西南山區(qū)耕地遙感調(diào)查與開發(fā)潛力評價
——以奉節(jié)縣竹園鎮(zhèn)義和村為例

羅 雪，何錦峰，張 思，張喻翔，楊 成

(重慶交通大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，重慶 400074)

1 引言

我國西南山區(qū)耕地面積占土地面積比例較低，但卻是確保當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[1]。展開西南山區(qū)耕地資源調(diào)查與開發(fā)潛力評價，對掌握山區(qū)耕地資源時空分布規(guī)律、判斷開發(fā)潛力具有重要意義。近年來，利用遙感與地理信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)源和工具，結(jié)合系統(tǒng)聚類法、層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法和綜合指數(shù)法等模型或方法，進(jìn)行耕地開發(fā)潛力評價，已成為土地調(diào)查與評價的熱點之一[2～4]。周紅藝等[5]將SOTER軟件與耕地地力評價模型結(jié)合，建立了基于層次分析法的耕地地力評價系統(tǒng)，并制作了相應(yīng)的專題評價圖；盛艷等[6]對基于GIS技術(shù)的耕地地力等級劃分過程與方法進(jìn)行了研究，明確了不同等級耕地的面積、空間分布格局；梁金明等[7]運(yùn)用GIS技術(shù)，采用模糊數(shù)學(xué)法等對珠三角典型平原地區(qū)耕地地力進(jìn)行評價，得到了高、中、低產(chǎn)田面積分別占比；孟麗君等[8]將曲周縣1973～2014年的耕地利用劃分為改土治堿、穩(wěn)定發(fā)展、高效提升3個階段，并對不同階段耕地利用系統(tǒng)韌性進(jìn)行評價。但現(xiàn)有耕地地力評價研究多針對典型平原地區(qū)，對于遙感影像解譯難度大的山區(qū)的研究相對較少；同時，對耕地的評價多側(cè)重于土壤肥力，對耕地開發(fā)潛力評價亦相對較少。因此，論文構(gòu)建山區(qū)耕地開發(fā)潛力評價指標(biāo)體系及模型，以奉節(jié)縣竹園鎮(zhèn)義和村為案例，利用遙感技術(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等提取耕地潛力評價指標(biāo)，在進(jìn)行開發(fā)潛力評價和等級劃分，提出了應(yīng)對山區(qū)耕地匱乏與利用不充分問題的對策與措施。

2 研究材料

2.1 研究區(qū)概況

義和村位于重慶市奉節(jié)縣竹園鎮(zhèn)南部。全村總面積12.18 km2，耕地面積938.78畝，共有4個社，25個村民小組，戶籍人口為1920人。義和村屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，無霜期長，雨量充沛，垂直氣候明顯。地貌屬于四川盆地東部山地地貌，山巒起伏，溝谷縱橫，海拔介于600～1200 m之間。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

從地理數(shù)據(jù)空間云上獲取2019年義和村高分辨率的遙感影像圖、30 m×30 m的DEM高程圖、相關(guān)部門提供的義和村土壤肥力分布圖。

3 土地利用遙感調(diào)查

3.1 土地利用遙感解譯

將遙感影像導(dǎo)入ENVI軟件，經(jīng)幾何校正和輻射校正后，利用ArcGIS對影像與DEM配準(zhǔn)并裁剪。根據(jù)由國土資源部組織修訂并用于全國第三次土地調(diào)查的《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2017)分類體系，結(jié)合義和村土地利用現(xiàn)狀，土地利用類型包括耕地、園地、林地、工礦倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他用地共9種一級地類。其中，耕地又分為水田、旱地2個二級地類，并從遙感影像的色調(diào)、形狀、紋理等方面，建立相應(yīng)遙感影像解譯標(biāo)志；根據(jù)解譯標(biāo)志，人工目視解譯提取土地利用類型信息[9]，并經(jīng)實地踏勘進(jìn)行解譯精度檢驗，解譯類型精度達(dá)到99%。

3.2 耕地遙感解譯

3.2.1 耕地面積

從圖2中可以看出，義和村現(xiàn)有土地利用類型，主要以林地為主，園地、耕地為輔，其中耕地所占面積比例不高，僅為5.14%，通過計算得人均耕地面積為0.49畝/人，遠(yuǎn)低于全國的1.5畝/人。

圖2 義和村土地利用現(xiàn)狀

3.2.2 耕地組成

繪制耕地(旱地、水田)斑塊面積箱線圖如圖1所示，從圖中可知，義和村山區(qū)耕地以旱地為主，大多數(shù)數(shù)據(jù)位于95%置信區(qū)間內(nèi)。

3.2.3 耕地特征

共有耕地斑塊239個，總面積938.78畝，平均斑塊面積2.87畝，最大34.28畝，最小面積為0.11畝，中位數(shù)、上下分位數(shù)分別為1.79畝、0.88畝和4.41畝(圖1)。其中，水田斑塊16個，總面積26.24畝，平均斑塊面積1.64畝；旱地斑塊223個，總面積912.54畝，平均斑塊面積4.09畝。反映受地形、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、林地等分割，耕地破碎，平均斑塊面積較小。

圖1 耕地斑塊面積

4 耕地開發(fā)潛力評價

4.1 評價指標(biāo)與模型

根據(jù)全國耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價指標(biāo)體系總集，并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w實際，建立耕地開發(fā)潛力評價的指標(biāo)體系及AHP評價模型，模型以耕地開發(fā)潛力為目標(biāo)層(A)；以規(guī)模(B1)、地形(B2)、土壤(B3)、開發(fā)條件(B4)為準(zhǔn)則層；規(guī)模(B1)準(zhǔn)則層下包括等指標(biāo)，地形(B2)，土壤(B3)，開發(fā)條件(B4)。將10個評價指標(biāo)通過建立層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及其一致性檢驗、層次總排序及其一致性檢驗得出各因子的組合權(quán)重。模型及權(quán)重見表1。

表1 耕地開發(fā)潛力評價指標(biāo)權(quán)重

4.2 單因子評價分級

耕地開發(fā)潛力評價的基本單元為獨立的耕地地塊[10]。單因子評價分為正向指標(biāo)評價、負(fù)向指標(biāo)評價和其他指標(biāo)評價。正向指標(biāo)包括地塊面積、土層厚度、有機(jī)質(zhì)、灌溉保證率、化肥施用量，其分值采用式(1)計算；負(fù)向指標(biāo)包括海拔高度、坡度、距通車道路距離，其分值采用式(2)計算；運(yùn)用ArcGIS中的重分類工具，將各正向、負(fù)向因子得分劃分為1～5共5個等級。其他指標(biāo)包括坡向和pH值，坡向按南—等級5、東南/西南—等級4、東/西—等級3、東北/西北—等級2，北—等級1對耕地劃分等級；pH值按5.5～6.5—等級5，4.5～5.5—等級4，6.5～7.5—等級3，<4.5—等級2，>7.5—等級1。各項指標(biāo)劃分的等級越高，則其對應(yīng)耕地地塊評價單元的得分越高。

正向、負(fù)向指標(biāo)評分模型如下：

正向指標(biāo)：

(1)

負(fù)向指標(biāo)：

(2)

式(1)、(2)中：Vmn為第m個耕地地塊，第n個評價指標(biāo)的評價得分；Hmn為第m個耕地地塊，第n個評價指標(biāo)特征值；m為第m個耕地地塊，m=1，2，…，239；n為第n個指標(biāo)，n=1，2，…，10。

4.3 綜合評價

將耕地地塊各項指標(biāo)綜合權(quán)重與等級賦值通過式(3)進(jìn)行計算，并再對結(jié)果進(jìn)行分等劃級如圖3所示，綜合級別越高，對應(yīng)耕地越具有開發(fā)潛力。

(3)

式(3)中，Em為第m塊耕地開發(fā)潛力等級；Cmn為第m塊耕地的第n個指標(biāo)等級值；Wn為第n種指標(biāo)的綜合權(quán)重值；m、n意義同式(1)、式(2)。 義和村耕地開發(fā)潛力綜合評價結(jié)果見圖3。

圖3 義和村耕地開發(fā)潛力綜合評價

4.4 潛力分級

計算結(jié)果，各地塊綜合評價得分為1～5，分別對應(yīng)的等級分別1～5級。通過統(tǒng)計分析可知(表2)，義和村耕地總面積938.78畝，其中開發(fā)潛力為5級的土地較少，面積有59.54畝，僅占總面積的2.73%，大部分耕地的開發(fā)潛力都集中于2、3、4等級：等級為2的耕地面積為282.28畝，占有30.07%；等級為3的耕地面積有273.46畝，占總耕地面積的29.13%，等級為4的耕地有297.83畝，占31.73%。有6.34%的耕地開發(fā)潛力等級為1級，面積有25.67畝。

表2 義和村耕地開發(fā)潛力評價統(tǒng)計

根據(jù)評價結(jié)果來說，義和村的耕地多數(shù)處于2、3等級，規(guī)模(土地整理)、開發(fā)條件(交通、灌溉、管理水平)是造成目前開發(fā)潛力不高的主要原因。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

(1)耕地數(shù)量特征。義和村耕地總面積為938.78畝，耕地所占總面積比例僅為5.14%，人均耕地面積少，僅為0.49畝/人，低于全國平均水平。

(2)耕地空間特征。受地形影響，縱觀整個義和村，耕地地塊零碎，但是根據(jù)耕地開發(fā)特征來看零碎的耕地也有相對集中的地方。北部地區(qū)兩處耕地較集中；中部地區(qū)由于道路分割、地形影響，零碎耕地較為集中；西南地區(qū)受道路影響較大，耕地?zé)o規(guī)則地分布在道路兩邊，呈不規(guī)則的條狀帶，東南地區(qū)耕地?zé)o明顯特征，隨地形零星分布。

(3)耕地開發(fā)潛力特征。如圖3所示，義和村西北角區(qū)域的耕地地塊開發(fā)潛力等級相對較高，大多數(shù)處于4和5級，此區(qū)域的耕地地塊面積相對較大，交通便利，且所處的位置地形較平；北部的集中的耕地開發(fā)潛力不大，一般處于1～3等級；中部地區(qū)零碎耕地地塊多數(shù)處于等級1和等級2，有4塊地塊相對獨立且評價等級為4；集中在西部的地塊耕地面積較大，但是坡向和土層厚度評價等級較低以至于綜合開發(fā)潛力評價等級位于2～4之間；西北區(qū)域的地塊呈條帶狀分布，耕地等級處于3和4，等級為5的地塊有兩處。

5.2 討論

(1)山區(qū)耕地評價開發(fā)潛力評價指標(biāo)與模型。文中基于層次分析法，科學(xué)地選取了規(guī)模、地形、土壤和開發(fā)條件4個方面的10個評價因子，構(gòu)建了義和村耕地開發(fā)潛力層次分析評價模型，建立了耕地開發(fā)潛力等級劃分指標(biāo)體系，計算了各評價因子的綜合權(quán)重和得分，最后計算出各耕地斑塊的開發(fā)潛力綜合得分，并對綜合得分定量化地分為了1～5級，以可視化的表達(dá)方式清晰地表達(dá)耕地開發(fā)潛力的數(shù)量特征和空間特征。

(2)山區(qū)耕地開發(fā)潛力提升途徑。結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)，提高耕地生產(chǎn)能力。根據(jù)評價出的利用資源條件好，開發(fā)潛力大的耕地，義和村目前大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，積極改變農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，優(yōu)化種植體系，開展香菇、石榴和脆李等的實驗種植，發(fā)展現(xiàn)代種植，為義和村推進(jìn)鄉(xiāng)村振興工作和脫貧攻堅提供重要資源保障。耕地分散、平均斑塊面積小、地形崎嶇，加大耕地改造力度，規(guī)模(土地整理)、開發(fā)條件(交通、灌溉、管理水平)。

致謝：本文在野外現(xiàn)場調(diào)研過程中，得到重慶交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院林孝松教授、奉節(jié)縣竹園鎮(zhèn)義和村村民委員會的大力支持和幫助，謹(jǐn)致謝忱！