基于多源数据的合肥市基本农田动态变化监测研究

骆昌鑫

（合肥市自然资源和规划局，安徽 合肥 230071）

0 引言

基本农田在稳定粮食生产等方面有着十分重要的地位和作用，同时还具有气候调节、水土保持、污染物净化等生态功能。国家对基本农田的保护高度重视，专门出台基本农田保护条例，采取行政、法律、政策、经济、技术等综合手段，不断加强管理，实现基本农田的质量、数量、生态的综合全面管护。新土地管理法将基本农田提升为永久基本农田，加上“永久”二字，体现了严格保护的鲜明态度，保护管理将会更加严格，新法也明确规定，永久基本农田一旦划定，任何单位和个人不得擅自占用或者改变其用途。

全面实行永久基本农田特殊保护，是确保国家粮食安全、深化农业供给侧结构性改革、促进经济高质量发展的重要前提，是实施乡村振兴、促进生态文明建设的必然要求，对全面建成小康社会、建成社会主义现代化强国具有重大意义[1-2]。

但是，随着城市化、工业化的进程，导致基本农田利用的类型、权属以及空间结构都发生了变化，耕地资源不断减少，耕地质量下降，耕地生态破坏，耕地撂荒、非农化占用等问题，如果不加以重视，将影响整个经济社会的持续发展。

因此，基于多源数据、利用信息技术手段对耕地特别是基本农田资源进行监测分析和评价，为制定相应的保护对策提供科学参考，对于完善保护措施、提高监管水平以及粮食安全、社会经济和环境的可持续发展均具有重要的意义[3-6]。

1 研究区概况

本次研究区域为合肥市域范围。合肥市是安徽省省会，位于30°56′~32°33′N、116°40′~117°58′E之间，居安徽中部、江淮之间，承东启西、连南接北，靠山抱湖、临江近海。地处长江三角洲西翼，属于“长三角”城市群，是沿海的腹地、内地的前沿。

合肥市现辖肥东、肥西、长丰、庐江4个县，1个县级巢湖市，以及瑶海、庐阳、蜀山、包河4个区，全市共有133个乡（镇、街道）。合肥市环抱中国五大淡水湖之一的巢湖，江淮分水岭自西南向东北横贯全境。地理位置如图1所示。合肥境内有丘陵岗地、低山残丘、低洼平原三种地貌，以丘陵岗地为主。主城区地势由西北向东南倾斜，岗冲起伏；西南部属大别山余脉，层峦叠嶂。

图1 合肥市地理位置示意图

合肥市国土总面积11 445平方公里，其中，市区面积1 337平方公里，建成区面积455平方公里。根据2018年合肥市土地变更调查数据统计，合肥耕地面积55.88万公顷。

合肥市是全国重要的粮食和农副产品生产区。粮食作物以水稻、小麦为主，经济作物主要有油菜、棉花、瓜果、蔬菜等，畜禽养殖业发达，特色农产品丰富。全市粮食作物种植面积约745万亩，粮食总产量约323万吨。

2 技术思路

本文研究的技术思路为：首先，综合土地调查地类分类标准、土地规划基本农田分类标准、地理国情监测数据分类标准等，制定基本农田专项监测分类规则，将基本农田专项监测数据分类划分为农用耕地、撂荒地和疑似非农化占用地三类；然后，以基本农田图斑数据为基础数据，叠加、融合地理国情调查监测数据、年度土地变更调查数据、高分辨率遥感影像数据、建设用地审批数据以及相关行业专题数据，依据基本农田专项监测分类标准，通过影像解译并辅助外业核验，构建基本农田专项监测数据；最后，基于基本农田专项监测数据，开展基本农田专项监测分析工作。具体技术路线如图2所示。

图2 技术路线

3 监测与分析

3.1 信息采集处理

3.1.1 基础数据资料收集整理。本文研究收集整理的基础数据资料包括：（1）合肥市永久基本农田数据，主要为2017年基本农田调整完善成果；（2）合肥市第二次全国变更调查数据，主要为2018年土地变更调查数据；（3）合肥市建设用地审批相关数据，主要为截至2019年土地报批及土地供应数据；（4）土地整治数据，主要为截至2019年土地开发、复垦和整理等土地整治数据；（5）DOM影像数据，主要为合肥市2019年卫星遥感影像数据；（6）地理国情普查及监测数据，包括2017年合肥市地理国情普查成果数据和2019年合肥市地理国情监测数据；（7）农用地质量等别数据，主要为2019年耕地质量等别评价成果；（8）合肥市统计年鉴及相关专题数据，主要包含2019年度合肥市统计年鉴，土地规划、城市建设与规划、生态环境等专题数据。

将收集的第二次全国土地变更调查数据、基本农田数据、地理国情普查数据、建设用地审批数据、统计年鉴数据等各种数据成果，按照统一的坐标系与分类编码等标准进行整理，并建立相应的数据库。

3.1.2 基本农田变化信息采集。将地理国情监测数据、遥感影像数据、基础测绘数据以及土地变更调查数据等与基本农田图斑数据进行叠加，利用目视解译、样本比照、叠置分析等方法，将基本农田地表覆盖划分为农用耕地（包括水田、旱地、水浇地）、撂荒地（指未种植农作物的耕地）以及疑似非农化用地三类[7-8]。

根据已有的基础数据分析整理出每种分类的影像的解译特点，先选择部分图幅进行试验样本采集，然后通过外业核查、内业再次分析总结样本特征，建立地物样本库，之后，对照地物样本库开始全面内业采集。

对内业数据采集或基本农田巡查过程中存在疑问、疑似非农占用的耕地，开展外业调研和巡查验证，采集相关地块的基本信息，包括：地理位置信息、占用情况、面积、地表覆盖类型等信息。

3.2 数据分析评价

3.2.1 基本农田分布状况。利用收集的基本农田数据，对合肥市各区县划定的基本农田图斑面积进行计算汇总、统计分析（面积计算为图斑的平面坐标面积，未扣除图斑中的线状地物和零星地物的面积，以下涉及的面积计算方法相同），具体情况见表1。

表1 合肥市基本农田面积统计表

从表1和图3及图4可以看出，合肥市基本农田（图4黄色区域）主要分布在各县及巢湖市，四县一市基本农田总面积467 485公顷，占全市基本农田总面积比例超过94%，其中长丰县、肥东县和庐江县的基本农田面积均超过10万公顷，占全市基本农田总面积比例均超过20%；市本级所辖四个区为合肥市主城区，建成区面积较大，耕地仅在主城区外围分布，因而基本农田面积较小，总面积27 771公顷，占全市基本农田总面积比例不足6%，主要分布在主城区外围。

图3 合肥市基本农田面积及占比统计图

图4 合肥市基本农田分布图

3.2.2 基本农田质量分析。通过合肥市基本农田图斑与合肥市耕地质量评价成果图进行套合、叠加，对合肥市各区县基本农田的质量等别进行统计、汇总，分析基本农田质量情况[9]。

全国耕地质量等级评价将耕地划分为15个质量等级，1等级耕地质量最好，15等最差。全国耕地按照1~4等、5~8等、9~12等、13~15等划分为优等地、高等地、中等地和低等地。由表2和图5可以看出，合肥市基本农田的质量等级分布在3~11等之间，主要为高等地和中等地。其中，7等地的面积最大，总计196 200公顷，占所有基本农田的39.6%，主要分布在蜀山区、长丰县和肥西县。其次为9等地，总面积114 349公顷，占所有基本农田的23.1%，主要分布在肥西县。

图5 合肥市不同质量等级的基本农田占比统计图

表2 合肥市基本农田质量等别面积统计表

从图6可以看出，大部分区县的基本农田质量较为单一，面积占比大的质量等级多为2~3种，主要是因为合肥市大部分区县地形平坦，土壤条件类似，水源丰富，所以耕地质量相差较小。而庐江县和巢湖市的基本农田质量等级范围较广，分析这两地，其地形为江淮丘陵向长江平原的过渡地带，地形较为复杂，低山、丘陵、岗地、平原和水域等地貌混合分布，所以其耕地质量从3等~11等都有，部分平原地区其土壤理化性质优良，存在部分高产田和超高产田，所以合肥市的少量优等地也主要分布在这两个区县。

图6 合肥市各区县不同质量等级基本农田统计图

3.2.3 基本农田闲置撂荒状况分析。利用基本农田变化信息采集结果，提取闲置撂荒基本农田图斑，进行统计汇总，分析基本农田闲置撂荒的状况。

农田闲置撂荒是基本农田得不到充分利用的基本体现。从表3可以看出，合肥市2019年基本农田撂荒面积为524.4公顷。其中，撂荒地最多的是巢湖市，面积为146.9公顷；其次为肥西县，面积100公顷；市辖区中，蜀山区的撂荒面积最大，面积72公顷；撂荒地面积最小的是瑶海区，面积3.2公顷。

表3 合肥市基本农田闲置撂荒面积统计表

由表3和图7可知，在合肥市各区县撂荒地面积占各地基本农田面积比例来看，市本级所辖四个区撂荒地的面积较小，但是由于基本农田面积基数也较小，所以撂荒地面积占基本农田面积的比例相对较大，其中庐阳区撂荒地占比最大，为0.58%；其次为瑶海区0.39%；合肥市下辖县（市）撂荒地面积占基本农田面积的比例相对较小，最小的为庐江县，比例仅为0.04%。

图7 合肥市各区县撂荒地面积及占基本农田比例情况统计图

从图8中合肥市各乡镇撂荒地（未耕种）分布情况来看，其中面积较大的地方主要有长丰县的造甲乡、巢湖市的拓臬镇和肥西县的小庙镇，这几个乡镇的撂荒地面积均在50~80公顷之间，相对其他乡镇较高；其次是巢湖市的夏阁镇和庙岗乡以及肥西县的花岗镇和上派镇，撂荒地面积均在20~50公顷之间；其余地方基本农田中的撂荒地面积较小，均在20公顷以下，其中肥东县的撮镇镇、巢湖市的中垾镇以及庐江县的金牛镇等，撂荒地面积不足1公顷。

图8 合肥市各乡镇撂荒地分布图

综合来看，合肥市各区县撂荒地面积绝对数不是很大，全市133个乡（镇、街道）中，87个乡（镇、街道）没有撂荒地，占全市乡（镇、街道）总数近三分之二，但是仍有46个乡（镇、街道）不同数量地存在撂荒地，需查明撂荒地原因，按照实际需求鼓励开发利用。

3.2.4 基本农田中疑似非农化情况分析。基于合肥市基本农田专项监测图斑数据库，本项目对合肥市各区（县、市）基本农田中疑似非农用地情况进行统计分析，具体情况如下所示：

从表4可以看出，合肥市各区（县、市）基本农田中疑似非农地总面积356.3公顷，其中下辖四县的疑似非农地面积相对较大，均在65公顷以上，其中长丰县为90.4公顷；市本级四个区中，蜀山区面积相对较大，约为21公顷，其他3个区的面积较小，瑶海区和包河区面积不足1公顷；从疑似非农地占本行政区基本农田比例来看，疑似非农地面积占比较大的为瑶海区和蜀山区，占比为0.1%~0.11%；其次是庐阳区、肥西县和长丰县，占比在0.08%~0.09%；疑似非农用地占比最小的为包河区，不足0.04%。

表4 合肥市疑似非农地面积及占比情况一览表

由图9可知，合肥市133个乡（镇、街道）基本农田中，40个乡（镇、街道）没有基本农田被疑似非农化占用情况，其余93个乡（镇、街道）存在不同数量的疑似非农占用情况。存在基本农田疑似非农化占用的乡（镇、街道）中，长丰县岗集镇和双墩镇疑似非农占用面积较大，面积均在36公顷左右；其次为蜀山区小庙镇、肥西县和庐江县庐城镇，面积在16~19公顷之间；其余多数乡（镇、街道）疑似非农化占用面积在10公顷以下，其中70多个乡（镇、街道）面积在5公顷以下。

图9 合肥市各乡镇疑似非农地分布图

3.2.5 总体评价。合肥市基本农田图斑范围内，疑似非农地面积占基本农田总面积的0.07%；撂荒地面积占基本农田总面积的0.11%。由上述数据可以分析出，合肥市基本农田疑似非农占用和撂荒比例均较小，土地利用情况总体不错。

但是作为严格保护的永久基本农田，存在疑似非农用地面积不容忽视，经影像判读及部分外业实地调查，疑似非农用地中面积较多的地表地类主要为工矿仓储及交通设施用地等，造成这一现象的原因，可能与合肥市近年来城市化进程的加快有关，具体原因需结合农业、经济、统计等部门的数据展开客观分析。

4 结论与讨论

4.1 结论

传统的永久基本农田划定和相关调查项目，只是针对土地的用地属性进行大致分类，主要包含水田、旱地、水浇地以及可调整地类等，对地块的实际种植属性等调查不够明确。

本文提出将传统的土地利用现状变更调查、永久基本农田划定等成果与新型的专项性地理国情监测等成果相结合，充分发挥各类调查成果效用，并基于遥感影像等其他多源数据对基本农田数量、质量、利用等情况进行分析，通过不同时点的监测结果，构建基本农田专项监测数据库，制作合肥市基本农田专项监测图斑分布专题图件，展示合肥市农用耕地、撂荒地以及疑似非农用地的分布状况，从地理空间角度分析基本农田现状，并可以进一步对比分析评价不同时点的演变情况，能够厘清基本农田利用类型的现状以及变化情况，使得基本农田的现状和变化情况更加准确、直观地予以展现，为基本农田管理提供更加科学、合理的信息数据支撑[10-11]。

4.2 关键技术

（1）探索了多源数据快速精准化整合技术。利用时空内插、语义整合、坐标转换、尺度变化、地理编码与反编码等技术，研究土地调查数据与传统测绘数据、国情普查数据的快速精准化整合，实现其时态统一、语义一致、坐标参考统一和尺度统一，探索专题数据的属性补齐与一致化方法，保障专题数据的完备性和全覆盖。

（2）构建了专项监测图斑影像解译标志库。项目基于2019年度基本农田专项监测外业调查验证采集的图片数据，构建了合肥市基本农田专项监测图斑影像解译标志库，为后期内业解译工作积累丰富的资料信息，极大提升了内业信息解译精度和效率，降低内业解译人员专业要求门槛。

4.3 讨论与展望

随着遥感技术的不断更新，高精度、现势性强的DOM数据获取已经实现，基本农田专项监测信息采集不再局限于传统的低分辨率卫星影像，可以基于0.5米高分辨率影像开展，或者全域航空摄影及局部无人机摄影等更高分辨率影像开展；随着各地卫星应用技术中心的建设运行，遥感影像的获取频率更高、影像种类更多，结合专业遥感影像分析引擎，这样能大大提高内业信息采集精度和效率。

自然资源部也开发部署了“全国永久基本农田监测监管系统”，可以在此系统基础上，进一步开发永久基本农田管护系统[12]，与自然资源部的系统对接，并扩展种植属性、地物辨识及产出等功能，借助信息系统实现本文探索的基本农田数量、质量、利用结构、种植情况分析以及对基本农田时空动态变化过程进行监管，并利用GIS强大的空间分析功能从不同时相的基本农田利用现状图中提取基本农田的变更信息，对基本农田的利用状况进行趋势预测，构建预警模型，建立基本农田保护预警预报体系，实现基本农田动态监测监管和预警长效机制。