兰州市七里河区农用地分等更新评价与分析

付天新，闫浩文，骆成凤，沙玉坤，3，乔占明

(1.兰州交通大学数理与软件工程学院，兰州730070;2.中国测绘科学研究院，北京100830;3.山东农业大学信息科学与工程学院，泰安271018)

兰州市七里河区农用地分等更新评价与分析

付天新1，2，闫浩文1，骆成凤2，沙玉坤2，3，乔占明1，2

(1.兰州交通大学数理与软件工程学院，兰州730070;2.中国测绘科学研究院，北京100830;3.山东农业大学信息科学与工程学院，泰安271018)

利用高分辨率QuickBird和WorldView图像，提取七里河区农用地图斑信息，并以农用地图斑为研究对象，对农用地进行分等更新评价与分析。根据七里河区农用地的实际情况，采用特尔斐法，结合专家意见，确定了地形坡度、有效土层厚度、土壤pH值、地表岩石露头、土壤有机质含量、表层土壤质地及灌溉保证率等7个评价因素作为农用地分等更新的评价因子。应用详查图斑法和农用地分等计算模型，对七里河区范围内的农用地图斑进行修正与更新。分等更新结果表明，七里河区农用地自然质量总体呈下降趋势;七里河区农用地土地利用没有发生重大变化，农用地投入产出水平有所下降，各个等别呈现一定的空间分布规律。

农用地;分等更新;等别;七里河区

0 引言

农用地分等是根据农用地的自然属性和社会属性及其在社会经济活动中的地位与作用，综合评定农用地质量的优劣并划分等级的工作［1］。农用地分等规程［2］要求:农用地质量影响因素发生变化后，应根据实际情况对分等成果进行局部或全部更新，每6 a全面更新一次农用地等别，现已到达更新年限。目前，农用地质量研究主要从农用地生产力评价、评价因子及其权重修订、农用地评价模型与评价因子改进与优化［3－5］以及农用地与其他要素整合等方面展开，大多采用定性与定量相结合的分析方法，并对评价指标和评价方法进行探索与应用。

本文以兰州市七里河区为例，在农用地分等计算模型的基础上，应用因素法、野外验证和特尔斐法等方法，确定农用地分等更新的参评因子，通过最新的土壤数据、坡度数据、统计数据和标准样地数据对其农用地进行分等更新调查，并分析七里河区农用地等别的空间分布特征和时序变化规律，为土地开发整理、实现耕地总量动态平衡、总体规划、基本农田保护规划的修订和完善提供依据［6－7］。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

七里河区位于兰州市中南部，地处兰州近郊四区中心，地理位置介于E103°36'43″～103°54'28″，N35°50'25″～36°06'09″之间。辖区东西宽21 km，南北长33 km，总面积394.47 km2。该区处于陇中山地和黄土丘陵区，地势南高北低，高差悬殊。全区自南向北可以划分为石质中低山地、黄土梁峁谷地和黄河河谷平原3大地貌区。大部分地区适宜一年一熟耕作制，多种植春小麦、秋杂粮等作物，基准作物春小麦和指定作物均为春小麦。

1.2 数据源

本文采用的遥感数据源为2008—2010年获取的高分辨率QuikBird图像(真彩色，分辨率0.61 m)和WorldView图像(全色，分辨率0.5 m)。原始图像统一投影变换为高斯投影，3°分带，并在西安80坐标系下，生成比例尺为1∶1万标准分幅遥感图像。统计资料以近期为主;图件资料主要包括县级土地利用现状图、土壤图、土壤养分图、地形图、县级基本农田分布图等。同时通过外业补充调查和专家咨询与打分等方式，完善了农用地分等更新所需的资料。

2 更新方法与流程

七里河区农用地分等更新对象是七里河区内遥感解译后的农用地图斑，面积为14 094.88 hm2。分等更新采用定性与定量、资料分析与野外调查相结合的方法。首先采用投影变换、图件套合等方法，将原有农用地分等成果中分等单元的属性值赋值到解译后的农用地图斑中，经过专家论证和实地验证后，综合确定土地等别指数;采用“因素法”进行农用地分等，即将农用地分等评价单元中评价因子的分值乘以各因素相应的权重，求取各评价单元的总分值，再结合土地利用系数和土地经济系数等指标，测算农用地分等单元的等别指数，划分农用地等别。更新流程见图1。

图1 七里河区农用地分等更新流程Fig.1Update technical processes of Qiliheagricultural land classification

2.1 农用地图斑解译

七里河区农用地图斑解译充分参考已有的调查成果，针对QuickBird和WorldView两种高分辨率遥感图像数据产品的特征，建立了七里河区农用地的解译标志(表1)，并以1∶1万为主比例尺，采用高斯克吕格投影，应用GIS软件对地理要素进行矢量化，最终得到七里河区农用地图斑。

表1 七里河区主要农用地图像解译标志Tab.1Main farmland image signs of Qilihe

坡旱地(0134)地处山区，地块随地形走向，条带状，沿等高线种植特征明显，田块内色调均匀

2.2 评价因子与权重确定

由于影响农用地质量的因素种类多，影响强度各异，因而科学地选择分等因素对农用地分等具有重要意义［8］。本文采用特尔斐法，结合专家意见，统一根据《农用地分等规程》的推荐因素进行专家填表打分。在遵循农用地分等因素稳定性、差异性、生产性、主导性等4大原则的前提下，确定了七里河区农用地分等更新的分等因素指标体系，共分等评价因素和权重见表2。

表2 七里河区农用地分等评价因子及权重Tab.2Farmland grading factors and weight table of Qilihe

2.3 划定分等单元

农用地分等单元是进行分等更新的基本计算单元。常采用的分等单元划分方法有:综合图叠置法、详查图斑法、地块法、网格法及单因素叠加法［9］。详查图斑法计算结果准确、便于统计面积与土地调查和数字国土工程更好地衔接，因此本文选用此方法进行七里河区农用地分等更新评价。采用投影变换、几何纠正等方法，将原有的1∶10万为主比例尺的七里河区农用地分等成果中分等单元的相应属性值按照面积最大原则赋值到比例尺为1∶1万的解译后的农用地图斑上，形成更新底图数据库。以解译后的农用地图斑作为基础分等单元，采用各村内顺序编号方法对分等单元进行重新编号，记为:省级行政代码(2位)+地级行政代码(2位)+县级行政代码(2位)+乡镇代码(3位)+村代码(3位)+单元流水编号(4位)。村内单元编号不足4位的前面补0。初步形成3 996个分等单元。

2.4 分等成果修正

由于七里河区原有分等成果比例尺小、城市扩张所引起行政界线改变等原因，部分农用地图斑没有属性值，使用类比原则，参考区内详查地类及坡度数据，将本等值区内同地类、土地条件类似的图斑属性复制赋值，进一步完善七里河区农用地分等更新的分等单元。

1)确定分等指标区。由于区内各部分农用地土地自然质量主导因素存在一定差别，依据土地质量的主导因素和保持乡级行政区界的完整性原则，七里河区沿用的农业区划分区将全区分为3个区域:滩川沟坪菜果区、前山粮果百合区和后山粮食百合林牧区。

2)修正土地利用系数、经济系数等值区。土地利用系数是用来修正土地的自然质量，使其达到接近土地的实际产出水平的系数。土地利用等值区与经济系数等值区采用统计分析与野外调查相结合的方式进行修正。外业调查前，对2008—2010年各村指定作物产量和成本统计数据进行整理，根据等值区间“产量－成本”指数具有显著差异，采用等值区的边界不打破村级行政单位的完整性原则。采用聚类法对春小麦生长区初步划分出土地利用系数等值区和土地经济系数等值区。并对七里河区每个行政村选取9个样点调查指定作物当年产量数据，计算样点春小麦指定作物土地利用系数，即

式中:kli为第i个样点春小麦土地利用系数;Bi为第i个样点春小麦单产;Bmax为省内二级区春小麦最高单产。

对七里河区每个行政村选取9个样点调查指定作物当年成本投入数据，计算样点春小麦土地经济系数，即

式中:kci为第i个样点春小麦土地经济系数;ai为第i个样点春小麦“产量－成本”指数;Amax为省内二级区春小麦“产量－成本”指数的最大值。

根据行政村内各样点指定作物土地利用系数和土地经济系数，采用算术平均法计算行政村内指定作物土地利用系数和土地经济系数，即

式中:kl(c)i为第i个行政村春小麦土地利用(经济)系数;m为行政村数目。

统计数据中的产量平均值与样点实际调查值有较大差距时，计算中以样点的实际调查值为主，对初步划分的等值区进行修正，以达到等值区之间具有差异性和突变性，并且满足等值区内各行政村指定作物土地利用系数和土地经济系数在±2S之间(表示平均值;S表示标准差)。最终确定七里河区春小麦生长区为2个土地利用系数等值区，等值区利用系数分别为0.380和0.876;3个土地经济系数等值区，等值区利用系数分别为0.381，0.539及0.710，并编制相应的等值区图。

3)计算分等单元自然质量等指数。分等单元农用地自然质量分等计算采用加权平均法，其计算模型为

式中:Cli为分等单元指定作物的农用地自然质量分;Wk为分等因素的权重;Fik为第i个分等单元内春小麦第k个分等因素的指标分值;k为分等因素编号;i为分等单元编号;n为分等因素的数目。

春小麦的自然质量等指数计算公式为

式中:Ri为第i个分等单元春小麦的自然质量等指数;αi为春小麦光温(气候)生产潜力指数;ρli为第i个分等单元内春小麦的农用地自然质量分;β为春小麦的产量比系数。

4)计算农用地利用等指数。农用地利用等指数是按照标准耕作制度所确定的指定作物，在农用地自然质量条件和农用地所在土地利用分区的平均利用条件下，所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数，即

式中:Yi为第i个分等单元春小麦的农用地利用等指数。

5)计算农用地分等指数。分等指数是按照标准耕作制度所确定的指定作物，在农用地自然质量条件、农用地所在土地利用区的平均利用条件和农用地所在土地经济分区的平均经济条件下，所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数，即

式中:Gi为第i个分等单元春小麦的农用地分等指数。

2.5 等别验证与确定

采用等间距法进行农用地各等别的初步划分，等别间距为100。对中间结果和初步分等结果进行实地校验。在所有分等单元中随机抽取分等单元总数5%的单元进行野外实测，将实测结果与计算结果进行比较，结果差异小于5%。分等因素及权重、指定作物－分等因素－自然质量分关系表、自然质量分、土地利用系数、土地经济系数、农用地初步分等结果合理，初步分等成果合格不需再做调整。解译后可得出，七里河区的农用地图斑面积为14 094.88 hm2，通过对七里河区范围内的3 996个农用地图斑进行分等更新，对各等别面积进行汇总。分等间距采用100分1等，最终统计出全区农用地自然质量等别11个，农用地利用等别12个，农用地等别10个，其等别数值越大，农用地质量越高。2006年七里河区农用地分等结果见图2，2010年分等更新结果见图3。

图2 2006年七里河区农用地分等结果Fig.2Results of farmland classification of Qilihe in 2006

图3 2010年七里河区农用地分等更新结果Fig.3Update results of farmland classification of Qilihe in 2010

3 结果分析与评价

3.1 结果分析

农用地自然质量等别结果反映了七里河区农用地自然属性的空间变化规律，七里河区地处陇中黄土丘陵区，农用地的自然质量处于中等水平。在七里河区农用地自然质量等别中(表3)，1—4，5—8，9—12，13—17等地分别占全区农用地面积的81.98%，3.15%，11.83%和3.05%。其中劣等地主要分布在阿干镇、黄裕乡、魏岭乡及西果园镇4个乡镇，土地利用类型为旱地，无灌溉条件;中等地主要分布在彭家坪镇、魏岭乡、八里镇及西果园镇等乡镇，土地类型以水浇地为主，兼有旱地，灌溉条件较好;优等地主要分布于秀川街道、彭家坪镇、西果园镇和八里镇，主要集中在各个乡镇的行政中心，土地利用类型多为菜地，属灌溉条件充分满足的地区，地势平坦，土层深厚，水热资源丰富，适种性广，高产稳产。

七里河区农用地自然质量等指数经过土地利用状况的修订后，得出农用地利用等别。农用地利用等别结果反映了农用地利用情况的空间分布规律。在七里河区农用地利用等别中(表4)，1—4，5—8，9—12，13—17等地分别占全区种面积的86.35%，0.08%，11.18%和2.39%。

表3 2006—2010年农用地自然质量等别面积变化Tab.3Area changes in the natural quality grade of farmland from 2006 to 2010

表4 2006—2010年利用等别面积变化Tab.4Area changes in the land use grade of farmland from 2006 to 2010

七里河区农用地利用等别经过土地经济状况的修订后，得出农用地等别。农用地等别划分结果反映了农用地投入产出水平的空间变化规律，其等别在空间分布上更趋于集中。在七里河区农用地等别中(表5)，1—4，5—8，9—12等地分别占全区种面积的91.57%，8.34%，0.09%。高等别土地利用类型为菜地，属灌溉条件充分满足的地区，由于地形平坦、土壤肥力较高，加之种植合理，耕作制度合理，重用重养，做到了低投入、高产出，成为全区利用等别和等别最高的农用地;中等地主要分布于八里镇、黄峪乡、巍岭乡、西果园镇等乡镇;劣等地主要分布在阿干镇、黄裕乡、魏岭乡、西果园镇的周边，土地利用类型为旱地，无灌溉条件。

表5 2006—2010年农用地等别面积变化Tab.5Area changes in economic grade of farmland from 2006 to 2010

3.2 结果评价

将原有农用地分等成果与分等更新成果进行对比分析，两次农用地分等所采用的指标体系一致，但评价方法有所不同，本次农用地分等更新采用特尔斐法、因素法、最大似然聚类、野外验证等方法确定分等因素与分等单元。分析2个时序农用地自然质量、土地利用状况和土地经济效益的变化情况。2006—2010年等别序列面积对比见图4。

图4 2006—2010年等别序列面积对比Fig.4Comparison of classification sequence area changes from 2006 to 2010

结合图2，3，4可以看出，七里河区农用地自然质量等别、农用地利用等别和农用地等别的空间分布与变化随着乡镇级行政单元变化而变化。七里河区农用地自然质量等别1—4和9—12等地分别增加了12.56%和4.81%，5—8和13—17等地分别减少了13.21%和4.16%。七里河区农用地自然质量高等别的土地面积有所提高，总体呈现下降的趋势。这主要是因为本次农用地分等更新选用最新的土地利用现状成果。在7个评价因子中，除地形坡度外的6个评价因子稳定，但占有较大比重的地形坡度较2006年显著增大，这是本次分等更新成果自然质量等别呈现下降趋势的一个重要原因;同时由于七里河区城市扩张和重点建设工程的实施，部分自然质量较好的农用地转换为工业用地或新增建筑用地，使得农用地总体的自然质量有所下降。农用地利用等别1—4和9—12等地面积增加0.59%和0.26%，5—8和13—17等地面积分别减少0.06%和0.79%。七里河区农用地利用状况没有发生重大的变化;在七里河区农用地等别分等更新中，1—4等地增加了5.27%，5—8和9—12等地分别减少了4.68%和0.58%。高质量的优等地主要集中在七里河区的城市建成区和各乡镇的行政中心。

4 结论

1)七里河区农用地的自然质量处于中等水平，低自然质量等所占农用地面积比重提高，高自然质量等所占农用地面积比重降低，七里河区农用地自然质量总体呈现下降趋势。

2)七里河区农用地土地利用没有发生重大变化，农用地投入产出水平有所下降。

3)各个等别呈现一定的空间分布规律，高等别的农用地集中在七里河区城市建成区、各个行政乡镇的中心以及实验田基地等区域，较低等别的农用地集中分布在山区与乡镇周边。

通过应用近期的高分辨率遥感数据以及坡度、土壤等相关统计数据，可以保证更新成果的现势性，提高成果精度和质量，进而为土地开发整理、实现耕地总量动态平衡、总体规划、基本农田保护规划的修订和完善提供依据。但此项工作仍然存在一些问题，如怎样将道路通达度、河流距离、城市扩张等因素综合到农用地分等定级的体系中，如何确定各个因子在农用地分等定级模型中的权重分配，确定相应的评价指标等有待进一步研究。

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Updated Evaluation and Analysis of Farmland Classification in Qilihe District of Lanzhou

FU Tian－xin1，2，YAN Hao－wen1，LUO Cheng－feng2，SHA Yu－kun2，3，QIAO Zhan－ming1，2
(1.School of Mathematics，Physic and Software Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China;2.Chinese Academy of Surveying＆Mapping，Beijing 100830，China;3.School of Information Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China)

This paper used high－resolution images such as QuickBird and WorldView to interpret agricultural map spots of Qilihe，and took the spots as the study objects.According to the actual situation of Qilihe，the authors combined the Delphi method with experts’opinions to determine seven evaluation factors such as the terrain slope，effective soil depth，soil PH value and the irrigation assurance rate for agricultural land updated classification.Detailed spot investigation method and calculation model in farmland classification procedures were used to amend and update the Qilihe agricultural spot.The results show that the quality of the natural agricultural land tends to decline，the agricultural land use has no significant changes，the agricultural input and output levels somewhat decrease，and the agricultural lands of various classes show certain spatial distribution regularity.

farmland;classification update;grade;Qilihe

TP 79

A

1001－070X(2012)03－0140－06

付天新(1986－)，男，硕士研究生，主要从事遥感与GIS应用研究。E－mail:fu_tianxin@163.com。

(责任编辑:李瑜)

10.6046/gtzyyg.2012.03.25

2011－11－21;

2012－01－09

国土资源大调查研究“土地调查监测成果综合分析”项目(编号:DC100611－01)资助。