新形勢下耕地資源質量分類與 等別轉換的應用研究

張雅芹 孔胃 杜芩 吳闖 楚儲 于元芬

摘要 以濟南市為研究區域，在2021年度耕地資源質量分類成果的基礎上，運用改進的灰靶模型和指標賦分求和法2種等別轉換方式將濟南市耕地資源質量分類成果轉換為等別數據。結果表明：改進的灰靶模型兼顧了耕地的自然本底特征和耕地的糧食產能，在賦權和評價過程更為客觀、科學，轉換后的等別成果更為合理，濟南市質量較好的耕地主要位于中部和北部平原地區以及沿黃地區，等別主要為3等和4等地，占總耕地面積的77%，符合濟南市實際情況；采用指標賦分求和法轉換的等別整體較為合理，但主觀性較強，評價結果區域內部差異性較小。因此，改進的灰靶模型在耕地資源質量分類與等別銜接研究中應用性更強，轉換成果可為耕地占補平衡與進出平衡等實踐應用提供參考。

關鍵詞 耕地資源質量分類；等別；成果轉換；改進的灰靶模型；指標賦分求和法

中圖分類號 F301.2? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）11-0043-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.010

Application Research on the Cultivated Land Resource Quality Classification and Grade Conversion Under the New Situation—A Case Study of Jinan City

ZHANG Ya-qin，KONG Wei，DU Qin et al

（Jinan Geotechnical Investigation and Surveying Institute， Jinan，Shandong 250000）

Abstract Taking Jinan City as the research area， based on the classification results of cultivated land resource quality in 2021， the improved grey target model and index scoring and summation method were used to convert the classification results of cultivated land resource quality in Jinan City into grade data.The results showed that the improved grey target model took into account the natural background characteristics and the grain productivity of cultivated land， and it was more objective and scientific in the process of empowerment and evaluation. The grade result after conversion was more reasonable， the better cultivated land in Jinan was mainly located in the central and northern plain areas， as well as along the Yellow River. The land of grade 3 and grade 4， accounting for 77% of the total cultivated land area，according with the actual situation of Jinan City.The grade converted by index scoring and summation method was reasonable on the whole，however， the subjective factors were strong and the differences of evaluation results within the region were small. Therefore， the improved grey target model was more applicable in the study of cultivated land quality classification and grade，the results of conversion could provide reference for the practical application of the balance of land occupation and supplement and the balance of import and export.

Key words Classification of cultivated land resource quality;Grade;Result conversion;Improved grey target model;Index scoring and summation method

作者簡介 張雅芹（1992—）， 女，山東煙臺人，工程師，碩士，從事自然資源調查、評價、管理與保護等研究。*通信作者，高級工程師，碩士，從事國土資源信息化、遙感等方面研究。

收稿日期 2023-06-26；修回日期 2023-08-28

當前在耕地質量研究中，大多是基于年度等別更新評價工作對耕地質量等別的研究以及在2012年耕地等級成果補充調查完善工作基礎上對耕地等級和地力等方面的研究，主要集中于對耕地質量變化［1-2］、耕地質量監測［3-4］、耕地質量評價體系［5-6］、耕地質量評價成果應用［7-9］、耕地地力評價［10-12］ 等宏觀方面的研究，其研究成果在土地整治、耕地占補平衡、“三區三線”劃定等多項自然資源管理工作中發揮重要作用。自第三次國土調查開展以來，為了適應新形勢下自然資源管理工作改進了傳統的質量分等評價方法，形成了新的質量分類方法體系，目前耕地資源質量分類多是對分類體系、土壤條件及空間分布［13-15］、技術方法［16-17］等方面的研究，在成果轉換方面研究主要體現耕地自然地理特征，且主觀性較強［18-19］。耕地資源質量分類成果能直觀體現耕地資源質量信息與優劣情況，對于自然資源管理工作來說數據參考意義較多，而對于國土空間規劃工作中基本農田保護區劃分、耕地保護工作中耕地占補平衡的實施、耕地質量變化動態監測等工作來說，提供的成果參考實用性不足。因此，該研究應用改進的灰靶模型和指標賦分求和法將耕地資源質量分類成果轉換為等別成果，致力于用更為科學、精簡的方法將類別成果轉換為等別成果，為國土空間規劃、耕地保護等自然資源管理工作提供更為直接、實用的成果參考。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

濟南市是山東省省會，位于山東省的中部，地理位置為35°59′～37°32′N、116°13′～117°58′E，總面積10 244 km2，共轄10區2縣，常住人口 920.29 萬人，其中城鎮人口 676.07萬人。濟南市南邊有泰山山脈，北邊有黃河水域，地形主要為低山丘陵和平原，地勢南高北低。根據第三次國土調查數據，濟南市農用地759 993.30 hm2，占土地總面積74.19%，其中，耕地面積為344 826.67 hm2，占農用地面積的45.37%，耕地多分布于濟北泛黃平原及萊蕪中部平原地區，土壤主要為壤土，土層厚度較厚，有機質含量較豐度，pH偏堿性。

1.2 數據來源

數據來源主要包括：①部門資料收集，自然資源部門最新的高分辨率影像數據、第三次國土調查數據、2019年耕地質量等別更新評價成果，農業部門耕地等級評價成果、耕地地力調查評價成果、第二次土壤普查等相關數據；②實地補充調查采樣，根據相關要求進行生物多樣性取樣化驗，并對土壤指標（土層厚度、土壤質地、土壤有機質含量、pH、有效土層厚度）數據缺失地區進行補充采樣化驗。

1.3 研究方法

該研究評價對象為第三次國土變更調查耕地地類，采用耕地資源質量分類成果中的耕地分類單元圖層作為評價底圖。分別采用改進的灰靶模型法和指標賦分求和法2種轉換方式將耕地質量分類成果轉換為耕地等別，并將轉換后的等別成果與濟南市實際情況進行對比分析，確定更為科學合理的耕地質量轉換方法。

1.3.1 改進的灰靶模型。

該研究以耕地質量分類指標體系為基礎，改進的灰靶模型主要是通過構建“1 指數8指標”的評價體系對各評價單元進行綜合評價的方法，指標體系主要包括坡度、土層厚度、土壤質地、土壤有機質含量、土壤酸堿度、二級地類、生物多樣性和土壤重金屬污染狀況8個指標以及自然地理格局1個指數，并通過CRITIC法改進的灰靶模型計算各指標的綜合靶心度，在此基礎上對自然地理格局指數進行修正，得到每個評價單元的最終評價結果。

（1）CRITIC法是一種利用標準差和相關系數來綜合衡量指標客觀權重的方法［20］。表達式如下：

Pj=Sjni=1（1-rij）（1）

Wj=Pj/nj=1Pj（2）

式中：Pj為綜合權數，表示指標所包含的信息量；Sj為標準差，表示指標對比強度；rij為相關系數，表示指標之間的沖突性；Wj為指標的CRITIC 權重。

（2）灰靶理論是一種灰色關聯分析理論，主要用于處理模式序列，模型主要概念為靶心和靶心度。

靶心是根據各指標的極性確定的標準模式；對于該研究而言每一個評價單元為一個待評模式，其中對于正向指標序列的標準模式取最大值，逆向指標序列的標準模式取最小值。土壤pH屬于適中性指標，根據指標特性及濟南市實際情況確定6.8作為指標序列標準模式。

靶心度是反映待評模式與標準模式接近程度的指標。靶心度計算是灰靶模型的核心步驟，傳統灰靶模型以各模式中各評價指標對應靶心系數的均值作為靶心度，實際上靶心度受各指標權重的影響，并且各指標權重受當地實際情況的影響，為了增加靶心度的客觀性也更符合實際，該研究對傳統靶心度計算方式進行了改進，采用 CRITIC 方法計算各指標權重，并將各指標權重引入靶心度求解，將其進行加權改進，改進后的靶心度計算公式如下：

γ（x0，xi）=nk=1ωkγ（x0（Ak），xi（Ak））（3）

式中：γ（x0，xi）為評價單元靶心度；ωk為Ak指標的權重；γ（x0（Ak），xi（Ak））為Ak指標的靶心系數；n為模式中的指標個數。

綜合靶心度修正是根據灰靶模型分析結果，采用各評價單元的靶心度對自然地理格局指數進行修正，得到各評價單元綜合評價分值。

該研究將自然地理格局指數作為確定評價單元綜合指數的基數，在計算各評價單元綜合靶心度的基礎上，設定反映耕地的光照、積溫和氣候等條件差異的自然地理格局指數。自然地理格局指數計算公式如下：

Zi=Gi×Si（4）

式中：Zi表示第i個評價單元的自然地理格局指數；Gi表示第i個評價單元指定作物的光溫生產潛力指數；Si表示第i個評價單元的修正系數。

1.3.2 指標賦分求和法。

指標賦分求和法主要通過判斷辨析耕地質量分類成果的“六層十性”的10個指標對耕地質量的影響程度，以耕地資源條件最優綜合分值100分為基準，對耕地的6個層次和10個指標劃分指標分值標準，確定各分類指標所在級別的分值，將各指標的分值進行加和，即得到耕地綜合分值。

2 結果與分析

2.1 改進的灰靶模型

2.1.1 指標及權重的確定。

該研究依據耕地質量分類指標體系構建“1指數8指標”的評價指標體系，其中有效土層厚度、土壤有機質含量、pH 3個定量指標直接采用評價單元屬性值，坡度、表層土壤質地、耕地二級地類、生物多樣性和土壤重金屬污染5個定性指標根據其相應條件的優劣程度采用打分的形式表示，作物熟制與自然地理格局相關性較高的2個因素合并為自然地理格局指數。指標權重通過改進的灰靶模型進行確定，通過公式（1）、（2）計算各指標權重。改進的灰靶模型評價指標體系及權重如表1所示。

2.1.2 轉換結果。

根據灰靶模型通過公式（3）得到濟南市所有耕地圖斑的靶心度，取值范圍在0.52～0.98，然后根據公式（4）對評價單元的光溫生產潛力指數通過靶心度進行修正，得到所有耕地評價單元的綜合耕地資源質量分值，分值范圍按等間距原則進行等別劃分，最終將濟南市耕地劃分為7個等別，各等別耕地的面積和分布情況如表2、圖1所示。轉換結果顯示，根據灰靶模型轉換后的濟南市耕地3等和4等地的面積較大，占總耕地面積的77%，且從區域分布上來看質量較好的耕地主要集中分布在中部、北部平原地區及沿黃地區；等別較高的2等地和等別較低的7等地面積較少，主要分布在萊蕪區、鋼城區和長清區等南部山區，耕地資源質量總體處于中等偏上水平，與濟南市耕地質量實際相吻合。

2.2 指標賦分求和法

2.2.1 指標分級賦分。根據六大指標層對耕地資源質量的影響程度，對其劃定賦分標準，按照對耕地影響的重要程度分別確定自然區、熟制、坡度、地類、有效土層厚度、土壤質地、有機質含量、pH、生物多樣性、土壤重金屬污染10個指標的分值，分別賦值為10、10、15、15、15、10、5、5、10和5分，總分100分。按照耕地資源質量分類標準將10個分類指標劃分不同級別，并在指標層賦分標準下賦予不同的分值，各級別按照逐級降分的原則賦分值，最高分不超過指標分值。賦分規則如表3所示。

2.2.2 轉換結果。

根據濟南市耕地資源質量分類成果，查找分類指標對應指標層和指標級別，并根據指標賦分規則，對濟南市耕地圖斑指標進行分級賦分，統計各評價單元總分，得到濟南市耕地資源質量分值為49～95分，按照等間距法共劃分為1～7等地，各等別面積及分布情況如表2、圖1所示，根據指標賦分求和法得到的等別轉換結果顯示，濟南市耕地質量等別較高，主要集中在1～3等地，其中1等地占比達到52%，2等和3等地占比達到25%，從空間分布上看主要分布在中部、北部平原及沿黃地區。

3 結論與討論

該研究以最新的耕地資源質量分類成果為基礎，提出改進的灰靶模型和指標賦分求和法2種耕地資源質量分類結

果與耕地質量等別的轉換方法，選取濟南市進行實證研究，將轉換結果進行對比，并結合濟南市耕地實際情況進行分析，結果顯示2種轉換方法得到的耕地質量等別整體上均顯示質量較好的耕地主要位于中部和北部平原地區以及沿黃地區。但是，采用改進的灰靶模型進行賦權和評價的結果能更為客觀地反映實際情況，且以光溫生產潛力指數為基礎，對8個指標得到的評價單元靶心度進行綜合修正，計算耕地質量綜合評價指數，既考慮了耕地的自然本底特征又兼顧了耕地的糧食產能，轉換后的耕地質量等別成果更為合理；指標賦分求和法轉換后的耕地質量等別成果整體較為合理，但主觀因素較強。因此，改進的灰靶模型在耕地資源質量分類與耕地質量等別銜接研究中應用性更強，建議進行相關耕地“占補平衡”和“進出平衡”時可將耕地資源質量分類成果運用改進的灰靶模型進行耕地質量等別的轉換。

該研究的研究區域為地市級行政區，研究區域內耕地的自然屬性差異性較小，各自然屬性指標對比強度較小，采用CRITIC法確定指標權重存在一定的局限性，因此，在以后的研究中有必要采取省級、國家級等更大尺度的研究區域從而增大指標差異性。其次，由于目前大多數地區采用的是全國第二次土壤普查成果，采用樣點差值的方式獲得，數據存在現勢性不足、差值等原因產生的誤差。建議在今后的耕地資源質量分類工作中統一土壤條件數據來源及標準并結合外業核查進行數據修正。同時在第三次全國土壤普查工作完成后，做好耕地資源質量分類成果與第三次全國土壤普查成果的銜接。

參考文獻

［1］ 衛新東，王篩妮，員學鋒，等.陜西省耕地質量時空變化特征及其分異規律［J］.農業工程學報，2018，34（3）：240-248.

［2］ 郭洪峰，韓蕾，許月卿，等.云南省陸良縣耕地等級變化及其影響因素研究［J］.資源科學，2014，36（10）：2075-2083.

［3］ 王佳寧，孔祥斌，張青璞，等.基于農用地分等的縣級耕地質量等級監測指標選取方法：以內蒙古達拉特旗為例［J］.中國農業大學學報，2015，20（3）：175-187.

［4］ 張玉臻，孔祥斌，劉炎，等.基于標準樣地的省級耕地質量監測樣地布設方法：以內蒙古自治區為例［J］.資源科學，2016，38（11）：2037-2048.

［5］ 趙建軍，張洪巖，王野喬，等.基于AHP和GIS的省級耕地質量評價研究：以吉林省為例［J］.土壤通報，2012，43（1）：70-75.

［6］ 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.

［7］ 邢世和，黃吉，黃河，等.區域耕地質量評價與合理利用對策［J］.土壤通報，2003，34（1）：6-10.

［8］ 鄭新奇，楊樹佳，象偉寧，等.基于農用地分等的基本農田保護空間規劃方法研究［J］.農業工程學報，2007，23（1）：66-71.

［9］ 張鳳榮，徐艷，安萍莉，等.農用地分等成果在土地利用總體規劃中的應用探討［J］.中國土地科學，2006，20（6）：21-25.

［10］ 李文璐，趙庚星.農用地自然質量分等與耕地地力評級結果的對比銜接［J］.中國土地科學，2011，25（2）：4-10.

［11］ 趙彥鋒，程道全，陳杰，等.耕地地力評價指標體系構建中的問題與分析邏輯［J］.土壤學報，2015，52（6）：1197-1208.

［12］ 何有富，李淑杰，姬冬梅，等.耕地地力評價與農用地分等的比較研究：以吉林省九臺市為例［J］.安徽農業科學，2014，42（33）：11921-11924.

［13］ 沈加燕，徐俊芳，石迪迪.基于耕地資源質量分類的耕地土壤條件及空間分布特征分析：以杭州市為例［J］.浙江國土資源，2022（7）：32-34.

［14］ 董秀茹，劉浩洋，劉洪彬.基于耕地資源質量分類的遼寧省耕地土壤條件及空間分布特征分析［J］.土壤通報，2021，52（5）：1020-1027.

［15］ 尤加俊，王洪斌，陳兵.基于耕地資源質量分類的湖州市耕地土壤條件及空間分布特征分析［J］.城市勘測，2022（5）：34-37，41.

［16］ 劉強.基于ArcGIS的第三次國土調查耕地資源質量分類指標賦值模型的設計與應用［J］.測繪與空間地理信息，2022，45（10）：58-62.

［17］ 周文濤，張鑫，孔祥蕓，等.耕地資源質量分類評價土壤性狀插值方法探索［J］.現代農業裝備，2022，43（2）：56-60.

［18］ 吳克寧，劉嘉慧，馬金亮，等.耕地資源質量分類及等別轉換方法研究：以廣西北海市為例［J］.土壤通報，2022，53（6）：1261-1272.

［19］ 劉浩洋.遼寧省縣域耕地資源質量分類與耕地等別成果銜接與轉化研究［D］.沈陽：沈陽農業大學，2022.

［20］ 何新瑩，聶艷，王樸，等.基于改進灰靶模型的耕地質量評價方法與［J］.土壤學報，2023，60（4）：1007-1016.