基于GIS的濟源市耕地質(zhì)量等別更新評價

史原軻， 李 玲

(1.濟源市國土資源執(zhí)法監(jiān)察大隊，河南 濟源，459000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南 鄭州 450002)

基于GIS的濟源市耕地質(zhì)量等別更新評價

史原軻1， 李 玲2

(1.濟源市國土資源執(zhí)法監(jiān)察大隊，河南 濟源，459000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南 鄭州 450002)

基于濟源市2013年耕地質(zhì)量成果和2013、2014年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的空間疊加分析方法實現(xiàn)耕地變化圖斑的提取，并采用因素法對耕地質(zhì)量等別進行更新評價，從而掌握濟源市2014年度耕地增減變化及耕地質(zhì)量建設引起的耕地質(zhì)量等別變化情況。實踐表明，ArcGIS的空間疊加分析法，提高了耕地質(zhì)量等別更新評價的工作效率和數(shù)據(jù)準確度，為及時獲取耕地質(zhì)量信息提供了一種便捷的方法。

GIS；耕地質(zhì)量等別；更新評價；濟源市

隨著國家工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，建設占用、災害損毀、農(nóng)業(yè)結構調(diào)整、生態(tài)退耕、補充開發(fā)、土地整治等活動使耕地的數(shù)量、質(zhì)量、權屬狀況經(jīng)常發(fā)生變化，通過年度土地變更調(diào)查，只能掌握耕地數(shù)量、權屬的變化狀況[1]，卻不能掌握耕地的質(zhì)量情況。因此開展耕地質(zhì)量等別年度更新評價工作，可以及時掌握年度內(nèi)耕地質(zhì)量等別變化，從而保持耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)的實時性。國內(nèi)外有關土地評價方面的研究較多，國外研究主要注重耕地適宜性評價[2-3]，國內(nèi)研究形成了3大體系：以編圖制圖規(guī)范為標志的土地資源分類體系《中國1∶100萬土地資源圖》[4]；農(nóng)業(yè)部頒布的耕地地力等級體系《全國耕地類型區(qū)，耕地地力等級劃分》[5]；國土資源部頒布的農(nóng)用地分等定級估價體系《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程(GBT 28407—2012)》[6]?？v觀國內(nèi)外土地評價研究，土地評價系統(tǒng)和理論在不斷完善。20世紀80年代以來，隨著計算機在資源調(diào)查與評價中的廣泛應用，土地評價的方法和技術手段不斷更新和完善，土地評價向著綜合化、精確化的方向發(fā)展[7]。近年來，模型方法在土地評價中的運用，土地資源信息系統(tǒng)的建立與發(fā)展，使土地評價更加科學化[7]。現(xiàn)階段，國內(nèi)對于耕地質(zhì)量等別更新評價主要參照《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[6]的評價體系，隨著GIS技術的不斷更新發(fā)展，MapGis技術已經(jīng)不能快捷地滿足土地評價工作的需要。本研究選擇濟源市作為研究對象，依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[6]，參考《河南省耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術手冊》[1]，充分調(diào)查、收集相關資料，探索ArcGIS技術在耕地質(zhì)量等別更新評價中的運用，并結合因素法，對濟源市耕地質(zhì)量等別更新評價進行了研究，以期對濟源市的土地管理、耕地保護等工作有一定指導作用，對其他市縣的耕地質(zhì)量等別更新評價工作也會起到一定借鑒意義。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

濟源市位于河南省西北部，鄰接山西省晉城市，地處北緯34°54′～ 35°17′,東經(jīng)112°02′～ 113°45′之間，土地總面積1 898.71 km2。地形北高南低，北部為太行山，西部西南部山勢低緩，南部為黃土丘陵，中東部為山前傾斜平原。地處暖溫帶季風氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，光、熱、水資源豐富。境內(nèi)土壤有褐土、潮土、棕壤、水稻土4個土類，10個亞類，25個土屬，67個土種。土壤多數(shù)地方土層深厚，質(zhì)地適中，可耕性良好。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2013年耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)，2013、2014年土地利用變更數(shù)據(jù)和2014年實施的土地整治項目相關數(shù)據(jù)主要從濟源市國土資源部門收集，本年度內(nèi)不存在農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)和農(nóng)田水利項目。

2 濟源市耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術路線

按照文獻[6]規(guī)定的技術方法，參考《河南省耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術手冊》，結合濟源市實際，制定本次耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術路線(圖1)。

3 濟源市耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術方法

本次研究的內(nèi)容是濟源市2014年度(2014-01-01—2014-12-31)耕地質(zhì)量等別年度更新評價，主要以2014年土地現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫為基礎，依據(jù)2013年土地現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、2013年度耕地質(zhì)量等別成果和土地整治項目資料，運用GIS的空間疊加分析技術，提取耕地變化圖斑生成評價單元，并對評價單元進行屬性賦值得到基礎數(shù)據(jù)。在此基礎上，結合濟源市農(nóng)用地質(zhì)量分等工作中確定的相關參數(shù)、分等因素及其權重等，采用因素法，確定評價單元指定作物的自然質(zhì)量分、光溫(氣候)生產(chǎn)潛力指數(shù)、產(chǎn)量比系數(shù)，計算耕地自然質(zhì)量等指數(shù)。確定土地利用系數(shù)和經(jīng)濟系數(shù)，計算耕地利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)。采用等間距法和省等指數(shù)與國家等指數(shù)平衡轉(zhuǎn)換公式，劃分耕地自然質(zhì)量等別、利用等別和經(jīng)濟等別，并按照相關標準要求，更新為2014年耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫。

3.1 空間疊加分析法

制作工作底圖是所有工作開展的基礎，必須正確提取耕地變化圖斑，確保工作底圖的數(shù)據(jù)完整及準確。根據(jù)濟源市已有的相關資料，采用空間疊加分析法進行2014年度耕地變化圖斑提取。

3.1.1 獲取減少耕地圖斑 將2013年耕地質(zhì)量分等數(shù)據(jù)庫中的耕地分等單元圖層與2014年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中的非耕地圖層進行空間疊加分析，減少的圖斑即為減少耕地圖斑。

3.1.2 獲取增加耕地圖斑 將2013年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中的非耕地圖層與2014年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中的耕地圖層進行空間疊加分析，變化的圖斑即為增加耕地圖斑。

3.1.3 獲取質(zhì)量建設耕地圖斑 由于2014年度不存在農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)、農(nóng)田水利建設項目，只收集了2014年驗收的土地整治項目資料。將項目區(qū)范圍與2014年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中的地類圖斑圖層進行空間疊加分析，提取項目區(qū)內(nèi)及與之相交的耕地圖斑作為質(zhì)量建設耕地圖斑[1,8]。在提取相交關系的耕地圖斑時，不打破土地利用地類圖斑，即土地利用地類圖斑超過50%的區(qū)域位于項目區(qū)內(nèi)的，就將整個圖斑選入項目區(qū)；土地利用地類圖斑不足50%位于項目區(qū)，則不選該圖斑[1]。對于土地利用地類圖斑未被更新的，只選擇項目區(qū)范圍內(nèi)的耕地圖斑[1]。

3.1.4 制作年度更新評價單元 將減少耕地圖斑、新增耕地圖斑和質(zhì)量建設耕地圖斑進行空間疊加，生成年度更新評價單元。當減少耕地圖斑、新增耕地圖斑和質(zhì)量建設耕地圖斑有重疊時，如果相交重疊，相交重疊的部分應歸屬于對應的新增耕地圖斑或減少耕地圖斑，如果完全重疊，刪除質(zhì)量建設耕地圖斑，保留新增耕地圖斑或減少耕地圖斑[1]。

圖1 耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術路線圖Fig.1 Scheme of update evaluation for cultivated land quality grade

3.1.5 獲取更新評價單元屬性信息 將年度更新評價單元與2013年耕地質(zhì)量等別成果圖進行空間疊加分析，對于整個評價單元，獲取部分耕地分等因素屬性信息；對于減少耕地圖斑，獲取之前耕地質(zhì)量等別信息，對于新增耕地圖斑和質(zhì)量建設耕地圖斑，依據(jù)土地整治項目資料，耕地地力調(diào)查、土壤肥力調(diào)查和測土配方調(diào)查成果，采用外業(yè)補充調(diào)查、鄰近地塊對比分析等方法補充耕地分等因素屬性信息。

3.2 因素法

對于未開展耕地質(zhì)量評價的新增耕地和質(zhì)量建設耕地，按照《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[6]，根據(jù)耕地的標準耕作制度分區(qū)、生產(chǎn)潛力指數(shù)、產(chǎn)量比系數(shù)、利用系數(shù)、經(jīng)濟系數(shù)以及有效土層厚度、表層土壤質(zhì)地、土壤有機質(zhì)含量、地形坡度等評價因素，借助GIS、SPASS軟件，對評價因子進行定量分析，確定評價單元的耕地自然等、利用等和經(jīng)濟等。

3.2.1 確定分等參數(shù) 采用因素法評價耕地質(zhì)量等別，需要劃分分等別因素指標區(qū)，指標區(qū)是指依據(jù)主導因素原則和區(qū)域差異原則劃分的分等因素體系一致的區(qū)域[6]。根據(jù)河南省地貌分布格局和分等因素體系一致的原則，在國家二級分區(qū)的基礎上，將河南省劃分為9個分等因素指標區(qū)，并確定了全省各指標區(qū)的標準耕作制度、基準作物、指定作物及指定作物產(chǎn)量比系數(shù)[1]。濟源市本次氣候生產(chǎn)潛力指數(shù)和光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)采用河南省國土資源廳統(tǒng)一下發(fā)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)矢量化后與更新圖層疊加分析獲取地塊的生產(chǎn)潛力指數(shù)，土地利用系數(shù)和經(jīng)濟系數(shù)直接采用土地利用系數(shù)等值區(qū)和經(jīng)濟系數(shù)等值區(qū)的系數(shù)值，其他分等參數(shù)見表1。

表1 濟源市耕地分等相關參數(shù)Table 1 Relevant parameters of cultivated land grade in Jiyuan City

3.2.2 確定分等因素體系 耕地質(zhì)量等別更新評價是建立在對評價因素分析的基礎上的，評價因素及權重確定是否科學、合理，直接影響到評價結果。為了保證與之前分等成果的相互銜接性，河南省各指標區(qū)的分等因素體系及權重均與原分等一致[1]。濟源市分等因素體系及權重見表2。

3.2.3 評價耕地質(zhì)量等別，生成耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)包 根據(jù)耕地質(zhì)量等別年度更新評價單元的自然屬性，分指定作物，結合分等因素體系，分別讀取分等因素指標分值，計算評價單元耕地自然質(zhì)量分、自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟等指數(shù)。按照公式：國家級自然等指數(shù)=省級自然等指數(shù)×1.036+878；國家級利用等指數(shù)=省級利用等指數(shù)×0.598+536；國家級經(jīng)濟等指數(shù)=省級經(jīng)濟等指數(shù)×0.786+652.8，轉(zhuǎn)換為國家自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟等指數(shù)[6]。按400分的等間距劃分確定國家級自然等，200分的等間距劃分確定國家級利用等、經(jīng)濟等[6]。利用GIS軟件的空間分析功能，將等別評價結果與評價單元進行關聯(lián)，生成耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)包。同時用更新包更新2013年度耕地質(zhì)量等別評價數(shù)據(jù)庫，形成濟源市2014年耕地質(zhì)量更新評價成果。

4 濟源市耕地現(xiàn)狀、質(zhì)量和產(chǎn)能變化分析

4.1 減少耕地情況分析

2014年，濟源市耕地減少約為161.66 hm2，共計449個圖斑，減少耕地主要被建設占用。根據(jù)減少耕地的分布圖(圖2)可以看出，減少的耕地主要集中在東部平原區(qū)，而中心城區(qū)呈現(xiàn)向東、向南的擴展趨勢，導致大量高等別耕地減少。從表3可以看出，減少耕地在國家自然等上為6、9等，6等地減少160.36 hm2，占總減少面積的99%；在國家利用等為7、8、10等，7等地減少133.99 hm2；在國家經(jīng)濟等為6、7、9等，6等地減少133.99 hm2。

表2 濟源市耕地分等因素類型及權重表Table 2 Factor and weight of cultivated land grade in Jiyuan City

4.2 新增耕地情況分析

表3 減少耕地國家級等別評價結果表Table 3 National level of reduced cultivated land hm2

圖2 2014年濟源市減少耕地分布圖Fig.2 The distribution map of reduced cultivated land in Jiyuan City

圖3 2014年濟源市新增耕地分布圖Fig.3 The distribution map of increased cultivated land in Jiyuan City

表4 新增耕地國家級等別評價結果表Table 4 National level of increased cultivated land hm2

2014年，濟源市新增耕地約為69.13 hm2，共計27個圖斑，從增加耕地的分布圖(圖3)可以看出，增加耕地主要分布在南部和東部。從表4可以看出，新增耕地在國家自然等、經(jīng)濟等為8等，在國家利用等主要為8等，新增耕地主要為中等別耕地，增加的途徑主要為土地整治增加。

4.3 質(zhì)量建設耕地情況分析

2014年，濟源市質(zhì)量建設耕地約為254.29 hm2，共計192個圖斑。根據(jù)質(zhì)量建設耕地的分布圖(圖4)可以看出，質(zhì)量建設耕地主要分布在西南部。通過土地整治，改善了耕地的灌溉保證率、有機質(zhì)含量、等分等因素和利用率。從圖5可以看出，耕地國家自然等、經(jīng)濟等均有提高，國家利用等未發(fā)生變化，但利用等指數(shù)有較大幅度提升。

4.4 產(chǎn)能變化情況分析

根據(jù)耕地質(zhì)量更新評價成果，結合濟源市的平均產(chǎn)能情況，計算2014年耕地產(chǎn)能減少了0.1萬t。從表5可以看出，減少耕地約161.66 hm2，減少產(chǎn)能約0.2萬t；增加耕地約69.13 hm2，增加產(chǎn)能約0.08萬t；質(zhì)量建設耕地約254.29 hm2，增加產(chǎn)能約0.03萬t。因此，產(chǎn)能減少的主要原因是年度內(nèi)耕地面積減少了92.53 hm2，減少面積較大，并且減少高等別耕地所占比重較大。

圖4 2014年濟源市質(zhì)量建設耕地分布圖Fig.4 The distribution map of constructive cultivated land in Jiyuan City

圖5 2014年質(zhì)量建設耕地建設前后國家級等別對比分布Fig.5 The comparison of constructive cultivated land quality at national level

表5 2013和2014年耕地產(chǎn)能變化統(tǒng)計表Table 5 The capacity change of cultivated land

5 結論

本研究基于多源基礎數(shù)據(jù)，并結合ArcGIS軟件強大的空間疊加分析功能，構建了濟源市耕地質(zhì)量等別更新評價技術體系，完成了濟源市2014年度耕地質(zhì)量等別更新評價工作。通過耕地質(zhì)量更新評價，可以準確地掌握區(qū)域內(nèi)因土地整治、建設占用、農(nóng)業(yè)結構調(diào)整等引起的耕地數(shù)量、質(zhì)量以及空間分布等變化情況，為加強土地管理、實施耕地保護等提供數(shù)據(jù)及技術支撐。ArcGIS技術的運用，較好地完成了該項工作的核心內(nèi)容——耕地變化圖斑的提取和分析，并能很好地進行點屬性關聯(lián)面和面屬性關聯(lián)點，方便快捷地獲取有關屬性信息，從而進一步提高了耕地質(zhì)量等別更新評價的工作效率。隨著GIS技術的進一步發(fā)展，必將帶來耕地質(zhì)量等別更新評價技術手段的不斷創(chuàng)新，不斷提高耕地質(zhì)量等別評定的科學性。

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[2] GONZALEZ X P, MAREV M F,ALVAREZ C J. Evaluation of productive rural land patterns with joint regard to the size, shape and dispersion of plots[J].Agricultural system,2007,92(1)：52-62.

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[5] 農(nóng)業(yè)部.全國耕地類型區(qū)，耕地地力等級劃分，NY/T309—1996[S].北京：中國標準出版社，1996.

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UpdateevaluationofcultivatedlandqualitybasedonGISinJiyuanCity

SHI Yuanke1， LI Ling2

(1.Law Enforcement and Supervision of Land Resources of Jiyuan City, Jiyuan 459000, China； 2.College of Resources and Environment ,Hennan Agriculture University, Zhengzhou 450002,China)

Base on the quality of cultivated land of Jiyuan city in 2013 and the land use status in 2013 and 2014, the changes of cultivated land were specified by spatial analysis method of GIS. The quality of cultivated land was re-evaluated using factor method. The changes of quantity and quality levels of cultivated land in 2014 was also re-evaluated. The results showed that spatial analysis method of GIS could improve the efficiency and data accuracy of updating evaluation for cultivated land quality. It provides a convenient method for cultivated land quality acquisition.

GIS; quality of cultivated land; updating evaluation; Jiyuan City

2017-04-13

國家自然科學基金項目(U1504707)；教育部人文社會科學研究青年基金項目(14YCZH004)；河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計劃(人文社科類)資助成果(2017-cx-028)

史原軻(1980-)，女，河南南陽人，碩士，主要從事土地資源評價與規(guī)劃方面的研究。

李 玲(1973-)，女，河南息縣人，教授，博士。

1000-2340(2017)06-0860-07

F323.24

A

朱秀英)