西南山區耕地遙感調查與開發潛力評價
——以奉節縣竹園鎮義和村為例

羅 雪，何錦峰，張 思，張喻翔，楊 成

(重慶交通大學 建筑與城市規劃學院，重慶 400074)

1 引言

我國西南山區耕地面積占土地面積比例較低，但卻是確保當地農業可持續發展的重要基礎[1]。展開西南山區耕地資源調查與開發潛力評價，對掌握山區耕地資源時空分布規律、判斷開發潛力具有重要意義。近年來，利用遙感與地理信息系統等數據源和工具，結合系統聚類法、層次分析法、模糊數學法和綜合指數法等模型或方法，進行耕地開發潛力評價，已成為土地調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合，建立了基于層次分析法的耕地地力評價系統，并制作了相應的專題評價圖；盛艷等[6]對基于GIS技術的耕地地力等級劃分過程與方法進行了研究，明確了不同等級耕地的面積、空間分布格局；梁金明等[7]運用GIS技術，采用模糊數學法等對珠三角典型平原地區耕地地力進行評價，得到了高、中、低產田面積分別占比；孟麗君等[8]將曲周縣1973～2014年的耕地利用劃分為改土治堿、穩定發展、高效提升3個階段，并對不同階段耕地利用系統韌性進行評價。但現有耕地地力評價研究多針對典型平原地區，對于遙感影像解譯難度大的山區的研究相對較少；同時，對耕地的評價多側重于土壤肥力，對耕地開發潛力評價亦相對較少。因此，論文構建山區耕地開發潛力評價指標體系及模型，以奉節縣竹園鎮義和村為案例，利用遙感技術、統計數據等提取耕地潛力評價指標，在進行開發潛力評價和等級劃分，提出了應對山區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 研究區概況

義和村位于重慶市奉節縣竹園鎮南部。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氣候區，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 基礎數據

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

3 土地利用遙感調查

3.1 土地利用遙感解譯

將遙感影像導入ENVI軟件，經幾何校正和輻射校正后，利用ArcGIS對影像與DEM配準并裁剪。根據由國土資源部組織修訂并用于全國第三次土地調查的《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2017)分類體系，結合義和村土地利用現狀，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用地、交通運輸用地、水域及水利設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、形狀、紋理等方面，建立相應遙感影像解譯標志；根據解譯標志，人工目視解譯提取土地利用類型信息[9]，并經實地踏勘進行解譯精度檢驗，解譯類型精度達到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，遠低于全國的1.5畝/人。

圖2 義和村土地利用現狀

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，義和村山區耕地以旱地為主，大多數數據位于95%置信區間內。

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、上下分位數分別為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、城鄉建設用地、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 耕地開發潛力評價

4.1 評價指標與模型

根據全國耕地地力調查與質量評價指標體系總集，并結合當地具體實際，建立耕地開發潛力評價的指標體系及AHP評價模型，模型以耕地開發潛力為目標層(A)；以規模(B1)、地形(B2)、土壤(B3)、開發條件(B4)為準則層；規模(B1)準則層下包括等指標，地形(B2)，土壤(B3)，開發條件(B4)。將10個評價指標通過建立層次結構、構造判斷矩陣、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重。模型及權重見表1。

表1 耕地開發潛力評價指標權重

4.2 單因子評價分級

耕地開發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評價、負向指標評價和其他指標評價。正向指標包括地塊面積、土層厚度、有機質、灌溉保證率、化肥施用量，其分值采用式(1)計算；負向指標包括海拔高度、坡度、距通車道路距離，其分值采用式(2)計算；運用ArcGIS中的重分類工具，將各正向、負向因子得分劃分為1～5共5個等級。其他指標包括坡向和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。各項指標劃分的等級越高，則其對應耕地地塊評價單元的得分越高。

正向、負向指標評分模型如下：

正向指標：

(1)

負向指標：

(2)

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

4.3 綜合評價

將耕地地塊各項指標綜合權重與等級賦值通過式(3)進行計算，并再對結果進行分等劃級如圖3所示，綜合級別越高，對應耕地越具有開發潛力。

(3)

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

圖3 義和村耕地開發潛力綜合評價

4.4 潛力分級

計算結果，各地塊綜合評價得分為1～5，分別對應的等級分別1～5級。通過統計分析可知(表2)，義和村耕地總面積938.78畝，其中開發潛力為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%的耕地開發潛力等級為1級，面積有25.67畝。

表2 義和村耕地開發潛力評價統計

根據評價結果來說，義和村的耕地多數處于2、3等級，規模(土地整理)、開發條件(交通、灌溉、管理水平)是造成目前開發潛力不高的主要原因。

5 結論與討論

5.1 結論

(1)耕地數量特征。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，但是根據耕地開發特征來看零碎的耕地也有相對集中的地方。北部地區兩處耕地較集中；中部地區由于道路分割、地形影響，零碎耕地較為集中；西南地區受道路影響較大，耕地無規則地分布在道路兩邊，呈不規則的條狀帶，東南地區耕地無明顯特征，隨地形零星分布。

(3)耕地開發潛力特征。如圖3所示，義和村西北角區域的耕地地塊開發潛力等級相對較高，大多數處于4和5級，此區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潛力不大，一般處于1～3等級；中部地區零碎耕地地塊多數處于等級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潛力評價等級位于2～4之間；西北區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)山區耕地評價開發潛力評價指標與模型。文中基于層次分析法，科學地選取了規模、地形、土壤和開發條件4個方面的10個評價因子，構建了義和村耕地開發潛力層次分析評價模型，建立了耕地開發潛力等級劃分指標體系，計算了各評價因子的綜合權重和得分，最后計算出各耕地斑塊的開發潛力綜合得分，并對綜合得分定量化地分為了1～5級，以可視化的表達方式清晰地表達耕地開發潛力的數量特征和空間特征。

(2)山區耕地開發潛力提升途徑。結合產業結構調整，發展經濟農業，提高耕地生產能力。根據評價出的利用資源條件好，開發潛力大的耕地，義和村目前大力發展生態農業，積極改變農業發展方向，優化種植體系，開展香菇、石榴和脆李等的實驗種植，發展現代種植，為義和村推進鄉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，規模(土地整理)、開發條件(交通、灌溉、管理水平)。

致謝：本文在野外現場調研過程中，得到重慶交通大學建筑與城市規劃學院林孝松教授、奉節縣竹園鎮義和村村民委員會的大力支持和幫助，謹致謝忱！