我国是农业大国，保障粮食生产至关重要。耕地作为农业生产的基础，其数量和质量与粮食生产紧密相关，对维持社会经济稳定发展具有重要作用。由于城市化进程的加快，耕地数量不断减少，大量优质耕地被占用或高强度利用，导致用养地失衡，使得我国耕地质量总体偏低，高等别耕地比重小，中低等耕地面积较大，且其本身存在的限制因素在很大程度上制约了耕地粮食生产效率，因此提升耕地质量即土地整治势在必行。为提高耕地总体质量，确保粮食生产安全，我国实行耕地数量、质量和生态“三位一体”的耕地保护制度，因而从限制因素入手进行耕地质量提升研究具有重要的理论及实际意义。

近年来，国内外学者关于耕地质量的研究涉及耕地质量动态平衡变化^[1]、耕地质量管理^[2-3]、耕地质量评价^[4-5]、耕地质量监测^[6-7]、耕地占补平衡^[8-9]、耕地质量和数量提升及利用潜力研究^[10-12]等方面，并获得了一定的研究成果，其中关于耕地质量提升的研究大多通过选取指标评价耕地质量提升，忽略了耕地自身限制因素的改良。董莉莉等^[13]从耕地限制因素入手，分析不同地域耕地等别及其限制因素，提出耕地质量提升策略；张杰等^[14]引入限制因素障碍度模型，确定限制程度并提出耕地质量提升措施；吕慧敏等^[15]利用自然等提等潜力计算模型确定主导限制型与自然等别组合类型，并提出耕地质量提升措施。综合来看，目前关于耕地限制因素的研究较少，基于限制因素划定耕地质量提升区的研究更少。

因此，本研究从耕地质量限制因素入手，以长春市九台区为研究区，基于耕地质量等别更新与监测数据库，利用改进的自然等提等潜力指数模型，确定耕地主导限制型及主导限制程度，在此基础上划分耕地质量提升区并提出针对性的建议，为九台区耕地质量提升和建设提供参考依据，使该区土地整治更加合理。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

九台区位于吉林省长春市东北部，是长春的东大门，位于东经125°24′ 50″ ~126°29′ 50″，北纬43°50′ 30″~44°31′30″，东接吉林市昌邑区、永吉县，西同长春市二道区毗邻，南连长春市双阳区，北与德惠市、榆树市接壤。九台区属长松辽平原东南边缘与长白山脉过渡地带，北寒温带半湿润地区，大陆性季风型气候明显，河流水系发达。九台区下辖3个街道、13个镇、2个民族乡。截至2016年12月底，九台区土地总面积为337 151.80 hm²，其中，耕地总面积218 969.43 hm²，在1:10 000比例尺下，耕地图斑共计41 027个，占土地总面积的64.95%，其中，旱地189 411.83 hm²、水田29 261.16 hm²、水浇地296.44 hm²，耕地占有绝对优势。九台区属于黑土农作区，黑土分布广，适宜农作物的种植，耕地资源丰富且土质肥沃，土地垦殖率较高，种植业以粮食为主，这使该区成为农业大区及国家级商品粮基地，农业在全区国民经济发展中占有很重要的地位。因此，以九台区为研究区具有较强代表性。

1.2 数据来源

本研究主要涉及耕地数量数据、质量数据以及相关统计数据。其中，耕地数量数据来自于九台区2017年土地调查数据库；耕地质量数据来自于九台区2017年耕地质量等别年度更新评价数据库以及耕地质量年度监测评价数据库；相关统计数据来自于文献[16]。

根据研究实际需要对所获数据进行整理、筛选和计算，以确保研究的顺利进行。

1.3 研究方法 1.3.1 限制因素指标选取

依据《GB/T 28407—2012农用地质量分等规程》（以下简称《规程》），九台区所属标准耕作制一级区为东北区，二级区为松嫩平原区，标准耕作制度为玉米、水稻、大豆，复种类型一年一熟，是吉林省的农业大区以及国家级商品粮基地。根据《规程》中推荐的12个耕地质量指标，依据综合分析原则、稳定性原则、标准化原则以及可操作性原则，结合九台区实际情况，本研究舍弃灌溉保证率、灌溉水源、有效土层厚度、地形坡度及地表岩石露头度5个指标，最终选取表层土壤质地、土壤酸碱度、剖面构型、盐渍化程度、土壤有机质含量、障碍层距地表深度以及排水条件7个指标作为县域耕地质量限制因素指标。

1.3.2 限制类型确定

近年来，国内外学者对于耕地质量限制类型的土地评价体系研究逐步完善，限制类型的划分涉及土壤、肥力、排水等具体的指标。就研究区而言，在确定限制类型时，以九台区耕地质量限制因素指标为基础，结合上述选择的7大限制因素指标，建立起耕地质量限制类型和限制因素指标的对应关系，见表 1。从表 1可知九台区存在质地限制（t）、酸碱度限制（p）、剖面构型限制（s）、盐碱限制（n）、有机质限制（o）、障碍层次限制（h）、排水限制（d）共7种基本限制类型。

1.3.3 主导限制型计算方法

主导限制型是耕地质量限制的最主要因素，将各耕地图斑的限制型按照限制性大小进行排序组合，即限制谱序^[17-18]。计算限制谱序一般运用改进的自然等提等潜力指数模型^[19-20]，该模型通过计算各耕地图斑自然等指数的实际分值与自然等指数的最大值，并将其进行差值比较，两者的差值与最大值的百分比即为该项指标的提等潜力指数。计算公式如下：

式中：r_ik表示第i个图斑内第k个因素指标对该图斑自然等指数的实际值；w_jk表示第j种作物第k个因素指标的权重；f_ijk表示第i个图斑内第j种作物第k个因素指标的质量分值；α_j表示第j种作物的光温生产潜力指数；β_j表示第j种作物的产量比系数；R_ik表示第i个图斑内第k个因素指标对该图斑自然等指数的最大值；P_ik表示第i个图斑内第k个因素指标的自然等提等潜力指数。

在此基础上，对各耕地图斑提等潜力指数按照大小进行排列组合，确定该图斑主导限制型。其中，自然等提等潜力指数P值越大，限制谱序越靠前，耕地质量可提升的潜力越大，而限制性也越强，P值的最大值即为耕地自然等质量主导限制型。

1.3.4 主导限制程度确定方法

基于主导限制型确定主导限制程度，主导限制型对应的自然等提等潜力值越大，限制程度越高。依托ArcGIS平台，利用相等间隔法对其主导限制程度进行初步划分，并结合计算得到的提等潜力实际值进行修正改进，最终确定无限制（P=0）、低限制（0 < P≤ 15%）、中限制（15% < P≤40%）以及高限制（P>40%）4个限制程度等级。

1.3.5 耕地质量提升区划分方式

耕地质量提升区在实际划分时以研究区耕地主导限制型及主导限制程度为基础，结合具体情况确定近期、中期及远期耕地质量提升区。耕地的主导限制程度影响耕地质量提升难易程度，限制程度越高，整治难度越大，反之越小；耕地不同的主导限制型同样在耕地质量提升方面存在不同难易程度。排水限制和盐碱限制整治难度较小，属于基本工程；有机质限制则可通过采取生物化学措施进行长期管理，难度较低；质地限制、剖面构型限制以及障碍层次限制改造难度相对较大，需要长期投入大量资金及技术，短期内难见明显成效。因此，按照主导限制程度和主导限制型改良的难易程度，将低限制及中、高限制中的排水限制划为近期质量提升区；中、高限制中包含盐碱限制、有机质限制的部分划为中期质量提升区；其余部分划分为远期质量提升区。

2 结果与讨论 2.1 主导限制型分布情况

结合研究区实际情况，利用改进的自然等提等潜力指数模型，计算九台区41 027个耕地图斑中7个评价指标的提等潜力指数，确定各耕地图斑主导限制型及主导限制程度，见表 2。利用统计软件汇总得知九台区耕地存在14种主导限制型，见表 3。大部分耕地图斑主导限制型只存在一种主导限制，少部分图斑存在两种或三种主导限制，障碍层次限制（h）是九台区最主要的主导限制型，其次是剖面构型限制（s），分别占九台区耕地总面积的51.308%和18.088%，各主导限制型中质地-排水限制（t-d）所占比重最小，仅一块图斑，面积为5.41 hm²。

基于ArcGIS平台，结合九台区各耕地图斑主导限制型结果明确其分布情况，见图 1。可以看出，九台区主导限制型分布面积最广的是障碍层次限制（h），集中连片分布在九台区所有乡镇，包括火石岭村、和气村、三盛村和牛沟村等298个行政村；剖面构型限制（s）次之，同障碍层次限制类似，分散在九台区各个乡镇，包括新立村、吴家店村、龙嘉堡村等207个行政村；剖面构型-障碍层次限制（s-h）分布于九台区东北部、中部和西南部地区，涉及九郊街道、沐石河镇以及城子街镇等13个乡镇（街道），包括石家村、唐家村、盛家村在内的64个行政村；质地-剖面构型限制（t-s）主要分布在东部地区，涉及城子街镇、其塔木镇、上河湾镇等9个乡镇45个行政村；剖面构型-盐碱-障碍层次限制（s-n-h）主要分布在东部，涉及西营城镇、土们岭镇、苇子沟镇等8个乡镇29个行政村；质地限制（t）、排水限制（d）、盐碱-排水限制（n-d）以及剖面构型-盐碱限制（s-n）遍及九台各地区，分布范围广；盐碱-障碍层次限制（n-h）、有机质限制（o）、质地-障碍层次限制（t-h）以及质地-排水限制（t-d）零星分布在少数地区；多数行政村存在多种主导限制型。

2.2 主导限制程度与主导限制型组合

将主导限制程度与主导限制型两两组合，最终得到20种不同的主导限制程度-主导限制型组合，见表 4。可以看出，主导限制程度为高限制的耕地共计37 677个图斑，面积最大，为199 472.80 hm²，占全区耕地总面积的91.096%；而低限制耕地极少，仅一块图斑，面积为10.70 hm²。

2.3 耕地质量提升区分析

通过提等潜力计算明确各耕地图斑主导限制型及主导限制程度，进而划分耕地质量提升区，有利于土地整治工作的合理有序开展，有效提升耕地质量，九台区耕地质量提升分区结果见表 5及图 2。

九台区近期质量提升区耕地图斑有2185个，共计13 936.50 hm²，占耕地总面积的6.37%，分布较为分散，涉及九台区所有乡镇，包括和气村、板石村、清水村、大城子村以及莲花村等297个行政村。近期质量提升区限制程度低且改善的难度低，比较容易实现，其中，排水限制可根据实际情况完善排水体系，配备相应排水工程，完善水利设施建设；盐碱限制则可通过深挖开沟降低土壤的地下水位，同时通过反复漫灌与排水淋洗土壤中的盐分，以提高耕地质量。

中期质量提升区耕地图斑有3768个，共计16 993.13 hm²，占耕地总面积的7.76%，同近期质量提升区类似，分散分布在九台区所有乡镇，包括新兴村、平安卜村、莲花村以及金家岗村等306个行政村。中期质量提升区包括受盐碱限制、有机质限制的耕地，在整治时需要采取相应生物化学等措施，并采用合理轮作、测土配方施肥以及施放有机质养料等方式，改造时间相对较长。

远期质量提升区耕地图斑有38 074个，耕地面积188 039.80 hm²，分布面积最广，所占面积比例最大，为85.87%，涉及九台区18个乡镇，包括火石岭村、和气村、三盛村以及放牛沟村等310个行政村。九台区土壤中存在各种障碍层，导致耕地质量等别受到限制。为提升耕地质量，应加强耕地障碍层的清理，改善土壤结构，降低耕地障碍限制，同时需投入大量资金和技术，通过各种机械手段改善耕层土壤质地以及土壤剖面中不良的土层排列，并对其进行长期监督管理。

3 结论

（1）建立耕地质量限制型与耕地质量限制因素指标的对应关系，可以确定九台区耕地质量存在排水限制、质地限制以及盐碱限制等7种限制类型。

（2）利用改进的自然等提等潜力指数模型计算耕地质量提等潜力指数，并进行限制型谱序，在确定九台区各耕地图斑主导限制型的同时进行限制程度划分，最终得到14种耕地质量主导限制型和20种主导限制程度与主导限制型的组合类型。

（3）基于可行性、合理性的原则，将主导限制型与主导限制程度进行分析，进而划分出近期、中期和远期耕地质量提升区，为九台区土地整治做出合理的空间时序安排，并针对性地提出建议，为其后续开发利用提供参考依据。