基于耕地質(zhì)量和空間聚類的縣域基本農(nóng)田劃定
——以湖北省團(tuán)風(fēng)縣為例

周 明,王占岐

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院,武漢430074)

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基于耕地質(zhì)量和空間聚類的縣域基本農(nóng)田劃定
——以湖北省團(tuán)風(fēng)縣為例

周 明,王占岐

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院,武漢430074)

為了實(shí)現(xiàn)基本農(nóng)田保護(hù)政策“優(yōu)質(zhì)集中”的具體要求，以湖北省團(tuán)風(fēng)縣為例，首先基于耕地自然質(zhì)量、水利基礎(chǔ)設(shè)施、區(qū)位條件、空間形態(tài)構(gòu)建了4個(gè)因素11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以反映耕地質(zhì)量的空間差異性，隨后使用K均值聚類法對(duì)耕地的綜合質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行劃分，建立了基于耕地質(zhì)量和空間聚類的基本農(nóng)田劃定方法。結(jié)合上級(jí)下達(dá)的基本農(nóng)田保護(hù)指標(biāo)確定團(tuán)風(fēng)縣入選基本農(nóng)田的耕地面積為16 333 hm2，且相應(yīng)的耕地質(zhì)量總分值均大于76.21，團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田大多分布在長江沿岸平原區(qū)。通過使用基于多因素加權(quán)求和模型獲得的基本農(nóng)田劃定結(jié)果對(duì)此種方法進(jìn)行驗(yàn)證，并基于景觀格局指數(shù)對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析，這種方法不僅可行，而且能更好地實(shí)現(xiàn)基本農(nóng)田劃定中的質(zhì)優(yōu)和集中的目標(biāo)。

基本農(nóng)田; 耕地質(zhì)量; K均值聚類; 景觀指數(shù); 團(tuán)風(fēng)縣

基本農(nóng)田是指“根據(jù)一定時(shí)期人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求以及對(duì)建設(shè)用地預(yù)測，依據(jù)土地利用總體規(guī)劃確定的不得占用的和基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)規(guī)劃期內(nèi)不得占用的耕地”[1]。因此耕地保護(hù)的重心是對(duì)基本農(nóng)田的保護(hù)。目前我國在進(jìn)行基本農(nóng)田劃定時(shí)，僅僅是按照一定時(shí)期人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求來確定基本農(nóng)田的數(shù)量指標(biāo)，之后按照一定的比例將指標(biāo)分解到各個(gè)省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以此來確定基本農(nóng)田的區(qū)域和位置。為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與基本農(nóng)田保護(hù)的矛盾，在具體實(shí)踐中就出現(xiàn)了耕地入選基本農(nóng)田過程主觀、重?cái)?shù)量輕質(zhì)量、劃劣不劃優(yōu)，劃遠(yuǎn)不劃近等現(xiàn)象。圍繞如何將限額的基本農(nóng)田分配到最合適的區(qū)域、滿足基本農(nóng)田保護(hù)政策“優(yōu)質(zhì)集中”的具體要求，國內(nèi)學(xué)者開展了大量研究。在基本農(nóng)田入選指標(biāo)方面，一些學(xué)者指出既要考慮耕地的自然地理?xiàng)l件，同時(shí)也要考慮耕地潛力、立地條件、連片程度、田塊規(guī)整度，建設(shè)壓力等因素[2-4]；部分學(xué)者借助于GIS和農(nóng)用地分等定級(jí)成果探討了基本農(nóng)田劃定的方法和流程[5-7]；同時(shí)農(nóng)用地產(chǎn)能核算成果及農(nóng)業(yè)自然風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)等也被應(yīng)用于基本農(nóng)田劃定中，并取得了較好的實(shí)踐效果[8-9]。上述方法大都是根據(jù)多因素綜合評(píng)價(jià)法將耕地質(zhì)量綜合排序后劃定基本農(nóng)田，由于得出的各評(píng)價(jià)單元質(zhì)量總分值比較接近，劃分耕地等級(jí)時(shí)常帶有主觀性。因此，本文借助耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的思想，構(gòu)建一種基于耕地質(zhì)量和空間聚類的基本農(nóng)田劃定的新方法。首先根據(jù)基本農(nóng)田優(yōu)質(zhì)集中，便于耕作的特點(diǎn)構(gòu)建包括耕地自然質(zhì)量、水利基礎(chǔ)設(shè)施、區(qū)位條件、耕地空間形態(tài)在內(nèi)的耕地入選基本農(nóng)田的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來研究耕地質(zhì)量的空間差異，再借助K均值聚類的方法對(duì)耕地分級(jí)，從而為耕地劃定基本農(nóng)田提供科學(xué)、可靠的依據(jù)，最終為縣級(jí)基本農(nóng)田劃定提供參考和借鑒。

1　研究區(qū)概況

團(tuán)風(fēng)縣位于湖北省東部，長江中游北岸，大別山南麓，東經(jīng)114°47′—115°14′，北緯30°35′—30°54′。全縣東西寬約44 km，南北長約38 km，東鄰巴水，與浠水縣相望，南與黃岡市黃州區(qū)接壤，西北抵舉水和武漢市新洲區(qū)毗鄰，西南靠長江與鄂州市以人民洲為界，北倚大崎山與羅田縣、麻城市為鄰。轄8鎮(zhèn)、2鄉(xiāng)、286個(gè)村。2012年總?cè)丝跒?7.60萬人，總?cè)丝诿芏?52人/km2。團(tuán)風(fēng)縣地理位置優(yōu)越，交通便捷。京九鐵路、106國道、江北一級(jí)公路、大廣高速公路橫貫?zāi)媳保?18國道、武英高速公路連接?xùn)|西；距離武漢天河機(jī)場47 km，形成了水路、公路、鐵路、航空的立體交通網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)最新的土地變更調(diào)查成果，團(tuán)風(fēng)縣土地總面積83 164.62 hm2，其中，農(nóng)用地64 577.59 hm2，占土地總面積的77.65%；建設(shè)用地11 897.97 hm2，占土地總面積的14.31%；其他土地6 689.06 hm2，占土地總面積的8.04%。

2　數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源：(1)通過1∶5 000團(tuán)風(fēng)縣土壤圖(資料源自矢量化的團(tuán)風(fēng)縣土壤數(shù)據(jù)庫)獲取反映耕地自然質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性，如pH值、有機(jī)質(zhì)含量、表層土壤質(zhì)地等；(2)從團(tuán)風(fēng)縣農(nóng)村土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫中獲取團(tuán)風(fēng)縣耕地的坡度數(shù)據(jù)；(3)從團(tuán)風(fēng)縣農(nóng)用地分等成果中獲得耕地排水條件，灌溉保證率的水利基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)；(4)從1∶10 000團(tuán)風(fēng)縣土地利用現(xiàn)狀圖中獲取耕地地塊、農(nóng)村居民點(diǎn)、現(xiàn)狀公路及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政中心等。

2.2研究方法

2.2.1K均值聚類根據(jù)基本農(nóng)田為部分質(zhì)優(yōu)、空間分布相對(duì)集中、形狀不太規(guī)則的耕地，以及作為評(píng)價(jià)單元的各個(gè)耕地圖斑如果根據(jù)多因素綜合評(píng)價(jià)法確定的質(zhì)量總分值比較接近，難以人工區(qū)分的特點(diǎn)，采用K均值聚類[7-8]的方法對(duì)耕地質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，以此作為基本農(nóng)田劃定的依據(jù)。K均值聚類法的基本流程為：從n個(gè)耕地地塊中任意選擇K個(gè)地塊作為初始聚類中心，計(jì)算各地塊與聚類中心的距離，從而將全部對(duì)象劃分為K個(gè)區(qū)域；根據(jù)最小距離重新對(duì)地塊劃分K類，重新計(jì)算新劃分的K類的聚類中心，不斷重復(fù)這個(gè)過程，直到標(biāo)準(zhǔn)測度函數(shù)的誤差準(zhǔn)則函數(shù)(常用均方差)收斂為止；最后獲得K個(gè)聚類具有各聚類內(nèi)部緊湊、聚類間相異的特點(diǎn)。

為了有效地耦合各耕地地塊屬性的相似性，在計(jì)算各個(gè)耕地地塊與聚類中心的距離時(shí)，參考前人經(jīng)驗(yàn)，將兩個(gè)地塊之間的距離定義為：

(1)

式中：Dij為第n個(gè)地塊到第j個(gè)地塊的距離；aik為第i個(gè)地塊第k個(gè)屬性值；bjk為第j個(gè)地塊第k個(gè)屬性值；wk為第k個(gè)屬性特征的權(quán)重值；n為屬性值的個(gè)數(shù)，其中wk之和為1。K均值聚類過程借助SPSS 19實(shí)現(xiàn)。

2.2.2景觀指數(shù)本文基于基本農(nóng)田劃定集中連片，便于耕作的要求選擇景觀指數(shù)中的斑塊密度(PD)、平均斑塊形狀指數(shù)(MSI)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)(AWMPFD)來反映基本農(nóng)田斑塊的不規(guī)則程度和破碎化程度，其中斑塊密度表征基本農(nóng)田的破碎化程度，其值小，表明景觀較為完整，無明顯破碎化現(xiàn)象；反之，則破碎化程度高，平均斑塊形狀指數(shù)反映了基本農(nóng)田斑塊形狀的規(guī)則程度，其值越大，表明基本農(nóng)田斑塊形狀越不規(guī)則，邊界越曲折，越不利于機(jī)械化耕作，MSI≥1，面積加權(quán)平均板塊分維數(shù)反映了基本農(nóng)田斑塊的不規(guī)則和破碎化程度，其值介于1～2，其值越大，表明基本農(nóng)田斑塊越不規(guī)則，越破碎[10]。3個(gè)計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

(4)

式中：PD為斑塊密度；NP為基本農(nóng)田斑塊的個(gè)數(shù)；TA為基本農(nóng)田的總面積；n為基本農(nóng)田斑塊的數(shù)量；MSI為平均斑塊形狀指數(shù)，Pi為基本農(nóng)田斑塊i的周長；ai為基本農(nóng)田斑塊i面積；AWMPFD為面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)。

3　團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田劃定的方法與過程

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)單元的確定

根據(jù)基本農(nóng)田內(nèi)涵的定義和要求，質(zhì)量和區(qū)位條件綜合最優(yōu)的耕地應(yīng)該優(yōu)先劃定為基本農(nóng)田。而耕地利用系統(tǒng)是由自然條件和人為活動(dòng)共同組成的有機(jī)整體，是人和自然環(huán)境相互作用、相互協(xié)調(diào)構(gòu)成的自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)的復(fù)合系統(tǒng)，受氣候、母質(zhì)、地形、人為等因素影響，客觀上形成了耕地質(zhì)量的空間差異性。入選基本農(nóng)田的耕地，不僅要肥力較高、區(qū)位較好、水利設(shè)施良好等，同時(shí)也要考慮為了協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化發(fā)展和基本農(nóng)田保護(hù)的關(guān)系，地方政府主觀上將耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的可能性，否則會(huì)對(duì)已劃定的基本農(nóng)田進(jìn)行頻繁調(diào)整和占用，危害基本農(nóng)田規(guī)劃的嚴(yán)肅性和客觀性。本文以劃定入選基本農(nóng)田的耕地為目的，以遴選出自然質(zhì)量條件好、區(qū)位條件優(yōu)、水利基礎(chǔ)設(shè)施良好的耕地為首要條件，在參考《可持續(xù)土地評(píng)價(jià)綱要》[11]、《基本農(nóng)田保護(hù)條例》[1]，結(jié)合團(tuán)風(fēng)縣自然條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際狀況以及現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，確定了4個(gè)因素11個(gè)因子的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。確定指標(biāo)選取的原則為：(1)對(duì)耕地生產(chǎn)能力有較大的影響；(2)研究區(qū)內(nèi)指標(biāo)屬性差異較大、與其他指標(biāo)的相關(guān)性較?。?3)對(duì)基本農(nóng)田的穩(wěn)定性有影響，例如耕地距離城鎮(zhèn)要有一定的距離，距離城鎮(zhèn)過近則容易因城鎮(zhèn)擴(kuò)張被占用；(4)指標(biāo)以定量為主并可測度。

因?yàn)楸疚氖谴_定入選基本農(nóng)田的耕地地塊，所以評(píng)價(jià)單元直接定義為土地利用現(xiàn)狀圖中的耕地圖斑。

根據(jù)層次分析法的原理確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次矩陣，利用Excel的函數(shù)功能，計(jì)算各特征向量即權(quán)系數(shù)，然后對(duì)目標(biāo)層和準(zhǔn)則層進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性比率CR均小于0.1，通過檢驗(yàn)，得到各指標(biāo)的權(quán)重見表1。

3.2基本農(nóng)田影響因子的定性分析

3.2.1評(píng)價(jià)單元屬性數(shù)據(jù)的獲取對(duì)于各評(píng)價(jià)單元的屬性數(shù)據(jù)，采取空間插值、緩沖區(qū)和疊置分析等方法獲?。?1)坡度：采用農(nóng)村土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫中耕地的坡度分級(jí)數(shù)據(jù)；(2)有機(jī)質(zhì)、pH值、表層土壤質(zhì)地：從團(tuán)風(fēng)縣土壤圖中獲??；(3)排水條件、灌溉保證率：從團(tuán)風(fēng)縣農(nóng)用地分等成果中直接提??；(4)區(qū)位條件：以提取的道路、農(nóng)村居民點(diǎn)、建制鎮(zhèn)分別做緩沖區(qū)分析獲取對(duì)應(yīng)的單因子圖層。

表1　團(tuán)風(fēng)縣入選基本農(nóng)田的指標(biāo)體系

3.2.2耕地集中連片度分析耕地連片性是指一定質(zhì)量或等級(jí)范圍內(nèi)地塊的相連程度，兩地塊空間距離越小，其連片性越高，當(dāng)兩地塊的距離小于一定閾值的時(shí)候即可被認(rèn)為是連片的[5]，閾值可以根據(jù)實(shí)際情況來定。耕地連片性可細(xì)分為絕對(duì)相連和相對(duì)相連。一個(gè)地塊與其他地塊有一條以上共同邊界或有一個(gè)以上公共點(diǎn)時(shí)，稱為絕對(duì)相連；而一個(gè)地塊與另一地塊不是絕對(duì)相連，但是距離小于某一閾值時(shí)稱為相對(duì)相連。本文利用ArcGIS的緩沖區(qū)分析和疊置分析功能，設(shè)定一定的緩沖距離D，如果地塊緩沖D/2距離之后空間上是絕對(duì)相連的，則認(rèn)定它們是連片的。分析中涉及2個(gè)基本參數(shù)，即基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)和地塊緩沖閾值D?；巨r(nóng)田保護(hù)目標(biāo)的確定有利于在總量的控制下對(duì)全縣耕地展開空間分析，實(shí)現(xiàn)入選耕地質(zhì)量最優(yōu)、空間布局最合理。緩沖閾值則為判斷地塊的連片性提供依據(jù)?；巨r(nóng)田保護(hù)目標(biāo)的確定以上級(jí)下達(dá)的指標(biāo)為依據(jù)。黃岡市國土局下達(dá)的團(tuán)風(fēng)縣指標(biāo)是16 320 hm2,因此本文確定的基本農(nóng)田保護(hù)面積不少于16 320 hm2。緩沖閾值的確定與研究區(qū)域地形地貌、路網(wǎng)疏密、地塊破碎度以及基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)等因素息息相關(guān)，需根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況決定。本文根據(jù)團(tuán)風(fēng)縣實(shí)際情況，測定地塊之間的距離，選定連片地塊中距離最大的值為緩沖距離，最終確定團(tuán)風(fēng)縣耕地連片性測度的距離為20 m,即D=20 m。本文采用面積大小作為衡量耕地連片性的主要指標(biāo)[5]，認(rèn)為耕地圖斑在集中連片地塊中的面積比重越大，其連片性越好，計(jì)算公式如下：

(5)

式中：Wi為耕地圖斑i的連片性得分；Si為耕地圖斑的i面積；S為集中連片地塊的面積。

3.2.3耕地田塊規(guī)整度分析耕地田塊形狀越規(guī)則越有利于農(nóng)田的機(jī)械化運(yùn)營，也就越有利于高效的生產(chǎn)經(jīng)營耕地。耕地田塊的規(guī)整程度使用景觀生態(tài)學(xué)中的分維數(shù)FRAC來表達(dá)，分維數(shù)描述了田塊幾何形狀復(fù)雜性，該指數(shù)理論范圍為1.0～2.0，指數(shù)越小，表明田塊形狀越規(guī)則，反之則田塊形狀越復(fù)雜[12]。計(jì)算方法如下：

(6)

式中：FRAC為田塊規(guī)整度；Pi為田塊i的周長；ai為田塊i的面積。

3.3評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值的標(biāo)準(zhǔn)化

由于各個(gè)指標(biāo)性質(zhì)不同、量綱不統(tǒng)一且值域相差很大，需要對(duì)各指標(biāo)屬性值標(biāo)準(zhǔn)化處理到[0，100]區(qū)間中才能比較并衡量其對(duì)耕地質(zhì)量的影響程度。

3.3.1離散型和域值型對(duì)于坡度、土壤質(zhì)地等離散型數(shù)據(jù)以及pH值、有機(jī)質(zhì)等域值型數(shù)據(jù)，參考《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》、《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》以及有關(guān)專家的意見，根據(jù)特爾菲法，將分值定義如下(表2)：

表2　耕地自然質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及分值

3.3.2空間擴(kuò)散型將經(jīng)過緩沖區(qū)分析后獲得的耕地到道路的距離、耕地到農(nóng)村居民點(diǎn)的距離以及耕地到城鎮(zhèn)的距離的影響度值標(biāo)準(zhǔn)化處理到[0,100]區(qū)間；排水條件和灌溉保證率來源于農(nóng)用地分等成果，根據(jù)特爾菲法進(jìn)行定義(表3)。

表3　水利基礎(chǔ)設(shè)施評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及分值

3.3.3閾值型對(duì)于與耕地空間形態(tài)有關(guān)的兩個(gè)指標(biāo)采用極值法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(7)

式中：Xi標(biāo)為經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的耕地地塊i的指標(biāo)屬性值；Xi為耕地地塊i的指標(biāo)實(shí)測值；Xmin為指標(biāo)實(shí)測值的最小值；Xmax為指標(biāo)實(shí)測值的最大值。

(8)

式中：Xi標(biāo)為經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的耕地地塊i的指標(biāo)屬性值；Xi為耕地地塊i的指標(biāo)實(shí)測值；Xmin為指標(biāo)實(shí)測值的最小值；Xmax為指標(biāo)實(shí)測值的最大值。

3.4評(píng)價(jià)單元質(zhì)量總分值的計(jì)算

采用上述標(biāo)準(zhǔn)化模型對(duì)評(píng)價(jià)單元各指標(biāo)屬性值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，利用多因素加權(quán)求和模型計(jì)算獲取各耕地圖斑入選基本農(nóng)田的質(zhì)量總分值，其值越大，表明越優(yōu)先入選基本農(nóng)田。

3.5根據(jù)K均值聚類法對(duì)耕地聚類后獲得的耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)公式(1)采用K均值聚類對(duì)耕地綜合質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行劃分，根據(jù)專家意見和孔祥斌等[7]研究成果，將耕地聚類為4類。聚類結(jié)果如圖1所示，聚類結(jié)果：1類，類中心耕地綜合質(zhì)量平均值為77.56；2類，類中心耕地綜合質(zhì)量平均值為68.04；3類，類中心耕地綜合質(zhì)量平均值為63；4類，類中心耕地綜合質(zhì)量平均值為57.22。

3.6團(tuán)風(fēng)縣耕地入選基本農(nóng)田的方案確定

在對(duì)耕地進(jìn)行空間聚類分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合類中心耕地綜合質(zhì)量平均值，從平均值最大的第1類開始，按耕地綜合質(zhì)量分值由高到低選取耕地地塊，逐步達(dá)到滿足黃岡市下達(dá)的團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田保護(hù)面積不少于16 320 hm2的指標(biāo)為止。借助ArcGIS的統(tǒng)計(jì)工具，采取累加匯總的方式最終確定入選基本農(nóng)田的耕地面積為16 333 hm2，對(duì)應(yīng)的耕地綜合質(zhì)量總分值均大于76.21，耕地質(zhì)量總分值平均分是80.05，同步得到團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田的布局?；巨r(nóng)田布局如圖2所示。

圖2　團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田分布

3.7結(jié)果與分析

3.7.1基于多因素加權(quán)求和模型劃定基本農(nóng)田的對(duì)比分析僅以多因素加權(quán)求和模型求得的耕地綜合質(zhì)量總分值為基礎(chǔ)進(jìn)行排序，根據(jù)上級(jí)下達(dá)的基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)確定入選基本農(nóng)田的耕地。根據(jù)耕地綜合質(zhì)量總分值由高到低進(jìn)行面積累積確定基本農(nóng)田，最終確定團(tuán)風(fēng)縣入選基本農(nóng)田的面積為16 348 hm2，其中最低的耕地質(zhì)量總分值為76.26，并且耕地綜合質(zhì)量總分值平均分為79.77。前述的基本農(nóng)田劃定質(zhì)量與此方法劃定的基本農(nóng)田質(zhì)量相當(dāng)，說明基于耕地質(zhì)量和空間聚類劃定基本農(nóng)田的方法是可行的。

3.7.2基于景觀指數(shù)的兩種方法對(duì)比分析根據(jù)公式(2)—(4)分別計(jì)算兩種方法的斑塊密度、平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)，結(jié)果見表4。

表4　兩種方法劃定的基本農(nóng)田斑塊密度等景觀指數(shù)對(duì)比

上述結(jié)果表明：基于耕地質(zhì)量和空間聚類劃定的基本農(nóng)田斑塊破碎度和不規(guī)則程度都比較小，集中連片程度比較高，基本農(nóng)田形狀比較規(guī)則，更有利于機(jī)械化作業(yè)，便于生產(chǎn)管理。基于多因素加權(quán)求和模型劃定基本農(nóng)田，僅以質(zhì)量排序，片面追求基本農(nóng)田的優(yōu)質(zhì)性，容易忽略集中連片的要求，單純地將達(dá)到質(zhì)量等級(jí)要求的耕地地塊面積累加以達(dá)到上級(jí)政府下達(dá)的基本農(nóng)田保護(hù)數(shù)量目標(biāo)要求，完成基本農(nóng)田保護(hù)的目標(biāo)。而本文提出的K均值空間聚類法既考慮到耕地質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)性，又結(jié)合了耕地圖斑之間的距離，比較好地滿足了基本農(nóng)田集中連片的要求，是一種比較合理的基本農(nóng)田劃定方法。

3.7.3基于K均值聚類劃定的基本農(nóng)田與現(xiàn)有基本農(nóng)田對(duì)比分析將從團(tuán)風(fēng)縣第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫中提取的上一輪土地利用總體規(guī)劃確定的基本農(nóng)田布局和本文確定的基本農(nóng)田布局對(duì)比可得，在數(shù)量上，本文確定的基本農(nóng)田數(shù)量比現(xiàn)有的基本農(nóng)田少了4 820 hm2。這主要因?yàn)橐环矫姹狙芯吭趦H以十堰市下達(dá)的最低標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃定時(shí)優(yōu)先保留了原有基本農(nóng)田中的高等級(jí)、集中連片耕地，另一方面現(xiàn)有的基本農(nóng)田由于某些原因忽視了基本農(nóng)田集中管理的原則，單純地將達(dá)到質(zhì)量等級(jí)的耕地地塊面積累加，同時(shí)還保留有大量的建設(shè)用地、未利用地，以及不符合土地利用總體規(guī)劃基本農(nóng)田布局要求且不可調(diào)整或達(dá)不到耕地質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)用地。在空間布局上，本研究劃定的基本農(nóng)田相對(duì)上輪而言大都集中在交通干線兩側(cè)，農(nóng)村居民點(diǎn)附近，同時(shí)距離城鎮(zhèn)又保持一定的距離。這主要因?yàn)楸疚脑诖_定影響基本農(nóng)田分布的區(qū)位因素時(shí)考慮到了城鎮(zhèn)擴(kuò)張占用基本農(nóng)田的可能性，于是通過使用距城鎮(zhèn)的距離這一指標(biāo)為城鎮(zhèn)建設(shè)預(yù)留了一定的緩沖區(qū)，從而既較好地滿足了“集中連片”、便于耕種的要求，也保證了基本農(nóng)田規(guī)劃的穩(wěn)定性和嚴(yán)肅性。

3.7.4基于耕地質(zhì)量和空間聚類確定的團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田布局分析團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田主要分布在淋山河鎮(zhèn)南部和西南部、團(tuán)風(fēng)鎮(zhèn)北部、回龍山鎮(zhèn)、馬曹廟鎮(zhèn)、但店鎮(zhèn)南部及方高坪鎮(zhèn)等地區(qū)。上述地區(qū)位于團(tuán)風(fēng)縣南部、西南部，大部分屬于長江沿江平原，少部分屬于丘陵和崗地，地勢(shì)平坦，海拔較低，土壤肥沃，交通便利，水源充足，農(nóng)田灌排基礎(chǔ)設(shè)施方完善，分布在該地區(qū)的耕地田塊普遍面積比較大，集中連片度高，自然質(zhì)量和利用條件也比較好。而團(tuán)風(fēng)縣北部和東北部的賈廟鄉(xiāng)、杜皮鄉(xiāng)和總路咀鎮(zhèn)和但店鎮(zhèn)西北部等地區(qū)是以大小崎山為主的中低山區(qū)和低山丘陵區(qū)，大部分地區(qū)地形起伏變化大，坡度大，空間形態(tài)破碎，地塊零散，不易于農(nóng)田機(jī)械運(yùn)作和規(guī)模經(jīng)營，少部分低丘崗地適合耕作，因此，較少部分的基本農(nóng)田分布在上述地區(qū)。

4　結(jié) 論

(1)本文從基本農(nóng)田劃定的質(zhì)優(yōu)和集中入手，提出了一種基于耕地質(zhì)量和K均值聚類的新方法，尤其是在構(gòu)建耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)為了更好地體現(xiàn)基本農(nóng)田集中連片的要求引進(jìn)了耕地連片性和田塊規(guī)整度指標(biāo)，使得空間聚類的基本農(nóng)田劃定結(jié)果更為科學(xué)。從團(tuán)風(fēng)縣基本農(nóng)田劃定實(shí)證分析以及相關(guān)景觀指數(shù)的計(jì)算結(jié)果看，本文提出的方法相較于多因素加權(quán)求和模型的方法更為優(yōu)秀，劃定的基本農(nóng)田集中連片和形狀規(guī)則程度都比較高，以此為基礎(chǔ)編制的基本農(nóng)田保護(hù)規(guī)劃和確定的基本農(nóng)田布局更具有現(xiàn)實(shí)意義。

(2)本文所采取的K均值空間聚類法首先要確定分類數(shù)，分類數(shù)的不同直接影響空間聚類的結(jié)果，也就影響基本農(nóng)田劃定的結(jié)果。同時(shí)使用K均值聚類法劃定基本農(nóng)田時(shí)定義的空間距離的不同也會(huì)導(dǎo)致基本農(nóng)田劃定結(jié)果的不同。如何更加科學(xué)合理地定義分類數(shù)和空間距離，以便科學(xué)劃定基本農(nóng)田，還需要進(jìn)一步研究。

(3)本文在構(gòu)建耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)由于難以量化等原因并沒有考慮生態(tài)安全，城鎮(zhèn)規(guī)劃等對(duì)基本農(nóng)田分布和生產(chǎn)的影響。耕地周邊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和地質(zhì)災(zāi)害等生態(tài)問題對(duì)耕地可耕作性具有很大的影響；經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化擴(kuò)張則容易大量占用耕地，有可能導(dǎo)致基本農(nóng)田布局和規(guī)劃頻繁調(diào)整，影響基本農(nóng)田規(guī)劃的嚴(yán)謹(jǐn)性。如何量化考慮生態(tài)安全和城鎮(zhèn)發(fā)展對(duì)基本農(nóng)田劃定的影響還需要進(jìn)一步研究。

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Spatial Distribution of Primary Farmland Based on Cultivated Land Quality and Spatial Clustering at County Scale —A Case of Tuanfeng County,Hubei Province

ZHOU Ming,WANG Zhanqi

(School of Public Administration,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China)

In order to achieve the goal of high quality and concentration of the basic farmland protection policy,we took Tuanfeng County as an example and put forward a new method of the demarcation of basic farmland based on cultivated land quality and spatial clustering.Firstly,in order to describe the quality of cultivated land,indexes for each land unit were constructed by four elements that consist of eleven factors based on the spatial difference of cultivated land natural quality,water conservancy facilities,location and space form.Then the quality of cultivated land was classified by using K means clustering method in spatial clustering.The results showed that the area of cultivated land selected as basic farmland in Tuanfeng County was determined to be 16 333 hectares based on the basic farmland protection objectives assigned by the superiors,and the scores of the corresponding quality of cultivated lands were greater than 76.21,in addition,the primary farmland of Tuanfeng County mostly distributed in the plains along the Changjiang River.Through verifying this method by using the result basic farmland demarcating based on multi-factor model of weighted summation,and introducing landscape pattern index to compare two methods,the proposed method is not only feasible,but also can more better achieve the goal of high quality and concentration of basic farmland demarcation.

primary farmland; the quality of cultivated land; K means clustering; landscape index; Tuanfeng County

2015-10-12

2015-10-28

周明(1989—),男,河南新鄉(xiāng)人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)、土地利用規(guī)劃。E-mail:1492313560@qq.com

王占岐(1965—),男,陜西岐山人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地調(diào)查與評(píng)價(jià)、土地經(jīng)濟(jì)與管理、土地利用規(guī)劃等研究。E-mail:zhqwang@cug.edu.cn

F301.24; F321.1

A

1005-3409(2016)05-0316-06