基于潜力指数组合的耕地质量等级监测布点方法

耕地的数量、质量问题关系中国的粮食安全和社会的长治久安,耕地质量等级监测工作是贯彻落实耕地保护政策的一项重要举措。该文依托耕地质量等级监测试点项目,以北京市大兴区为例,对监测样点的布设方法进行了研究。在划分监测控制区的基础上,根据影响耕地质量的主要土壤特征,建立"自然等别-主导因素"理论模型,并用所建模型对控制区进行细分,在此基础上进行监测样点的布设。分析得出,大兴区耕地质量等级监测共划分6个监测控制区,39个自然等提等潜力指数组合类型;通过对39个自然等提等潜力指数的组合,得到8种"自然等别-主导因素"类型,在此基础上布设监测样点58个。研究成果显著提高了监测样点的精度,保证了监测样点的代表性和耕地质量监测信息的完整性。     

武功县耕地质量空间变异分析

为了弄清楚武功县耕地质量空间变异规律,应用地统计学方法,分别针对武功县耕地自然质量等指数、利用等指数和经济等指数各选取1000个分等单元样点,在保证样点为正态分布的前提下,应用GS+9.0软件进行对武功县耕地自然质量等指数、利用等指数和经济等指数的空间变异进行定量分析。结果表明:武功县耕地质量的空间变异是以结构性因素引起的为主,自然质量的空间变异在3270 m以内,利用质量的空间变异在11310 m以内,而经济质量的空间变异在14970 m以内。自然质量以南北方向和西北东南方向变异大,而东西方向变异小。利用质量和经济质量则以南北方向和西南东北方向变异大,东西方向变异最小。地统计学方法是定量研究耕地质量空间变异的有效方法,利用地统计学方法对耕地质量空间变异研究有利于认识耕地质量空间分异规律,也有利于有效选择耕地质量监测样点。     

多尺度下的南方山地丘陵区耕地质量空间自相关分析——以江西省黎川县为例

分析不同尺度下的耕地质量空间分布格局,是提高耕地质量与加强耕地保护建设的基础。选取耕地质量等别监测试点县江西省黎川县为研究区,运用加权平均法、变异系数法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,分别从县级、乡镇级和村级尺度上探讨了耕地质量的空间关联程度及其分异规律。研究结果表明:1)研究区耕地质量呈现出"南北高,东西低"的空间分布规律,耕地质量指数Mora’s I值表现为国家利用等指数国家经济等指数国家自然等指数,县级、乡镇级和村级耕地质量指数的Moran’s I值依次降低,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,自然等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,利用等指数最小。3)正相关高-高型和低-低型耕地以组团形式聚集分布,负相关高-低型和低-高型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。研究结果显示耕地质量空间差异对空间尺度的变化较为敏感,可为区域高标准基本农田建设、土地综合整治、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。     

基于耕地质量指数和空间自相关的苏南地区耕地保护分区

掌握耕地质量指数的空间集聚性和异质性特征,对耕地质量利用分区管理与制定差异化保护政策提供科学依据。运用江苏省2016年度耕地质量等别更新数据库,以耕地质量指数为空间变量,采用面积加权平均法和空间自相关的分析方法,计算县区的耕地质量等别指数,探究耕地质量等别指数的集聚性规律和异质性特征。结果表明:(1)苏南地区耕地质量等别在空间分布上呈现较强的集聚性规律,呈现由东南向西北逐级递减的趋势;(2)苏南地区耕地质量整体上呈现显著的空间正相关特征,从全局Moran′s I值分析,表现为国家利用等指数自然等指数经济等指数;(3)从县级耕地质量局部空间自相关分析得出耕地质量HH型呈现组团集中分布特征,LH型和HL型则零星分散在个别县区,LL型按条带状集中分布。研究基于县区耕地利用特点与局部空间自相关分析类型,将苏南地区划分为重点保护区、质量提升区、结构调整区和优先建设区4个耕地保护分区。     

基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法

县域监测样点布局是反映耕地质量等级变化的基础,样本点布设的质量直接影响到耕地质量监测的结果和精度。因此,该文提出了基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法,对影响耕地质量监测成本和精度的主要因素进行分析,选取样本点距离道路远近、样本点所在位置坡度高低和自然质量各等别样本容量3个方面综合生成包含概率栅格图层,图层中的像元值指总体单元中一个单元相对于其他单元被抽中的相对概率,在此基础上,运用空间平衡算法对包含概率栅格层进行空间改造,抽样选取监测样点,以平均Kriging预测标准差和监测样本点距县级主要道路的平均距离作为优化评价准则,将该方法与传统抽样方法进行比较分析。以江西省吉安县为例,全县布设78个监测样点,结果表明,当样点数量相同时,该方法相较传统布样方法在抽样精度和抽样成本方面均有一定的优势,能有效地监测耕地质量变化,满足县域耕地质量监测的需求。     

基于空间模拟退火算法的耕地质量布样及优化方法

耕地质量监测是保障耕地资源的永续利用,实现耕地产能提升、加强耕地资源的管理、保护、合理利用的重要措施,对实现持续粮食安全具有重要意义。该文提出了基于空间模拟退火算法的耕地质量布样优化方法,以空间模拟退火算法为基础生成一组最优样本,构成基础监测网络,在此基础上,通过多期耕地等级成果数据提取属性发生变化的分等因素和对应发生变化的区域,生成潜在变化区,并结合研究区实际情况辅以专家知识和异常监测点,对基础样本点进行增加、删除、替换等优化操作,生成最终监测样点。以北京市大兴区为例,最终确定布设55个监测样点,结果表明,该方法布设的样点在耕地质量预测方面的精度高于传统的随机抽样和分层抽样方法,能有效地预测县域耕地质量并监控耕地质量的变化情况。     

基于空间自相关的耕地质量空间差异特征及耕地保护分区——以江西省上高县为例

为了掌握与分析耕地质量空间分布格局,切实提高耕地质量水平与加强耕地保护建设,选取耕地质量等别监测试点县上高县为研究区,运用加权平均法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,从县级、乡镇级和村级等尺度上探讨了耕地质量的空间分异规律,最终基于耕地质量局部空间自相关分析结果提出了耕地保护分区方案。结果表明:(1)上高县耕地质量呈现出西南低东北高的空间分布规律,耕地质量等指数Moran′s I值表现为利用等指数自然等指数经济等指数,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。(2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,利用等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,自然等指数最小。(3)正相关HH型和LL型耕地以组团形式聚集分布,负相关HL型和LH型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。(4)综合考虑上高县耕地质量3个层次的空间自相关类型及顺序组合,将耕地划分为6个耕地保护分区,并提出了相应的保护措施。研究结果可为区域高标准基本农田建设、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。     

基于因素组合的耕地质量等级监测样点布控方法

科学确定耕地质量等级监测样点布控方法,形成中国耕地质量动态监测布控体系,是掌握耕地质量动态、支撑国家粮食安全的重要技术依据。该文基于标准样地设置,以滇黔高原山地区为例,提出以耕地质量等别为控制,熟制—土壤类型—海拔—土地利用系数—土地经济系数因素组合确定监测样点的方法,即因素组合法;其步骤为：根据因素组合类型初步确定监测点数量;依据面积比例修正各等别监测点数量;基于GIS确定和选取监测点空间位置和来源,形成监测样点;构建模型对监测点代表性进行检验。结果表明,滇黔高原山地区确定144个监测样点,其中7个来源于国家级标准样地,44个来源于省级标准样地,93个来源于耕地分等单元图斑;采用因素组合法形成滇黔高原山地区监测样点,能够实现国家尺度上二级区内对耕地质量变化的动态监测,监测样点满足统计学要求和面积代表性。基于因素组合的耕地质量监测样点布控方法,可以为建立覆盖全国的耕地质量监测体系提供借鉴,为中国耕地数量、质量并重的宏观管理提供技术支撑。     

基于可改良限制因子的耕地质量等别提升潜力研究

分析不同尺度耕地质量等别提升理论潜力和实际潜力空间分布特征,为加强耕地保护和提升耕地质量提供依据。该文以辽宁省大石桥市为研究区,基于大石桥市农用地分等结果,筛选土地整治工程可改良限制因子,构建指数提升潜力模型测算研究区耕地质量自然等、利用等和经济等指数的理论潜力与实际潜力。运用面积加权法和局部空间自相关法,揭示研究区乡镇、村级和地块不同尺度的耕地质量等别提升潜力的空间分布特征。结果表明:1)各乡镇耕地质量等别提升潜力空间差异明显,呈现东高西低,依次递减;2)各行政村耕地质量等别提升潜力东部属于正相关类型(高-高型)且集中连片,中部正相关类型(低-低型)面积较小且零星分布,西部为随机分布;3)东中部地块耕地质量等别提升潜力较大,东部坡耕地宜实施土地平整工程,中部耕地宜实施灌溉与排水工程。研究结果可为区域规划土地整治重点工程和划定耕地保护分区提供理论与技术支持。     

山地丘陵区村级尺度耕地质量评价及保护分区

科学开展耕地质量评价,合理划定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护和管理的重要前提。研究采用空间自相关方法,以重庆市荣昌区为例,以国家等耕地质量指数为空间变量,从村级尺度探讨山地丘陵区耕地质量的空间关联性与集聚特征,并基于局部空间自相关分析结果提出了耕地保护分区方案。结果表明:(1)荣昌区耕地质量全局空间上呈现较弱正相关性,全局Moran′s I值表现为耕地等别指数>利用等指数>自然等指数;局部空间上呈现较强变异特征,70%以上空间类型表现为随机分布,正相关类型(HH型和LL型)多以"组团"形态存在,负相关类型(LH型)以"点状"形态存在;(2)基于局部空间自相关类型特征及顺序组合,将耕地保护划分为重点保护区、重点改良区、适度改良区和适度调整区4类,并针对性提出耕地保护措施及管控说明。因此,在自然地理条件欠佳的山地丘陵区,研究结果可为各级行政主体精准有效地实施耕地保护和质量建设提供参考。     

基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量评价

耕地利用方式变化下耕地质量的变化研究意义重大。该文以浙江省耕地质量监测试点松阳县为例,以变化向量凸显耕地利用方式变化,探讨基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量变化的快速评价方法。充分考虑各特征向量之间的联系以及不同意义不同量纲元素间的共同作用问题,选择典型相关分析CCA(canonical correlation analysis)构建变化向量;采用CCA为基础的多元变化检测MAD(multivariate alteration detection)最大限度的消除相关性影响,以方差最大的形式凸显耕地利用方式变化下耕地质量的变化;选择基于高斯混合模型(GMM)的期望最大化算法(EM)快速评价耕地利用方式变化下耕地质量的变化情况。重点分析基于快速评价的耕地利用方式变化下耕地质量变化区域的空间分布及其和传统因素法的对比分析。结果表明:基于变化向量法得到的耕地质量变化结果与传统的因素法在监测耕地质量水平不变的吻合度在80%~100%以上,耕地质量水平提高的吻合度在16.6%~50%,耕地质量水平下降的吻合度在66.7%~100%。提出的基于变化向量法的耕地质量变化评价模型能对耕地利用方式变化下耕地的质量变化做出正确的评价,评价方法科学、合理、易操作推广,为合理优化配置耕地利用方式提供定量数据支撑。     

云南乌蒙山片区耕地自然质量等空间分布特征

依据云南省农用地分等成果,服务农业产业化及精准扶贫工作,通过采用空间叠加分析与统计的方法,基于县域尺度的耕地自然质量等和平均自然质量等分析了该片区的空间分布特征。结果表明:(1)耕地自然质量总体等别偏低,以5~9等为主,平均等8.14等;(2)耕地自然质量等级偏低,以中、低等地为主,所占比例高达92.11%,涉及236个乡镇,占该片区乡镇总数的90.42%,包括21个民族乡镇,占8.04%;(3)耕地自然质量等在指标区、县域尺度下的空间分布存在差异。滇东北山原区的平均自然质量等高于滇中高原盆地区;仅1个县分布优等地,3个县全为中等地,3个县除优等地外均有分布,8个县分布低等地和中等地,依据上述特征划分4个区并选取典型县,表明等别较好的耕地主要集中于光热资源充裕及土壤质地良好的地区。该研究为云南乌蒙山片区高标准基本农田建设和精准扶贫工作等提供参考。     

土地整治项目提升耕地质量可实现潜力测算

耕地质量潜力测算是土地整治项目设计的基础工作,其测算方法有待进一步研究。该文依据农用地分等方法和数据,利用自然等指数、利用等指数,构建可实现潜力测算模型,测算出经土地整治后自然等、利用等别提升的可实现潜力。以中江县土地整治项目进行了实证研究,在利用预评价法对项目区分等因素可改变和消除的幅度进行了可行性分析的基础上,测算了项目区耕地质量可实现潜力。结果表明,整治后项目区自然及利用等指数均可有所提升,分等单元的省自然等、利用等指数提升区间为171.24～605.34、89.30～232.96,国家自然等、利用等指数提升区间为161.10～471.67、62.26～162.09。按照划分等别区间分值转换后,省自然等、省利用等、国家自然等、国家利用等分别平均提升0.66等、0.63等、0.84等、0.62等。该研究方法符合当地土地整治实际情况,提高了耕地质量潜力测算的应用性,可为土地整治项目设计编制和耕地质量建设提供参考。     

基于农用地分等修正的土地整治项目对耕地质量的影响评价

土地整治可提升耕地自然质量,改善耕地生产条件,研究土地整治项目对耕地质量的影响具有一定意义。该文以上高县2012年土地整治项目为例,在耕地质量等别年度更新的基础上,分析土地整治项目工程对耕地自然质量和生产条件的影响,通过判别耕地自然质量稳定因素和变化因素,增加土地利用修正因素构成评价体系,按农用地分等思路,从整治前后耕地质量等别的变化来研究土地整治项目对耕地质量的影响,并通过多元回归分析方法分析对耕地质量影响较显著的因素。研究结果为：整治后研究区自然质量等从9.06等提升至8.81等,利用等从6.03等提升至4.68等;土地整治项目对耕地质量变化影响较显著的因素主要有：有机质含量、土壤pH值、排水条件、灌溉保证率、田块规整度、路网密度。研究结果表明：耕地自然质量变化因素和土地利用修正因素的选取可准确反映土地整治项目工程特征,评价结果也符合耕地质量真实情况。该文的农用地分等修正方法对于整治后耕地质量评价是可行的,同时评价结果可作为土地整治绩效提供依据。     

基于因素修正的土地整理项目区耕地等别更新研究

耕地质量更新主要是对耕地质量发生变化的耕地进行重新赋值和等别计算。通过对土地整理项目区的耕地的质量变化进行研究,根据农用地分等规程,对土地整理项目区耕地的质量更新进行了探讨,即在等别更新过程中不仅对耕地的分等因素进行了修正,而且根据土地整理后耕地的实际生产情况对耕地的土地利用系数和经济系数进行了更新。结果显示:在所选取9个样点中,耕地的自然质量等提高0.53至0.89个等别;利用等和经济提升更加明显,其中8号样点的利用等提高了1.07个等别,经济等提高了1.12个等别,提升最低的3号样点的利用等和经济等也分别提高了0.61,0.49个等别,反映了土地整理对耕地质量的提升作用。     

基于分等系数修正的耕地质量更新评价

为保持现有耕地质量等级成果现势性,本文分析了年度内土地变更引起耕地质量变化的情况和原因,探讨了耕地质量更新评价方法和思路。以土地整理和评价理论方法为指导,运用农用地等别评定方法,修正方法中的土地利用、土地经济等相关系数,对质量变更的耕地进行评价。根据耕地变更不同的原因建立对应的耕地质量等级更新方法。以武汉市汉南区为实证研究,在汉南区2010年耕地质量等级调查与评价成果的基础上,对汉南区2012年的耕地质量等级做了年度更新。实证研究结果显示:汉南区年度内减少耕地233.85 hm²;新增耕地49.08 hm²,主要为二、三等地;质量变化耕地1 669.29 hm²,质量均有所提升。实证研究验证了更新方法的可行性,对全国全面进行耕地质量等级年度更新工作提供了理论和实践依据。     

陕西省耕地质量时空变化特征及其分异规律

为从省域层面、地理区域、市域层面等3个空间尺度系统分析陕西省耕地数量和质量时空变化特征及其分异规律,以期为保护耕地资源、划定基本农田区、制定耕地质量管护对策等提供科学依据。该文基于陕西省2005—2015年长时间序列的耕地分等评价数据,采用GIS的空间分析、数理统计分析、地统计学分析等方法,结果表明:1)陕西省耕地数量在2005—2015年间整体呈下降趋势,近些年通过占补平衡及高标准农田建设,减少趋势已得到遏制,基本达到耕地数量动态平衡;2)陕西省耕地质量整体不高,平均利用等11.33;近十年来全省耕地质量总体上变化不大,但呈下降趋势;3)陕北地区作为陕西省耕地后备资源,积极开展土地整治工程,同时进行生态建设,耕地数量和质量均有所提升。该项研究成果为土地整治等耕地质量建设提供科学依据,为基本农田划定、占补平衡等耕地质量管理提供了基础支撑。