基于GIS的山區農用地定級方法研究

許曉婷，隋立春，李芹芳，蔣 敏，房欣宜

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

基于GIS的山區農用地定級方法研究

許曉婷1，隋立春1，李芹芳2，蔣 敏2，房欣宜3

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

為探索提高山區縣級農用地定級結果精度，以柞水縣為例，基于GIS技術，運用特爾菲法及直線法、緩沖區法和最短路徑法，建立定級因素體系，采用相應方法對各因素進行賦分和量化，在此基礎上求算定級指數，初步劃分農用地級別，通過級差收益檢驗、相關性檢驗及相關專家論證確定級別劃分結果。研究結果表明，該方法可快速、準確劃分出農用地級別。研究結果可為山區農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量化農用地質量、促進其合理利用提供科學依據。

農用地定級；因素法；定級指數；GIS技術；柞水縣

一、引 言

農用地定級對于我國確保18億畝耕地，切實保護耕地和基本農田，提高耕地產能，保障全國糧食安全具有重要的戰略意義[1-2]。農用地定級成果有利于科學量化農用地質量、制定各項土地利用與管理政策，以及促進土地資源合理、高效利用[3-5]。農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[6]。可見，農用地定級是具有多項重要意義的基礎性工作。

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

二、研究區概況

柞水縣地處東經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，縣內轄乾佑、鳳凰等16個鄉鎮，土地總面積236 656.94 hm2。全縣農用地為226 320.38 hm2，其中耕地16 092.53 hm2。全縣耕地數量較多，但土壤較為貧瘠，大多數耕地糧食產量較低。全縣耕地主要分布在河道兩側和公路沿線，其他地方分布較少。

三、研究方法與數據來源

1.研究方法

農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立性強、受分等別指數干擾小、易于操作的特點[8]，本文采用該方法作為研究區農用地定級基本方法，同時考慮山區復雜地形對級別的影響，對耕作距離、農貿市場影響度及道路通達度進行修正，使定級結果更加精確。

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，然后對柞水縣農用地級別進行初步劃分，實現定級結果的空間合理性檢驗，并分析出定級結果的空間分布規律。

2.數據來源

柞水縣農用地定級基礎數據采用2010年土地利用現狀變更調查數據成果，其他數據資料包括土地詳查、土壤普查、農業區劃、耕作制度、作物產量、水文條件、農田水利設施等資料。

四、農用地定級方法研究

1.定級因素指標體系的建立

根據研究區農用地實際情況，遵照農用地定級因素指標選取的原則，采用特爾菲法建立農用地定級因素指標體系，并采用特爾菲法確定各定級因素指標權重，具體見表1。

表1 柞水縣農用地定級因素指標體系表

2.定級因素的賦分方法

定級因素可分為非擴散型和擴散型兩種[9]，需采用相應方法分別對其賦分。

(1)非擴散型因素的賦分方法

非擴散型因素按照原始值能否用數值度量又分為數值型和語言型兩種類型。

數值型因素賦分時先在ArcGIS中將原始數據按照其頻率分布進行級別劃分，再對各因素按級別分別進行賦分，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優為該因素最優級原始值均值；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用地質量的可度量指標進行賦分，即

式中，Qi為該因素第i級分值；yi為該因素第i級土地質量標準化值；y優為該因素最優級反映土地質量標準化值；y劣為該因素最劣級反映土地質量標準化值。

最劣一級指標的分值是根據土地質量的衰減程度，由經驗法確定。

(2)擴散型因素的賦分方法

擴散型因素包括耕種距離、道路通達度和農貿市場影響度3項，其賦分也采用相應方法。

①耕作距離

規程中以居民點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，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，與居民點之間存在較大高差，因此在直線距離基礎上進行道路修正和高差修正，力爭結果準確合理。

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

以全縣范圍內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，Fi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的實際距離；d為全縣范圍內最大耕作距離，取4 km。

b.高差修正。首先統計出所有單元與其居民點之間的高差，經過分析將所有高差指標值分為4級，根據不同級別范圍內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上，每級減去相應的分值，得到各定級單元最終的耕作距離得分。

②道路通達度

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

b.道路規模指數和影響半徑的確定。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模指數，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為定級區域面積；l為某級道路的總長度。

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

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

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農貿市場影響度

a.確定農貿市場數量、分布和級別。農貿市場根據功能和規模可分為4級：一級為乾佑鎮農貿市場；二級為鳳凰鎮農貿市場；三級包括蔡玉窯鎮、曹坪鎮、紅巖寺鎮、柴莊鄉和瓦房口鄉農貿市場；四級為其他鄉鎮農貿市場。

b.確定各級農貿市場的規模指數及影響半徑。根據各農貿市場的年交易額及營業面積，采用幾何平均法確定其規模指數。

根據各級農貿市場的影響范圍，確定其影響半徑(結果見表2)，公式為

式中，d為某級農貿市場影響半徑；S為定級區域面積；n為某級農貿市場數量。

表2 各級農貿市場規模指數及影響半徑表

c.農貿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貿市場的影響度分值，公式為

式中，Fi為第i級農貿市場影響度作用分；Mi為第i級農貿市場規模指數；di第i級農貿市場到各村駐地最短實際距離；d第i級農貿市場影響半徑。

若某村同時受到多個農貿市場影響，取最大分值，各定級單元分值為所在村分值。

3.單元定級指數的計算

采用加權求和法計算各定級單元定級指數。

4.級別的劃分與校驗

(1)級別的初步劃分

在ArcGIS軟件中，打開賦有定級指數的定級單元圖，繪制各定級單元定級指數頻率圖。由該圖可以看出，定級指數分布服從正態分布，據此可知，初步計算的定級指數比較準確。運用ArcGIS軟件的自動劃分功能，將柞水縣農用地分為4個級別。

(2)級別校驗

①級差收益檢驗

利用級差收益測算模型測算柞水縣各級別農用地級差收益，結果顯示：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，符合農用地級別作用的一般規律。可見，柞水縣農用地級別的初步劃分結果較為合理。

②相關性檢驗

采用抽樣法分別對定級指數與實際標準糧和畝均純收益進行相關性分析，結果顯示抽樣單元定級指數與二者的相關度分別為88.74%和86.15%，農用地定級指數與純收益和實際標準糧高度相關。可見，柞水縣農用地定級結果基本合理。

(3)級別確定與其面積統計

通過對初步劃分的級別進行反復論證和適當調整，確定柞水縣農用地級別劃分最終結果。

運用ArcGIS軟件的自動匯總功能，統計和匯總各級別面積，結果見表3。

表3 研究區農用地級別面積匯總表

5.定級結果分析

根據柞水縣農用地定級結果，運用ArcGIS做出柞水縣農用地級別圖(如圖1所示)。通過深入分析可知研究區農用地級別的空間分布規律，具體表現在以下3方面：

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

2)全縣農用地級別呈現以農貿市場為中心圈層遞降的規律，距離農貿市場越近，農用地級別越高；反之，農用地級別越低。

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

圖1 柞水縣農用地級別圖

五、結論與建議

柞水縣屬于典型的山區縣，因此，本文提出的關于耕作距離修正方法、農貿市場影響度及道路通達度計算方法可為山區縣農用地定級提供思路和借鑒，也可為其他地區開展農用地定級提供有益參考。

農用地定級可為耕地與基本農田保護、土地征用與補償、土地開發整理、產能核算[10-11]等土地管理工作提供技術支撐。另外，成果應用是這項工作的生命力所在，如果成果不能在實踐中得到有效應用，就沒有必要做這項功能工作。因此，應積極探索定級成果應用，促進定級工作全面推開。

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Cultivated Land Grading Method of Mountain County Based on GIS

XU Xiaoting，SUI Lichun，LI Qinfang，JIANG Min，FANG Xinyi

P208

B

0494-0911(2014)11-0046-04

2013-12-18

國家自然科學基金(41372330)；中央高校基本科研業務費創新團隊項目(CHD2012TD001)

許曉婷(1983—)，女，陜西渭南人，博士生，主要研究方向為土地規劃、土地資源管理、資源與環境遙感。

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

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0360