渭北旱塬區(qū)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控研究

張轉(zhuǎn)+衛(wèi)新東+王篩妮

摘要：為掌握渭北旱塬區(qū)耕地質(zhì)量等別動(dòng)態(tài)變化，加強(qiáng)耕地質(zhì)量、數(shù)量、生態(tài)三位一體管護(hù)，以陜西省黃陵縣為例，對(duì)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控進(jìn)行研究。采用多因素限制條件法、網(wǎng)格法和分層抽樣法，對(duì)比提出縣域耕地等別監(jiān)測(cè)區(qū)樣點(diǎn)布設(shè)和精度檢驗(yàn)最佳方法。結(jié)果表明，縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制區(qū)劃分依據(jù)自然質(zhì)量控制區(qū)、土地利用等值區(qū)、土地經(jīng)濟(jì)等值區(qū)，通過(guò)ArcGIS空間疊加功能確定；綜合確定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控的最佳方法為多因素限制條件法；黃陵縣耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)布設(shè)45個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)代表性程度較好，能夠全面監(jiān)測(cè)和反映耕地質(zhì)量等別動(dòng)態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：土地利用；監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)；多因素限制條件法；監(jiān)測(cè)控制區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）02-0048-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.02.013

Abstract： To master dynamic changes of cultivated land quality and enhance the quality，quantity and ecological protection of cultivated land，chosing Huangling county in Shaanxi province as an example，monitoring samples of cultivated land quality were studied. Multi-factor constraints method，grid method and stratified sampling method were used to do comparative analysis seeking for the best way to establish monitoring samples and check the acceptance at the county level. The results showed that monitoring control areas were divided according to natural quality control area，land use equivalent area and land economic equivalent area by using ArcGIS spatial overlay analysis. Multi-factor constraints method was selected as the best way for this research. The Huangling county was divided into 45 monitoring samples. After statistical examination，it shown a good representativeness of monitoring samples，which were able to monitor the dynamic changes of cultivated land comprehensively.

Key words： land use； monitoring sample； multi-factor constraints method； monitoring control area

中國(guó)人口眾多，土地資源相對(duì)缺乏，耕地資源尤為稀缺，已不足世界人均耕地的40%[1]。在人均耕地資源緊缺條件下，有限的耕地資源迫使農(nóng)戶土地利用目標(biāo)多樣，使國(guó)家政策調(diào)控的空間有限[2-4]。為有效緩解耕地?cái)?shù)量不足、質(zhì)量不高、生態(tài)環(huán)境不斷退化帶來(lái)的危機(jī)，中國(guó)的耕地保護(hù)工作已從數(shù)量管理、數(shù)量質(zhì)量并重管理，向數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)管護(hù)三位一體轉(zhuǎn)變[5]。同時(shí)，實(shí)施耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)，掌握耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化，是進(jìn)行耕地質(zhì)量宏觀精準(zhǔn)管理的基礎(chǔ)[6]。以陜西省為例，在耕地?cái)?shù)量管理方面，構(gòu)建了比較完整的土地?cái)?shù)量調(diào)查制度和技術(shù)支撐體系；但在耕地質(zhì)量管理方面，目前還處于探索階段。結(jié)合現(xiàn)有土地資源調(diào)查情況，基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)中遙感技術(shù)布設(shè)耕地等別監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)耕地質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解耕地質(zhì)量變化、掌握耕地總體質(zhì)量情況，對(duì)糧食安全、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有積極的影響意義[7-9]。

國(guó)內(nèi)外圍繞耕地質(zhì)量及其監(jiān)測(cè)方法開(kāi)展了大量研究，美國(guó)從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度出發(fā)，建立國(guó)家資源清單計(jì)劃并進(jìn)行長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，完成了國(guó)家資源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布控[10]；歐盟[11]和加拿大[12]采用“網(wǎng)格法”和“監(jiān)測(cè)區(qū)-監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)”的方法，對(duì)全國(guó)的資源完成了監(jiān)測(cè)布點(diǎn)工作。近幾年，國(guó)內(nèi)很多研究學(xué)者在耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了深入的研究。張蚌蚌等[13]、吳克寧等[14]詳細(xì)介紹了標(biāo)準(zhǔn)樣地在耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用原則及方法。楊建宇等[15]提出了一種基于空間模擬退火算法的布樣及優(yōu)化方法，以Kriging預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差作為優(yōu)化準(zhǔn)則，初步實(shí)現(xiàn)了樣點(diǎn)布設(shè)的自動(dòng)化。殷守強(qiáng)等[16]采用定量的方法，對(duì)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)中6種不同抽樣方法進(jìn)行對(duì)比，提高了樣點(diǎn)的全局代表性。張玉臻等[17]在省級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣地基礎(chǔ)上進(jìn)行耕地監(jiān)測(cè)樣地?cái)?shù)量和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面的優(yōu)化，形成省級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的技術(shù)方法。王倩等[18]和孫亞彬等[19]分別基于變異函數(shù)及潛力指數(shù)組合等方法探索縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣地布控，以實(shí)現(xiàn)較小的監(jiān)測(cè)點(diǎn)反映縣域耕地質(zhì)量分布和變化趨勢(shì)。綜上所述，對(duì)于耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究多集中于縣域尺度內(nèi)的布點(diǎn)，缺少?gòu)氖『蛧?guó)家尺度上探討耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣地的布控；同時(shí)選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方法較為單一，今后可以通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布控，使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取更加科學(xué)。

選取黃陵縣作為渭北旱塬區(qū)的代表縣，開(kāi)展耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)試點(diǎn)研究，即以2013年度黃陵縣耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)工作為基礎(chǔ)，在耕地質(zhì)量等別漸變區(qū)域，開(kāi)展耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)試點(diǎn)研究，探索縣域內(nèi)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)區(qū)劃分、監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)方法以及監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)合理性檢驗(yàn)分析，形成縣級(jí)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)試點(diǎn)成果。結(jié)合試點(diǎn)情況，對(duì)黃陵縣乃至渭北旱塬區(qū)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)區(qū)劃分和監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)方法進(jìn)行總結(jié)，為全面開(kāi)展耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)提供經(jīng)驗(yàn)參考。endprint

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

渭北旱塬區(qū)主要包括陜西的咸陽(yáng)市、銅川市部分塬區(qū)、延安南部及渭南北部等所轄區(qū)14縣3區(qū)，總面積約3萬(wàn)km2，該區(qū)地形和氣候獨(dú)特，地形特點(diǎn)為黃土塬、梁、溝壑縱橫交錯(cuò)，黃土覆蓋深厚，溝谷深80～200 m，年降雨量550～600 mm。研究區(qū)選在延安市黃陵縣，該縣地貌類(lèi)型復(fù)雜多樣，為典型的黃土旱塬地貌。縣境內(nèi)山、川、溝、坡、臺(tái)并存，地貌以梁峁、溝坡為主，土地利用類(lèi)型分布具有明顯的地域特征，屬中溫帶大陸型季風(fēng)氣候，總體特征為干旱少雨，溫度變化大，降雨變率大，年際和季節(jié)分配不勻，無(wú)霜期長(zhǎng)，農(nóng)作物可一年一熟或二年三熟。主要糧食作物為小麥和玉米，全年糧食播種面積10 431 hm2，其中小麥播種面積3 193 hm2，玉米播種面積4 021 hm2，其他糧食播種面積為3 217 hm2。2013年，在國(guó)家農(nóng)機(jī)具補(bǔ)貼政策優(yōu)惠下，全縣擁有各類(lèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力達(dá)256 219 kW，農(nóng)田有效灌溉面積1 447 hm2，化肥施用量（折純量）10 805 t，較上年增長(zhǎng)10.80%?？h境內(nèi)交通發(fā)達(dá)，公路、鐵路運(yùn)輸暢通，網(wǎng)絡(luò)密布。

黃陵縣共轄6鎮(zhèn)、3社區(qū)、1鄉(xiāng)以及1個(gè)街道辦事處，共計(jì)215個(gè)行政村。根據(jù)2013年土地利用更新調(diào)查，縣耕地面積為14 668.13 hm2，占土地總面積的6.43%。其中水田62.90 hm2，占耕地面積的0.43%；水澆地276.46 hm2，占耕地面積的1.88%；旱地14 328.77 hm2，占耕地面積的97.69%。由此可知，耕地中以旱地為主，僅有少量的水田和水澆地。2011-2013年突變耕地總面積為1 546.53 hm2（新增耕地面積1 395.80 hm2，質(zhì)量建設(shè)耕地面積150.73 hm2），且全部為旱地。扣除突變耕地面積，漸變區(qū)域耕地面積為13 121.60 hm2，作為本次黃陵縣耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)對(duì)象。黃陵縣不同坡度級(jí)別的耕地面積分布情況如表1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

①黃陵縣國(guó)土、統(tǒng)計(jì)、農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)等部門(mén)收集糧食產(chǎn)量、糧食價(jià)格、種子、化肥、農(nóng)藥等數(shù)據(jù)；②耕地質(zhì)量年度監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)資料，包括黃陵縣2013年耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)成果、2013年土地利用變更數(shù)據(jù)庫(kù)、2011-2013年土地利用變更調(diào)查地類(lèi)面積匯總表、近3年土地開(kāi)發(fā)整理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)圖等資料；③2014年《黃陵縣統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控方法

在進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控前，首先劃定監(jiān)測(cè)控制區(qū)。采用ArcGIS空間疊置方法，對(duì)影響耕地等級(jí)變化的自然狀況、利用水平和收益水平進(jìn)行疊加分析確定監(jiān)測(cè)區(qū)。通過(guò)對(duì)比分析常用的多因素限制條件法、方格網(wǎng)法和分層抽樣法等監(jiān)測(cè)點(diǎn)布控方法，在監(jiān)測(cè)控制區(qū)內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量確定。

2.1 監(jiān)測(cè)控制區(qū)劃分方法

監(jiān)測(cè)控制區(qū)是根據(jù)影響耕地質(zhì)量的各分等因素及其組合，依綜合主導(dǎo)因素原則和地域分異原則劃分區(qū)域，區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量相對(duì)均勻，區(qū)域間有明顯差別。黃陵縣耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制區(qū)劃分方法如下。

1）影響耕地質(zhì)量的自然因素有地貌、氣候、水文、土壤等，它們相互聯(lián)系、相互作用、相互制約，以不同方式，從不同側(cè)面，按不同程度，獨(dú)立或綜合地影響著土地資源的綜合特征。因此根據(jù)地貌、氣候、土壤等自然因素，考慮環(huán)境污染狀況，劃分耕地自然質(zhì)量分區(qū)。

2）影響耕地利用水平的因素有種植業(yè)結(jié)構(gòu)、主要作物產(chǎn)量水平、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施及土地整治等工程，在耕地分等中，耕地利用水平由種植作物的產(chǎn)量直接反映，土地利用系數(shù)是耕地分等單元作物實(shí)際產(chǎn)量與耕作制度區(qū)域內(nèi)最大糧食產(chǎn)量的比值，是耕地利用水平的直接量化指標(biāo)。因此根據(jù)土地利用系數(shù)劃分利用水平分區(qū)。

3）影響耕地收益水平的因素有種植業(yè)投入-產(chǎn)出和效益等，土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)是耕地分等單元的“產(chǎn)量-成本”指數(shù)與耕作制度區(qū)域內(nèi)最大“產(chǎn)量-成本”指數(shù)的比值，是耕地收益水平的直接量化指標(biāo)。因此根據(jù)土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)劃分經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)。

4）綜合耕地自然質(zhì)量控制區(qū)、土地利用等值區(qū)和土地經(jīng)濟(jì)等值區(qū)形成縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制區(qū)。

2.2 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量確定方法

綜合國(guó)內(nèi)耕地監(jiān)測(cè)的研究進(jìn)展，胡曉濤等[20]采用變異函數(shù)模型進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布局，結(jié)合耕地等別類(lèi)型進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)調(diào)整和優(yōu)化；蔡鷺斌等[21]結(jié)合中國(guó)耕地質(zhì)量整體狀況和借鑒外國(guó)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出利用“分區(qū)組合法”對(duì)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)；楊建宇等[22]提出基于空間平衡法的縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)布樣方法。結(jié)合生產(chǎn)工作實(shí)際情況，黃陵縣耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)主要采用3種方法，分別是多因素限制條件法、方格網(wǎng)法和分層抽樣法。

2.2.1 多因素限制條件法 黃陵縣地勢(shì)西北高、東南低，加之境內(nèi)地貌類(lèi)型復(fù)雜，所以在監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的布設(shè)中主要考慮耕地等別、耕地地類(lèi)、監(jiān)測(cè)控制區(qū)、土地利用規(guī)劃狀況、監(jiān)測(cè)便利程度（對(duì)于山區(qū)而言主要包括坡度和交通便利度情況）等多種因素[23]。在實(shí)際情況中，由于高等別耕地多為水田，而低等別耕地多為旱地，因此對(duì)不同等別耕地監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行合理選取，實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地類(lèi)型選取的合理分配。

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取過(guò)程中，首先將監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)按耕地等別類(lèi)型落位在集中連片的耕地上，然后根據(jù)土地利用規(guī)劃、坡度、監(jiān)測(cè)便利度等因素對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量和位置進(jìn)行微調(diào)，保證每個(gè)監(jiān)測(cè)樣區(qū)里每一個(gè)等別類(lèi)型上均至少布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)都應(yīng)處于土地利用總體規(guī)劃確定的基本農(nóng)田上。

由于黃陵縣處于渭北旱塬區(qū)，地貌類(lèi)型復(fù)雜，絕大多數(shù)耕地分布在道路、溝壑附近，坡度和交通通達(dá)度對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取有著很大的制約性，為了保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際可行性，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取過(guò)程中設(shè)置了坡度小于15°，距離道路溝壑1 km范圍以內(nèi)的限制性條件。選點(diǎn)過(guò)程借助ArcGIS中的按屬性選擇功能，首先提取坡度小于15°的耕地圖斑，然后對(duì)道路溝壑圖層進(jìn)行緩沖區(qū)分析，緩沖距為1 km，再將上述兩個(gè)圖層與黃陵縣耕地圖斑層進(jìn)行疊加分析，選取符合條件的圖斑，設(shè)立監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。endprint

2.2.2 方格網(wǎng)法 方格網(wǎng)法選取監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，按照一定的區(qū)域面積，在研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀圖上繪制方格網(wǎng)，然后將落在耕地圖斑上的格網(wǎng)交點(diǎn)或中心點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)[24]。采用方格網(wǎng)法劃分耕地質(zhì)量等別類(lèi)型主要是根據(jù)黃陵縣轄區(qū)面積、地形地貌、耕地分布等情況。具體方法為基于ArcGIS軟件平臺(tái)，通過(guò)與千米格網(wǎng)的疊加分析，采用4 km×4 km網(wǎng)格大小，劃分190個(gè)網(wǎng)格單元，最后將格網(wǎng)中心點(diǎn)與耕地相重疊的耕地圖斑作為監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。

2.2.3 分層抽樣法 針對(duì)縣域耕地包含的各等級(jí)，樣點(diǎn)容量y與抽樣精度x的函數(shù)關(guān)系類(lèi)似分層抽樣模型[25]，如下：

式中，h為耕地等級(jí)；nh為縣域內(nèi)h等級(jí)耕地的圖斑數(shù)；n為全縣耕地圖斑總數(shù)；Wh為h等級(jí)耕地權(quán)重；Sh為h等級(jí)耕地等指數(shù)的真實(shí)標(biāo)準(zhǔn)差；Ch為調(diào)查h等級(jí)耕地的單樣本費(fèi)用。

將等級(jí)成果中的數(shù)據(jù)帶入式（1），可得因變量樣本容量與自變量抽樣精度的表達(dá)式y(tǒng)=f（x），對(duì)其求導(dǎo)[26]。

式中，導(dǎo)數(shù)表征樣本容量y隨抽樣精度x的變化率，設(shè)定誤差變化率閾值x0，則當(dāng)樣本容量導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值小于等于x0時(shí)，表明誤差滿足精度變化要求后，不需要增加樣點(diǎn)數(shù)，解出該不等式即可確定合適的最少樣點(diǎn)數(shù)量。

2.3 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)代表性檢驗(yàn)及分析方法

數(shù)據(jù)離散程度采用的測(cè)度值主要有方差、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度和峰度等。集中趨勢(shì)的度量包括均值、中位數(shù)、重?cái)?shù)等，集中趨勢(shì)是指一組數(shù)據(jù)向中心值靠攏的程度，取決于該組數(shù)據(jù)的離散水平。本研究通過(guò)分析監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)與耕地總體等別的集中、離散趨勢(shì)是否一致，反映監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)對(duì)耕地總體的代表性程度高低。

對(duì)比分析監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)在各主要屬性值上的數(shù)量比例與耕地面積比例的分布趨勢(shì)，對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的代表性程度進(jìn)行檢驗(yàn)。主要的參考屬性值包括耕地的等別、地類(lèi)、土壤類(lèi)型、土地利用系數(shù)、土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)等。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測(cè)控制區(qū)劃分

1）自然質(zhì)量分區(qū)。決定黃陵縣耕地質(zhì)量的主要自然因素是地貌和土壤。黃陵縣西部為梁峁山區(qū)，包括雙龍、腰坪、店頭3個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），海拔1 400 m；中部主要為河流沖積而成的河谷川道區(qū)，平均海拔800 m；東部為黃土塬區(qū)，由于沮河切割，分為南北二塬，平均海拔1 100 m。北部塬區(qū)包括隆坊、阿黨、太賢和倉(cāng)村4個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）；南部塬區(qū)包括田莊、侯莊兩個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），地勢(shì)較平坦，坡度一般為0°～2°。按照地貌類(lèi)型將黃陵縣劃分為3個(gè)地貌控制區(qū)。黃陵縣土壤類(lèi)型分區(qū)參考《陜西省黃陵縣農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集》劃分為a.以黑壚土為主的塬區(qū)土壤，主要分布在田莊、侯莊、隆坊等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）；b.以淤土為主的河谷土壤，主要分布在洛河、沮河、河谷和主要溝道；c.以黃膳土為主的塬坡地土壤，主要分布在太賢社區(qū)以東和田莊鎮(zhèn)以東；d.以褐土為主的林灌土壤，主要分布在雙龍、腰坪和店頭等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。綜合地貌控制區(qū)和土壤類(lèi)型控制區(qū)，利用ArcGIS空間疊加功能，形成自然質(zhì)量控制區(qū)。

2）利用系數(shù)等值區(qū)。依據(jù)農(nóng)用地分等中確定的指定作物冬小麥、春玉米土地利用系數(shù)，劃分各指定作物土地利用系數(shù)等值區(qū)，采用空間疊加的方法，計(jì)算綜合土地利用系數(shù)，劃分利用系數(shù)等值區(qū)，根據(jù)等值區(qū)劃分土地利用水平分區(qū)。其中土地利用系數(shù)范圍為0.600 6～0.880 6，將其分為3個(gè)區(qū)間，分別為低（0.600 6～0.693 7）、中（0.693 8～0.776 5）、高（0.776 6～0.880 6）。

3）經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)。依據(jù)農(nóng)用地分等中確定的指定作物冬小麥、春玉米土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，劃分各指定作物土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)，采用與利用水平分區(qū)相同的辦法，計(jì)算綜合土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，劃分經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)，根據(jù)等值區(qū)劃分土地經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)。其中土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)范圍為0.665 3～0.955 8，將其分為3個(gè)區(qū)間，分別為低（0.665 3～0.771 1）、中（0.771 2～0.847 5）、高（0.847 6～0.955 8）。

4）綜合分區(qū)。采用ArcGIS空間疊置法，對(duì)“自然質(zhì)量分區(qū)”、“利用系數(shù)等值區(qū)”、“經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)”進(jìn)行空間疊加分析，初步劃定“監(jiān)測(cè)分區(qū)”；根據(jù)主導(dǎo)性原則，對(duì)初步劃分的“監(jiān)測(cè)區(qū)”邊界進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保各監(jiān)測(cè)區(qū)邊界不打破村界，并將面積較小的單元進(jìn)行臨近區(qū)的歸并，從而確定最終的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)綜合分區(qū)。

考慮研究區(qū)行政界線，將其劃分為10個(gè)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)控制區(qū)，并以“JC-01”的形式依次編號(hào)。每個(gè)監(jiān)測(cè)控制區(qū)具有一個(gè)因素組合類(lèi)型，形式為“地貌—土壤類(lèi)型—利用等值區(qū)—經(jīng)濟(jì)等值區(qū)”，如監(jiān)測(cè)控制區(qū)JC-01的為“西部梁峁山區(qū)-褐土-高-高”，主要屬性見(jiàn)表2。

3.2 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量確定

3.2.1 多因素限制條件法確定樣點(diǎn)數(shù)量 根據(jù)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)原則及方法，黃陵縣共布設(shè)了45個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，其中11個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是已設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)樣地，其余34個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是通過(guò)多因素限制條件法新設(shè)立的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。布設(shè)的45個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)均屬于縣域內(nèi)永久基本農(nóng)田，且均處于土地利用總體規(guī)劃劃定的禁止建設(shè)區(qū)，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)可長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)，且空間分布均勻，具有代表性，一定程度上能反映黃陵縣內(nèi)耕地質(zhì)量等別的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。結(jié)合年度更新評(píng)價(jià)結(jié)果，黃陵縣耕地國(guó)家自然等為10～13等，以12等地為主，占黃陵縣耕地總面積的93.05%，因此在布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)時(shí)，主要布設(shè)在12等地，其他等別監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分布相對(duì)較少。監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)面積最小為0.62 hm2，面積最大為20.08 hm2。具體監(jiān)測(cè)等別對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)情況見(jiàn)表3。

3.2.2 方格網(wǎng)法確定樣點(diǎn)數(shù)量 采用方格網(wǎng)法（交點(diǎn)），共布設(shè)了32個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，其中11個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是已設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)樣地作為固定樣點(diǎn)，其余21個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是根據(jù)方格網(wǎng)法獲取的耕地圖斑作為動(dòng)態(tài)樣點(diǎn)。采用方格網(wǎng)法（中心點(diǎn)），共布設(shè)了37個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，其中11個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是以耕地質(zhì)量等級(jí)補(bǔ)充完善工作的標(biāo)準(zhǔn)樣地作為固定樣點(diǎn)，其余26個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是根據(jù)方格網(wǎng)法（交點(diǎn)）獲取。endprint

通過(guò)方格網(wǎng)法（交點(diǎn)）獲取監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)均為旱地，耕地自然質(zhì)量等別均為12等，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)在城區(qū)街道辦和阿黨鎮(zhèn)沒(méi)有分布，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)中面積最小為0.34 hm2，面積最大為38.41 hm2。同樣通過(guò)方格網(wǎng)法（中心點(diǎn)）獲取監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)均為旱地，耕地自然質(zhì)量等別也均為12等，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)中面積最小為0.09 hm2，面積最大為26.61 hm2。

3.2.3 分層抽樣法確定樣點(diǎn)數(shù)量 將黃陵縣耕地各等級(jí)成果數(shù)據(jù)代入式（2）可得，

由式（3）可以看出，y隨著x的增大而逐漸減少，也就是說(shuō)抽樣精度隨著樣點(diǎn)數(shù)量的增加而逐步提高。本研究將變化率閾值設(shè)為0.5，在黃陵縣內(nèi)除去異常監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，最少應(yīng)該布設(shè)42個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。

3.2.4 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)最終確定 對(duì)上述3種方法獲取的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，不同之處在于通過(guò)多因素限制條件法所確定的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)在每個(gè)監(jiān)測(cè)控制區(qū)中數(shù)量不少于兩個(gè)，國(guó)家自然等各等別中均有分布，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)中耕地地類(lèi)有水田、水澆地和旱地，并且交通通達(dá)度較好，便于實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取。方格網(wǎng)法所確定的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，在部分監(jiān)測(cè)控制區(qū)中無(wú)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，國(guó)家自然等只有12等地，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)地類(lèi)均為旱地，部分監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)交通通達(dá)度不好，不便監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取，樣點(diǎn)隨機(jī)性太大，這種方法適合于耕地分布均勻的地區(qū)，山區(qū)、丘陵地區(qū)一般耕地較少，不適合通過(guò)此方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)。層次分析法是對(duì)定性問(wèn)題進(jìn)行定量分析的一種決策方法，權(quán)重向量計(jì)算存在偏差，得出的結(jié)果空間關(guān)聯(lián)度不高，在實(shí)際應(yīng)用中建議結(jié)合其他檢測(cè)樣點(diǎn)確定方法。

綜上所述，結(jié)合黃陵縣實(shí)際，本次黃陵縣耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)選取應(yīng)用多因素限制條件法，確定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量。黃陵縣耕地等別監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分布情況如表4所示，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分布如圖1所示。

3.3 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)代表性檢驗(yàn)及分析

3.3.1 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)代表性檢驗(yàn) 對(duì)黃陵縣耕地監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的代表性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，借助SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)黃陵縣全部耕地分等單元和監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的耕地等別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)表5，對(duì)比分析黃陵縣全部耕地分等單元和監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)等別的集中、離散趨勢(shì)測(cè)度值可知，兩者中值、全距、極小值、極大值均相同，分別為6、3、5、8；監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)等別的均值為6.27，標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.133，黃陵縣全部耕地分等單元等別的均值為6.08，標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.004，因此總體與樣本的均值接近，差別不大，說(shuō)明兩者集中趨勢(shì)一致；監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)等別的標(biāo)準(zhǔn)差、方差分別為0.889和0.791，黃陵縣全部耕地分等單元耕地總體的標(biāo)準(zhǔn)差、方差分別為0.712和0.670，兩者差別不大；監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)等別的偏度、峰度分別為1.059和0.346，黃陵縣監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)和耕地分等單元總體的偏度分別為1.059和1.131，兩者偏差不太明顯，說(shuō)明兩者的離散趨勢(shì)較一致?？傮w看來(lái)，黃陵縣監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)對(duì)耕地總體的代表性較好。

3.3.2 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)代表性分析 對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的代表性進(jìn)行分析，選取影響和反映耕地質(zhì)量的土地利用系數(shù)、土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)、地類(lèi)和等別因素，將監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的各因素與黃陵縣總體對(duì)比，分析其數(shù)量比例和面積比例趨勢(shì)是否一致。其中，選取冬小麥和春玉米的土地利用系數(shù)和土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)[27]，分別進(jìn)行相關(guān)性分析及耕地的等別和地類(lèi)因素的代表性分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。由土地利用系數(shù)（圖2A）、土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)（圖2B）、等別和地類(lèi)的相關(guān)性（圖2C）可知，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的數(shù)量分布趨勢(shì)與全縣耕地總體的面積分布趨勢(shì)基本一致，因此，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)對(duì)黃陵縣耕地總體的代表性程度較高。

4 小結(jié)與討論

4.1 小結(jié)

1）采用ArcGIS空間疊置方法，對(duì)影響耕地等級(jí)變化的自然狀況、利用水平和收益水平進(jìn)行疊加分析，確定監(jiān)測(cè)區(qū)。對(duì)初步劃分的“監(jiān)測(cè)區(qū)”邊界進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保各監(jiān)測(cè)區(qū)邊界不打破村界，并將面積較小的單元進(jìn)行臨近區(qū)的歸并，從而確定最終的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)綜合分區(qū)，符合統(tǒng)計(jì)學(xué)空間處理方式。

2）在監(jiān)測(cè)控制區(qū)內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，采用多因素限制條件法、網(wǎng)格法和分層抽樣法進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的布設(shè)，研究結(jié)果顯示，多因素限制條件法配合分層抽樣法確定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，可更好地滿足監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)代表性的精度要求。

3）黃陵縣共劃定45個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，其中11個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是以耕地質(zhì)量等級(jí)補(bǔ)充完善工作的標(biāo)準(zhǔn)樣地作為固定樣點(diǎn)，其余34個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)是通過(guò)多因素限制條件法獲取。對(duì)研究區(qū)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)等別的集中、離散程度趨勢(shì)與研究區(qū)耕地總體等別的分布趨勢(shì)一致，在影響耕地質(zhì)量主要因素上，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量的分布趨勢(shì)與耕地總體的面積分布趨勢(shì)較一致。

4.2 討論

1）方格網(wǎng)法所確定的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)適合于耕地分布均勻的地區(qū)，山區(qū)、丘陵地區(qū)一般耕地較少；由于國(guó)家自然等只有12等地，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)地類(lèi)全為旱地，導(dǎo)致本研究中在部分監(jiān)測(cè)控制區(qū)無(wú)監(jiān)測(cè)樣地，且存在部分監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)交通通達(dá)度不好、不便監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取、樣點(diǎn)隨機(jī)性太大等問(wèn)題，因此，這種方法不適合在黃陵縣進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)。分層抽樣法得出的結(jié)果空間關(guān)聯(lián)度不高，權(quán)重向量計(jì)算存在偏差，所以并未采用。本研究提出多因素限制條件法，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)中耕地地類(lèi)有水田、水澆地和旱地，并且交通通達(dá)度較好，便于實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取，結(jié)合分層抽樣對(duì)樣點(diǎn)數(shù)量下限的確定，更能滿足黃陵縣實(shí)際需要。

2）考慮到黃陵縣地貌復(fù)雜，不同位置的耕地對(duì)于農(nóng)民耕作也有一定影響。因此，建議增加排水條件、灌溉水源、交通便捷度和耕作便利度4個(gè)分等因素參與耕地自然質(zhì)量分等的計(jì)算，權(quán)重根據(jù)各年度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具體分析確定，其準(zhǔn)確性更符合實(shí)際。

3）根據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407-2012）要求，每2～3年應(yīng)調(diào)整土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，但為了保障耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)成果的延續(xù)性和可比性，建議對(duì)土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)和土地利用系數(shù)在每6年全面更新耕地質(zhì)量分等成果時(shí)再重新調(diào)查樣點(diǎn)，根據(jù)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)分析修正土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)和土地利用系數(shù)等值區(qū)。endprint

4）建立縣域耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)體系，對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可反映耕地質(zhì)量變化情況。同時(shí)，當(dāng)年新增耕地、毀損土地等的監(jiān)測(cè)需另外布設(shè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，可為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供可能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫江鋒，張合兵，劉明遠(yuǎn)，等.耕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用管理系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2015，36（2）：54-60.

[2] 孔祥斌，張青璞.中國(guó)西部區(qū)耕地等別空間分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（22）：1-7.

[3] 孔祥斌，張青璞，鄖文聚，等.基于平衡轉(zhuǎn)換的國(guó)家級(jí)農(nóng)用地分等成果匯總方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（16）：238-246.

[4] 鄖文聚.我國(guó)耕地資源開(kāi)發(fā)利用的問(wèn)題與整治對(duì)策[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2015，30（4）：484-491.

[5] 張 超，喬 敏，鄖文聚，等.耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)三位一體綜合監(jiān)管體系研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（1）：1-6.

[6] 余述瓊，張蚌蚌，相 慧，等.基于因素組合的耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（24）：288-297.

[7] 吳克寧，韓春建，馮新偉，等.基于3S技術(shù)的土地生態(tài)敏感性分區(qū)研究[J].土壤，2008，40（2）：293-298.

[8] 吳克寧，史原軻，馮新偉，等.基于農(nóng)用地分等的城區(qū)擴(kuò)展用地空間布局優(yōu)化研究[J].中國(guó)土地科學(xué)，2007，21（6）：17-22，16.

[9] 程 鋒，王洪波，鄖文聚.中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定[J].中國(guó)土地科學(xué)，2014，28（2）：75-82，97.

[10] NUSSER S M，BREIDT F J，F(xiàn)ULLER W A. Design and estimation for investigating the dynamics of natural resources[J].Journal of Ecological Applications，1998，8（2）：234-245.

[11] JONES R J A，SPOOR G，THOMASSON A J. Assessing the vulnerability of subsoils in Europe to compaction：A preliminary analysis[J].Soil Tillage Research，2003，73（1）：131-143.

[12] HUFFMAN E，EILERS R G，PADBURY G，et al. Canadian agri-environmental indicators related to land quality： Integrating census and biophysical data to estimate soil cover， wind erosion and soil salinity[J].Agriculture， Ecosystems and Environment，2000，81（2）：113-123.

[13] 張蚌蚌，孔祥斌，相 慧，等.中國(guó)西部區(qū)國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣地分布特征及代表性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（7）：227-235.

[14] 吳克寧，焦雪瑾，梁思源，等.基于標(biāo)準(zhǔn)樣地國(guó)家級(jí)匯總的耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)架研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（10）：74-79.

[15] 楊建宇，岳彥利，宋海榮，等.基于空間模擬退火算法的耕地質(zhì)量布樣及優(yōu)化方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（20）：253-261.

[16] 殷守強(qiáng)，王 鑫，賀文龍，等.耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)中不同抽樣方法的精度比較——以河北省黃驊市為例[J].資源科學(xué)，2016，38（11）：2049-2057.

[17] 張玉臻，孔祥斌，劉 焱，等.基于標(biāo)準(zhǔn)樣地的省級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣地布設(shè)方法——以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例[J].資源科學(xué)，2016，38（11）：2037-2048.

[18] 王 倩，尚月敏，馮 銳，等.基于變異函數(shù)的耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)分析——以四川省中江縣和北京市大區(qū)為例[J].中國(guó)土地科學(xué)，2012，26（8）：80-86.

[19] 孫亞彬，吳克寧，胡曉濤，等.基于潛力指數(shù)組合的耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（4）：245-254.

[20] 胡曉濤，吳克寧，馬建輝，等.北京市大興區(qū)耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)布設(shè)[J].資源科學(xué)，2012，34（10）：1891-1896.

[21] 蔡鷺斌，孔祥斌，段建南，等.國(guó)外經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的啟示[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（14）：192-197.

[22] 楊建宇，岳彥利，宋海榮，等.基于空間平衡法的縣域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)布樣方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（24）：274-280.

[23] 余述瓊，張蚌蚌，相 慧，等.基于因素組合的耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布控方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（24）：288-297.

[24] 黨福江，戈素芬.溝壑密度調(diào)查應(yīng)采取水文網(wǎng)絡(luò)法[J].水土保持通報(bào)，1998，18（6）：31-33.

[25] 王勁峰.空間抽樣與統(tǒng)計(jì)推斷[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[26] 孫樹(shù)東.初等函數(shù)的幾點(diǎn)探討[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（4）：32-34.

[27] 馮蓉曄，談志浩，黃勁松，等.農(nóng)用地分等中土地利用系數(shù)與經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算方法改進(jìn)探討——以江蘇省無(wú)錫市為例[J].經(jīng)濟(jì)地理，2004，24（2）：246-249.endprint