基于灰色關(guān)聯(lián)分析的耕地后備資源開發(fā)決策研究
————以江蘇省泗陽縣為例

繆連榮，任麗軍，吳 菲

（江蘇省土地勘測規(guī)劃院，江蘇·南京 210037）

耕地保護基本國策在我國已經(jīng)實施三十余年，為緩和經(jīng)濟發(fā)展與耕地保護矛盾、確保糧食安全等現(xiàn)實問題做出了巨大貢獻[1]?，F(xiàn)階段，我國正處于經(jīng)濟社會飛速發(fā)展階段，建設(shè)用地的需求依然十分旺盛，然而耕地資源的有限性對建設(shè)用地的擴張形成一定的制約[2]。保護和發(fā)展都是新時代下我國經(jīng)濟建設(shè)的兩大主題，如何科學(xué)協(xié)調(diào)好二者的關(guān)系是土地科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點問題。科學(xué)合理的開發(fā)耕地后備資源為協(xié)調(diào)發(fā)展與保護的矛盾提供了重要契機，為保障我國糧食安全，提高土地利用效率，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，實現(xiàn)農(nóng)村生態(tài)文明發(fā)展具有重要意義[3]。

隨著耕地后備資源調(diào)查工作的有序推進，越來越多學(xué)者關(guān)注到耕地后備資源開發(fā)決策的科學(xué)性，對耕地后備資源開發(fā)適宜性調(diào)查[4-6]、開發(fā)利用評價[7]、占補平衡效率[8,9]、開發(fā)時序[10-12]等問題進行了深入研究。由于我國幅員遼闊，耕地后備資源的開發(fā)存在一定的差異，需要制定差別化的開發(fā)管理政策，以保證耕地后備資源的合理開發(fā)[13,14]。綜觀已有研究，為耕地后備資源的開發(fā)利用及管理工作提供了理論指導(dǎo)和應(yīng)用價值。然而如何因地制宜地制定耕地后備資源開發(fā)策略是各地開展耕地后備資源開發(fā)的關(guān)鍵所在?；诖?，本文以江蘇省泗陽縣為例，通過收集農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)、土地利用變更數(shù)據(jù)，從自然條件、區(qū)位條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，嘗試運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法開展耕地后備資源開發(fā)決策研究，為泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所使用數(shù)據(jù)主要為泗陽縣耕地后備資源調(diào)查數(shù)據(jù)，2015年度土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。根據(jù)耕地后備資源調(diào)查數(shù)據(jù)，2015年泗陽縣共有耕地后備資源3544.9992公頃。坡度與高程等地形數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺共享的同期30×30m的DEM數(shù)據(jù)。交通距離、城鎮(zhèn)距離等數(shù)據(jù)以土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)提取公路用地、城市和建制鎮(zhèn)等要素，采用ArcGIS10.3空間分析功能，提取各耕地后備資源地塊到公路用地、城市和建制鎮(zhèn)的距離；土壤有機質(zhì)含量、有效土層厚度、預(yù)期灌溉保證率、預(yù)期排水條件等數(shù)據(jù)，以泗陽縣耕地質(zhì)量等級成果補充完善數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用ArcGIS10.3的反距離加權(quán)插值法獲得各耕地后備資源地塊的數(shù)據(jù)。本研究以30×30m的耕地后備資源柵格為研究對象對泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策進行分析。

2 研究方法

2.1 耕地后備資源開發(fā)原則

耕地后備資源開發(fā)是以補充耕地、提高土地利用效率為出發(fā)點，以《土地管理法》作為依據(jù)，在切實掌握耕地后備資源數(shù)量、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)后備資源的自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件等內(nèi)容，科學(xué)合理地選擇開發(fā)難度較小、開發(fā)后生產(chǎn)能力較高、容易形成規(guī)模經(jīng)濟的耕地后備資源進行擇優(yōu)開發(fā)，有效降低耕地后備資源開發(fā)的盲目性，實現(xiàn)耕地后備資源再開發(fā)的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益的最大化。

2.2 耕地后備資源開發(fā)

2.2.1 決策指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)土地開發(fā)整理項目驗收相關(guān)規(guī)程、未利用地開發(fā)要求、泗陽縣耕地后備資源調(diào)查成果、農(nóng)地分等及更新成果，參考已有關(guān)于基本農(nóng)田空間布局以及高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)等相關(guān)研究[14,15]，結(jié)合泗陽縣耕地后備資源分布狀況、與縣域發(fā)展實際情況，考慮到評價指標(biāo)的可獲得性、代表性、綜合性，評價過程的可操作性，評價結(jié)果的可比性等原則，本研究從自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件3個方面選取8項指標(biāo)，建立泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策指標(biāo)體系Table 1 Index system of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

（1）自然條件。自然條件主要強調(diào)耕地后備資源的高程、坡度、土壤有機質(zhì)含量和有效土層厚度，這些因素關(guān)系到耕地后備資源開發(fā)改造難度，與開發(fā)成本密切相關(guān)。同時，還與開發(fā)后耕地資源的耕作方式、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施布局難易程度有關(guān)。

（2）區(qū)位條件。耕地后備資源的區(qū)位條件與地塊改造后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕作距離、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的運輸難易程度密切相關(guān)，應(yīng)優(yōu)先選擇區(qū)位條件較好的地塊進行開發(fā)，有利于降低開發(fā)后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

（3）預(yù)期生產(chǎn)條件。預(yù)期灌溉保證率、預(yù)期排水條件是耕地后備資源開發(fā)后耕地生產(chǎn)條件的關(guān)鍵，地塊預(yù)期的灌溉保證率和排水條件與周邊耕地的灌溉保證率和排水條件密切相關(guān)，應(yīng)優(yōu)先選擇灌溉保證率和排水條件較好的耕地周邊的后備資源地塊進行開發(fā)。預(yù)期灌溉保證率和預(yù)期排水條件以耕地質(zhì)量等級成果補充完善數(shù)據(jù)中各耕地地塊的灌溉保證率和排水條件為基礎(chǔ)，運用ArcGIS10.3將各地塊轉(zhuǎn)為點狀數(shù)據(jù)，并以此點狀數(shù)據(jù)采用反距離加權(quán)插值法得到各后備資源地塊的預(yù)期灌溉保證率和預(yù)期排水條件。

2.2.2 后備資源開發(fā)決策方法

由于各指標(biāo)量綱不同，需要將各指標(biāo)轉(zhuǎn)化為同一個度量平臺，故對決策指標(biāo)體系中的各項指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。換算后運用正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式進行計算；對于正向指標(biāo)運用公式(1)進行標(biāo)準(zhǔn)化；對于負向指標(biāo)運用公式(2)進行標(biāo)準(zhǔn)化，公式(1)、(2)如下：

式中：i=1,2,…,n；k=1,2,…,12；Xi(k)為第i個柵格第k項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；xi(k)為第i個柵格第k項指標(biāo)的實際值，xmin(k)和xmin(k)分別表示第k項指標(biāo)在所有柵格中的最大和最小實際值。

其次，以標(biāo)準(zhǔn)化后第k項指標(biāo)在所有柵格中的最大值為該柵格入耕地后備資源開發(fā)柵格的理想值，即得到理想開發(fā)后備資源集合{Xmax(1)，Xmax(2)，…，Xmax(12)}，計算現(xiàn)實值與理想值的灰色關(guān)聯(lián)信息差異，計算公式為：

式中：Xmax(k)表示標(biāo)準(zhǔn)化后第k項指標(biāo)在所有柵格中的最大值；ΔXi(k)為標(biāo)準(zhǔn)化后第i個柵格第k項指標(biāo)的相對值與Xmax(k)之間的信息差異。

第三，按照灰色關(guān)聯(lián)理論，計算耕地柵格現(xiàn)實值與理想值的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，計算公式為：

式中：minminΔXi(k)表示第i個后備資源柵格的第k項指標(biāo)現(xiàn)實值與理想值信息差異的最小值，maxmaxΔXi(k)則表示信息差異的最大值；γi(k)表示柵格i的第k項指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

最后，利用計算得到的各后備資源柵格的各項指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)計算關(guān)聯(lián)度值，得到各后備資源開發(fā)的決策結(jié)果，計算公式為：

式中：γi為第i個指標(biāo)與理想集合的關(guān)聯(lián)度；關(guān)聯(lián)度越大，則該柵格越接近理想的耕地后備資源狀態(tài)，應(yīng)該優(yōu)先劃定。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地后備資源開發(fā)決策灰色關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)耕地后備資源開發(fā)決策指標(biāo)體系和灰色關(guān)聯(lián)分析理論、方法，以江蘇省泗陽縣為例研究后備資源開發(fā)決策，通過測算得到泗陽縣各后備資源柵格與后備資源開發(fā)理想集合的灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果，最大值為0.836、最小值為0.507、平均值為0.694，91.87%的后備資源柵格與理想狀態(tài)后備資源開發(fā)地塊的關(guān)聯(lián)度值處于0.5以上，可見泗陽縣耕地資源自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件都較為優(yōu)越。在泗陽現(xiàn)階段社會經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下，適度開發(fā)耕地后備資源，有效補充耕地數(shù)量，維護縣域內(nèi)耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)量和質(zhì)量安全，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 耕地后備資源開發(fā)決策

3.2.1 耕地后備資源開發(fā)決策類型劃分

根據(jù)泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策灰色關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果，采用ArcGIS10.3的重分類工具，采用自然斷點法(natural breaks)將泗陽縣耕地柵格劃分為：優(yōu)先開發(fā)型、擇優(yōu)開發(fā)型、后備可選型以及不開發(fā)型4種類型，見圖1。

圖1 泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策分類圖Fig.1 Classification of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

在對泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策類型劃分的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地后備資源開發(fā)決策方向，如表2所示。優(yōu)先開發(fā)型、擇優(yōu)開發(fā)型、后備可選型以及不開發(fā)型的4種決策類型的后備資源面積分別為1553.5811hm2、1198.37733hm2、375.6407hm2、417.4000hm2，占全縣耕地后備資源總面積的比例依次為43.82%、33.80%、10.60%、11.78%。優(yōu)先開發(fā)型和擇優(yōu)開發(fā)型兩種類型的后備資源占耕地后備資源的77.63%，主要分布于洪澤湖沿岸；后備可選型主要分布于張家圩鎮(zhèn)、南劉集鄉(xiāng)、王集鎮(zhèn)等地；不開發(fā)型主要分布于八集鄉(xiāng)、張家圩鎮(zhèn)、南劉集鄉(xiāng)等地。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地后備資源開發(fā)方向如表2所示。

表2 泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策方向Table 2 Orientation of permanent prime farmland demarcation decision-making in Siyang county (單位: hm2)

3.2.2 耕地后備資源開發(fā)決策分析

根據(jù)基于灰色關(guān)聯(lián)分析法得到的泗陽縣4種類型耕地后備資源開發(fā)決策結(jié)果，充分考慮泗陽縣的自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件等內(nèi)容，并結(jié)合泗陽縣土地整治規(guī)劃目標(biāo)，分析耕地后備資源利用方向，指導(dǎo)泗陽縣耕地后備資源開發(fā)工作。

（1）優(yōu)先開發(fā)型

該類型耕地后備資源面積1553.5811hm2，占全縣耕地后備資源的43.82%，主要分布于泗陽縣境內(nèi)洪澤湖沿岸，高渡鎮(zhèn)靠近洪澤湖的地區(qū)。這些區(qū)域的耕地后備資源的土壤質(zhì)量較好、有機質(zhì)含量高、有效土層厚度較厚，同時大規(guī)模集中連片，周邊耕地資源質(zhì)量較高，且布局大量基本農(nóng)田，耕地基礎(chǔ)設(shè)施較為完善。該類型的耕地后備資源可以作為開發(fā)的首選對象。通過充分發(fā)揮這部分耕地后備資源的資源稟賦優(yōu)勢，對因地制宜地對現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件進行改造，依據(jù)現(xiàn)有條件完善現(xiàn)代化灌溉、排水等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，提高耕地綜合效益。加強農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向規(guī)?；?、機械化等現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營方式轉(zhuǎn)變，耕地后備資源開發(fā)示范區(qū)。

（2）擇優(yōu)開發(fā)型

擇優(yōu)開發(fā)型后備資源共有1198.3773hm2，占縣耕地總面積的33.80%，主要分布于洪澤湖沿岸、眾興鎮(zhèn)、高渡鎮(zhèn)、盧集鎮(zhèn)，該類型的后備資源與優(yōu)先開發(fā)型相比，自然條件、土地質(zhì)量條件、周邊耕地的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件的綜合優(yōu)勢相對較低，但是其中部分分布于集中連片、土壤質(zhì)量較高、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施完整的耕地資源周邊，在綜合考慮土地整治規(guī)劃的基礎(chǔ)上，選擇各方面條件均較好、開發(fā)成本較低的后備資源進行開發(fā)。通過改良土壤、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件與生態(tài)環(huán)境，提升道路通達度以及田塊規(guī)整性，完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，努力提高該類型后備資源開發(fā)后的生產(chǎn)能力。

（3）后備可選型

后備可選型耕地共有375.6407hm2，占全區(qū)耕地總面積的10.60%，主要分布于張家圩鎮(zhèn)、南劉集鄉(xiāng)、王集鎮(zhèn)、穿城鎮(zhèn)、洪澤湖等區(qū)域，此類型的后備資源較優(yōu)先開發(fā)型和擇優(yōu)開發(fā)型在自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件等方面存在較大差距，開發(fā)為耕地的改造成本較大，應(yīng)通過一定的工程技術(shù)措施進行培優(yōu)，努力提升地塊的土壤質(zhì)量、周邊耕地資源的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施完善程度。

（4）不開發(fā)型

全區(qū)共有全面治理型耕地417.4000hm2，占耕地總面積的11.78%，主要分布于八集鄉(xiāng)、張家圩鎮(zhèn)、洪澤湖、南劉集鄉(xiāng)、裴圩鎮(zhèn)等地。該類型的后備資源相對于其他類型存在一定的劣勢，不適宜開發(fā)為耕地。應(yīng)針對具體的地塊進行全面方面的考慮，優(yōu)先將這些地塊劃入生態(tài)用地進行保護，最大限度的發(fā)揮該類型土地的效用。

4 結(jié)論與討論

（1）耕地后備資源開發(fā)是以補充耕地、提高土地利用效率為出發(fā)點，其決策受到區(qū)域自然條件、區(qū)位條件、預(yù)期生產(chǎn)條件等各方面的影響，本文以地處江蘇省泗陽縣為例，引入灰色關(guān)聯(lián)分析模型，對耕地后備資源開發(fā)決策進行研究，研究結(jié)果可為泗陽縣耕地后備資源開發(fā)工作提供理論依據(jù)。

（2）本文通過構(gòu)建耕地后備資源開發(fā)決策指標(biāo)體系，以泗陽縣耕地后備資源調(diào)查成果作為基礎(chǔ)，已耕地后備資源柵格為單元進行決策分析，依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果將后備資源柵格劃分為4種類型：優(yōu)先開發(fā)型、擇優(yōu)開發(fā)型、后備可選型和不開發(fā)型。

（3）泗陽縣耕地后備資源規(guī)模較大，全縣77.63%的耕地后備資源屬于優(yōu)先開發(fā)型和擇優(yōu)開發(fā)型，主要分布于泗陽縣境內(nèi)洪澤湖沿岸，該區(qū)域地勢平坦、土壤肥沃、交通便利，周邊布局大量基本農(nóng)田，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性基礎(chǔ)設(shè)施較為完善，通過開展耕地后備資源開發(fā)，能夠建成大量集中連片、土壤肥沃的優(yōu)質(zhì)耕地；后備可選型耕地后備資源所處環(huán)境復(fù)雜，空間分布較為零散，土壤質(zhì)量較低，改造類型及難易程度不一，根據(jù)不同類型開展有針對性的調(diào)控措施，將改造后符合開發(fā)要求的地塊納入耕地后備資源開發(fā)范圍；不開發(fā)型后備資源各方面條件均相對較弱，開發(fā)的難度較大、成本較高，應(yīng)針對具體的地塊進行全面方面的考慮，優(yōu)先將這些地塊劃入生態(tài)用地進行保護，最大限度的發(fā)揮該類型土地的效用。通過借助灰色關(guān)聯(lián)分析法，研究泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策，為泗陽縣耕地后備資源開發(fā)決策提供了行之有效的方法。

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