基于GIS的山區(qū)農(nóng)用地定級方法研究

許曉婷，隋立春，李芹芳，蔣 敏，房欣宜

(1.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3.西安高新第一中學(xué)國際班，陜西 西安 710119)

基于GIS的山區(qū)農(nóng)用地定級方法研究

許曉婷1，隋立春1，李芹芳2，蔣 敏2，房欣宜3

(1.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3.西安高新第一中學(xué)國際班，陜西 西安 710119)

為探索提高山區(qū)縣級農(nóng)用地定級結(jié)果精度，以柞水縣為例，基于GIS技術(shù)，運(yùn)用特爾菲法及直線法、緩沖區(qū)法和最短路徑法，建立定級因素體系，采用相應(yīng)方法對各因素進(jìn)行賦分和量化，在此基礎(chǔ)上求算定級指數(shù)，初步劃分農(nóng)用地級別，通過級差收益檢驗(yàn)、相關(guān)性檢驗(yàn)及相關(guān)專家論證確定級別劃分結(jié)果。研究結(jié)果表明，該方法可快速、準(zhǔn)確劃分出農(nóng)用地級別。研究結(jié)果可為山區(qū)農(nóng)用地定級的開展提供思路和參考方法，也可為全面掌握和科學(xué)量化農(nóng)用地質(zhì)量、促進(jìn)其合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

農(nóng)用地定級；因素法；定級指數(shù)；GIS技術(shù)；柞水縣

一、引 言

農(nóng)用地定級對于我國確保18億畝耕地，切實(shí)保護(hù)耕地和基本農(nóng)田，提高耕地產(chǎn)能，保障全國糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義[1-2]。農(nóng)用地定級成果有利于科學(xué)量化農(nóng)用地質(zhì)量、制定各項土地利用與管理政策，以及促進(jìn)土地資源合理、高效利用[3-5]。農(nóng)用地定級還是我國法律賦予國土資源管理部門的一項重要職責(zé)[6]。可見，農(nóng)用地定級是具有多項重要意義的基礎(chǔ)性工作。

由于國家規(guī)程里給出的是農(nóng)用地定級的一般方法，適用于地形較為簡單的區(qū)域，對于地形較為復(fù)雜的山地區(qū)，直接應(yīng)用規(guī)程方法會影響定級結(jié)果精度。因此，本文以陜西省柞水縣為例，基于ArcGIS軟件，開展山區(qū)縣農(nóng)用地定級方法研究，為山區(qū)縣農(nóng)用地定級工作的全面開展提供參考方法。

二、研究區(qū)概況

柞水縣地處東經(jīng)108°49′25″～109°36′20″，北緯33°25′31″～33°55′28″，位于陜西省商洛市西部的秦嶺南麓，縣內(nèi)轄乾佑、鳳凰等16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地總面積236 656.94 hm2。全縣農(nóng)用地為226 320.38 hm2，其中耕地16 092.53 hm2。全縣耕地數(shù)量較多，但土壤較為貧瘠，大多數(shù)耕地糧食產(chǎn)量較低。全縣耕地主要分布在河道兩側(cè)和公路沿線，其他地方分布較少。

三、研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.研究方法

農(nóng)用地定級的方法主要有因素法、修正法和樣地法3種[7]，由于因素法定級具有獨(dú)立性強(qiáng)、受分等別指數(shù)干擾小、易于操作的特點(diǎn)[8]，本文采用該方法作為研究區(qū)農(nóng)用地定級基本方法，同時考慮山區(qū)復(fù)雜地形對級別的影響，對耕作距離、農(nóng)貿(mào)市場影響度及道路通達(dá)度進(jìn)行修正，使定級結(jié)果更加精確。

采用ArcGIS的空間分析功能，提取柞水縣耕地圖斑作為定級單元，然后對柞水縣農(nóng)用地級別進(jìn)行初步劃分，實(shí)現(xiàn)定級結(jié)果的空間合理性檢驗(yàn)，并分析出定級結(jié)果的空間分布規(guī)律。

2.數(shù)據(jù)來源

柞水縣農(nóng)用地定級基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用2010年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)成果，其他數(shù)據(jù)資料包括土地詳查、土壤普查、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、耕作制度、作物產(chǎn)量、水文條件、農(nóng)田水利設(shè)施等資料。

四、農(nóng)用地定級方法研究

1.定級因素指標(biāo)體系的建立

根據(jù)研究區(qū)農(nóng)用地實(shí)際情況，遵照農(nóng)用地定級因素指標(biāo)選取的原則，采用特爾菲法建立農(nóng)用地定級因素指標(biāo)體系，并采用特爾菲法確定各定級因素指標(biāo)權(quán)重，具體見表1。

表1 柞水縣農(nóng)用地定級因素指標(biāo)體系表

2.定級因素的賦分方法

定級因素可分為非擴(kuò)散型和擴(kuò)散型兩種[9]，需采用相應(yīng)方法分別對其賦分。

(1)非擴(kuò)散型因素的賦分方法

非擴(kuò)散型因素按照原始值能否用數(shù)值度量又分為數(shù)值型和語言型兩種類型。

數(shù)值型因素賦分時先在ArcGIS中將原始數(shù)據(jù)按照其頻率分布進(jìn)行級別劃分，再對各因素按級別分別進(jìn)行賦分，公式為

式中，Pi為該因素第i級分值；bi為該因素第i級原始值均值；b優(yōu)為該因素最優(yōu)級原始值均值；b劣為該因素最劣級原始值均值。

語言型因素賦分時首先需按照因素的基本類別對其行分級，然后采用各級中能夠反映農(nóng)用地質(zhì)量的可度量指標(biāo)進(jìn)行賦分，即

式中，Qi為該因素第i級分值；yi為該因素第i級土地質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化值；y優(yōu)為該因素最優(yōu)級反映土地質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化值；y劣為該因素最劣級反映土地質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化值。

最劣一級指標(biāo)的分值是根據(jù)土地質(zhì)量的衰減程度，由經(jīng)驗(yàn)法確定。

(2)擴(kuò)散型因素的賦分方法

擴(kuò)散型因素包括耕種距離、道路通達(dá)度和農(nóng)貿(mào)市場影響度3項，其賦分也采用相應(yīng)方法。

①耕作距離

規(guī)程中以居民點(diǎn)到定級單元的直線距離作為其耕作距離。考慮到柞水縣地處秦嶺山區(qū)，山大溝深，地面起伏大，道路崎嶇，且大部分耕地位于山坡或溝底，與居民點(diǎn)之間存在較大高差，因此在直線距離基礎(chǔ)上進(jìn)行道路修正和高差修正，力爭結(jié)果準(zhǔn)確合理。

a.道路修正，即根據(jù)道路崎嶇程度對直線距離進(jìn)行修正。首先利用ArcGIS軟件自動量取各單元到居民點(diǎn)直線距離；其次根據(jù)柞水縣地形地貌特征，將全縣分為淺山坡塬區(qū)、河谷川道區(qū)和深山溝腦區(qū)3個道路修正指標(biāo)區(qū)；在不同修正區(qū)域內(nèi)，選擇多個能代表該區(qū)域道路彎曲度的樣本，求取實(shí)際道路距離，將其與相應(yīng)的直線距離進(jìn)行比較，并結(jié)合實(shí)地調(diào)查和測試，求取各個指標(biāo)區(qū)的道路修正系數(shù)。通過計算，淺山坡塬區(qū)道路修正系數(shù)為1.2，河谷川道區(qū)為1.3，深山溝腦區(qū)為1.5。用各單元到居民點(diǎn)的直線距離乘以其修正系數(shù)，得到實(shí)際耕作距離。

以全縣范圍內(nèi)最大耕作距離作為半徑，采用直線衰減模型計算各單元耕作距離作用分，公式為

式中，F(xiàn)i為第i個定級單元的耕作距離作用分；di為第i個定級單元到居民點(diǎn)的實(shí)際距離；d為全縣范圍內(nèi)最大耕作距離，取4 km。

b.高差修正。首先統(tǒng)計出所有單元與其居民點(diǎn)之間的高差，經(jīng)過分析將所有高差指標(biāo)值分為4級，根據(jù)不同級別范圍內(nèi)的高差對耕作造成的困難程度，在道路修正距離得分的基礎(chǔ)上，每級減去相應(yīng)的分值，得到各定級單元最終的耕作距離得分。

②道路通達(dá)度

a.道路級別的確定。將全縣道路按照類型、功能和質(zhì)量的不同劃分為省道、縣、鄉(xiāng)道和村道3級。

b.道路規(guī)模指數(shù)和影響半徑的確定。采用各級道路平均晝夜交通量和道路平均寬度的幾何平均值確定規(guī)模指數(shù)，計算各級道路的影響半徑，公式為

式中，d為某級道路影響半徑；S為定級區(qū)域面積；l為某級道路的總長度。

c.道路通達(dá)度分值計算。分別計算各級道路通達(dá)度分值，然后采用求和法計算道路通達(dá)度總分值。各級道路通達(dá)度計算公式為

式中，fi為第i級道路通達(dá)度分值；dij為第j個行政村到第i級道路最短實(shí)際距離；di為第i級道路影響半徑；Mi為第i級道路規(guī)模指數(shù)；Mi－1為第i－1級道路規(guī)模指數(shù)。

若某村同時受多條道路影響，則取最大分值。各定級單元分值為所在村分值。

③農(nóng)貿(mào)市場影響度

a.確定農(nóng)貿(mào)市場數(shù)量、分布和級別。農(nóng)貿(mào)市場根據(jù)功能和規(guī)模可分為4級：一級為乾佑鎮(zhèn)農(nóng)貿(mào)市場；二級為鳳凰鎮(zhèn)農(nóng)貿(mào)市場；三級包括蔡玉窯鎮(zhèn)、曹坪鎮(zhèn)、紅巖寺鎮(zhèn)、柴莊鄉(xiāng)和瓦房口鄉(xiāng)農(nóng)貿(mào)市場；四級為其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)貿(mào)市場。

b.確定各級農(nóng)貿(mào)市場的規(guī)模指數(shù)及影響半徑。根據(jù)各農(nóng)貿(mào)市場的年交易額及營業(yè)面積，采用幾何平均法確定其規(guī)模指數(shù)。

根據(jù)各級農(nóng)貿(mào)市場的影響范圍，確定其影響半徑(結(jié)果見表2)，公式為

式中，d為某級農(nóng)貿(mào)市場影響半徑；S為定級區(qū)域面積；n為某級農(nóng)貿(mào)市場數(shù)量。

表2 各級農(nóng)貿(mào)市場規(guī)模指數(shù)及影響半徑表

c.農(nóng)貿(mào)市場影響度分值得計算。以行政村為單位，利用直線衰減模型計算各級農(nóng)貿(mào)市場的影響度分值，公式為

式中，F(xiàn)i為第i級農(nóng)貿(mào)市場影響度作用分；Mi為第i級農(nóng)貿(mào)市場規(guī)模指數(shù)；di第i級農(nóng)貿(mào)市場到各村駐地最短實(shí)際距離；d第i級農(nóng)貿(mào)市場影響半徑。

若某村同時受到多個農(nóng)貿(mào)市場影響，取最大分值，各定級單元分值為所在村分值。

3.單元定級指數(shù)的計算

采用加權(quán)求和法計算各定級單元定級指數(shù)。

4.級別的劃分與校驗(yàn)

(1)級別的初步劃分

在ArcGIS軟件中，打開賦有定級指數(shù)的定級單元圖，繪制各定級單元定級指數(shù)頻率圖。由該圖可以看出，定級指數(shù)分布服從正態(tài)分布，據(jù)此可知，初步計算的定級指數(shù)比較準(zhǔn)確。運(yùn)用ArcGIS軟件的自動劃分功能，將柞水縣農(nóng)用地分為4個級別。

(2)級別校驗(yàn)

①級差收益檢驗(yàn)

利用級差收益測算模型測算柞水縣各級別農(nóng)用地級差收益，結(jié)果顯示：一、二級級差收益為2 779.5元/hm2，二、三級級差收益為2 644.2元/hm2，三、四級級差收益為947.0元/hm2。各級別之間存在著明顯的正級差，符合農(nóng)用地級別作用的一般規(guī)律。可見，柞水縣農(nóng)用地級別的初步劃分結(jié)果較為合理。

②相關(guān)性檢驗(yàn)

采用抽樣法分別對定級指數(shù)與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)糧和畝均純收益進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示抽樣單元定級指數(shù)與二者的相關(guān)度分別為88.74%和86.15%，農(nóng)用地定級指數(shù)與純收益和實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)糧高度相關(guān)。可見，柞水縣農(nóng)用地定級結(jié)果基本合理。

(3)級別確定與其面積統(tǒng)計

通過對初步劃分的級別進(jìn)行反復(fù)論證和適當(dāng)調(diào)整，確定柞水縣農(nóng)用地級別劃分最終結(jié)果。

運(yùn)用ArcGIS軟件的自動匯總功能，統(tǒng)計和匯總各級別面積，結(jié)果見表3。

表3 研究區(qū)農(nóng)用地級別面積匯總表

5.定級結(jié)果分析

根據(jù)柞水縣農(nóng)用地定級結(jié)果，運(yùn)用ArcGIS做出柞水縣農(nóng)用地級別圖(如圖1所示)。通過深入分析可知研究區(qū)農(nóng)用地級別的空間分布規(guī)律，具體表現(xiàn)在以下3方面：

1)全縣農(nóng)用地級別按照海拔高度和地形坡度呈現(xiàn)以從東南向西北遞降的特點(diǎn)，海拔越高、坡度越大，農(nóng)用地級別越低；反之，農(nóng)用地級別越高。

2)全縣農(nóng)用地級別呈現(xiàn)以農(nóng)貿(mào)市場為中心圈層遞降的規(guī)律，距離農(nóng)貿(mào)市場越近，農(nóng)用地級別越高；反之，農(nóng)用地級別越低。

3)全縣農(nóng)用地級別以主要道路為軸呈帶狀向兩側(cè)遞降的特點(diǎn)，距離道路越近，農(nóng)用級別越高；反之，農(nóng)用級別越低。

圖1 柞水縣農(nóng)用地級別圖

五、結(jié)論與建議

柞水縣屬于典型的山區(qū)縣，因此，本文提出的關(guān)于耕作距離修正方法、農(nóng)貿(mào)市場影響度及道路通達(dá)度計算方法可為山區(qū)縣農(nóng)用地定級提供思路和借鑒，也可為其他地區(qū)開展農(nóng)用地定級提供有益參考。

農(nóng)用地定級可為耕地與基本農(nóng)田保護(hù)、土地征用與補(bǔ)償、土地開發(fā)整理、產(chǎn)能核算[10-11]等土地管理工作提供技術(shù)支撐。另外，成果應(yīng)用是這項工作的生命力所在，如果成果不能在實(shí)踐中得到有效應(yīng)用，就沒有必要做這項功能工作。因此，應(yīng)積極探索定級成果應(yīng)用，促進(jìn)定級工作全面推開。

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Cultivated Land Grading Method of Mountain County Based on GIS

XU Xiaoting，SUI Lichun，LI Qinfang，JIANG Min，F(xiàn)ANG Xinyi

P208

B

0494-0911(2014)11-0046-04

2013-12-18

國家自然科學(xué)基金(41372330)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)創(chuàng)新團(tuán)隊項目(CHD2012TD001)

許曉婷(1983—)，女，陜西渭南人，博士生，主要研究方向?yàn)橥恋匾?guī)劃、土地資源管理、資源與環(huán)境遙感。

許曉婷，隋立春，李芹芳，等.基于GIS的山區(qū)農(nóng)用地定級方法研究[J].測繪通報，2014(11)：46-49.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0360