本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)，具體涉及一種風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

1、耕地質(zhì)量直接關(guān)系到作物產(chǎn)量與品質(zhì)，進(jìn)而影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定與發(fā)展。目前，耕地面積面臨障礙退化問題(如沙化、鹽堿化)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力受到限制。深入研究和評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量變化對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略具有重大意義，同時(shí)對(duì)于優(yōu)化耕地資源配置、引導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總體效益具有深遠(yuǎn)影響。

2、傳統(tǒng)的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，基于土壤肥力和地形等因素進(jìn)行定性分析。2016年實(shí)施的《耕地質(zhì)量等級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)中，明確了耕地質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。然而，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的不斷變化和區(qū)域差異的加劇，國標(biāo)在某些特殊的氣候和地理?xiàng)l件下的適用性存在局限性。例如，在山地、丘陵等地形條件以及氣候干旱的地區(qū)，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)無法準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)馗氐膶?shí)際生產(chǎn)能力。因此，越來越多的研究者開始采用更靈活和多樣化的方法進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)。目前，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的框架主要分為層次分析法(analytichierarchy?process，ahp)和壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure-state-response,psr)模型。層次分析法通過專家打分、對(duì)比確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，例如mesut?budak等(2024)采用ahp法對(duì)油菜生產(chǎn)的土地適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并利用制圖結(jié)果確定了最適宜種植作物的地區(qū)。而psr模型將指標(biāo)歸類，從環(huán)境壓力、當(dāng)前狀態(tài)和響應(yīng)措施三個(gè)維度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，例如surendra?singh等結(jié)合psr模型和指標(biāo)法，構(gòu)建了14個(gè)主流農(nóng)業(yè)氣候區(qū)的綜合農(nóng)業(yè)可持續(xù)性指數(shù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的技術(shù)手段也有所革新，在傳統(tǒng)的土壤取樣和實(shí)驗(yàn)室分析基礎(chǔ)上，更多新技術(shù)的引入顯著提升了評(píng)價(jià)的效率和準(zhǔn)確性。其中，遙感技術(shù)(rs)和地理信息系統(tǒng)(gis)的應(yīng)用尤為突出，通過高分辨率衛(wèi)星影像和空間分析工具，研究人員能夠?qū)Υ蠓秶鷥?nèi)的耕地質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。例如，wang等基于modis產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選取坡度、光溫生產(chǎn)潛力、ndvi、tvdi和單產(chǎn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了2000年和2005年地區(qū)耕地質(zhì)量的評(píng)估。此外，針對(duì)不同地區(qū)及其自然環(huán)境，結(jié)合遙感與實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)、構(gòu)建合適的指標(biāo)體系并進(jìn)行耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，能夠進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。例如，david等針對(duì)山地和丘陵地區(qū)獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合gis技術(shù)計(jì)算了土壤質(zhì)量指數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了土壤質(zhì)量的評(píng)估；murat等基于ahp法和gis技術(shù)，通過分析土壤性質(zhì)的空間變化，對(duì)半干旱地區(qū)的農(nóng)田用地進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。

3、盡管當(dāng)前耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)體系研究在全球范圍內(nèi)已日臻完善，但是現(xiàn)有耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法沒有考慮沙化程度等指標(biāo)，導(dǎo)致對(duì)風(fēng)沙鹽堿區(qū)的耕地評(píng)價(jià)結(jié)果存在不準(zhǔn)確性的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是要解決現(xiàn)有耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地評(píng)價(jià)結(jié)果存在不準(zhǔn)確的問題，提供一種風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

2、本發(fā)明風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

3、步驟一：收集風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地的研究區(qū)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括野外調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)；

4、步驟二：按照以下公式計(jì)算遙感指數(shù)；遙感指數(shù)為歸一化植被指數(shù)ndvi、結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)sipi和歸一化差值濕度指數(shù)ndmi：

5、

6、式中，s1表示sentinel-2的b11波段，landsat5的b5波段；

7、步驟三：基于步驟一和步驟二得到的數(shù)據(jù)構(gòu)建風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系；

8、步驟四：采用一致矩陣法確定指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；

9、步驟五：基于隸屬函數(shù)和特爾菲法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度賦值；

10、步驟六：采用累加法得到耕地質(zhì)量綜合指數(shù)p；

11、p＝∑ci×fi??????????????(4)

12、式中，ci表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重，fi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度。p值越高，耕地質(zhì)量越好。

13、步驟七：采用等距離法將耕地質(zhì)量綜合指數(shù)p的分布區(qū)間劃分為十個(gè)等級(jí)，其中一等地耕地質(zhì)量最高，十等地耕地質(zhì)量最低；

14、當(dāng)評(píng)價(jià)區(qū)域包含多個(gè)耕地質(zhì)量評(píng)估結(jié)果時(shí)，采用耕地質(zhì)量平均等級(jí)r來評(píng)價(jià)：

15、r＝[∑(di×si)]/s總????????(5)

16、式中di為第i級(jí)耕地質(zhì)量，si為第i級(jí)的耕地面積，s總為耕地總面積。

17、進(jìn)一步的，步驟一中遙感影像數(shù)據(jù)包括裸土期和生長季的影像，其中裸土期影像用于反演土壤參數(shù)，生長季影像用于計(jì)算遙感指數(shù)。

18、進(jìn)一步的，步驟一中所述其他輔助數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、氣象、土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、土壤鹽漬化程度和有效土層厚度。

19、進(jìn)一步的，步驟三中所述風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層組成，其中準(zhǔn)則層包括地形條件、耕層性狀、氣候條件、剖面性狀和遙感指數(shù)五個(gè)類別，指標(biāo)層則由13個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成，其中地形條件對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為dem和坡度，耕層性狀對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為ph、土壤質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)，氣候條件對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為日照時(shí)數(shù)和降水，剖面性狀對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為有效土層厚度、鹽堿化程度和沙化程度，遙感指數(shù)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為ndvi、sipi和ndmi；

20、進(jìn)一步的，步驟四中確定指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重的具體方法為：首先計(jì)算準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重值，以及指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重值，再基于此結(jié)果計(jì)算指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重；指標(biāo)兩兩比較，得到判斷矩陣，判斷矩陣的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為權(quán)重值λmax，借助一致性指標(biāo)ci通過一致性檢驗(yàn)算法確定，公式如下：

21、

22、式中n為指標(biāo)數(shù)量。

23、進(jìn)一步的，步驟五中對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度賦值的具體方法為：

24、將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為概念型指標(biāo)和數(shù)值型指標(biāo)；針對(duì)概念型指標(biāo)，直接利用特爾菲法確定指標(biāo)的隸屬度；針對(duì)數(shù)值型指標(biāo)，將隸屬函數(shù)分為直線型、戒上型、戒下型和峰型函數(shù)，根據(jù)指標(biāo)的上下限擬合隸屬函數(shù)，再依據(jù)實(shí)測(cè)值評(píng)估相應(yīng)的隸屬度。

25、本發(fā)明的有益效果：

26、本發(fā)明提供了一種基于遙感手段的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系及方法，該算法中指標(biāo)的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快；算法中由一些遙感的實(shí)時(shí)參數(shù)，不完全依賴經(jīng)驗(yàn)值，準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好。本發(fā)明方法的成本低，可以實(shí)現(xiàn)大面積、長時(shí)間序列的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，對(duì)于指導(dǎo)風(fēng)沙鹽堿區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

技術(shù)特征：

1.風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟一中遙感影像數(shù)據(jù)包括裸土期和生長季的影像，其中裸土期影像用于反演土壤參數(shù)，生長季影像用于計(jì)算遙感指數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟一中所述其他輔助數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、氣象、土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、土壤鹽漬化程度和有效土層厚度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟三中所述風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層組成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述準(zhǔn)則層包括地形條件、耕層性狀、氣候條件、剖面性狀和遙感指數(shù)五個(gè)類別。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述指標(biāo)層則由13個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成，其中地形條件對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為dem和坡度，耕層性狀對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為ph、土壤質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)，氣候條件對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為日照時(shí)數(shù)和降水，剖面性狀對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為有效土層厚度、鹽堿化程度和沙化程度，遙感指數(shù)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)為ndvi、sipi和ndmi。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟四中確定指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重的具體方法為：首先計(jì)算準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重值，以及指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重值，再基于此結(jié)果計(jì)算指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重；指標(biāo)兩兩比較，得到判斷矩陣，判斷矩陣的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為權(quán)重值λmax，借助一致性指標(biāo)ci通過一致性檢驗(yàn)算法確定，公式如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟五中對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度賦值的具體方法為：

技術(shù)總結(jié)
風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，涉及計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，是要解決現(xiàn)有耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地評(píng)價(jià)結(jié)果存在不準(zhǔn)確的問題。方法：一、收集風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地的研究區(qū)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括野外調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)；二、計(jì)算遙感指數(shù)；三、構(gòu)建風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系；四、采用一致矩陣法確定指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；五、基于隸屬函數(shù)和特爾菲法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度賦值；六、采用累加法得到耕地質(zhì)量綜合指數(shù)P；七、采用等距離法將耕地質(zhì)量綜合指數(shù)P的分布區(qū)間劃分為十個(gè)等級(jí)。本發(fā)明方法速度快，穩(wěn)定性好，成本低，可以實(shí)現(xiàn)大面積、長時(shí)間序列的風(fēng)沙鹽堿區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉潔,鄧韻謠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6