基于GIS 技术的耕地后备资源潜力调查与评价研究——以阳朔县为例

罗玉友

广西自然资源调查监测院，广西 南宁 530023

耕地后备资源潜力调查评价是严格落实耕地占补平衡管理的重要基础性工作。通过耕地后备资源潜力调查，摸清可开垦为耕地的土地分布和数量，从而为耕地占补平衡做好基础支撑。

以往的调查研究采用选取评价因子构建指标体系的方法来开展耕地后备资源潜力调查，并根据评价结果的需要开展外业调查，外业工作量大，耗时长且耗费大量人力、物力。

此次研究提出利用DEM 高程数据来辅助限制因子计算，可以首先扣除不符合耕地后备资源潜力的图斑，减少参与指标评价的计算量，再利用第三次全国国土调查外业拍摄照片辅助外业调查。在保证成果精度的情况下，这种方法减少了大量外业核查工作，提高了工作效率。

1 研究区概况

阳朔县地处东经110°13′～110°40′，北纬24°38′～25°04′之间，位于广西壮族自治区东北部，桂林市区南面。县域面积1435.61 km2，辖6 个镇、3个乡。地貌以石山、丘陵为主，山地为辅，东北部和西南部两侧地势较高，中部为一块约150 km2的山丘，海拔200～500m。自西北贯穿东南的宽阔地带属岩溶地貌，地势较低，自北向南倾斜。岩溶区内石山林立，相对高差50～300m。石山间容蚀洼地、峰林谷地、河流冲积平地交错分布，地势较平坦。据阳朔县第三次全国国土调查（以下简称“三调”）主要数据公报显示，阳朔县现有耕地8953.01 hm2，园地42455.13 hm2，林地78560.89 hm2。

2 技术与方法

2.1 调查对象

依据《广西耕地后备资源等潜力调查工作方案》，阳朔县耕地后备资源潜力调查包括宜耕农用地潜力调查、宜耕未利用地潜力调查、建设用地复垦潜力调查、耕地提质改造潜力调查四大类。

2.2 调查方法

此次阳朔县耕地后备资源潜力调查以“三调”成果为基础，应用GIS 技术提取调查对象，形成潜力调查指引图斑，对指引图斑采取内业识别预判与外业实地调查相结合的方法开展调查。

2.3 指标体系

阳朔县作为打造世界级旅游城市的先导区，在耕地后备资源构建上要符合三类原则：一是符合生态安全原则，所开发利用地块的生态不能被破坏，以便最大限度地保护生态环境。二是指标的选择要符合相关政策的要求，不能与现行政策相冲突。三是指标的选择要符合自然经济的可行性原则。

根据上述评价原则，此次研究采用不宜耕主导限制性区域排除法和限制因子排除法确定调查对象单元的宜耕性。不宜耕主导限制性区域主要有不适宜耕种、国家政策不允许耕种、因在规划中有其他用地安排不作为耕地耕种等情况。限制因子主要选取对耕地质量和种植条件有重要影响的5 个因子，包括坡度级别、灌溉条件、土层厚度、土壤类型、交通状况等。阳朔县耕地后备资源潜力调查指标体系详见表1。

2.4 技术流程及难点分析

（1）应用GIS 技术从“三调”成果中提取出初步符合要求的地类图斑作为调查对象。

（2）通过构建调查指标体系，从调查对象中提取符合要求的图斑形成潜力调查指引图斑。

（3）基于最新的遥感影像数据，对指引图斑进行内业识别预判。在此基础上，采用北斗卫星定位技术在野外对图斑进行精准定位和实地核实。

（4）将相关数据在ArcGIS 软件中叠加分析，形成耕地后备资源潜力数据库，并对耕地后备资源潜力的类型、面积和分布情况进行统计分析，提出今后开展耕地占补平衡工作的建议。具体流程如图1 所示。

图1 耕地后备资源潜力调查技术流程图

2.4.1 指引图斑提取

耕地后备资源潜力指引图斑的提取是做好耕地后备资源潜力评价的第一步，也是最重要的一步，其质量决定了后期数据成果的质量和调查评价工作的效率。首先，基于“三调”成果，提取其他农用地、未利用地、农村地区建设用地等初步符合作为耕地后备资源潜力的地类图斑，形成初步指引图斑图层。其次，结合收集到的不宜耕主导限制性区域专题数据，对照指标体系中的不宜耕主导限制性区域和限制因子的情况，运用ArcGIS 软件的坐标转换、空间叠加分析，找出初步指引图斑中不宜耕主导限制性区域。最后，将初步指引图斑与不宜耕主导限制性区域进行叠加分析，剔除不宜耕区域，得到初步满足要求的指引图斑。图2 为剔除的不宜耕主导限制区域图斑，其处于城镇开发边界内或地质灾害风险区，不适宜开垦为耕地。

图2 不宜耕主导限制性区域分析示意图

2.4.2 限制因素分析

利用ArcGIS 软件将初步指引图斑与坡度图、土壤图、地理国情监测数据的路网和水系数据、已建和规划重大引水灌区工程高精度DEM 数据等进行叠加分析。采用GIS 缓冲区分析、路径分析、多图层属性赋值、DEM 高程提取分析等技术对指引图斑的坡度级别、灌溉条件、土层厚度、土壤类型、交通状况等5 个限制因子进行分析计算和赋值。

（1）DEM 高程信息分析。利用ArcGIS 软件的栅格转矢量点工具，在每个DEM 像元中心生成一个矢量的高程点，并将高程值作为属性赋值给高程点；然后将初步指引图斑图层与高程点进行叠加分析求交，将地理国情普查成果中的水系和各类引水、灌区等已建成和规划数据进行叠加分析求交，得到初步指引图斑、水系、灌区、引水工程等区域内各处的高程值，用以辅助各项限制因子的分析计算。DEM 高程信息分析有利于判断耕地后备资源潜力图斑耕地的质量。DEM 高程信息分析结果如图3 所示，根据获得的指引图斑的高程（平均值），初步判断该图斑耕地灌溉较困难，无水源条件。

图3 DEM 高程信息分析图

（2）坡度级别分析。利用ArcGIS 软件将初步指引图斑图层与坡度图进行叠加分析求交，按照加权平均的方法，将坡度图中图斑的坡度级别赋值给指引图斑。除获得坡度级别之外，根据指引图斑内的高程点信息可进一步判断指引图斑的高差、坡度等地形表达。如高程差较小，可视为该地块地势较为平坦，坡度较缓；如高程差较大，可视为地块地势落差较大，坡度较陡，不适宜开垦。根据阳朔县耕地开垦和种植的条件，此次研究只保留坡度＜25°的指引图斑，坡度＞25°的指引图斑将会被删除。

（3）土层厚度分析。将初步指引图斑图层与耕地资源质量分类成果进行叠加分析，重叠部分直接采用耕地资源质量分类调查成果中的土层厚度值，对于未被赋值的图斑采用邻近法赋值，确定各指引图斑的土层厚度值。该部分指标可通过收集资料及外业补充调查，发现指标属性确实与实地不符的，应根据实地情况修正属性。

（4）土壤类型分析。根据收集的土壤图和土壤普查数据中的土种类型，直接获取土壤质地指标值，其中砂质、壤质、粘质土较为适宜开垦。

（5）灌溉条件分析。将初步指引图斑图层与地理国情普查水系、已建和规划的引水工程等数据进行叠加分析，采用GIS 的缓冲区分析方法，设置1 km 缓冲阈值，筛选出水源1 km范围内有灌溉条件的指引图斑。然后参考已建、在建和规划的重大引水灌溉工程中灌渠末端出水高程数据，以及指引图斑的附近灌溉水源、高程等属性信息综合判断有无水源保障。如无法判断则需在外业补充调查时进行核实，结合实地情况判断灌溉条件。

（6）交通状况分析。将初步指引图斑图层与地理国情普查成果中的路网数据进行叠加分析，采用GIS 缓冲区分析方法，设置缓存阈值，若在阈值内的可判断为交通状况相对便利。根据各地实际情况，多方面收集耕地后备资源潜力调查的区位、交通、地形地貌条件，结合遥感影像、土地利用现状图和地形图，综合考虑指引图斑所处位置、地形地貌、与居民点距离和道路状况等信息。同时，调查开发后农民是否方便耕种，或开垦后是否便于农民后期养护，是否存在开垦后丢荒风险等。

2.4.3 图斑判断

此次研究采用“三调”成果中覆盖全区的实地拍摄照片和相关专项调查数据对初步指引图斑进行综合预判。首先，将“三调”成果中的实地拍摄照片点与初步指引图斑进行叠加分析求交，保留初步指引图斑内的照片点，查看照片拍摄地的地形地貌、土壤质地、周边环境等情况，预判初步指引图斑是否适合作为耕地后备资源。其次，利用高清遥感影像纹理表现出的地形地貌、周边环境、灌溉条件、交通情况，以及原来已开展的各类专项调查对相关图斑进行综合判断，对于能直接判断的图斑直接标识为潜力，不能直接判断的则标识为外业核实。

对于内业不能准确判断的指引图斑，需逐图斑开展外业实地调查。此次外业调查充分利用“天地图”和“互联网+”举证技术，使用配备有北斗卫星定位和方向传感器的移动设备，对需调查的图斑进行全景、局部近景和利用特征等多角度实地拍照举证，并对相关外业调查情况进行记录。影像特征一致的，可采用类似图斑典型举证的方式进行举证。采取类似图斑典型举证的，应限定在同一地貌单元或同一地类图斑邻近的连续区域。外业调查举证如图4所示。

图4 外业调查举证示意图

通过内业预判和外业实地调查举证，剔除不符合耕地开垦和耕作条件的图斑，最终确定阳朔县耕地后备资源潜力图斑的面积。

按照以上技术方法，从“三调”成果中提取调查指引图斑，经过分析和预判，提取阳朔县指引图斑数80920 个，面积275.94 km2，占全县总面积的19.22%。其中，宜耕农用地潜力指引图斑面积占总指引图斑面积的55.35%，图斑数为36808 个；宜耕未利用地潜力指引图斑面积占比为1.61%，涉及图斑数545 个；建设用地复垦潜力指引图斑面积占比为13.34%，涉及图斑数25978 个；耕地提质改造潜力指引图斑面积占比为29.70%，涉及图斑数17589个。

3 阳朔县耕地后备资源潜力调查成果分析

经过内业预判和外业实地核实，完整填写耕地后备资源的各类属性，构建阳朔县耕地后备资源数据库。经分析，阳朔县可作为耕地后备资源潜力图斑面积占总指引图斑面积的21.72%。

从宜垦地类上看，从其他地类开垦为耕地的占总潜力的45%，提质改造为水田的占总潜力的50.5%,复垦为其他农用地的占总潜力的4.5%。

从潜力类型上看，宜耕农用地潜力占总潜力的37.53%；宜耕未利用地潜力占总潜力的2.39%；建设用地复垦潜力占总潜力的9.56%；耕地提质改造潜力占总潜力的50.52%。

从空间分布上看，耕地后备资源潜力面积最大的乡镇是兴坪镇，占比为28.54%；其次是葡萄镇占20.92%，福利镇占17.42%，金宝乡占14.42%；其他乡镇的占比均在10%以下（见表2）。

表2 阳朔县各乡镇耕地后备资源潜力占比统计

4 成果应用建议

（1）阳朔县各乡镇耕地后备资源潜力中，福利镇、兴坪镇、葡萄镇、金宝乡的耕地后备资源潜力较大，总计超过总潜力的80%。在进行耕地后备资源潜力开发时，建议先从这4 个乡镇挖掘耕地潜力。在其他耕地后备资源潜力较小的乡镇，建议从实际出发，本着保护优先、分类施策、因地制宜的原则，科学合理地开发利用耕地后备资源。

（2）阳朔县在编制相关规划及设计引水灌溉工程时，要充分考虑耕地后备资源潜力图斑的空间分布，优化灌区水渠的设计线路，以保障更多新增耕地的用水，同时改造水利设施，提升用水效率。

（3）阳朔县在编制生态修复规划时，要充分考虑耕地后备资源潜力图斑的空间分布，合理安排综合整治修复工程，优先开发耕地后备资源潜力集中、面积较大的重点区域。

（4）在耕地后备资源潜力开发过程中，各乡镇政府应综合考虑交通、区位以及社会经济等因素，抓住农民与土地关系重点问题，避免开发后的耕地再次被撂荒。

（5）统筹建立耕地后备资源潜力调查年度更新机制。为切实加强耕地占补平衡监督管理，建立耕地后备资源潜力基础库，将实施情况纳入自然资源综合监测监管范围，并建立年度更新机制。

5 结 语

此次阳朔县耕地后备资源潜力调查研究中，充分利用 GIS 坐标转换、空间分析等功能，创新性提出DEM 高程数据辅助限制因子计算和“三调”外业调查拍摄照片辅助外业调查的技术方法，形成内业分析为主、外业调查为辅的调查技术路线，降低了耕地后备资源潜力调查的工作量及人力财力的投入，提高了工作效率，提升了成果质量及其应用价值，为合理开发利用耕地后备资源、落实耕地占补平衡提供了依据。