风沙盐碱区耕地质量评价方法

本发明涉及计算机农业，具体涉及一种风沙盐碱区耕地质量评价方法。

背景技术：

1、耕地质量直接关系到作物产量与品质，进而影响社会经济的稳定与发展。目前，耕地面积面临障碍退化问题(如沙化、盐碱化)，导致农业生产力受到限制。深入研究和评价耕地质量变化对于指导农业可持续发展策略具有重大意义，同时对于优化耕地资源配置、引导农业生产结构调整、提高农业生产总体效益具有深远影响。

2、传统的耕地质量评价主要依靠经验，基于土壤肥力和地形等因素进行定性分析。2016年实施的《耕地质量等级》国家标准中，明确了耕地质量的评价指标和方法。然而，随着农业生产条件的不断变化和区域差异的加剧，国标在某些特殊的气候和地理条件下的适用性存在局限性。例如，在山地、丘陵等地形条件以及气候干旱的地区，这些评价指标及标准无法准确反映当地耕地的实际生产能力。因此，越来越多的研究者开始采用更灵活和多样化的方法进行耕地质量评价。目前，耕地质量评价的框架主要分为层次分析法(analytichierarchy process，ahp)和压力-状态-响应(pressure-state-response,psr)模型。层次分析法通过专家打分、对比确定各评价指标的权重，例如mesut budak等(2024)采用ahp法对油菜生产的土地适宜性进行了评价，并利用制图结果确定了最适宜种植作物的地区。而psr模型将指标归类，从环境压力、当前状态和响应措施三个维度进行综合评价，例如surendra singh等结合psr模型和指标法，构建了14个主流农业气候区的综合农业可持续性指数。随着社会经济的发展，耕地质量评价的技术手段也有所革新，在传统的土壤取样和实验室分析基础上，更多新技术的引入显著提升了评价的效率和准确性。其中，遥感技术(rs)和地理信息系统(gis)的应用尤为突出，通过高分辨率卫星影像和空间分析工具，研究人员能够对大范围内的耕地质量指标进行动态监测和评估。例如，wang等基于modis产品数据，选取坡度、光温生产潜力、ndvi、tvdi和单产作为评价指标，实现了2000年和2005年地区耕地质量的评估。此外，针对不同地区及其自然环境，结合遥感与实地调查数据、构建合适的指标体系并进行耕地质量评价，能够进一步提高评价结果的可靠性。例如，david等针对山地和丘陵地区独特的生态系统，结合gis技术计算了土壤质量指数，从而实现了土壤质量的评估；murat等基于ahp法和gis技术，通过分析土壤性质的空间变化，对半干旱地区的农田用地进行了适宜性评价。

3、尽管当前耕地质量评价方法与指标体系研究在全球范围内已日臻完善，但是现有耕地质量评价方法没有考虑沙化程度等指标，导致对风沙盐碱区的耕地评价结果存在不准确性的问题。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有耕地质量评价方法对风沙盐碱区耕地评价结果存在不准确的问题，提供一种风沙盐碱区耕地质量评价方法。

2、本发明风沙盐碱区耕地质量评价方法，包括以下步骤：

3、步骤一：收集风沙盐碱区耕地的研究区数据，所述数据包括野外调查数据、遥感影像数据和其他辅助数据；

4、步骤二：按照以下公式计算遥感指数；遥感指数为归一化植被指数ndvi、结构不敏感色素指数sipi和归一化差值湿度指数ndmi：

5、

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

7、步骤三：基于步骤一和步骤二得到的数据构建风沙盐碱区耕地质量评价体系；

8、步骤四：采用一致矩阵法确定指标层各评价指标的权重；

9、步骤五：基于隶属函数和特尔菲法对各评价指标进行隶属度赋值；

10、步骤六：采用累加法得到耕地质量综合指数p；

11、p＝∑ci×fi              (4)

12、式中，ci表示第i个评价指标的组合权重，fi表示第i个评价指标的隶属度。p值越高，耕地质量越好。

13、步骤七：采用等距离法将耕地质量综合指数p的分布区间划分为十个等级，其中一等地耕地质量最高，十等地耕地质量最低；

14、当评价区域包含多个耕地质量评估结果时，采用耕地质量平均等级r来评价：

15、r＝[∑(di×si)]/s总        (5)

16、式中di为第i级耕地质量，si为第i级的耕地面积，s总为耕地总面积。

17、进一步的，步骤一中遥感影像数据包括裸土期和生长季的影像，其中裸土期影像用于反演土壤参数，生长季影像用于计算遥感指数。

18、进一步的，步骤一中所述其他辅助数据包括数字高程数据、土地利用数据、气象、土壤水分数据、土壤盐渍化程度和有效土层厚度。

19、进一步的，步骤三中所述风沙盐碱区耕地质量评价指标体系由目标层、准则层和指标层组成，其中准则层包括地形条件、耕层性状、气候条件、剖面性状和遥感指数五个类别，指标层则由13个具体的评价指标构成，其中地形条件对应的指标层的评价指标为dem和坡度，耕层性状对应的指标层的评价指标为ph、土壤质地和有机质，气候条件对应的指标层的评价指标为日照时数和降水，剖面性状对应的指标层的评价指标为有效土层厚度、盐碱化程度和沙化程度，遥感指数对应的指标层的评价指标为ndvi、sipi和ndmi；

20、进一步的，步骤四中确定指标层各评价指标的权重的具体方法为：首先计算准则层相对于目标层的权重值，以及指标层相对于准则层的权重值，再基于此结果计算指标层相对于目标层的权重；指标两两比较，得到判断矩阵，判断矩阵的最大特征值对应的特征向量为权重值λmax，借助一致性指标ci通过一致性检验算法确定，公式如下：

21、

22、式中n为指标数量。

23、进一步的，步骤五中对各评价指标进行隶属度赋值的具体方法为：

24、将评价指标分为概念型指标和数值型指标；针对概念型指标，直接利用特尔菲法确定指标的隶属度；针对数值型指标，将隶属函数分为直线型、戒上型、戒下型和峰型函数，根据指标的上下限拟合隶属函数，再依据实测值评估相应的隶属度。

25、本发明的有益效果：

26、本发明提供了一种基于遥感手段的风沙盐碱区耕地质量评价体系及方法，该算法中指标的计算较为简单，计算速度快；算法中由一些遥感的实时参数，不完全依赖经验值，准确性高、稳定性好。本发明方法的成本低，可以实现大面积、长时间序列的风沙盐碱区耕地质量评价，对于指导风沙盐碱区农业可持续发展具有重大意义。

技术特征：

1.风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，步骤一中遥感影像数据包括裸土期和生长季的影像，其中裸土期影像用于反演土壤参数，生长季影像用于计算遥感指数。

3.根据权利要求1或2所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，步骤一中所述其他辅助数据包括数字高程数据、土地利用数据、气象、土壤水分数据、土壤盐渍化程度和有效土层厚度。

4.根据权利要求1所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，步骤三中所述风沙盐碱区耕地质量评价指标体系由目标层、准则层和指标层组成。

5.根据权利要求4所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，所述准则层包括地形条件、耕层性状、气候条件、剖面性状和遥感指数五个类别。

6.根据权利要求5所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，所述指标层则由13个具体的评价指标构成，其中地形条件对应的指标层的评价指标为dem和坡度，耕层性状对应的指标层的评价指标为ph、土壤质地和有机质，气候条件对应的指标层的评价指标为日照时数和降水，剖面性状对应的指标层的评价指标为有效土层厚度、盐碱化程度和沙化程度，遥感指数对应的指标层的评价指标为ndvi、sipi和ndmi。

7.根据权利要求1所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，步骤四中确定指标层各评价指标的权重的具体方法为：首先计算准则层相对于目标层的权重值，以及指标层相对于准则层的权重值，再基于此结果计算指标层相对于目标层的权重；指标两两比较，得到判断矩阵，判断矩阵的最大特征值对应的特征向量为权重值λmax，借助一致性指标ci通过一致性检验算法确定，公式如下：

8.根据权利要求1所述的风沙盐碱区耕地质量评价方法，其特征在于，步骤五中对各评价指标进行隶属度赋值的具体方法为：

技术总结风沙盐碱区耕地质量评价方法，涉及计算机农业技术领域，是要解决现有耕地质量评价方法对风沙盐碱区耕地评价结果存在不准确的问题。方法：一、收集风沙盐碱区耕地的研究区数据，所述数据包括野外调查数据、遥感影像数据和其他辅助数据；二、计算遥感指数；三、构建风沙盐碱区耕地质量评价体系；四、采用一致矩阵法确定指标层各评价指标的权重；五、基于隶属函数和特尔菲法对各评价指标进行隶属度赋值；六、采用累加法得到耕地质量综合指数P；七、采用等距离法将耕地质量综合指数P的分布区间划分为十个等级。本发明方法速度快，稳定性好，成本低，可以实现大面积、长时间序列的风沙盐碱区耕地质量评价。技术研发人员：李晓洁,邓韵谣受保护的技术使用者：中国科学院东北地理与农业生态研究所技术研发日：技术公布日：2025/1/6