廣東省新增水田潛力研究

范亞南，劉 洛，戴文舉，任向寧，胡月明

(1.華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，廣東廣州 510642； 2.廣東省土地利用與整治重點實驗室，廣東廣州 510642；3.廣東省土地開發(fā)儲備局，廣東廣州 510075)

目前中國人多地少，人均耕地面積遠遠落后于世界人均耕地面積水平。改革開放以來，隨著人口增長與經(jīng)濟發(fā)展，大量耕地因為非農(nóng)建設占用而流失，對中國糧食安全造成嚴重威脅[1-3]。為加強耕地保護，1999年1月1日正式實施的《中華人民共和國土地管理法》中明確了國際實行占用耕地補償制度，明確要求“非農(nóng)業(yè)建設經(jīng)批準占用耕地的，按照占多少，墾多少的原則，由占用耕地的單位負責開墾與所占耕地數(shù)量和質量相當?shù)母亍?。耕地占補平衡工作初期多著重于耕地總體數(shù)量平衡[4-5]，為解決耕地占補平衡工作中存在的“占多補少”“占優(yōu)補劣”的問題，2004年《國務院關于深化改革嚴格土地管理的決定》提出了補充耕地按質量等級折算的政策。2016年7月國土資源部出臺《關于補足耕地數(shù)量與提升耕地質量相結合落實占補平衡的指導意見》，要求規(guī)范開展提升現(xiàn)有耕地質量、將旱地改造為水田、以補充耕地和提質改造耕地相結合的方式落實耕地占補平衡工作。近年來，隨著各地持續(xù)不斷地補充耕地，很多地方的地方耕地總量保持不減少甚至略有增多，但優(yōu)質耕地卻在減少[6]，可供開發(fā)的后備土地資源越來越少[7-8]，為了滿足“占一補一、占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田”的要求，需要將農(nóng)地整治成優(yōu)質耕地(特別是水田)[9]，這就需要摸清區(qū)域新增水田潛力。

在國內(nèi)外現(xiàn)有的研究中，缺乏對新增水田潛力進行的系統(tǒng)評價。本研究從省級尺度上分析新增水田的潛力來源，構建新增水田的適宜性評價體系，并構建潛力系數(shù)模型，得到廣東省的新增水田潛力面積，在此基礎上，對各地類新增水田潛力進行分區(qū)，以期為廣東省開展新增水田改造提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

廣東省地處中國大陸最南部，東鄰福建，北接江西、湖南，西連廣西，南臨南海，珠江口東西兩側分別與香港、澳門特別行政區(qū)接壤，西南部雷州半島隔瓊州海峽與海南省相望。全境位于20°09′～25°31′N和109°45′～117°20′E之間。全省陸地面積為17.98萬km2，約占全國陸地面積的1.87%，其中島嶼面積1 592.7 km2，約占全省陸地面積的0.89%，整體地勢北高南低。全省劃為珠三角、粵東、粵西和粵北4個區(qū)域，下轄21個省轄市、119個縣級行政區(qū)。地貌類型復雜多樣，山多平地少。山地、丘陵、臺地、平原面積分別占全省土地總面積的33.7%、24.9%、14.2%、21.7%。全省北部多為山地和高丘陵，南部以珠江三角洲平原區(qū)為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源

主要數(shù)據(jù)來源：2014年TM影像[指美國陸地衛(wèi)星4～5號專題制圖儀(thematic mapper)所獲取的多波段掃描影像]數(shù)據(jù)解譯的廣東省土地利用現(xiàn)狀圖，土地利用類型劃分為耕地，林地，草地，水域，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地，未利用地等6個一級土地利用類型，來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心；廣東省土地整治規(guī)劃項目數(shù)據(jù)；廣東省1 ∶50萬數(shù)字高程模型(digital elevation model，簡稱DEM)等；社會經(jīng)濟相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于2015年《廣東省統(tǒng)計年鑒》；水資源相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)參照2010—2015年各年度水資源年報；廣東省農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)庫等。

2 研究方法

本研究首先通過德爾菲法，構建新增水田的適宜性評價指標體系，再根據(jù)因素成對比較法，確定權重，對新增水田的潛力源進行適宜性評價；根據(jù)適宜性評價結果，通過潛力系數(shù)法，確定各地類新增水田面積；通過自然間斷法，對各地類新增水田面積進行分區(qū)。新增水田潛力研究流程見圖1。

2.1 適宜性評價方法

2.1.1 評價指標體系構建 (1)評價指標體系的構建?；诜€(wěn)定性、相關性和綜合性指標選取原則[10]，采用目標法[11]，即以新增水田適宜性等級劃分為目標，在每個目標下選擇若干參評因子，根據(jù)層次分析法理論，建立評價指標的層次結構，對所列指標通過兩兩比較其重要程度進行初步評分，通過計算矩陣的特征向量來確定各指標對上層指標的貢獻程度。最終確定水源距離、坡度、高程、剖面構型、土壤質地、有效土層厚度6個評價指標，從而構成反映廣東省水田開發(fā)適宜性評價的指標體系，詳見表1。

(2)評價指標分級標準及指數(shù)的確定。為提高適宜性評價的科學性和可靠性，針對廣東省新增水田實際，進一步采用德爾菲法對確立的6個評價指標構建分級標準并確定其對應的等級指數(shù)。具體處理過程如下：首先，對6個評價指標的分值范圍進行初步界定；其次，基于初步界定的指標分值范圍及相應的等級指數(shù)范圍，設計討論問卷，詢問專家，請專家對初步的分值范圍及等級指數(shù)進行討論；最后，對多位專家的意見進行匯總、評論。如此經(jīng)過多輪反饋循環(huán)，得到較為合理的分級標準及對應的等級指數(shù)[10]。

(3)評價因子權重的確定。適宜性評價因子權重的確定過程如下：通過專家咨詢，對評價體系中所列指標的重要程度進行兩兩比較，并逐層進行評分，進而構建其判斷矩陣；對矩陣進行歸一化處理，求解該判斷矩陣的特征向量和最大特征值，依據(jù)所求特征向量對其進行層次總排序和層次單排序；對結果進行一致性檢驗，利用同一層中所有層次單排序的結果，計算針對上一層次而言的本層次中所有因子的重要性權值，在該過程中，一致性檢驗尤為重要，因為通常由于影響因子本身的復雜性和計算過程的理想化，導致在運用層次分析法進行權值計算時往往存在一定的誤差，如果不進行一致性檢驗，則得到因子的權重可能超出合理的范圍甚至產(chǎn)生謬誤。因此需要判斷矩陣進行一致性和隨機性檢驗，檢驗公式如下：

表1 廣東省新增水田適宜性評價指標體系及權重

注：x表示各分值對應的評價因子的具體數(shù)值。

Q=(Umax-N)/[D(N-1)]。

(1)

式中：Q為判斷矩陣的隨機一致性比率；Umax為判斷矩陣的最大特征根；N為判斷矩陣的階數(shù)；Umax-N為判斷矩陣的一致性指標；D為判斷矩陣的平均隨機一致性指標。當Q<0.1時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權數(shù)分配合理。廣東省新增水田適宜性評價指標體系及權重見表1。

2.1.2 評價模型的構建 根據(jù)以上確定的各參評因子權重及各因子分級的等級指數(shù)，建立新增水田適宜性評價綜合得分的數(shù)學計算模型：

(2)

式中：Cj為第j個評價單元的綜合得分；Aji為第j個評價單元第i個因子的等級指數(shù)；Bi為第i個評價因子的權重；n為評價因子的總數(shù)；t為評價單元的總數(shù)。

2.2 新增水田潛力分級

本研究將新增水田適宜性評價結果中最適宜與中等適宜的圖斑與新增水田潛力系數(shù)的乘積作為新增水田潛力，依據(jù)各地域單元的潛力進行潛力等級劃分。潛力系數(shù)的計算公式如下：

(3)

式中：Ks為第s個地域單元的潛力系數(shù)；y為適宜性等級；m為適宜性等級數(shù)量，本研究取最適宜、中等適宜、勉強適宜3個；r為地域單元內(nèi)某地類作為新增水田理論潛力的適宜性等級數(shù)量，此處取最適宜、中等適宜2個；Hxy為地域單元內(nèi)某地類y等級的開發(fā)水田潛力；Hz為地域單元內(nèi)某地類開發(fā)水田潛力的總和；Fy為某地類y等級的開發(fā)水田潛力；E為地域單元實際的開發(fā)潛力。

3 結果與分析

根據(jù)上述評價模型，利用自然間斷法，將各地類新增水田開發(fā)適宜性等級劃分為4級：最適宜、中等適宜、勉強適宜、不適宜。其中對于最適宜(綜合評分>88.86)評價區(qū)域，由于該區(qū)域距水源相對較近，地面坡度較小，有效土層相對較厚，該區(qū)域稍經(jīng)整治便會具有較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。對于中等適宜(80.01<綜合評分≤88.86)評價區(qū)域，該區(qū)域地面坡度主要分布在2°～5°，有一定灌溉條件，該區(qū)域經(jīng)整治可變?yōu)樗?。對于同樣勉強適宜(71.81<綜合評分≤80.01)評價區(qū)域，由于該區(qū)域在水源距離、地形坡度、土壤質地、有效土層厚度等方面均存在不同程度的限制，開發(fā)水田有難度。對于不適宜(綜合評分≤71.81)評價區(qū)域，由于該區(qū)域通常坡度在15°以上，土層相對較薄，距水源較遠，因此不宜補充為水田。依據(jù)該等級界限劃分標準，最終將各評價單元補充水田適宜性評價結果匯總到其所在區(qū)域。

根據(jù)適宜性評價結果，考慮到開發(fā)難度及投入產(chǎn)出效益，僅將最適宜與中等適宜的面積作為新增水田的理論潛力。廣東省各地類新增水田理論潛力見表2。

表2 廣東省新增水田理論潛力

3.1 旱地開發(fā)水田潛力

通過對廣東省全省的旱地進行旱改水適宜性評價，將旱地新增水田理論潛力乘以相應新增水田潛系數(shù)[式(3)]得到實際潛力，對實際潛力以縣(市、區(qū))為單位進行匯總并分級。由表2可以看出，廣東省全省2014年旱地開發(fā)為水田理論潛力為98 805.23 hm2，新增水田的實際潛力為68 834.48 hm2，占全省“十二五”期間補充耕地面積的75.76%，占全省旱地面積的8.17%。其中以粵西沿海區(qū)的雷州市、徐聞縣、遂溪縣、陽西縣以及粵西北山區(qū)的英德市、翁源縣等縣(市)的旱地改水田潛力較大，均超過2 000 hm2。全省共有17個縣(市、區(qū))被劃為Ⅰ級潛力區(qū)，總規(guī)模為52 283.58 hm2，占全省旱地開發(fā)水田總潛力的75.96%，范圍為1 022.57～96 79.41 hm2；Ⅱ級潛力區(qū)有樂昌市、博羅縣、陽東縣等27個縣(市、區(qū))，潛力值介于292.12～922.24 hm2之間，主要分布在珠三角平原區(qū)、粵西沿海區(qū)和粵西北山區(qū)；惠陽區(qū)、東源縣、興寧市、佛岡縣、惠東縣、仁化縣、武江區(qū)等潛力范圍為113.06～241.17 hm2的20個縣(市、區(qū))被劃為Ⅲ級潛力區(qū)，其余縣(市、區(qū))全部被劃為Ⅳ級潛力區(qū)，作為無潛力區(qū)。

從圖2可以看出，Ⅰ級潛力區(qū)主要分布在粵東沿海區(qū)、粵西北山區(qū)和粵西沿海區(qū)，珠三角平原區(qū)僅有臺山市為Ⅰ級潛力區(qū)。這與實際情況相符，珠三角平原區(qū)河流水網(wǎng)密布，灌溉條件優(yōu)越，水田占據(jù)較大比例，開發(fā)水田的潛力已經(jīng)基本用盡。其中，粵東沿海區(qū)和粵西北山區(qū)分別有4個Ⅰ級潛力區(qū)，粵西沿海區(qū)有7個Ⅰ級潛力區(qū)，粵西沿海區(qū)的Ⅰ級潛力區(qū)又多集中在雷州半島。廣東省旱地和望天田主要分布在湛江、清遠、陽江、韶關和茂名等地，以湛江最多，55%的耕地為旱地和望天田。這些地區(qū)由于灌溉設施的破壞、水資源分布的不均衡，旱地改水田的潛力空間較大。Ⅱ、Ⅲ級區(qū)主要分布在粵西北山區(qū)和珠三角平原區(qū)，這些地區(qū)的旱地較多，但受水源和微地貌的約束，開發(fā)水田的潛力總量不大，改造有一定困難。其他縣(市、區(qū))由于旱地總量小、改造工程量大、成本高或生態(tài)脆弱等原因，被劃入無潛力區(qū)，暫不考慮其旱地改水田的潛力。

3.2 可調整地類開發(fā)水田潛力

在國家宏觀調控的基礎上，政府允許部分自然條特殊的地區(qū)或城市郊區(qū)在不破壞耕地耕作層或能迅速恢復耕種的前提下，進行農(nóng)業(yè)結構的內(nèi)部調整。農(nóng)業(yè)結構內(nèi)部調整實際上并沒有減少耕地，而是儲備了耕地。通過對廣東省可調整地類進行開發(fā)水田適宜性評價，將可調整地類新增水田理論潛力乘以相應新增水田潛系數(shù)[式(3)]，將結果以縣(市、區(qū))為單位進行匯總并分級，結果見圖3。剔除坡度在25°以上的區(qū)域，廣東省可調整地類開發(fā)為水田的理論潛力共計 38 309.56 hm2，新增水田實際潛力為19 569.441 2 hm2，占廣東省“十二五”期間補充耕地面積的21.54%，占廣東省可調整地類面積的3.57%。其中開平市、雷州市、陽東縣、陽西縣、陸豐市、鶴山市、普寧區(qū)、增城區(qū)、徐聞縣、陽春市、朝陽區(qū)11個縣(市、區(qū))潛力較大，潛力范圍介于559.07～1 763.12 hm2之間，被劃為Ⅰ級潛力區(qū)，占廣東省可調整地類開發(fā)水田總潛力的56.29%；潮南區(qū)、臺山市、惠東縣、廉江市、花都區(qū)、英德市等潛力范圍在292.52～476.56 hm2之間的13個縣(市、區(qū))潛力次之，被劃為Ⅱ級潛力區(qū)，占廣東省可調整地類開發(fā)水田總潛力的24.78%；化州市、江城區(qū)、翁源縣、茂南區(qū)、遂溪縣等14個縣(市、區(qū))潛力值介于90.98～265.32 hm2之間，被劃作Ⅲ級潛力區(qū)，占可調整地類開發(fā)水田總潛力的 11.87%；其余縣(市、區(qū))全部被劃為Ⅳ級潛力區(qū)，作為無潛力區(qū)。

從圖3可以看出，Ⅰ級潛力區(qū)主要分布在粵東沿海區(qū)、珠三角平原區(qū)和粵西沿海區(qū)，其中粵東沿海區(qū)、珠三角平原區(qū)各有3個Ⅰ級潛力區(qū)，粵西沿海區(qū)有5個Ⅰ級潛力區(qū)，Ⅰ級潛力區(qū)以果園和養(yǎng)殖水面為主，灌溉條件便利，宜開發(fā)水田面積相對連片，開發(fā)難度較小。Ⅱ、Ⅲ級潛力區(qū)在珠三角平原區(qū)和粵東沿海區(qū)、粵西沿海區(qū)分布相對集中，在粵西北山區(qū)的英德市、翁源縣、興寧市等也有分布，這類潛力區(qū)以果園和坑塘水面為主，間以少量茶園和有林地，連片度較低，坡度有起伏，開發(fā)為水田有一定難度。

3.3 宜耕未利用地開發(fā)水田潛力

通過對廣東省宜耕未利用地進行開發(fā)水田適宜性評價，將宜耕未利用地開發(fā)水田理論潛力乘以相應新增水田潛系數(shù)[式(3)]，將結果以縣(市、區(qū))為單位進行匯總并分級，結果見圖4。剔除坡度在25°以上的區(qū)域，廣東省宜耕未利用地開發(fā)為水田的理論潛力共計1 544.01 hm2，新增水田實際潛力為2 387.34 hm2，占廣東省“十二五”期間補充耕地的 2.63%，占廣東省宜耕未利用地面積的25.62%。基于系統(tǒng)聚類法，將宜開發(fā)為水田的未利用地潛力劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個潛力級區(qū)。英德市、茂南區(qū)、陽山縣、江城區(qū)、龍川縣的潛力值介于142.77～427.03 hm2之間，被劃為Ⅰ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為1 322.25 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的55.39%；海豐縣、曲江區(qū)、鶴山市、惠東縣和惠城區(qū)潛力值介于61.76～97.99 hm2之間，被劃為Ⅱ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為407.29 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的17.06%；高要市、徐聞縣等18個縣(市、區(qū))的潛力值介于14.49～52.73 hm2之間，被劃為Ⅲ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為497.13 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的 20.82%；其余縣(市、區(qū))被劃為Ⅳ級潛力區(qū)。

從圖4可以看出，Ⅰ級潛力區(qū)主要分布在粵西沿海區(qū)和粵西北山區(qū)，灌溉條件便利，分布集中，連片度高，開發(fā)成水田的潛力大；Ⅱ級潛力區(qū)主要分布在粵東沿海區(qū)、粵西北山區(qū)和珠三角平原區(qū)，灌溉條件相對便利，分布較為集中，適宜開發(fā)為水田的宜耕未利用地相對連片，經(jīng)過一定的工程措施可以開發(fā)為水田；相對來說，Ⅲ、Ⅳ級潛力區(qū)適宜開發(fā)為水田的宜耕未利用地面積較小，分布多樣，開發(fā)難度大并且開發(fā)成本也較高，主要由于廣東省宜耕未利用地總量小，項目點分散。

3.4 現(xiàn)有補充耕地項目開發(fā)水田潛力

通過對廣東省現(xiàn)有補充耕地項目進行開發(fā)水田適宜性評價，將現(xiàn)有補充耕地項目開發(fā)水田理論潛力乘以相應新增水田潛系數(shù)[式(3)]，將結果以縣(市、區(qū))為單位進行匯總并分級，結果見圖5。廣東省現(xiàn)有補充耕地開發(fā)水田理論潛力共計4 605.7 hm2，新增水田實際潛力為3 551.23 hm2，占廣東省“十二五”期間補充耕地面積的3.91%，占廣東省現(xiàn)有補充耕地面積的35.79%。基于系統(tǒng)聚類法，將宜開發(fā)為水田的未利用地潛力劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個潛力級區(qū)。陽山縣、陸豐市、新會區(qū)、順德區(qū)和陽春市潛力值介于183.89～491.39 hm2之間，被劃為Ⅰ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為 1 858.40 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的 52.33%；海豐縣、金灣區(qū)、潮陽區(qū)、平遠縣、開平市、高要市和連南瑤族自治縣的潛力值介于81.57～155.29 hm2之間，被劃為Ⅱ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為840.28 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的23.66%；五華縣、惠東縣等15個縣(市、區(qū))的潛力值介于22.58～63.58 hm2之間，被劃為Ⅲ級潛力區(qū)，潛力總規(guī)模為634.11 hm2，占廣東省宜耕未利用地開發(fā)水田潛力的17.86%；其余縣(市、區(qū))被劃為Ⅳ級潛力區(qū)。

從圖5可以看出，Ⅰ級潛力區(qū)在各區(qū)域均有分布，區(qū)域灌溉條件便利，分布集中，連片度高，開發(fā)成水田的潛力大；Ⅱ級潛力區(qū)主要分布在粵東沿海區(qū)、粵西北山區(qū)和珠三角平原區(qū)，灌溉條件相對便利，分布較為集中，適宜開發(fā)為水田的補充耕地項目相對連片，經(jīng)過一定的工程措施便可以開發(fā)為水田；相對來說，Ⅲ、Ⅳ級潛力區(qū)適宜開發(fā)為水田的補充耕地項目面積較小，分布多樣，開發(fā)難度大并且開發(fā)成本也較高，主要由于這部分補充耕地的土層較薄，質量不高，不適合開發(fā)為水田。

3.5 新增水田潛力

在廣東省省級尺度上綜合考慮新增水田潛力，將各縣(市、區(qū))的旱地、可調整地類、未利用地及現(xiàn)有補充耕地項目的開發(fā)水田潛力進行空間疊置，計算出各市的新增水田實際潛力。

由表3可以看出，廣東省新增水田實際潛力為 94 326.16 hm2，其中湛江市為33 434.07 hm2，占廣東省新增水田實際潛力的35%，遠遠高于其他各市，穩(wěn)居廣東省第一，而其中90.32%的潛力來自旱地。陽江市、清遠市的改造潛力也較高，均在7 000 hm2以上?？傮w來看，粵西北山區(qū)新增水田實際潛力最高，粵西沿海區(qū)次之，珠三角平原區(qū)和粵東沿海區(qū)潛力則較低，這與廣東省的實際情況相吻合。從新增水田潛力來源看，旱地潛力最大，占總潛力的70%以上，其他地類潛力較小，這是由于旱地基數(shù)大，并且土壤條件較好，有一定的灌溉排水設施，而其他地類基數(shù)小，受水源、微地形條件的影響，潛力總量不高。

表3 廣東省各市新增水田潛力

4 結論與討論

本研究對廣東省旱地、可調整地類、宜耕未利用地和現(xiàn)有補充耕地項目改造水田的適宜性評價與潛力分區(qū)進行了研究，主要結論如下：(1)采用德爾菲法構建省級新增水田適宜性評價指標體系。關于廣東省省級新增水田的評價尚未有系統(tǒng)論述，借助德爾菲法確定影響因子、因素成對比較法確定權重，有利于綜合專家經(jīng)驗與客觀實際建立評價指標體系。(2)根據(jù)各評價單元綜合分值頻數(shù)直方圖，將研究區(qū)旱地、可調整地類、宜耕未利用地和現(xiàn)有補充耕地項目耕地中新增水田適宜性劃分為4個等級：最適宜、中等適宜、勉強適宜和不適宜。(3)根據(jù)適宜性評價結果，采用新增水田潛力測算模型對研究區(qū)旱地、可調整地類、宜耕未利用地和現(xiàn)有補充耕地項目耕地開發(fā)水田潛力進行測算。利用ArcGIS地統(tǒng)計分析功能與相關統(tǒng)計分析軟件，以縣為單位進行潛力分級。結果表明，廣東省新增水田潛力為94 326.16 hm2，從空間分布來看，粵西北山區(qū)和粵西沿海區(qū)潛力較大。從新增水田潛力來源來看，廣東省主要新增水田潛力來源于旱地，占廣東省新增水田潛力總規(guī)模的70%以上。