易湘生，王金彩，張書(shū)瑜，王春喜，樊海成，張 潔，李鳳霞，張 健

（1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地利用遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125；3永濟(jì)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西永濟(jì) 044500）

0 引言

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)反映了一個(gè)地區(qū)的主要糧食和經(jīng)濟(jì)作物種植面積及布局情況，它既是農(nóng)業(yè)部門的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，也是農(nóng)業(yè)區(qū)劃制定和調(diào)整的關(guān)鍵指標(biāo)之一[2-3]。及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，不僅是區(qū)域作物產(chǎn)量估測(cè)、作物結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化的主要依據(jù)[4-6]，也是理解全球變化影響和原因的重要內(nèi)容[7-8]，對(duì)促進(jìn)資源合理配置、保障糧食安全等具有重要意義[9-12]。

實(shí)地調(diào)查是獲得作物種植結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方式[13]。實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)詳細(xì)、可信，但實(shí)地調(diào)查需要大量人力、物力和財(cái)力，缺乏直觀的空間分布信息[1]，一般僅限于很小的區(qū)域，在大區(qū)域中很少采用這種方法[13]。此外，統(tǒng)計(jì)資料也是獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的主要來(lái)源[14]，在現(xiàn)實(shí)中有著較為廣泛的應(yīng)用[15-19]。但是，由于農(nóng)作物的類別、品種復(fù)雜多樣且耕作制度差異很大[20]，基于統(tǒng)計(jì)資料得到的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息時(shí)效性低且精度差，既無(wú)法滿足農(nóng)情監(jiān)測(cè)信息的需求[21]，也難以及時(shí)為各級(jí)政府部門提供決策支持[14]。近年來(lái)，遙感技術(shù)因覆蓋范圍大、探測(cè)周期短、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)和費(fèi)用成本低等優(yōu)點(diǎn)，為快速、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息提供了新的技術(shù)手段[22-23]。運(yùn)用遙感技術(shù)調(diào)查農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛研究和應(yīng)用[11,14,24-25]，并逐漸顯示出快速、便捷、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)[13,26]，受到眾多研究人員的重視[27-29]。但是，利用遙感技術(shù)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息基本上停留在“片區(qū)”級(jí)尺度水平，既難以在宏觀層面進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)序、大尺度上的變化分析[30]，又難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的定量化管理、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼的精準(zhǔn)投放、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)的災(zāi)后定損等領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展[9]。

為妥善解決農(nóng)戶承包地“面積不準(zhǔn)、四至不清”等問(wèn)題，中央從深化農(nóng)村改革全局出發(fā)，做出開(kāi)展農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)登記頒證（以下簡(jiǎn)稱“承包地確權(quán)”）工作的重大決策，由此產(chǎn)生了包括承包地塊、承包方等在內(nèi)的海量信息數(shù)據(jù)。為拓展承包地確權(quán)成果應(yīng)用，滿足農(nóng)田地塊尺度的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息支持，筆者以山西省永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)為研究區(qū)，基于承包地確權(quán)成果，采用調(diào)查訪談法，探索以承包地塊為基礎(chǔ)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，并對(duì)其精度進(jìn)行檢驗(yàn)。研究有望進(jìn)一步拓展承包地確權(quán)成果應(yīng)用，創(chuàng)新農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息獲取方式，為作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)發(fā)展布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

開(kāi)張鎮(zhèn)位于永濟(jì)市東北腹地，距永濟(jì)市區(qū)18 km，地處110°29′37″—110°40′29″E、34°54′16″—35°00′03″N之間，東鄰卿頭鎮(zhèn)，西與城北街道接壤，南與于鄉(xiāng)鎮(zhèn)毗鄰，北與臨猗縣七級(jí)鎮(zhèn)相望。全鎮(zhèn)南北長(zhǎng)7.8 km、東西長(zhǎng)14.2 km，總面積約110.15 km2。2019年開(kāi)張鎮(zhèn)轄古城村、杜村、西開(kāi)張村等26個(gè)行政村，36個(gè)自然村，168個(gè)居民組（圖1）。運(yùn)風(fēng)高速路從境內(nèi)橫穿東西，永卿路、于黃路、干古路等縣級(jí)道路貫穿全境，交通優(yōu)勢(shì)十分明顯。開(kāi)張鎮(zhèn)地勢(shì)低平，屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，光熱資源豐富。年平均氣溫14.1℃，1月氣溫達(dá)-7.3℃，7月達(dá)27℃，年降水量530～600 mm。全鎮(zhèn)2017年耕地面積7579 hm2，常住人口40585人，人均耕地約0.19 hm2[31]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所需的承包地確權(quán)成果由永濟(jì)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供，包括矢量數(shù)據(jù)、權(quán)屬數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文字報(bào)告、匯總表格以及其他資料。其中，矢量數(shù)據(jù)包括市、鎮(zhèn)（街道）、村3個(gè)數(shù)據(jù)圖層；權(quán)屬數(shù)據(jù)包括承包方、發(fā)包方、承包合同、承包地塊信息等，柵格數(shù)據(jù)包括開(kāi)張鎮(zhèn)標(biāo)準(zhǔn)圖幅DOM及其元數(shù)據(jù)，圖件數(shù)據(jù)包括承包地塊示意圖、公示圖等，文字報(bào)告包括承包地確權(quán)實(shí)施方案、技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)、技術(shù)總結(jié)等，匯總表格包括基礎(chǔ)信息匯總表等16個(gè)表格，其他資料包括野外照片、委托書(shū)等。

圖1 永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)地理位置

1.3 研究方法

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)獲取采用訪談?wù){(diào)查法。首先，在ArcGIS 10.2軟件中，以承包地確權(quán)成果中承包地塊矢量圖層為基礎(chǔ)，疊加開(kāi)張鎮(zhèn)、行政村2個(gè)矢量數(shù)據(jù)、DOM影像等圖層，并標(biāo)注村名和農(nóng)戶姓名；其次，以行政村為單位，由開(kāi)張鎮(zhèn)工作人員通知熟悉村里農(nóng)作物種植情況的村組干部赴鎮(zhèn)政府；第三，進(jìn)行訪談?wù){(diào)查，村組干部根據(jù)DOM影像、承包地塊、村名、農(nóng)戶姓名等信息，指出所在村的每個(gè)農(nóng)戶承包地塊的農(nóng)作物種植類型，由技術(shù)人員將農(nóng)作物類型實(shí)時(shí)錄入承包地塊屬性表設(shè)置的農(nóng)作物類型字段中；最后，村組干部遇到個(gè)別地塊農(nóng)作物類型不太清楚時(shí)，由村組干部電話聯(lián)系農(nóng)戶本人、地塊相鄰農(nóng)戶或安排實(shí)地查看進(jìn)行確認(rèn)，確保覆蓋每個(gè)村所有承包地塊?；诔邪卮_權(quán)成果的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查工作流程如圖2所示。

農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度信息驗(yàn)證采用地面實(shí)地調(diào)查法。技術(shù)人員以承包地確權(quán)成果中承包地塊矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在承包地塊屬性表中增加一列實(shí)際作物字段。在ArcGIS 10.2軟件中疊加開(kāi)張鎮(zhèn)、行政村2個(gè)矢量數(shù)據(jù)、DOM影像等圖層，并標(biāo)注村名和農(nóng)戶姓名，利用亞米級(jí)的差分GPS（Trimble 4600型差分定位儀）進(jìn)行導(dǎo)航，將實(shí)地采集的農(nóng)作物類型錄入承包地塊屬性表中的實(shí)際作物字段中。以實(shí)地采集的驗(yàn)證點(diǎn)作為真值，將訪談?wù){(diào)查獲取的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息與驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行疊加比較，分別計(jì)算各類作物的精度。

圖2 基于承包地確權(quán)成果的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查工作流程

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)

基于承包地確權(quán)成果，采用調(diào)查談法，得到永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)情況（表1）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積8926.86 hm2，涉及39012個(gè)承包地塊、9595個(gè)農(nóng)戶。農(nóng)作物類型有小麥、玉米、果樹(shù)、棉花、蔬菜、向日葵、苗圃、薯類、高粱、中藥材和其他作物（如芝麻、油菜、大豆等）。全鎮(zhèn)農(nóng)作物以果樹(shù)和小麥為主，兩者面積分別為4886.03、3172.63 hm2，分別占全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積的54.73%、35.54%；高粱、玉米等農(nóng)作物面積較小，這些農(nóng)作物面積占全鎮(zhèn)農(nóng)作物面積不到10%。

表1 永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物描述性統(tǒng)計(jì)

從開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物空間分布（圖3）看，全鎮(zhèn)農(nóng)作物廣泛分布在村莊周邊。開(kāi)張鎮(zhèn)東北部農(nóng)作物以果樹(shù)為主，高淮村和城子垺村分布最為集中，這2個(gè)村的果樹(shù)面積分別為485.78、454.90 hm2，分別占全鎮(zhèn)果樹(shù)面積的9.94%、9.31%；開(kāi)張鎮(zhèn)西北部和東南部農(nóng)作物主要是以果樹(shù)和小麥為主，2種作物交叉分布；開(kāi)張鎮(zhèn)南部農(nóng)作物以小麥為主，常旗營(yíng)村和棗圪塔村是全鎮(zhèn)小麥主要分布區(qū)，這2個(gè)村的小麥面積分別為522.13、627.24 hm2，分別占全鎮(zhèn)小麥面積的16.46%、19.77%；棉花、玉米主要分布在開(kāi)張鎮(zhèn)的石橋村、牌首村和土橋村；蔬菜、中藥材等農(nóng)作物面積較小，分散在全鎮(zhèn)地塊之中。

2.2 精度分析

基于承包地確權(quán)成果，采用訪談?wù){(diào)查法，獲取永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)地塊尺度上的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息。為檢驗(yàn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的精度，以2018年6月實(shí)地采集的驗(yàn)證點(diǎn)作為真值，將獲取的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息與驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行疊加比較，計(jì)算各類農(nóng)作物的精度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，野外采集的有效驗(yàn)證點(diǎn)693個(gè)，驗(yàn)證點(diǎn)覆蓋研究區(qū)21個(gè)村，開(kāi)張鎮(zhèn)中部、西北部和南部的驗(yàn)證點(diǎn)相對(duì)較多，東北部的驗(yàn)證點(diǎn)相對(duì)較少（圖4）。

在693個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)中，果樹(shù)369個(gè)，占總驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)的53.25%，較為均勻地分布在全鎮(zhèn)；小麥223個(gè)，占總驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)的32.18%，主要集中在開(kāi)張鎮(zhèn)南部；因研究區(qū)高粱、棉花、蔬菜、薯類和中藥材的面積相對(duì)較少，驗(yàn)證點(diǎn)也相對(duì)較少；其余作物的驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)量如表2所示。從表2可以看出，開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)總體精度為92.06%，其中，高粱、棉花、中藥材的精度均為100%，果樹(shù)、小麥、其他作物的精度均在90%以上，其余農(nóng)作物的精度在80%以上。

3 結(jié)論與討論

基于永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)承包地確權(quán)成果，筆者采用訪談?wù){(diào)查法獲取了研究區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，結(jié)果表明，開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物面積8926.86 hm2，涉及果樹(shù)、小麥等11類主要作物，與《永濟(jì)市志》中關(guān)于農(nóng)作物描述基本一致[32]。開(kāi)張鎮(zhèn)位于運(yùn)城盆地，地勢(shì)低平，光熱資源豐富，為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供了良好的自然條件，使農(nóng)作物在全鎮(zhèn)各村莊周邊廣泛分布。研究發(fā)現(xiàn)，全鎮(zhèn)東北部農(nóng)作物以果樹(shù)為主，西北部和東南部農(nóng)作物主要以果樹(shù)和小麥為主，南部農(nóng)作物以小麥為主；棉花、玉米主要分布在開(kāi)張鎮(zhèn)的石橋村、牌首村和土橋村；蔬菜、中藥材等農(nóng)作物面積較小，分散在全鎮(zhèn)地塊之中。

筆者采用地面實(shí)地調(diào)查法對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度信息進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)總體精度為92.06%，其精度要高于遙感方法，高粱、棉花、中藥材的精度均為100%；果樹(shù)、小麥、其他作物的精度均在90%以上；其余農(nóng)作物的精度在80%以上。在本研究中，農(nóng)作物地塊信息以承包地塊為基礎(chǔ)，承包地塊界址點(diǎn)和面積精度要滿足《農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)調(diào)查規(guī)程》要求[33]，具有極高的位置精度。在農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度方面，由于所有承包地塊的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息得到村組干部甚至農(nóng)戶的確認(rèn)，可信度非常高，其精度也要高于遙感方法[1,9,11,28,34-38]。本研究發(fā)現(xiàn)，采用訪談?wù){(diào)查法獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，可能會(huì)受到村組干部和農(nóng)戶的主觀因素影響，他們對(duì)農(nóng)作物熟悉程度和責(zé)任心直接關(guān)系到農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的精度。此外，由于研究區(qū)地塊大多為條田，農(nóng)戶地塊與地塊的間隔非常小(1～2 m)，在野外采集驗(yàn)證點(diǎn)時(shí)，GPS本身的精度也會(huì)對(duì)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)精度產(chǎn)生一定的影響。

圖3 永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)空間分布

圖4 永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物野外驗(yàn)證點(diǎn)

表2 永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物野外驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)量及其精度

與實(shí)地調(diào)查方法相比，以承包地塊為基礎(chǔ)，采用訪談?wù){(diào)查法來(lái)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，可信度和精度都非常高，比實(shí)地調(diào)查法要省時(shí)省力，研究范圍不局限于小范圍，縣域以上范圍同樣適用；與統(tǒng)計(jì)上報(bào)方法相比，由于所有承包地塊的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息得到村組干部甚至農(nóng)戶的確認(rèn)，可信度非常高，該方法并不是基于層層上報(bào)，數(shù)據(jù)不存在“水分”，真實(shí)性得到保障；與遙感方法相比，基于承包地確權(quán)成果來(lái)獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，無(wú)論是地塊位置精度還是作物種植結(jié)構(gòu)精度，該方法所得結(jié)果均優(yōu)于遙感技術(shù)方法，極大地?cái)U(kuò)展了承包地確權(quán)成果的應(yīng)用潛力。在本研究中，基于承包地確權(quán)成果，結(jié)合訪談?wù){(diào)查來(lái)獲取永濟(jì)市開(kāi)張鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，具有成本低、精度高、操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，有望成為獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息的重要方法。

需要注意的是，承包地確權(quán)工作主要針對(duì)承包地，在耕地中可能會(huì)存在一小部分未確權(quán)的集體土地以及非承包地，獲取這些耕地上的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)仍需依靠其他方法。此外，農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)變化特征，未來(lái)有必要定期開(kāi)展調(diào)查，掌握其動(dòng)態(tài)變化信息，為作物種植管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為快速、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)信息，可在承包地確權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)增加農(nóng)作物種植類型字段，引導(dǎo)村組干部或者農(nóng)戶在系統(tǒng)中填寫(xiě)，進(jìn)一步減少實(shí)地訪談?wù){(diào)查。在未來(lái)的研究中，還可以與高時(shí)空分辨率的遙感影像結(jié)合，開(kāi)發(fā)農(nóng)作物種植信息填報(bào)APP進(jìn)行云調(diào)查，最大程度減輕人員的工作量，并進(jìn)一步開(kāi)展大范圍區(qū)域應(yīng)用。