耕地质量评价

基于GIS的耕地质量评价研究综述

摘要：耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，耕地质量直接影响到农业生产的发展。耕地质量评价是全面衡量耕地质量水平，其结果主要应用于农业和国土政策的制定。本文主要从GIS在耕地质量评价中的应用着手做一综述，着重回顾了耕地质量评价的国内外发展的状况，分析指出GIS技术在耕地质量评价应用中存在的问题，以及解决方法，同时对耕地质量评价未来的发展提出了一些想法。

关键字：GIS；耕地质量；评价

0 引言

耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，耕地质量直接影响到农业生产的发展。进入21世纪以后，人口数量不断地增多，耕地数量不断减少，虽然人民生活水平不断提高，但是保持农业可持续发展首先要确保耕地的数量和质量。根据第二次全国土地调查结果显示，我国耕地最新数据为20.3077亿亩，比原来掌握数据增加2亿亩，但是我国耕地总体质量不高、后备资源不足的国情没有改变，而草原、滩涂、冰山积雪等生态空间不断被挤压。根据土资源部副部长、国务院第二次全国土地调查领导小组办公室主任王世元的说法，从数据增加耕地区位特点、损毁情况看，尽管二次调查耕地数据多了2亿亩，但增加耕地中相当部分需要安排退耕，相当数量不宜耕种，相当数量正常耕种受影响。我国适宜稳定利用的耕地也就是18亿亩多。从优质耕地减少情况看，全国城镇用地增加较快，优质耕地减少较多，后备耕地资源严重不足。因此,切实保护和合理利用耕地，对当前国民经济持续、健康和稳定发展具有全局性、长远性和决定性的影响，开展耕地资源的质量评价、科学管理和保护已成为当前所面临的一项紧迫任务[1]。本文主要从GIS在耕地质量评价中的应用着手做一综述，包括耕地质量评价的国内外研究现状、当前存在的问题，以及解决的方法等。

1 耕地质量评价国内外研究进展

1.1国内耕地质量评价研究进展

我国的耕地质量评价研究具有悠久的历史，也是世界上研究土地分类、进行土地评价最早的国家。据《禹贡篇》记载，4200多年前的夏禹时代，全国疆土分为九州，按土色、质地、植被、水文将土地划分为三等九级，依据其肥力制定贡赋等级。这是早期为税收服务的简单土地评价，此后在中国历史中各个朝代中，此类的分等定级的土地评价大同小异。直到50年代的荒地调查，我国才有了比较系统的土地评价研究[2]。60年代进行了部分区域的土地评价工作，但也只是对土地资源开发利用方向的定性评价，到了70年代后期，我国的耕地质量评价研究工作随着国外以合理利用土地为目的的耕地评价发展而发展起来，中国科学院、国家计委自然资源综考会的主持下制定了符合我国国情的土地资源分类和土地评价项目与指标，编制了《中国 l：100 万土地资源图》，出版了覆盖全国的 63 幅图件和中国土地资源数据库，这些系统全面的推进了土地评价事业的发展。到了80年代中期后，我国的耕地质量评价已经从大范围向小范围慢慢发展，从国省往市县镇过渡，把评价重心和土地利用规划等实践任务相结合，从以往的定性向定量发展，不单独考虑自然因素，而是综合考虑所以能影响土地的因素，大大提高了评价结果的使用性，在评价过程中，同时运用遥感技术、GIS技术、计算机技术等技术，使得评价精度不断提高。田小华等（2011年）就应用GIS技术对龙山县耕地质量进行了评价，其准确地评价了耕地质量[3]，为该地区的耕地改良提供了有力的支持。

1.2国外耕地质量评价研究进展

国外耕地质量评价研究已经有两千多年的历史，从历史的发展的时间轨迹上来看，可以分为三个时间阶段；一是15世纪开展了以土地赋税发展起来的耕地评价；二是20世纪30

年代至20世纪60年代期间以合理利用土地为目的的耕地评价；三是20世纪60年代后的定量化耕地评价。从研究进展来看可以分为定性评价和定量评价两个阶段[4]。

1.2.1 耕地质量定性评价阶段

以土地赋税发展起来的耕地评价也是耕地的定性评价阶段，早在15世纪的莫斯科公园税册中，就将耕地分为上、中、下三等，这是最早的耕地评价；随后如奥地利、法兰西、普鲁士等国家也以赋税为目的相继开展了耕地评价[5]。1877年，俄罗斯著名的土壤地理学家道库恰耶夫在尼口格勒自治州和包勒特夫斯克省开展了土地评价工作，研究了土地税和土地量值之间的关系，十年之后，在1886年，道库恰耶夫完成了“尼日格勒州土地的鉴定材料”的著作，对耕地质量评价体系做出了比较全面和系统的阐述，其方法体系目前仍然应用在前苏联各国中[6]。随后耕地质量评价的发展进入到了20世纪30年代，因资源调查与耕地合理利用规划，使得以合理利用土地为目的的耕地评价产生并发展起来。同一阶段，美国出现了大量的水土流失和严重的土壤侵蚀，急需依据自然环境特征，提出合理的土地利用和土地管理规划，基于土地利用不合理导致环境退化的原因，科学家们通过对生态环境退化与土地利用方式两者之间的关系，提出了土地潜力分类系统，并于1961年由美国农业部土壤保持局正式颁布了“土壤潜力分类系统”[7]，是当时世界上第一个较为全面的土地评价系统[8],[9]。继美国之后，加拿大、英国、澳大利亚、日本等国土地潜力评价相继得以发展。由此看来，20世纪60年代以前国外的耕地质量评价研究主要是作为赋税的依据，主要考虑了自然因素，而且评价手段与技术方法较为简单，处于定性描述阶段[4]。

1.2.2 耕地质量定量评价阶段

20世纪60年代以后，国外耕地质量评价的服务对象发生变化，开始为区域开发和土地利用规划服务，进入了明显不同于以往的定量化发展阶段。70年代后，随着遥感技术、计

算机技术和信息化技术在土地研究中的应用，耕地质量评价的理论和方法不断向着定量化方向发展，指标体系更为系统合理[10]。但是多国家都有自己的一套评价系统，不能进行国与国之间的交流，针对这种情况以及美国土地潜力分类系统的不足，联合国粮农组织（FAO）于1972年10月在荷兰的瓦格宁根举行了国际专家会议，对土地的概念、土地利用类型、土地评价方法以及诊断指标等进行了讨论，就土地评价的大部分原则达成了协议，于1973年出版了会议纪要和建议，在结合一些国家实践的基础上，于1976年正式公布了《土地评价纲要》[11]。该纲要从土地的适宜性角度出发，主要反映了土地的适宜性程度及土地的限制性因素和改良管理措施[12]。1981年美国农业部土壤保持局提出了以农业土地评价为目的的“土地评价和立地评价系统”，此系统是对重要农田和农业土壤的生产力进行评定的[13]，而且为规划工作者和管理工作者做出合理的土地利用决策提供了参考。20世纪60年代以后，随着遥感技术、GIS技术、信息技术、最优化计算等技术的发展，国外土地生产力定量模拟模型的应用更加广泛，这一阶段，耕地质量评价已经开始步入半定量、基本定量化的时期。

2 存在的问题以及解决的办法

GIS是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。我国在20世纪80年代后期开始，把GIS技术和土地资源评价相结合，产生了一系列的土地管理信息系统（LIS）[13]，后期发展比较快，不过在发展过程中存在很多问题。

王永峰（2008）提出利用GIS空间分析方法进行耕地质量的评价，可以解决在评价过程中必须考虑与地理空间位置密切相关地理要素，如土壤、气候、水文、灌溉排水等影响耕地质量优劣的条件[14]。但是苗洁等（2007）提出GIS应用面临的问题之一就是GIS最基

本的特点是每个数据项都有空间坐标，即首先定位，才能使得定性定量的属性数据与空间数据相连，但是数据精度却是一个难点，在此过程中必须要使用GPS定位技术才能解决数据精度的问题，但是迎面而来的就是数据代表性的问题[15]，因此，不同地域就要单独考虑其适宜的方法。

杨明龙等（2010）用层次分析法对耕地质量进行评价，解决了传统手工方法的耕地质量评价，实现了耕地质量评价中评价因子权重确定的算法与程序，使其过程更自动化，因层次分析法是一个复杂的过程何较好的把次方法和耕地质量评价系统结合在一起也是一个难点[16]，如何克服传统层次分析法中较多的人为因素，以及影响评价结果准确性和客观性的缺陷？说明仍需在技术的深层次上进行解析。

徐胜祥等（2006）在湖北省江陵县的耕地质量评价中为了对122个土样的13项指标进行了平行化验分析，用Access数据库对结果建立养分数据库，并用Kringing空间插值处理，生成各类养分专题图[17]，然而苏伟等（2004）却为应用Kringing插值处理养分精度不准确，其对土壤养分的空间变异性进行插值分析时，影响精度的是Kringing插值模型的选择及交叉验证法的检验与系数修正，结合山东龙口北马镇农田研究的结果表明，速效钾适合Gaussion模型；速效磷适合Exponential模型；有机质适合HoleEffect模型[18]。故在对利用Kringing插值法时需要考虑各个影响其精度的因子，找出合适的模型。

肖碧林等（2008）提到耕地质量评价方法决定了评价结果的方向和适宜程度，其技术方法与手段的发展过程一般是定性—半定量—定量—数学统计与数学模型—新方法与技术综合集成[19]，但是其精细化程度低、精准化程度低和批量处理能力不足，在利用GIS的空间分析功能，RS的地物信息提取功能，GPS的精准定位功能，使得三个问题迎刃而解。

韩会庆等（2011）在利用GIS技术对喀斯特地区耕地质量进行评价时，利用MapGIS

采用多图层叠加确定评价单元并获取单元属性数据[20-22]，在采用叠加分析法时特别会产生下面的问题：数据来源数据格式、年份是否一致等等原因造成数据质量得不到保证，严重影响了GIS的应用，所以在实践过程中务必在确定评价单元之前就有对图件和图层进行统一的筛选，以免造成各地数据难以共享。

3 发展与展望

目前耕地质量评价的方法很多，包括很多种评价指标体系，评价单元的选取，评价模型的建立，但是自从把GIS技术用在耕地质量评价中之后，克服了传统耕地质量评价中存在的缺点，扩大了范围，增加了周期，提高了时效，减少了人力物力等优点。GIS强大的空间信息和属性信息管理功能为耕地质量评价提供了强大的技术支持，但是由于在应用GIS技术时也发现其功能不全，需要RS、GPS等技术来完善，所以需要发展3S技术与耕地质量评价的结合，同时也应注意计算机中神经网络、最优化技术等等计算机技术的应用。其次，需要国家的相关部门制定统一的规范和标准，而且需要关注网络技术与GIS的发展，及时了解耕地质量的变化，最后能够实现数据交换，成果共享。

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