基于GIS運(yùn)用對旅順口區(qū)農(nóng)用地分等定級研究*

吳怡璇，呂 芳

(遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室，大連 116029)

1 引言

農(nóng)用地分等定級研究是將農(nóng)用地的自然、經(jīng)濟(jì)、社會屬性進(jìn)行綜合評價，由此來搭建農(nóng)用地科學(xué)管理、綜合整治的基礎(chǔ)［1］。我國學(xué)者對農(nóng)用地分等基礎(chǔ)理論體系進(jìn)行了探討［2-6］，在農(nóng)用地分等指標(biāo)和方法也開展了研究［7-12］。然而傳統(tǒng)的手工方法進(jìn)行農(nóng)用地分等定級工作量巨大、效率低、精確度差，存在諸多不足之處，如不能生成數(shù)字化圖件，不利于圖件的保存與更新;另外在計算各項分等定級參數(shù)時，海量數(shù)據(jù)與復(fù)雜的計算也需要巨大的工作量［13］。運(yùn)用GIS技術(shù)開展農(nóng)用地分等工作高效率且成果顯著［14-18］，我國學(xué)者侯立春等［19］運(yùn)用GIS技術(shù)對福州市瑯岐經(jīng)濟(jì)區(qū)進(jìn)行了農(nóng)用地分等，吳志偉等［20］在GIS環(huán)境下對江西省分宜縣開展了農(nóng)用地分等研究，王君萍等［21］基于GIS對鎮(zhèn)巴縣進(jìn)行耕地質(zhì)量分級的二輪工作完善。然而目前，針對丘陵地區(qū)的農(nóng)用地分等定級研究較少。該文以旅順口區(qū)為例，通過運(yùn)用GIS技術(shù)開展農(nóng)用地分等研究，更加精確、高效地量化旅順口區(qū)的農(nóng)用地等級，完成農(nóng)用地等別體系的建立，為管理農(nóng)用地提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

大連市旅順口區(qū)位于遼東半島最南端，南和東南瀕臨黃海，與山東半島隔海相望;西和西北連接渤海，與天津新港一衣帶水;東和東北連接陸路，與大連市內(nèi)不足百里。旅順口區(qū)位于東經(jīng)120°57＇～12l°28＇30″，北緯 38°40＇～39°10＇之間。全境面積 505．34km2，海岸線總長 169．7km。旅順口區(qū)屬于遼東丘陵區(qū)，千山余脈延續(xù)到境內(nèi)，海拔高度100m以下的丘陵遍布全區(qū)，地勢東高西低，地貌類型以丘陵為主，高坡和平地分布其間。旅順口區(qū)土壤類型包括6個土類、12個亞類、32個土屬、56個土種。6個土類包括棕壤、草甸土、風(fēng)沙土、沼澤土、水稻土及鹽土。土地利用方式以旱地和水澆地為主。

3 研究方法

3.1 技術(shù)路線

將收集到的圖件資料和文獻(xiàn)資料分析處理后，創(chuàng)建圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫;確定標(biāo)準(zhǔn)耕作制度、基準(zhǔn)作物和指定作物;依據(jù)主導(dǎo)因素原則和區(qū)域分異原則劃分因素指標(biāo)區(qū)并完成分等因素及其權(quán)重的確定;在制定自然質(zhì)量分記分規(guī)則表的基礎(chǔ)上，計算自然質(zhì)量分及其等指數(shù)，由此劃分自然質(zhì)量等;基于樣點的計算完成等值區(qū)土地利用系數(shù)的計算，再計算出土地利用等指數(shù)，由此劃分土地利用等別;由樣點的計算得到等值區(qū)的土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合土地利用等指數(shù)計算得出土地等指數(shù)，由此劃分農(nóng)用地等別，并輸出相關(guān)圖件。技術(shù)流程參考圖1。

圖1 旅順口區(qū)農(nóng)用地分等技術(shù)流程

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:旅順口區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖 (1:50000)、土壤圖、地形圖、土地利用規(guī)劃圖及其他相關(guān)圖件與資料。在ArcGIS10．0軟件環(huán)境下，將掃描后的旅順口區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖和土壤圖等進(jìn)行圖形校正及屏幕數(shù)字化，生成拓?fù)潢P(guān)系，完成圖形數(shù)據(jù)庫建設(shè)。屬性數(shù)據(jù)庫按圖數(shù)結(jié)合的思路，將圖形與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，例如圖斑代碼、村名、地類代碼、土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤PH值、有效土層厚度等。

3.3 分等參數(shù)體系的確定

(1)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度、指定作物、基準(zhǔn)作物

按遼寧省劃分的標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)，旅順口區(qū)屬于遼東山地丘陵標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)，可以確定全區(qū)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度均為一年一作。旅順口區(qū)的指定作物為玉米，基準(zhǔn)作物為玉米。指定作物玉米的光溫生產(chǎn)潛力為2 771，氣候生產(chǎn)潛力為2 113。

(2)因素指標(biāo)區(qū)的確定

因素指標(biāo)區(qū)主要以地貌條件進(jìn)行劃分，分為平原耕地和坡耕地兩種指標(biāo)區(qū)。根據(jù)旅順口區(qū)的地貌特征，將其劃分為兩個因素指標(biāo)區(qū):旅順區(qū)東部、南部丘陵坡崗區(qū)，以及旅順區(qū)中、北部沿河平原區(qū)。

(3)分等因素及權(quán)重的確定

參考《農(nóng)用地分等規(guī)程》(TD/T-1004-2003)和旅順口區(qū)土地情況，坡耕地的主要分等指標(biāo)共計7個:有效土層厚度、地形坡度、地表巖石露頭狀況等;平原耕地的主要分等指標(biāo)為9種:排水條件、灌溉保證率、鹽漬化程度等。采用特爾斐法確定各個分等因素的指標(biāo)權(quán)重。結(jié)果如表1、表2所示。

表1 旅順口區(qū)坡耕地分等因素及其權(quán)重

表2 旅順口區(qū)平原耕地分等因素及其權(quán)重

(4)分等單元的確定

分等單元是分等技術(shù)的基本空間單位。為了保證分等單元內(nèi)均一化，分等單元間差異化，現(xiàn)根據(jù)1:5萬比例尺的旅順口區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖與地形圖、土壤圖在ArcGIS 10．0軟件環(huán)境下進(jìn)行疊加操作，形成的封閉圖斑即為一個分等單元，最終生成4 610個單元。

3.4 自然質(zhì)量分計算和自然質(zhì)量等別劃分

(1)農(nóng)用地自然質(zhì)量分

在“指定作物-分等因素-自然質(zhì)量分”記分規(guī)則表的基礎(chǔ)上，利用加權(quán)平均法計算自然質(zhì)量分，公式如下:

其中，CLij為農(nóng)用地自然質(zhì)量分;k為分等因素;i為分等單元;j為指定作物;m為分等因素的個數(shù);fijk為指標(biāo)分值，取值為 ［0，100］。wk表示分等因素的權(quán)重。

(2)農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)

計算公式如下:

其中，自然質(zhì)量等指數(shù)為Ri;β為產(chǎn)量比系數(shù) (由于基準(zhǔn)作物為玉米，因此β=1);α為玉米光溫生產(chǎn)潛力指數(shù);CLi為自然質(zhì)量分。

(3)農(nóng)用地自然質(zhì)量等別劃分

采用等間距法對農(nóng)用地自然質(zhì)量進(jìn)行初步等別劃分。最終能夠得出旅順口區(qū)農(nóng)用地自然質(zhì)量等的劃分間距均為150個等別分，共分11個等別 (7-17等)，一等最差。依據(jù)等指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量的回歸方程，確定省級等指數(shù)向國家級等指數(shù)平衡轉(zhuǎn)換規(guī)則為:國家級自然等指數(shù)=省級自然等指數(shù)×1．12+152．48。按照400分的等間距初步確定國家級自然等，一等質(zhì)量最優(yōu)，旅順口區(qū)耕地國家級自然等為8-12等，共分為5個等。

3.5 土地利用系數(shù)等值區(qū)和利用等別劃分

(1)土地利用系數(shù)

計算采用指定作物方法。首先，進(jìn)行土地利用系數(shù)等值區(qū)的初劃分，劃分時保證行政單位的完整，還有等值區(qū)間的作物實際單產(chǎn)量差異化;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行等值區(qū)內(nèi)隨機(jī)樣點土地利用系數(shù)的計算，公式如下:

其中，K為土地利用系數(shù);Yij表示單產(chǎn);Yjmax表示最高單產(chǎn)，i為樣點數(shù)，j為指定作物編號。最后在樣點上運(yùn)用加權(quán)平均的方法計算等值區(qū)的土地利用系數(shù)。

(2)土地利用等指數(shù)

根據(jù)指定作物土地利用系數(shù)的計算方法，用Yi來表示土地利用等指數(shù);以上文農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)Ri與指定作物土地利用系數(shù)KL進(jìn)行計算，公式如下:

(3)農(nóng)用地利用等別劃分

旅順口區(qū)農(nóng)用地利用等指數(shù)在306～1 125之間，運(yùn)用等間距法，以100分為一個等別間距，共分為9個等別 (4～12等)，一等最差。國家級利用等指數(shù)=省級利用等指數(shù)×0．54+372．60，按照200分的等間距初步確定國家級利用等，一等質(zhì)量最優(yōu)，旅順口區(qū)農(nóng)用地國家級利用等為11～13等，共分為3個等。

3.6 土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)和經(jīng)濟(jì)等別劃分

(1)土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)

類似于土地利用系數(shù)的技術(shù)方法，土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)同樣按照分指定作物計算。首先初步劃分等值區(qū)，劃分指標(biāo)為“產(chǎn)量-成本”指數(shù)，各等值區(qū)間應(yīng)存在較大差別。其次，在等值區(qū)內(nèi)選取樣點，計算樣點的“產(chǎn)量-成本”指數(shù)，即用指定作物的實際單產(chǎn)與指定作物的實際成本作比值 (Y/C)，得出樣點“產(chǎn)量-成本”指數(shù)(a)。再用得到的樣點“產(chǎn)量-成本”指數(shù)(a)與有關(guān)專家在省內(nèi)分區(qū)確定的指定作物的最高“產(chǎn)量-成本”指數(shù) (A)作比值，得出樣點的指定作物土地經(jīng)濟(jì)系數(shù) (K)。最后對樣點的土地經(jīng)濟(jì)系數(shù) (K)加權(quán)平均計算，得出等值區(qū)的土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

(2)土地經(jīng)濟(jì)等指數(shù)

在土地利用等指數(shù)和土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行土地經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的運(yùn)算。計算以G表示為土地經(jīng)濟(jì)等指數(shù);Y表示土地利用等指數(shù);K表示土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，分等單元編號為i，指定作物編號為j，公式如下:

(3)農(nóng)用地經(jīng)濟(jì)等別劃分

旅順口區(qū)農(nóng)用地經(jīng)濟(jì)等指數(shù)運(yùn)用等間距法，以100分為一個等別間距，將分布在156～505之間的等指數(shù)分為5個等別 (2～6等)，一等最差。國家級經(jīng)濟(jì)等指數(shù)=省級經(jīng)濟(jì)等指數(shù)×0．58+478．26，按照200分的等間距初步確定國家級經(jīng)濟(jì)等，一等地質(zhì)量最優(yōu)，旅順口區(qū)耕地國家級經(jīng)濟(jì)等為12～13等，共分為2個等。

4 結(jié)果與分析

在GIS軟件支持下，對自然質(zhì)量等、利用等、經(jīng)濟(jì)等結(jié)果進(jìn)行圖件輸出。將計算得到的等別字段進(jìn)行唯一值符號顯示，不同農(nóng)用地等別以不同顏色區(qū)分，能夠得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)用地等別結(jié)果及其分布情況。

(1)國家級自然質(zhì)量等結(jié)果及分布

如表3旅順口區(qū)國家級自然質(zhì)量等主要為11等，面積為2 822．328hm2，占參與分等耕地總面積的40．79%;其次為10等，面積總計為2 684．04hm2，占參與分等耕地總面積的38．79%;其余8、9、12等面積較少，分別為993．46hm2、159．85hm2、259．10hm2，分別占參與分等耕地總面積的14．36%、2．31%、3．74%。

國家自然質(zhì)量等11等主要分布中部和西南部各鄉(xiāng)鎮(zhèn);10等主要分布在中、西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn);8、9、12等部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)零星分布。旅順口區(qū)農(nóng)用地國家自然質(zhì)量等級處于中低水平，這主要是由于旅順口區(qū)地處遼東丘陵區(qū)，平原面積小，丘陵面積大，而旅順丘陵地區(qū)自身的土地自然質(zhì)量從各分等因素上評定處于中低水平。

表3 旅順口區(qū)農(nóng)用地自然質(zhì)量等別劃分結(jié)果

(2)國家級利用等結(jié)果及分布

如表4所示，旅順口區(qū)耕地國家級利用等主要為12等，面積為5 561．54hm2，占參與分等耕地總面積的80．38%;其次為11等，面積總計為1 271．01hm2，占參與分等耕地總面積的18．37%;13等面積較少，為86．22hm2，占參與分等耕地總面積的1．25%。

國家利用等12等在全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，主要集中在中部和西南部;11等主要分布在東北部各鄉(xiāng)鎮(zhèn);13等僅分布在龍王塘街道。旅順口區(qū)的國家利用等的分布規(guī)律與國家自然質(zhì)量等的分布規(guī)律類似，說明了優(yōu)越的自然條件能夠促進(jìn)作物的生長，進(jìn)而帶動作物單產(chǎn)的提高，帶動土地利用系數(shù)的提高。

(3)國家級經(jīng)濟(jì)等結(jié)果及分布

如表5旅順口區(qū)耕地國家級經(jīng)濟(jì)等主要為12等，面積為6 751．27hm2，占參與分等耕地總面積的97．58%;其次為13等，面積總計為167．50hm2，占參與分等耕地總面積的2．42%。

表4 旅順口區(qū)農(nóng)用地利用等別劃分結(jié)果

表5 旅順口區(qū)農(nóng)用地經(jīng)濟(jì)等別劃分結(jié)果

全區(qū)農(nóng)用地國家經(jīng)濟(jì)等12等除登峰街道、得勝街道外各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布;13等主要分布在水師營街道，其他部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)零星分布。旅順口區(qū)全區(qū)的國家經(jīng)濟(jì)等基本屬于12等，處于較低水平。農(nóng)用地的經(jīng)濟(jì)等別與指定作物“產(chǎn)量-成本”指數(shù)及指定作物區(qū)域最高“產(chǎn)量-成本”指數(shù)間存在密切的關(guān)聯(lián)。

由旅順口區(qū)的自然質(zhì)量等、利用等和經(jīng)濟(jì)等結(jié)果能夠得出，三個等別結(jié)果都集中表現(xiàn)在中、低等分布，農(nóng)用地的質(zhì)量整體處于較低水平。主要受旅順口區(qū)的地貌影響，旅順地處遼東丘陵區(qū)，丘陵遍布全區(qū);平地面積小，分布零星。由旅順口區(qū)整體等別分布情況看，區(qū)域東部龍王塘街道農(nóng)用地面積小，質(zhì)量處于中低水平，同樣是由于旅順的地貌影響，東高西低，東部丘陵分布密集，成為本區(qū)東部“山區(qū)”，不適宜農(nóng)用地發(fā)展。

5 結(jié)語

基于GIS技術(shù)進(jìn)行農(nóng)用地分等研究，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法效率低、精確度差、不便于保存與更新等不足之處，對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析時速度和質(zhì)量都能得以保證。將GIS技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)用地分等定級研究中，不僅能夠快速處理海量數(shù)據(jù)，獲取大量農(nóng)用地質(zhì)量信息，同時能夠輸出各類美觀實用的專題圖件以及相關(guān)的表格數(shù)據(jù)，能夠掌握農(nóng)用地等別分布情況，保證了農(nóng)用地分等定級研究的科學(xué)性與可靠性。

農(nóng)用地自然質(zhì)量等別劃分能反映出農(nóng)用地自然質(zhì)量水平，自然條件優(yōu)越能夠促進(jìn)作物生長，進(jìn)而提高作物單產(chǎn)，對土地利用系數(shù)、土地利用等別產(chǎn)生影響。因而，在管理農(nóng)用地時，應(yīng)維護(hù)優(yōu)質(zhì)農(nóng)用地的自然條件、改善和提高自然質(zhì)量中低等級農(nóng)用地的自然條件，全面而細(xì)致的維護(hù)和改善農(nóng)用地自然質(zhì)量。建議典型丘陵地區(qū)的旅順口區(qū)采取優(yōu)質(zhì)耕地劃入基本農(nóng)田實行永久保護(hù)、加快建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田、積極改造中低產(chǎn)田、加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、強(qiáng)化農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的措施管理旅順口區(qū)農(nóng)用地。

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