基于GIS空間分析的基本農(nóng)田配置研究

金志豐

(江蘇省土地勘測規(guī)劃院,江蘇南京210024)

基本農(nóng)田,指滿足國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、人口增長對農(nóng)產(chǎn)品的需求而必須確保的農(nóng)田[1]?？茖W(xué)、合理地配置基本農(nóng)田對于正確處理和協(xié)調(diào)建設(shè)與保護之間的關(guān)系,促進區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大,也是保證區(qū)域糧食安全、生態(tài)安全的重要舉措。

目前我國基本農(nóng)田保護的效果并不理想,存在重數(shù)量輕質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和布局不合理等問題[2],導(dǎo)致這一問題產(chǎn)生的原因,一方面是基本農(nóng)田分級保護缺乏硬性依據(jù),沒有形成完善的分級制度[3-4],“占補平衡”變成沒有質(zhì)量保證的單純基本農(nóng)田數(shù)量平衡;另一方面是在劃定基本農(nóng)田過程中,缺乏因地制宜的分析結(jié)果支撐。

耕地是基本農(nóng)田保護的重心[5],哪些耕地應(yīng)該作為基本農(nóng)田保護成為研究的重點。在土地利用規(guī)劃中,現(xiàn)行的基本農(nóng)田分配、耕地劃入基本農(nóng)田的方法,主要從分析地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、人口規(guī)模、耕地現(xiàn)狀以及基本農(nóng)田保護規(guī)模出發(fā),確定基本農(nóng)田在地區(qū)的分配。在這種需求引導(dǎo)的分配方式引導(dǎo)下,入選基本農(nóng)田的耕地質(zhì)量無法得到保證,一般只能滿足數(shù)量要求,導(dǎo)致一些地區(qū)的優(yōu)質(zhì)耕地未能作為基本農(nóng)田嚴(yán)格保護,而一些地區(qū)的劣質(zhì)耕地卻作為基本農(nóng)田保護,限制了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。其本質(zhì)原因是該分配方式?jīng)]有考慮地區(qū)差異,對耕地質(zhì)量問題重視不夠。以引導(dǎo)—約束為導(dǎo)向的土地利用適宜性分區(qū)及相關(guān)研究強調(diào),在分析區(qū)域資源自然本底和開發(fā)潛力的空間分異特點的基礎(chǔ)上,綜合比較地區(qū)的開發(fā)、約束水平,劃分土地適宜性類型[6-9],為區(qū)域基本農(nóng)田的空間選擇方向的確定提供依據(jù);引導(dǎo)保護價值高,保護可能性大的耕地劃為基本農(nóng)田,保護價值低,開發(fā)可能性大的耕地則允許劃為非基本農(nóng)田,增強基本農(nóng)田的保護力度,實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和耕地保護的協(xié)調(diào)。

1 研究思路與方法

本文試圖通過土地適宜性評價,引導(dǎo)耕地入選基本農(nóng)田的空間布局。首先,基于網(wǎng)格單元疊加分析各要素,進行土地適宜性評價。其次,評價結(jié)果疊合現(xiàn)狀耕地,結(jié)合耕地規(guī)模、單元耕地面積比重等具體情況,根據(jù)適宜指數(shù)高低、耕地規(guī)模大小和比重大小,判別耕地是否入選基本農(nóng)田。

本文以泗陽縣為案例區(qū)。泗陽縣地處蘇北黃淮海平原地區(qū),全境橫窄縱寬,傍河臨湖,地勢西高東低,境內(nèi)水網(wǎng)密布。全縣總面積1 378.2 km2,轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn),2008年,實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值125億元,總?cè)丝?8.6萬人。全縣耕地面積681 km2,占總土地面積的47.4%,人均耕地面積約0.07 hm2,低于全國平均水平。耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展需求均較大,如何科學(xué)保護耕地在本區(qū)具有典型性。

1.1 土地適宜性評價

要素指標(biāo)選擇。適宜性評價是耕地入選基本農(nóng)田的基礎(chǔ),選擇的指標(biāo)主要基于現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和潛在數(shù)據(jù)。許多學(xué)者在研究土地適宜性分區(qū)中選擇生態(tài)服務(wù)功能、生態(tài)易損性、資源供給條件、區(qū)位條件和開發(fā)效益等方面的多項指標(biāo)[6-9],綜合文獻和依據(jù)代表性、差異性、可獲性和綜合性的原則,根據(jù)實際,選擇引導(dǎo)性和約束性兩類指標(biāo)進行適宜性評價,其中,引導(dǎo)性指標(biāo)包括生態(tài)重要性、水網(wǎng)密度、耕地比重、耕地規(guī)模程度和單位耕地糧食產(chǎn)量5個指標(biāo);約束性指標(biāo)包括人口規(guī)模、交通通達性和離主干道距離3個指標(biāo)。

數(shù)據(jù)來源與處理。研究所用數(shù)據(jù)包括:遙感解譯的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)(2008年),社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)(來源于《江蘇省2009年統(tǒng)計年鑒》、《泗陽縣2008年統(tǒng)計年鑒》),交通路網(wǎng)(來自于《泗陽縣綜合交通規(guī)劃》)。

所有數(shù)據(jù)處理與分析基于ArcGIS軟件平臺進行,包括空間數(shù)據(jù)庫的建立、單指標(biāo)的計算和綜合評價等主要步驟,由于研究要實現(xiàn)耕地入選基本農(nóng)田范圍標(biāo)定,數(shù)據(jù)分析基于1 km×1 km網(wǎng)格單元進行,研究區(qū)共分成1 326個評價單元。(1)生態(tài)重要性、水網(wǎng)密度、耕地面積比重、耕地規(guī)模程度等密度比重類空間數(shù)據(jù)處理利用疊置分析(intersect)操作執(zhí)行,將專題要素切分至格網(wǎng)單元后,以面積比重或密度作為分值。(2)線性數(shù)據(jù)(交通可達性)分析利用網(wǎng)絡(luò)分析(network analyst)中最短路徑算法進行,計算各網(wǎng)格中心點至縣城中心和南通市中心的交通可達時間后,通過加權(quán)計算得到各單元綜合交通可達性指標(biāo)值。(3)人口、地均糧食產(chǎn)量等社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)的網(wǎng)格空間表達基于各類用地分析進行,首先計算各村單元的城鎮(zhèn)建設(shè)用地(獨立工礦除外)和農(nóng)村居民點面積,根據(jù)面積分配人口;將行政單元的糧食產(chǎn)量切分到相應(yīng)的耕地面積上,計算地均產(chǎn)量。

指標(biāo)權(quán)重確定。要素權(quán)重分析是適宜性評價的關(guān)鍵步驟,本研究主要采用層次分析法與專家打分法相結(jié)合的方式確定權(quán)重,引導(dǎo)性指標(biāo)權(quán)重分別為:生態(tài)重要性 0.108 6,水網(wǎng)密度 0.125 8,耕地比重0.181 1,耕地規(guī)模程度0.130 8,單位耕地糧食產(chǎn)量0.115 1;約束性指標(biāo)權(quán)重分別為:人口規(guī)模0.100 5,交通通達性0.162 8和離主干道距離0.075 3。

土地適宜性評價。首先極據(jù)公式(1)用極值標(biāo)準(zhǔn)化的方式對指標(biāo)分值進行標(biāo)準(zhǔn)化,消除量綱差異。對于約束性指標(biāo),則還應(yīng)用1減去的方法進行處理,使得指數(shù)方向同引導(dǎo)性指標(biāo)一致。根據(jù)公式(2)進行加權(quán)求和獲取各網(wǎng)格單元的適宜性指數(shù),并利用Arc-GIS進行空間表達,獲得空間分布特征。

式中:X——處理后某單元某項指標(biāo)指數(shù);X′——處理前某單元某項指標(biāo)指數(shù);X′min——某項指標(biāo)的最小值;X′max——某項指標(biāo)的最大值;Si——第i網(wǎng)格單元的開發(fā)約束或者發(fā)展?jié)摿χ笖?shù);Eij——第i網(wǎng)格單元的第j要素值;Pj——第 j要素的權(quán)重。

1.2 耕地入選基本農(nóng)田的空間配置

將土地適宜性評價圖與現(xiàn)狀耕地分布圖疊合,利用GIS技術(shù)切分,獲取耕地相對應(yīng)地區(qū)的適宜性和耕地斑塊面積、集聚規(guī)模程度等屬性。土地適宜指數(shù)小的地區(qū)的耕地,劃為一般農(nóng)田,若網(wǎng)格單元內(nèi)耕地面積比重過小,且適宜指數(shù)也相對較小的,劃為一般農(nóng)田,其他地區(qū)的耕地,劃為基本農(nóng)田。根據(jù)以上規(guī)則,確定縣域耕地入選基本農(nóng)田的空間配置結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地適宜性評價指標(biāo)指數(shù)分布

(1)生態(tài)重要性。周邊地區(qū)為低開發(fā)程度的土地利用方式將有利于區(qū)域內(nèi)生物多樣性、水源涵養(yǎng)、原生生境、特殊生境等方面服務(wù)功能的保護,利用重要濕地、飲用水源保護區(qū)、清水通道維護區(qū)重要生態(tài)功能區(qū)面積比重表示,主要分布在縣域的北部和南部。(2)水網(wǎng)密度。一方面可以為農(nóng)業(yè)提供用水;另一方面影響著土地的破碎度。因此,水網(wǎng)密度越大,越適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)。(3)耕地規(guī)模程度。用耕地斑塊破碎度表示,破碎度越小,耕地規(guī)模大,保護價值與保護概率越高。(4)耕地比重。耕地面積比重是反映土地利用現(xiàn)狀的一個指標(biāo),同時也在一定程度上反映了耕作業(yè)在該村的地位。(5)單位耕地糧食產(chǎn)量。糧食單產(chǎn)是衡量耕地生產(chǎn)力和產(chǎn)出效益的一個重要指標(biāo),需要保護一些單產(chǎn)高的地區(qū),提高產(chǎn)出效率,保證糧食產(chǎn)量。(6)人口規(guī)模。人口規(guī)模影響土地開發(fā)活動,人口規(guī)模越大,建設(shè)用地需求越大,耕地保護的可能性越小。(7)交通通達性。基于2020年規(guī)劃路網(wǎng)圖,計算得到各單元到宿遷城區(qū)、縣城的通達時間,數(shù)據(jù)越小,通達性越好。到重要節(jié)點的通達性越好,地區(qū)發(fā)展的潛力越大,土地開發(fā)需求越大,農(nóng)用適宜性相對弱化。離主要道路距離,離主要道路距離越近,耕地非農(nóng)轉(zhuǎn)化的可能性越大,建設(shè)開發(fā)的可能性也就越大,耕地保護的難度增大,同時,受交通污染程度也較大,農(nóng)用適宜性也就相對較低。土地適宜性評價指標(biāo)指數(shù)空間分布狀況如圖1a—1i所示。

圖1 土地適宜性評價指標(biāo)指數(shù)空間分布表達示意圖

2.2 土地適宜性空間分布

適宜性指數(shù)最高的區(qū)域,主要為縣域北部、南部和東西兩側(cè)部分地區(qū),其次為縣域西部、東部以及南部部分地區(qū);適宜性指數(shù)中等的地區(qū)主要分布在縣域中部地區(qū),這主要是這些地區(qū)的人口規(guī)模相對較大、通達性相對較好;適宜性指數(shù)最低的區(qū)域,主要為縣城及其周邊地區(qū)和李口鎮(zhèn)的鎮(zhèn)區(qū)周邊(圖2)。

2.3 基本農(nóng)田空間布局

根據(jù)適宜性指數(shù)的分布,結(jié)合專家判斷進行。首先,標(biāo)定適宜性指數(shù)大于等于0.4的網(wǎng)格單元中的耕地為基本農(nóng)田;其次,考慮到耕地規(guī)模保護,若沒有入選的網(wǎng)格中的現(xiàn)狀耕地面積比重超過70%,則同樣標(biāo)定該類網(wǎng)格單元內(nèi)的耕地為基本農(nóng)田;第三,對于已經(jīng)入選基本農(nóng)田單元的網(wǎng)格,若單元內(nèi)的耕地面積比重低于15%,且適宜性指數(shù)不大于0.5,則將其剔除出基本農(nóng)田行列。

經(jīng)過幾次操作,確定入選基本農(nóng)田的耕地空間分布結(jié)果(圖3),得到江蘇省泗陽縣入選基本農(nóng)田的耕地面積為 577.5 km2,占泗陽縣全縣耕地面積的84.8%。從圖1可以看出,基本農(nóng)田主要分布在縣域的北部、南部以及西部,一般農(nóng)田主要分布在縣城周邊、重點鎮(zhèn)區(qū)的周邊以及主要交通干道兩側(cè)區(qū)域的耕地。

圖2 土地適宜性評價結(jié)果

圖3 基本農(nóng)田空間配置

3 結(jié)論

(1)耕地保護是永久性課題,但在開發(fā)過程中,往往是建設(shè)空間優(yōu)先,耕地被占用后往往是通過“占補平衡”進行補充,或直接被建設(shè)占用,耕地保護與建設(shè)空間發(fā)展存在矛盾。協(xié)調(diào)好開發(fā)建設(shè)與耕地保護之間關(guān)系意義重大。本文基于適宜性評價和現(xiàn)狀情況確定耕地入選基本農(nóng)田保護空間布局,可以做到因地制宜地、有選擇地保護耕地,增強了保護的有效性,同時選擇了一定的一般農(nóng)田作為地區(qū)開發(fā)建設(shè)的備用空間,可以滿足開發(fā)建設(shè)的需求。

(2)通過研究分析,泗陽縣劃入基本農(nóng)田的耕地面積577.5 km2,占全縣耕地面積的84.8%。這一結(jié)果符合國內(nèi)的實際情況,具有一定的科學(xué)意義,研究方法可行可靠,可對地區(qū)基本農(nóng)田空間配置提供一定的指導(dǎo),為基本農(nóng)田空間配置研究提供新視角。

(3)土地適宜性評價是客觀性的本底評價,要素權(quán)重的差異影響適宜性評價結(jié)果,雖然本文采用專家經(jīng)驗與定量計算相結(jié)合的方式確定權(quán)重,但因素之間的關(guān)系確定還顯簡化,值得進一步探討。

(4)如何落實合理的基本農(nóng)田空間布局,除因地制宜地科學(xué)選擇外,還需要強有力的政策保障措施,如如何保證基本農(nóng)田保護多的地區(qū)的社會福利問題,均衡地區(qū)之間發(fā)展差異等,還需要建立一套如人口轉(zhuǎn)移、財政轉(zhuǎn)移支付、生態(tài)補償和差異化的政績考核制度等。下一步可根據(jù)需要,加強政策、制度等方面的相關(guān)研究,增強基本農(nóng)田保護的實施力度。

[1]張蕾娜,劉曉燕.農(nóng)用地分等定級成果在基本農(nóng)田保護中的應(yīng)用研究[J].地域研究與開發(fā),2007,26(4):87-89.

[2]王鑫美.基本農(nóng)田保護制度需完善的幾個方面[J].中國土地,2005(9):41.

[3]唐健.基本農(nóng)田保護:問題與對策[J].中國土地,2004(7):24-28.

[4]殷海善,陶運平,蘭仁德.山西省基本農(nóng)田保護的現(xiàn)狀、預(yù)測與對策研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(6):8-11.

[5]陳雯,孫偉,段學(xué)軍,等.蘇州地域開發(fā)適宜性分區(qū)[J].地理學(xué)報,2006,61(8):839-846.

[6]孫偉,陳雯,段學(xué)軍,等.基于生態(tài)—經(jīng)濟重要性的濱湖城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)研究:以無錫市為例[J].湖泊科學(xué),2007,19(2):190-196.

[7]金志豐,趙海霞,陳雯.海門沿江地區(qū)開發(fā)適宜性分區(qū)研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2008,17(1):16-21.

[8]金志豐,陳雯,孫偉,等.基于土地開發(fā)適宜性分區(qū)的土地空間配置:以宿遷市區(qū)為例[J].中國土地科學(xué),2008,22(9):43-50.

[9]國務(wù)院.基本農(nóng)田保護條例[EB/OL].(2005-12-05)[2009-02-25].http:∥www.mlr.gov.cn/pub/gtzyb/zcfg/tdg1f1fg/t2004 0624 0370.htm.