孟慶春，馬春瑩，房忠英，石敏

(1.山東上田沃土地規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250013;2.夏津縣國土資源局，山東 夏津 253200)

土地是人類的寶貴財(cái)富，是人類社會(huì)進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)所必需的基本條件和自然基礎(chǔ)[1]。如何科學(xué)合理地利用有限的土地資源，及時(shí)了解與掌握土地利用變化數(shù)量和空間特點(diǎn)，對(duì)于保持耕地總量動(dòng)態(tài)平衡和土地持續(xù)利用具有十分重要的意義。為此，國家制定了嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅(jiān)守18億畝耕地紅線，自然資源部門積極開展一系列土地整治項(xiàng)目，補(bǔ)充了耕地?cái)?shù)量。但耕地質(zhì)量現(xiàn)狀不容樂觀，耕地質(zhì)量等別總體偏低[2]。為改善在耕地保護(hù)方面存在的重?cái)?shù)量輕質(zhì)量的問題，實(shí)現(xiàn)耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量的并重管理，科學(xué)監(jiān)測(cè)耕地資源，目前相關(guān)學(xué)者已在農(nóng)用地成果應(yīng)用[3-6]、耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系、耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)、耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)劃定以及耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)方面[7-18]，取得了一定的科研成果。但鑒于耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)及監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)在耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)中的重要性，該文以德州市夏津縣為例，借助GIS技術(shù)進(jìn)一步研究耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)劃定及監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的布設(shè)方法，以期更加準(zhǔn)確地獲取耕地質(zhì)量的變化信息，合理、全面地劃分耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)區(qū)及布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。

1 研究區(qū)概況及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

夏津縣位于山東西北邊緣，北依德州，南鄰聊城，東靠馬頰河與高唐縣交界，西毗京杭大運(yùn)河與河北省清河縣相望。氣候類型屬暖溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，具有四季分明，干濕明顯的氣候特征。全境屬魯西北黃泛沖積平原，地勢(shì)自西南向東北緩慢傾斜，海拔最高處34.0m，最低處23.5m，坡降為1/4500～1/5000。

夏津縣東西長39km，南北寬32km(圖1)，總面積88180hm2，耕地面積60379hm2。根據(jù)夏津縣土壤普查資料，全縣共分為6種微地貌類型：河灘高地、緩平坡地、淺平洼地、背河槽狀洼地、沙質(zhì)河槽地、決口扇形地。其中，河灘高地和緩坡平地分別占土地總面積的48.17%和29.80%。受地形、地貌、母質(zhì)、氣候等因素的影響，全縣形成了潮土、鹽土和風(fēng)沙3種土壤類型。潮土分布在全縣的絕大部分地區(qū)，面積81342hm2，占土壤面積的92.24%，鹽土土類面積1623hm2，占土壤面積的1.84%，風(fēng)沙土土類面積為5220hm2，占土壤面積的5.92%，該類型土壤多分布于沙丘，風(fēng)蝕嚴(yán)重，潛水埋深在6m以上，難以耕種。

圖1 夏津縣地理位置示意圖

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

基于GIS技術(shù)的耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)區(qū)劃定及監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括農(nóng)用地分等定級(jí)成果、土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、土地利用活動(dòng)區(qū)域、標(biāo)準(zhǔn)樣地布設(shè)成果、國土資源志及各類統(tǒng)計(jì)資料和遙感影像等。

2 監(jiān)測(cè)區(qū)劃定及監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)區(qū)劃定

根據(jù)山東省耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)成果，結(jié)合國家下發(fā)的全國耕地質(zhì)量等別調(diào)查評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容，研究適合夏津縣的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)分區(qū)方法。該文將從影響耕地質(zhì)量等級(jí)變化的主導(dǎo)因素出發(fā)，分析受地形、地貌、母質(zhì)、氣候等自然條件影響的耕地自然質(zhì)量空間分異性，結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)價(jià)獲取的土地利用水平和土地經(jīng)濟(jì)水平，借助ArcGIS 10.2的空間疊置分析和地學(xué)統(tǒng)計(jì)功能，初步劃定耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)域，在保證行政區(qū)界線完整性及影響耕地質(zhì)量變化主導(dǎo)性的基礎(chǔ)上，對(duì)初步劃定的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)域中細(xì)碎圖斑、不連續(xù)圖斑作刪除、歸并處理，形成具有完整性、連續(xù)性、代表性的耕地質(zhì)量變化監(jiān)測(cè)區(qū)。

2.2 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)

從控制經(jīng)濟(jì)成本和快速有效監(jiān)測(cè)的角度出發(fā)，耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)通常采取“以點(diǎn)代面”的方式在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量且具有代表性的樣點(diǎn)，監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)可分為固定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)，固定監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)質(zhì)量漸變耕地，主要是在存量耕地中，尤其是基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)內(nèi)，這些區(qū)域的監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)可按一定周期進(jìn)行采樣，定期監(jiān)測(cè)；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)則用于監(jiān)測(cè)質(zhì)量突變耕地，即由于土地利用活動(dòng)等導(dǎo)致的耕地范圍、自然質(zhì)量等變化引起的耕地質(zhì)量的局部突變，這類監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)具有不固定性、可變性的特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)具有一定的難度。該文以固定樣點(diǎn)為例研究耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)樣點(diǎn)的布設(shè)情況，為耕地質(zhì)量漸變區(qū)樣點(diǎn)的布設(shè)提供參考。

3 研究結(jié)果

3.1 耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)劃定

3.1.1 自然質(zhì)量分區(qū)

夏津縣地處魯西北平原，耕地自然質(zhì)量因素主要受剖面構(gòu)型、表層土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、鹽漬化程度、灌溉保證率、灌溉水源、排水條件和灌溉水質(zhì)等因素影響[19-20]，綜合山東省確定的魯西北平原區(qū)各自然質(zhì)量因素的權(quán)重值、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及夏津縣上輪農(nóng)用地分等定級(jí)成果得出夏津縣耕地自然質(zhì)量分值，采用聚類分析方法并結(jié)合夏津縣自然狀況條件劃分出自然質(zhì)量分區(qū)。

3.1.2 利用水平和經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)

根據(jù)山東省劃分的指定作物：冬小麥、夏玉米的土地利用系數(shù)和土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)，分別劃分出的土地利用系數(shù)和土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)間，形成土地利用水平分區(qū)和土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)水平分區(qū)。

3.1.3 土地利用特征分區(qū)

根據(jù)夏津縣國土、農(nóng)業(yè)、水利等部門開展的土地整治、農(nóng)業(yè)開發(fā)、農(nóng)田水利等項(xiàng)目的實(shí)施情況，結(jié)合土地利用規(guī)劃情況，從土地利用項(xiàng)目的用途及特點(diǎn)出發(fā)，劃分出夏津縣土地利用特征分區(qū)。

3.1.4 耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)及修正

利用ArcGIS 10.2軟件的空間疊加分析，將研究區(qū)內(nèi)的自然質(zhì)量分區(qū)、利用水平分區(qū)、經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)以及土地利用特征分區(qū)進(jìn)行疊加，初步形成夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)。根據(jù)行政區(qū)界線以及相鄰性原則，將同一監(jiān)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的細(xì)碎、不連續(xù)圖斑進(jìn)行調(diào)整，最終得出夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)(表1、圖2)。

3.1.5 耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)結(jié)果分析

綜合夏津縣耕地自然質(zhì)量等控制區(qū)、利用等值區(qū)、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等值區(qū)，并考慮行政村界線影響，根據(jù)主導(dǎo)性原則，將各行政村主導(dǎo)分區(qū)面積占村耕地面積的平均比重最大的區(qū)作為該村分區(qū)類別，對(duì)初步劃分的監(jiān)測(cè)區(qū)邊界進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保各監(jiān)測(cè)區(qū)邊界不打破原有村界，該次研究區(qū)域內(nèi)共劃分出21個(gè)耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)區(qū)。由表1看出，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)有

表1 夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)

圖2 夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)

唯一的自然質(zhì)量分區(qū)、利用水平分區(qū)、經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)、土地利用分區(qū)組合；根據(jù)圖2分析得出，耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)分區(qū)單元內(nèi)耕地國家利用等主要分布在7～11等，耕地質(zhì)量利用等別從綠色到紅色依次提升，其中10等地面積為29349.19hm2，所占耕地面積比例最高，監(jiān)測(cè)分區(qū)主要集中在JCQ-06，JCQ-09，JCQ-14，JCQ-17，JCQ-19，JCQ-20；9等地面積為24689.14hm2，所占耕地面積次之，監(jiān)測(cè)分區(qū)主要集中在JCQ-01，JCQ-04，JCQ-10，JCQ-12。

3.2 監(jiān)測(cè)區(qū)樣點(diǎn)布設(shè)

3.2.1 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)條件

耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)中的樣點(diǎn)布設(shè)需滿足以下條件：每一監(jiān)測(cè)區(qū)至少有一個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)；不同耕地地類，樣點(diǎn)應(yīng)有所差異；相同耕地地類，不同耕地等別，樣點(diǎn)布設(shè)應(yīng)加以區(qū)分；監(jiān)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)控制耕地面積比例不同，樣點(diǎn)數(shù)量、位置存在差異；監(jiān)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)實(shí)施過土地整治、農(nóng)業(yè)開發(fā)、農(nóng)田水利項(xiàng)目應(yīng)適當(dāng)增加樣點(diǎn)數(shù)量。

3.2.2 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量確定的理論方法

在保證每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)都有監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)覆蓋的前提下，通過借助ArcGIS 10.2軟件平臺(tái)建立耕地統(tǒng)計(jì)模型，統(tǒng)計(jì)每個(gè)組合類型的面積，按照面積比例分配方法，確定每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的理論監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)量，對(duì)于理論樣點(diǎn)數(shù)量不為整數(shù)的按照向上取整原則，對(duì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行合理分配。ArcGIS模型中樣點(diǎn)數(shù)量確定公式：n=ROUNDUP(Mk/Mz)，式中n為樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，Mk為每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)控制耕地面積，Mz為研究區(qū)內(nèi)耕地總面積。

3.2.3 監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)及修正

根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)單元控制的面積比例，初步計(jì)算出每一監(jiān)測(cè)單元內(nèi)的理論樣點(diǎn)數(shù)量，對(duì)計(jì)算出的理論樣本個(gè)數(shù)大于1的樣本重新進(jìn)行等比例賦值，并結(jié)合農(nóng)用地分等成果中的自然等、利用等、經(jīng)濟(jì)等分布以及土地利用特征分布對(duì)初步確定的樣點(diǎn)位置及數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，最終確定夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)內(nèi)的樣點(diǎn)分布(表2、圖3)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)該文利用GIS技術(shù)和地學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，以山東省夏津縣為例進(jìn)行了耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)分區(qū)和監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)的實(shí)證研究。夏津縣耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)共劃分21個(gè)監(jiān)測(cè)控制區(qū)，布設(shè)了36個(gè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。

(2)利用ArcGIS空間分析功能，將自然質(zhì)量分區(qū)、利用水平分區(qū)、經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)以及土地利用特征分區(qū)進(jìn)行疊加，在不打破原有行政村界的基礎(chǔ)上對(duì)疊加后的分區(qū)進(jìn)行調(diào)整，最終劃分了21個(gè)耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)控制區(qū)，為夏津縣耕地等級(jí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)的布設(shè)提供了依據(jù)。

表2 夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)分區(qū)樣點(diǎn)數(shù)量

(3)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)需要全面反映整個(gè)研究區(qū)耕地質(zhì)量等級(jí)變化情況，該研究根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)面積分配比例，綜合考慮自然質(zhì)量等控制區(qū)、利用等值區(qū)、經(jīng)濟(jì)等值區(qū)、土地利用分區(qū)和監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)覆蓋全面性等因素對(duì)理論監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)位置及數(shù)量進(jìn)行了修整，得到夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分布圖，共布設(shè)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)36個(gè)，能滿足該研究區(qū)耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)工作的順利開展。

4.2 討論

(1)利用ArcGIS空間疊加分析功能，疊加自然質(zhì)量分區(qū)、利用水平分區(qū)、經(jīng)濟(jì)水平分區(qū)、土地利用特征分區(qū)，能夠較好地獲取研究區(qū)內(nèi)的耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)范圍，但缺乏實(shí)地采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的支撐，實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度有待進(jìn)一步確定。通過監(jiān)測(cè)區(qū)單元控制的耕地面積比例，借助GIS的統(tǒng)計(jì)功能獲取的樣點(diǎn)分布具有一定的代表性，但由于耕地的動(dòng)態(tài)變化性，漸變耕地區(qū)的樣點(diǎn)布設(shè)有待進(jìn)一步研究。

圖3 夏津縣耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)分布

(2)耕地質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)以及樣點(diǎn)的確定是耕地質(zhì)量成功監(jiān)測(cè)的前提，但由于目前土地利用活動(dòng)的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)區(qū)的劃定和樣點(diǎn)布設(shè)的準(zhǔn)確性上存在一定的困難，今后需要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。