旱地改水田障碍因子识别与诊断

摘要  基于生态位理论，以建设高产水田为目标，选取影响旱地改水田的生态因子，构建旱地改水田障碍因子识别与诊断评价体系，根据限制因子定律和耐受性定律确定其阈值或最适值，结合具体项目，进行障碍因子识别与障碍度诊断。结果表明，利用该方法识别与诊断的旱地改水田障碍因子和提出的消减措施，可切实解决具体到某一项目“能不能建、怎么建、建什么”的问题。研究可为旱地改水田项目可行性研究和规划设计提供科学可行的思路与方法，对于保障旱地改水田成功实施具有理论指导意义。

关键词  旱地改水田；障碍因子；识别与诊断；规划设计

中图分类号  S27  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）21-0183-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.21.038

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Identification and Diagnosis of Obstacle Factors in Converting Dryland to Paddy

GUO Fei1， ZHOU Xiao-yan2， ZHANG Shuai1

（1.Fuyang Land Consolidation and Rehabilitation Center， Fuyang， Anhui 236000;2. Anhui Land Consolidation and Rehabilitation Center，Hefei，Anhui 230601）

Abstract  Based on the ecological niche theory， aiming to establish high-yield wetlands， this study selected ecological factors influencing converting dryland to paddy， constructed an evaluation system for identifying and diagnosing obstacle factors in converting dryland to paddy， and determined their thresholds or optimal values according to the law of limiting factors and tolerance. By combining specific projects， obstacle factors and their severity were diagnosed. The results showed that the identified obstacle factors and proposed reduction measures in dryland to paddy conversion could effectively address the specific issues of “whether， how， and what to construct” for a particular project. This research provides a scientifically feasible approach and theoretical guidance for feasibility studies and planning and design of dryland to paddy conversion projects. It is of great significance in ensuring the successful implementation of converting dryland to paddy.

Key words  Converting dryland to paddy;Obstacle factor;Identification and diagnosis;Planning and design

基金项目  安徽省自然资源科技项目（2023-K-11）。

作者简介  郭飞（1979—），男，安徽临泉人，高级工程师，硕士，从事土地综合整治、生态修复研究。

收稿日期  2024-06-04

旱地改水田是指通过工程、物理、化学、生物、管理等一系列措施将原先种植旱作物的农田改造为以种水稻为主的水田，其主要目的是提升耕地质量、增加粮食产能、提高综合生产能力。由于自然资源禀赋、基础设施条件、农业技术水平、政策支持、市场环境等因素的制约，旱地改造为水田会出现各种障碍，阻碍改造目标的实现。例如，某些地区土壤酸碱度偏高，不利于水稻生长；部分地区缺乏灌溉设施，无法满足水田生产的用水需求；有的地区农民缺乏水稻种植技术，难以保证产量和质量。

近年来，学者们就旱地改水田的选择和适宜性评价开展了一系列研究，为改造区域的确定提供了技术支撑［1-5］。这些研究主要集中于宏观层面的适宜性分析，为政府部门制定改造规划提供了依据。但对于具体的改造实施过程中所面临的障碍因素及其影响机制关注较少。因此，准确识别和诊断改造过程中的关键障碍因子，制定针对性的改善措施对保障旱地改水田成功实施具有重要意义。

基于此，笔者在界定旱地改水田生态位概念的基础上，分析其生态因子构成，通过理想生态位和现实生态位比对，进行障碍因子识别与诊断，为指导旱地改水田项目规划设计、制定更加系统化和协调的改善策略、提高旱地改水田改造的实施成效提供理论依据。

1  研究方法

1.1  旱地改水田生态位概念的界定

旱地改水田是一项转变土地利用方式的耕作制度改革，作为一种系统性综合开发利用工程，其实施必然会受到自然资源、土地利用现状、经济社会发展水平等多个维度因素的影响与制约。若将其比作一种生物生长的行为，则旱地改水田的关键就是使所有影响其实施的因素都能满足建设目标要求。因此，借鉴高标准基本农田生态位［6-7］的定义，可将旱地改水田生态位的概念表述为：旱地改造为水田受到光热水土自然资源禀赋、农田基础设施、工程技术、政策法规、经济发展、农技农艺等N个维度要素因子的影响，每个因子对于旱地改造为水田建设都有一个耐受范围（阈值），在所有因子的阈值区间内，均满足水田生态系统要求，这些因子的组合共同构成旱地改水田的多维超体积生态位。用函数表示：

F=f（Di） （i=1，2，3，…，n）（1）

式中：F表示旱地改水田生态位；Di表示影响旱地改水田生态位大小各维度要素因子，即生态位因子，i表示生态位因子的总个数。

1.2  研究思路

根据生态学上的限制因子定律和耐受性定律，旱地改水田生态位的某一生态因子达不到所要求的最适值或超出耐受性范围，则该生态因子将阻碍旱地改水田的实施。为更好地选取生态因子进行障碍因子诊断，该研究将改造后的水田所种植的作物限定为水稻，将高产稻田对生态因子的要求定义为理想生态位，农田生态因子的现实状况称为现实生态位。为此，旱地改水田障碍因子识别与诊断思路为以生态位评价模型和指标偏离度思想为基础，对理想生态位的各生态因子进行多层次分解作为诊断指标，利用各指标的现实生态位与最适生态位的偏离程度对指标偏离度进行量化分析，然后根据 Shefold 限制性定律［8］，测算出各生态因子的障碍度，从而对障碍因子进行识别与诊断。

1.3  研究过程

1.3.1  选取参评因子，确定其生态位阈值或最适值。

在由众多生态因子构成的N维空间的旱地改水田生态位中，获取或评价所有生态因子困难也不现实。因此，结合旱地改水田建设目标，按照主导性、关键性、目的性和可操作性等原则进行参评因子选取。根据耐受性定律，每个生态因子都有一个阈值或最适值，只有在这些阈值所限定的区域内或等于最适值时，旱地改水田实施才没有障碍。现实中，不可能所有评价因子均在阈值内或等于最适值，为寻找影响旱地改水田的障碍因子，需要确定各参评因子的阈值或最适值。

1.3.2  计算参评因子生态位适宜度。

各生态因子的理想生态位和现实生态位之间的耦合关系则代表现实状况对旱地改水田建设的适宜性程度，即生态位适宜度。旱地改水田各生态因子的生态位适宜度区间值的定义域设定为［0，1］。当评价生态因子完全满足理想生态位，其生态位适宜度为１；当评价生态因子完全不能满足理想生态位时，其生态位适宜度为０。根据各生态因子对旱地改水田生态位影响的特性差异，将其分为3类：

（1）正向因子。起积极推动作用，评价因子适宜度越大越有利于旱地改水田建设，如热量、耕作层厚度等。其评价模型为：

Di=0Ri<Mimin

RiMioptMimin≤Ri<Miopt

1Ri≥Miopt（2）

式中：Di为评价因子i的生态位适宜度；Ri为评价因子i的现实生态位；Mimin为第i个评价因子要求的最小值；Miopt为第i个评价因子要求的最适值。

（2）适度因子。即因子的值存在一个适宜的区间，值过大或过小都会成为旱地改造为水田的限制因素，如土壤pH。该类因子评价模型为：

Di=0Ri≤Mimin，Ri≥Mimax

Ri-MiminMiopt-MiminMimin<Ri≤Miopt

Mimax-RiMimax-MioptMiopt<Ri<Mimax（3）

其中，Dimax为第i个评价因子的生态位最大值。

（3）负向因子。起限制作用，即评价值越小越好，如土壤污染、坡度。该类因子评价模型为：

Di=1Ri≤Mimin

1-Ri-MiminMimax-MiminMimin<Ri<Mimax

0Ri≥Mimax（4）

1.3.3  计算参评因子障碍度。

参评因子障碍度可用指标偏离度来计算，公式如下：

Oi=1-Di（5）

其中，Oi为各评价因子的障碍度。

1.3.4  障碍因子识别与诊断。

根据上述公式计算各评价因子的障碍度Oi，若Oi＞0则该因子即为旱地改水田的障碍因子。将Oi＞0的评价因子的Oi按从大到小依次排序，排名越靠前说明对旱地改水田实施的限制性越强，为主要障碍因子，应采取措施予以消减。但是，有些障碍因子难以人为改变或消减（如光热降雨等），还有部分障碍因子目前进行消减在技术上可能存在困难，或从经济层面考虑不合理（如地下水埋深、土壤严重污染等）。倘若出现此类障碍因子，则不应实施该旱地改水田项目。

2  结果与应用

2.1  数据及资料来源

项目区位于安徽西北部，属暖温带半温润季风气候，光热水土资源丰富，雨热同期，宜于作物生长；农业生产以旱作物为主，一年二熟，作物以小麦、玉米为主。项目区地形平坦，自然坡降约在1/8 000；地表水资源丰富，水质良好，完善灌排设施后可满足水田作物生长。

社会经济数据来源于《阜南县统计年鉴》（2021年）和现场踏勘调查；气象数据由阜阳市气象局2023年12月提供；土地利用和地形等数据引用阜南县第三次全国国土调查数据、阜南县土地利用总体规划、阜南县耕地质量等别调查评价及项目区实测地形图（1∶2 000），有机质含量、pH等土壤数据引自检测报告；耕作层土壤紧实度、犁底层渗透速率现场测量所得。