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。     

土地整治项目区耕地质量评价方法比较研究——以德惠市为例

土地整治是保护耕地资源的重要抓手,为更好的指导土地整治项目的开展与进行,拟探索土地整治项目区耕地质量评价的方法与思路。本文以德惠市土地整治项目区为例,分别运用农用地分等评价法、定级指标修正法、耕地质量调查监测评价法对项目区整治前后耕地质量进行评价,对比三种方法的等别提升效果与适用性,提出方法改进建议。结果显示:运用三种方法评价该项目区整治后耕地质量等别均有所提升,提等效果由大到小依次为定级指标修正法、耕地质量调查监测评价法、农用地分等评价法;定级指标修正法与农用地分等成果衔接性更强,但可能会放大对修正因素的影响,耕地质量调查监测评价法等别区分度较小。研究结果表明三种方法均可用于整治项目区耕地质量评价,另两种方法较农用地分等更易凸显土地整治工程的效果,针对各自方法不同的特点有不同的适用范围,研究可为土地整治项目区耕地质量评价方法提供借鉴。     

黄土旱塬区新增耕地质量等别及粮食产能影响因素

[目的]对黄土旱塬区新增耕地质量等别及粮食产能的影响因素进行分析,为实现黄土旱塬区耕地保护和提高粮食安全保障提供理论依据。[方法]以陇中黄土旱塬区甘肃省白银市景泰县2015—2017年3个耕地占补平衡项目为例,以新增耕地的7种农用地分等因素为依据,对新增耕地耕地的质量等别和粮食产能进行计算,同时对新增耕地的土壤理化特性进行分析,并利用计量经济学Logistic回归模型,从构成新增耕地质量的主要因素入手分析各因素对粮食产能的影响。[结果]景泰县占补平衡项目的实施,使新增耕地等别提高1～2个等别。粮食产能与新增耕地平均等别呈显著的正相关关系,水浇地以占总新增耕地91.84%的面积,创造了比例为93.36%的总粮食产能。新增耕地年限3 a时,土壤结构破坏率较1 a时降低了2.05%,土壤抗侵蚀能力得到显著提高,土壤全氮、有机质及速效钾分别较1 a时提高了10.67%,15.39%以及13.62%。耕种5 a,4 a,3 a项目单位面积产能较项目未实施时粮食产能分别提高15.69%,9.80%和3.92%。[结论] 5项因素对新增耕地粮食产能影响程度表现为:新增耕地质量等别新增耕地基础设施新增耕地面积新增耕地单位面积投资新增耕地年限,因此要将新增耕地粮食产能提高的着力点放在耕地质量等别的提高方面。     

基于归一化植被指数的耕地质量反演模型研究

为探讨耕地质量识别的新方法,完善耕地质量评价体系。本文从Landsat 8 OLI多光谱影像中提取研究区域的归一化植被指数(NDVI),在综合修正研究区域内影响耕地产量外界因素指标的基础上,构建基于NDVI的耕地质量反演模型;并将模型得出的评价成果与基于2014年东乡县耕地质量等别年度更新数据的耕地质量评价成果进行对比分析。结果显示,各质量等别评价成果精度的加权和达到93.60%,两种评价方法所得评价结果具有较好的一致性。研究表明,基于NDVI的耕地质量反演模型评价方法,具备耕地质量评价的可行性和精确性,为进一步合理利用和有效保护耕地提供了一定的参考依据。     

京津冀鲁地区耕地等别空间分布特征研究

为了总体上把握京津冀鲁地区耕地等别分布特征。该文以4省、直辖市2014年耕地质量等别县级年度更新省级汇总结果为基础,运用面积加权平均法、GIS空间分析法、数理统计分析法,揭示京津冀鲁地区耕地等别空间分布特征。结果表明:京津冀鲁区耕地等别分布为4～15等,平均等别9.5等,略高于全国总体水平,耕地类型以高等地和中等地为主;京津冀鲁各省(市)耕地等别差异明显,山东省耕地等别较高,集中在7～9等,河北省耕地等别较低,集中在9～14等;京津冀鲁区东南部县际耕地等别高于西北部;各二级指标区耕地等别分异明显,黄淮海区耕地等别较后山坝上高原区高5.7等;从耕地质量区位聚集度分析,平原区耕地等别聚集度高于山区。该研究可为区域统一规划、区域耕地资源安全、永久基本农田保护及划定、耕地占补平衡及土地整治等耕地质量管理提供依据。     

基于因素法和SVM模型的耕地质量评价方法研究

为减少耕地质量评价工作中确定评价指标权重人为因素的影响,选取江西省奉新县为研究对象,引入机器学习技术,建立基于SVM模型的耕地质量评价模型,探索客观、高效的耕地质量评价方法。本文应用因素法和SVM模型法分别对奉新县耕地质量等别进行划定,通过对比分析两种方法的评价结果,对两种方法的优劣及适用条件进行了判定。结果表明,与因素法相比,SVM模型法具有等别划分高效的优势;SVM模型法耕地质量评价结果的正确率高达96.93%,符合耕地质量评价精度要求。应用SVM模型进行耕地质量评价具有测算高效、受人为因素干扰小等优点,可以广泛应用于耕地质量等别更新、新增耕地质量等别划定等工作。     

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。     

基于多光谱遥感的耕地等别识别评价因素研究

为了判断应用遥感技术进行耕地质量识别的可行性,该文以多光谱遥感影像为数据源,采用遥感技术提取耕地质量影响因素,进行耕地质量遥感识别评价。通过建立反演模型和实地验证,有机质含量、地形坡度与表层土壤质地可以利用遥感影像有效获取;灌溉和排水因素理论上可以通过遥感影像识别,但资料获取较困难,可通过专题图和影像解译相结合的方法获取;剖面构型、障碍层次和土壤酸碱度等因素通过遥感识别的准确度较低。以自然等指数作为遥感识别评价成果,利用已有农用地分等成果对其进行验证,结果表明,在误差范围[7%,7%]内二者具有高度一致性,因此基于多光谱遥感进行耕地质量识别评价具有一定的可行性。该研究可为耕地等别评价因素识别、耕地质量评价和动态监测提供参考。     

中国西部区国家级标准样地分布特征及代表性

从宏观尺度上把握西部区国家级标准样地数量、质量、空间分布特征及对耕地的代表性程度,对建立和完善覆盖全国的耕地质量监测体系意义重大。该文以西部区(12个省、市、自治区)农用地分等及标准样地数据为基础,分析西部区国家级标准样地在等别(质量)、耕作制度二级区上的数量分布状况,基于GIS剖析标准样地的空间分布特征,基于统计学等定量方法对国家级标准样地代表性程度进行验证。结果表明:从数量分布来看,西部区国家级标准样地在等别范围4~15每个等别上均有分布,但在各等别上数量差异较大;在各二级区上数量分布不均匀,其中5个二级区没有标准样地分布,主要集中在7个二级区。从空间分布来看,西部区国家级标准样地总体上处于均匀分布,但空间分布差异显著,均匀分布和凝聚分布并存。最后,根据西部区国家级标准样地的分布特征和代表性检验结果,提出西部区国家级标准样地布设的优化调整建议。     

基于农用地分等的耕地资源安全评价及整治分区

为快速准确的掌握耕地资源安全要素的时空变化信息,推进小尺度耕地资源安全保护实践,文章以昌黎县为研究区域,运用文献研究法对耕地资源安全内涵的构成进行了完善,并构建了县域耕地资源安全评价框架体系.研究以昌黎县2015年农用地分等成果作为数据基础,结合同期土地利用调查、农业地质调查、土壤实地采样检测等数据信息完成数据库建设;运用单指标评价法,对耕地资源安全要素逐一进行评价.评价结果显示:全县有接近15％的耕地粮食单产水平较低,接近10％的耕地灌溉保证不足,接近15％的耕地土体剖面构型处于安全等级以下,接近10％的耕地有效磷的含量偏低;另外,全县耕地有机质含量偏低;铜元素含量出现极小面积的低度不安全;化肥的使用量在全县处于低度不安全级别.文章按照整治技术手段和监测管理措施一致性原则将不安全评价结果图进行分组并叠加,划出综合工程整治区、肥力提升区、退耕区,并对应提出整治及监测管理制度.研究表明:利用农用地质量分等成果能够快速完成耕地资源安全数据建库,并能促进耕地资源安全监测和诊断的常规化,可以高效地推行耕地资源的全要素管控.     

南方山丘区水源地土地利用结构对河库水质的影响——以珊溪水库流域为例

[目的]探明珊溪水库流域土地利用结构与河库水质的相关性,为南方山丘区土地开发利用和水源地保护提供依据。[方法]在库区以及河流入库点设置23个监测断面,于2017年7月及2018年1月进行实地取样监测,利用2016年TM影像数据对研究区用地类型进行划分,并通过ArcGIS水文、空间分析功能将整个流域分为8个子流域,分析每个子流域土地利用结构。选取高锰酸盐指数(COD_(Mn))、总氮(TN)、总磷(TP)、溶解氧(DO)4个水质指标分析其时空变化特征,探讨子流域不同坡度下土地利用结构对河库水质的影响。[结果]珊溪水库流域土地以林草地、耕地为主,两者面积比例总和达到80%以上。枯水期河库水质整体优于丰水期。各水质指标与林草地比例呈现负相关,而与耕地、建设用地呈正相关,丰水期土地利用结构与水质相关性相比枯水期更为明显。河库水质与不同坡度土地利用类型的相关性有差异,低坡度带(15°)COD_(Mn)与耕地比例呈显著正相关;中坡度带(15°～25°)TN,TP与林草地比例呈显著负相关,TN与耕地比例呈显著正相关。[结论]库区水体质量良好。在流域尺度上林草地和耕地是影响水体污染物浓度的主要土地利用类型。丰水期耕地是氮磷元素的主要输出源,林草地在一定程度上削减了氮磷元素的入河量,具有一定的正效应。     

岩溶山区磷石膏堆场重金属迁移对耕地质量的影响及污染风险管控

[目的]探讨磷石膏堆场周边耕地土壤重金属含量的变化、成因及污染风险,为磷化工产业可持续发展及水土环境重金属污染的治理提供科学依据。[方法]通过对贵州省中部磷石膏堆场进行实地调查与采样开展分析和研究。[结果]磷石膏堆场排水、侵蚀冲沟水及洼地积水中Cd,Hg,As的含量都超过农田灌溉水质一类标准(水作)水质限值,特别是Cd。在磷石膏堆场周边50～300 m范围内,玉米地、蔬菜地、水稻土中Cd的含量分别超过农用地土壤污染风险筛选值的4.87～9.43倍、8.83～19.13倍和3.83～13.42倍,堆场周边旱作土主要是Cd,As,Zn的污染风险,而水稻土则主要是Cd,As,Hg,Zn的污染风险;大部分蔬菜地土壤和水稻土中Cd的含量超过农用地土壤污染风险管控值。[结论]天然降雨对露天磷石膏堆场产生的侵蚀及淋溶作用是重金属迁移的主要原因,在地表水流方向上耕地重金属污染风险随着堆场距离的增加而逐步减小。兴修排灌设施及调整种植结构是减少磷石膏堆场周边耕地重金属污染的有效途径。     

基于熵值法和灰色预测模型的耕地生态安全诊断

[目的]弥补已有耕地生态安全诊断中指标体系及评价方法的不足,分析耕地生态安全水平。[方法]在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于PSR模型的评价指标体系,采用熵值法和灰色预测模型,对四川省耕地生态安全水平进行了诊断。[结果]1999—2013年四川省耕地生态安全水平总体不断提高,耕地生态安全等级经历了"临界安全—较安全"的演变历程,但2013年"较安全"水平不高;压力指数总体上呈现下降趋势,状态指数呈现波动下降趋势,响应指数呈现上升趋势;单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、单位耕地农药负荷、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素;2014—2018年四川省耕地生态安全水平呈现稳步上升趋势。[结论]基于PSR模型的评价指标体系能更准确地反映耕地生态安全各要素之间的关系;熵值法和灰色预测模型能有效挖掘耕地生态安全存在的问题,适合用于耕地生态安全评价。     

1990-2017年喀斯特自然保护区土地利用变化对生境质量的影响

[目的] 探讨自然保护区生境质量变化规律及其影响因素,为制定有效的区域生态保护政策提供科学依据。[方法] 基于Landsat系列影像数据,采用生境质量估算模型与土地利用转型生境贡献率,以贵州省兴义市坡岗自然保护区为例,分析土地利用变化对不同功能分区生境质量的影响并定量评估退耕还林还草政策情景对生境质量改善效果。[结果] 1990—2017年自然保护区土地流转主要发生在草地和耕地转为林地、其他类型转为草地和林地间。28 a保护区平均生境质量提高15.71%,且呈现先增加后减少的趋势。1990年保护区平均生境质量表现为：缓冲区 > 核心区 > 试验区,2001年以后转换为：核心区 > 缓冲区 > 试验区。在退耕还林还草政策情景下,坡岗自然保护区平均生境质量从当前情景的0.88提高到0.92,生境质量改善。[结论] 坡岗自然保护区的建立、退耕还林还草工程的实施以及人类活动的增加是影响保护区生境质量变化的主要原因。     

基于GIS和RUSLE的高山峡谷区土壤侵蚀研究——以云南省泸水县为例

[目的]研究区域土壤侵蚀,揭示水土流失的空间分异规律,为区域水土保持和生态农业建设提供理论指导依据。[方法]应用GIS和RUSLE模型对云南省泸水县的土壤侵蚀进行研究。RUSLE模型中的因子包括降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长因子、植被覆盖和水土保持措施因子,运用GIS空间分析模块,获取泸水县土壤侵蚀模数空间分布图,根据SL 190-2007的分级标准进行土壤侵蚀强度分级,并分析该区土壤侵蚀强度空间分布格局。[结果](1)从各强度侵蚀面积上看,泸水县2014年土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占总面积的86.86%,但从平均土壤侵蚀模数看,土壤侵蚀量为4.24×10~6 t,平均侵蚀模数为1 373.1t/(km~2·a),土壤侵蚀强度属于轻度侵蚀;(2)土壤侵蚀较严重区与未利用地、耕地空间分布基本一致,在坡度25°~50°的范围内,侵蚀面积占总侵蚀面积的75%,并且在该坡度段上的耕地面积占总耕地的63%,剧烈侵蚀集中分布在未利用地上,中度以上剧烈以下强度侵蚀集中分布在该坡度段上的耕地上,说明该坡耕地、未利用地对土壤侵蚀的贡献最大,要加强对未利用地的生态治理。[结论]坡度大,陡坡垦殖和未利用地的不合理利用是该区土壤侵蚀加重的主要原因,坡度在25°以上的地区不适宜耕种,应优化农业产业结构如实施退耕还林还草等措施,才能有效的保持水土。     

不同土地利用方式下渭-库绿洲土壤质量评价

[目的]定量评价渭干河—库车三角州绿洲(简称渭—库绿州)不同土地利用方式下的土壤质量,为该区域土地资源的合理利用与规划以及土壤质量的管理与治理服务。[方法]基于渭—库绿洲实地采样数据,利用土壤质量评价指标,采用土壤质量指数(SQI)综合评价法,在ArcGIS 9.3软件支持下对研究区土壤质量的空间分布状况进行定量评价。[结果]不同土地利用方式下的土壤质量指数的平均水平存在显著差异(p0.05),其土壤质量由高到低的顺序依次为:林地耕地荒漠灌丛盐碱草地,其中林地的平均土壤质量指数为0.48,盐碱草地的平均土壤质量指数为0.24。[结论]从空间分布上,渭—库绿洲的土壤质量总体处于中低水平,只有研究区中部区域具有较高水平的土壤质量。不同土地利用方式下土壤质量差异明显。     

基于矢量属性的宁夏中部干旱带土地利用变化信息挖掘

[目的]增加对土地利用变化矢量属性的认知,进一步挖掘潜藏于土地利用变化中的特征和规律,丰富土地利用变化研究方法,为区域土地资源调控提供参考依据。[方法]基于土地转移流视角,提出土地转移率和土地转移链概念,采用Landsat MSS/TM/ETM遥感影像数据,对宁夏中部干旱带同心县的土地变化过程进行研究。[结果]1978—2015年同心县耕地和草地比例增大,未利用地减少。区县尺度上土地转移率渐次降低;类型尺度上,耕地转移率先升后降,草地转移率先降后升,未利用地转移率呈"降—升—降"特征。1978—1987年的土地转移流以草地转未利用地为主,1987—1996年则呈现多元特征,1996年表现为退耕还林还草和对未利用地的改造利用。1978—2015年土地利用转移围绕着耕地的流失与保护进行,土地转移单向链以31型(草地转耕地)和61型(未利用地转耕地)为主,往复链以Ⅱa型为主,主要是161型(耕地—未利用地—耕地)和131型(耕地—草地—耕地)。[结论]同心县土地利用变化存在较大份额的"往复链"。在土地资源开发与管理中要重视往复链所揭示的内涵并采取针对性措施。     

基于DEM的烟台市农用土地适宜性评价

[目的]根据"耕地优先,兼顾园、林、草用地"的原则,进行烟台市农用土地适宜性评价,为烟台市土地合理利用提供理论依据。[方法]以山东省烟台市为研究区域,以DEM数据为基础,运用ArcGIS的空间分析功能提取海拔高度、坡度、地表起伏度,结合有效土层厚度因子,确定最佳农用土地适宜性评价指标体系,生成耕地、园地、林草地的适宜性等级分布图,最终得到烟台市农用土地适宜等级的空间布局。[结果]与烟台市第二次土地调查数据进行对比,烟台市目前的土地利用以耕地为主,占土地总面积的33%,大于适宜性耕地面积;实际园地面积小于适宜性面积;林草地的实际面积略小于适宜性面积。[结论]烟台市土地利用存在一定的不合理性,具有一定的调整空间。     

基于三象限法的县域高标准基本农田建设布局与发展模式研究

[目的]探讨三象限法在高标准基本农田建设中的应用,为县域高标准基本农田建设布局与发展模式提供一定依据。[方法]以安徽省宿松县为例,采用三象限法对高标准基本农田的建设区域进行划分,从耕地质量适宜性及社会经济条件可行性2方面对其高标准基本农田建设进行评价。其中,耕地质量从立地条件、耕地理化性状及利用条件等方面选择评价指标,社会经济条件从耕地农业生产力、耕地建设利用状况及群众意愿等方面构建评价指标体系。[结果]高适宜高可行区域的耕地面积为3 046.67hm^2,占建设耕地总面积的14.89%,高适宜低可行区域的耕地面积为10 974.53hm^2,占建设耕地总面积的53.62%,低适宜高可行区域的耕地面积为6 445.73hm^2,占建设耕地总面积的31.49%。在对3个区域的耕地限制性因素及高标准基本农田分布情况进行分析的基础上,提出了高标准基本农田的空间布局和建设模式。[结论]运用三象限法,耕地质量与社会经济条件组合成3个区域。宿松县的高标准基本农田建设布局及发展模式与3个区域动态联系。