张雅芹 孔胃 杜芩 吴闯 楚储 于元芬

摘要 以济南市为研究区域，在2021年度耕地资源质量分类成果的基础上，运用改进的灰靶模型和指标赋分求和法2种等别转换方式将济南市耕地资源质量分类成果转换为等别数据。结果表明：改进的灰靶模型兼顾了耕地的自然本底特征和耕地的粮食产能，在赋权和评价过程更为客观、科学，转换后的等别成果更为合理，济南市质量较好的耕地主要位于中部和北部平原地区以及沿黄地区，等别主要为3等和4等地，占总耕地面积的77%，符合济南市实际情况；采用指标赋分求和法转换的等别整体较为合理，但主观性较强，评价结果区域内部差异性较小。因此，改进的灰靶模型在耕地资源质量分类与等别衔接研究中应用性更强，转换成果可为耕地占补平衡与进出平衡等实践应用提供参考。

关键词 耕地资源质量分类；等别；成果转换；改进的灰靶模型；指标赋分求和法

中图分类号 F301.2  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）11-0043-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.010

Application Research on the Cultivated Land Resource Quality Classification and Grade Conversion Under the New Situation—A Case Study of Jinan City

ZHANG Ya-qin，KONG Wei，DU Qin et al

（Jinan Geotechnical Investigation and Surveying Institute， Jinan，Shandong 250000）

Abstract Taking Jinan City as the research area， based on the classification results of cultivated land resource quality in 2021， the improved grey target model and index scoring and summation method were used to convert the classification results of cultivated land resource quality in Jinan City into grade data.The results showed that the improved grey target model took into account the natural background characteristics and the grain productivity of cultivated land， and it was more objective and scientific in the process of empowerment and evaluation. The grade result after conversion was more reasonable， the better cultivated land in Jinan was mainly located in the central and northern plain areas， as well as along the Yellow River. The land of grade 3 and grade 4， accounting for 77% of the total cultivated land area，according with the actual situation of Jinan City.The grade converted by index scoring and summation method was reasonable on the whole，however， the subjective factors were strong and the differences of evaluation results within the region were small. Therefore， the improved grey target model was more applicable in the study of cultivated land quality classification and grade，the results of conversion could provide reference for the practical application of the balance of land occupation and supplement and the balance of import and export.

Key words Classification of cultivated land resource quality;Grade;Result conversion;Improved grey target model;Index scoring and summation method

作者简介 张雅芹（1992—）， 女，山东烟台人，工程师，硕士，从事自然资源调查、评价、管理与保护等研究。*通信作者，高级工程师，硕士，从事国土资源信息化、遥感等方面研究。

收稿日期 2023-06-26；修回日期 2023-08-28

当前在耕地质量研究中，大多是基于年度等别更新评价工作对耕地质量等别的研究以及在2012年耕地等级成果补充调查完善工作基础上对耕地等级和地力等方面的研究，主要集中于对耕地质量变化［1-2］、耕地质量监测［3-4］、耕地质量评价体系［5-6］、耕地质量评价成果应用［7-9］、耕地地力评价［10-12］ 等宏观方面的研究，其研究成果在土地整治、耕地占补平衡、“三区三线”划定等多项自然资源管理工作中发挥重要作用。自第三次国土调查开展以来，为了适应新形势下自然资源管理工作改进了传统的质量分等评价方法，形成了新的质量分类方法体系，目前耕地资源质量分类多是对分类体系、土壤条件及空间分布［13-15］、技术方法［16-17］等方面的研究，在成果转换方面研究主要体现耕地自然地理特征，且主观性较强［18-19］。耕地资源质量分类成果能直观体现耕地资源质量信息与优劣情况，对于自然资源管理工作来说数据参考意义较多，而对于国土空间规划工作中基本农田保护区划分、耕地保护工作中耕地占补平衡的实施、耕地质量变化动态监测等工作来说，提供的成果参考实用性不足。因此，该研究应用改进的灰靶模型和指标赋分求和法将耕地资源质量分类成果转换为等别成果，致力于用更为科学、精简的方法将类别成果转换为等别成果，为国土空间规划、耕地保护等自然资源管理工作提供更为直接、实用的成果参考。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

济南市是山东省省会，位于山东省的中部，地理位置为35°59′～37°32′N、116°13′～117°58′E，总面积10 244 km2，共辖10区2县，常住人口 920.29 万人，其中城镇人口 676.07万人。济南市南边有泰山山脉，北边有黄河水域，地形主要为低山丘陵和平原，地势南高北低。根据第三次国土调查数据，济南市农用地759 993.30 hm2，占土地总面积74.19%，其中，耕地面积为344 826.67 hm2，占农用地面积的45.37%，耕地多分布于济北泛黄平原及莱芜中部平原地区，土壤主要为壤土，土层厚度较厚，有机质含量较丰度，pH偏碱性。

1.2 数据来源

数据来源主要包括：①部门资料收集，自然资源部门最新的高分辨率影像数据、第三次国土调查数据、2019年耕地质量等别更新评价成果，农业部门耕地等级评价成果、耕地地力调查评价成果、第二次土壤普查等相关数据；②实地补充调查采样，根据相关要求进行生物多样性取样化验，并对土壤指标（土层厚度、土壤质地、土壤有机质含量、pH、有效土层厚度）数据缺失地区进行补充采样化验。

1.3 研究方法

该研究评价对象为第三次国土变更调查耕地地类，采用耕地资源质量分类成果中的耕地分类单元图层作为评价底图。分别采用改进的灰靶模型法和指标赋分求和法2种转换方式将耕地质量分类成果转换为耕地等别，并将转换后的等别成果与济南市实际情况进行对比分析，确定更为科学合理的耕地质量转换方法。

1.3.1 改进的灰靶模型。

该研究以耕地质量分类指标体系为基础，改进的灰靶模型主要是通过构建“1 指数8指标”的评价体系对各评价单元进行综合评价的方法，指标体系主要包括坡度、土层厚度、土壤质地、土壤有机质含量、土壤酸碱度、二级地类、生物多样性和土壤重金属污染状况8个指标以及自然地理格局1个指数，并通过CRITIC法改进的灰靶模型计算各指标的综合靶心度，在此基础上对自然地理格局指数进行修正，得到每个评价单元的最终评价结果。

（1）CRITIC法是一种利用标准差和相关系数来综合衡量指标客观权重的方法［20］。表达式如下：

Pj=Sjni=1（1-rij）（1）

Wj=Pj/nj=1Pj（2）

式中：Pj为综合权数，表示指标所包含的信息量；Sj为标准差，表示指标对比强度；rij为相关系数，表示指标之间的冲突性；Wj为指标的CRITIC 权重。

（2）灰靶理论是一种灰色关联分析理论，主要用于处理模式序列，模型主要概念为靶心和靶心度。

靶心是根据各指标的极性确定的标准模式；对于该研究而言每一个评价单元为一个待评模式，其中对于正向指标序列的标准模式取最大值，逆向指标序列的标准模式取最小值。土壤pH属于适中性指标，根据指标特性及济南市实际情况确定6.8作为指标序列标准模式。

靶心度是反映待评模式与标准模式接近程度的指标。靶心度计算是灰靶模型的核心步骤，传统灰靶模型以各模式中各评价指标对应靶心系数的均值作为靶心度，实际上靶心度受各指标权重的影响，并且各指标权重受当地实际情况的影响，为了增加靶心度的客观性也更符合实际，该研究对传统靶心度计算方式进行了改进，采用 CRITIC 方法计算各指标权重，并将各指标权重引入靶心度求解，将其进行加权改进，改进后的靶心度计算公式如下：

γ（x0，xi）=nk=1ωkγ（x0（Ak），xi（Ak））（3）

式中：γ（x0，xi）为评价单元靶心度；ωk为Ak指标的权重；γ（x0（Ak），xi（Ak））为Ak指标的靶心系数；n为模式中的指标个数。

综合靶心度修正是根据灰靶模型分析结果，采用各评价单元的靶心度对自然地理格局指数进行修正，得到各评价单元综合评价分值。

该研究将自然地理格局指数作为确定评价单元综合指数的基数，在计算各评价单元综合靶心度的基础上，设定反映耕地的光照、积温和气候等条件差异的自然地理格局指数。自然地理格局指数计算公式如下：

Zi=Gi×Si（4）

式中：Zi表示第i个评价单元的自然地理格局指数；Gi表示第i个评价单元指定作物的光温生产潜力指数；Si表示第i个评价单元的修正系数。

1.3.2 指标赋分求和法。

指标赋分求和法主要通过判断辨析耕地质量分类成果的“六层十性”的10个指标对耕地质量的影响程度，以耕地资源条件最优综合分值100分为基准，对耕地的6个层次和10个指标划分指标分值标准，确定各分类指标所在级别的分值，将各指标的分值进行加和，即得到耕地综合分值。

2 结果与分析

2.1 改进的灰靶模型

2.1.1 指标及权重的确定。

该研究依据耕地质量分类指标体系构建“1指数8指标”的评价指标体系，其中有效土层厚度、土壤有机质含量、pH 3个定量指标直接采用评价单元属性值，坡度、表层土壤质地、耕地二级地类、生物多样性和土壤重金属污染5个定性指标根据其相应条件的优劣程度采用打分的形式表示，作物熟制与自然地理格局相关性较高的2个因素合并为自然地理格局指数。指标权重通过改进的灰靶模型进行确定，通过公式（1）、（2）计算各指标权重。改进的灰靶模型评价指标体系及权重如表1所示。

2.1.2 转换结果。

根据灰靶模型通过公式（3）得到济南市所有耕地图斑的靶心度，取值范围在0.52～0.98，然后根据公式（4）对评价单元的光温生产潜力指数通过靶心度进行修正，得到所有耕地评价单元的综合耕地资源质量分值，分值范围按等间距原则进行等别划分，最终将济南市耕地划分为7个等别，各等别耕地的面积和分布情况如表2、图1所示。转换结果显示，根据灰靶模型转换后的济南市耕地3等和4等地的面积较大，占总耕地面积的77%，且从区域分布上来看质量较好的耕地主要集中分布在中部、北部平原地区及沿黄地区；等别较高的2等地和等别较低的7等地面积较少，主要分布在莱芜区、钢城区和长清区等南部山区，耕地资源质量总体处于中等偏上水平，与济南市耕地质量实际相吻合。

2.2 指标赋分求和法

2.2.1 指标分级赋分。根据六大指标层对耕地资源质量的影响程度，对其划定赋分标准，按照对耕地影响的重要程度分别确定自然区、熟制、坡度、地类、有效土层厚度、土壤质地、有机质含量、pH、生物多样性、土壤重金属污染10个指标的分值，分别赋值为10、10、15、15、15、10、5、5、10和5分，总分100分。按照耕地资源质量分类标准将10个分类指标划分不同级别，并在指标层赋分标准下赋予不同的分值，各级别按照逐级降分的原则赋分值，最高分不超过指标分值。赋分规则如表3所示。

2.2.2 转换结果。

根据济南市耕地资源质量分类成果，查找分类指标对应指标层和指标级别，并根据指标赋分规则，对济南市耕地图斑指标进行分级赋分，统计各评价单元总分，得到济南市耕地资源质量分值为49～95分，按照等间距法共划分为1～7等地，各等别面积及分布情况如表2、图1所示，根据指标赋分求和法得到的等别转换结果显示，济南市耕地质量等别较高，主要集中在1～3等地，其中1等地占比达到52%，2等和3等地占比达到25%，从空间分布上看主要分布在中部、北部平原及沿黄地区。

3 结论与讨论

该研究以最新的耕地资源质量分类成果为基础，提出改进的灰靶模型和指标赋分求和法2种耕地资源质量分类结

果与耕地质量等别的转换方法，选取济南市进行实证研究，将转换结果进行对比，并结合济南市耕地实际情况进行分析，结果显示2种转换方法得到的耕地质量等别整体上均显示质量较好的耕地主要位于中部和北部平原地区以及沿黄地区。但是，采用改进的灰靶模型进行赋权和评价的结果能更为客观地反映实际情况，且以光温生产潜力指数为基础，对8个指标得到的评价单元靶心度进行综合修正，计算耕地质量综合评价指数，既考虑了耕地的自然本底特征又兼顾了耕地的粮食产能，转换后的耕地质量等别成果更为合理；指标赋分求和法转换后的耕地质量等别成果整体较为合理，但主观因素较强。因此，改进的灰靶模型在耕地资源质量分类与耕地质量等别衔接研究中应用性更强，建议进行相关耕地“占补平衡”和“进出平衡”时可将耕地资源质量分类成果运用改进的灰靶模型进行耕地质量等别的转换。

该研究的研究区域为地市级行政区，研究区域内耕地的自然属性差异性较小，各自然属性指标对比强度较小，采用CRITIC法确定指标权重存在一定的局限性，因此，在以后的研究中有必要采取省级、国家级等更大尺度的研究区域从而增大指标差异性。其次，由于目前大多数地区采用的是全国第二次土壤普查成果，采用样点差值的方式获得，数据存在现势性不足、差值等原因产生的误差。建议在今后的耕地资源质量分类工作中统一土壤条件数据来源及标准并结合外业核查进行数据修正。同时在第三次全国土壤普查工作完成后，做好耕地资源质量分类成果与第三次全国土壤普查成果的衔接。

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