基于“两区”划定的农田数字化管理方法研究

陈礼鹏，吴良茹，郭正厅，李 奇

（1.毕节市农田建设服务中心，贵州 毕节 551700；2.金沙县农业产业发展服务中心，贵州 毕节 551800）

0 引言

农业现代化的发展离不开大数据分析[1]、农业机器人技术[2-3]、农业物联网[4-6]、人工智能[7]、农业遥感[8]等技术的推动。“两区”划定是基于农田大数据管理技术数字化管理，保护国家粮食安全生产提出的，它对促进现代农业技术的发展、加快农业现代化进程具有重要意义。通过对“两区”数据的管理，融入大数据云计算、物联网等技术，未来的农业将会向着数字化、信息化、精准化方向发展。

“两区”是指粮食生产功能区和重要农产品生产保护区，粮食生产功能区包括玉米、水稻、小麦生产种植区[9]，全国建设任务为9 亿亩（1 亩=0.067 hm2），其中玉米4.5 亿亩、水稻3.4 亿亩、小麦3.2 亿亩，含水稻和小麦复种区0.6 亿亩、小麦和玉米复种区1.5 亿亩，如图1 所示。水稻种植优势区主要分布在长江中下游、华北、华南、西南、东北地区；小麦种植优势区主要分布在黄淮海地区、长江中下游、西北及西南地区；玉米种植优势区主要分布在松嫩平原、三江平原、辽河平原、黄淮海地区[12]。

图1 粮食生产功能区任务面积（单位：亿亩）

重要农产品生产保护区包括大豆、棉花、油菜、糖料蔗、天然橡胶种植[9]，全国建设任务为2.38 亿亩，其中大豆1 亿亩、油菜0.70 亿亩、棉花0.35 亿亩、天然橡胶0.18 亿亩、糖料蔗0.15 亿亩，含水稻和油菜籽复种区0.60 亿亩、小麦和大豆复种区0.20 亿亩，如图2 所示。大豆种植优势区主要分布在东北、黄淮海地区，油菜种植优势区主要分布在长江流域，棉花种植优势区主要分布在新疆、黄河流域，天然橡胶种植优势区主要分布在海南、云南、广东，糖料蔗种植优势区主要分布在广西、云南。当前，全国已完成10.58 亿亩的划定目标和建设任务，粮食生产功能区的划定有效保障了国家粮食安全和重要农产品供给，使得中国人自己的饭碗端得更加牢固，农业产业安全得到显著增强[10-12]。

图2 重要农产品生产保护区任务面积（单位：亿亩）

“两区”划定是在永久基本农田、农村土地承包经营权确权登记、国土“三调”等成果的基础上开展的划定[12]，要求耕地地块相对集中连片、权属清晰，根据地块四至范围、面积、权属等信息，制作矢量图斑。平原地区集中连片区域单个图斑原则上不低于500亩，丘陵山区相对集中连片区域单个图斑原则上不低于50 亩。毕节市平均海拔在1 000 m 左右，属于典型的丘陵山区，基本上无天然橡胶、糖料蔗种植，因此毕节市“两区”划定主要是玉米、小麦、水稻粮食生产保护区划定和油菜重要农产品保护区划定。本文着重以贵州省毕节市“两区”划定为例，分析研究“两区”划定的方法，提出“两区”数字化管理模型。

1 毕节市“两区”划定

毕节市“两区”划定面积总计为粮食生产功能区面积为265 万亩，其中水稻45 万亩、小麦55 万亩、玉米195 万亩；油菜重要农产品生产保护区面积为40 万亩，全部与水稻复种。具体“两区”划定区域分布如表1 所示。

表1 毕节市“两区”划定区域分布单位：万亩

续表

2 材料与方法

2.1 材料和工具

2.1.1 材料

“两区”划定材料主要包括永久基本农田矢量图斑、土地利用现状、农村土地承包经营权确权登记成果、国土“三调”、农业发展规划等建设资料，包括各渠道实施的农田建设、农业生产配套服务、水利规划等相关建设项目的图像及矢量图斑。

2.1.2 工具及步骤

计算机、导航定位系统、卷尺、相机等量算和记录工具；计算机采用普通联想台式电脑（内存8 GB，主频2.90 GHz）；移动硬盘，容量500 G，接口为USB 3.0；内业处理软件运用ArcGIS 10.6；Matlab 16.0 图像处理软件；运用SPSS 21.0 作为数据分析软件、数据库软件，质量检查软件采用“两区”划定质检软件（官方）。

1）图件测制：运用内业处理软件ArcGIS 10.6 将图件资料进行叠加比对和综合分析，确定“两区”片块和地块边界，制作内业底图。

2）预编码：ArcGIS 10.6 制作的图件中的片块和地块进行预编码，制成“两区”划定工作底图，导出“两区”片块和地块空间位置、数量、边界，实地调研中，运用相机和纸笔做好记录和图件粗修正。

3）数据建库：运用ArcGIS 10.6 软件制作分布图，进行数据建库。

4）成果分析：运用SPSS 分析划定成果数据，对误差进行分析，并对划定成果进行质量检查，合格后开展上图入库，并做好后期成果管理。

2.2 “两区”划定方法

“两区”划定方法步骤分为：图件绘制、底图制作、实地勘查、面积量算、分布图编制、数据建库、成果管理。图3 为毕节市“两区”划定流程。

图3 毕节市“两区”划定流程

3 结果与分析

按照“两区”划定方法，最终划定结果如表2所示。在水稻划定面积中：金沙县“两区”划定面积最大，为12 万亩，威宁县划定面积最小，为0 亩；小麦划定面积中：织金县和纳雍县“两区”划定面积最大，为10 万亩，百里杜鹃和金海湖新区划定面积最小，为1 万亩；玉米划定面积中：威宁县“两区”划定面积最大，为27 万亩，金海湖新区面积最小，为2 万亩；油菜重要农产品保护区（与水稻复种）划定面积中：金沙县“两区”划定面积最大，为11.5万亩，威宁县和赫章县划定面积最小，为0。

表2 毕节市“两区”划定结果

续表

结合地理位置、区域面积等诸多因素分析，由于威宁县和赫章县海拔海拔较高，平均海拔2 000 m以上，且水源缺乏，不适宜水稻、油菜生长，因此威宁县水稻和油菜划定面积为0亩，赫章县水稻仅为0.5万亩，油菜划定面积为0亩。在10个县区中，威宁县地域辽阔，玉米和马铃薯为威宁县传统种植作物，玉米划定面积最大。而金沙县、织金县、纳雍县水源充足，气候适宜水稻和油菜生长、加上地域面积等因素，因此金沙县水稻和油菜“两区”划定面积最大、织金县和纳雍县小麦“两区”划定面积最大。百里杜鹃和金海湖新区是毕节市新成立的新区，区域面积较小，因此在粮食生产功能区和重要农产品保护区划定任务面积上均比其他县区小。分析划定结果及误差如图4所示。

图4 毕节市“两区”划定结果及误差分析

从图4 中可以看出，除了赫章县粮食生产功能区玉米所划定的面积误差最大之外，其余县区划定面积基本和任务面积吻合。赫章县出现划定面积误差大的原因主要是：在勾绘内业时将未核实的不适宜种植玉米的地块划入，导致划定结果中玉米划定面积误差过大。

4 “两区”划定的空间数字化管理平台模型研究

4.1 “两区”片块和地块

“两区”片块是指划定的相对集中连片耕地，具有明确的权属人或经营主体、管护主体，便于进行统一生产管理。“两区”地块是指在“两区”片块范围内，已扣除农村道路、沟渠、水系等线状地物后，具体的空间种植单元，多个“两区”地块构成“两区”片块，随着现代农业的发展，通过“两区”片块的划定，可以在线准确掌握“两区”片块的面积、种植作物类型、涉及农户等信息，同时预测作物种植产量、产值、人均收入等信息。

4.2 “两区”数字化管理平台研究

图5 为“两区”数字化管理平台模型，通过“两区”划定可知i 地块面积Si，涉及人口Pi等信息，根据片块信息和地块信息可对“两区”内种植情况进行测算。

图5 “两区”数字化管理平台模型

1）种植面积测算。种植面积为区域内每个地块种植面积之和，输入地块种植面积Si，导入模型，得种植面积S，公式为

式中：

S——区域内总种植面积，亩；

Si——“两区”片块内第i地块的面积，亩；

n——“两区”片块内地块数。

2）作物产量测算。结合各地统计年鉴数据，可测算作物产量，其公式为

式中：

Xij——“两区”片块内第i块“两区”地块种植作物类型为j的亩均产量，kg/亩；

Xj——j类作物产量，kg。

3）作物产值测算。结合当地统计年鉴及市场价格变化规律，可得j类作物的单价Yj，若“两区”片块内j类作物产值用Qj表示，则公式为

式中：

Qj——“两区”片块内j类作物产值，元；

Yj——j类作物的单价，元/kg。

4）人均收入测算。人均生产收入公式为

式中：

Z——人均生产收入，元/人；

Pi——第i块地块涉及人口数，人；

m——作物种类数。

5 结语

本文结合农业现代化发展趋势，研究了毕节市“两区”划定方法，分析了划定结果，提出农业数字化管理平台模型在“两区”上的应用，具体结论如下。

1）毕节市“两区”划定分为材料准备、工具准备、图件制作、实地检验、结果修正、数据建库、数据管理，结合工作实际，毕节市主要划定为玉米、小麦、水稻粮食生产功能区265 万亩和油菜重要农产品生产保护区40 万亩，其中玉米划定面积167.1万亩，小麦划定面积55.5 万亩、水稻划定面积45.4万亩（含油菜重要农产品生产保护区40 万亩）。

2）分析研究了“两区”划定数字化管理模型平台，“两区”大数据管理模型能准确测算出粮食生产总量、总值、人均收入等情况，促进农业现代化进程中农田空间数字化管理，同时，也为农业机械化推广、农业物联网应用提供空间信息支持。