基于GIS的低山丘陵區(qū)宜耕未利用地開發(fā)潛力評價及分區(qū)

陳靜++劉秀華

摘要：以重慶市南川區(qū)為例，以地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法（AHP）和特爾菲法（Delphi），構(gòu)建宜耕未利用地開發(fā)適宜性評價模型、補充耕地潛力模型，對重慶市低山丘陵區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性與潛力分區(qū)進行分析。結(jié)果表明，研究區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性分為3個等級，即適宜、比較適宜、不適宜，面積分別為169.32、627.18、4 343.47 hm2，分別占研究區(qū)總面積的3.29%、12.20%、84.51%；研究區(qū)宜耕未利用地實際開發(fā)潛力為 796.5 hm2，預(yù)計可新增耕地面積566.06 hm2。潛力分區(qū)結(jié)果表明，研究區(qū)可劃分為4個潛力區(qū)和1個無潛力區(qū)，其中，Ⅰ級潛力區(qū)實際開發(fā)潛力 362.63 hm2，可新增耕地258.23 hm2；Ⅱ級潛力區(qū)實際開發(fā)潛力 286.72 hm2，可新增耕地203.59 hm2；Ⅲ級潛力區(qū)實際開發(fā)潛力100.47 hm2，可新增耕地71.32 hm2；Ⅳ級潛力區(qū)實際開發(fā)潛力 46.68 hm2，可新增耕地32.92 hm2。

關(guān)鍵詞：GIS；低山丘陵區(qū)；未利用地；宜耕地；適宜性評價；重慶市南川區(qū)

中圖分類號：F323.211文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0498-04

土地數(shù)量的有限性和土地需求的增長性構(gòu)成土地資源持續(xù)利用的特殊矛盾。隨著人口增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進程，對建設(shè)用地的需求量有極大的增加，這將占用大量的土地，使我國耕地數(shù)量大大減少，促使土地資源的生產(chǎn)能力及其景觀環(huán)境與人類生活水平不斷提高之間的矛盾，人口與資源環(huán)境之間的矛盾更加突出，糧食安全形勢嚴峻[1-3]。針對我國人多地少這一特殊國情，提出耕地總量動態(tài)平衡這一項基本國策。補充耕地的途徑主要通過土地整治來實現(xiàn)。未利用土地是指除農(nóng)用地與建設(shè)用地以外的土地，包括荒草地、鹽堿地、沼澤地、祼地、沙地、灘涂等。未利用土地作為土地資源中補充耕地重要的后備資源，未利用土地的合理開發(fā)是土地整理項目中的一個重要組成部分[4]。面對我國人口眾多、人均耕地面積較少的現(xiàn)實問題，近年來許多學(xué)者從適宜性[5-6]、潛力[7-8]、分區(qū)[4，9]、生態(tài)安全[3，10]等角度對未利用地開發(fā)利用問題進行了大量研究，并取得了一定的研究成果。由于未利用土地屬于待開發(fā)土地，而各地區(qū)的未利用地開發(fā)具有區(qū)域差異，因此各區(qū)域所需考慮的限制因素也有所不同。近年來，重慶市在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的推動下經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市擴展與建設(shè)用地的需求給耕地保護造成一定壓力，其宜耕后備資源及其生態(tài)保護等問題存在區(qū)域差異性。本研究以重慶市南川區(qū)為例，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，以土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，綜合考慮南川區(qū)未利用地的自然屬性、區(qū)位條件進行分析，最終確定南川區(qū)宜耕未利用地的規(guī)模及分區(qū)狀況，以期為南川區(qū)及其相似區(qū)域的宜耕未利用地開發(fā)規(guī)劃提供參考。

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

南川區(qū)位于重慶市南部，在28°46′～29°30′N，106°54′～107°27′E。處于四川盆地與云貴高原過渡地帶，以山地為主，地勢呈東南向西北傾斜。以湘渝公路為界，大體構(gòu)成中山、低山2大地貌；湘渝公路以南屬大婁山褶皺地帶，呈中山地貌；湘渝公路以北呈丘陵低山地貌。境內(nèi)山脈多為東北—西南走向，最高點金佛山風(fēng)吹嶺海拔2 251 m，最低點騎龍魚跳巖海拔340 m，南川城區(qū)海拔550 m左右。境內(nèi)有大小河流56條，分屬烏江及長江水系，多發(fā)源于金佛山，河流呈樹枝狀分布全境，河谷狹窄，沿途多險灘急流?？傮w而言，南川區(qū)交通便利，地理位置優(yōu)越，氣候溫和適宜，水資源總量充沛，礦產(chǎn)和動植物資源豐富。這些優(yōu)厚的自然條件為南川區(qū)未利用地開發(fā)提供了自然保障。

根據(jù)2010年南川區(qū)土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)，全區(qū)土地總面積為258 957.84 hm2。土地利用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)中，未利用地總面積為9 068.56 hm2，占土地總面積的3.5%。其中，面積最大的為荒草地（7 223.25 hm2），占未利用地總面積的7965%；其次為河流水面（1 337.95 hm2），占未利用地總面積的14.76%；祼地（499.79 hm2），占未利用地總面積的551%；灘涂（7.57 hm2），占未利用地總面積的0.08%。各地類構(gòu)成表明，除河流水面、灘涂難以開發(fā)為耕地外，裸地占比較小，因此本研究主要測算荒草地開發(fā)為耕地的潛力（圖1）。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于南川區(qū)土地整治規(guī)劃項目（2011—2015年），南川區(qū) 2010 年1 ∶10 000土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)、地形圖、土壤分布圖，2006—2020 年土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2研究方法

2.1選擇限制因素

由于南川區(qū)荒草地分布較為分散且大多數(shù)位于地勢較高的區(qū)域，存在開發(fā)利用困難的問題，因此調(diào)查荒草地限制性開發(fā)的因素尤為重要。本研究將坡度大于25°的未利用地區(qū)作為不適宜開發(fā)區(qū)域。土層厚度小于40 cm的坡地只能生長小灌木和草本植物，但南川區(qū)土層厚度基本都能達到 40 cm，因此不作為限制性因素?；牟莸刂車仡愔苯佑绊懟牟莸亻_發(fā)后的用途，根據(jù)宜林則林、宜耕則耕的原則，周圍地類為林地，則荒草地主要開發(fā)為林地，而本研究主要測算荒草地開發(fā)為耕地的潛力，因此，周圍地類均為林地或者3面均為建設(shè)用地的荒草地不能開發(fā)。即地形坡度、周圍地類2個因子是南川區(qū)荒草地開發(fā)的限制性因素。

通過分析未利用地開發(fā)的限制性因素，剔除不符合開發(fā)條件的未利用地圖斑，確定可以開發(fā)的未利用地資源范圍。首先，在南川區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中選取符合條件的未利用地圖斑；其次，扣除已竣工驗收的土地整治項目紅線范圍和土地利用總體規(guī)劃確定的新增建設(shè)用地和有條件建設(shè)區(qū)；最后，結(jié)合上述限制性因素，篩選出地形坡度小于25°、圍土類型合理的圖斑，最終確定可開發(fā)的未利用地規(guī)模。

2.2評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.2.1評價指標(biāo)體系確定將上述不適宜開發(fā)的荒草地剔除之后，還需要進一步考證其開發(fā)后的耕作條件，即對荒草地開發(fā)進行適宜性分析評價。除上述開發(fā)限制因素外，還充分考慮到對宜耕未利用地開發(fā)影響較大的因子，主要是土地的自然屬性，例如有效土層厚度、土壤有機質(zhì)含量等；另外還需考慮開發(fā)后是否便于附近農(nóng)戶耕作，因此選擇距最近居民點距離因子。通過對所選指標(biāo)進行重要程度分析，最終選擇坡度、有效土層厚度、土壤有機質(zhì)含量、距最近居民點距離、土壤表層質(zhì)地以及周圍土地類型6個評價指標(biāo)。為提高適宜性評價的科學(xué)性和可靠性，針對南川區(qū)實際情況，參考國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對宜耕未利用地適宜性評價的研究[4，7，10-11]，結(jié)合特爾菲法（Delphi）對6 個評價指標(biāo)進行分級，并確定相應(yīng)的等級指數(shù)，構(gòu)建出南川區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性評價指標(biāo)體系（表1）。

2.2.2評價因子權(quán)重確定各評價因子對整個體系的影響程度不同，對整體評價中的重要性存在差異。本研究擬采用一種定量與定性相結(jié)合的分析方法，即采用層次分析法（AHP）來確定各項指標(biāo)的權(quán)重。首先，構(gòu)建判斷矩陣，通過咨詢相關(guān)專家，對評價體系中評價因子的重要程度進行兩兩比較評分；其次，對矩陣進行歸一化處理，求出最大特征根對應(yīng)的特征向量，根據(jù)計算結(jié)果進行層次單排序和層次總排序得出權(quán)重值；最后，對所得結(jié)果進行一致性檢驗，因為影響因子本身的復(fù)雜性和計算過程的理想化，導(dǎo)致在運用層次分析法進行權(quán)值計算時可能會存在邏輯錯誤，即需要對判斷矩陣進行一致性檢驗[12-13]。公式如下：

CR=CIRI。（1）

式中：CR為判斷矩陣的隨機一致性比率；CI為判斷矩陣的一致性指標(biāo)；RI為平均隨機一致性指標(biāo)。當(dāng)CR<0.1 時，通過一致性檢驗，說明權(quán)數(shù)分配合理[14-16]。

2.3評價模型的構(gòu)建

根據(jù)以上所述權(quán)重和參評因素分級標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用加權(quán)指數(shù)和模型計算評價單元的綜合分值，公式如下：

Fj=∑ni=1fji×ai。（2）

式中：Fj表示第j個評價單元適宜性評價分值；fji表示第j評價單元第i個參評因素的分值；ai表示第i個參評因素的權(quán)重。

2.4宜耕未利用地新增耕地潛力的測算

根據(jù)適宜性評價得出的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同適宜性等級的宜耕未利用地面積，以及不同等級的宜耕未利用地開發(fā)新增耕地系數(shù)，計算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕未利用地可補充耕地面積的公式如下：

Mx=∑ny=1mxy×ey。（3）

式中：Mx表示第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街）可補充耕地面積；mxy表示第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)y等級的宜耕未利用地面積；ey表示第y等級的新增耕地系數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1適宜性評價結(jié)果與分析

先將未利用地圖斑與全區(qū)土壤圖進行疊加，得到每一個未利用地塊的地形坡度、有機質(zhì)含量、土壤質(zhì)地等基本屬性；再進行緩沖區(qū)分析，確定距離居民點的距離；而圍土類型可直接從圖中讀出。根據(jù)評價單元分值頻數(shù)分布直方圖，確定適宜等級界限，評定其適宜等級，評價分值≥80為適宜；介于 50～80 之間為比較適宜；<50為不適宜。評價結(jié)果詳見表2。根據(jù)適宜性評價結(jié)果，考慮開發(fā)難度及投入產(chǎn)出效益，將適宜和比較適宜區(qū)作為南川區(qū)可供開發(fā)為耕地的未利用地實際潛力為796.5 hm2。從數(shù)量結(jié)構(gòu)上看，可供開發(fā)為耕地的未利用地實際潛力占研究區(qū)未利用地總面積的15.5%，其中比較適宜的宜耕未利用地是實際潛力的主要來源，占研究區(qū)未利用地總面積的12.2%。從空間布局來看，適宜的宜耕未利用地主要分布在三泉鎮(zhèn)、水江鎮(zhèn)、南城街道、慶元鄉(xiāng)、東城街道和大有鎮(zhèn)等地山槽、山洼地帶，這些區(qū)域的荒草地灌溉條件較好、坡度較平緩、有效土層較厚，距離附近居民點較近，具有良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；比較適宜的宜耕未利用地主要分布在水江鎮(zhèn)、三泉鎮(zhèn)、南城街道、大有鎮(zhèn)、慶元鄉(xiāng)、南平鎮(zhèn)、東城街道、古花鄉(xiāng)、頭渡鎮(zhèn)等地的半山區(qū)地帶，這些區(qū)域的荒草地有效土層相對較厚，坡度較小，具有開發(fā)價值，經(jīng)整治后可實現(xiàn)較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

3.2宜耕未利用地補充耕地結(jié)果與分析

結(jié)合已實施的土地整治項目，土地開發(fā)補充增加耕地系數(shù)情況，并考慮對耕地的需求、經(jīng)濟實力、生態(tài)建設(shè)和復(fù)墾技術(shù)等對系數(shù)進行修正，得到南川區(qū)適宜開發(fā)和比較適宜開發(fā)的未利用地新增耕地系數(shù)，根據(jù)公式（3）計算得出南川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街）通過土地開發(fā)可新增耕地的潛力（表3）。

從補充耕地規(guī)模來看，水江鎮(zhèn)最大，為104.7 hm2，其次為三泉鎮(zhèn)、南城街道，補充耕地規(guī)模均在60 hm2以上，而大觀鎮(zhèn)、福壽鄉(xiāng)補充耕地規(guī)模不足1 hm2（表3）。

3.3潛力分區(qū)結(jié)果與分析

考慮到南川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)可開發(fā)未利用地面積相差較大，本研究采用絕對量指標(biāo)新增耕地面積，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位對南川區(qū)34個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街）宜耕未利用地進行潛力分區(qū)。將未利用地開發(fā)潛力分為4級，即新增耕地面積≥60 hm2劃為Ⅰ級區(qū)，介于20～<60 hm2之間的劃為Ⅱ級區(qū)，介于5～<20 hm2之間的劃分為Ⅲ級區(qū)，小于5 hm2則劃分為Ⅳ級區(qū)（表4、圖2）。

Ⅰ級潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為1 913.03 hm2，實際開發(fā)潛力為362.63 hm2，新增耕地面積為258.23 hm2。主要分布在南川區(qū)中部地區(qū)，涉及水江鎮(zhèn)、三泉鎮(zhèn)和南城街道3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街），大部分的耕地補充來源于適宜級，宜耕未利用地Ⅱ級潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為2 002.41 hm2，實際開發(fā)潛力為286.72 hm2，新增耕地面積為203.59 hm2。主要分布在南川區(qū)中部及東南部地區(qū)，涉及慶元鄉(xiāng)、大有鎮(zhèn)、東城街道、南平鎮(zhèn)、頭渡鎮(zhèn)、古花鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，適宜性等級大部分為適宜，宜耕地塊相對連片，海拔相對較高，坡度平緩，距離居民點較近，龍溪河貫穿大部分區(qū)域，各地塊附近有水庫、坑塘等水系分布，有一定的灌溉條件，適宜開發(fā)為耕地。

Ⅲ級潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為845.53 hm2，實際開發(fā)潛力為100.47 hm2，新增耕地面積為71.32 hm2。主要分布較為分散，涉及魚泉鄉(xiāng)、金山鎮(zhèn)、中橋鄉(xiāng)、合溪鎮(zhèn)、德隆鄉(xiāng)、興隆鎮(zhèn)、西城街道7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)域適宜性等級以適宜居多，坡度較大、宜耕地塊相對連片，距離居民點較近，部分區(qū)域灌溉條件受限，經(jīng)過經(jīng)濟、技術(shù)投入，有開發(fā)為耕地的條件。

Ⅳ級潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為379 hm2，實際開發(fā)潛力為46.68 hm2，新增耕地面積為32.92 hm2。該區(qū)域分布較廣，主要集中分布在南川區(qū)北部地區(qū)，涉及神童鎮(zhèn)、鳴玉鎮(zhèn)、峰巖鄉(xiāng)、白沙鎮(zhèn)等17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要由于該區(qū)域宜耕地塊分布分散，面積比較零星，具有一定的灌溉條件，經(jīng)過一定的投入，可以開發(fā)為耕地，達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

無潛力區(qū)涉及冷水關(guān)鄉(xiāng)1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)域內(nèi)無荒草地地類。

4結(jié)論

本研究對重慶市南川區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性評價及潛力分區(qū)進行了研究。主要結(jié)論如下：（1）根據(jù)評價單元分值頻數(shù)分布直方圖，確定適宜等級界限，評定其適宜等級：適宜（評價分值≥80）；比較適宜（評價分值介于50～80）；不適宜（評價分值<50）。其中，適宜區(qū)面積為169.32 hm2，占研究區(qū)總面積的3.29%；比較適宜區(qū)面積為627.18 hm2，占研究區(qū)總面積的12.20%；不適宜區(qū)面積為4 343.47 hm2，占研究區(qū)總面積的84.51%。根據(jù)適宜性評價結(jié)果，將適宜和比較適宜作為南川區(qū)宜耕未利用地實際潛力，面積為 7965 hm2，占研究區(qū)總面積的15.49%。預(yù)計新增耕地面積566.06 hm2，占研究區(qū)未用地實際開發(fā)潛力的 71.07%。（2）潛力分區(qū)結(jié)果表明，研究區(qū)可劃分為4個潛力區(qū)和 1 個無潛力區(qū)。其中，Ⅰ級潛力區(qū)涉及3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，潛力區(qū)總面積為 1 913.03 hm2，實際開發(fā)潛力362.63 hm2，可新增耕地 258.23 hm2；Ⅱ級潛力區(qū)涉及6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，潛力區(qū)總面積為 2 002.41 hm2，實際開發(fā)潛力286.72 hm2，可新增耕地 203.59 hm2；Ⅲ級潛力區(qū)涉及7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，潛力區(qū)總面積為 845.53 hm2，實際開發(fā)潛力100.47 hm2，可新增耕地 71.32 hm2；Ⅳ級潛力區(qū)涉及17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，潛力區(qū)總面積為 379 hm2，實際開發(fā)潛力 46.68 hm2，可新增耕地 32.92 hm2。

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