基于限制因素和熱點分析的耕地整治質量潛力測算

趙冬玲 何珊珊 楊建宇,2 張 超,2 李鵬山,2 杜振博

(1.中國農業大學信息與電氣工程學院， 北京 100083； 2.國土資源部農用地質量與監控重點實驗室， 北京 100035)

基于限制因素和熱點分析的耕地整治質量潛力測算

趙冬玲1何珊珊1楊建宇1,2張 超1,2李鵬山1,2杜振博1

(1.中國農業大學信息與電氣工程學院， 北京 100083； 2.國土資源部農用地質量與監控重點實驗室， 北京 100035)

以規則網格為評價單元，采用因素組合法對耕地自然質量限制因素進行分析；采用熱點分析法對耕地利用水平指標進行局部聚類；并分別測算限制因素改變和利用水平指標提升后的耕地質量變化。以河北省涿州市為研究區進行研究，結果表明：灌溉保證率是涿州市耕地自然質量的限制因素，經改善灌溉條件的耕地自然等指數可平均提升408。涿州市耕地整體利用水平相差較大，可依據熱點分析結果提出相應的耕地平整、修建溝渠或田間道路等工程措施，改善土地利用條件，提高耕地利用等指數。綜合整治潛力呈現東西低、中部高的分布特點。所提出的耕地整治質量潛力測算方法有助于確定耕地質量限制因素、劃分耕地整治區域及指明整治方向。

耕地整治； 質量潛力； 限制因素； 熱點分析； 網格

引言

多年來，我國通過實施最嚴格的耕地保護制度，耕地數量快速下降的趨勢得到有效遏制，在耕地面積基本穩定的前提下，著力提升耕地質量、提高耕地產能是保障國家糧食安全的根本途徑[1]。耕地整治能夠有效挖掘耕地潛力，提升耕地等級，減災抗災，能夠為使用新技術、新裝備、新品種打造良好的基礎平臺[2]，是實現農業機械化、農業可持續發展的重要途徑[3]，也是實現“藏糧于地，藏糧于技”的重要手段。科學合理測算耕地整治潛力，是編制區域土地整治規劃的基礎工作，可為制定整治目標與任務、劃分整治區域、確定整治重點區域等提供科學依據[4]。

耕地整治潛力反映待整治農用地可改善程度，具體表現為耕地有效利用面積增加、耕地質量提高、生產成本降低、生態環境改善等，集中體現在耕地數量潛力、質量潛力和生態潛力方面[5]。我國耕地整治潛力研究與實踐正在從最初的單一新增耕地面積向提升耕地質量、改善生態環境方向發展[6]，目前研究集中在數量潛力測算和質量潛力測算。其中，質量潛力測算方法主要有目標產能法[7-8]、目標等別法[9-11]、修正因素分析法[12-13]、模式法[14]等。目標產能法和目標等別法以待整治耕地潛在的生產能力作為質量目標，多數將耕地質量分等單元的理論單產與可實現單產之差作為理論潛力，將可實現單產與實際單產之差作為可實現潛力，將理論等級或最高等別與現狀等別之差作為質量潛力，由于缺乏考慮整治難度和可實現性，在當前技術水平和經濟社會發展條件下，潛力大的地區往往很難通過整治達到預期的質量目標，甚至有些土地不適合整治成耕地，潛力往往被高估。修正因素分析法和模式法均從因素層面分析因素變化導致的耕地質量提升，多結合現有農用地分等成果進行，但是農用地分等所選的參評因素多表征耕地本底條件，不能全部涵蓋土地整治工程所影響的因素，而造成評價結果不能準確反映實際情況。另外，在分析中耕地質量空間屬性越來越受到重視，農田建設布局規劃多采用空間聚類[15-16]和空間自相關[17-18]等方法，熱點分析是常用的局部聚類算法，本文將應用其進行耕地質量分析。

針對土地整治工程對耕地質量的影響特點，總結現有方法的不足，本文提出基于限制因素和熱點分析的方法，通過分等因素組合法尋找耕地自然質量的限制因素，通過利用指標熱點分析方法指導整治分區，并且測算限制因素條件改變和耕地利用水平指標值提升后的耕地質量變化。

1 研究區及其數據概況

1.1 研究區域概況

涿州市位于河北省中部，地處太行山山前平原北部，東經115°44′～116°15′、北緯39°21′～39°36′，東臨固安，西接淶水，北通北京，南到高碑店。東西橫距36.5 km，南北縱距25.5 km。全區總面積739.67 km2，其中耕地面積443.5 km2，耕地面積占區域總面積的60%。地勢平坦，起伏較小，處于暖溫帶半濕潤季風氣候區，四季分明。區域內河流較多，有永定河、白溝河、小清河、玻璃河、北據馬河、胡良河等，適宜小麥、玉米、水稻種植，是黃淮海平原重要糧食產區。涿州市耕地土地利用系數變化幅度較大，證明全市整體水平差異較大，質量較好的耕地分布在中南部，質量較差的耕地分布在東北部和西南部。

涿州市區位特殊，位于京、津、保三角區中心地帶，處于太行山山地丘陵區與華北平原區過渡帶，同時處于北京都市城區與保定貧困區過渡帶(圖1)，資源整合和治理是京津冀協同發展的先決條件[19]，涿州市在京津冀一體化發展中處于特殊位置。《河北省土地整治規劃(2011—2020年)》指出涿州市是土地整治重點區和示范縣，選擇該區域進行耕地整治質量潛力研究，具有較強的典型性和代表性。

圖1 涿州市區位及空間網格單元Fig.1 Geographical position of Zhuozhou city and space grid unit

1.2 數據預處理

所用數據包括涿州市2013年1∶10 000耕地質量等級成果數據，2011年1∶10 000土地利用現狀數據、行政區劃數據及調查數據。

網格是對地理空間的劃分，具有打破行政界線實現數據脫密、為多源空間信息提供統一評價單元尺度、為耕地質量動態更新提供便利的優點[20-21]。農田網格化有利于基本農田的多級層次化管理，提高信息檢索與更新效率，有利于利用GPS等對基本農田定位與現場檢查，易于與遙感圖像像元匹配，有利于基本農田朝規整化方向建設[22]。

鑒于耕地利用水平各項指標屬于中尺度指標，網格不宜過小。另外，考慮到研究區范圍不是很大，網格不宜過大。已有研究結果表明中尺度指標網格適宜尺寸為400 m×400 m[23]。因此，選擇網格尺寸400 m×400 m。首先，依據研究區范圍劃分400 m×400 m空間規則網格；其次，用耕地質量數據與規則網格相交，篩除沒有耕地的網格；最后，將耕地質量等級成果數據及土地利用現狀中的線狀地物進行網格化處理，最終獲得所需的基礎數據。空間網格單元見圖1。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

我國于2009年完成的農用地分等工作，是以作物生產量為紐帶，將耕地質量分為自然質量、利用質量與綜合質量3個層次[24]，按照GB/T 28407—2012《農用地質量分等規程》[25](以下簡稱“規程”)對耕地質量內涵的定義，耕地自然質量綜合反映耕地所處的光、溫、水、熱、土、地形等自然條件，耕地利用質量綜合反映農民對耕地利用狀況。本文對耕地生產力的質量表征基本上以上述理論為依據。但是，計算方法略有改進，現階段處在傳統農業向現代農業轉型階段，國家對農業基礎設施大力建設，農機化水平迅速提升，已經大大改變了農業的生產經營方式，“規程”以傳統農業下的歷史經驗數據計算利用系數反映現代農業下的耕地利用水平顯然已不再適合，不能滿足現代農業對耕地質量的定位。因此，本文的利用系數通過耕地本身的規整性、連片性程度和基礎設施水平來反映。

通過對耕地質量內涵的認識，耕地質量影響來自多方面。農用地整治通過土地平整、灌溉與排水、田間道路、農田防護等工程措施，可以優化田塊布局，改善耕作條件，完善農田水利基礎設施和道路布局等，對耕地自然質量及利用質量均有一定的影響。

基于以上分析，本文從自然質量和利用質量兩方面來分析土地整治潛力。首先，將耕地質量數據和土地利用數據網格化，得到涿州市網格化后的耕地數據庫。其次，通過因素組合法研究分析耕地自然質量的限制因素，建立因素組合與自然等別和自然等指數的對應關系，查表計算得到限制因素改變后的耕地自然質量潛力。再次，構建土地利用水平指標體系，用層次分析法賦予權重，計算各指標值并歸一化得到各類指標得分，繼而通過熱點分析法來探究耕地利用水平較差區域并進行整治分區，提升這些區域各類指標得分值。最后，計算整治前后耕地利用系數、耕地利用等指數和利用質量潛力。研究流程見圖2。

圖2 研究框架Fig.2 Research framework

2.2 耕地自然質量潛力測算方法

2.2.1 因素組合法

涿州市位于太行山北段冀中山前平原冬小麥、夏玉米一年兩熟分等因素指標區，參與農用地分等的指標及計分規則見表1。涿州市4個分等因素：

表1 涿州市農用地分等因素及其分級分值Tab.1 Arable land grading indicators and their classification and scores in Zhuozhou city

注：各因素分值分級標準與GB/T 28407—2012《農用地質量分等規程》一致。

灌溉保證率、表層土壤質地、土壤有機質含量(質量分數)、剖面構型，分別有3、3、2、2個分級水平(表1)。因素組合法遵循“2位或3位數得分縮記為1位代碼”的規則，將一個分等單元內的因素得分代碼按照表1中分等因素的順序合并到一起，作為該分等單元的因素組合標識。即規則為“100分”記為“+”，“90分”記為“9”，“80”分記為“8”以此類推。如某單元因素組合標識為“9+6+”，則說明該單元灌溉保證率為基本滿足，表層土壤質地為壤土，土壤有機質含量2%，剖面構型為通體壤、壤/粘/壤。已有研究表明分等因素得分在50分以下時，因素對作物生長有主要限制作用[20]。本文中定義得分小于50分的因素為自然質量限制因素。

2.2.2 自然質量潛力測算

建立因素組合與耕地質量自然等指數的對應關系。類比參照已完成的耕地整治項目對耕地自然因素的改造程度，模擬耕地整治工程對分等因素的改變來改變因素組合。得到整治后的耕地自然等指數。整治后自然等指數與整治前自然等指數差值為耕地自然質量潛力，計算公式為

Ai=R′i-Ri

(1)

2.3 耕地利用質量潛力測算

2.3.1 耕地利用系數計算

將土地整治對耕地利用的影響歸納為田塊空間形態、田間道路設施、田間溝渠設施3個方面，因此選取耕地空間形態、田間道路基礎設施水平、田間溝渠基礎設施水平來反映耕地利用水平，并構建耕地利用水平指標體系。以網格為單元計算各類指標，應用層次分析法并通過一致性檢驗后給各指標賦予權重(表2)。極差歸一化方法解決指標正逆取向問題，并消除量綱。依據自然斷點法并輔助手動修改設置各類指標的打分規則，利用加權求和法計算耕地利用系數，其計算式為

(2)

式中Ki——第i個網格單元耕地利用系數wij——第i個網格單元第j類耕地利用指標對應的權重

fij——第i個網格單元第j類耕地利用指標對應的分值，在10～100分之間

表2 涿州市耕地利用水平指標體系及權重Tab.2 Indicators and their weights of cultivated land utilization level in Zhuozhou city

2.3.2 熱點分析法

熱點分析(Getis-OrdGi*)工具可分析得到高值或低值要素在空間上發生聚類的位置。冷點是本文中所要尋找的聚類區域，即某網格內耕地利用各類指標得分較低并被得分較低的網格包圍的局部聚類區域，這些區域急需進行土地整治工程。本文采用Getis-OrdGi*局部統計來分析耕地利用水平局部聚類，計算式為

(3)

其中

(4)

(5)

2.3.3 利用質量潛力測算

耕地利用等指數計算式為

Yi=RiKi

(6)

式中Yi——第i個網格單元耕地利用等指數

類比參照已完成的耕地整治項目對各指標的改造程度，來提高各類指標得分，并重復2.3.1節步驟計算第i個網格單元整治后的利用系數，記作K′i。

整治后利用等指數與整治前利用等指數差值為耕地利用質量潛力，即

Ci=Y′i-Yi

(7)

式中Ci——第i個網格單元耕地利用質量潛力值Y′i——第i個網格單元整治后耕地利用等指數，計算方法與Yi相同

3 結果與分析

3.1 自然質量潛力

理論上，涿州市農用地分等單元因素組合類型是4個因素組合成的36種，經匯總分析，發現因素組合類型實際有23種(3768、3788、3+8+、3968、3988、398+、7788、3+6+、7768、7988、7+8+、796+、7968、798+、9768、9988、7+6+、9+68、9+8+、976+、9968、998+、9+6+)。按照定義，各因素得分小于50為耕地自然質量限制因素，即在因素組合中代碼小于5，可知無灌溉條件是限制因素，無灌溉條件對作物生長產生了限制作用，無灌溉條件的耕地分布較廣，零星分布在整個研究區范圍內，見圖3。

圖4 耕地整治分區Fig.4 Arable land consolidation zoning

圖3 限制因素分布Fig.3 Limiting factors distribution

結合周邊地區已完成的土地整治項目及整治難度，建議進行節水灌溉，確定涿州市無灌溉條件的耕地經土地整治能夠達到灌溉一般滿足。其他分等因素不是限制因素且整治工程也較難改變，因此保持其他因素代碼不變，僅改變灌溉保證率的代碼來改變因素組合，查找因素組合與地方自然等別和自然等指數的對應關系得到整治前、后因素組合及自然等指數(表3)，并測算自然質量潛力，結果表明經改變灌溉條件的耕地，其自然等指數平均提高408。

表3 整治前后因素組合及自然等指數Tab.3 Elements association and physical quality grade index before and after land consolidation

3.2 利用質量潛力

3.2.1 局部聚類結果

以網格為單元計算并歸一化處理得到各類指標得分。耕地空間形態、田間道路設施、溝渠設施3類指標熱點分析結果如圖4所示，藍色區域為冷點局部聚類區域，耕地空間形態和2類基礎設施綜合得分較低，水平較差，建議進行相應整治工程。

耕地空間形態熱點分析結果如圖4a所示，中部藍色區域為冷點區域，即表現為耕地空間形態得分較低，耕地占比重低，耕地破碎，不夠集中連片，分布在涿州市中北部地區，這些區域的耕地需進行平整，加強集中連片建設。田間道路設施水平熱點分析結果如圖4b所示，藍色表示顯著性冷點聚集區域，即田間道路設施綜合得分較低，田間道路設施不夠完善，不足以滿足生產建設要求。主要分布在中西北部地區，這些區域應建議加強道路建設，修建并完善農村田間道路設施。田間溝渠基礎設施水平熱點分析結果如圖4c所示，藍色表示顯著性冷點聚集區域，即田間溝渠設施綜合得分較低，田間溝渠設施不夠完善，不足以滿足生產建設的要求。主要分布貫穿整個涿州市的中部地區，從南到北，這些地區田間溝渠設施不夠完善，應加強溝渠建設。

3.2.2 潛力測算及分級

參照表2權重和式(2)計算整治前的耕地利用系數Ki和耕地利用等指數Yi，Ki在0.10～0.99之間，Yi在137.8～2 292.3之間。

對比周邊地區已有土地整治項目對耕地空間形態、道路設施、溝渠設施的改變程度，對上述冷點區域進行相應的土地整治工程，分值提升為區域內該類指標的最高得分。并計算指標提升后的利用系數Ki和整治后的利用等指數Yi。Ki在0.10～0.99之間，Yi在178.7～2 456.0之間。整治潛力分級見圖5和表4。

涿州市耕地整治質量潛力較大，呈現中部地區高于東西部地區的特點，對不同潛力級別的區域提出整治方向與建議，具體見表4。

4 結論

(1)本文提出的耕地整治質量潛力測算方法，綜合考慮了自然質量潛力和利用質量潛力。在分析研究耕地自然質量的限制因素和耕地利用水平的基礎上，提出了更具針對性的整治方向。

圖5 綜合潛力分布Fig.5 Potential distribution

潛力分級潛力值分布網格比例/%整治工程130.910東西兩側40.14節水灌溉2304.87西北部,中南部,東北部43.02修建溝渠、田間道路3693.54中北部16.84土地平整、修建田間道路和溝渠

(2)通過分析可知，涿州市耕地整治潛力較大，灌溉保證率是耕地自然質量的限制因素，改善灌溉條件后耕地自然等指數可平均提升408，進行土地平整、修建溝渠或道路工程可提高耕地利用等指數。

(3)綜合整治潛力呈現中部地區大于東部和西部區域的分布特點，應該加強對中部地區耕地的整治。

(4)本文只討論了耕地整治理論質量潛力，經濟條件、整治工程難度、農民整治意愿等因素對于理論潛力實現的限制作用需要進一步修正。另外，不同網格單元產量提升潛力對耕地利用質量的影響需進一步研究。

1 楊邦杰, 鄖文聚, 程鋒. 論耕地質量與產能建設[J].中國發展,2012,12(1):1-6. YANG Bangjie, YUN Wenju, CHENG Feng. On farmland quality and productivity construction[J]. China Development, 2012, 12(1): 1-6. (in Chinese)

2 鄖文聚. 沒有農田整治,就沒有現代農業[J].中國土地,2010(11):13-14.

3 陳志.我國農業可持續發展與農業機械化[J].農業機械學報,2001,32(1):1-4,15. CHEN Zhi. A sustainable development of agriculture and agricultural mechanization in China[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2001, 32(1): 1-4, 15.( in Chinese)

4 鄖文聚.土地整治規劃概論[M].北京：地質出版社,2011.

5 劉巧芹,李子君,吳克寧,等.中國耕地整理潛力測算方法研究綜述[J].資源開發與市場,2013,29(2):127-130,148. LIU Qiaoqin, LI Zijun, WU Kening, et al. Review on methods for cultivated land consolidation potential calculation in China [J]. Resource Development & Market, 2013, 29(2): 127-130,148. (in Chinese)

6 張正峰,陳百明.土地整理潛力分析[J].自然資源學報,2002,17(6):664-669. ZHANG Zhengfeng, CHEN Baiming. Primary analysis on land readjustment potentiality[J]. Journal of Natural Resources, 2002, 17(6): 664-669. (in Chinese)

7 王秋香,張紅富,胡智毅,等.廣東省不同典型區耕地產能利用潛力分析[J].土壤學報,2011,48(3):487-495. WANG Qiuxiang, ZHANG Hongfu, HU Zhiyi, et al. Analysis of use potential of farmland productivity in different typical areas of Guangdong province [J].Acta Pedologica Sinica, 2011, 48(3): 487-495. (in Chinese)

8 劉文智,陳亞恒,李新旺,等.基于產能的耕地整理數量質量潛力測算方法研究——以河北省盧龍縣為例[J].水土保持研究,2010,17(3):227-231. LIU Wenzhi, CHEN Yaheng, LI Xinwang, et al. Study on the quantitative and qualitative potential of farmland consolidation on production capacity—a case study on Lulong county [J].Research of Soil and Water Conservation,2010, 17(3): 227-231. (in Chinese)

9 王洪丹,王金滿,李新鳳.北方山丘區縣域農用地整理數量質量潛力測算方法研究[J].山東農業大學學報:自然科學版,2015,46(3):373-378. WANG Hongdan, WANG Jinman, LI Xinfeng. Study on quantitative and qualitative potential of farmland consolidation within county region in the northern hilly regions [J].Journal of Shandong Agricultural University:Natural Science Edition, 2015, 46(3): 373-378. (in Chinese)

10 楊建鋒,王令超,楊新民,等.基于農用地分等的耕地整理建設等級目標研究——以豫西北太行山地丘陵類型區為例[J].地域研究與開發,2009,28(4):100-104. YANG Jianfeng, WANG Lingchao, YANG Xinmin, et al. The study of constructing grading objective for cultivated land consolidation based on classification on agricultural land—a case study of Taihang mountains and hills in the northwest of Henan province [J].Areal Research and Development, 2009,28(4):100-104.(in Chinese)

11 TANG Xiumei, CHEN Baiming, ZHANG Leina, et al. Analysis of cultivated land consolidation potential in China [J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28(1): 219-224.

12 徐康,金曉斌,吳定國,等.基于農用地分等修正的土地整治項目耕地質量評價[J].農業工程學報,2015,31(7):247-255. XU Kang, JIN Xiaobin, WU Dingguo, et al. Cultivated land quality evaluation of land consolidation project based on agricultural land gradation [J].Transactions of the CSAE, 2015, 31(7): 247-255. (in Chinese)

13 張瑞娟,姜廣輝,周丁揚,等.耕地整治質量潛力測算方法[J].農業工程學報,2013,29(14):238-244. ZHANG Ruijuan, JIANG Guanghui, ZHOU Dingyang, et al. Calculation method of qualitative potential of farmland consolidation [J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(14): 238-244. (in Chinese)

14 楊偉,謝德體,廖和平,等.基于高標準基本農田建設模式的農用地整治潛力分析[J].農業工程學報,2013,29(7):219-229. YANG Wei, XIE Deti, LIAO Heping, et al. Analysis of consolidation potential of agricultural land based on construction mode of high-standard basic farmland [J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(7): 219-229. (in Chinese)

15 楊永俠,施彥如,孫婷,等. 基于空間聚類的西藏耕地后備資源開發組合模型[J/OL]. 農業機械學報， 2016,47(4): 239-247.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160432&flag=1.DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2016.04.032. YANG Yongxia, SHI Yanru, SUN Ting, et al. Spatial clustering-based model of exploitation combination for reserved cultivated land resources in Tibet [J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(4): 239-247. (in Chinese)

16 胡曉宇. 哈巴河縣土地整治潛力評價及分區研究[D].北京:北京林業大學, 2015:1-72. HU Xiaoyu. Research on land comprehensive consolidation potentiality and regionalization of Habahe county [D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2015:1-72. (in Chinese)

17 張超,張海鋒,楊建宇,等. 網格環境下縣域基本農田建設空間布局方法研究[J/OL]. 農業機械學報， 2016,47(11):245-251.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20161134&flag=1.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.11.034. ZHANG Chao, ZHANG Haifeng, YANG Jianyu, et al. Spatial layout of basic farmland construction at county scale in grid environment[J/OL]. 2016,47(11):245-251. (in Chinese)

18 楊永俠,王旭,孟丹,等. 基于空間自相關的耕地等別指數檢驗方法研究[J/OL]. 農業機械學報， 2016,47(5):328-335. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160545&flag=1.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.05.045. YANG Yongxia,WANG Xu, MENG Dan, et al. Test method of cultivated land grading index based on spatial autocorrelation[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(5):328-335. (in Chinese)

19 李鵬山，呂雅慧，張超，等．基于核密度估計的京津冀地區耕地破碎化分析[J/OL]．農業機械學報，2016，47(5)：281-287．http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160538&flag=1.DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2016.05.038. LI Pengshan, Lü Yahui, ZHANG Chao, et al. Analysis of cultivated land fragmentation in Beijing-Tianjin-Hebei region based on kernel density estimation [J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(5): 281-287. (in Chinese)20 陳述彭,陳秋曉,周成虎.網格地圖與網格計算[J].測繪科學,2002,27(4):1-6. CHEN Shupeng, CHEN Qiuxiao, ZHOU Chenghu. Grid mapping and grid computing [J].Science of Surveying and Mapping, 2002, 27(4): 1-6. (in Chinese)

21 李德仁,朱欣焰,龔健雅.從數字地圖到空間信息網格——空間信息多級網格理論思考[J].武漢大學學報:信息科學版,2003,28(6):642-650. LI Deren, ZHU Xinyan, GONG Jianya. From digital map to spatial information multi-grid—a thought of spatial information multi-grid theory [J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2003, 28(6): 642-650. (in Chinese)

22 沈立宏,張超,桑玲玲,等.利用網格法確定縣域農田整治優先度[J].農業工程學報,2012,28(18):241-247. SHEN Lihong, ZHANG Chao, SANG Lingling, et al. Determination of consolidation priority for farmland at county level using grid method [J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28(18): 241-247. (in Chinese)

23 陳彥清.網格環境下基于多尺度指標體系的耕地質量評價方法研究[D].北京:中國農業大學,2015:1-98. CHEN Yanqing. A cultivated land quality evaluation method based on multi-scale indicators’ system in grid environment [D]. Beijing: China Agricultural University, 2015: 1-98. (in Chinese)

24 郭力娜,張鳳榮,曲衍波,等.基于分等因素組合的農用地整理類型分區[J].農業工程學報,2010,26(9):308-314. GUO Li’na, ZHANG Fengrong, QU Yanbo, et al. Farmland consolidation type zoning based on combination of grading factors [J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(9): 308-314. (in Chinese)

25 GB/T 28407—2012 農用地質量分等規程[S].2012.

Qualitative Potential Calculation of Arable Land Consolidation Based on Limiting Factors and Hot Spot Analysis

ZHAO Dongling1HE Shanshan1YANG Jianyu1,2ZHANG Chao1,2LI Pengshan1,2DU Zhenbo1

(1.CollegeofInformationandElectricalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China2.KeyLaboratoryforAgriculturalLandQualityMonitoringandControl,MinistryofLandandResources,Beijing100035,China)

Land consolidation can excavate the potential of arable land quality effectively. In order to calculate the potential of arable land quality scientifically and reasonably and guide corresponding land consolidation projects, a new method was proposed based on limiting factors and hot spot analysis. Zhuozhou city was chosen as the study area for experiment with space grid as basic unit. Firstly, element association method was used to analyze factors influencing arable land natural quality. Secondly, an index system was established to response to arable land utilization level and calculated one by one, and then hot spot analysis was adopted to find low values cluster area. Thirdly, land consolidation projects were carried out to figure out the influence of changes of limiting factors and improvement of indicator values. Eventually, potential of arable land quality was calculated to examine the effects after limiting factors changing and indicator values improving. The results showed that physical quality grade index could be improved by an average of 408. Irrigation was the top limiting factor of arable land natural quality and the overall utilization levels of arable lands in Zhuozhou city were varied widely with the characteristics of both eastern and western areas being higher than that of the central region. It was put forward to carry out water-saving irrigation in low irrigation areas and to carry out corresponding measures in cold spot cluster areas, such as building arable land roads, arable land shelterbelts and irrigation systems. Statistically significant cold spots of arable land space form score located in north-central areas, these areas should strengthen arable land leveling. Statistically significant cold spots of rural roads located in northern and western areas, these areas should be recommended to strengthen the construction of roads. Statistically significant cold spots of ditches throughout the central region of Zhuozhou, from south to north, these areas should strengthen the construction of ditch. The method proposed was helpful to determine the limiting factors，divide zones of arable land consolidation and provide relevant measures. The result was an important gist for regional land consolidation planning, land consolidation project as well as land consolidation zone dividing.

land consolidation; quality potential; limiting factors; hot spot analysis; grid

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.02.021

2016-07-13

2016-08-17

國土資源部公益性行業科研專項(201511010-06)

趙冬玲(1961—)，女，副教授，主要從事工程測量及航空攝影測量研究，E-mail： zhaodongling@cau.edu.cn

楊建宇(1974—)，男，教授，博士生導師，主要從事3S技術及其土地應用研究，E-mail： ycjyyang@cau.edu.cn

F301.21

A

1000-1298(2017)02-0158-07