基于GIS的山区农用地定级方法研究

许晓婷，隋立春，李芹芳，蒋 敏，房欣宜

(1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；3.西安高新第一中学国际班，陕西 西安 710119)

基于GIS的山区农用地定级方法研究

许晓婷1，隋立春1，李芹芳2，蒋 敏2，房欣宜3

(1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；3.西安高新第一中学国际班，陕西 西安 710119)

为探索提高山区县级农用地定级结果精度，以柞水县为例，基于GIS技术，运用特尔菲法及直线法、缓冲区法和最短路径法，建立定级因素体系，采用相应方法对各因素进行赋分和量化，在此基础上求算定级指数，初步划分农用地级别，通过级差收益检验、相关性检验及相关专家论证确定级别划分结果。研究结果表明，该方法可快速、准确划分出农用地级别。研究结果可为山区农用地定级的开展提供思路和参考方法，也可为全面掌握和科学量化农用地质量、促进其合理利用提供科学依据。

农用地定级；因素法；定级指数；GIS技术；柞水县

一、引 言

农用地定级对于我国确保18亿亩耕地，切实保护耕地和基本农田，提高耕地产能，保障全国粮食安全具有重要的战略意义[1-2]。农用地定级成果有利于科学量化农用地质量、制定各项土地利用与管理政策，以及促进土地资源合理、高效利用[3-5]。农用地定级还是我国法律赋予国土资源管理部门的一项重要职责[6]。可见，农用地定级是具有多项重要意义的基础性工作。

由于国家规程里给出的是农用地定级的一般方法，适用于地形较为简单的区域，对于地形较为复杂的山地区，直接应用规程方法会影响定级结果精度。因此，本文以陕西省柞水县为例，基于ArcGIS软件，开展山区县农用地定级方法研究，为山区县农用地定级工作的全面开展提供参考方法。

二、研究区概况

柞水县地处东经108°49′25″～109°36′20″，北纬33°25′31″～33°55′28″，位于陕西省商洛市西部的秦岭南麓，县内辖乾佑、凤凰等16个乡镇，土地总面积236 656.94 hm2。全县农用地为226 320.38 hm2，其中耕地16 092.53 hm2。全县耕地数量较多，但土壤较为贫瘠，大多数耕地粮食产量较低。全县耕地主要分布在河道两侧和公路沿线，其他地方分布较少。

三、研究方法与数据来源

1.研究方法

农用地定级的方法主要有因素法、修正法和样地法3种[7]，由于因素法定级具有独立性强、受分等别指数干扰小、易于操作的特点[8]，本文采用该方法作为研究区农用地定级基本方法，同时考虑山区复杂地形对级别的影响，对耕作距离、农贸市场影响度及道路通达度进行修正，使定级结果更加精确。

采用ArcGIS的空间分析功能，提取柞水县耕地图斑作为定级单元，然后对柞水县农用地级别进行初步划分，实现定级结果的空间合理性检验，并分析出定级结果的空间分布规律。

2.数据来源

柞水县农用地定级基础数据采用2010年土地利用现状变更调查数据成果，其他数据资料包括土地详查、土壤普查、农业区划、耕作制度、作物产量、水文条件、农田水利设施等资料。

四、农用地定级方法研究

1.定级因素指标体系的建立

根据研究区农用地实际情况，遵照农用地定级因素指标选取的原则，采用特尔菲法建立农用地定级因素指标体系，并采用特尔菲法确定各定级因素指标权重，具体见表1。

表1 柞水县农用地定级因素指标体系表

2.定级因素的赋分方法

定级因素可分为非扩散型和扩散型两种[9]，需采用相应方法分别对其赋分。

(1)非扩散型因素的赋分方法

非扩散型因素按照原始值能否用数值度量又分为数值型和语言型两种类型。

数值型因素赋分时先在ArcGIS中将原始数据按照其频率分布进行级别划分，再对各因素按级别分别进行赋分，公式为

式中，Pi为该因素第i级分值；bi为该因素第i级原始值均值；b优为该因素最优级原始值均值；b劣为该因素最劣级原始值均值。

语言型因素赋分时首先需按照因素的基本类别对其行分级，然后采用各级中能够反映农用地质量的可度量指标进行赋分，即

式中，Qi为该因素第i级分值；yi为该因素第i级土地质量标准化值；y优为该因素最优级反映土地质量标准化值；y劣为该因素最劣级反映土地质量标准化值。

最劣一级指标的分值是根据土地质量的衰减程度，由经验法确定。

(2)扩散型因素的赋分方法

扩散型因素包括耕种距离、道路通达度和农贸市场影响度3项，其赋分也采用相应方法。

①耕作距离

规程中以居民点到定级单元的直线距离作为其耕作距离。考虑到柞水县地处秦岭山区，山大沟深，地面起伏大，道路崎岖，且大部分耕地位于山坡或沟底，与居民点之间存在较大高差，因此在直线距离基础上进行道路修正和高差修正，力争结果准确合理。

a.道路修正，即根据道路崎岖程度对直线距离进行修正。首先利用ArcGIS软件自动量取各单元到居民点直线距离；其次根据柞水县地形地貌特征，将全县分为浅山坡塬区、河谷川道区和深山沟脑区3个道路修正指标区；在不同修正区域内，选择多个能代表该区域道路弯曲度的样本，求取实际道路距离，将其与相应的直线距离进行比较，并结合实地调查和测试，求取各个指标区的道路修正系数。通过计算，浅山坡塬区道路修正系数为1.2，河谷川道区为1.3，深山沟脑区为1.5。用各单元到居民点的直线距离乘以其修正系数，得到实际耕作距离。

以全县范围内最大耕作距离作为半径，采用直线衰减模型计算各单元耕作距离作用分，公式为

式中，Fi为第i个定级单元的耕作距离作用分；di为第i个定级单元到居民点的实际距离；d为全县范围内最大耕作距离，取4 km。

b.高差修正。首先统计出所有单元与其居民点之间的高差，经过分析将所有高差指标值分为4级，根据不同级别范围内的高差对耕作造成的困难程度，在道路修正距离得分的基础上，每级减去相应的分值，得到各定级单元最终的耕作距离得分。

②道路通达度

a.道路级别的确定。将全县道路按照类型、功能和质量的不同划分为省道、县、乡道和村道3级。

b.道路规模指数和影响半径的确定。采用各级道路平均昼夜交通量和道路平均宽度的几何平均值确定规模指数，计算各级道路的影响半径，公式为

式中，d为某级道路影响半径；S为定级区域面积；l为某级道路的总长度。

c.道路通达度分值计算。分别计算各级道路通达度分值，然后采用求和法计算道路通达度总分值。各级道路通达度计算公式为

式中，fi为第i级道路通达度分值；dij为第j个行政村到第i级道路最短实际距离；di为第i级道路影响半径；Mi为第i级道路规模指数；Mi－1为第i－1级道路规模指数。

若某村同时受多条道路影响，则取最大分值。各定级单元分值为所在村分值。

③农贸市场影响度

a.确定农贸市场数量、分布和级别。农贸市场根据功能和规模可分为4级：一级为乾佑镇农贸市场；二级为凤凰镇农贸市场；三级包括蔡玉窑镇、曹坪镇、红岩寺镇、柴庄乡和瓦房口乡农贸市场；四级为其他乡镇农贸市场。

b.确定各级农贸市场的规模指数及影响半径。根据各农贸市场的年交易额及营业面积，采用几何平均法确定其规模指数。

根据各级农贸市场的影响范围，确定其影响半径(结果见表2)，公式为

式中，d为某级农贸市场影响半径；S为定级区域面积；n为某级农贸市场数量。

表2 各级农贸市场规模指数及影响半径表

c.农贸市场影响度分值得计算。以行政村为单位，利用直线衰减模型计算各级农贸市场的影响度分值，公式为

式中，Fi为第i级农贸市场影响度作用分；Mi为第i级农贸市场规模指数；di第i级农贸市场到各村驻地最短实际距离；d第i级农贸市场影响半径。

若某村同时受到多个农贸市场影响，取最大分值，各定级单元分值为所在村分值。

3.单元定级指数的计算

采用加权求和法计算各定级单元定级指数。

4.级别的划分与校验

(1)级别的初步划分

在ArcGIS软件中，打开赋有定级指数的定级单元图，绘制各定级单元定级指数频率图。由该图可以看出，定级指数分布服从正态分布，据此可知，初步计算的定级指数比较准确。运用ArcGIS软件的自动划分功能，将柞水县农用地分为4个级别。

(2)级别校验

①级差收益检验

利用级差收益测算模型测算柞水县各级别农用地级差收益，结果显示：一、二级级差收益为2 779.5元/hm2，二、三级级差收益为2 644.2元/hm2，三、四级级差收益为947.0元/hm2。各级别之间存在着明显的正级差，符合农用地级别作用的一般规律。可见，柞水县农用地级别的初步划分结果较为合理。

②相关性检验

采用抽样法分别对定级指数与实际标准粮和亩均纯收益进行相关性分析，结果显示抽样单元定级指数与二者的相关度分别为88.74%和86.15%，农用地定级指数与纯收益和实际标准粮高度相关。可见，柞水县农用地定级结果基本合理。

(3)级别确定与其面积统计

通过对初步划分的级别进行反复论证和适当调整，确定柞水县农用地级别划分最终结果。

运用ArcGIS软件的自动汇总功能，统计和汇总各级别面积，结果见表3。

表3 研究区农用地级别面积汇总表

5.定级结果分析

根据柞水县农用地定级结果，运用ArcGIS做出柞水县农用地级别图(如图1所示)。通过深入分析可知研究区农用地级别的空间分布规律，具体表现在以下3方面：

1)全县农用地级别按照海拔高度和地形坡度呈现以从东南向西北递降的特点，海拔越高、坡度越大，农用地级别越低；反之，农用地级别越高。

2)全县农用地级别呈现以农贸市场为中心圈层递降的规律，距离农贸市场越近，农用地级别越高；反之，农用地级别越低。

3)全县农用地级别以主要道路为轴呈带状向两侧递降的特点，距离道路越近，农用级别越高；反之，农用级别越低。

图1 柞水县农用地级别图

五、结论与建议

柞水县属于典型的山区县，因此，本文提出的关于耕作距离修正方法、农贸市场影响度及道路通达度计算方法可为山区县农用地定级提供思路和借鉴，也可为其他地区开展农用地定级提供有益参考。

农用地定级可为耕地与基本农田保护、土地征用与补偿、土地开发整理、产能核算[10-11]等土地管理工作提供技术支撑。另外，成果应用是这项工作的生命力所在，如果成果不能在实践中得到有效应用，就没有必要做这项功能工作。因此，应积极探索定级成果应用，促进定级工作全面推开。

[1] 段刚.基于农用地定级的基本农田保护空间规划方法研究[D].西安：长安大学，2009.

[2] 史利霞.商都县农用地定级估价研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2013.

[3] 刘晨晨，甘淑.农用土地定级研究——以思茅区为例[J].价值工程，2013(14)：325-327.

[4] 陈燕妮.GIS和DEM技术在贵州省县级农用地分等定级数据库中的应用探讨[J].测绘通报，2008(11)：57-60.

[5] 赵丹煦.基于回归分析的农用地定级与估价研究[D].昆明：昆明理工大学，2011.

[6] 朱道林，郧文聚.农用地定级估价理论与实践[M].北京：地质出版社，2008.

[7] 国土资源部.GB/T28405—2012农用地定级规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[8] 贾雷，张孝成，星财华，等.基于新规程的耕地定级估价——石柱县实证研究[J].江西农业学报，2013，25 (6)：111-115.

[9] 张琳.基于GIS的扶风县农用地定级研究[D].西安：长安大学，2005.

[10] 李芹芳，许晓婷，闫芬，等.MAPGIS耕地综合生产能力评价研究[J].测绘科学，2010，35(5)：111-113.

[11] 李芹芳，许晓婷，闫芬，等.土地开发整理项目质量评价方法研究[J].江苏农业科学，2010(1)：356-358.

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

国家自然科学基金(41372330)；中央高校基本科研业务费创新团队项目(CHD2012TD001)

许晓婷(1983—)，女，陕西渭南人，博士生，主要研究方向为土地规划、土地资源管理、资源与环境遥感。

许晓婷，隋立春，李芹芳，等.基于GIS的山区农用地定级方法研究[J].测绘通报，2014(11)：46-49.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0360