專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于gis的省域可比耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土地評(píng)價(jià)與管理領(lǐng)域，具體說(shuō)一種基于GIS的省域可比耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。
技術(shù)背景 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)是在特定的用途下(主要是種植農(nóng)作物)，對(duì)耕地的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面屬性進(jìn)行綜合、定量評(píng)定并劃分等級(jí)的過(guò)程。
①國(guó)外研究 國(guó)外的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究已有兩千多年的歷史。在古希臘、埃及、印度、羅馬古國(guó)的文獻(xiàn)史料中，都有關(guān)于耕地等級(jí)劃分的記載。古羅馬著名的學(xué)者和農(nóng)學(xué)家瓦羅在其著作《論農(nóng)業(yè)》中提出按“農(nóng)地的價(jià)值大小來(lái)排列”進(jìn)行土壤的分級(jí)。18世紀(jì)以來(lái)隨著化學(xué)和地質(zhì)學(xué)的發(fā)展，各國(guó)學(xué)者對(duì)土壤性質(zhì)進(jìn)行分析并分等定級(jí)。而對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系最早做出較全面和系統(tǒng)闡述的是1886年俄羅斯道庫(kù)恰耶夫的“尼日格勒州土地的鑒定材料”的著作，其方法體系目前仍在前蘇聯(lián)各國(guó)中應(yīng)用。前蘇聯(lián)學(xué)者針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，開(kāi)展了景觀潛力(或土地質(zhì)量)評(píng)價(jià)和鑒定方面的應(yīng)用研究。Storie(1933)在美國(guó)加州所提出SIR(5011知deX尺武ing)指數(shù)，考慮了土壤剖面發(fā)育程度、土壤表面質(zhì)地、土壤可變性狀等耕地質(zhì)量的影響。德國(guó)財(cái)政部(1934)提出“農(nóng)地評(píng)價(jià)條例”，根據(jù)土地性狀對(duì)產(chǎn)量的影響劃分耕地質(zhì)量。HalCrow和Stucky(1949)依據(jù)作物估計(jì)產(chǎn)量將蒙大拿土壤分成不同的等級(jí)，并計(jì)算每16公頃土壤的平均質(zhì)量級(jí)別作為稅收的依據(jù)。澳大利亞最大的研究機(jī)構(gòu)聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織(CSIRO)，把資源調(diào)查和評(píng)價(jià)作為主要研究任務(wù)之一，自1946年設(shè)立一來(lái)，在澳大利亞開(kāi)展土地資源綜合調(diào)查，建立了一套分類(lèi)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并形成一套較為規(guī)范的調(diào)查、評(píng)價(jià)和制圖方法。美國(guó)學(xué)者KlingebieA.A.(1985)按照土地集約程度將土地劃分為八個(gè)潛力級(jí)，每個(gè)潛力級(jí)適用于農(nóng)、林、牧發(fā)展的不同程度。
二十世紀(jì)六十年代以后，國(guó)外耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)入了明顯不同的發(fā)展階段，開(kāi)始為區(qū)域開(kāi)發(fā)和土地利用規(guī)劃服務(wù)。隨著更廣泛的資源調(diào)查以及遙感等技術(shù)手段在資源調(diào)查中的應(yīng)用，土地研究開(kāi)始由土地清查走向土地評(píng)價(jià)。1976年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)頒布了“土地評(píng)價(jià)綱要”(Framework of landevaluation)(Beroteran，1997)，該綱要從土地的適宜性角度出發(fā)，分為綱、類(lèi)、亞類(lèi)、單元四級(jí)，主要反映土地的適宜性程度及土地的限制性因素和改良管理措施(FAO，1976)，提供了比較全面的土地特性及其匹配的土地生產(chǎn)力評(píng)價(jià)和土地利用方式，成為土地資源評(píng)價(jià)史上的里程碑。1981年美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局提出了，“土地評(píng)價(jià)和立地評(píng)價(jià)”系統(tǒng)，主要用于農(nóng)業(yè)目的的土地評(píng)價(jià)，對(duì)重要農(nóng)田和農(nóng)業(yè)土壤的生產(chǎn)力進(jìn)行評(píng)定。這一系統(tǒng)除了考慮耕地的物理和化學(xué)特性外，也反映了經(jīng)濟(jì)因子；既考慮了土地管理措施，又考慮了耕地的稅收和法規(guī)，具有較好的綜合性、精確性和法律性。另外，加拿大生物土地委員會(huì)、荷蘭地學(xué)研究所、澳大利亞土地資源研究處以及東歐、南亞、拉美一些國(guó)家都廣泛展開(kāi)了耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究工作。六十年代以后，尤其是隨著GIS技術(shù)、信息技術(shù)、最優(yōu)化計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外土地生產(chǎn)力定量模擬模型的應(yīng)用更為廣泛，這一階段評(píng)價(jià)已經(jīng)開(kāi)始步入半定量、基本定量化時(shí)期。
②國(guó)內(nèi)研究 我國(guó)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究具有悠久的歷史，是世界上研究土地分類(lèi)、進(jìn)行土地評(píng)價(jià)最早的國(guó)家。2000多年前的《管子·地員篇》根據(jù)地下水位、自然植被、土壤性質(zhì)和生產(chǎn)力差異，將土地分為三等十八類(lèi)，每類(lèi)又分為五種，共九十種，是世界上最早的土地分類(lèi)和土地評(píng)價(jià)的科學(xué)著作。《禹貢》一書(shū)則根據(jù)土地自然肥力的差別將九州土地分為上、中、下三等，每等又分為上、中、下三級(jí)，共九級(jí)，并按土地等級(jí)規(guī)定田賦標(biāo)準(zhǔn)(王成組，1982)?！吨芏Y·地官司徒》則著重以土壤肥力為主，對(duì)九州土壤按顏色和質(zhì)地進(jìn)行分類(lèi)，以土宜之法”發(fā)展生產(chǎn)(王成組，1982)。北魏《齊民要術(shù)》一書(shū)認(rèn)為“地勢(shì)有良薄，山澤有異宜，順天時(shí)，量地利，則用力少而成功多”(繆啟愉，1982)。這些都是世界上最早有關(guān)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的著作。而且中國(guó)歷史中的各個(gè)朝代，都采用各種不同的方式管理土地，進(jìn)行土地分類(lèi)和評(píng)價(jià)，作為制定稅收的依據(jù)。
我國(guó)較系統(tǒng)的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究始于五十年代后的兩次土壤普查，1958年進(jìn)行了第一次土壤普查。而后又于1979年開(kāi)展了歷時(shí)16年的全國(guó)第二次土壤普查。在第二次土壤普查中完成2444個(gè)縣、312個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)和44個(gè)林業(yè)區(qū)的土壤普查，匯總編著了《中國(guó)土壤》和《中國(guó)土種志》等專(zhuān)著，為開(kāi)展耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了詳實(shí)的基礎(chǔ)資料。從五十年代中期至七十年代中期，是我國(guó)土地資源學(xué)科形成的準(zhǔn)備時(shí)期。結(jié)合中國(guó)科學(xué)院組織的自然資源綜合考察中的土壤地理和土地資源調(diào)查進(jìn)行的土地評(píng)價(jià)，按水熱條件將全國(guó)劃分為區(qū)和副區(qū)，在副區(qū)下又按開(kāi)墾措施的難易程度分為五等或三等，等以下分組。代表性成果有《新疆土地資源評(píng)價(jià)與估算》、《內(nèi)蒙古地區(qū)宜農(nóng)土地資源》(程鴻，1962)。這一時(shí)期的土地評(píng)價(jià)大多屬于區(qū)域性單項(xiàng)評(píng)價(jià)研究，與生產(chǎn)建設(shè)緊密結(jié)合，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，但由于經(jīng)驗(yàn)色彩較濃，理論總結(jié)不足。七十年代中期開(kāi)始至八十年代中期，是我國(guó)土地評(píng)價(jià)研究的成熟期。這一時(shí)期的土地評(píng)價(jià)研究由單項(xiàng)評(píng)價(jià)逐步轉(zhuǎn)為全面和綜合的土地評(píng)價(jià)，地區(qū)性研究與全國(guó)性研究相結(jié)合，遙感技術(shù)在土地評(píng)價(jià)調(diào)查與制圖中得到了比較廣泛的應(yīng)用，并逐步形成了具有我國(guó)特色土地評(píng)價(jià)理論與方法體系。中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家計(jì)委自然資源綜考會(huì)的主持下制定了符合我國(guó)國(guó)情的土地資源分類(lèi)和土地評(píng)價(jià)項(xiàng)目與指標(biāo)，編制了《中國(guó)1100萬(wàn)土地資源圖》，出版了覆蓋全國(guó)的63幅圖件和中國(guó)土地資源數(shù)據(jù)庫(kù)。這些研究全面系統(tǒng)地總結(jié)了過(guò)去的土地研究工作，闡明了土地資源及其編圖的一系列理論與方法問(wèn)題，獲得了各地、各類(lèi)土地質(zhì)量的數(shù)據(jù)，有力地推動(dòng)了我國(guó)土地評(píng)價(jià)理論的深化和方法的發(fā)展。這一時(shí)期土地資源研究的主要特點(diǎn)是(1)從地區(qū)性走向全國(guó)性的研究；(2)從單項(xiàng)資源走向全國(guó)的綜合資源研究；(3)更重要的是從經(jīng)驗(yàn)上升到理論和系統(tǒng)的研究，從而初步形成了具有我國(guó)特色的土地資源學(xué)及其研究體系；(4)遙感技術(shù)在土地資源制圖中得到較廣泛的應(yīng)用。八十年代中期，土地質(zhì)量評(píng)價(jià)區(qū)域研究從全國(guó)或省(區(qū))的大范圍逐步過(guò)渡到中、小區(qū)域范圍，更加注重將土地評(píng)價(jià)研究與區(qū)域土地利用規(guī)劃等實(shí)踐任務(wù)結(jié)合起來(lái)。從過(guò)去偏重土地的自然評(píng)價(jià)逐步轉(zhuǎn)向自然、經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)，將更多的注意力集中于城市用地和旅游用地評(píng)價(jià)，從而提高了土地評(píng)價(jià)成果的實(shí)用性。同時(shí)，計(jì)量方法及遙感、地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)在土地評(píng)價(jià)中得到日益廣泛地應(yīng)用，增強(qiáng)了土地評(píng)價(jià)的定量化、自動(dòng)化和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)性。如“三北”防護(hù)林的建設(shè)、黃土高原水土流失的綜合治理、北京豐臺(tái)區(qū)(申元村，1987)、四川西昌市(楊子生，1989)、河南清豐縣(王國(guó)強(qiáng)，1990)、開(kāi)封市郊(林德光，1990)等縣市的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)。2002年—2003年農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心在全國(guó)大部分省市開(kāi)展了耕地地力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立工作，建立了全國(guó)耕地分等定級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)和管理信息系統(tǒng)。
綜上所述目前我國(guó)對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)整體狀況是①對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的探討重視不夠，對(duì)其研究的目的、意義認(rèn)識(shí)不清；②在部分地區(qū)對(duì)耕地質(zhì)量等級(jí)作了一些試點(diǎn)性研究，但在評(píng)價(jià)方法上多以專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)結(jié)合人工評(píng)價(jià)制圖法進(jìn)行，方法手段較為落后；③有關(guān)GIS支持下的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，特別是農(nóng)用地分等定級(jí)研究至今尚沒(méi)有較完善的可推廣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)體系；④對(duì)大區(qū)域、不同類(lèi)型區(qū)域耕地質(zhì)量可比評(píng)價(jià)尚沒(méi)有明確的方法技術(shù)。
本發(fā)明采用GIS空間疊置技術(shù)和采用系統(tǒng)聚類(lèi)法劃分指標(biāo)控制區(qū)，主成分分析法確定評(píng)價(jià)因素，模糊層次法確定權(quán)重，分段函數(shù)法將因素指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊式設(shè)計(jì)計(jì)算耕地自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)，構(gòu)建耕地質(zhì)量因素組合類(lèi)比體系，頻率法和等間距法相結(jié)合劃分耕地質(zhì)量等別。既能反映出區(qū)域多層次可比的、宏觀地帶性分異規(guī)律與長(zhǎng)期穩(wěn)定的耕地質(zhì)量，又能精確反映區(qū)域景觀尺度范圍內(nèi)非地帶性分異規(guī)律、體現(xiàn)短期人為活動(dòng)影響的耕地質(zhì)量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?？蔀槭∮蚰酥寥珖?guó)耕地資源的合理利用與保護(hù)、土地開(kāi)發(fā)整理提供有力的支持與借鑒，對(duì)大區(qū)域或不同類(lèi)型區(qū)域耕地資源的統(tǒng)一管理明確了支撐技術(shù)，從而為制定耕地資源開(kāi)發(fā)與規(guī)劃利用政策、確保糧食安全提供了技術(shù)保障。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在融合光溫生產(chǎn)潛力、土地生產(chǎn)潛力、土地利用水平與土地效益基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用逐步訂正研究方法建立耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，以耕地自然質(zhì)量為核心，通過(guò)協(xié)調(diào)耕地資源的自然稟賦與持續(xù)高效利用，既反映了可比的、宏觀地帶性分異規(guī)律與長(zhǎng)期穩(wěn)定的耕地質(zhì)量，又能精確反映區(qū)域景觀尺度范圍內(nèi)非地帶性分異規(guī)律、體現(xiàn)短期人為活動(dòng)影響的耕地質(zhì)量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；構(gòu)建不同尺度可比的耕地資源質(zhì)量綜合定量化評(píng)價(jià)技術(shù)參數(shù)體系；建立耕地資源質(zhì)量評(píng)價(jià)的因素組合類(lèi)比體系。
一、區(qū)域可比的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)參數(shù)體系的建立 1評(píng)價(jià)因素指標(biāo)控制區(qū)的劃分 基于GIS空間疊置技術(shù)，通過(guò)對(duì)氣候圖和地形地貌圖的疊置整合，形成復(fù)合圖，從而確定耕地質(zhì)量指標(biāo)控制一級(jí)區(qū)，在一級(jí)分區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)二級(jí)區(qū)指標(biāo)，以鄉(xiāng)(鎮(zhèn))為基礎(chǔ)單元，采用系統(tǒng)聚類(lèi)法分別對(duì)一級(jí)區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)進(jìn)行歸類(lèi)，通過(guò)以下各步的計(jì)算實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量指標(biāo)控制二級(jí)區(qū)的初步劃分。
(1)采用標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)換法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，其公式為 (式1) 其中式中，Xij為各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值，Xj為Xij的均值；σj為Xij的標(biāo)準(zhǔn)差。
(2)采用歐氏距離計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)之間的聚類(lèi)距離，其公式為 (式2) (3)采用離差平方和法進(jìn)行聚類(lèi)分析，即設(shè)Gp與Gq并類(lèi)為Gr，則Gr與另一類(lèi)Gk的距離為(式3) (4)指標(biāo)控制區(qū)劃分結(jié)果檢驗(yàn) 根據(jù)聚類(lèi)分析結(jié)果，若每個(gè)一級(jí)區(qū)內(nèi)包含不同數(shù)量的二級(jí)區(qū)，最終結(jié)果需要對(duì)一級(jí)區(qū)內(nèi)的所有二級(jí)區(qū)進(jìn)行回判檢驗(yàn)。其數(shù)學(xué)方法及步驟簡(jiǎn)述如下 ①分別計(jì)算各區(qū)判別指標(biāo)的均值。
②通過(guò)計(jì)算機(jī)求解，得到判定函數(shù)的待定系數(shù)λ，并列出判別函數(shù)的方程于 ③計(jì)算兩區(qū)的判別臨界值Rij，計(jì)算公式為 (式4) 式中，Rij為第i區(qū)與第j區(qū)的判別臨界值，∑Ai，∑Bi，...，∑Ni為第i區(qū)各指標(biāo)之和；∑Aj，∑Bj，…，∑Nj為第j區(qū)各指標(biāo)之和；ni，，nj分別為第i區(qū)、第j區(qū)代表樣點(diǎn)數(shù)。
④計(jì)算待判樣點(diǎn)的判別值，并進(jìn)行歸屬判別。將待判樣點(diǎn)各指標(biāo)值代入判別函數(shù)，可求得該樣點(diǎn)的

別值R。然后根據(jù)下述條件進(jìn)行歸屬

別當(dāng)R在Rij→Ri一側(cè)，應(yīng)歸于i區(qū)；當(dāng)R在Rij→Rj一側(cè)，應(yīng)歸于j區(qū)。
對(duì)于未參加計(jì)算及錯(cuò)

的縣(市)，再結(jié)合地形地貌、生態(tài)環(huán)境特征，通過(guò)類(lèi)比法確定其歸屬。
2 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素及權(quán)重的確定 影響耕地質(zhì)量的因素有很多，并且不同指標(biāo)控制區(qū)影響耕地質(zhì)量的因素也不盡相同，這極大的增加了確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的難度。為此，提出分層控制指標(biāo)的技術(shù)，通過(guò)指標(biāo)控制區(qū)的劃分，來(lái)控制影響耕地質(zhì)量的因素的選擇，在各指標(biāo)控制區(qū)，按不同作用尺度構(gòu)建評(píng)價(jià)因素指標(biāo)體系，使質(zhì)量耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)因素的選擇有了化繁為簡(jiǎn)的基礎(chǔ)。并且本發(fā)明是針對(duì)未來(lái)保障耕地資源安全與糧食安全戰(zhàn)略進(jìn)行的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，不是針對(duì)影響當(dāng)前糧食產(chǎn)量高低進(jìn)行的現(xiàn)實(shí)地力評(píng)價(jià)，因此選擇是影響耕地質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件。
(1)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素的確定 運(yùn)用主成分分析法對(duì)耕地樣本的影響因素進(jìn)行研究，為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)尋找依據(jù)。通過(guò)SPSS14.0軟件，實(shí)現(xiàn)主成份分析各步驟，選取特征值大于1.5，累積貢獻(xiàn)率大于75％的主成分代替原始因素。
(2)耕地質(zhì)量參評(píng)因素權(quán)重的確定 對(duì)于具體的區(qū)域，限制耕地質(zhì)量的因素有所不同，且同一個(gè)因素對(duì)當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量影響程度也不相同，這給耕地質(zhì)量的評(píng)定的可比性帶來(lái)困難，所以有必要針對(duì)每個(gè)具體的區(qū)域進(jìn)行影響因素權(quán)重的計(jì)算。本發(fā)明采用模糊層次法進(jìn)行限制因子選取和權(quán)重確定。
利用粗

集和模糊集的相關(guān)理論，首先根據(jù)所用的特征屬性進(jìn)行模糊聚類(lèi)，找到最佳分類(lèi)，將它看作某種決策屬性的分類(lèi)，可得到按某種假設(shè)決策屬性的k等價(jià)集。根據(jù)同樣的方法，依次刪除單個(gè)屬性Ci再進(jìn)行模糊聚類(lèi)，從而得到條件屬性C-{ci}的等價(jià)集；然后計(jì)算條件屬性與決策屬性之間的依賴程度γ(C-{ci}，D)，求得屬性ci的重要程度；最后利用歸一化重要程度的方法來(lái)求解各因素的權(quán)重.具體步驟如下 Step1對(duì)象集為X＝{x1，x2，...，xn}，條件屬性值為(xi1，xi2，...，xim)，得到原始數(shù)據(jù)矩陣，按模糊聚類(lèi)分析的一般步驟進(jìn)行分類(lèi)。
Step2由F-統(tǒng)計(jì)量方法確定最佳置信水平閾值λ，找出最佳分類(lèi) Y＝{Y1，Y2，...，Ys}， Yi表示一個(gè)等價(jià)集.將該分類(lèi)當(dāng)作某種決策屬性的等價(jià)集的集合. Step3刪除條件屬性ci(i＝1，2，...，m)后，得到刪除后的原始數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)該矩陣按模糊聚類(lèi)分析的方法進(jìn)行分類(lèi)，利用F-統(tǒng)計(jì)量確定最佳置信水平，找出

除條件屬性ci后的最佳分類(lèi)，得到依次刪除ci的分類(lèi)集 E＝{E1，E2，...，Em} (式5) 其中對(duì)于不同的i值，k也可以不同；表示刪除第i個(gè)條件屬性后得到的分類(lèi)等價(jià)集；

表示刪除第i個(gè)條件屬性后所得到分類(lèi)的第l個(gè)等價(jià)集。
Step4利用粗

集相關(guān)原理，求解每個(gè)屬性的重要程度.分別求解決策屬性的各等價(jià)集的下近似集的并集，公式為 (式6) 其中1≤l≤s，且由條件屬性C-ci決定分類(lèi)的等價(jià)集為由粗糙集定義3計(jì)算兩個(gè)屬性集的依賴程度 γ(C-{ci}，D)＝|POSC-{ci}(D)|/|U| (式7) 再由粗糙集相關(guān)理論定義4求解條件屬性ci的重要程度SGF(ci，C，D). Step5根據(jù)每個(gè)條件屬性的重要程度，用歸一化處理方法分配權(quán)重，權(quán)重分配公式為 (式8) (3)耕地質(zhì)量參評(píng)因素指標(biāo)分值確定 參評(píng)因素對(duì)耕地質(zhì)量等別的影響程度，并不隨因素屬性指標(biāo)數(shù)據(jù)的增減呈

線性變化，有時(shí)是非線性的。所以，這些屬性指標(biāo)數(shù)據(jù)需進(jìn)行屬性指標(biāo)數(shù)據(jù)一因素質(zhì)量分值的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)，是進(jìn)行因素不同指標(biāo)值的無(wú)量綱處理，即得到一個(gè)新的因素質(zhì)量的表征值一一因素指標(biāo)質(zhì)量分值。以因素指標(biāo)質(zhì)量分值作為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的計(jì)算數(shù)據(jù)，能更為

觀、合理地反映參評(píng)因素對(duì)耕地等別影響作用的大小。
在分析耕地自然質(zhì)量參評(píng)因素各屬性指標(biāo)值與耕地自然質(zhì)量的關(guān)系基礎(chǔ)上，通過(guò)隸屬函數(shù)和直接賦值法，采用百分制相對(duì)值方法計(jì)算各自然質(zhì)量參評(píng)因素指標(biāo)分值。
(4)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度 本發(fā)明通過(guò)主要作物的生態(tài)適宜性分析，針對(duì)作物對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求及其受害情況和不同復(fù)種方式對(duì)水熱的要求，分別對(duì)指標(biāo)控制二級(jí)區(qū)進(jìn)行分區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定。
(5)計(jì)算作物光溫潛力指數(shù)α 光溫生產(chǎn)潛力是耕地自然質(zhì)量評(píng)定的基礎(chǔ)，它是以當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射為基礎(chǔ)，通過(guò)光合、溫度的校正計(jì)算而來(lái)，具體計(jì)算步驟如下 ①總輻射的計(jì)算 計(jì)算生長(zhǎng)季內(nèi)各月總輻射Qi(cal/cm2.月) Qi＝59QAi*Di*(a+b*Si) (式9) 式中 i＝1，2，...，n農(nóng)作物生長(zhǎng)季內(nèi)的各月； QAi 各月平均大氣上界日輻射量 Di 各月實(shí)際天數(shù)； a、b 各地區(qū)輻射回歸系數(shù) Si 月平均日照百分率。
生長(zhǎng)季總輻射Q (式10) i＝1，2，...，n農(nóng)作物生長(zhǎng)季內(nèi)的各月 ②光合生產(chǎn)潛力的計(jì)算 作物生長(zhǎng)季內(nèi)月光合生產(chǎn)速率為Ypi YPi＝(E*Qi)/[h(1-CA)] (式11)

(式12) 式中 i＝1，2，...，n為農(nóng)作物生長(zhǎng)季內(nèi)的各月； CA 作物灰分含量，取為0.08 h 每形成1克干物質(zhì)所需的熱量，等于干物質(zhì)燃燒熱； E 理論光能利用率； ξ 光合有效輻射占總輻射的比例，取為0.49 α 作物生長(zhǎng)季的葉面反射率，平均取為0.08 β 作物群體對(duì)太陽(yáng)輻射的漏射率，平均為0.06 γ 光飽和限制率，在自然條件下一般不構(gòu)成限制，取為0 ρ 作物非光合器官對(duì)太陽(yáng)輻射的無(wú)效吸收，取為0.1 ω 作物呼吸損耗率，取為0.3

量子轉(zhuǎn)化效率，取為0.224 作物生長(zhǎng)季光合生產(chǎn)潛力Yp(式13) CH 作物收獲指數(shù)校正系數(shù)，表示收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量占作物總生物量的比例。
③光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算 各月的光溫生產(chǎn)潛力計(jì)算通式 YPTi＝Y(jié)Pi*f(Ti) (式14) 其中 YPti生長(zhǎng)季內(nèi)各月的光溫生產(chǎn)潛力； f(Ti)各月溫度影響函數(shù)，因作物種類(lèi)而異；水稻、玉米為喜溫作物，小麥為喜涼作物。
喜涼作物

(式15) 喜溫作物

(式16) 式中t作物生長(zhǎng)季內(nèi)各月平均氣溫。
作物生長(zhǎng)季內(nèi)的光溫生產(chǎn)潛力(式17) YPT即作物光溫生產(chǎn)潛力； CH是作物收獲指數(shù)校正系數(shù)。
(6)標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量與產(chǎn)量比系數(shù)β 標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量是以基準(zhǔn)作物產(chǎn)量為準(zhǔn)，其他指定作物的產(chǎn)量用產(chǎn)量比系數(shù)折算得到的產(chǎn)量。
產(chǎn)量比系數(shù)(β)是基準(zhǔn)作物實(shí)際產(chǎn)量與當(dāng)?shù)馗鞣N指定作物單位面積實(shí)際產(chǎn)量比值。從理論上講，作物產(chǎn)量比系數(shù)的作用就是為了使不同區(qū)域、種植不同作物的不同地塊的生產(chǎn)能力可進(jìn)行對(duì)比，從而判斷兩地生產(chǎn)能力的高低。實(shí)際上就是為不同作物產(chǎn)量之間的轉(zhuǎn)換提供一個(gè)折算系數(shù)，進(jìn)而使不同作物產(chǎn)量之間具有可比性。
按當(dāng)?shù)馗鞣N作物光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)與基準(zhǔn)作物光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)之比為產(chǎn)量比系數(shù)。以指標(biāo)控制一級(jí)區(qū)為單位，通過(guò)各主要作物光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算，按下式計(jì)算各指定作物的產(chǎn)量比系數(shù)。產(chǎn)量比系數(shù)＝基準(zhǔn)作物光溫生產(chǎn)潛力/指定作物光溫上產(chǎn)潛力 二、采用模塊式設(shè)計(jì)進(jìn)行不同層次耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià) 1 耕地自然質(zhì)量等別的評(píng)價(jià) 耕地自然質(zhì)量指耕地能夠連續(xù)不斷地供應(yīng)和滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光照、溫度、水分和養(yǎng)分的需要，以及支撐作物生長(zhǎng)基地和其他環(huán)境條件與性能的總體質(zhì)量。依據(jù)作物產(chǎn)量形成原理，以耕地的光溫生產(chǎn)潛力為耕地生產(chǎn)潛力的最高值，選擇與耕地自然質(zhì)量形成密切相關(guān)的土壤與地形因素等指標(biāo)，形成耕地自然質(zhì)量評(píng)價(jià)子模塊。耕地自然等指數(shù)的計(jì)算依據(jù)下列公式計(jì)算 Ri＝∑Rij (式18) 其中，Rij計(jì)算公式為Rij＝αj×CLij×βj/100 式中Rij——第i單元第j種指定作物的自然質(zhì)量等指數(shù)； Ri——第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地自然質(zhì)量等指數(shù)； ∑——連加運(yùn)算符； αj——第j種作物的光溫生產(chǎn)潛力； CLij——第i個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)種植第j種指定作物的耕地自然質(zhì)量分值； βj——第j種指定作物的產(chǎn)量比系數(shù)。
其中CLij計(jì)算公式為 (i＝1，2，...p；j＝1，2，...n；k＝1，2，...m)(式19) 式中Wk—第k個(gè)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重； CLij—評(píng)價(jià)單元指定作物自然質(zhì)量分，為無(wú)量綱數(shù)； i—評(píng)價(jià)單元編號(hào)；j—指定作物編號(hào)； k—評(píng)價(jià)因素編號(hào)；p—評(píng)價(jià)單元的數(shù)目； n—指定作物的數(shù)目；m—評(píng)價(jià)因素的數(shù)目； fijk—第i個(gè)單元內(nèi)第j種作物第k個(gè)評(píng)價(jià)因素的質(zhì)量 2 耕地利用質(zhì)量等別的評(píng)價(jià) 在特定區(qū)域內(nèi)盡管局地氣候與耕地自然生態(tài)條件在一定程度上具有相似性，但由于區(qū)域耕地資源的農(nóng)耕歷史、種植習(xí)慣和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度的不同，而造成耕地資源質(zhì)量具有區(qū)域差異性，耕地生產(chǎn)潛力的開(kāi)發(fā)與利用受的社會(huì)平均利用水平的限制。因此，應(yīng)對(duì)耕地的基礎(chǔ)質(zhì)量進(jìn)行社會(huì)長(zhǎng)期土地利用狀況的修正，即耕地資源利用質(zhì)量評(píng)價(jià)。其評(píng)價(jià)是通過(guò)構(gòu)建以區(qū)域平均實(shí)際產(chǎn)量與潛在理論產(chǎn)量比值的耕地利用系數(shù)來(lái)修正反映區(qū)域農(nóng)耕水平、利用強(qiáng)度與勞動(dòng)態(tài)度等對(duì)耕地資源質(zhì)量發(fā)揮的影響。主要體現(xiàn)相同土地質(zhì)量與潛力上由于利用水平的差異造成的耕地資源質(zhì)量的差異，從而建立反映耕地在長(zhǎng)期社會(huì)平均利用水平條件下形成的耕地資源利用質(zhì)量評(píng)價(jià)子模塊。
(1)耕地利用系數(shù)的計(jì)算 ①根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)耕作制度和產(chǎn)量比系數(shù)，計(jì)算樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)糧實(shí)際產(chǎn)量 Y＝∑Yj*βj(式20) 式中Y—樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)糧實(shí)際產(chǎn)量； Yj—第j種指定作物的實(shí)際產(chǎn)量； βj—第j種指定作物的產(chǎn)量比系數(shù)。
②根據(jù)一級(jí)指標(biāo)控制區(qū)指定作物最大產(chǎn)量、產(chǎn)量比系數(shù)計(jì)算樣點(diǎn)的最大標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn) Ymax＝∑Yj，max·βj (式21) 式中Ymax—樣點(diǎn)最大標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn)； Yj，max—樣點(diǎn)第j種指定作物的最大產(chǎn)量； βj—樣點(diǎn)第j種指定作物的產(chǎn)量比系數(shù)。
③計(jì)算樣點(diǎn)的綜合耕地利用系數(shù) KLij＝Y(jié)ij/Yjmax (式22) 式中KLij—樣點(diǎn)的綜合土地利用系數(shù)； Yij—樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)糧實(shí)際產(chǎn)量； Yj，max—指標(biāo)區(qū)內(nèi)最大標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn)。
(2)耕地利用質(zhì)量等指數(shù)的計(jì)算 耕地利用等指數(shù)按下式計(jì)算 Yi＝Ri*KL (式23) 式中Yi—第i個(gè)評(píng)價(jià)單元土地利用等指數(shù)； Ri—第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的自然質(zhì)量等指數(shù)； KL—單元所在等值區(qū)綜合土地利用系數(shù)。
3 耕地經(jīng)濟(jì)效益質(zhì)量等別的評(píng)價(jià) 具有相同的生產(chǎn)潛力和社會(huì)平均利用水平的耕地資源，所體現(xiàn)的僅是區(qū)域耕地資源具有相同的開(kāi)發(fā)與利用水平。然而由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件不同會(huì)導(dǎo)致投入產(chǎn)出水平不同，致使同樣土地上獲得的土地收益不同，這就意味著在相同社會(huì)平均利用水平條件下的耕地資源其經(jīng)營(yíng)收益具有差異性。因此按土地報(bào)酬遞減率理論，通過(guò)建立反映特定區(qū)域耕地的區(qū)域平均投入產(chǎn)出狀況與最優(yōu)平均投入產(chǎn)出比值的耕地經(jīng)濟(jì)系數(shù)修正由于經(jīng)濟(jì)效益不同造成耕地資源質(zhì)量的差異，將耕地資源利用質(zhì)量水平即作物的生產(chǎn)量修正為包含土地投入產(chǎn)出效益的耕地資源經(jīng)濟(jì)效益質(zhì)量。根據(jù)不同區(qū)域間土地社會(huì)平均投入產(chǎn)出水平建立耕地資源經(jīng)濟(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)子模塊。
(1)耕地經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)的計(jì)算 ①計(jì)算“產(chǎn)量—成本”指數(shù) 將各樣點(diǎn)調(diào)查獲得的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算樣點(diǎn)的“產(chǎn)量—成本”指數(shù) αj＝Y(jié)j/Cj (式24) 式中αj—樣點(diǎn)產(chǎn)量—成本指數(shù)； Yj—樣點(diǎn)第j種作物實(shí)際產(chǎn)量； Cj—樣點(diǎn)第j種指定作物實(shí)際成本。
②按下式計(jì)算樣點(diǎn)的綜合耕地經(jīng)濟(jì)效益系數(shù) Kc＝α/A (式25) 式中Kc—樣點(diǎn)的綜合土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)； α—樣點(diǎn)綜合產(chǎn)量—成本指數(shù)； A—指標(biāo)區(qū)最大產(chǎn)量—成本指數(shù)。
(2)耕地經(jīng)濟(jì)效益質(zhì)量等指數(shù)的計(jì)算 耕地利用等指數(shù)經(jīng)過(guò)耕地經(jīng)濟(jì)系數(shù)修正后，即得耕地經(jīng)濟(jì)指數(shù)，其定義式為 Gi＝Y(jié)i*Kc(式26) 式中Gi—第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地等指數(shù)； Yi—第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地利用等指數(shù)； Kc—綜合土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)。
三、耕地質(zhì)量因素組合類(lèi)比體系構(gòu)建 在耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程中，由于采用因素個(gè)數(shù)多，表達(dá)不

觀并難于應(yīng)用GIS技術(shù)進(jìn)行分析，因此，針對(duì)耕地質(zhì)量與因素之間的內(nèi)在聯(lián)系與特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)影響耕地資源質(zhì)量的各因素分析，將各評(píng)價(jià)因素進(jìn)行分級(jí)，并將各評(píng)價(jià)因素的不同級(jí)別以數(shù)字代碼的形式進(jìn)行一一組合，在對(duì)各組合綜合歸納和檔次續(xù)分的基礎(chǔ)上，用因素組合類(lèi)型

觀表達(dá)耕地質(zhì)量，從而建立反映耕地質(zhì)量的因素組合類(lèi)比體系，并以此作為連接縣域、指標(biāo)控制區(qū)與省域各層次的橋梁，簡(jiǎn)化不同尺度耕地資源質(zhì)量的表達(dá)方式。
因素組合的設(shè)計(jì)采用參評(píng)耕地質(zhì)量評(píng)定因素，將參評(píng)因素的各個(gè)指標(biāo)級(jí)別用數(shù)字代碼表示，再一一組合即形成耕地的各因素組合類(lèi)型。每種類(lèi)型的耕地具有唯一的因素組合，每一因素組合代表唯一類(lèi)型的耕地，耕地因素組合代碼參照因素指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果確定，不同的指標(biāo)賦予不同的數(shù)字代碼。例如灌

保證率為充分滿足、表土質(zhì)地為輕壤、土體構(gòu)型為通體壤、有機(jī)質(zhì)>2.0的評(píng)價(jià)單元，其因素組合為1111。
耕地質(zhì)量等別反映了某一地區(qū)耕地自然質(zhì)量的高低差異，因素組合是耕地利用系統(tǒng)中主要自然因素而且能夠影響耕地質(zhì)量的因素及其狀態(tài)的組合體，通過(guò)統(tǒng)計(jì)耕地質(zhì)量各等別中因素組合數(shù)量，從而探

因素組合與耕地質(zhì)量等別的類(lèi)比關(guān)系。
實(shí)施例 本發(fā)明通過(guò)上述方法對(duì)X省進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)。
1 耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)參數(shù)體系的建立 (1)X省評(píng)價(jià)因素指標(biāo)控制區(qū)的劃分 ①一級(jí)區(qū)的劃分 基于GIS空間疊置技術(shù)，通過(guò)對(duì)X省氣候圖和地形地貌圖的疊置整合，形成復(fù)合圖，從而確定X省耕地質(zhì)量指標(biāo)控制一級(jí)區(qū)，X省評(píng)價(jià)因素一級(jí)區(qū)標(biāo)控制區(qū)所采用的氣候、地貌劃分指標(biāo)特征如下表 表1 指標(biāo)控制區(qū)一級(jí)分區(qū)基本特征
②二級(jí)區(qū)的劃分 在一級(jí)分區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)上表中二級(jí)區(qū)指標(biāo)，以鄉(xiāng)(鎮(zhèn))為基礎(chǔ)單元，采用系統(tǒng)聚類(lèi)法分別對(duì)八個(gè)一級(jí)區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)進(jìn)行歸類(lèi)，通過(guò)聚類(lèi)過(guò)程，及回判檢驗(yàn)調(diào)整后，最終確定X省耕地質(zhì)量指標(biāo)控制區(qū)二級(jí)分區(qū)。
(2)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素及權(quán)重的確定 ①耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素的確定 運(yùn)用主成分分析法對(duì)X省耕地49053個(gè)樣本的14個(gè)因素進(jìn)行研究，為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)尋找依據(jù)。通過(guò)SPSS14.0軟件，實(shí)現(xiàn)主成份分析各步驟，選取特征值大于1.5，累積貢獻(xiàn)率大于75％的前3個(gè)主成分代替原始因素，得到表3和表4。
表3 影響X省耕地質(zhì)量前3個(gè)主成分的特征值和貢獻(xiàn)率
表4 影響X省耕地質(zhì)量前3個(gè)主成分的因子載荷矩陣
由表4數(shù)據(jù)可以看出，特征值大于1.5的主成分共有3個(gè)，并且前三個(gè)主成分特征值的

積貢獻(xiàn)率達(dá)到76.82％，超過(guò)了75％。根據(jù)有關(guān)資料，特征值大于1，主成分

具有重要意義，以及

積貢獻(xiàn)率大于75％的原則，來(lái)選取主成分，可選前3個(gè)主成分。前3個(gè)主成分所包含的信息量占總體信息量的76.82％.相應(yīng)得到的前3個(gè)主成分的因子載荷矩陣，表3中顯示了評(píng)價(jià)X省耕地質(zhì)量所選14個(gè)因素所構(gòu)成的評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量的全部信息范圍內(nèi)的3個(gè)主要綜合指標(biāo)。
各主成分的因子載荷量能反映出各個(gè)因素對(duì)該綜合指標(biāo)相對(duì)作用的大小。因此根據(jù)各因素的因子載荷量大小即可選取出影響X省耕地質(zhì)量的主要因素，包括有效土層厚度、表土質(zhì)地、土體構(gòu)型、地形坡度、灌

保證率、排水狀況、土壤有機(jī)質(zhì)、鹽漬化程度，共八個(gè)因素。
②耕地質(zhì)量參評(píng)因素權(quán)重的確定 應(yīng)用上述方法對(duì)23個(gè)二級(jí)區(qū)的指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的計(jì)算，結(jié)果為 表5 X省各指標(biāo)控制二級(jí)區(qū)耕地質(zhì)量參評(píng)因素及權(quán)重值
(3)X省標(biāo)準(zhǔn)耕作制度確定結(jié)果 通過(guò)X省小麥、玉米、水稻等主要作物的生態(tài)適宜性分析，針對(duì)作物對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求及其受害情況和不同復(fù)種方式對(duì)水熱的要求，分別對(duì)指標(biāo)控制二級(jí)區(qū)進(jìn)行分區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)耕作制度的確定。
(4)作物光溫潛力指數(shù)α計(jì)算 通過(guò)上述方法由上述公式計(jì)算可以得到全省各縣(市、區(qū)、場(chǎng))的光溫生產(chǎn)潛力。
(4)產(chǎn)量比系數(shù)的計(jì)算結(jié)果 以X省基準(zhǔn)作物為基礎(chǔ)，按當(dāng)?shù)馗鞣N作物光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)與基準(zhǔn)作物光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)之比為產(chǎn)量比系數(shù)。以X省八個(gè)指標(biāo)控制一級(jí)區(qū)為單位，通過(guò)各主要作物光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算，按下式計(jì)算各指定作物的產(chǎn)量比系數(shù)。產(chǎn)量比系數(shù)＝基準(zhǔn)作物光溫生產(chǎn)潛力/指定作物光溫上產(chǎn)潛力 表7 X省各指標(biāo)控制區(qū)指定作物光溫潛力及產(chǎn)量比系數(shù)
2 采用模塊式設(shè)計(jì)進(jìn)行不同層次耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià) 根據(jù)前述方法，按鄉(xiāng)(鎮(zhèn))計(jì)算各評(píng)價(jià)單元耕地質(zhì)量指數(shù)Ri、Yi與Gi，并分別按指標(biāo)控制區(qū)、全省繪制評(píng)價(jià)單元的各層次質(zhì)量等指數(shù)Ri、Yi與Gi頻率

方圖。根據(jù)各層次質(zhì)量等指數(shù)頻率

方圖上的明顯拐點(diǎn)，對(duì)各指標(biāo)控制區(qū)、全省耕地資源各層次質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行比較并與實(shí)地驗(yàn)證，最終確定耕地資源自然質(zhì)量、利用質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等別分別以200、200、100分為界線進(jìn)行劃分，標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表 表8 X省耕地自然質(zhì)量等別劃分標(biāo)準(zhǔn)

表9 X省耕地利用質(zhì)量等別劃分標(biāo)準(zhǔn)
表10 X省耕地經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等別劃分標(biāo)準(zhǔn)
3 耕地質(zhì)量分布規(guī)律及景觀格局 根據(jù)各層次耕地質(zhì)量劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)X省耕地各層次質(zhì)量進(jìn)行等別劃分，并繪制X省耕地資源各層次質(zhì)量等別圖，見(jiàn)圖3、耕地自然質(zhì)量等別圖，圖4、耕地利用質(zhì)量等別圖，圖5、耕地經(jīng)濟(jì)效益質(zhì)量等別圖。
X省耕地自然質(zhì)量等共劃分十五個(gè)等別，數(shù)量分布上，二至六等各等面積比例較大，共占全省面積的64.57％，其中三等地面積最大，為1122454.281公頃，占全省耕地面積17.25％。十四和十五等地面積較小，兩者共占全省面積的1.25％；其中十五等地面積最小，為13638.5046公頃，占X省耕地面積的0.21％；表明X省耕地自然質(zhì)量總體較優(yōu)。。
X省耕地利用質(zhì)量等共劃分十四個(gè)等別，數(shù)量分布上，一等和二等地面積最小，兩者面積僅占全省面積的0.49％。面積較大的為五等、六等、七等、十一等、十二等和十三等，其中十三等地面積最大，為797987.62公頃，十一等地次之。
經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等共劃分十四個(gè)等別，各等別面積從一等到十四等有逐漸升高的趨勢(shì)。十三等地面積最大，占全省面積比例達(dá)18.69％；十四等地次之，為18.36％；一等、二等和三等地面積較小，三者面積之和僅占全省面積比例的0.87％，表明X省農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益較低。
4X省組合類(lèi)型空間分狀況 因素組合的設(shè)計(jì)采用參評(píng)X省耕地質(zhì)量評(píng)定因素，將8個(gè)參評(píng)因素的各個(gè)指標(biāo)級(jí)別用數(shù)字代碼表示，再一一組合即形成耕地的各因素組合類(lèi)型。每種類(lèi)型的耕地具有唯一的因素組合，每一因素組合代表唯一類(lèi)型的耕地，耕地因素組合代碼參照因素指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果確定，不同的指標(biāo)賦予不同的數(shù)字代碼。例如灌

保證率為充分滿足、表土質(zhì)地為輕壤、土體構(gòu)型為通體壤、有機(jī)質(zhì)>2.0的評(píng)價(jià)單元，其因素組合為1111。具體因素指標(biāo)與數(shù)字代碼對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下表 表11 因素指標(biāo)與數(shù)字代碼對(duì)應(yīng)表
不同指標(biāo)控制區(qū)影響耕地質(zhì)量的因素種類(lèi)和數(shù)量不相同，相應(yīng)的因素組合的數(shù)量也不相同。但為使因素組合在X省內(nèi)具有可比性，在因素組合的設(shè)計(jì)上，因素的代碼組合按照八個(gè)因素對(duì)耕地質(zhì)量影響的相對(duì)重要程度順序進(jìn)行位置的固定排列，即不同組合代碼的相同位置所代表的因素是相同的。位置次序固定為灌

保證率、有效土層厚度、表土質(zhì)地、土體構(gòu)型、坡度、有機(jī)質(zhì)、土壤鹽漬化、排水狀況。在不同指標(biāo)控制區(qū)內(nèi)那些因?yàn)槟軌虺浞直Ｕ隙鴽](méi)選擇的非限制性因素，仍然留有位置，并且設(shè)置代碼為1，通過(guò)運(yùn)用上述建立耕地因素組合模型的方法，對(duì)X省評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納匯總，最終得到X省1107種耕地因素組合類(lèi)型。
為了明確由于耕地質(zhì)量等別差異所導(dǎo)致因素組合類(lèi)型變化情況。選取1、2等和14、15等分別代表自然質(zhì)量較高和較低的耕地，并選取具分布面積廣、有代表性的因素組合類(lèi)型進(jìn)行比較分析，見(jiàn)下表。
表12 各類(lèi)型區(qū)耕地自然質(zhì)量14、15等別區(qū)域因素組合特征
表13 各類(lèi)型區(qū)耕地自然質(zhì)量1、2等別區(qū)域因素組合特征

如表12和表13所示14、15等別因素組合類(lèi)型面積為253848.83公頃，僅占整個(gè)X省耕地面積的3.90％，1、2等別因素組合類(lèi)型面積為1127675公頃，占整個(gè)X省耕地面積的17.32％。
X省組合類(lèi)型空間分狀況如下 (1)X省面積大于100000公頃的因素組合中，21111411、41111411、11111411這3種耕地因素組合類(lèi)型分布相當(dāng)廣泛，面積均大于2×105公頃，面積總和占X省耕地面積的12.69％。
(2)X省面積在50000-100000hm2的因素組合中，共有21331411、41111421、11111511、41331411、21111411、21111511、11331311這7個(gè)因素組合類(lèi)型，總面積507909.6公頃占X省耕地面積7.8％。
(3)X省面積在10000-50000hm2的因素組合中，21111311與41111111這種耕地因素組合類(lèi)型分布相當(dāng)廣泛。
(4)X省面積小于10000hm2的因素組合類(lèi)型較多，在全省八個(gè)二級(jí)指標(biāo)區(qū)均有

星分布。這是由于X省地形地貌復(fù)雜，自然條件差異較大引起的。各區(qū)成土母質(zhì)不均一；光溫水熱條件各地之間差異明顯，其中水資源分布不均衡，造成灌

保證率各地也有明顯差異，排水條件也多有限制；鹽漬化情況本就屬局部地區(qū)分布。
權(quán)利要求
1、一種基于GIS的省域可比耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，主要以GIS為技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)省級(jí)參數(shù)宏觀控制和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系，采用縣級(jí)調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地市級(jí)統(tǒng)一建模計(jì)算和建立四層次質(zhì)量檢查的模式，達(dá)到了省域耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的可比。具體步驟為采用GIS空間疊置技術(shù)和采用系統(tǒng)聚類(lèi)法劃分指標(biāo)控制區(qū)，主成分分析法確定評(píng)價(jià)因素，模糊層次法確定權(quán)重，分段函數(shù)法將因素指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊式設(shè)計(jì)計(jì)算耕地自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)，構(gòu)建耕地質(zhì)量因素組合類(lèi)比體系，頻率法和等間距法相結(jié)合劃分耕地質(zhì)量等別。
2、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)參數(shù)體系的建立，其特征在于基于GIS空間疊置技術(shù)，通過(guò)對(duì)氣候圖和地形地貌圖的疊置整合，形成復(fù)合圖，從而確定耕地質(zhì)量指標(biāo)控制一級(jí)區(qū)，在一級(jí)分區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)二級(jí)區(qū)指標(biāo)，以鄉(xiāng)(鎮(zhèn))為基礎(chǔ)單元，采用系統(tǒng)聚類(lèi)法分別對(duì)一級(jí)區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)進(jìn)行歸類(lèi)，通過(guò)以下各步的計(jì)算實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量指標(biāo)控制二級(jí)區(qū)的初步劃分。
(1)采用標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)換法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，其公式為
(式1)
其中式中，Xij為各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值，Xj為Xij的均值；σj為Xij的標(biāo)準(zhǔn)差。
(2)采用歐氏距離計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)之間的聚類(lèi)距離，其公式為
(式2)
(3)采用離差平方和法進(jìn)行聚類(lèi)分析，即設(shè)Gp與Gq并類(lèi)為Gr，則Gr與另一類(lèi)Gk的距離為
(式3)
(4)指標(biāo)控制區(qū)劃分結(jié)果檢驗(yàn)
根據(jù)聚類(lèi)分析結(jié)果，若每個(gè)一級(jí)區(qū)內(nèi)包含不同數(shù)量的二級(jí)區(qū)，最終結(jié)果需要對(duì)一級(jí)區(qū)內(nèi)的所有二級(jí)區(qū)進(jìn)行回判檢驗(yàn)。其數(shù)學(xué)方法及步驟簡(jiǎn)述如下
①分別計(jì)算各區(qū)判別指標(biāo)的均值。
②通過(guò)計(jì)算機(jī)求解，得到判定函數(shù)的待定系數(shù)λ，并列出判別函數(shù)的方程于
③計(jì)算兩區(qū)的判別臨界值Rij，計(jì)算公式為
(式4)
式中，Rij為第i區(qū)與第j區(qū)的判別臨界值，∑Ai，∑Bi，...，∑Ni為第i區(qū)各指標(biāo)之和；∑Aj，∑Bj，…，∑Nj為第j區(qū)各指標(biāo)之和；ni，，nj分別為第i區(qū)、第j區(qū)代表樣點(diǎn)數(shù)。
④計(jì)算待判樣點(diǎn)的判別值，并進(jìn)行歸屬判別。將待判樣點(diǎn)各指標(biāo)值代入判別函數(shù)，可求得該樣點(diǎn)的判別值R。然后根據(jù)下述條件進(jìn)行歸屬判別當(dāng)R在Rij→Ri一側(cè)，應(yīng)歸于i區(qū)；當(dāng)R在Rij→Rj一側(cè)，應(yīng)歸于j區(qū)。
耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素及權(quán)重的確定
(1)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)因素的確定
運(yùn)用主成分分析法對(duì)耕地樣本的影響因素進(jìn)行研究，為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)尋找依據(jù)。通過(guò)SPSS14.0軟件，實(shí)現(xiàn)主成份分析各步驟，選取特征值大于1.5，累積貢獻(xiàn)率大于75％的主成分代替原始因素。
(2)耕地質(zhì)量參評(píng)因素權(quán)重的確定
采用模糊層次法進(jìn)行限制因子選取和權(quán)重確定。首先根據(jù)所用的特征屬性進(jìn)行模糊聚類(lèi)，找到最佳分類(lèi)，將它看作某種決策屬性的分類(lèi)，可得到按某種假設(shè)決策屬性的k等價(jià)集。根據(jù)同樣的方法，依次刪除單個(gè)屬性Ci再進(jìn)行模糊聚類(lèi)，從而得到條件屬性C-{ci}的等價(jià)集；然后計(jì)算條件屬性與決策屬性之間的依賴程度γ(C-{ci}，D)，求得屬性ci的重要程度；最后利用歸一化重要程度的方法來(lái)求解各因素的權(quán)重.具體步驟如下
Step1對(duì)象集為X＝{x1，x2，...，xn}，條件屬性值為(xi1，xi2，...，xim)，得到原始數(shù)據(jù)矩陣，按模糊聚類(lèi)分析的一般步驟進(jìn)行分類(lèi)。
Step2由F-統(tǒng)計(jì)量方法確定最佳置信水平閾值λ，找出最佳分類(lèi)
Y＝{Y1，Y2，...，Ys}，
Yi表示一個(gè)等價(jià)集.將該分類(lèi)當(dāng)作某種決策屬性的等價(jià)集的集合.
Step3刪除條件屬性ci(i＝1，2，...，m)后，得到刪除后的原始數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)該矩陣按模糊聚類(lèi)分析的方法進(jìn)行分類(lèi)，利用F-統(tǒng)計(jì)量確定最佳置信水平，找出刪除條件屬性ci后的最佳分類(lèi)，得到依次刪除ci的分類(lèi)集
E＝{E1，E2，...，Em}(式5)
其中對(duì)于不同的i值，k也可以不同；表示刪除第i個(gè)條件屬性后得到的分類(lèi)等價(jià)集；
表示刪除第i個(gè)條件屬性后所得到分類(lèi)的第l個(gè)等價(jià)集。
Step4利用粗糙集相關(guān)原理，求解每個(gè)屬性的重要程度.分別求解決策屬性的各等價(jià)集的下近似集的并集，公式為
(式6)
其中1≤l≤s，且由條件屬性C-ci決定分類(lèi)的等價(jià)集為由粗糙集定義3計(jì)算兩個(gè)屬性集的依賴程度
γ(C-{ci}，D)＝|POSC-{ci}(D)|/|U| (式7)
再由粗糙集相關(guān)理論定義4求解條件屬性ci的重要程度SGF(ci，C，D).
Step5根據(jù)每個(gè)條件屬性的重要程度，用歸一化處理方法分配權(quán)重，權(quán)重分配公式為
(式8)
(3)耕地質(zhì)量參評(píng)因素指標(biāo)分值確定，通過(guò)隸屬函數(shù)和直接賦值法，采用百分制相對(duì)值方法計(jì)算各自然質(zhì)量參評(píng)因素指標(biāo)分值。
3、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的耕地質(zhì)量因素組合類(lèi)比體系構(gòu)建，其特征在于通過(guò)對(duì)影響耕地資源質(zhì)量的各因素分析，將各評(píng)價(jià)因素進(jìn)行分級(jí)，并將各評(píng)價(jià)因素的不同級(jí)別以數(shù)字代碼的形式進(jìn)行一一組合，在對(duì)各組合綜合歸納和檔次續(xù)分的基礎(chǔ)上，用因素組合類(lèi)型直觀表達(dá)耕地質(zhì)量，從而建立反映耕地質(zhì)量的因素組合類(lèi)比體系，并以此作為連接縣域、指標(biāo)控制區(qū)與省域各層次的橋梁，簡(jiǎn)化不同尺度耕地資源質(zhì)量的表達(dá)方式。
全文摘要
一種基于GIS的省域可比耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，主要以GIS為技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)省級(jí)參數(shù)宏觀控制和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系，采用縣級(jí)調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地市級(jí)統(tǒng)一建模計(jì)算和建立四層次質(zhì)量檢查的模式，達(dá)到了省域耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的可比。具體步驟為采用GIS空間疊置技術(shù)和采用系統(tǒng)聚類(lèi)法劃分指標(biāo)控制區(qū)，主成分分析法確定評(píng)價(jià)因素，模糊層次法確定權(quán)重，分段函數(shù)法將因素指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊式設(shè)計(jì)計(jì)算耕地自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)，構(gòu)建耕地質(zhì)量因素組合類(lèi)比體系，頻率法和等間距法相結(jié)合劃分耕地質(zhì)量等別。本發(fā)明可為省域乃至全國(guó)耕地差別化精準(zhǔn)管理提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)促進(jìn)耕地資源的合理利用與保護(hù)，確保國(guó)家糧食安全具有重大意義。
文檔編號(hào)G06Q50/26GK101546421SQ20091013174
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者王樹(shù)濤, 陳亞恒, 門(mén)明新, 朱永明, 周亞鵬, 利 張 申請(qǐng)人:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)