基于限制因素和熱點(diǎn)分析的耕地整治質(zhì)量潛力測(cè)算

趙冬玲 何珊珊 楊建宇,2 張 超,2 李鵬山,2 杜振博

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院， 北京 100083； 2.國(guó)土資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100035)

基于限制因素和熱點(diǎn)分析的耕地整治質(zhì)量潛力測(cè)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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院， 北京 100083； 2.國(guó)土資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100035)

以規(guī)則網(wǎng)格為評(píng)價(jià)單元，采用因素組合法對(duì)耕地自然質(zhì)量限制因素進(jìn)行分析；采用熱點(diǎn)分析法對(duì)耕地利用水平指標(biāo)進(jìn)行局部聚類(lèi)；并分別測(cè)算限制因素改變和利用水平指標(biāo)提升后的耕地質(zhì)量變化。以河北省涿州市為研究區(qū)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：灌溉保證率是涿州市耕地自然質(zhì)量的限制因素，經(jīng)改善灌溉條件的耕地自然等指數(shù)可平均提升408。涿州市耕地整體利用水平相差較大，可依據(jù)熱點(diǎn)分析結(jié)果提出相應(yīng)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(shù)。綜合整治潛力呈現(xiàn)東西低、中部高的分布特點(diǎn)。所提出的耕地整治質(zhì)量潛力測(cè)算方法有助于確定耕地質(zhì)量限制因素、劃分耕地整治區(qū)域及指明整治方向。

耕地整治； 質(zhì)量潛力； 限制因素； 熱點(diǎn)分析； 網(wǎng)格

引言

多年來(lái)，我國(guó)通過(guò)實(shí)施最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，耕地?cái)?shù)量快速下降的趨勢(shì)得到有效遏制，在耕地面積基本穩(wěn)定的前提下，著力提升耕地質(zhì)量、提高耕地產(chǎn)能是保障國(guó)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(jí)，減災(zāi)抗災(zāi)，能夠?yàn)槭褂眯录夹g(shù)、新裝備、新品種打造良好的基礎(chǔ)平臺(tái)[2]，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[3]，也是實(shí)現(xiàn)“藏糧于地，藏糧于技”的重要手段。科學(xué)合理測(cè)算耕地整治潛力，是編制區(qū)域土地整治規(guī)劃的基礎(chǔ)工作，可為制定整治目標(biāo)與任務(wù)、劃分整治區(qū)域、確定整治重點(diǎn)區(qū)域等提供科學(xué)依據(jù)[4]。

耕地整治潛力反映待整治農(nóng)用地可改善程度，具體表現(xiàn)為耕地有效利用面積增加、耕地質(zhì)量提高、生產(chǎn)成本降低、生態(tài)環(huán)境改善等，集中體現(xiàn)在耕地?cái)?shù)量潛力、質(zhì)量潛力和生態(tài)潛力方面[5]。我國(guó)耕地整治潛力研究與實(shí)踐正在從最初的單一新增耕地面積向提升耕地質(zhì)量、改善生態(tài)環(huán)境方向發(fā)展[6]，目前研究集中在數(shù)量潛力測(cè)算和質(zhì)量潛力測(cè)算。其中，質(zhì)量潛力測(cè)算方法主要有目標(biāo)產(chǎn)能法[7-8]、目標(biāo)等別法[9-11]、修正因素分析法[12-13]、模式法[14]等。目標(biāo)產(chǎn)能法和目標(biāo)等別法以待整治耕地潛在的生產(chǎn)能力作為質(zhì)量目標(biāo)，多數(shù)將耕地質(zhì)量分等單元的理論單產(chǎn)與可實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)之差作為理論潛力，將可實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)與實(shí)際單產(chǎn)之差作為可實(shí)現(xiàn)潛力，將理論等級(jí)或最高等別與現(xiàn)狀等別之差作為質(zhì)量潛力，由于缺乏考慮整治難度和可實(shí)現(xiàn)性，在當(dāng)前技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展條件下，潛力大的地區(qū)往往很難通過(guò)整治達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)，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(dǎo)致的耕地質(zhì)量提升，多結(jié)合現(xiàn)有農(nóng)用地分等成果進(jìn)行，但是農(nóng)用地分等所選的參評(píng)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(píng)價(jià)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。另外，在分析中耕地質(zhì)量空間屬性越來(lái)越受到重視，農(nóng)田建設(shè)布局規(guī)劃多采用空間聚類(lèi)[15-16]和空間自相關(guān)[17-18]等方法，熱點(diǎn)分析是常用的局部聚類(lèi)算法，本文將應(yīng)用其進(jìn)行耕地質(zhì)量分析。

針對(duì)土地整治工程對(duì)耕地質(zhì)量的影響特點(diǎn)，總結(jié)現(xiàn)有方法的不足，本文提出基于限制因素和熱點(diǎn)分析的方法，通過(guò)分等因素組合法尋找耕地自然質(zhì)量的限制因素，通過(guò)利用指標(biāo)熱點(diǎn)分析方法指導(dǎo)整治分區(qū)，并且測(cè)算限制因素條件改變和耕地利用水平指標(biāo)值提升后的耕地質(zhì)量變化。

1 研究區(qū)及其數(shù)據(jù)概況

1.1 研究區(qū)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(jīng)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(qū)總面積739.67 km2，其中耕地面積443.5 km2，耕地面積占區(qū)域總面積的60%。地勢(shì)平坦，起伏較小，處于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。區(qū)域內(nèi)河流較多，有永定河、白溝河、小清河、玻璃河、北據(jù)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(chǎn)區(qū)。涿州市耕地土地利用系數(shù)變化幅度較大，證明全市整體水平差異較大，質(zhì)量較好的耕地分布在中南部，質(zhì)量較差的耕地分布在東北部和西南部。

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

圖1 涿州市區(qū)位及空間網(wǎng)格單元Fig.1 Geographical position of Zhuozhou city and space grid unit

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

所用數(shù)據(jù)包括涿州市2013年1∶10 000耕地質(zhì)量等級(jí)成果數(shù)據(jù)，2011年1∶10 000土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)及調(diào)查數(shù)據(jù)。

網(wǎng)格是對(duì)地理空間的劃分，具有打破行政界線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)脫密、為多源空間信息提供統(tǒng)一評(píng)價(jià)單元尺度、為耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)更新提供便利的優(yōu)點(diǎn)[20-21]。農(nóng)田網(wǎng)格化有利于基本農(nóng)田的多級(jí)層次化管理，提高信息檢索與更新效率，有利于利用GPS等對(duì)基本農(nóng)田定位與現(xiàn)場(chǎng)檢查，易于與遙感圖像像元匹配，有利于基本農(nóng)田朝規(guī)整化方向建設(shè)[22]。

鑒于耕地利用水平各項(xiàng)指標(biāo)屬于中尺度指標(biāo)，網(wǎng)格不宜過(guò)小。另外，考慮到研究區(qū)范圍不是很大，網(wǎng)格不宜過(guò)大。已有研究結(jié)果表明中尺度指標(biāo)網(wǎng)格適宜尺寸為400 m×400 m[23]。因此，選擇網(wǎng)格尺寸400 m×400 m。首先，依據(jù)研究區(qū)范圍劃分400 m×400 m空間規(guī)則網(wǎng)格；其次，用耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)與規(guī)則網(wǎng)格相交，篩除沒(méi)有耕地的網(wǎng)格；最后，將耕地質(zhì)量等級(jí)成果數(shù)據(jù)及土地利用現(xiàn)狀中的線狀地物進(jìn)行網(wǎng)格化處理，最終獲得所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。空間網(wǎng)格單元見(jiàn)圖1。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

我國(guó)于2009年完成的農(nóng)用地分等工作，是以作物生產(chǎn)量為紐帶，將耕地質(zhì)量分為自然質(zhì)量、利用質(zhì)量與綜合質(zhì)量3個(gè)層次[24]，按照GB/T 28407—2012《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[25](以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)程”)對(duì)耕地質(zhì)量?jī)?nèi)涵的定義，耕地自然質(zhì)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(zhì)量綜合反映農(nóng)民對(duì)耕地利用狀況。本文對(duì)耕地生產(chǎn)力的質(zhì)量表征基本上以上述理論為依據(jù)。但是，計(jì)算方法略有改進(jìn)，現(xiàn)階段處在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型階段，國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施大力建設(shè)，農(nóng)機(jī)化水平迅速提升，已經(jīng)大大改變了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，“規(guī)程”以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)下的歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算利用系數(shù)反映現(xiàn)代農(nóng)業(yè)下的耕地利用水平顯然已不再適合，不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)耕地質(zhì)量的定位。因此，本文的利用系數(shù)通過(guò)耕地本身的規(guī)整性、連片性程度和基礎(chǔ)設(shè)施水平來(lái)反映。

通過(guò)對(duì)耕地質(zhì)量?jī)?nèi)涵的認(rèn)識(shí)，耕地質(zhì)量影響來(lái)自多方面。農(nóng)用地整治通過(guò)土地平整、灌溉與排水、田間道路、農(nóng)田防護(hù)等工程措施，可以優(yōu)化田塊布局，改善耕作條件，完善農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施和道路布局等，對(duì)耕地自然質(zhì)量及利用質(zhì)量均有一定的影響。

基于以上分析，本文從自然質(zhì)量和利用質(zhì)量?jī)煞矫鎭?lái)分析土地整治潛力。首先，將耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，得到涿州市網(wǎng)格化后的耕地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。其次，通過(guò)因素組合法研究分析耕地自然質(zhì)量的限制因素，建立因素組合與自然等別和自然等指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，查表計(jì)算得到限制因素改變后的耕地自然質(zhì)量潛力。再次，構(gòu)建土地利用水平指標(biāo)體系，用層次分析法賦予權(quán)重，計(jì)算各指標(biāo)值并歸一化得到各類(lèi)指標(biāo)得分，繼而通過(guò)熱點(diǎn)分析法來(lái)探究耕地利用水平較差區(qū)域并進(jìn)行整治分區(qū)，提升這些區(qū)域各類(lèi)指標(biāo)得分值。最后，計(jì)算整治前后耕地利用系數(shù)、耕地利用等指數(shù)和利用質(zhì)量潛力。研究流程見(jiàn)圖2。

圖2 研究框架Fig.2 Research framework

2.2 耕地自然質(zhì)量潛力測(cè)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(biāo)區(qū)，參與農(nóng)用地分等的指標(biāo)及計(jì)分規(guī)則見(jiàn)表1。涿州市4個(gè)分等因素：

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

注：各因素分值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 28407—2012《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》一致。

灌溉保證率、表層土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、剖面構(gòu)型，分別有3、3、2、2個(gè)分級(jí)水平(表1)。因素組合法遵循“2位或3位數(shù)得分縮記為1位代碼”的規(guī)則，將一個(gè)分等單元內(nèi)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(biāo)識(shí)。即規(guī)則為“100分”記為“+”，“90分”記為“9”，“80”分記為“8”以此類(lèi)推。如某單元因素組合標(biāo)識(shí)為“9+6+”，則說(shuō)明該單元灌溉保證率為基本滿足，表層土壤質(zhì)地為壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量2%，剖面構(gòu)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(shí)，因素對(duì)作物生長(zhǎng)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(zhì)量限制因素。

2.2.2 自然質(zhì)量潛力測(cè)算

建立因素組合與耕地質(zhì)量自然等指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。類(lèi)比參照已完成的耕地整治項(xiàng)目對(duì)耕地自然因素的改造程度，模擬耕地整治工程對(duì)分等因素的改變來(lái)改變因素組合。得到整治后的耕地自然等指數(shù)。整治后自然等指數(shù)與整治前自然等指數(shù)差值為耕地自然質(zhì)量潛力，計(jì)算公式為

Ai=R′i-Ri

(1)

2.3 耕地利用質(zhì)量潛力測(cè)算

2.3.1 耕地利用系數(shù)計(jì)算

將土地整治對(duì)耕地利用的影響歸納為田塊空間形態(tài)、田間道路設(shè)施、田間溝渠設(shè)施3個(gè)方面，因此選取耕地空間形態(tài)、田間道路基礎(chǔ)設(shè)施水平、田間溝渠基礎(chǔ)設(shè)施水平來(lái)反映耕地利用水平，并構(gòu)建耕地利用水平指標(biāo)體系。以網(wǎng)格為單元計(jì)算各類(lèi)指標(biāo)，應(yīng)用層次分析法并通過(guò)一致性檢驗(yàn)后給各指標(biāo)賦予權(quán)重(表2)。極差歸一化方法解決指標(biāo)正逆取向問(wèn)題，并消除量綱。依據(jù)自然斷點(diǎn)法并輔助手動(dòng)修改設(shè)置各類(lèi)指標(biāo)的打分規(guī)則，利用加權(quán)求和法計(jì)算耕地利用系數(shù)，其計(jì)算式為

(2)

式中Ki——第i個(gè)網(wǎng)格單元耕地利用系數(shù)wij——第i個(gè)網(wǎng)格單元第j類(lèi)耕地利用指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重

fij——第i個(gè)網(wǎng)格單元第j類(lèi)耕地利用指標(biāo)對(duì)應(yīng)的分值，在10～100分之間

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

2.3.2 熱點(diǎn)分析法

熱點(diǎn)分析(Getis-OrdGi*)工具可分析得到高值或低值要素在空間上發(fā)生聚類(lèi)的位置。冷點(diǎn)是本文中所要尋找的聚類(lèi)區(qū)域，即某網(wǎng)格內(nèi)耕地利用各類(lèi)指標(biāo)得分較低并被得分較低的網(wǎng)格包圍的局部聚類(lèi)區(qū)域，這些區(qū)域急需進(jìn)行土地整治工程。本文采用Getis-OrdGi*局部統(tǒng)計(jì)來(lái)分析耕地利用水平局部聚類(lèi)，計(jì)算式為

(3)

其中

(4)

(5)

2.3.3 利用質(zhì)量潛力測(cè)算

耕地利用等指數(shù)計(jì)算式為

Yi=RiKi

(6)

式中Yi——第i個(gè)網(wǎng)格單元耕地利用等指數(shù)

類(lèi)比參照已完成的耕地整治項(xiàng)目對(duì)各指標(biāo)的改造程度，來(lái)提高各類(lèi)指標(biāo)得分，并重復(fù)2.3.1節(jié)步驟計(jì)算第i個(gè)網(wǎng)格單元整治后的利用系數(shù)，記作K′i。

整治后利用等指數(shù)與整治前利用等指數(shù)差值為耕地利用質(zhì)量潛力，即

Ci=Y′i-Yi

(7)

式中Ci——第i個(gè)網(wǎng)格單元耕地利用質(zhì)量潛力值Y′i——第i個(gè)網(wǎng)格單元整治后耕地利用等指數(shù)，計(jì)算方法與Yi相同

3 結(jié)果與分析

3.1 自然質(zhì)量潛力

理論上，涿州市農(nóng)用地分等單元因素組合類(lèi)型是4個(gè)因素組合成的36種，經(jīng)匯總分析，發(fā)現(xiàn)因素組合類(lèi)型實(shí)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(zhì)量限制因素，即在因素組合中代碼小于5，可知無(wú)灌溉條件是限制因素，無(wú)灌溉條件對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生了限制作用，無(wú)灌溉條件的耕地分布較廣，零星分布在整個(gè)研究區(qū)范圍內(nèi)，見(jiàn)圖3。

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

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

結(jié)合周邊地區(qū)已完成的土地整治項(xiàng)目及整治難度，建議進(jìn)行節(jié)水灌溉，確定涿州市無(wú)灌溉條件的耕地經(jīng)土地整治能夠達(dá)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(lái)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(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到整治前、后因素組合及自然等指數(shù)(表3)，并測(cè)算自然質(zhì)量潛力，結(jié)果表明經(jīng)改變灌溉條件的耕地，其自然等指數(shù)平均提高408。

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

3.2 利用質(zhì)量潛力

3.2.1 局部聚類(lèi)結(jié)果

以網(wǎng)格為單元計(jì)算并歸一化處理得到各類(lèi)指標(biāo)得分。耕地空間形態(tài)、田間道路設(shè)施、溝渠設(shè)施3類(lèi)指標(biāo)熱點(diǎn)分析結(jié)果如圖4所示，藍(lán)色區(qū)域?yàn)槔潼c(diǎn)局部聚類(lèi)區(qū)域，耕地空間形態(tài)和2類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施綜合得分較低，水平較差，建議進(jìn)行相應(yīng)整治工程。

耕地空間形態(tài)熱點(diǎn)分析結(jié)果如圖4a所示，中部藍(lán)色區(qū)域?yàn)槔潼c(diǎn)區(qū)域，即表現(xiàn)為耕地空間形態(tài)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(qū)，這些區(qū)域的耕地需進(jìn)行平整，加強(qiáng)集中連片建設(shè)。田間道路設(shè)施水平熱點(diǎn)分析結(jié)果如圖4b所示，藍(lán)色表示顯著性冷點(diǎn)聚集區(qū)域，即田間道路設(shè)施綜合得分較低，田間道路設(shè)施不夠完善，不足以滿足生產(chǎn)建設(shè)要求。主要分布在中西北部地區(qū)，這些區(qū)域應(yīng)建議加強(qiáng)道路建設(shè)，修建并完善農(nóng)村田間道路設(shè)施。田間溝渠基礎(chǔ)設(shè)施水平熱點(diǎn)分析結(jié)果如圖4c所示，藍(lán)色表示顯著性冷點(diǎn)聚集區(qū)域，即田間溝渠設(shè)施綜合得分較低，田間溝渠設(shè)施不夠完善，不足以滿足生產(chǎn)建設(shè)的要求。主要分布貫穿整個(gè)涿州市的中部地區(qū)，從南到北，這些地區(qū)田間溝渠設(shè)施不夠完善，應(yīng)加強(qiáng)溝渠建設(shè)。

3.2.2 潛力測(cè)算及分級(jí)

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

對(duì)比周邊地區(qū)已有土地整治項(xiàng)目對(duì)耕地空間形態(tài)、道路設(shè)施、溝渠設(shè)施的改變程度，對(duì)上述冷點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的土地整治工程，分值提升為區(qū)域內(nèi)該類(lèi)指標(biāo)的最高得分。并計(jì)算指標(biāo)提升后的利用系數(shù)Ki和整治后的利用等指數(shù)Yi。Ki在0.10～0.99之間，Yi在178.7～2 456.0之間。整治潛力分級(jí)見(jiàn)圖5和表4。

涿州市耕地整治質(zhì)量潛力較大，呈現(xiàn)中部地區(qū)高于東西部地區(qū)的特點(diǎn)，對(duì)不同潛力級(jí)別的區(qū)域提出整治方向與建議，具體見(jiàn)表4。

4 結(jié)論

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

圖5 綜合潛力分布Fig.5 Potential distribution

潛力分級(jí)潛力值分布網(wǎng)格比例/%整治工程130.910東西兩側(cè)40.14節(jié)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(guò)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(zhì)量的限制因素，改善灌溉條件后耕地自然等指數(shù)可平均提升408，進(jìn)行土地平整、修建溝渠或道路工程可提高耕地利用等指數(shù)。

(3)綜合整治潛力呈現(xiàn)中部地區(qū)大于東部和西部區(qū)域的分布特點(diǎn)，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)中部地區(qū)耕地的整治。

(4)本文只討論了耕地整治理論質(zhì)量潛力，經(jīng)濟(jì)條件、整治工程難度、農(nóng)民整治意愿等因素對(duì)于理論潛力實(shí)現(xiàn)的限制作用需要進(jìn)一步修正。另外，不同網(wǎng)格單元產(chǎn)量提升潛力對(duì)耕地利用質(zhì)量的影響需進(jìn)一步研究。

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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(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201511010-06)

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

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

F301.21

A

1000-1298(2017)02-0158-07