基于GIS技術(shù)的基本農(nóng)田劃定研究*——以重慶市黔江區(qū)金溪鎮(zhèn)為例

張丹丹，張安明，張 引，張家元

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715;2安徽省肥西縣高劉中心校，安徽合肥 230000)

基本農(nóng)田是指按照一定時期人口和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對農(nóng)產(chǎn)品的需求，依據(jù)土地利用總體規(guī)劃確定的不得占用的耕地［1］，是耕地中的精華部分，既關(guān)系到實(shí)現(xiàn)區(qū)域糧食安全的堅實(shí)基礎(chǔ)，也是中國國民經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

在土地利用總體規(guī)劃修編中如何進(jìn)行基本農(nóng)田的合理布局，落實(shí)國家關(guān)于基本農(nóng)田保護(hù)政策，做好耕地保護(hù)工作，是關(guān)系到整個國家戰(zhàn)略安全的重要組成部分，直接影響到國家的糧食安全。從技術(shù)層面來說，長期以來基本農(nóng)田劃分存在偏主觀、重數(shù)量、缺乏合理布局的問題，在實(shí)際基本農(nóng)田劃定數(shù)據(jù)庫建立過程中，“劃劣不劃優(yōu)”、“占優(yōu)補(bǔ)劣”、“劃零不劃整”現(xiàn)象較為普遍［2］，究其原因，主要是耕地入選基本農(nóng)田的決策系統(tǒng)缺乏科學(xué)性、客觀性，而主觀性和人為操作性較強(qiáng)，造成耕地保護(hù)工作難度的增加［3］。文章從土地利用規(guī)劃修編建庫人員的角度，以《鄉(xiāng) (鎮(zhèn))土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程》和《重慶市鄉(xiāng)(鎮(zhèn))級土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，以黔江區(qū)金溪鎮(zhèn)為研究實(shí)例，選取區(qū)位因素、水利灌溉條件、坡度以及耕地連片性作為耕地質(zhì)量評價依據(jù)，借助MAPGIS基礎(chǔ)平臺軟件，采用綜合評價系數(shù)法，建立一套耕地入選基本農(nóng)田的決策模型，從而為土地利用規(guī)劃修編中劃定基本農(nóng)田及其保護(hù)區(qū)提供科學(xué)的方法，甚至是為今后基本農(nóng)田的補(bǔ)劃工作等相關(guān)規(guī)劃專題提供客觀依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

重慶市黔江區(qū)金溪鎮(zhèn)位于黔江區(qū)西南部，轄區(qū)面積84.085km2，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫在15.4℃左右，相對濕度為80% ～85%，多年平均降雨量在1197.5mm，年日照數(shù)1 199.8h，無霜期為247～268d，土壤以沙壤土為主，pH值在5.5～6.5之間。

全鎮(zhèn)共轄8個村、51個村民小組，2009年共有人口14 335人，其中城鎮(zhèn)人口1 936人，農(nóng)業(yè)人口12 399人，人口密度達(dá)120.53人/km2，經(jīng)濟(jì)總量達(dá)4 409萬元，農(nóng)民人均收入3 107元。作為黔江區(qū)的農(nóng)業(yè)大鎮(zhèn)，一直在推動農(nóng)業(yè)發(fā)展方面有著重要的地位，也是此輪土地利用總體規(guī)劃中，基本農(nóng)田保有量和耕地保有量指標(biāo)最多的一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。因此，如何將大量質(zhì)量優(yōu)良的耕地劃為基本農(nóng)田，進(jìn)一步做好耕地保護(hù)工作，顯得更為突出和重要。

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線

該研究是在土地規(guī)劃地類圖層中其他用地規(guī)劃布局基本完成的基礎(chǔ)上，結(jié)合規(guī)程和建庫的基本要求，提取出符合基本農(nóng)田保護(hù)條件的耕地圖斑，再根據(jù)評價指標(biāo)體系，利用GIS空間分析技術(shù)和綜合排序模型，對每一個耕地圖斑，進(jìn)行評分、排序，最后依據(jù)上級土地利用總體規(guī)劃下達(dá)給金溪鎮(zhèn)的基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)，按照從高分至低分的原則，劃定基本農(nóng)田保護(hù)圖斑，研究的技術(shù)路線如圖1。

圖1 基本農(nóng)田劃定技術(shù)路線

2.2 耕地圖斑初步篩選

根據(jù)《鄉(xiāng) (鎮(zhèn))土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程》和《重慶市鄉(xiāng) (鎮(zhèn))級土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》的要求，利用MAPGIS基礎(chǔ)平臺的空間分析功能以及屬性分析工具，對金溪鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的耕地圖斑進(jìn)行初步篩選，基本條件為:(1)基期年和規(guī)劃目標(biāo)年均為耕地;(2)城鎮(zhèn)有條件建設(shè)區(qū)范圍之內(nèi)的圖斑，不得劃為基本農(nóng)田;(3)旱地中坡度大于25°且不屬于第二次土地調(diào)查原有基本農(nóng)田的圖斑，此輪規(guī)劃中不能劃為基本農(nóng)田;(4)易受自然災(zāi)害損毀、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的耕地，避免劃入基本農(nóng)田。通過初步篩選，金溪鎮(zhèn)現(xiàn)有耕地中符合上述條件可劃定為基本農(nóng)田圖斑面積為1 790.15hm2，占現(xiàn)狀耕地面積83.88%，其中水田面積472.84hm2、旱地面積1 317.31hm2(表1)。

表1 金溪鎮(zhèn)基本農(nóng)田劃定潛力分配表 hm2

2.3 耕地入選基本農(nóng)田指標(biāo)體系的建立

根據(jù)《基本農(nóng)田保護(hù)條例》、《土地管理法》及《基本農(nóng)田保護(hù)規(guī)定》等相關(guān)法律法規(guī)，結(jié)合相關(guān)專家學(xué)者的研究結(jié)果［4］;文章選取耕地地形坡度、連片性、水利設(shè)施條件、交通通達(dá)度、耕作半徑等指標(biāo)，構(gòu)建耕地入選基本農(nóng)田的評價指標(biāo)體系，同時基于相關(guān)專家學(xué)者的研究成果，利用層次分析法，確定各指標(biāo)的權(quán)重 (表2)。

表2 評價指標(biāo)及權(quán)重

2.4 各指標(biāo)評價值的計算及標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各評價指標(biāo)的性質(zhì)和量綱不同，耕地評價中其指標(biāo)取值的范圍相差甚遠(yuǎn)，造成不具有直接的可比性。因此，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除量綱差別，將各指標(biāo)值的取值范圍標(biāo)準(zhǔn)化為0～1，即換成可以統(tǒng)一比較的數(shù)值［5］。

2.4.1 地形坡度

隨著坡度的增加，坡耕地的土層厚度、土壤肥力等也隨之下降，土地耕作條件也逐級變差。參閱相關(guān)研究，以6°和25°作為臨界值，小于6°的耕地質(zhì)量較好，土層厚度大、土壤肥力高，而大于25°的陡坡耕地，則耕地質(zhì)量差，甚至不適宜耕種。因此根據(jù)各圖斑的坡度級別，利用標(biāo)準(zhǔn)化公式 (1)計算出各個圖斑的得分。

式中:S—某耕地圖斑坡度指標(biāo)得分值;X—某耕地圖斑的坡度值。

2.4.2 連片性

耕地地塊的連片性越好，耕地圖斑面積越大，越利于土地的規(guī)模經(jīng)營。由于文中直接采用了規(guī)劃后金溪鎮(zhèn)符合劃入基本農(nóng)田基本條件的圖斑，未對圖斑進(jìn)行合并等處理，某地塊A可能面積較小，但與其相鄰的周邊地塊B面積卻相對較大，在此認(rèn)定圖斑A和B具有相同的連片性。因此文中在對所有圖斑執(zhí)行“碎區(qū)條件合并”命令后，得到較大面積的圖斑片區(qū)，通過對圖斑片區(qū)的連片性評價來確定片區(qū)范圍內(nèi)各耕地圖斑的分值。黔江區(qū)地處武陵山區(qū)，山高坡陡，耕地的破碎度較大，該文采用耕地圖斑地類面積10hm2和100hm2作為臨界值，按標(biāo)準(zhǔn)化公式 (2)計算。

式中:P—某耕地圖斑連片性指標(biāo)得分值;X—某耕地圖斑所在片區(qū)的圖斑地類面積。

2.4.3 水利設(shè)施條件

水利設(shè)施對耕地的灌溉、排水條件有著決定性作用。文中評價水利設(shè)施條件優(yōu)劣，主要提取溝渠和河流兩個數(shù)據(jù)來分析。第二次土地詳查將河流分為面積較大的面狀河流和面積較小的線狀河流，研究中對溝渠和線狀河流分別設(shè)置500m、1 000m、1 500m、2 000m的緩沖半徑，即X固定取以上的數(shù)值，在同一緩沖區(qū)范圍內(nèi)的地塊取得相同分值。對于面狀河流不論在流量還是灌溉面積大小上都要優(yōu)于線狀河流，因此單獨(dú)對面狀河流設(shè)3 000m的緩沖區(qū)半徑，在此緩沖區(qū)范圍內(nèi)的地塊可在線狀河流分值計算的基礎(chǔ)上累計計算，其計算方法如公式 (3)所示。

式中:I-某耕地圖斑水利設(shè)施條件指標(biāo)評價分值;X-某耕地圖斑所在河流的緩沖區(qū)半徑范圍。

2.4.4 交通通達(dá)度

交通通達(dá)度主要是指地塊距離交通干線的遠(yuǎn)近，以及周邊交通網(wǎng)絡(luò)的稀疏情況，距離越近、四周交通網(wǎng)絡(luò)越密集，說明地塊的通達(dá)性較好，也就是區(qū)位條件較好。同上文水利設(shè)施條件一樣，首先為農(nóng)村道路設(shè) (指機(jī)耕道)500m、1 000m、1 500m、2 000m、2 500m、3 000m的緩沖，在同一緩沖區(qū)內(nèi)的地塊分值相同，同時在此基礎(chǔ)之上，對公路設(shè)置3 000m的緩沖，在緩沖區(qū)內(nèi)的耕地圖斑，累計加分，由此可通過公式 (4)計算圖斑的通達(dá)度評分值。

式中:T-某耕地圖斑交通通達(dá)性評價分值;X-某耕地圖斑所在道路的緩沖區(qū)半徑范圍。

2.4.5 耕作半徑耕作半徑即耕地地塊距離城鎮(zhèn)或者居民點(diǎn)的遠(yuǎn)近，也是衡量耕地區(qū)位條件的一個重要指標(biāo)。鑒于西南丘陵地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)規(guī)模較小且呈零星分布，故對農(nóng)村居民點(diǎn)設(shè)500m、750m、1000m、1250m、1500m、1750m、2000m、2250m、2500m、2750m、3000m的緩沖，同一緩沖區(qū)內(nèi)的地塊評價分值相同，按公式 (5)計算其評價分值。

式中:R某耕地圖斑耕作半徑評價分值;X-某耕地圖斑所在農(nóng)村居民點(diǎn)的緩沖區(qū)半徑范圍。

2.5 計算耕地圖斑綜合評價分值

通過MAPGIS基礎(chǔ)平臺的空間分析及空間屬性鏈接功能，可確定各圖斑所在緩沖區(qū)范圍，并根據(jù)指標(biāo)評價體系運(yùn)算得出每塊圖斑在每項(xiàng)指標(biāo)上的綜合得分值，其主要計算方法流程如圖2。

2.6 利用綜合評價法進(jìn)行分?jǐn)?shù)排序

文章主要是采用綜合排序法［6］，根據(jù)各耕地圖斑的得分值及各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重大小，計算出每一耕地圖斑的綜合評價系數(shù)，并對之進(jìn)行排序，綜合評價系數(shù)小的圖斑，優(yōu)先劃入基本農(nóng)田［7］。

2.6.1 構(gòu)造決策矩陣

設(shè)區(qū)域內(nèi)n塊耕地圖斑組成的決策對象集為A={a1，a2，a3，a4，……，an}，耕地入選基本農(nóng)田的決策指標(biāo)體系為F= {f1，f2，f3，f4，f5}。則有兩者組成的決策矩陣X為:

其中Xij表示決策對象ai在決策指標(biāo)fj下面的取值。根據(jù)上文得到?jīng)Q策指標(biāo)的權(quán)重指標(biāo)為:

將決策矩陣和權(quán)重矩陣相乘，則可得到一個規(guī)范化的決策矩陣，其中，ri=(r1j，r2j，r3j……)(j=1，2，3，4，5)可以看作為歐式空間里的一個“決策點(diǎn)”。

2.6.2 計算各圖斑的綜合評價系數(shù)

根據(jù)吳飛等學(xué)者的研究結(jié)果，將文中的耕地連片性劃分為收益型指標(biāo)，即數(shù)值越大對于評選結(jié)果越有利，反之，交通通達(dá)度、水利設(shè)施條件和耕地坡度級別則為損失型指標(biāo)，即指數(shù)越大對評價結(jié)果越有害。結(jié)合無量綱指標(biāo)的相對偏差值計算式:

3 確定基本農(nóng)田保護(hù)圖斑及規(guī)模

依據(jù)黔江區(qū)區(qū)級土地利用總體規(guī)劃下達(dá)的指標(biāo)，至2020年金溪鎮(zhèn)的基本農(nóng)田保護(hù)面積為1 586.50 hm2，根據(jù)上文得出的各耕地圖斑綜合評價系數(shù)，依據(jù)綜合評價系數(shù)值從低到高進(jìn)行排序，按照土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程要求，下級規(guī)劃劃定的基本農(nóng)田保護(hù)面積不得低于上級規(guī)劃下達(dá)的保護(hù)目標(biāo)。通過MAPGIS基礎(chǔ)平臺的空間屬性鏈接工具和EXCEL的數(shù)據(jù)加工處理功能，在土地規(guī)劃地類數(shù)據(jù)庫中篩選出達(dá)到指標(biāo)要求的基本農(nóng)田圖斑面積共1 586.59hm2，其分村分配及空間布局如表3及圖3所示。

表3 金溪鎮(zhèn)基本農(nóng)田面積分布情況表 hm2

圖3 金溪鎮(zhèn)基本農(nóng)田分布

4 結(jié)果與討論

基本農(nóng)田的劃定是土地利用總體規(guī)劃中一個極其重要的環(huán)節(jié)，不論從規(guī)劃原理還是建庫技術(shù)要求方面，都有較高的客觀標(biāo)準(zhǔn)。該文以GIS技術(shù)為依托，選取四大評價指標(biāo)，利用綜合評價法，以重慶市黔江區(qū)金溪鎮(zhèn)為例，對基本農(nóng)田劃定的方法進(jìn)行探討。按照《鄉(xiāng) (鎮(zhèn))土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程》的規(guī)定［8］，基本農(nóng)田調(diào)整應(yīng)滿足以下原則與要求:

(1)基本農(nóng)田調(diào)整應(yīng)遵循面積不減少、質(zhì)量有提高、布局總體穩(wěn)定的原則;

(2)調(diào)整后的基本農(nóng)田面積應(yīng)不低于上級規(guī)劃下達(dá)的基本農(nóng)田保護(hù)面積指標(biāo);

(3)調(diào)整后的基本農(nóng)田平均質(zhì)量等別應(yīng)高于調(diào)整前的平均質(zhì)量等別，或調(diào)整部分的平均質(zhì)量等別有所提高;

(4)調(diào)整后的基本農(nóng)田中非耕地、坡耕地的比重應(yīng)當(dāng)有所降低;

(5)調(diào)整后的基本農(nóng)田連片程度應(yīng)當(dāng)有所提高。

為此，利用簡單加權(quán)法［9］，對本輪規(guī)劃中調(diào)入和調(diào)出的基本農(nóng)田的具體狀況進(jìn)行對比分析，如表4所示:

分析表格數(shù)據(jù)可知，至規(guī)劃目標(biāo)年，調(diào)入的基本農(nóng)田不論在連片性還是交通通達(dá)性等指標(biāo)方面，均優(yōu)于基期調(diào)出的基本農(nóng)田，可見本文研究方法在基本農(nóng)田劃定中的應(yīng)用，具有科學(xué)性、客觀性和可行性，由于部分?jǐn)?shù)據(jù)缺乏，如農(nóng)用地分等定級數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)分布等，劃定的基本農(nóng)田具體自然條件等仍需進(jìn)一步核實(shí)和豐富。文中將GIS技術(shù)和理念，與綜合評價方法的結(jié)合，建立一套基本農(nóng)田劃定的決策模型，不僅對西南丘陵山區(qū)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)和基本農(nóng)田調(diào)整區(qū)的空間布局研究和數(shù)據(jù)庫建設(shè)具有重要的借鑒意義，也有利于推進(jìn)土地利用總體規(guī)劃編制的規(guī)范化、合理化。

表4 調(diào)出基本農(nóng)田與調(diào)入基本農(nóng)田指標(biāo)情況對比

［1］程永政.基本農(nóng)田保護(hù)機(jī)制的創(chuàng)新問題探討.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(5):25～26

［2］程鋒，鄖文聚，蘇強(qiáng)，等.新一輪土地利用總體規(guī)劃修編中基本農(nóng)田布局調(diào)整與管制分區(qū)的幾點(diǎn)思考.資源與產(chǎn)業(yè)，2008，10(5):122～123

［3］鄭新奇，楊樹佳，象偉寧，等.基于農(nóng)用地分等的基本農(nóng)田保護(hù)空間規(guī)劃方法研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(1):66～67

［4］李軼平，鮑文東，吳泉源.采用綜合評價系數(shù)法實(shí)現(xiàn)基本農(nóng)田的空間定位.農(nóng)機(jī)化研究，2008，3(3):20～21

［5］宇向東，郝晉珉，鮑文東.基于農(nóng)耕地分等的基本農(nóng)田空間配置的方法.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(1):185～186

［6］吳飛，濮勵杰，許艷，等.耕地入選基本農(nóng)田評價與決策.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25(12):270～271

［7］程鋒，石英，朱德舉.耕地入選基本農(nóng)田決策模型研究.地理與地理信息科學(xué)，2003，19(3):47～48

［8］TD/T 1025—2010，鄉(xiāng) (鎮(zhèn))土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010

［9］盧紋岱.SPSS for Windows統(tǒng)計分析.北京:電子工業(yè)出版社，2006:351～355