黄淮平原农业区补充耕地质量等级评价系统及应用

邱燕 张杰 陈伟良 黄文静

（菏泽市牡丹区农业技术推广中心 山东省菏泽市 274000）

耕地质量建设与管理关系到国家粮食安全、农产品质量安全以及农业和农村经济的可持续发展。耕地占补平衡作为保护耕地的一项基本制度在我国耕地管理中发挥了重要作用，有效遏制了耕地面积的减少，对于坚守18 亿亩耕地红线，确保国家粮食安全，具有重要意义。《土地管理法》中规定，补充与被占用耕地数量和质量要相当。在实际工作中，对于补充耕地的质量等级评价评价因子较多，计算比较繁杂，影响了补充耕地的质量等级评价进度。为了减少评价人员的工作强度，加快评价的进度，我们根据《第三次全国国土调查耕地质量等级调查评价工作方案》（国土调查办发[2018]19号）和《农业部办公厅关于做好耕地质量等级调查评价工作通知》（农办农[2017]18 号）的要求，依据《耕地质量等级》国家标准（GB/T33469-2016）、《全国耕地质量等级评价指标体系》（2019 年），我们开发了这套针对黄淮平原农业区的地力评价系统。下面以牡丹区为例，将这一系统的应用说明如下，以期更好地改进。

1 坐标系的确定

确定评价所需工作空间的坐标系统为：CGCS2000 坐标系。

2 评价指标权重

根据《全国耕地质量等级评价指标体系》确定评价指标的权重（见表1）。

表1： 评价指标权重

3 等级划分标准

根据《耕地质量等级》国家标准和《全国耕地质量等级评价指标体系》，结合黄淮平原农业区耕地质量实际情况，确定黄淮平原农业区耕地质量等级划分标准（见表2）。

表2： 黄淮平原农业区耕地质量等级划分标准

4 使用工具

4.1 主要硬件

数据处理服务器（HUAWEI 2288H V5 2U12）3 台、笔记本电脑（ThinkPad）6 台、涉密处理台式机（THTF S8500）3 台。

4.2 使用软件

县域耕地资源信息管理系统（V4.4.4）2 套、ARCGIS（V10.2）3 套、MapGIS（6.7）2 套、MapGIS（9.1）1 套。

5 数据收集

根据《全国耕地质量等级评价指标体系》，结合《全国耕地资源管理信息系统》，确定评价需要的数据内容及来源。主要包括图件和数据两类，其中图件包括土壤图、地貌类型图、行政区划图、土地利用现状图、灌溉分区图、排水分区图、表层质地图、剖面构型图、耕地盐渍化图等，数据表为耕地质量调查点基本情况和化验结果数据表、行政区划代码表、行政区划基本情况数据表和土壤类型代码表。

表4： 数值型指标隶属函数

5.1 矢量数据

从自然资源和规划部门获取第三次国土调查的土地利用现状图和行政区划图；土壤图、地貌图、表层质地图、剖面构型图、耕地盐渍化图为第二次土壤普查成果。

5.2 参评数据收集整理

参与评价的耕地质量等级调查采样与检测数据表格中包含以下内容项：县内编号、统一编号、省名称、市名称、县名称、乡名称、村名称、经度、纬度、土类、土种、土属、成土母质、地貌类型、地形部位、有效土层厚、耕层厚度、耕层质地、土壤容人次重、生物多样性、农田林网化程度、清洁程度、土壤PH、盐渍化程度、地下水埋深、障碍因素、障碍层类型、灌溉能力、灌溉方式、水源类型、排水能力、有机质、全氮、有效磷、速效钾、缓效钾、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰、有效硼、有效钼、有效硫、有效硅等。

5.3 灌排分区图

根据水源类型、位置、灌溉方式、灌水量，综合判断灌溉用水量在多年灌溉中能够得到满足的程度，灌溉能力分为充分满足、满足、基本满足和不满足4 个级别。根据耕地的排水方式、排水设施现状等，综合判断农田保证作物正常生长，及时排除地表积水，有效控制和降低地下水位的能力，排水能力分为充分满足、满足、基本满足和不满足4 个级别。

5.4 数据检查及标准化处理、修正

对收集整理的矢量图件及数据表格进行检查，对照评价体系和评价步骤及数据标准进行检查、处理、修正。所有矢量图需为CGCS2000 坐标系，非此坐标系的需要进行坐标投影转换，并对转换后的图层参照符合标准的行政区划图进行误差修正。所有矢量图数据字段参照《县域耕地资源管理信息系统》的空间检测标准进行对照检查，对缺失的数据项进行补正。耕地质量等级调查采样与检测数据表参照评价指标体系和评价步骤要求进行数据项及数据内容的检查。对缺失的数据项进行补正；对与评价指标中要求的项目内容不同的进行修改使符合评价要求；对数据表中的各项数据进行异常数值筛选，并对筛选出的异常数值进行检查修正。

6 评价步骤

在各评价数据收集整理完成后，进入耕地质量等级评价阶段，评价的主要步骤按先后顺序分别为：建立工作空间、导入数据、生成农用地地块图、生成点位图、生成评价单元、建立评价模型、进行耕地质量等级评价。

6.1 建立工作空间

新建评价单元工作空间，设置省市名称、地市区域、空间名称、单位名称，坐标系统设置CGCS2000，空间路径设置为工作空间文件夹存储的位置。

6.2 导入数据

导入矢量数据（行政区划图、土地利用现状图、土壤图、地貌图、灌溉分区图、排水分区图、表层质地图、剖面构型图、耕地盐渍化图等）和各类原始数据库表格（行政区划代码表、土壤类型代码表、耕地质量调查点基本情况及化验结果数据表及行政区基本情况数据表）。

6.3 生成农用地地块图

在土地利用现状图上按土地利用方式筛选出水田、水浇地与旱地并导出为农用地地块图。

6.4 生成点位图

根据调查与化验数据表中的经度和纬度生成矢量的耕地质量调查点点位图。

6.5 生成评价单元

在系统中将耕地地块图、土壤图、地貌图、行政区划图、点位图添加进图集进行生成评价单元图的操作。

（1）叠加求交，即对{耕地地块图}、{土壤图}和{行政区划图}进行叠加求交生成{管理单元图}。

（2）空间插值，即对耕地质量调查点位图中的土壤养分指标数据通过空间插值的方法提取到管理单元图中。

（3）以点代面，即对耕地质量调查点位图中的耕层厚度、有效土层厚、生物多样性、农田林网化、障碍因素、清洁程度等与空间相关性不强的指标数据通过以点代面操作将值提取到管理单元图中。

（4）属性提取，即将各矢量图中的地貌类型、地形部位、耕层质地、质地构型、盐渍化程度、灌溉能力及排水能力等通过属性提取的方式赋值给管理单元图。

通过以上操作最终生成耕地资源管理单元图。

6.6 建立评价模型

如表3 所示，共建立两种模型，第一种是层次分析模型，层次分析模型的构建步骤为：

表3： 层次分析模型构建矩阵

a.建立层次结构模型；

b.构造判断矩阵；

c.层次单排序及其一致性检验；

d.层次总排序；

e.层次总排序一致性检验。

第二种是隶属函数模型，根据模糊数学的理论，我们将选定的评价指标与耕地生产能力的关系分为戒上型、戒下型以及概念型3 种类型的隶属函数。

（1）戒上型函数模型:评价因子数值越大，耕地质量水平越高，到了某一临界值后，对耕地质量的正贡献效果趋于恒定（如图1）。

图1： 戒上型函数模型

（2）戒下型函数模型:评价因子数值越大，耕地质量水平越低，到了某一临界值后，对耕地质量的负贡献效果趋于恒定（如图2）。

图2： 戒下型函数模型

（3）概念型指标:这类指标其性状是定性的、非数值型的，与耕地质量之间是一种非线性的关系，如地形部位、质地构型、耕层质地等。这类因子不需要建立隶属函数模型（见表5）。

表5： 概念型指标隶属度

6.7 质量等级评价

在已生成的耕地资源管理单元图上进行等级评价工作，通过菜单〖评价〗-〖耕地质量评价（自定义）〗启动评价（如图3）。

图3： 耕地质量评价

选择评价单元图层，选择层次分析模型和隶属函数模型点击确定进行对评价单元评分。在等级划分界面读取已设置好的等级划分标准重新设置各等级范围，并设置各等级显示样式。点击确定后将评价结果存入结果数据库中。

7 评价结果

通过评价，得到评价单元的综合指数，按照耕地质量等级划分标准确定评价单元的耕地质量等级。