基于承包地確權(quán)成果的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查

易湘生，王金彩，張書瑜，王春喜，樊海成，張 潔，李鳳霞，張 健

（1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地利用遙感重點實驗室，北京 100121；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100125；3永濟市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西永濟 044500）

0 引言

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)反映了一個地區(qū)的主要糧食和經(jīng)濟作物種植面積及布局情況，它既是農(nóng)業(yè)部門的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，也是農(nóng)業(yè)區(qū)劃制定和調(diào)整的關(guān)鍵指標(biāo)之一[2-3]。及時、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，不僅是區(qū)域作物產(chǎn)量估測、作物結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化的主要依據(jù)[4-6]，也是理解全球變化影響和原因的重要內(nèi)容[7-8]，對促進資源合理配置、保障糧食安全等具有重要意義[9-12]。

實地調(diào)查是獲得作物種植結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方式[13]。實地調(diào)查數(shù)據(jù)詳細(xì)、可信，但實地調(diào)查需要大量人力、物力和財力，缺乏直觀的空間分布信息[1]，一般僅限于很小的區(qū)域，在大區(qū)域中很少采用這種方法[13]。此外，統(tǒng)計資料也是獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的主要來源[14]，在現(xiàn)實中有著較為廣泛的應(yīng)用[15-19]。但是，由于農(nóng)作物的類別、品種復(fù)雜多樣且耕作制度差異很大[20]，基于統(tǒng)計資料得到的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息時效性低且精度差，既無法滿足農(nóng)情監(jiān)測信息的需求[21]，也難以及時為各級政府部門提供決策支持[14]。近年來，遙感技術(shù)因覆蓋范圍大、探測周期短、現(xiàn)勢性強和費用成本低等優(yōu)點，為快速、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息提供了新的技術(shù)手段[22-23]。運用遙感技術(shù)調(diào)查農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外得到廣泛研究和應(yīng)用[11,14,24-25]，并逐漸顯示出快速、便捷、準(zhǔn)確的優(yōu)勢[13,26]，受到眾多研究人員的重視[27-29]。但是，利用遙感技術(shù)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息基本上停留在“片區(qū)”級尺度水平，既難以在宏觀層面進行長時序、大尺度上的變化分析[30]，又難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的定量化管理、農(nóng)業(yè)補貼的精準(zhǔn)投放、農(nóng)業(yè)保險的災(zāi)后定損等領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展[9]。

為妥善解決農(nóng)戶承包地“面積不準(zhǔn)、四至不清”等問題，中央從深化農(nóng)村改革全局出發(fā)，做出開展農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記頒證（以下簡稱“承包地確權(quán)”）工作的重大決策，由此產(chǎn)生了包括承包地塊、承包方等在內(nèi)的海量信息數(shù)據(jù)。為拓展承包地確權(quán)成果應(yīng)用，滿足農(nóng)田地塊尺度的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息支持，筆者以山西省永濟市開張鎮(zhèn)為研究區(qū)，基于承包地確權(quán)成果，采用調(diào)查訪談法，探索以承包地塊為基礎(chǔ)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，并對其精度進行檢驗。研究有望進一步拓展承包地確權(quán)成果應(yīng)用，創(chuàng)新農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息獲取方式，為作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)發(fā)展布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

開張鎮(zhèn)位于永濟市東北腹地，距永濟市區(qū)18 km，地處110°29′37″—110°40′29″E、34°54′16″—35°00′03″N之間，東鄰卿頭鎮(zhèn)，西與城北街道接壤，南與于鄉(xiāng)鎮(zhèn)毗鄰，北與臨猗縣七級鎮(zhèn)相望。全鎮(zhèn)南北長7.8 km、東西長14.2 km，總面積約110.15 km2。2019年開張鎮(zhèn)轄古城村、杜村、西開張村等26個行政村，36個自然村，168個居民組（圖1）。運風(fēng)高速路從境內(nèi)橫穿東西，永卿路、于黃路、干古路等縣級道路貫穿全境，交通優(yōu)勢十分明顯。開張鎮(zhèn)地勢低平，屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，光熱資源豐富。年平均氣溫14.1℃，1月氣溫達-7.3℃，7月達27℃，年降水量530～600 mm。全鎮(zhèn)2017年耕地面積7579 hm2，常住人口40585人，人均耕地約0.19 hm2[31]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所需的承包地確權(quán)成果由永濟市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供，包括矢量數(shù)據(jù)、權(quán)屬數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文字報告、匯總表格以及其他資料。其中，矢量數(shù)據(jù)包括市、鎮(zhèn)（街道）、村3個數(shù)據(jù)圖層；權(quán)屬數(shù)據(jù)包括承包方、發(fā)包方、承包合同、承包地塊信息等，柵格數(shù)據(jù)包括開張鎮(zhèn)標(biāo)準(zhǔn)圖幅DOM及其元數(shù)據(jù)，圖件數(shù)據(jù)包括承包地塊示意圖、公示圖等，文字報告包括承包地確權(quán)實施方案、技術(shù)設(shè)計書、技術(shù)總結(jié)等，匯總表格包括基礎(chǔ)信息匯總表等16個表格，其他資料包括野外照片、委托書等。

圖1 永濟市開張鎮(zhèn)地理位置

1.3 研究方法

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)獲取采用訪談?wù){(diào)查法。首先，在ArcGIS 10.2軟件中，以承包地確權(quán)成果中承包地塊矢量圖層為基礎(chǔ)，疊加開張鎮(zhèn)、行政村2個矢量數(shù)據(jù)、DOM影像等圖層，并標(biāo)注村名和農(nóng)戶姓名；其次，以行政村為單位，由開張鎮(zhèn)工作人員通知熟悉村里農(nóng)作物種植情況的村組干部赴鎮(zhèn)政府；第三，進行訪談?wù){(diào)查，村組干部根據(jù)DOM影像、承包地塊、村名、農(nóng)戶姓名等信息，指出所在村的每個農(nóng)戶承包地塊的農(nóng)作物種植類型，由技術(shù)人員將農(nóng)作物類型實時錄入承包地塊屬性表設(shè)置的農(nóng)作物類型字段中；最后，村組干部遇到個別地塊農(nóng)作物類型不太清楚時，由村組干部電話聯(lián)系農(nóng)戶本人、地塊相鄰農(nóng)戶或安排實地查看進行確認(rèn)，確保覆蓋每個村所有承包地塊?；诔邪卮_權(quán)成果的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查工作流程如圖2所示。

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度信息驗證采用地面實地調(diào)查法。技術(shù)人員以承包地確權(quán)成果中承包地塊矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在承包地塊屬性表中增加一列實際作物字段。在ArcGIS 10.2軟件中疊加開張鎮(zhèn)、行政村2個矢量數(shù)據(jù)、DOM影像等圖層，并標(biāo)注村名和農(nóng)戶姓名，利用亞米級的差分GPS（Trimble 4600型差分定位儀）進行導(dǎo)航，將實地采集的農(nóng)作物類型錄入承包地塊屬性表中的實際作物字段中。以實地采集的驗證點作為真值，將訪談?wù){(diào)查獲取的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息與驗證點進行疊加比較，分別計算各類作物的精度。

圖2 基于承包地確權(quán)成果的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查工作流程

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)

基于承包地確權(quán)成果，采用調(diào)查談法，得到永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)情況（表1）。經(jīng)統(tǒng)計，全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積8926.86 hm2，涉及39012個承包地塊、9595個農(nóng)戶。農(nóng)作物類型有小麥、玉米、果樹、棉花、蔬菜、向日葵、苗圃、薯類、高粱、中藥材和其他作物（如芝麻、油菜、大豆等）。全鎮(zhèn)農(nóng)作物以果樹和小麥為主，兩者面積分別為4886.03、3172.63 hm2，分別占全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積的54.73%、35.54%；高粱、玉米等農(nóng)作物面積較小，這些農(nóng)作物面積占全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積不到10%。

表1 永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物描述性統(tǒng)計

從開張鎮(zhèn)農(nóng)作物空間分布（圖3）看，全鎮(zhèn)農(nóng)作物廣泛分布在村莊周邊。開張鎮(zhèn)東北部農(nóng)作物以果樹為主，高淮村和城子垺村分布最為集中，這2個村的果樹面積分別為485.78、454.90 hm2，分別占全鎮(zhèn)果樹面積的9.94%、9.31%；開張鎮(zhèn)西北部和東南部農(nóng)作物主要是以果樹和小麥為主，2種作物交叉分布；開張鎮(zhèn)南部農(nóng)作物以小麥為主，常旗營村和棗圪塔村是全鎮(zhèn)小麥主要分布區(qū)，這2個村的小麥面積分別為522.13、627.24 hm2，分別占全鎮(zhèn)小麥面積的16.46%、19.77%；棉花、玉米主要分布在開張鎮(zhèn)的石橋村、牌首村和土橋村；蔬菜、中藥材等農(nóng)作物面積較小，分散在全鎮(zhèn)地塊之中。

2.2 精度分析

基于承包地確權(quán)成果，采用訪談?wù){(diào)查法，獲取永濟市開張鎮(zhèn)地塊尺度上的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息。為檢驗農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的精度，以2018年6月實地采集的驗證點作為真值，將獲取的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息與驗證點進行疊加比較，計算各類農(nóng)作物的精度。經(jīng)統(tǒng)計，野外采集的有效驗證點693個，驗證點覆蓋研究區(qū)21個村，開張鎮(zhèn)中部、西北部和南部的驗證點相對較多，東北部的驗證點相對較少（圖4）。

在693個驗證點中，果樹369個，占總驗證點數(shù)的53.25%，較為均勻地分布在全鎮(zhèn)；小麥223個，占總驗證點數(shù)的32.18%，主要集中在開張鎮(zhèn)南部；因研究區(qū)高粱、棉花、蔬菜、薯類和中藥材的面積相對較少，驗證點也相對較少；其余作物的驗證點數(shù)量如表2所示。從表2可以看出，開張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)總體精度為92.06%，其中，高粱、棉花、中藥材的精度均為100%，果樹、小麥、其他作物的精度均在90%以上，其余農(nóng)作物的精度在80%以上。

3 結(jié)論與討論

基于永濟市開張鎮(zhèn)承包地確權(quán)成果，筆者采用訪談?wù){(diào)查法獲取了研究區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，結(jié)果表明，開張鎮(zhèn)農(nóng)作物面積8926.86 hm2，涉及果樹、小麥等11類主要作物，與《永濟市志》中關(guān)于農(nóng)作物描述基本一致[32]。開張鎮(zhèn)位于運城盆地，地勢低平，光熱資源豐富，為農(nóng)作物生長提供了良好的自然條件，使農(nóng)作物在全鎮(zhèn)各村莊周邊廣泛分布。研究發(fā)現(xiàn)，全鎮(zhèn)東北部農(nóng)作物以果樹為主，西北部和東南部農(nóng)作物主要以果樹和小麥為主，南部農(nóng)作物以小麥為主；棉花、玉米主要分布在開張鎮(zhèn)的石橋村、牌首村和土橋村；蔬菜、中藥材等農(nóng)作物面積較小，分散在全鎮(zhèn)地塊之中。

筆者采用地面實地調(diào)查法對研究區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度信息進行了驗證，結(jié)果表明，開張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)總體精度為92.06%，其精度要高于遙感方法，高粱、棉花、中藥材的精度均為100%；果樹、小麥、其他作物的精度均在90%以上；其余農(nóng)作物的精度在80%以上。在本研究中，農(nóng)作物地塊信息以承包地塊為基礎(chǔ)，承包地塊界址點和面積精度要滿足《農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)調(diào)查規(guī)程》要求[33]，具有極高的位置精度。在農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度方面，由于所有承包地塊的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息得到村組干部甚至農(nóng)戶的確認(rèn)，可信度非常高，其精度也要高于遙感方法[1,9,11,28,34-38]。本研究發(fā)現(xiàn)，采用訪談?wù){(diào)查法獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，可能會受到村組干部和農(nóng)戶的主觀因素影響，他們對農(nóng)作物熟悉程度和責(zé)任心直接關(guān)系到農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的精度。此外，由于研究區(qū)地塊大多為條田，農(nóng)戶地塊與地塊的間隔非常小(1～2 m)，在野外采集驗證點時，GPS本身的精度也會對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度產(chǎn)生一定的影響。

圖3 永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)空間分布

圖4 永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物野外驗證點

表2 永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物野外驗證點數(shù)量及其精度

與實地調(diào)查方法相比，以承包地塊為基礎(chǔ)，采用訪談?wù){(diào)查法來獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，可信度和精度都非常高，比實地調(diào)查法要省時省力，研究范圍不局限于小范圍，縣域以上范圍同樣適用；與統(tǒng)計上報方法相比，由于所有承包地塊的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息得到村組干部甚至農(nóng)戶的確認(rèn)，可信度非常高，該方法并不是基于層層上報，數(shù)據(jù)不存在“水分”，真實性得到保障；與遙感方法相比，基于承包地確權(quán)成果來獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，無論是地塊位置精度還是作物種植結(jié)構(gòu)精度，該方法所得結(jié)果均優(yōu)于遙感技術(shù)方法，極大地擴展了承包地確權(quán)成果的應(yīng)用潛力。在本研究中，基于承包地確權(quán)成果，結(jié)合訪談?wù){(diào)查來獲取永濟市開張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，具有成本低、精度高、操作性強的特點，有望成為獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的重要方法。

需要注意的是，承包地確權(quán)工作主要針對承包地，在耕地中可能會存在一小部分未確權(quán)的集體土地以及非承包地，獲取這些耕地上的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)仍需依靠其他方法。此外，農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)具有動態(tài)變化特征，未來有必要定期開展調(diào)查，掌握其動態(tài)變化信息，為作物種植管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為快速、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，可在承包地確權(quán)數(shù)據(jù)庫增加農(nóng)作物種植類型字段，引導(dǎo)村組干部或者農(nóng)戶在系統(tǒng)中填寫，進一步減少實地訪談?wù){(diào)查。在未來的研究中，還可以與高時空分辨率的遙感影像結(jié)合，開發(fā)農(nóng)作物種植信息填報APP進行云調(diào)查，最大程度減輕人員的工作量，并進一步開展大范圍區(qū)域應(yīng)用。