农用地分等的理论基础与主要模型

农用地分等的理论基础~

农用地分等是在土地适宜性分析基础上进行土地生产潜力与现实生产力的综合评价，其理论核心是土地生产力理论，并与土地肥力理论、区位理论、级差地租理论和土地价值理论等密切相关。目前国内有关农用地分等理论基础的研究都是围绕上述内容展开的[5]。其中土地肥力理论构成农用分等的基础，因为在现实生产条件下，决定土地粮食生产能力是土壤肥力因素[4]。因此土地肥力理论对农用地分等是很重要的理论基础，而且农业地质研究成果应用于农用地的分等也是从土壤肥力切入的。

（1）理论研究走向深入。高向军将农业部的耕地地力等级划分体系和国土资源部的农用土地分等定级评价体系进行了比较，认为农用地分等定级评价已经从对土地自然状态的研究发展到人地一体的资源价值管理评价［117］；王万茂分析了农用土地分等、定级、估价实践工作滞后，三者不衔接的问题，提出了首先对农用土地分等，然后按经济产量定级，在此基础上测算农用土地的等别基准地价和级别基准地价的技术路线［118］；但承龙提出了农用土地分等定级宜采用“先分等后定级，等级分别划定以体现等级差异性” 的技术路线，认为“等、级合二为一”、“土地级别是土地等别的细分” 的技术路线，不能完全揭示农用土地等和级在本质上的差别［119］；王建国提出了土地生产率差别是农用地分等的依据，而劳动消耗差别则是农用地定级的依据，并分别构建了农用地分等和定级的数学模型方法［120］；王洪波讨论了农用地分等与定级的内涵，农用地分等与定级的评价因素选取原则，农用地分等定级与估价的关系［121］；张凤荣［122］对《农用地分等规程》的几个理论问题及应用方向进行了系统地阐述，指出作物生产力原理、生产要素理论、地租理论等是《农用地分等规程》依据的基本理论；郧文聚对农用地分等及其应用方向进行了系统的研究［123］。
（2）参数研究趋于细化。安萍莉［124］对农用地分等定级中的标准耕作制度作了研究；马仁会等［125］对农用地分等评价单元划分方法进行了研究；李如海［126］和解锋［127］对农用地分等指标区与因素权重及赋值的方法进行了研究；张凤荣［128］、薛红霞［129］、孙艳玲［130］等对土壤质量指标体系与分等方法进行了研究；范胜龙［131］对采用第二次土壤普查数据进行农用地分等的可行性作了研究；张凤荣［132］、姚慧敏［133］、冯蓉晔［134］等对土地利用系数，孙兆金［135］、冯蓉晔［134］等对土地经济系数进行了研究；张凤荣［136］、王秋香［137］、王玥［138］提出了不同的β系数算法；王令超［139］对农用地分等中作物生产潜力空间插值方法进行了研究；朱德举［140］对标准样地理论与实践进行了系统的研究。以上研究从农用地分等的方法和各个技术环节进行了有益的探讨。
（3）省县级农用地分等研究出现大量成果。如赵哲远［141］对浙江省的研究，林芳［142］对福建省的研究，王秋香［137］对广东省的研究，王国强［143］对河南省的研究，结合实际对研究方法的应用和调整进行了具体的阐释。
（4）GIS技术成为农用地分等的重要手段。段增强［144］根据农用地分等规程同时参照分等试点省份的实践工作，设计开发了基于GIS的农用地分等信息系统；周勇［135］对农用地分等以县或市（区）为单元进行空间数据结果汇总时，相邻图幅图斑界线的空间接边和图斑的属性综合问题进行了研究；郧文聚［136］对农用地分等国家级数据库系统总体设计与关键技术进行了研究。
（5）等指数和等级的可比性问题受到重视。值得注意的是，随着农用地分等工作的推进，国家级分等汇总工作的日益临近，各等级及其指数的可比性问题受到越来越大的重视。王洪波［137］采用分区法和不分区法，在县域内进行计算农用地自然质量分的比较研究结果表明，为确保农用地分等结果的可比性，宜采用不分区的方法计算农用地自然质量分；杨剑锋［138］对指标区间自然质量分可比性进行了研究，提出了利用标准样地修正法对自然质量分进行修正；彭建［139］对标准样地在农用地分等成果汇总中的应用进行了研究；作者在已有β系数算法研究成果的基础上，从光温/气候潜力指数加和的角度，对标准耕作制度、α指数和β系数进行了机理分析，对最大自然质量等指数的区内和区间的可比性进行了探讨［150］。
（6）成果应用得到推广。农用地分等的一个直接的应用方向是耕地占补实行按等级折算，保持农业综合生产能力不降低。耕地等级粮食生产能力的确定方法成为研究的一个热点。崔邢涛［151］提出了确定耕地地块综合指数与单位标准粮之间的数学模型确定等级折算系数；周佳松［152］以南方丘陵山区为例，采用占补地块的综合指数对应的标准粮比值，确定等级折算系数；李武艳［153］以浙江省为例，运用利用等作为划分耕地等别标准，以标准产量为基准计算等别之间折算系数。以上研究，对标准产量折算系数，均采用了农用地分等中的产量比系数。

1.3.1.1 农用地等、级、价的内涵及其相互关系

农用地是指市（县）行政区域内的全部耕地和土地利用总体规划划定的宜农未利用土地。农用地包括耕地，可用于农耕用途的林地、草地、农田水利用地、养殖水面等和宜农未利用土地；不包括建设用地、自然保护区，也不包括土地利用总体规划中的永久性林地、永久性草地和永久性水域。

农用地等别是依据构成土地质量的自然条件和经济条件，在全国范围内进行的农用地质量综合评定，强调耕地的粮食生产潜力评价。农用地等别划分侧重于反映农用地潜在的（或理论的）区域自然质量、平均利用水平和平均投资效益水平。农用地分等工作中所划分的等别不仅要在省内具有可比性，而且在全国范围内也应具有可比性。农用地级别也是依据构成土地质量的自然因素和社会经济因素，在县级行政区内进行的农用地质量综合评定，农用地级别在县域内可比。农用地分等与定级因其服务目的不同和应用范围的差异而存在着复杂的关系，二者之间可以是从属关系，又可以是相对独立而又有一定联系的两个系列。从我国目前的工作而言，等别系列要求在全国范围内可比；级别系列只要求在县级范围内可比，级别的划分不采用修正法，因此二者之间是一种相互独立的关系。农用地价格是农用地质量高低的货币化体现，一般情况下，较高等级，特别是较高级别的农用地收益能力应该较大，价格也应该较高。因此，农用地分等定级与估价在内涵上是统一的，都是从不同的角度反映农用地的质量特征，区域内农用地等、级、价的差异反映其质量状况的变异。

1.3.1.2 农用地分等的理论基础

农用地分等模型是一种应用于耕地质量评价的作物生产潜力模型，是一种综合了土地适宜性和土地生产力水平的评价方法。国内外作物生产潜力模型主要分3大类^［105］：(1)经验统计模型，建立植物生长量和环境因子的相关统计模型，代表性模型有迈阿密模型和Thonthwaite纪念模型；(2)生理生态模型，从能量转换的角度，考虑植物生理生态特性的机理或半机理的生产潜力逐级衰减模型，采用环境因子对光合潜力逐段订正，物理意义清晰，要求的参数相对简单，具有较大的普实性，其订正包括光合潜力^{［106～107］}、光温潜力^{［108～110］}、气候潜力^{［110～112］}、土地潜力等几个步骤^［113］，代表的方法如FAO的AEZ法^［114］；(3)作物动力生长模拟模式，强调作物生长的过程和机理，要求的参数复杂，具有特定的针对性，大范围推广尚存在问题，如CERES^［115］、InfoCrop^［116］等模型。农用地分等光温/气候潜力指数的计算综合了国内外相关研究。农用地分等技术方法应用了FAO的AEZ法，AEZ法是将气候图和土壤图等图件叠加生成农业生态区，作为土地生产潜力的基本空间单元，按潜力衰减的方法，揭示土地生产潜力。

农用地分等依据的基本理论是作物生产力原理、生产要素理论、地租理论等。农用地分等基于高度综合的模块集成思想，从光温/气候潜力指数出发，主要包括3个层次指数的计算：自然质量等指数、利用等指数、（经济）等指数。根据3个层次等指数的计算结果，进行自然质量等、利用等、（经济）等的划分。农用地自然质量等指数是农用地分等的最主要成果，它主要反映影响农作物生长的气候、地貌、土壤条件以及田间工程状况，可应用于一切有关土地质量评价的工作，在土地利用总体规划和耕地占补平衡评价等工作中有广泛应用价值。作物产量不仅受农用地的质量影响，而且还受投入与管理的影响。农用地利用等指数等于农用地自然质量等指数乘以土地利用系数，它反映了土地、资本和劳动3个生产要素的综合结果，它与农用地自然质量等指数相结合，反映了人们利用土地的能力和意愿，可间接指导通过增加投入和改进管理挖掘农业生产潜力，直接应用于耕地占补平衡评价工作。农用地经济等指数等于农用地利用等指数乘以土地经济系数，农用地经济等指数可以考察农业生产效益，可用来指导农业税费改革。

农用地分等的核心是全国可比的分等指数计算^［117］和等级体系建立，即建立跨区域可比评价体系，这是农用地分等有别于其他土地评价的一个基本特征。由于各地气候、地貌、土壤、土地利用水平、土地投入水平的巨大差异，区域之间可比的分等指数计算和等级体系建立是异常困难的。因此全国可比的分等指数计算和等级体系建立是农用地分等方法研究的重点和难点，涉及多个技术环节和参数的确定。省内可比的分等指数计算和等级体系的建立是全国体系建立的基础和缩影。

1.3.1.3 农用地分等主要模型

（1）光温/气候潜力指数模型。为农用地分等的前期模型，由国土资源部统一计算和控制。据国土资源部农用地分等办公室邱维理提供的模型，经整理获得潜力指数：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，Y_C为气候潜力指数，i＝1，2，…，n为农作物生长季内各月；Q_i为生长季内各月总辐射（kJ/cm²·月）；E为理论光能利用率；h为干物质燃烧热；C_A为作物灰分含量；CH为收获指数，是作物收获物占生物产量的比重；K为单位换算系数；f（T_i）、f（W_i）分别为各月温度、水分影响函数。当f（W_i）＝1，即水分充分满足时，气候潜力指数Y_C转化为光温潜力指数Y_PT；f（T_i）与作物特性和生长季月平均温度相关；f（W_i）与作物生长季月平均实际水气压、降水量、灌溉量等因素相关。

（2）自然质量等指数计算模型：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，R_i为第i评价单元农用地自然质量等指数；∑α_tj·β_j为气候因子模块，即光温/气候生产潜力指数加和，根据标准耕作制度（实际耕作制度的概括和简化）的不同，由1～3种指定作物（标准耕作制度中涉及的作物）的光温/气候潜力指数加和获取，α^tj为第j种作物的光温/气候生产潜力指数；β_j为第j种作物的产量比系数；C_lij为第i评价单元第j种作物的自然质量分。

自然质量分C_lij即土地因子模块，反映地貌、土壤因子的综合限制性。其计算式为：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，w_k为第k个评价因素的权重；f_ijk为第i评价单元第j种指定作物第k个评价因素的标准值。

《农用地分等规程》规定由各省负责分区制定产量比系数β_j，并提供了计算方法：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，基准作物和指定作物的单产是指各省2级指标区内最大单产，基准作物是指小麦、玉米、水稻等3种主要粮食作物中的一种，是《农用地分等规程》中所称理论标准粮的折算基准，指定作物是指标准耕作制度中所涉及的作物。

（3）利用等指数计算模型：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，Y_i为第i评价单元利用等指数；Y_ij为第i评价单元第j种指定作物利用等指数；R_ij为第i评价单元第j种指定作物自然质量等指数；K_Lj为第i评价单元所在村第j种指定作物土地利用系数。

土地利用系数可以区别由于交通、教育、历史等原因造成的生产力差别。计算分村分作物，采用指定作物村平均单产与指标区最高单产比获取。采用样点面积加权平均法计算。

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，K_Lj为行政村第j种指定作物土地利用系数；i为样点编号；m为样点数目；ω_i为第i样点的权重（面积比重）；Y_ji为第i样点第j种指定作物单产；Y_jmax为第j种指定作物指标区最高单产。

（4）（经济）等指数计算模型：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，G_i为第i个分等单元农用地（经济）等指数；G_ij为第i个分等单元第j种指定作物的农用地（经济）等指数；Y_ij为第i评价单元第j种指定作物利用等指数；K_cj为第j种指定作物的土地经济系数。

经济系数的设置基于投入-产出原理。计算分村分作物，采用指定作物村“产量-成本” 指数与指标区最高“产量-成本” 指数的比获取。采用样点面积加权平均法计算行政村指定作物经济系数。

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，K_cj为行政村第j种指定作物土地经济系数；i为样点编号；m为样点数目；ω_i为第i样点的权重（面积比例）；a_ij为第i样点第j种指定作物产量-成本指数；a_jmax为第j种指定作物的指标区最高产量-成本指数。

产量-成本指数的计算式为：

基于粮食生产能力的耕地质量评价研究：以重庆市农用地分等为例

式中，a_ij为样点“产量-成本” 指数；Y_ij为第i样点第j种指定作物实际单产；C_ij为第i样点第j种指定作物实际成本。

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