基于GIS的丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合評(píng)價(jià)

江一波，胡守庚，劉越巖，王占岐

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北武漢 430074）

基于GIS的丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合評(píng)價(jià)

江一波，胡守庚，劉越巖，王占岐

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北武漢 430074）

研究目的：綜合運(yùn)用現(xiàn)有土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),建立丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合評(píng)價(jià)體系，以期為新一輪土地整治規(guī)劃提供參考。研究方法：基于丘陵山區(qū)耕地整理的背景和特點(diǎn),從資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)4個(gè)方面選取7個(gè)指標(biāo)，建立了丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合評(píng)價(jià)體系,并以長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣磨市鎮(zhèn)為典型研究區(qū)，運(yùn)用農(nóng)用地分等和第二次全國(guó)土地調(diào)查等當(dāng)前現(xiàn)有的成果數(shù)據(jù)，在GIS平臺(tái)下,將農(nóng)用地分等圖、“二調(diào)”土地利用現(xiàn)狀圖和坡度圖等綜合疊加分析，提取評(píng)價(jià)單元及其屬性信息進(jìn)行潛力評(píng)價(jià)。研究結(jié)果：將研究區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合指數(shù)及其潛力分區(qū)圖與野外調(diào)查實(shí)際相比，結(jié)果能較好反應(yīng)該區(qū)的實(shí)際情況。研究結(jié)論：該評(píng)價(jià)方法既立足于丘陵山區(qū)耕地整理可持續(xù)發(fā)展的需要，又具有充分利用現(xiàn)有成果數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，能為區(qū)域耕地整理及其項(xiàng)目選擇提供有益借鑒，促進(jìn)土地整理事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

土地整理；可持續(xù)耕地整理潛力；指標(biāo)體系；丘陵山區(qū)；GIS

1 引言

耕地整理潛力評(píng)價(jià)是制定土地整理專項(xiàng)規(guī)劃、土地整理項(xiàng)目可行性研究、土地整理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)以及國(guó)家投資決策的依據(jù)。綜觀國(guó)內(nèi)外研究成果以及中國(guó)開展土地整理的目的和背景，土地整理的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)逐步受到重視，如楊慶媛等從國(guó)內(nèi)土地整理的發(fā)展趨勢(shì)和土地整理目標(biāo)區(qū)域分工的角度，提出了丘陵山區(qū)土地整理的首要目標(biāo)是確保區(qū)域生態(tài)安全，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[1]。王洪躍則探索建立山地縣域土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探討了土地整理的迫切性[2]。然而，耕地整理作為土地整理的重要組成部分，其潛力評(píng)價(jià)可理解為在科學(xué)分析耕地利用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)等外部條件，分析耕地整理在增加有效利用面積、提高耕地生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)約生產(chǎn)投資方面的能力[3]。胡守庚等在這種理念的指導(dǎo)下，從資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等4個(gè)方面選取了15個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了項(xiàng)目區(qū)的可持續(xù)耕地整理潛力[4]，鄭文武和郭洪泉等利用GIS技術(shù)建立評(píng)價(jià)模型和信息系統(tǒng)[5-6]，試圖將該項(xiàng)工作模型化、信息化。從已有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前對(duì)于區(qū)域丘陵山區(qū)的可持續(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)研究較少，尤其是利用農(nóng)用地分等定級(jí)和第二次全國(guó)土地調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱“二調(diào)”）等最新的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行耕地整理潛力評(píng)價(jià)的尚未見到相關(guān)報(bào)道，本文基于這一點(diǎn)，利用GIS技術(shù)，對(duì)丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為土地利用總體規(guī)劃和土地整治專項(xiàng)規(guī)劃提供參考。

2 研究方法

2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

隨著對(duì)耕地整理內(nèi)涵理解的深入，學(xué)者們認(rèn)為在不同的區(qū)域、不同的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段耕地整理的目標(biāo)將會(huì)有所不同，綜合化、生態(tài)化、動(dòng)態(tài)化將是未來耕地整理的大趨勢(shì)[7]。根據(jù)中國(guó)目前開展耕地整理的背景和動(dòng)因以及結(jié)合世界各國(guó)土地整理的發(fā)展趨勢(shì)，可把可持續(xù)耕地整理潛力定義為是指在一定的區(qū)域、一定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段下，針對(duì)某種既定用途，通過采取在行政、經(jīng)濟(jì)、法律和技術(shù)等方面一系列措施，使待整理土地資源達(dá)到科學(xué)合理、充分有效利用，并滿足經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展要求的能力[8-9]。所以，基于可持續(xù)發(fā)展的耕地整理潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)資源—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)的復(fù)合體系，也是多層次多角度的指標(biāo)體系，既反映持續(xù)性現(xiàn)狀，也反映持續(xù)發(fā)展的變化趨勢(shì)[10]。而丘陵地區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌類型多樣，地勢(shì)高差大，一個(gè)項(xiàng)目區(qū)往往存在3種以上的地貌形態(tài)，增加了土地整理的難度，同時(shí)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，高差較大，耕地整理的重點(diǎn)是防止水土流失和解決山地灌溉的問題[8]。因此，本文從可持續(xù)的角度出發(fā)，充分借鑒現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外的研究成果，同時(shí)考慮丘陵山區(qū)的實(shí)際情況，根據(jù)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則、方法和指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性，選出由資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境4個(gè)子系統(tǒng)組成的7個(gè)指標(biāo)?？沙掷m(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系詳見表1。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用層次分析法對(duì)潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值進(jìn)行確定，對(duì)所列指標(biāo)兩兩比較重要程度而逐層進(jìn)行判斷評(píng)分，構(gòu)造判斷矩陣：然后利用方根法求得最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量，得到單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的重要性權(quán)值，并檢驗(yàn)是否具有滿意的一致性[12]。最終確定的權(quán)重為：耕地利用潛力占49%，經(jīng)濟(jì)可行性占13%，資源保護(hù)性占20%，社會(huì)可接受性占19%。用同樣的方法得出其他各項(xiàng)指標(biāo)的單排序權(quán)值，并經(jīng)過檢驗(yàn)證明判斷矩陣具有滿意的一致性。最后得出總排序權(quán)值如表2所示。

表1 可持續(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of sustainable potential of arable land consolidation

表2 可持續(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Tab.2 Evaluation index weighs of sustainable potential of arable land consolidation

3 實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖北省宜昌市長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣東南部磨市鎮(zhèn)，東經(jīng)111°8′—111°20′，北緯30°19′—30°20′之間。長(zhǎng)陽(yáng)低山河谷地區(qū)，終年無雪無霜，熱量資源豐富；中山地區(qū)為典型的溫帶氣候；高山的地區(qū)為典型的寒帶氣候。全鎮(zhèn)轄12個(gè)村，鎮(zhèn)域面積約220 km2，地形以山地為主，2008年耕地總面積2850.2 hm2，占全鎮(zhèn)土地面積的12.9%，低于全縣14.06%的平均水平；人均耕地0.09 hm2，低于全縣0.15 hm2的平均水平，也低于全國(guó)人均水平[13]。磨市鎮(zhèn)耕地整體的生產(chǎn)力不高，部分區(qū)域水土流失和生態(tài)惡化現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，大量的非農(nóng)建設(shè)勢(shì)必還將占用一定的耕地，耕地整理的形勢(shì)較為嚴(yán)峻。

3.2 綜合評(píng)價(jià)

3.2.1 評(píng)價(jià)目的 耕地整理潛力評(píng)價(jià)需將綜合考慮現(xiàn)實(shí)需求，就耕地整理的可能效果、耕地整理的社會(huì)需要以及開展耕地的基礎(chǔ)性保障條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具體如下：（1）在評(píng)價(jià)單元的基礎(chǔ)上反映研究區(qū)各村耕地整理的潛力大小；（2）體現(xiàn)增加有效耕地，提高耕地生產(chǎn)力水平的效果；（3）反映改善生態(tài)環(huán)境，遏制水土流失的能力；（4）為選擇重點(diǎn)投資方向，確定耕地整理的時(shí)序安排和重點(diǎn)區(qū)域提供依據(jù)。

3.2.2 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?本文基于行政村界線，同時(shí)考慮到耕地坡度和土地利用類型，在GIS平臺(tái)下，對(duì)土地利用現(xiàn)狀圖、行政村界線圖、坡度圖以及農(nóng)用地自然等和利用等別圖疊加，形成評(píng)價(jià)單元圖斑。

表3 標(biāo)準(zhǔn)分值表Tab.3 Standardized scores table

3.2.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集 利用GIS軟件，從研究區(qū)2009年“二調(diào)”土地利用現(xiàn)狀圖中提取出耕地圖斑和林地圖斑，得到磨市鎮(zhèn)耕地分布圖（圖1，封三）和林地分布圖（圖2，封三）。從磨市鎮(zhèn)農(nóng)用地分等圖屬性庫(kù)中提取出農(nóng)用地自然質(zhì)量等指數(shù)和利用等指數(shù)，得到自然質(zhì)量等圖（圖3，封三）和利用等圖（圖4，封三）。將土地利用現(xiàn)狀圖和磨市鎮(zhèn)坡度圖數(shù)字化疊加后得到磨市鎮(zhèn)耕地坡度級(jí)結(jié)構(gòu)圖（圖5，封三）。勞動(dòng)力人均耕地面積和待復(fù)墾地面積數(shù)據(jù)來自于長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣土地利用總體規(guī)劃（2006—2020），并按照近幾年的變化進(jìn)行更新，更新為2009年；未利用地面積、基礎(chǔ)設(shè)施所占面積和低丘崗地面積來源于2009年“二調(diào)”數(shù)據(jù)庫(kù)及其結(jié)合坡度圖分析獲得。新增耕地來源由未利用地、低丘崗地及待復(fù)墾地分別按相應(yīng)的開發(fā)、整理、復(fù)墾的新增耕地率標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算相加而來。新增耕地率的測(cè)算依據(jù)長(zhǎng)陽(yáng)土地利用總體規(guī)劃和低丘崗地整理規(guī)劃測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)，未利用地開發(fā)的新增耕地率最低標(biāo)準(zhǔn)為60%，低丘崗地整理新增耕地率最低標(biāo)準(zhǔn)為30%，土地復(fù)墾新增耕地率最低標(biāo)準(zhǔn)為40%。圖3、圖4中不適宜整理區(qū)是坡度＞25°的林地。

3.2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)值 利用GIS軟件作為空間數(shù)據(jù)處理工具，在Excel、Access數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用軟件中處理屬性數(shù)據(jù)，得到耕地潛力評(píng)價(jià)各因子的值。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)分值表（表3）。

對(duì)表3中標(biāo)準(zhǔn)化值按0—0.2、0.2—0.4、0.4—0.6、0.6—0.8、0.8—1的區(qū)間段劃分為1—5級(jí)，勞動(dòng)力人均耕地面積和林地覆蓋率為逆指標(biāo)，等級(jí)按5—1級(jí)劃分。從農(nóng)用地分等成果中提取農(nóng)用地自然質(zhì)量等、利用等及坡度等數(shù)據(jù)完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中自然等和利用等均已劃分好指標(biāo)等級(jí)，由于這兩項(xiàng)指標(biāo)是逆指標(biāo)，需要進(jìn)一步處理，如原來自然等為5級(jí)的評(píng)價(jià)單元，現(xiàn)設(shè)定為1級(jí)。

3.2.5 評(píng)價(jià)單元總分值計(jì)算 在對(duì)評(píng)價(jià)單元指標(biāo)原始數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)之前確定的各指標(biāo)的權(quán)重，將各指標(biāo)的等級(jí)值進(jìn)行加權(quán)求和得各評(píng)價(jià)單元的耕地整理潛力總分值。計(jì)算公式為：

式5中，F(xiàn)i為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地整理潛力評(píng)價(jià)分值；Ki（j）為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的第j個(gè)指標(biāo)的等級(jí)值；W（j）為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。

3.2.6 潛力級(jí)別的劃分 本文采用數(shù)軸法確定磨市鎮(zhèn)耕地整理潛力級(jí)別。根據(jù)各評(píng)價(jià)單元整理潛力評(píng)價(jià)綜合總分值以及對(duì)應(yīng)的圖斑數(shù)量繪制出綜合總分值分布圖（圖6）。

通過圖6可以看出0.3、0.37、0.52、和0.6這4個(gè)相對(duì)比較明顯的分段點(diǎn)。于是可將全部單元按綜合的評(píng)價(jià)總分值劃分出5個(gè)區(qū)段（級(jí)次）。即：0.6—0.7分的為第一潛力段；0.52—0.6分的為第二潛力段；0.37—0.52分的為第三潛力段；0.3—0.37分的為四級(jí)潛力區(qū)；0.24—0.3分的為五級(jí)潛力區(qū)。這樣的劃分，能體現(xiàn)全體樣本的分布特征，三級(jí)和四級(jí)潛力區(qū)耕地最多。磨市鎮(zhèn)耕地整理潛力級(jí)別分布如圖7（封三）所示。

3.3.7 評(píng)價(jià)結(jié)果分析 從磨市鎮(zhèn)耕地整理潛力評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果來看，將本文研究結(jié)果與當(dāng)?shù)厍捌陂_展的低丘崗地開發(fā)規(guī)劃和土地整理專項(xiàng)規(guī)劃的成果相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)級(jí)別圖與野外調(diào)查結(jié)果十分接近，比如耕地整理潛力區(qū)主要集中在花橋村、磨市村、蘆溪村和黃荊莊村，土地整理規(guī)劃將這些村確定為近期開展耕地整理的重點(diǎn)區(qū)域。但是本文評(píng)價(jià)結(jié)果比前期規(guī)劃成果更細(xì)化，融合了耕地質(zhì)量、圖斑、地形等影響耕地整理的重要因素，有助于劃定土地整治項(xiàng)目區(qū)，更具可操作性和科學(xué)性。因此，在編制新一輪長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣土地整治規(guī)劃等相關(guān)方案時(shí)，可考慮將其劃為重點(diǎn)耕地整理區(qū)，并分解較多的耕地整理指標(biāo)和規(guī)劃較多的重點(diǎn)整理項(xiàng)目，而其他行政村的耕地整理潛力較小，可不納入規(guī)劃耕地整理重點(diǎn)區(qū)，并少規(guī)劃重點(diǎn)整理項(xiàng)目，整理的時(shí)序也應(yīng)主要為規(guī)劃中遠(yuǎn)期。

圖6 磨市鎮(zhèn)耕地整理潛力綜合分值數(shù)軸分布圖Fig.6 Distribution of the comprehensive scores on axes of the arable land consolidation potentiality in Moshi twon

4 結(jié)論與討論

（1）本文站在決策的角度，就耕地整理的目標(biāo)和效益、以及社會(huì)需求進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)。因此在建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，主要是考慮新增耕地系數(shù)、耕地生產(chǎn)潛力、基礎(chǔ)設(shè)施配套狀況、生態(tài)環(huán)境和開展耕地整理的積極性。

（2）本文充分考慮丘陵山區(qū)耕地整理的特點(diǎn)，構(gòu)建了由4個(gè)評(píng)價(jià)因素、7個(gè)評(píng)價(jià)因子組成的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文選取的指標(biāo)充分運(yùn)用了農(nóng)用地分等和“二調(diào)”的成果數(shù)據(jù)，可操做性強(qiáng)且評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)易于獲取。

（3）本文利用GIS技術(shù)，不僅為整理數(shù)據(jù)節(jié)約了時(shí)間同時(shí)又提高了評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。通過GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)單元的劃分和批量數(shù)值計(jì)算，具有數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易、信息豐富、分析快速的優(yōu)點(diǎn)。

（4）本文評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為耕地整理項(xiàng)目選擇的依據(jù)，耕地整理潛力級(jí)別圖可以確定各整理區(qū)的潛力分布狀況，從而確定重大項(xiàng)目整理區(qū)及其各個(gè)整理區(qū)的時(shí)序安排，同時(shí)也為耕地整理規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

丘陵山區(qū)耕地整理潛力評(píng)價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)工作，本文主要是在充分利用現(xiàn)有土地利用成果數(shù)據(jù)庫(kù)的角度討論區(qū)域整理潛力問題，其評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比因?yàn)槿狈唧w的定量參照無法實(shí)現(xiàn)信息化，且只探討了耕地整理潛力，土地整治的綜合潛力問題有待進(jìn)一步研究。

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Com prehensive Evaluation on the Sustainable Potential of Arable Land Consolidation in M ountainous Area via GIS

JIANG Yi-bo,HU Shou-geng,LIU Yue-yan,WANG Zhan-qi
（Faculty of Earth Resource,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China）

The purpose of this paper is to set up an evaluating system for the sustainable potential of arable land consolidation in mountainous area based on current land use databases,which is expected to provide some references for the coming land consolidation planning.The methods are as follows.Seven indicators are chosen firstly from four aspects of production stability,economic feasibility,resource protection and social acceptability.Secondly the evaluation index system was established based on the background and characteristics of arable land consolidation in mountainous area.Thirdly taking Moshi Town as an example and using the databases of farmland gradation and land usemap of the second national land survey,we overlay them with digital topographic and others maps based on GIS,generate the evaluating unitand its related properties for evaluating the potential.The results show that the arable land consolidation potential index and potential gradingmap arematched wellwith the realities from the field work results.It is concluded that the result indicates that themethod could provide useful references for regional land consolidation and its project selection,which also promotes the sustainable development of land consolidation.It is because that themethod is based on the demand of arable land consolidation inmountainous area and also the advantages of current land use databases.

land consolidation;sustainable arable land consolidation;comprehensive evaluation;mountainous area;GIS

F301.21

A

1001-8158（2012）06-0042-06

2011-12-07

2012-05-25

湖北省國(guó)土科技計(jì)劃項(xiàng)目“可持續(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究”（ETZ2008B08）；湖北省國(guó)土科技項(xiàng)目“可持續(xù)耕地整理潛力評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究”（ETZ2008B08)；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)搖籃計(jì)劃專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（CUD120414）。

江一波（1988-），女，湖北潛江人，碩士。主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源管理研究。E-mail:403261696@qq.com

胡守庚（1978-），男，浙江慶元人，博士。主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源調(diào)查評(píng)價(jià)、土地信息學(xué)。E-mail:husg2009@gmail.com