齊魯，李淑杰，曹競文，杜婉婷，黃夢佳

吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

0 引言

耕地定級是在行政區(qū)內(nèi)，依據(jù)構(gòu)成耕地質(zhì)量的自然屬性、社會經(jīng)濟狀況和區(qū)位條件，根據(jù)地方土地管理和實際情況需要，根據(jù)一定的耕地定級目的，在行政區(qū)內(nèi)對耕地質(zhì)量進行的綜合評定[1--2]。耕地定級對實現(xiàn)土地資源管理向數(shù)量、質(zhì)量及生態(tài)相協(xié)調(diào)管理轉(zhuǎn)變，對糧食綜合能力核算、土地利用總體規(guī)劃修編和耕地留住具有基礎(chǔ)性、科學(xué)性的現(xiàn)實意義[3]；同時可為國土資源管理部門的建設(shè)用地征用補償、耕地占補平衡和基本農(nóng)田調(diào)整劃定等工作提供依據(jù)[4]。2017年，中央頒布4號文件，明確提出加強耕地質(zhì)量調(diào)查評價與監(jiān)測，完善耕地質(zhì)量評價制度和評價指標體系。2018年，國務(wù)院下發(fā)的《第三次全國土地調(diào)查實施方案》的專項用地調(diào)查中，明確提出開展耕地分等定級調(diào)查評價[5]。

筆者基于圖們市耕地分等成果，采用修正法，借助GIS軟件對圖們市耕地進行定級研究，為圖們市耕地合理利用和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖們市位于吉林省東部，長白山脈東麓，圖們江下游，處于129°31′57″～130°12′16″E， 42°46′44″～43°12′19″N之間。全境東西長約57 km，南北寬約37 km，總面積1 140.50 km2。西與延吉市接壤，西南與龍井市相鄰，東與琿春市相接，東南隔圖們江與朝鮮民主主義共和國相望，北與汪清縣相連[6]。圖們市地處長白山系，南崗山脈縱貫?zāi)媳?，形成西北高、東南低的丘陵峽谷和河谷盆地。

圖們市屬中溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，溫度、雨量及日照季節(jié)性變化幅度大，氣溫受地勢高低的影響也頗大，因而四季區(qū)分明顯。年平均氣溫為5.8℃。年平均日照總時數(shù)為2 336.8 h，作物生長期為5～9月，積溫為2 742.1℃，無霜期從5月初開始至9月末，在125～150 d之間，年平均降雨量為501.8 mm±。圖們市土壤分類共有5個土類，14個亞類，28個土屬，53個土種。但由于地形、氣候及植被等區(qū)域性因素的影響，圖們市的土壤一般呈垂直分布狀態(tài)。根據(jù)圖們市2016年度耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果，圖們市行政區(qū)轄區(qū)內(nèi)土地總面積為1 131.92 km2，其中耕地面積為106.33 km2，占土地總面積的9.39%。

2 研究方法

2.1 定級方法與定級單元劃分

根據(jù) 《農(nóng)用地定級規(guī)程》(GB/T 28405--2012)， 耕地質(zhì)量定級方法主要包括修正法、因素法和樣地法3種[7]。研究表明，修正法比其他兩種方法更適合耕地定級[8--9]，因此本次圖們市耕地定級參考《吉林省耕地定級方案(試行)》[10]要求，結(jié)合圖們市耕地分等工作較為成熟、耕地質(zhì)量等別更新評價成果具有較強時效性的現(xiàn)狀，以GIS技術(shù)為支撐，直接采用圖們市2016年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫中耕地圖斑作為定級單元。

2.2 修正因素體系及權(quán)重確定

根據(jù)《農(nóng)用地定級規(guī)程》(GB/T 28405--2012)的相關(guān)要求，參考農(nóng)用地定級中涉及的備選因素[11]，結(jié)合圖們市的實際情況，最終選擇社會經(jīng)濟因素和區(qū)位因素加以修正。其中社會經(jīng)濟因素包括5個修正因子，區(qū)位因素包括2個修正因子。借助專家咨詢法，邀請熟悉圖們市耕地質(zhì)量狀況的10名專家，依次對各修正因子的重要性做出判斷并進行打分，經(jīng)過3輪次，總計填寫30份專家咨詢表，最終確定各修正因素因子的權(quán)重(表1)。

表1 修正法定級因素因子及權(quán)重

Table 1 Factor and weight of arable land grading with modifying method

修正因素權(quán)重修正因子權(quán)重社會經(jīng)濟因素0.60田間道路密度0.25耕作距離0.18灌溉保證率0.28人均耕地0.15土地利用方式0.14區(qū)位因素0.40中心城鎮(zhèn)影響度0.55道路通達度0.45

2.3 定級因子的量化與賦分

根據(jù)耕地質(zhì)量受定級因素影響方式的不同，將其劃分為2類因素:面狀因素和擴散因素，不同因子的量化和賦分方法有所差異[12--13]。

2.3.1 面狀因素

圖們市修正法定級因子中田間道路密度、耕作距離、人均耕地和利用方式這4個因子屬于面狀因素，有些因子可通過均值度法確定分值，有些因子可參考搜集到的資料進行定性說明[14]。

田間道路密度為正向面狀影響因子，以2016年度圖們市行政村為基本單元，統(tǒng)計出各行政村農(nóng)村道路總長度和行政村面積，計算出田間道路密度現(xiàn)狀值，再根據(jù)均值度法確定其作用分值。耕作距離為逆向面狀影響因子，計算各耕地定級單元幾何中心到所在行政村居民點的實際距離，根據(jù)均值度法確定其作用分值。人均耕地為正向面狀影響因子，以2016年度圖們市行政村為基本單元，統(tǒng)計出各行政村耕地總面積和行政村常住人口總數(shù)，計算出人均耕地現(xiàn)狀值，再根據(jù)均值度法確定其作用分值。土地利用方式包括水田、水澆地和旱地3類，圖們市以旱地為主，水田和水澆地規(guī)模相對較小。參照《吉林省耕地定級方案(試行)》[10]，為體現(xiàn)旱地與水田、水澆地不同的產(chǎn)出水平，選取土地利用方式作為修正因子，根據(jù)圖們市近年來各類型耕地生產(chǎn)能力的相對比例關(guān)系，確定其級別賦分情況(表2)。

表2 土地利用方式因子分值與分級情況

Table 2 Factor score and classification of land use pattern

分值級別土地利用方式1001級水田902級水澆地603級旱地

2.3.2 擴散因素

灌溉保證率是耕地質(zhì)量好壞的重要影響因素[15]，為逆向擴散型影響因子。在適合的海拔范圍內(nèi)，灌溉保證率的分值隨著其與溝、渠及河流中心線距離的增加呈遞減趨勢。參照《吉林省耕地定級方案(試行)》[10]，吉林省根據(jù)東、中、西部耕地灌溉保證率特點劃分4個級別，級別賦分情況見表3。

中心城鎮(zhèn)影響度①級別劃分：中心城鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)模、工業(yè)總產(chǎn)值及人口規(guī)模大小都對耕地級別產(chǎn)生影響，所以本次耕地質(zhì)量定級過程中在計算中心城鎮(zhèn)規(guī)模指數(shù)時主要考慮上述3個指標。且根據(jù)《吉林省耕地定級方案(試行)》[10]，該3項指標量化時分別賦以相同的權(quán)重來計算每個中心城鎮(zhèn)的規(guī)模標準化指數(shù)。以最高級中心城鎮(zhèn)規(guī)模指數(shù)100為基礎(chǔ)，計算其他級別中心城鎮(zhèn)的相對規(guī)模指數(shù)，公式：

Mi=100×Ai/Amax

(1)

式中：Mi為第i級中心城鎮(zhèn)相對規(guī)模指數(shù)；Ai為第i級中心城鎮(zhèn)規(guī)模標準化指標值；Amax為最高級中心城鎮(zhèn)規(guī)模標準化指標值。

按照相對規(guī)模指數(shù)大小進行排序，選取相對規(guī)模標準化指標值最大的中心城鎮(zhèn)作為1級中心城鎮(zhèn)，一般應(yīng)為縣政府所在鎮(zhèn)，其在經(jīng)濟地位等方面明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)；選取除1級中心城鎮(zhèn)外的前40%作為2級中心城鎮(zhèn)；其余城鎮(zhèn)為3級中心城鎮(zhèn)(表4)。

表3 吉林省灌溉保證率因子分值與分級情況

表4 圖們市各級中心城鎮(zhèn)規(guī)模指數(shù)、功能分與影響半徑

②各級中心城鎮(zhèn)功能分割分：由于高級別中心城鎮(zhèn)的職能包含了低級別中心城鎮(zhèn)的職能，因此需對各級中心城鎮(zhèn)的功能進行分割。

③最大影響半徑的確定：采用定量分析的方法，最終確定各級中心城鎮(zhèn)的最大影響半徑(表4)，計算公式：

(2)

式中：di為第i級中心城鎮(zhèn)的最大影響半徑；S為定級區(qū)域面積；n為第i個級別內(nèi)所含中心城鎮(zhèn)數(shù)量。

④中心城鎮(zhèn)影響度作用分：按照線性衰減公式計算每個定級單元的中心城鎮(zhèn)影響度的作用分值[16]。公式：

Fj=fi×(1-r)

(3)

r=dj/di

(4)

式中：Fj為第j個定級單元中心城鎮(zhèn)影響度作用分；fi為第i級中心城鎮(zhèn)功能分；r為定級單元與中心城鎮(zhèn)的相對距離；dj為第j個定級單元與中心城鎮(zhèn)的實際距離；di為第i級中心城鎮(zhèn)的最大影響半徑。

中心城鎮(zhèn)影響度為點狀擴散型影響因子。各定級單元不止受一個中心城鎮(zhèn)的影響，在定級單元中心城鎮(zhèn)影響度作用分值的計算過程中要遵循“同級別取最大值、不同級別相疊加”的原則。

道路通達度①道路的級別：根據(jù)圖們市道路的類型、功能和質(zhì)量，將道路劃分為3個級別：1級為高速公路、國道和省道；2級為縣級公路；3級為鄉(xiāng)級公路。

②各級道路規(guī)模指數(shù)和功能分:以最寬道路為基礎(chǔ)，其余每條道路的相應(yīng)寬度除以最大值的方式進行標準化。以最高級道路規(guī)模指數(shù)100為基礎(chǔ)，計算其他級別道路的相對規(guī)模指數(shù)，方法與中心城鎮(zhèn)相對規(guī)模指數(shù)的計算方法相同。由于高級別在功能方面包含了低級別道路的功能，因此需對各級道路的功能進行分割(表5)。

表5 圖們市各級別道路規(guī)模指數(shù)、功能分與影響半徑

③最大影響半徑的確定：在確定道路最大影響半徑時，應(yīng)遵循定量定性分析相結(jié)合的原則[17]，利用數(shù)學(xué)公式并結(jié)合實際情況計算結(jié)果，最終確定各級別道路的最大影響半徑(表5)。計算公式如下：

di=S/2li

(5)

式中：di為第i級道路的最大影響半徑；S為定級區(qū)域面積；li為第i級道路的總長度。

④道路通達度影響分值：道路通達度屬于點狀和線狀擴散相結(jié)合的影響因子[18]，其中一級道路點狀擴散型因子，以道路出入口為點源；二級和三級道路屬于線性擴散型因子，以各級道路功能分為基礎(chǔ)，進行線性衰減。計算公式與中心城鎮(zhèn)影響度相同。

2.4 定級單元修正系數(shù)的計算

修正系數(shù)反映了修正因素因子在定級范圍內(nèi)的相對變化程度[19]，計算公式：

(6)

2.5 定級指數(shù)的計算

定級指數(shù)采用加權(quán)修正法進行計算，公式：

Hi=GiΣwjkij

(7)

式中：Hi為第i個定級單元的定級指數(shù)；Gi為第i個定級單元對應(yīng)的國家自然質(zhì)量等指數(shù)；wj為第j個修正因素權(quán)重值；kij為第i個單元第j個修正因素修正系數(shù)。

3 定級結(jié)果與分析

3.1 耕地級別的劃分

根據(jù)定級單元指數(shù)，采用總分頻率曲線法對圖們市耕地質(zhì)量縣域級別進行初步劃分[20--21]。對定級指數(shù)進行頻率統(tǒng)計，繪制定級指數(shù)頻率直方圖，選擇頻率突變處作為級別界線，最終將圖們市耕地劃分為5個級別(圖1)。

圖1 圖們市耕地定級單元總分頻率曲線圖Fig.1 Total score frequency curve of arable land grading unit in Tumen City

3.2 耕地級別面積構(gòu)成

圖們市耕地級別共分為5級，各級的耕地面積和比例如表6所示。三級地的面積最大，為41.58 km2，占圖們市耕地總面積的39.11%；其次是四級地和二級地，為27.05 km2和21.27 km2，分別占圖們市耕地總面積的25.44%和20.01%；五級地和一級地面積較小，為9.07 km2和7.35 km2，分別占圖們市耕地總面積的8.53%和6.91%。由此可見，耕地級別面積分布呈“中間大兩頭小”的分布規(guī)律。

表6 圖們市耕地級別面積統(tǒng)計表

3.3 耕地級別空間分布規(guī)律

3.3.1 總體分布規(guī)律

從總體上看，圖們市耕地級別的分布規(guī)律：①以中心城鎮(zhèn)為中心，呈現(xiàn)出遞減的趨勢，距離中心城鎮(zhèn)越遠，耕地級別越低；反之，耕地級別越高；②耕地級別與地形有一定關(guān)聯(lián)，隨著海拔高度和地形坡度的升高，耕地級別逐漸降低；③耕地級別沿圖們市主要道路帶狀分布，距離主要道路越近，耕地級別越高，反之，耕地級別越低；④耕地級別與利用效益相關(guān)，水田、水澆地的利用效益比旱地的利用效益高，級別比旱地級別高(圖2)。

3.3.2 各級耕地分布規(guī)律

圖們市一級耕地主要分布在東部地區(qū)，緊鄰一級中心城鎮(zhèn)圖們市區(qū)，交通便利、區(qū)位條件好。結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果可知，圖們市一級耕地地形坡度以G1級(≤2°)、G2級(2°～5°)和G3級(5°～8°)為主，有效土層厚度較大，表層土壤質(zhì)地以壤土和黏土為主，土壤有機質(zhì)含量較高，灌溉條件較好，自然條件優(yōu)越。

圖們市二級耕地面積大、分布廣，主要分布在中部和東部地區(qū)，西部面積較小，與省級道路、縣級道路和中心城鎮(zhèn)等呈小距離分布，交通和區(qū)位條件相對較好。結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果可知，圖們市二級耕地地形坡度以G1級(≤2°)、G2(2°～5°)級和G3級(5°～8°)為主，有效土層厚度相對較大，表層土壤質(zhì)地以壤土和黏土為主且有少量砂土和礫質(zhì)土，土壤有機質(zhì)含量較高，灌溉條件略次于一級耕地，自然條件較好。

圖2 圖們市耕地級別分布圖Fig.2 Arable land level distribution in Tumen City

圖們市三級耕地面積較大、分布亦很廣，與一級中心城鎮(zhèn)圖們市區(qū)較遠，但與省級道路、二級、三級中心城鎮(zhèn)距離較小，交通和區(qū)位條件相對較差。結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果可知，圖們市三級耕地地形坡度以G2級(2°～5°)和G3級(5°～8°)為主，表層土壤質(zhì)地以壤土、黏土和砂土為主，土壤有機質(zhì)含量相對較高，灌溉條件一般，且整體以弱酸性耕地為主，自然條件尚可。

圖們市四級耕地面積較大，主要分布在圖們市西部地區(qū)，其他分布在邊緣化地帶，與中心城鎮(zhèn)和縣級道路距離相對較大，交通和區(qū)位條件較差。結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果可知，圖們市四級耕地地形坡度以G2級(2°～5°)、G3級(5°～8°)和G4級(8°～15°)為主，表層土壤質(zhì)地以壤土、黏土和礫質(zhì)土為主，土壤有機質(zhì)含量較低，灌溉條件差，且整體以弱酸性耕地為，自然條件一般。

圖們市五級耕地面積小，分布呈邊緣化，主要分布其他級別耕地的邊緣地帶，與縣級道路距離較大，交通和區(qū)位條件差。結(jié)合耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果可知，圖們市五級耕地指標條件大幅度降低，地形坡度以G3級(5°～8°)和G4級(8°～15°)為主，甚至有少量G6級(≥25°)，有效土層厚度較小，表層土壤質(zhì)地以壤土、黏土和礫質(zhì)土為主，土壤有機質(zhì)含量較低，灌溉條件較差，整體以酸性耕地為主，自然條件差。

3.4 耕地級別利用潛力分析

根據(jù)定級結(jié)果，圖們市耕地質(zhì)量共劃分為5個級別，其中一級和二級耕地自然質(zhì)量條件相對較好，耕地質(zhì)量大幅度提高的可能性不大；三級耕地自然質(zhì)量條件降低，距離中心城鎮(zhèn)、主要道路的距離有所增加，耕地質(zhì)量大幅度提高的難度較大；四級和五級耕地自然質(zhì)量條件最差，相對中心城鎮(zhèn)、主要道路的距離亦最大，雖然區(qū)位無法改變，但可從耕地自然屬性方面采取相應(yīng)措施以提高耕地質(zhì)量。

4 討論

土地是一個復(fù)雜的經(jīng)濟聯(lián)合體，耕地定級結(jié)果可以為基本農(nóng)田保護、耕地產(chǎn)能核算、耕地占補平衡、耕地征收補償和土地利用規(guī)劃等提供技術(shù)依據(jù)。本文運用修正法得到的定級結(jié)果較為合理，但仍需進一步改進與研究。

本次研究工作修正體系與因素因子權(quán)重是根據(jù)專家咨詢法確定的，導(dǎo)致主觀性較強，不同專家對同一指標打分差別較大；且修正因子之間存在一定的關(guān)聯(lián)，這會導(dǎo)致分值的重復(fù)計算，影響結(jié)果的準確性。建議今后同時運用兩種以上的方法確定修正體系與因素因子權(quán)重，保證科學(xué)性和客觀性。

在耕地定級修正因素指標量化中，對于灌溉保證率等無指標值的因子只能定性說明量化方法，需要進一步去探索賦分的方法；同時在計算擴散型因素因子作用半徑時，阻隔和直線距離測算的問題也需要解決，建議采用再次衰減法和作用域分區(qū)法等方法減少阻隔問題帶來的影響。

筆者是通過繪制總分頻率曲線，選擇頻率突變處作為級別界線，劃分耕地級別區(qū)間，最終確定各定級單元的土地級別。但實際中會有突變點不明顯的情況出現(xiàn)，運用人工判別確定級別界線難度較大。這種情況下，建議采用聚類分析法和方差分析法等方法實現(xiàn)耕地級別的劃分。

5 結(jié)論

(1)在耕地分等成果的基礎(chǔ)上，以GIS為基礎(chǔ)，運用修正法、總分頻率曲線法，按照實際情況將圖們市耕地劃分為5個級別，面積分布呈“中間大兩頭小”的分布規(guī)律。

(2)圖們市的耕地級別分布受交通區(qū)位條件影響明顯，基本呈以中心城鎮(zhèn)為中心、以主要道路為軸向外逐漸降低的趨勢，影響的程度與中心城鎮(zhèn)的級別和道路級別有較大的關(guān)聯(lián)性。

(3)圖們市的耕地級別受海拔高度、地形坡度、土壤質(zhì)量和灌溉條件等耕地本身的自然條件影響較大。