西南山区耕地遥感调查与开发潜力评价——以奉节县竹园镇义和村为例

罗 雪，何锦峰，张 思，张喻翔，杨 成

(重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074)

1 引言

我国西南山区耕地面积占土地面积比例较低，但却是确保当地农业可持续发展的重要基础[1]。展开西南山区耕地资源调查与开发潜力评价，对掌握山区耕地资源时空分布规律、判断开发潜力具有重要意义。近年来，利用遥感与地理信息系统等数据源和工具，结合系统聚类法、层次分析法、模糊数学法和综合指数法等模型或方法，进行耕地开发潜力评价，已成为土地调查与评价的热点之一[2～4]。周红艺等[5]将SOTER软件与耕地地力评价模型结合，建立了基于层次分析法的耕地地力评价系统，并制作了相应的专题评价图；盛艳等[6]对基于GIS技术的耕地地力等级划分过程与方法进行了研究，明确了不同等级耕地的面积、空间分布格局；梁金明等[7]运用GIS技术，采用模糊数学法等对珠三角典型平原地区耕地地力进行评价，得到了高、中、低产田面积分别占比；孟丽君等[8]将曲周县1973～2014年的耕地利用划分为改土治碱、稳定发展、高效提升3个阶段，并对不同阶段耕地利用系统韧性进行评价。但现有耕地地力评价研究多针对典型平原地区，对于遥感影像解译难度大的山区的研究相对较少；同时，对耕地的评价多侧重于土壤肥力，对耕地开发潜力评价亦相对较少。因此，论文构建山区耕地开发潜力评价指标体系及模型，以奉节县竹园镇义和村为案例，利用遥感技术、统计数据等提取耕地潜力评价指标，在进行开发潜力评价和等级划分，提出了应对山区耕地匮乏与利用不充分问题的对策与措施。

2 研究材料

2.1 研究区概况

义和村位于重庆市奉节县竹园镇南部。全村总面积12.18 km2，耕地面积938.78亩，共有4个社，25个村民小组，户籍人口为1920人。义和村属中亚热带湿润季风气候区，气候温和，四季分明，无霜期长，雨量充沛，垂直气候明显。地貌属于四川盆地东部山地地貌，山峦起伏，沟谷纵横，海拔介于600～1200 m之间。

2.2 基础数据

从地理数据空间云上获取2019年义和村高分辨率的遥感影像图、30 m×30 m的DEM高程图、相关部门提供的义和村土壤肥力分布图。

3 土地利用遥感调查

3.1 土地利用遥感解译

将遥感影像导入ENVI软件，经几何校正和辐射校正后，利用ArcGIS对影像与DEM配准并裁剪。根据由国土资源部组织修订并用于全国第三次土地调查的《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2017)分类体系，结合义和村土地利用现状，土地利用类型包括耕地、园地、林地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他用地共9种一级地类。其中，耕地又分为水田、旱地2个二级地类，并从遥感影像的色调、形状、纹理等方面，建立相应遥感影像解译标志；根据解译标志，人工目视解译提取土地利用类型信息[9]，并经实地踏勘进行解译精度检验，解译类型精度达到99%。

3.2 耕地遥感解译

3.2.1 耕地面积

从图2中可以看出，义和村现有土地利用类型，主要以林地为主，园地、耕地为辅，其中耕地所占面积比例不高，仅为5.14%，通过计算得人均耕地面积为0.49亩/人，远低于全国的1.5亩/人。

图2 义和村土地利用现状

3.2.2 耕地组成

绘制耕地(旱地、水田)斑块面积箱线图如图1所示，从图中可知，义和村山区耕地以旱地为主，大多数数据位于95%置信区间内。

3.2.3 耕地特征

共有耕地斑块239个，总面积938.78亩，平均斑块面积2.87亩，最大34.28亩，最小面积为0.11亩，中位数、上下分位数分别为1.79亩、0.88亩和4.41亩(图1)。其中，水田斑块16个，总面积26.24亩，平均斑块面积1.64亩；旱地斑块223个，总面积912.54亩，平均斑块面积4.09亩。反映受地形、城乡建设用地、林地等分割，耕地破碎，平均斑块面积较小。

图1 耕地斑块面积

4 耕地开发潜力评价

4.1 评价指标与模型

根据全国耕地地力调查与质量评价指标体系总集，并结合当地具体实际，建立耕地开发潜力评价的指标体系及AHP评价模型，模型以耕地开发潜力为目标层(A)；以规模(B1)、地形(B2)、土壤(B3)、开发条件(B4)为准则层；规模(B1)准则层下包括等指标，地形(B2)，土壤(B3)，开发条件(B4)。将10个评价指标通过建立层次结构、构造判断矩阵、层次单排序及其一致性检验、层次总排序及其一致性检验得出各因子的组合权重。模型及权重见表1。

表1 耕地开发潜力评价指标权重

4.2 单因子评价分级

耕地开发潜力评价的基本单元为独立的耕地地块[10]。单因子评价分为正向指标评价、负向指标评价和其他指标评价。正向指标包括地块面积、土层厚度、有机质、灌溉保证率、化肥施用量，其分值采用式(1)计算；负向指标包括海拔高度、坡度、距通车道路距离，其分值采用式(2)计算；运用ArcGIS中的重分类工具，将各正向、负向因子得分划分为1～5共5个等级。其他指标包括坡向和pH值，坡向按南—等级5、东南/西南—等级4、东/西—等级3、东北/西北—等级2，北—等级1对耕地划分等级；pH值按5.5～6.5—等级5，4.5～5.5—等级4，6.5～7.5—等级3，<4.5—等级2，>7.5—等级1。各项指标划分的等级越高，则其对应耕地地块评价单元的得分越高。

正向、负向指标评分模型如下：

正向指标：

(1)

负向指标：

(2)

式(1)、(2)中：Vmn为第m个耕地地块，第n个评价指标的评价得分；Hmn为第m个耕地地块，第n个评价指标特征值；m为第m个耕地地块，m=1，2，…，239；n为第n个指标，n=1，2，…，10。

4.3 综合评价

将耕地地块各项指标综合权重与等级赋值通过式(3)进行计算，并再对结果进行分等划级如图3所示，综合级别越高，对应耕地越具有开发潜力。

(3)

式(3)中，Em为第m块耕地开发潜力等级；Cmn为第m块耕地的第n个指标等级值；Wn为第n种指标的综合权重值；m、n意义同式(1)、式(2)。 义和村耕地开发潜力综合评价结果见图3。

图3 义和村耕地开发潜力综合评价

4.4 潜力分级

计算结果，各地块综合评价得分为1～5，分别对应的等级分别1～5级。通过统计分析可知(表2)，义和村耕地总面积938.78亩，其中开发潜力为5级的土地较少，面积有59.54亩，仅占总面积的2.73%，大部分耕地的开发潜力都集中于2、3、4等级：等级为2的耕地面积为282.28亩，占有30.07%；等级为3的耕地面积有273.46亩，占总耕地面积的29.13%，等级为4的耕地有297.83亩，占31.73%。有6.34%的耕地开发潜力等级为1级，面积有25.67亩。

表2 义和村耕地开发潜力评价统计

根据评价结果来说，义和村的耕地多数处于2、3等级，规模(土地整理)、开发条件(交通、灌溉、管理水平)是造成目前开发潜力不高的主要原因。

5 结论与讨论

5.1 结论

(1)耕地数量特征。义和村耕地总面积为938.78亩，耕地所占总面积比例仅为5.14%，人均耕地面积少，仅为0.49亩/人，低于全国平均水平。

(2)耕地空间特征。受地形影响，纵观整个义和村，耕地地块零碎，但是根据耕地开发特征来看零碎的耕地也有相对集中的地方。北部地区两处耕地较集中；中部地区由于道路分割、地形影响，零碎耕地较为集中；西南地区受道路影响较大，耕地无规则地分布在道路两边，呈不规则的条状带，东南地区耕地无明显特征，随地形零星分布。

(3)耕地开发潜力特征。如图3所示，义和村西北角区域的耕地地块开发潜力等级相对较高，大多数处于4和5级，此区域的耕地地块面积相对较大，交通便利，且所处的位置地形较平；北部的集中的耕地开发潜力不大，一般处于1～3等级；中部地区零碎耕地地块多数处于等级1和等级2，有4块地块相对独立且评价等级为4；集中在西部的地块耕地面积较大，但是坡向和土层厚度评价等级较低以至于综合开发潜力评价等级位于2～4之间；西北区域的地块呈条带状分布，耕地等级处于3和4，等级为5的地块有两处。

5.2 讨论

(1)山区耕地评价开发潜力评价指标与模型。文中基于层次分析法，科学地选取了规模、地形、土壤和开发条件4个方面的10个评价因子，构建了义和村耕地开发潜力层次分析评价模型，建立了耕地开发潜力等级划分指标体系，计算了各评价因子的综合权重和得分，最后计算出各耕地斑块的开发潜力综合得分，并对综合得分定量化地分为了1～5级，以可视化的表达方式清晰地表达耕地开发潜力的数量特征和空间特征。

(2)山区耕地开发潜力提升途径。结合产业结构调整，发展经济农业，提高耕地生产能力。根据评价出的利用资源条件好，开发潜力大的耕地，义和村目前大力发展生态农业，积极改变农业发展方向，优化种植体系，开展香菇、石榴和脆李等的实验种植，发展现代种植，为义和村推进乡村振兴工作和脱贫攻坚提供重要资源保障。耕地分散、平均斑块面积小、地形崎岖，加大耕地改造力度，规模(土地整理)、开发条件(交通、灌溉、管理水平)。

致谢：本文在野外现场调研过程中，得到重庆交通大学建筑与城市规划学院林孝松教授、奉节县竹园镇义和村村民委员会的大力支持和帮助，谨致谢忱！