均有分布，其中五等地、六等地和四等地分布较多，分别占比为 32.3%、28.7%、 15.0%，占比达到了 76%。黄村镇没有一、二、三等地，主要集中在五、六、七等地，占比分别为 51.3%、24.3%、17.8%。两镇补充耕地质量等级存在差异的主要原因是黄村镇建设用地来源的补充耕地因其耕层质地、有效土层厚度、土壤养分、容重等指标与安定镇相比存在一定障碍导致。
3.3 耕地质量障碍因子诊断
运用障碍度模型，对安定镇和黄村镇补充耕地 154 个评价单元的限制因子进行分析，划分出以具体限制因子为主导的类型区域，指出耕地质量提升方向。从表5可知，安定镇主导限制因子重点区域分为 2 个，分别为耕层质地限制因子主导区、灌溉能力限制因子主导区，这 2 类限制因子分别占安定镇主导限制因子重点区域总面积的 70.4%、22.8%。黄村镇主导限制因子重点区域分为 2 个，分别为耕层质地限制因子主导区、土壤有机质含量限制因子主导区，这 2 类限制因子分别占黄村镇主导限制因子重点区域总面积的 64.6%、 22.0%。
研究区耕地质量限制因子组合类型（表6）表明，安定镇耕层质地限制因子主导区是该镇补充耕地限制因子最大的一个，该主导限制因子区域内有 20 种限制因子组合，主要的 2 级限制因子包括 pH、灌溉能力、有机质和质地构型，分别占该限制因子主导区的 41.8%、23.2%、13.8% 和 10%。该限制区内“耕层质地 +pH+ 有机质”组合面积最大，为 47.87 hm2，占安定镇研究区耕地的 16.8%。安定镇灌溉能力限制因子主导区是该镇补充耕地第二大限制区域，该区域的 2 级限制因子包括耕层质地和 pH，分别占该限制因子主导区的 76.0% 和 23.3%。
耕层质地限制因子主导区也是黄村镇补充耕地限制因子最大的一个，该主导限制因子区域包含有机质、有效土层厚度、灌溉能力和质地构型 4 类 2 级限制因子主导的 6 种限制因子组合，由有机质含量主导的限制因子 2 级区面积最大，占 72.1%，其中又以“耕层质地 + 有机质 + 有效土层厚度”因子组合面积最大，达 59.93 hm2，占黄村镇所有补充耕地的 45.3%。“耕层质地 + 有效土层厚度 + 有机质”因子组合次之，达 15.8 hm2，占黄村镇所有补充耕地的 12%。有机质含量限制因子主导区是黄村镇补充耕地第二大限制区域，该限制区域最大的限制因子组合为“有机质 + 有效土层厚度 + 排水能力”，面积为 18.27 hm2，占黄村镇所有补充耕地的 13.8%。
表4研究区耕地质量等级占比及平均等级
表5研究区耕地质量主导限制因子重点区域面积比例
表6研究区耕地质量限制因子组合类型
4 结论与讨论
本研究在分析补充耕地质量情况的基础上，利用障碍度模型，对区域耕地质量提升重点因子进行划定，得出以下结论：（1）黄村镇建设用地来源的补充耕地土壤养分含量明显低于安定镇老旧果园和撂荒地来源的补充耕地，加之土壤偏重，综合质量等级也相对较低。安定镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 10.1 g/kg、21.1 mg/kg、 133 mg/kg，土壤质地以砂质壤土、壤质砂土和粉质壤土为主，有 33% 补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3，土壤 pH 平均为 8.68。黄村镇研究区补充耕地有机质、有效磷、速效钾的平均值分别为 5.4 g/kg、10.1 mg/kg、96 mg/kg，土壤质地以砂质壤土和粉质壤土为主，有 70% 补充耕地土壤容重大于 1.55 g/cm3，，土壤 pH 平均为 8.70。黄村镇补充耕地平均等级为 5.48，安定镇补充耕地质量平均等级为 4.66。（2）耕层质地限制因子为黄村镇和安定镇研究区补充耕地的主导限制因子，分别占两镇补充耕地的主导限制因子重点区域的 70.4% 和 64.6%。有机质含量和灌溉能力分别为黄村镇和安定镇的第二大主导限制因子。在黄村镇所有的限制因子组合中“耕层质地 + 有机质 + 有效土层厚度”组合面积最大，达 59.9 hm2，占黄村镇研究区补充耕地的 45.3%。在安定镇所有的限制因子组合中，“耕层质地 +pH+ 有机质”组合面积最大，为 47.9 hm2，占安定镇研究区补充耕地的 16.8%。
大兴区土壤母质是永定河近代冲积物，土壤主要是潮土、盐潮土及风沙土，且以砂土、砂壤土比重较大，土壤质地偏粉砂质[19]，对土壤质地的改良可通过施用有机肥、种植绿肥、秸秆还田等方式，但所有的改良方式对土壤质地改良的特征响应时间较长。通过直接添加或替换土壤材料调整土壤中的颗粒比例等客土方法，改良投入较大，也不现实。从侧面也反映了一些耕地因本身立地条件限制使其质量等级提升难度大。在灌溉能力主导限制因子区域，通过打机井及修筑引水渠，完善灌排设施，推广喷灌、滴灌等措施，提高灌溉效率，可在短时间内有效提升耕地质量。针对有机质含量较低这一障碍因素，可通过加大有机物料的投入水平，促进土壤有机质提升，对有机质含量偏低的耕地，每年推荐有机肥量为 30 t/hm2。同时还可采用秸秆还田，直接还田是增加土壤有机质和提高作物产量的有效措施，瘦田采用秸秆还田时，补充适当的水分和施入速效性氮肥，避免微生物与作物争氮。对于有条件的补充耕地，可以考虑茬口搭配，配套种植二月兰等绿肥作物，实行绿肥翻压还田，增加土壤有机质含量，同时有利于活化土壤耕层，提升土壤生物肥力。大量长期试验研究表明，耕地肥力质量提升的核心和关键是提高土壤有机质。徐明岗等[20]的研究表明，土壤有机质含量每提升 0.1%，在北方旱区（包括华北地区）可提高粮食作物生产能力 0.3～0.5 t/hm2。廖宇波等[21]研究表明，大兴区粮田土壤有机质平均为 14.9 g/kg，黄村镇研究区补充耕地有机质含量平均值为 5.4 g/kg，如果达到大兴粮田土壤有机质平均水平，可提高粮食作物生产能力 2.85～4.75 t/hm2。
本研究从农业生产角度出发，对耕地质量等级评价指标的限制程度进行了排序，确定了主导限制因子，从而有针对性地进行质量提升，但本研究并未对可提升程度做出分析，后续的研究可以对该区域的提升程度进行探究，有利于科学合理设置考核耕地质量、提升考核目标。