基于限制因素分析的高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)

任艷敏， 孫九林，3， 潘瑜春

(1.北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097； 2.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封 475001；3.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

高標準農(nóng)田建設(shè)已成為國家戰(zhàn)略[1]。尤其是2008年以來，黨中央、國務(wù)院多次強調(diào)要堅持最嚴格的耕地保護制度，大規(guī)模建設(shè)高標準農(nóng)田。高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)是落實高標準農(nóng)田建設(shè)任務(wù)與目標的重要手段，也是實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、旱澇保收、節(jié)水高效農(nóng)田建設(shè)的決定性研究內(nèi)容[2]。系統(tǒng)研究和探討高標準農(nóng)田組成要素表現(xiàn)形式與組合，科學(xué)確定建設(shè)分區(qū)，對項目合理布局、工程建設(shè)等具有重要意義，有助于穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、確保國家糧食安全、增加農(nóng)民收入等。

近年來，高標準農(nóng)田建設(shè)日益受到國家及各級政府的高度重視。但目前高標準農(nóng)田建設(shè)尚處于起步階段，尚未形成統(tǒng)一的定量評價標準。GB/T 30600—2014《高標準農(nóng)田建設(shè)通則》[3]首次構(gòu)建并統(tǒng)一了高標準農(nóng)田建設(shè)工程體系，但僅提出高標準農(nóng)田建設(shè)的一般性規(guī)定，缺乏對不同區(qū)域建設(shè)的差異化管理和指導(dǎo)。目前，已有學(xué)者通過分析耕地自然稟賦[4-6]、利用水平[7-8]、經(jīng)濟效益[9-10]及災(zāi)害防護[11]等因素，利用綜合評價模型[12-19]進行高標準農(nóng)田建設(shè)適宜性評價分級，進而確定建設(shè)模式或優(yōu)先次序。已有研究可為高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)提供方法借鑒與參考[20]，但是不同區(qū)域的高標準農(nóng)田建設(shè)受哪些因素限制？限制程度怎么樣？不同分區(qū)高標準農(nóng)田的建設(shè)重點是什么？這些問題尚未得到清晰、準確的解答。

基于此，本研究試圖通過分析高標準農(nóng)田的概念、內(nèi)涵及建設(shè)要求，提出一種基于限制因素分析的高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)確定方法，即從自然稟賦條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、社會經(jīng)濟條件和區(qū)位條件構(gòu)建定量評價模型，分別評價4個方面因素對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制作用；利用限制強度分級結(jié)果進行4個方面因素的全要素組合；綜合分析不同組合類型及主導(dǎo)限制因素，結(jié)合土地整治主要工程，確定高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)，進而指導(dǎo)區(qū)域未來高標準農(nóng)田建設(shè)工程布局。

1 研究方法

1.1 評價單元確定

評價單元是指能反映一致或相對一致的各類現(xiàn)狀條件并具有內(nèi)部屬性一致特點的對象。開展高標準農(nóng)田評價、規(guī)劃、建設(shè)均須要確定評價對象，即評價單元。為從微觀角度體現(xiàn)出各耕地地塊之間限制因素及限制程度的差異，為高標準農(nóng)田建設(shè)實踐提供指導(dǎo)，本研究以第2次土地利用調(diào)查變更數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，提取耕地圖斑，作為評價單元。

1.2 限制因素分析與評價指標選取

GB/T 30600—2014《高標準農(nóng)田建設(shè)通則》和NY/T 2148—2012《高標準農(nóng)田建設(shè)標準》要求高標準農(nóng)田必須土地平整、土壤肥沃、集中連片、設(shè)施完善、路林等配套、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強，并滿足高產(chǎn)栽培、節(jié)能節(jié)水、機械化作業(yè)等現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，是按照規(guī)定劃定為基本農(nóng)田的農(nóng)田。概括來說，高標準農(nóng)田具有自然稟賦條件良好、基礎(chǔ)設(shè)施完善、區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平高及區(qū)位條件優(yōu)越四大特征。因此，自然稟賦條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、社會經(jīng)濟條件和區(qū)位條件可作為影響高標準農(nóng)田建設(shè)的4個方面因素(表1)。(1)自然稟賦條件主要反映糧食生產(chǎn)的本底條件，不僅包括地塊本身的地形坡度、表層土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量和田塊形狀規(guī)整度等屬性，還包括反映地塊間的空間相連特征。地形坡度、表層土壤質(zhì)地、土壤有機質(zhì)含量、田塊規(guī)整度和連片度等指標可以表征自然稟賦條件優(yōu)劣[21]。其中，表層土壤質(zhì)地隨著壤土-黏土-沙土，對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制性逐漸增強；地形坡度越大、土壤有機質(zhì)含量越少、田塊越不規(guī)整、連片度越低，則限制作用越大。(2)基礎(chǔ)設(shè)施條件可以選取田間道路密度、灌溉保證率、排水條件和田間防護林密度等指標表征。其中，田間道路密度越小、灌溉保證率越低、排水條件越差、田間防護林密度越低，則對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制作用越大。(3)社會經(jīng)濟條件在一定程度上決定著區(qū)域高標準農(nóng)田建設(shè)的落實程度及建后的長期穩(wěn)定。因此，該條件不好的地區(qū)將不安排高標準農(nóng)田整治工程?？梢赃x取人均GDP、農(nóng)業(yè)人口比重、新增耕地潛力、基本農(nóng)田比例等指標表征社會經(jīng)濟狀況，其指標值越低，對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制作用越大。(4)區(qū)位條件反映了耕地資源利用的便利程度及區(qū)域資源對高標準農(nóng)田建設(shè)的約束程度，可以選用對外交通通達度(距離主要道路)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)影響度(距離鎮(zhèn)政府)和耕作便利度(距離農(nóng)村居民點)等指標表征。距離越遠，說明該區(qū)域耕地對外交通越不便利，受到鎮(zhèn)政府的輻射作用越小，耕作越不便利，因此對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制作用越大。

1.3 限制因素定量評價

在進行限制因素定量評價之前，須要將評價指標進行標準化處理，并采用層次分析法確定限制因素的指標權(quán)重。然后，采用加權(quán)指數(shù)和法[22-23]計算高標準農(nóng)田建設(shè)各限制因素的評價得分。評價模型為

(1)

式中：Fj為第j個限制因素的評價得分；Aij為第j個限制因素第i個評價指標的標準化值；Wi為第i個評價指標的權(quán)重；n為第j個限制因素評價指標總數(shù)。利用公式(1)計算各評價單元的自然稟賦條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、社會經(jīng)濟條件和區(qū)位條件4個方面限制因素的評價得分?；谠u價得分，分別判定其限制程度與級別。本研究定義限制因素得分在60分以下時，該因素就會對作物生長起限制作用，因此將得分低于60分的限制級別定為“高”；將得分在60～80分之間的限制級別定為“中”；將得分在80～100分之間的限制級別定為“低”，即限制因素共劃分為“高中低”3個級別。

表1 高標準農(nóng)田限制因素備選指標涵義及獲取方法

1.4 限制因素組合類型與建設(shè)分區(qū)研究

基于上述得到的限制因素級別判定結(jié)果，進行評價單元的限制因素組合類型設(shè)計。首先，把參與評價的4個方面限制因素的分級合并到一起，作為評價單元全因素組合類型標志，如某評價單元全因素組合類型標志為“低高中高”，說明該單元自然稟賦條件較好，基礎(chǔ)設(shè)施條件較差，社會經(jīng)濟條件一般，區(qū)位條件較差。據(jù)此，理論上可形成4個因素不同水平組合成的81種(3×3×3×3)全因素組合類型。其次，以高限制因素為主導(dǎo)限制因素，統(tǒng)計限制級別為“高”的主導(dǎo)因素個數(shù)，值域為{0，1，2，3，4}，其中，“0”表示不包含“高”限制因素，“1”表示含有1個高限制因素，以此類推；然后，分別統(tǒng)計不同“高”限制因素個數(shù)的耕地圖斑面積，并按照限制因素類型，結(jié)合土地整治類型判定標準，最終確定高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

河北省定州市地處114°48′～115°15′E，38°14′～38°40′N之間，是京津冀經(jīng)濟區(qū)的重要節(jié)點城市。全市地勢由西北向東南微微傾斜，平均海拔高程43.6 m；屬暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，水文地質(zhì)條件良好；2012年全市土地面積128 370.74 hm2，其中耕地面積89 432.12 hm2，占土地總面積的69.67%，土地肥沃，以沙壤土和輕壤土為主；2012年總?cè)丝跒?23萬，其中農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘?56.9%。另外，全市自然災(zāi)害較少發(fā)生，灌排等基礎(chǔ)設(shè)施較為完善，是全國主要的糧食主產(chǎn)區(qū)，且是全國高標準農(nóng)田建設(shè)示范縣之一。因此，選擇定州市作為案例區(qū)，具有一定的典型性和代表性。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究主要數(shù)據(jù)來源為(1)2012年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫，獲取耕地、田間道路、主要公路、鎮(zhèn)政府、居民點等矢量數(shù)據(jù)；(2)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(2010—2020)，獲取土地利用空間管制范圍、基本農(nóng)田矢量數(shù)據(jù)；(3)2013年定州市耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)庫，獲取表層土壤質(zhì)地、剖面構(gòu)型、土壤有機質(zhì)含量、灌溉保證率等指標數(shù)據(jù)；(4)2013年定州市統(tǒng)計年鑒，獲取分村農(nóng)業(yè)人口、糧食單產(chǎn)等數(shù)據(jù)。在評價分析前，對收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：核實數(shù)據(jù)的可靠性，確保計量單位統(tǒng)一、規(guī)范，所有圖件資料統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、坐標系及高程基準等。

定州市屬于太行山山前平原區(qū)，地勢平坦無起伏，且不存在排水障礙，故舍去地形坡度和排水條件這2個指標，這也與農(nóng)用地分等成果相一致。采用專家打分法進行評價指標分級與量化處理。鑒于各指標性質(zhì)不同，最終將其標準化為[0，100]閉合區(qū)間。其中，“0”表示限制作用最大，“100”表示沒有限制作用；指標權(quán)重采用層次分析法確定(表2)。受篇幅限制，這里不再詳細敘述指標量化分級標準及權(quán)重確定過程。

表2 定州市限制因素評價指標權(quán)重

3 結(jié)果與分析

3.1 高標準農(nóng)田限制因素評價結(jié)果

利用公式(1)計算得出高標準農(nóng)田建設(shè)4個方面限制因素的評價得分。由圖1-A可知，自然稟賦條件“高”限制區(qū)面積不大，主要位于城區(qū)周邊，東南部的西城鄉(xiāng)也有少量分布；“中”限制區(qū)面積最大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；而“低”限制區(qū)主要位于叮嚀店鎮(zhèn)、號頭莊鄉(xiāng)和留早鎮(zhèn)等，耕地連片度高，質(zhì)量較好。由圖1-B可知，基礎(chǔ)設(shè)施條件的耕地以“中”限制區(qū)為主，遍布所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)；“高”限制區(qū)主要分布于城區(qū)東部和南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)；而“低”限制區(qū)耕地零散分布在各個地區(qū)。由圖1-C可知，社會經(jīng)濟條件的“高”限制區(qū)主要分布在城區(qū)北部、東部及西南地區(qū)的息冢鎮(zhèn)；“中”限制區(qū)分布較為分散，以西部分布為主；與之相反，“低”限制區(qū)集中在東部地區(qū)。由圖1-D可知，區(qū)位條件以“低”限制區(qū)為主；“中”、“高”限制區(qū)主要集中分布在東南部地區(qū)，西北部的磚路鎮(zhèn)有少量“高”限制圖斑分布。

3.2 高標準農(nóng)田限制因素組合類型分區(qū)

將上述得到的高標準農(nóng)田限制因素評價分級結(jié)果合并在一起，共組成78種組合類型，并按照限制級別為“高”的主導(dǎo)因素個數(shù)統(tǒng)計各類型的耕地圖斑，結(jié)果見表3。

河北省定州市耕地圖斑以有0個或1個“高”限制因素為主。其中，含有0個“高”限制因素的耕地各方面質(zhì)量均較好，較少受到自然、人文等各方面因素制約；主要分布在清風(fēng)店鎮(zhèn)、周村鎮(zhèn)、叮嚀店鎮(zhèn)等。含有1個“高”限制因素的耕地面積為53 774.14 hm2，是所有類型中面積最大的類別，主要受基礎(chǔ)設(shè)施條件限制，其次是自然稟賦條件。含有2個“高”限制因素的組合類型個數(shù)較多，主要同時受自然稟賦和基礎(chǔ)設(shè)施或者同時受基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)位條件的限制影響。河北省定州市含有3個和4個“高”限制因素的耕地圖斑面積較小，主要分布在緊鄰城區(qū)周邊的西城區(qū)和趙村鄉(xiāng)。

綜上，不含“高”限制因素的14 495.96 hm2耕地自然質(zhì)量良好、基礎(chǔ)配套基本完善，且具有較好的社會經(jīng)濟條件和區(qū)位條件，滿足高標準農(nóng)田建設(shè)要求。因此，本研究首先將其選入“優(yōu)先劃入?yún)^(qū)”，不再進行建設(shè)分區(qū)分析；而含有1個和2個“高”限制因素的組合類型面積較大，個數(shù)較多，下面重點對這2種類型進行建設(shè)分區(qū)分析。

3.3 高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)確定

本研究根據(jù)定州市耕地實際情況，分析除“優(yōu)先劃入?yún)^(qū)”外的74 936.16 hm2耕地圖斑(占耕地總面積的83.79%)的高標準農(nóng)田建設(shè)工程內(nèi)容，確定可通過整治工程改造的限制因素，并結(jié)合土地整治類型，最終確定適宜的建設(shè)分區(qū)。由于限制定州市高標準農(nóng)田建設(shè)的“高”限制因素主要是基礎(chǔ)設(shè)施條件、自然稟賦條件、區(qū)位條件，結(jié)合耕地圖斑主導(dǎo)限制因素及高標準農(nóng)田建設(shè)工程類型，最終將定州市建設(shè)分區(qū)確定為耕地質(zhì)量提升型、基礎(chǔ)設(shè)施配套型、區(qū)位條件改善型3種主導(dǎo)分區(qū)(表4、圖2)。

3.3.1 耕地質(zhì)量提升型 該類耕地面積為11 570.52 hm2，占耕地總面積的12.94%，主要集中分布在城區(qū)周邊及東部河灘地區(qū)的西城鄉(xiāng)、定州西北角的磚路鎮(zhèn)等。該類耕地主要受自然稟賦條件限制，耕地質(zhì)量較差。除此之外，該地區(qū)有大面積基本農(nóng)田分布，且緊鄰城區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展水平高，群眾基礎(chǔ)較好，加上地勢平坦、基礎(chǔ)設(shè)施完善、交通便利等地理優(yōu)勢，適宜盡快實施土壤培肥等改良措施提升耕地質(zhì)量，將其納入基本農(nóng)田保護范疇，嚴控城市擴張占用耕地，進行高標準農(nóng)田建設(shè)。

3.3.2 基礎(chǔ)設(shè)施配套型 該類耕地面積為58 778.07 hm2，占耕地總面積的65.72%，平均斑塊面積較大，圖斑個數(shù)僅占總個數(shù)的37.23%。該區(qū)域耕地質(zhì)量良好，分布較為集中，主要集中分布在城區(qū)東部和南部地區(qū)，交通便利；但經(jīng)濟發(fā)展水平一般，特別是田間道路和灌排設(shè)施配套不足，限制了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。亟須通過增建田間道路、補充灌溉機井、合理布設(shè)農(nóng)田防護林等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求，進而普及農(nóng)業(yè)機械化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

3.3.3 區(qū)位條件改善型 該類耕地面積較小(4 587.57 hm2)，占耕地總面積的5.13%， 零散分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。目前該類耕地主要受距離主要公路、鎮(zhèn)政府和居民點較遠等限制，且空間分布分散不集中，不利于機械化生產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)出收益。因此，需要在高標準農(nóng)田建設(shè)過程中，合理規(guī)劃對外交通，增加田間生產(chǎn)道路，科學(xué)布局高標準農(nóng)田建設(shè)項目，充分發(fā)揮作物多樣化生產(chǎn)，以穩(wěn)定提高糧食綜合生產(chǎn)能力。

表3 河北省定州市高標準農(nóng)田限制因素分區(qū)統(tǒng)計

表4 高標準農(nóng)田主導(dǎo)建設(shè)分區(qū)統(tǒng)計

4 結(jié)論與討論

本研究根據(jù)高標準農(nóng)田概念、內(nèi)涵與建設(shè)要求，提出了一種基于限制因素分析的高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)確定方法。以河北省定州市為例進行實證研究，主要得出以下4條結(jié)論：(1)從自然稟賦條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、社會經(jīng)濟條件和區(qū)位條件4個方面選取指標構(gòu)建高標準農(nóng)田建設(shè)限制因素指標體系，分別定量評價分析各因素對高標準農(nóng)田建設(shè)的限制作用與限制強度，將限制強度分為高、中、低3級。(2)基于4個方面限制因素分級結(jié)果，構(gòu)建了78種組合類型，并以“高”限制因素為主導(dǎo)因素進行組合類型分區(qū)。其中，含有0個“高”限制因素的耕地(14 495.96 hm2)較少受到自然、人文等因素制約；含有1個“高”限制因素的耕地面積最大(53 774.14 hm2)，主要受自然稟賦條件或基礎(chǔ)設(shè)施條件限制；含有2個“高”限制因素的耕地(17 819.5 hm2)同時受自然稟賦和基礎(chǔ)設(shè)施或者同時受基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)位條件的限制影響；含有3個和4個“高”限制因素的耕地圖斑面積較小，主要分布在城區(qū)周邊。(3)結(jié)合高標準農(nóng)田建設(shè)主導(dǎo)限制因素及整治工程類型，確定了3種高標準農(nóng)田建設(shè)主導(dǎo)分區(qū)。其中，耕地質(zhì)量提升型耕地(11 570.52 hm2)需要進一步推進測土配方施肥工程，合理調(diào)整作物布局，增加有機肥投入等；基礎(chǔ)設(shè)施配套型耕地(58 778.07 hm2)需要通過完善田間道路、補充灌溉機井、合理布設(shè)農(nóng)田防護林等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求；區(qū)位條件改善型耕地(4 587.57 hm2)需在高標準農(nóng)田建設(shè)過程中，合理規(guī)劃對外交通，增加田間生產(chǎn)道路，提高糧食綜合生產(chǎn)能力。(4)本研究考慮高標準農(nóng)田建設(shè)限制因素制定的分區(qū)方案，雖可為未來定州市高標準農(nóng)田建設(shè)提供參考方法，但本研究是在目前靜態(tài)社會經(jīng)濟和技術(shù)手段條件下進行評價指標選取，限制因素分析的基礎(chǔ)上制定的高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方案。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)手段的進步，研究限制因素具體指標的快速獲取技術(shù)，探索動態(tài)、連續(xù)性的高標準農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方案將是下一步研究的重點。

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