蘭州市七里河區農用地分等更新評價與分析

付天新，閆浩文，駱成鳳，沙玉坤，3，喬占明

(1.蘭州交通大學數理與軟件工程學院，蘭州730070;2.中國測繪科學研究院，北京100830;3.山東農業大學信息科學與工程學院，泰安271018)

蘭州市七里河區農用地分等更新評價與分析

付天新1，2，閆浩文1，駱成鳳2，沙玉坤2，3，喬占明1，2

(1.蘭州交通大學數理與軟件工程學院，蘭州730070;2.中國測繪科學研究院，北京100830;3.山東農業大學信息科學與工程學院，泰安271018)

利用高分辨率QuickBird和WorldView圖像，提取七里河區農用地圖斑信息，并以農用地圖斑為研究對象，對農用地進行分等更新評價與分析。根據七里河區農用地的實際情況，采用特爾斐法，結合專家意見，確定了地形坡度、有效土層厚度、土壤pH值、地表巖石露頭、土壤有機質含量、表層土壤質地及灌溉保證率等7個評價因素作為農用地分等更新的評價因子。應用詳查圖斑法和農用地分等計算模型，對七里河區范圍內的農用地圖斑進行修正與更新。分等更新結果表明，七里河區農用地自然質量總體呈下降趨勢;七里河區農用地土地利用沒有發生重大變化，農用地投入產出水平有所下降，各個等別呈現一定的空間分布規律。

農用地;分等更新;等別;七里河區

0 引言

農用地分等是根據農用地的自然屬性和社會屬性及其在社會經濟活動中的地位與作用，綜合評定農用地質量的優劣并劃分等級的工作［1］。農用地分等規程［2］要求:農用地質量影響因素發生變化后，應根據實際情況對分等成果進行局部或全部更新，每6 a全面更新一次農用地等別，現已到達更新年限。目前，農用地質量研究主要從農用地生產力評價、評價因子及其權重修訂、農用地評價模型與評價因子改進與優化［3－5］以及農用地與其他要素整合等方面展開，大多采用定性與定量相結合的分析方法，并對評價指標和評價方法進行探索與應用。

本文以蘭州市七里河區為例，在農用地分等計算模型的基礎上，應用因素法、野外驗證和特爾斐法等方法，確定農用地分等更新的參評因子，通過最新的土壤數據、坡度數據、統計數據和標準樣地數據對其農用地進行分等更新調查，并分析七里河區農用地等別的空間分布特征和時序變化規律，為土地開發整理、實現耕地總量動態平衡、總體規劃、基本農田保護規劃的修訂和完善提供依據［6－7］。

1 研究區概況與數據源

1.1 研究區概況

七里河區位于蘭州市中南部，地處蘭州近郊四區中心，地理位置介于E103°36'43″～103°54'28″，N35°50'25″～36°06'09″之間。轄區東西寬21 km，南北長33 km，總面積394.47 km2。該區處于隴中山地和黃土丘陵區，地勢南高北低，高差懸殊。全區自南向北可以劃分為石質中低山地、黃土梁峁谷地和黃河河谷平原3大地貌區。大部分地區適宜一年一熟耕作制，多種植春小麥、秋雜糧等作物，基準作物春小麥和指定作物均為春小麥。

1.2 數據源

本文采用的遙感數據源為2008—2010年獲取的高分辨率QuikBird圖像(真彩色，分辨率0.61 m)和WorldView圖像(全色，分辨率0.5 m)。原始圖像統一投影變換為高斯投影，3°分帶，并在西安80坐標系下，生成比例尺為1∶1萬標準分幅遙感圖像。統計資料以近期為主;圖件資料主要包括縣級土地利用現狀圖、土壤圖、土壤養分圖、地形圖、縣級基本農田分布圖等。同時通過外業補充調查和專家咨詢與打分等方式，完善了農用地分等更新所需的資料。

2 更新方法與流程

七里河區農用地分等更新對象是七里河區內遙感解譯后的農用地圖斑，面積為14 094.88 hm2。分等更新采用定性與定量、資料分析與野外調查相結合的方法。首先采用投影變換、圖件套合等方法，將原有農用地分等成果中分等單元的屬性值賦值到解譯后的農用地圖斑中，經過專家論證和實地驗證后，綜合確定土地等別指數;采用“因素法”進行農用地分等，即將農用地分等評價單元中評價因子的分值乘以各因素相應的權重，求取各評價單元的總分值，再結合土地利用系數和土地經濟系數等指標，測算農用地分等單元的等別指數，劃分農用地等別。更新流程見圖1。

圖1 七里河區農用地分等更新流程Fig.1Update technical processes of Qiliheagricultural land classification

2.1 農用地圖斑解譯

七里河區農用地圖斑解譯充分參考已有的調查成果，針對QuickBird和WorldView兩種高分辨率遙感圖像數據產品的特征，建立了七里河區農用地的解譯標志(表1)，并以1∶1萬為主比例尺，采用高斯克呂格投影，應用GIS軟件對地理要素進行矢量化，最終得到七里河區農用地圖斑。

表1 七里河區主要農用地圖像解譯標志Tab.1Main farmland image signs of Qilihe

坡旱地(0134)地處山區，地塊隨地形走向，條帶狀，沿等高線種植特征明顯，田塊內色調均勻

2.2 評價因子與權重確定

由于影響農用地質量的因素種類多，影響強度各異，因而科學地選擇分等因素對農用地分等具有重要意義［8］。本文采用特爾斐法，結合專家意見，統一根據《農用地分等規程》的推薦因素進行專家填表打分。在遵循農用地分等因素穩定性、差異性、生產性、主導性等4大原則的前提下，確定了七里河區農用地分等更新的分等因素指標體系，共分等評價因素和權重見表2。

表2 七里河區農用地分等評價因子及權重Tab.2Farmland grading factors and weight table of Qilihe

2.3 劃定分等單元

農用地分等單元是進行分等更新的基本計算單元。常采用的分等單元劃分方法有:綜合圖疊置法、詳查圖斑法、地塊法、網格法及單因素疊加法［9］。詳查圖斑法計算結果準確、便于統計面積與土地調查和數字國土工程更好地銜接，因此本文選用此方法進行七里河區農用地分等更新評價。采用投影變換、幾何糾正等方法，將原有的1∶10萬為主比例尺的七里河區農用地分等成果中分等單元的相應屬性值按照面積最大原則賦值到比例尺為1∶1萬的解譯后的農用地圖斑上，形成更新底圖數據庫。以解譯后的農用地圖斑作為基礎分等單元，采用各村內順序編號方法對分等單元進行重新編號，記為:省級行政代碼(2位)+地級行政代碼(2位)+縣級行政代碼(2位)+鄉鎮代碼(3位)+村代碼(3位)+單元流水編號(4位)。村內單元編號不足4位的前面補0。初步形成3 996個分等單元。

2.4 分等成果修正

由于七里河區原有分等成果比例尺小、城市擴張所引起行政界線改變等原因，部分農用地圖斑沒有屬性值，使用類比原則，參考區內詳查地類及坡度數據，將本等值區內同地類、土地條件類似的圖斑屬性復制賦值，進一步完善七里河區農用地分等更新的分等單元。

1)確定分等指標區。由于區內各部分農用地土地自然質量主導因素存在一定差別，依據土地質量的主導因素和保持鄉級行政區界的完整性原則，七里河區沿用的農業區劃分區將全區分為3個區域:灘川溝坪菜果區、前山糧果百合區和后山糧食百合林牧區。

2)修正土地利用系數、經濟系數等值區。土地利用系數是用來修正土地的自然質量，使其達到接近土地的實際產出水平的系數。土地利用等值區與經濟系數等值區采用統計分析與野外調查相結合的方式進行修正。外業調查前，對2008—2010年各村指定作物產量和成本統計數據進行整理，根據等值區間“產量－成本”指數具有顯著差異，采用等值區的邊界不打破村級行政單位的完整性原則。采用聚類法對春小麥生長區初步劃分出土地利用系數等值區和土地經濟系數等值區。并對七里河區每個行政村選取9個樣點調查指定作物當年產量數據，計算樣點春小麥指定作物土地利用系數，即

式中:kli為第i個樣點春小麥土地利用系數;Bi為第i個樣點春小麥單產;Bmax為省內二級區春小麥最高單產。

對七里河區每個行政村選取9個樣點調查指定作物當年成本投入數據，計算樣點春小麥土地經濟系數，即

式中:kci為第i個樣點春小麥土地經濟系數;ai為第i個樣點春小麥“產量－成本”指數;Amax為省內二級區春小麥“產量－成本”指數的最大值。

根據行政村內各樣點指定作物土地利用系數和土地經濟系數，采用算術平均法計算行政村內指定作物土地利用系數和土地經濟系數，即

式中:kl(c)i為第i個行政村春小麥土地利用(經濟)系數;m為行政村數目。

統計數據中的產量平均值與樣點實際調查值有較大差距時，計算中以樣點的實際調查值為主，對初步劃分的等值區進行修正，以達到等值區之間具有差異性和突變性，并且滿足等值區內各行政村指定作物土地利用系數和土地經濟系數在±2S之間(表示平均值;S表示標準差)。最終確定七里河區春小麥生長區為2個土地利用系數等值區，等值區利用系數分別為0.380和0.876;3個土地經濟系數等值區，等值區利用系數分別為0.381，0.539及0.710，并編制相應的等值區圖。

3)計算分等單元自然質量等指數。分等單元農用地自然質量分等計算采用加權平均法，其計算模型為

式中:Cli為分等單元指定作物的農用地自然質量分;Wk為分等因素的權重;Fik為第i個分等單元內春小麥第k個分等因素的指標分值;k為分等因素編號;i為分等單元編號;n為分等因素的數目。

春小麥的自然質量等指數計算公式為

式中:Ri為第i個分等單元春小麥的自然質量等指數;αi為春小麥光溫(氣候)生產潛力指數;ρli為第i個分等單元內春小麥的農用地自然質量分;β為春小麥的產量比系數。

4)計算農用地利用等指數。農用地利用等指數是按照標準耕作制度所確定的指定作物，在農用地自然質量條件和農用地所在土地利用分區的平均利用條件下，所能獲得的按產量比系數折算的基準作物產量指數，即

式中:Yi為第i個分等單元春小麥的農用地利用等指數。

5)計算農用地分等指數。分等指數是按照標準耕作制度所確定的指定作物，在農用地自然質量條件、農用地所在土地利用區的平均利用條件和農用地所在土地經濟分區的平均經濟條件下，所能獲得的按產量比系數折算的基準作物產量指數，即

式中:Gi為第i個分等單元春小麥的農用地分等指數。

2.5 等別驗證與確定

采用等間距法進行農用地各等別的初步劃分，等別間距為100。對中間結果和初步分等結果進行實地校驗。在所有分等單元中隨機抽取分等單元總數5%的單元進行野外實測，將實測結果與計算結果進行比較，結果差異小于5%。分等因素及權重、指定作物－分等因素－自然質量分關系表、自然質量分、土地利用系數、土地經濟系數、農用地初步分等結果合理，初步分等成果合格不需再做調整。解譯后可得出，七里河區的農用地圖斑面積為14 094.88 hm2，通過對七里河區范圍內的3 996個農用地圖斑進行分等更新，對各等別面積進行匯總。分等間距采用100分1等，最終統計出全區農用地自然質量等別11個，農用地利用等別12個，農用地等別10個，其等別數值越大，農用地質量越高。2006年七里河區農用地分等結果見圖2，2010年分等更新結果見圖3。

圖2 2006年七里河區農用地分等結果Fig.2Results of farmland classification of Qilihe in 2006

圖3 2010年七里河區農用地分等更新結果Fig.3Update results of farmland classification of Qilihe in 2010

3 結果分析與評價

3.1 結果分析

農用地自然質量等別結果反映了七里河區農用地自然屬性的空間變化規律，七里河區地處隴中黃土丘陵區，農用地的自然質量處于中等水平。在七里河區農用地自然質量等別中(表3)，1—4，5—8，9—12，13—17等地分別占全區農用地面積的81.98%，3.15%，11.83%和3.05%。其中劣等地主要分布在阿干鎮、黃裕鄉、魏嶺鄉及西果園鎮4個鄉鎮，土地利用類型為旱地，無灌溉條件;中等地主要分布在彭家坪鎮、魏嶺鄉、八里鎮及西果園鎮等鄉鎮，土地類型以水澆地為主，兼有旱地，灌溉條件較好;優等地主要分布于秀川街道、彭家坪鎮、西果園鎮和八里鎮，主要集中在各個鄉鎮的行政中心，土地利用類型多為菜地，屬灌溉條件充分滿足的地區，地勢平坦，土層深厚，水熱資源豐富，適種性廣，高產穩產。

七里河區農用地自然質量等指數經過土地利用狀況的修訂后，得出農用地利用等別。農用地利用等別結果反映了農用地利用情況的空間分布規律。在七里河區農用地利用等別中(表4)，1—4，5—8，9—12，13—17等地分別占全區種面積的86.35%，0.08%，11.18%和2.39%。

表3 2006—2010年農用地自然質量等別面積變化Tab.3Area changes in the natural quality grade of farmland from 2006 to 2010

表4 2006—2010年利用等別面積變化Tab.4Area changes in the land use grade of farmland from 2006 to 2010

七里河區農用地利用等別經過土地經濟狀況的修訂后，得出農用地等別。農用地等別劃分結果反映了農用地投入產出水平的空間變化規律，其等別在空間分布上更趨于集中。在七里河區農用地等別中(表5)，1—4，5—8，9—12等地分別占全區種面積的91.57%，8.34%，0.09%。高等別土地利用類型為菜地，屬灌溉條件充分滿足的地區，由于地形平坦、土壤肥力較高，加之種植合理，耕作制度合理，重用重養，做到了低投入、高產出，成為全區利用等別和等別最高的農用地;中等地主要分布于八里鎮、黃峪鄉、巍嶺鄉、西果園鎮等鄉鎮;劣等地主要分布在阿干鎮、黃裕鄉、魏嶺鄉、西果園鎮的周邊，土地利用類型為旱地，無灌溉條件。

表5 2006—2010年農用地等別面積變化Tab.5Area changes in economic grade of farmland from 2006 to 2010

3.2 結果評價

將原有農用地分等成果與分等更新成果進行對比分析，兩次農用地分等所采用的指標體系一致，但評價方法有所不同，本次農用地分等更新采用特爾斐法、因素法、最大似然聚類、野外驗證等方法確定分等因素與分等單元。分析2個時序農用地自然質量、土地利用狀況和土地經濟效益的變化情況。2006—2010年等別序列面積對比見圖4。

圖4 2006—2010年等別序列面積對比Fig.4Comparison of classification sequence area changes from 2006 to 2010

結合圖2，3，4可以看出，七里河區農用地自然質量等別、農用地利用等別和農用地等別的空間分布與變化隨著鄉鎮級行政單元變化而變化。七里河區農用地自然質量等別1—4和9—12等地分別增加了12.56%和4.81%，5—8和13—17等地分別減少了13.21%和4.16%。七里河區農用地自然質量高等別的土地面積有所提高，總體呈現下降的趨勢。這主要是因為本次農用地分等更新選用最新的土地利用現狀成果。在7個評價因子中，除地形坡度外的6個評價因子穩定，但占有較大比重的地形坡度較2006年顯著增大，這是本次分等更新成果自然質量等別呈現下降趨勢的一個重要原因;同時由于七里河區城市擴張和重點建設工程的實施，部分自然質量較好的農用地轉換為工業用地或新增建筑用地，使得農用地總體的自然質量有所下降。農用地利用等別1—4和9—12等地面積增加0.59%和0.26%，5—8和13—17等地面積分別減少0.06%和0.79%。七里河區農用地利用狀況沒有發生重大的變化;在七里河區農用地等別分等更新中，1—4等地增加了5.27%，5—8和9—12等地分別減少了4.68%和0.58%。高質量的優等地主要集中在七里河區的城市建成區和各鄉鎮的行政中心。

4 結論

1)七里河區農用地的自然質量處于中等水平，低自然質量等所占農用地面積比重提高，高自然質量等所占農用地面積比重降低，七里河區農用地自然質量總體呈現下降趨勢。

2)七里河區農用地土地利用沒有發生重大變化，農用地投入產出水平有所下降。

3)各個等別呈現一定的空間分布規律，高等別的農用地集中在七里河區城市建成區、各個行政鄉鎮的中心以及實驗田基地等區域，較低等別的農用地集中分布在山區與鄉鎮周邊。

通過應用近期的高分辨率遙感數據以及坡度、土壤等相關統計數據，可以保證更新成果的現勢性，提高成果精度和質量，進而為土地開發整理、實現耕地總量動態平衡、總體規劃、基本農田保護規劃的修訂和完善提供依據。但此項工作仍然存在一些問題，如怎樣將道路通達度、河流距離、城市擴張等因素綜合到農用地分等定級的體系中，如何確定各個因子在農用地分等定級模型中的權重分配，確定相應的評價指標等有待進一步研究。

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Updated Evaluation and Analysis of Farmland Classification in Qilihe District of Lanzhou

FU Tian－xin1，2，YAN Hao－wen1，LUO Cheng－feng2，SHA Yu－kun2，3，QIAO Zhan－ming1，2
(1.School of Mathematics，Physic and Software Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China;2.Chinese Academy of Surveying＆Mapping，Beijing 100830，China;3.School of Information Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China)

This paper used high－resolution images such as QuickBird and WorldView to interpret agricultural map spots of Qilihe，and took the spots as the study objects.According to the actual situation of Qilihe，the authors combined the Delphi method with experts’opinions to determine seven evaluation factors such as the terrain slope，effective soil depth，soil PH value and the irrigation assurance rate for agricultural land updated classification.Detailed spot investigation method and calculation model in farmland classification procedures were used to amend and update the Qilihe agricultural spot.The results show that the quality of the natural agricultural land tends to decline，the agricultural land use has no significant changes，the agricultural input and output levels somewhat decrease，and the agricultural lands of various classes show certain spatial distribution regularity.

farmland;classification update;grade;Qilihe

TP 79

A

1001－070X(2012)03－0140－06

付天新(1986－)，男，碩士研究生，主要從事遙感與GIS應用研究。E－mail:fu_tianxin@163.com。

(責任編輯:李瑜)

10.6046/gtzyyg.2012.03.25

2011－11－21;

2012－01－09

國土資源大調查研究“土地調查監測成果綜合分析”項目(編號:DC100611－01)資助。