基于GIS运用对旅顺口区农用地分等定级研究*

吴怡璇，吕 芳

(辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室，大连 116029)

1 引言

农用地分等定级研究是将农用地的自然、经济、社会属性进行综合评价，由此来搭建农用地科学管理、综合整治的基础［1］。我国学者对农用地分等基础理论体系进行了探讨［2-6］，在农用地分等指标和方法也开展了研究［7-12］。然而传统的手工方法进行农用地分等定级工作量巨大、效率低、精确度差，存在诸多不足之处，如不能生成数字化图件，不利于图件的保存与更新;另外在计算各项分等定级参数时，海量数据与复杂的计算也需要巨大的工作量［13］。运用GIS技术开展农用地分等工作高效率且成果显著［14-18］，我国学者侯立春等［19］运用GIS技术对福州市琅岐经济区进行了农用地分等，吴志伟等［20］在GIS环境下对江西省分宜县开展了农用地分等研究，王君萍等［21］基于GIS对镇巴县进行耕地质量分级的二轮工作完善。然而目前，针对丘陵地区的农用地分等定级研究较少。该文以旅顺口区为例，通过运用GIS技术开展农用地分等研究，更加精确、高效地量化旅顺口区的农用地等级，完成农用地等别体系的建立，为管理农用地提供科学依据。

2 研究区概况

大连市旅顺口区位于辽东半岛最南端，南和东南濒临黄海，与山东半岛隔海相望;西和西北连接渤海，与天津新港一衣带水;东和东北连接陆路，与大连市内不足百里。旅顺口区位于东经120°57＇～12l°28＇30″，北纬 38°40＇～39°10＇之间。全境面积 505．34km2，海岸线总长 169．7km。旅顺口区属于辽东丘陵区，千山余脉延续到境内，海拔高度100m以下的丘陵遍布全区，地势东高西低，地貌类型以丘陵为主，高坡和平地分布其间。旅顺口区土壤类型包括6个土类、12个亚类、32个土属、56个土种。6个土类包括棕壤、草甸土、风沙土、沼泽土、水稻土及盐土。土地利用方式以旱地和水浇地为主。

3 研究方法

3.1 技术路线

将收集到的图件资料和文献资料分析处理后，创建图形数据库和属性数据库;确定标准耕作制度、基准作物和指定作物;依据主导因素原则和区域分异原则划分因素指标区并完成分等因素及其权重的确定;在制定自然质量分记分规则表的基础上，计算自然质量分及其等指数，由此划分自然质量等;基于样点的计算完成等值区土地利用系数的计算，再计算出土地利用等指数，由此划分土地利用等别;由样点的计算得到等值区的土地经济系数，在此基础上结合土地利用等指数计算得出土地等指数，由此划分农用地等别，并输出相关图件。技术流程参考图1。

图1 旅顺口区农用地分等技术流程

3.2 基础数据及处理

基础数据包括:旅顺口区土地利用现状图 (1:50000)、土壤图、地形图、土地利用规划图及其他相关图件与资料。在ArcGIS10．0软件环境下，将扫描后的旅顺口区土地利用现状图和土壤图等进行图形校正及屏幕数字化，生成拓扑关系，完成图形数据库建设。属性数据库按图数结合的思路，将图形与属性数据关联，例如图斑代码、村名、地类代码、土壤类型、土壤质地、土壤PH值、有效土层厚度等。

3.3 分等参数体系的确定

(1)标准耕作制度、指定作物、基准作物

按辽宁省划分的标准耕作制度分区，旅顺口区属于辽东山地丘陵标准耕作制度分区，可以确定全区标准耕作制度均为一年一作。旅顺口区的指定作物为玉米，基准作物为玉米。指定作物玉米的光温生产潜力为2 771，气候生产潜力为2 113。

(2)因素指标区的确定

因素指标区主要以地貌条件进行划分，分为平原耕地和坡耕地两种指标区。根据旅顺口区的地貌特征，将其划分为两个因素指标区:旅顺区东部、南部丘陵坡岗区，以及旅顺区中、北部沿河平原区。

(3)分等因素及权重的确定

参考《农用地分等规程》(TD/T-1004-2003)和旅顺口区土地情况，坡耕地的主要分等指标共计7个:有效土层厚度、地形坡度、地表岩石露头状况等;平原耕地的主要分等指标为9种:排水条件、灌溉保证率、盐渍化程度等。采用特尔斐法确定各个分等因素的指标权重。结果如表1、表2所示。

表1 旅顺口区坡耕地分等因素及其权重

表2 旅顺口区平原耕地分等因素及其权重

(4)分等单元的确定

分等单元是分等技术的基本空间单位。为了保证分等单元内均一化，分等单元间差异化，现根据1:5万比例尺的旅顺口区土地利用现状图与地形图、土壤图在ArcGIS 10．0软件环境下进行叠加操作，形成的封闭图斑即为一个分等单元，最终生成4 610个单元。

3.4 自然质量分计算和自然质量等别划分

(1)农用地自然质量分

在“指定作物-分等因素-自然质量分”记分规则表的基础上，利用加权平均法计算自然质量分，公式如下:

其中，CLij为农用地自然质量分;k为分等因素;i为分等单元;j为指定作物;m为分等因素的个数;fijk为指标分值，取值为 ［0，100］。wk表示分等因素的权重。

(2)农用地自然质量等指数

计算公式如下:

其中，自然质量等指数为Ri;β为产量比系数 (由于基准作物为玉米，因此β=1);α为玉米光温生产潜力指数;CLi为自然质量分。

(3)农用地自然质量等别划分

采用等间距法对农用地自然质量进行初步等别划分。最终能够得出旅顺口区农用地自然质量等的划分间距均为150个等别分，共分11个等别 (7-17等)，一等最差。依据等指数与标准粮产量的回归方程，确定省级等指数向国家级等指数平衡转换规则为:国家级自然等指数=省级自然等指数×1．12+152．48。按照400分的等间距初步确定国家级自然等，一等质量最优，旅顺口区耕地国家级自然等为8-12等，共分为5个等。

3.5 土地利用系数等值区和利用等别划分

(1)土地利用系数

计算采用指定作物方法。首先，进行土地利用系数等值区的初划分，划分时保证行政单位的完整，还有等值区间的作物实际单产量差异化;在此基础上，进行等值区内随机样点土地利用系数的计算，公式如下:

其中，K为土地利用系数;Yij表示单产;Yjmax表示最高单产，i为样点数，j为指定作物编号。最后在样点上运用加权平均的方法计算等值区的土地利用系数。

(2)土地利用等指数

根据指定作物土地利用系数的计算方法，用Yi来表示土地利用等指数;以上文农用地自然质量等指数Ri与指定作物土地利用系数KL进行计算，公式如下:

(3)农用地利用等别划分

旅顺口区农用地利用等指数在306～1 125之间，运用等间距法，以100分为一个等别间距，共分为9个等别 (4～12等)，一等最差。国家级利用等指数=省级利用等指数×0．54+372．60，按照200分的等间距初步确定国家级利用等，一等质量最优，旅顺口区农用地国家级利用等为11～13等，共分为3个等。

3.6 土地经济系数等值区和经济等别划分

(1)土地经济系数

类似于土地利用系数的技术方法，土地经济系数同样按照分指定作物计算。首先初步划分等值区，划分指标为“产量-成本”指数，各等值区间应存在较大差别。其次，在等值区内选取样点，计算样点的“产量-成本”指数，即用指定作物的实际单产与指定作物的实际成本作比值 (Y/C)，得出样点“产量-成本”指数(a)。再用得到的样点“产量-成本”指数(a)与有关专家在省内分区确定的指定作物的最高“产量-成本”指数 (A)作比值，得出样点的指定作物土地经济系数 (K)。最后对样点的土地经济系数 (K)加权平均计算，得出等值区的土地经济系数。

(2)土地经济等指数

在土地利用等指数和土地经济系数的基础上，进行土地经济等指数的运算。计算以G表示为土地经济等指数;Y表示土地利用等指数;K表示土地经济系数，分等单元编号为i，指定作物编号为j，公式如下:

(3)农用地经济等别划分

旅顺口区农用地经济等指数运用等间距法，以100分为一个等别间距，将分布在156～505之间的等指数分为5个等别 (2～6等)，一等最差。国家级经济等指数=省级经济等指数×0．58+478．26，按照200分的等间距初步确定国家级经济等，一等地质量最优，旅顺口区耕地国家级经济等为12～13等，共分为2个等。

4 结果与分析

在GIS软件支持下，对自然质量等、利用等、经济等结果进行图件输出。将计算得到的等别字段进行唯一值符号显示，不同农用地等别以不同颜色区分，能够得到乡镇的农用地等别结果及其分布情况。

(1)国家级自然质量等结果及分布

如表3旅顺口区国家级自然质量等主要为11等，面积为2 822．328hm2，占参与分等耕地总面积的40．79%;其次为10等，面积总计为2 684．04hm2，占参与分等耕地总面积的38．79%;其余8、9、12等面积较少，分别为993．46hm2、159．85hm2、259．10hm2，分别占参与分等耕地总面积的14．36%、2．31%、3．74%。

国家自然质量等11等主要分布中部和西南部各乡镇;10等主要分布在中、西北部乡镇;8、9、12等部分乡镇零星分布。旅顺口区农用地国家自然质量等级处于中低水平，这主要是由于旅顺口区地处辽东丘陵区，平原面积小，丘陵面积大，而旅顺丘陵地区自身的土地自然质量从各分等因素上评定处于中低水平。

表3 旅顺口区农用地自然质量等别划分结果

(2)国家级利用等结果及分布

如表4所示，旅顺口区耕地国家级利用等主要为12等，面积为5 561．54hm2，占参与分等耕地总面积的80．38%;其次为11等，面积总计为1 271．01hm2，占参与分等耕地总面积的18．37%;13等面积较少，为86．22hm2，占参与分等耕地总面积的1．25%。

国家利用等12等在全县各乡镇均有分布，主要集中在中部和西南部;11等主要分布在东北部各乡镇;13等仅分布在龙王塘街道。旅顺口区的国家利用等的分布规律与国家自然质量等的分布规律类似，说明了优越的自然条件能够促进作物的生长，进而带动作物单产的提高，带动土地利用系数的提高。

(3)国家级经济等结果及分布

如表5旅顺口区耕地国家级经济等主要为12等，面积为6 751．27hm2，占参与分等耕地总面积的97．58%;其次为13等，面积总计为167．50hm2，占参与分等耕地总面积的2．42%。

表4 旅顺口区农用地利用等别划分结果

表5 旅顺口区农用地经济等别划分结果

全区农用地国家经济等12等除登峰街道、得胜街道外各乡镇均有分布;13等主要分布在水师营街道，其他部分乡镇零星分布。旅顺口区全区的国家经济等基本属于12等，处于较低水平。农用地的经济等别与指定作物“产量-成本”指数及指定作物区域最高“产量-成本”指数间存在密切的关联。

由旅顺口区的自然质量等、利用等和经济等结果能够得出，三个等别结果都集中表现在中、低等分布，农用地的质量整体处于较低水平。主要受旅顺口区的地貌影响，旅顺地处辽东丘陵区，丘陵遍布全区;平地面积小，分布零星。由旅顺口区整体等别分布情况看，区域东部龙王塘街道农用地面积小，质量处于中低水平，同样是由于旅顺的地貌影响，东高西低，东部丘陵分布密集，成为本区东部“山区”，不适宜农用地发展。

5 结语

基于GIS技术进行农用地分等研究，可以弥补传统方法效率低、精确度差、不便于保存与更新等不足之处，对空间数据和属性数据进行综合分析时速度和质量都能得以保证。将GIS技术运用到农用地分等定级研究中，不仅能够快速处理海量数据，获取大量农用地质量信息，同时能够输出各类美观实用的专题图件以及相关的表格数据，能够掌握农用地等别分布情况，保证了农用地分等定级研究的科学性与可靠性。

农用地自然质量等别划分能反映出农用地自然质量水平，自然条件优越能够促进作物生长，进而提高作物单产，对土地利用系数、土地利用等别产生影响。因而，在管理农用地时，应维护优质农用地的自然条件、改善和提高自然质量中低等级农用地的自然条件，全面而细致的维护和改善农用地自然质量。建议典型丘陵地区的旅顺口区采取优质耕地划入基本农田实行永久保护、加快建设高标准基本农田、积极改造中低产田、加强农田基础设施建设、强化农田防护与生态环境建设的措施管理旅顺口区农用地。

［1］ 彭建，蒋一军，刘松，等．我国农用地分等定级研究进展与展望．中国生态农业学报，2005，(4):167～170

［2］ 吴群．农用地质量等级划分依据及其基本思路．南京农业大学学报 (社会科学版)，2002，(1):38～42

［3］ 高向军，马仁会．中国农用土地等级评价研究进展．农业工程学报，2002，(1):165～168

［4］ 王建国，单艳红，杨林章．我国农用地分等定级理论与方法探讨．农业系统科学与综合研究，2002，18(2):84～88

［5］ 王洪波．农用地分等定级的理论与方法探讨．土壤，2004，(4):371～375

［6］ 张凤荣，郧文聚，胡存志．《农用地分等规程》的几个理论问题及应用方向．资源科学，2005，(2):33～38

［7］ 丁生喜．农用耕地分等定级的评价指标选取及其定量化处理．青海师范大学学报 (自然科学版)，2000，(2):54～57

［8］ 李如海，周生路，宋佳波，等．农用地分等指标区与参评因素定量确定．土壤学报，2004，(4):517～522

［9］ 张小娟，段建南，徐晓伟，等．基于因素法的农用地分等——以黑龙江省为例．江西农业学报，2011，(7):163～166

［10］ 徐晗．基于因素法与指数和法的农用地分等对比实证研究．中国农业科技导报，2011，(2):72～75

［11］ 安志远，董坤，李伟妙，等．农用地分等土地经济系数研究浅析．合作经济与科技，2015，(4):43～44

［12］ 周子健，吴克宁，马建辉，等．耕地质量等级监测中县域土地利用系数更新方法研究——以北京市大兴区为例．中国农业资源与区划，2013，34(3):66～72

［13］ 龙辉．地理信息系统在农用地分等定级中的应用．国土资源科技管理，2002，(2):26～29

［14］ 赵璐，郑新奇．基于GIS和分等成果的县域内农用地定级方法研究——以山东省平阴县为例．水土保持研究，2008，(4):145～148

［15］ 王有宁，赵丽艳，刘峰贵，等．基于GIS的互助土族自治县农用地分等研究．土壤，2009，(5):821～825

［16］ 孙祥龙，涂建军，黄九松，等．基于ArcGIS空间分析技术和农用地分等成果划定基本农田——以重庆市秀山县为例．西南大学学报(自然科学版)，2014，(8):130～135

［17］ 胡江艳，赵小汎．基于MapGIS的农用地分等研究．安徽农业科学，2014，(25):8771～8772

［18］ 刘越岩，周勇，肖辉．基于GIS鄂州市农用地定级评价研究．中国农业资源与区划，2005，26(3):32～35

［19］ 侯立春，张文开，陈友飞．基于GIS的农用地分等研究——以福州市琅岐经济区为例．国土与自然资源研究，2004，(1):35～37

［20］ 吴志伟，陈文波，余敦，等．基于GIS的农用地分等研究——以江西省分宜县为例．水土保持研究，2007，(6):390～393

［21］ 王君萍，黄功文．基于GIS的镇巴县耕地质量分等定级．测绘与空间地理信息，2015，(2):137～140