基于GIS的基本農(nóng)田布局優(yōu)化研究

劉彥文 周霞 鄭彥龍

摘要 土地利用布局優(yōu)化強(qiáng)調(diào)數(shù)量上的占補(bǔ)平衡，易忽視土地利用空間布局上的優(yōu)化。本文以嘉魚(yú)縣為例，研究區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化方法。結(jié)合全縣耕地和規(guī)劃基本農(nóng)田分布特點(diǎn)、土地分等定級(jí)等資料，以2009年、2012年遙感解譯土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建優(yōu)化指標(biāo)，并應(yīng)用GIS空間分析功能，開(kāi)展區(qū)域基本農(nóng)田空間布局優(yōu)化研究。結(jié)果表明，調(diào)整后簰洲灣鎮(zhèn)、新街鎮(zhèn)基本農(nóng)田數(shù)量較原來(lái)增多，而其余6個(gè)鎮(zhèn)數(shù)量相對(duì)減少；確保把自然屬性良好的耕地優(yōu)先劃為基本農(nóng)田、剔除零星片塊使基本農(nóng)田連片程度有所提高。基本農(nóng)田劃定結(jié)果可為區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整提供有益參考。

關(guān)鍵詞 基本農(nóng)田；優(yōu)化布局；GIS；湖北嘉魚(yú)

中圖分類號(hào) S28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）12-0176-03

Abstract The optimization of land use layout emphasizes the balance of quantity，and tends to ignore the optimization of land use spatial layout. This paper takes Jiayu County as an example to study the optimal approaches of primary farmland layout. Combined with the information of cultivated land layout，primary farmland distribution，soil quality and land types，taking the land use status interpretation of remote sensing images of 2009 and 2012 as basic data，the spatial layout optimization of regional primary farmland was studied by constructing optimization index and applying GIS spatial analysis function. The result showed that the quantity of primary farmland in Paizhouwan Town and Xinjie Town increased compared with the past，whereas the other 6 towns relatively decreased. Cultivated land with good natural properties was taken priority as primary farmland，scattered pieces of original primary farmland were removed and the degree of connecting into big area increased. The results can provide useful reference for structure adjustment of regional land use.

Key words primary farmland；optimized layout；GIS；Jiayu Hubei

對(duì)耕地的保護(hù)是一種社會(huì)行為，耕地保護(hù)研究的最終目的是為了保障糧食安全[1-2]。耕地保護(hù)建立在農(nóng)田保護(hù)的基礎(chǔ)上，國(guó)外基本農(nóng)田保護(hù)研究幾乎都是針對(duì)優(yōu)質(zhì)耕地的保護(hù)，如英國(guó)將高潛力的農(nóng)田劃定為嚴(yán)格保護(hù)的基本農(nóng)田[3]，法國(guó)采用規(guī)劃方式保障重要的農(nóng)業(yè)土地[4]。國(guó)內(nèi)研究注重如何提高農(nóng)田質(zhì)量和保護(hù)農(nóng)田數(shù)量方面，近年來(lái)，有關(guān)基本農(nóng)田理論和技術(shù)的研究也成為國(guó)內(nèi)土地科學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)之一，如構(gòu)建基本農(nóng)田信息系統(tǒng)[5-6]、創(chuàng)新基本農(nóng)田劃定方法[7]、基本農(nóng)田布局調(diào)整[8-9]、基本農(nóng)田制度與政策分析[10-12]等多個(gè)方面。隨著GIS和RS等技術(shù)廣泛應(yīng)用，大多數(shù)研究人員在土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了土地利用空間布局優(yōu)化的研究。本文在2009—2012年區(qū)域基本農(nóng)田劃定實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田優(yōu)化布局進(jìn)行研究，以期為實(shí)現(xiàn)土地資源合理利用、有效保障區(qū)域耕地紅線提供良好參考。

1 研究方法

1.1 目標(biāo)與方法

以咸寧市嘉魚(yú)縣為研究區(qū)域，結(jié)合土地空間優(yōu)化配置理論與ArcGIS等研究工具，進(jìn)行區(qū)域基本農(nóng)田空間優(yōu)化配置。利用嘉魚(yú)縣土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)，結(jié)合土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)和耕地?cái)?shù)量、耕地面積、勞動(dòng)力、人均純收入等社會(huì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)以及其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用優(yōu)化配置理論與GIS工具，進(jìn)行基本農(nóng)田空間布局優(yōu)化。首先依據(jù)調(diào)整意見(jiàn)中基本農(nóng)田的調(diào)入、調(diào)出來(lái)分析基本農(nóng)田數(shù)量上的動(dòng)態(tài)變化，然后通過(guò)嘉魚(yú)縣各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本農(nóng)田數(shù)量的變化，落實(shí)保留及變動(dòng)基本農(nóng)田空間布局現(xiàn)狀，最后綜合考慮各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本農(nóng)田數(shù)量指標(biāo)和空間特點(diǎn)，以一般農(nóng)田現(xiàn)狀和基本農(nóng)田任務(wù)量為基礎(chǔ)，在空間上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在符合自然條件最優(yōu)的同時(shí)使嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田在數(shù)量上調(diào)入、調(diào)出保持平衡，在空間上最大程度均勻連片分布。

1.2 研究區(qū)概況

嘉魚(yú)縣位于湖北省東南部、長(zhǎng)江中游南岸、咸寧市西北部，東鄰咸安區(qū)、南接赤壁市、西面與洪湖市接壤、北面與武漢市隔江相望，地跨東經(jīng)113°40′～114°12′，北緯29°48′～30°17′，縣域內(nèi)整體地勢(shì)西南部以丘陵為主，東北部以平地為主。嘉魚(yú)縣境內(nèi)地勢(shì)低平、地貌差異小，海拔最低18 m、最高243 m，大部分高程在海拔19～50 m，平原丘崗的自然區(qū)界輪廓分明，明顯形成由西南的高亢緩坡，漸至東北的低平地勢(shì)，平原、丘崗兼有，大體構(gòu)成“一山、三水、四分田，兩分道路和莊園”的自然格局。境內(nèi)有無(wú)公害蔬菜基地1.33萬(wàn)hm2、優(yōu)質(zhì)螃蟹基地1.13萬(wàn)hm2和全國(guó)最大的美國(guó)叉尾魚(yú)回種苗繁育基地，常年蔬菜種植面積達(dá)3萬(wàn)hm2，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積達(dá)1.67萬(wàn)hm2。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源渠道主要包括已有基本農(nóng)田資料整理、遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)下載和國(guó)土部門、圖書館提供等；收集的資料主要包括研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、自然環(huán)境數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及Google Earth影像合成加工數(shù)據(jù)。獲取方式包括向有關(guān)部門搜集和購(gòu)買、通過(guò)文獻(xiàn)綜合研究等手段收集和整理，以及通過(guò)實(shí)地考察與調(diào)研進(jìn)行資料分析判斷與綜合取舍。通過(guò)與已有相關(guān)數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)收集資料等進(jìn)行交叉驗(yàn)證，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源的真實(shí)可靠。

1.4 技術(shù)路線

遙感影像有快速獲取有效信息的優(yōu)勢(shì)，GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析處理能力。本文采用2009年和2012年遙感影像解譯的土地利用數(shù)據(jù)作為耕地變化研究的客觀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從地表人文數(shù)據(jù)、自然屬性數(shù)據(jù)提取相關(guān)優(yōu)化配置指標(biāo)，應(yīng)用GIS工具對(duì)土地利用時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，在針對(duì)性分析嘉魚(yú)縣耕地的數(shù)量變化、空間變化、一般農(nóng)田自然質(zhì)量特點(diǎn)等基礎(chǔ)上，進(jìn)行基本農(nóng)田空間布局優(yōu)化，本文的研究思路如圖1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地質(zhì)量分析和空間布局優(yōu)化

2.1.1 嘉魚(yú)縣土壤質(zhì)量分析。基本農(nóng)田布局優(yōu)化研究的主要目的是利用GIS和RS技術(shù)，對(duì)所統(tǒng)計(jì)的土地利用變化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和核查，將嘉魚(yú)縣耕地和非農(nóng)用地進(jìn)行客觀、科學(xué)、準(zhǔn)確合理的配置。土壤是耕地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)保證，土壤中各種養(yǎng)分進(jìn)行著一系列生物、化學(xué)和物理的轉(zhuǎn)化，為作物生長(zhǎng)儲(chǔ)存和供應(yīng)養(yǎng)分。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)參照全國(guó)耕地類型、耕地地力等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系將耕地質(zhì)量（SQ）劃分為5個(gè)等級(jí)（表1）。

對(duì)嘉魚(yú)縣土壤質(zhì)量分析表明，陸溪鎮(zhèn)、魚(yú)岳鎮(zhèn)的部分土壤質(zhì)量均較低，在0.39～0.58之間，處于Ⅳ、Ⅴ級(jí)；新街鎮(zhèn)、渡普鎮(zhèn)等地的部分土壤質(zhì)量在0.58～0.68之間，處于Ⅲ級(jí)；官橋鎮(zhèn)的土壤質(zhì)量較高，處于Ⅱ級(jí)；簰洲灣鎮(zhèn)、潘家灣鎮(zhèn)等土壤質(zhì)量最高。

2.1.2 指標(biāo)體系的建立。耕地質(zhì)量的優(yōu)劣源于自然、社會(huì)、環(huán)境以及人為等諸多因素，是集自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境的典型復(fù)合系統(tǒng)。本研究參照“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（Press-State-Response，PSR）”模型，結(jié)合土地質(zhì)量指標(biāo)體系和樣區(qū)內(nèi)勞動(dòng)力、耕地面積、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)民人均純收入、農(nóng)作物面積等實(shí)際情況，構(gòu)建并確定嘉魚(yú)縣耕地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表2）。

2.1.3 指標(biāo)權(quán)重的確定。依據(jù)前面所建立的指標(biāo)體系，參照土地質(zhì)量指標(biāo)體系以及樣區(qū)內(nèi)勞動(dòng)力、耕地面積、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)民人均純收入、農(nóng)作物面積、產(chǎn)量等實(shí)際情況，對(duì)耕地和基本農(nóng)田確定有關(guān)指標(biāo)權(quán)重，如表3所示。

2.1.4 規(guī)劃基本農(nóng)田分析。嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃涉及基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、耕地、園地、牧草地、基本農(nóng)田整備區(qū)、精養(yǎng)魚(yú)塘、建設(shè)用地以及其他水域等土地利用類型，如圖2所示。

從嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃來(lái)看，基本農(nóng)田和耕地相間分布，大部分地勢(shì)較低且土壤質(zhì)量較好地段的耕地已劃為基本農(nóng)田，空間布局基本連片，優(yōu)質(zhì)土地資源占比逐漸增多。從社會(huì)效益角度分析，這意味著伴隨農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的不斷提高，農(nóng)民純收入也會(huì)不斷增加。

2.2 基本農(nóng)田優(yōu)化布局

基本農(nóng)田是指高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的耕地，國(guó)家十分重視基本農(nóng)田的保護(hù)，基本農(nóng)田保護(hù)和規(guī)劃是鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃的重要內(nèi)容。要保障土地規(guī)劃的合理實(shí)施，基本農(nóng)田布局要科學(xué)合理?；巨r(nóng)田保護(hù)區(qū)的界定主要依據(jù)耕地質(zhì)量狀況、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃等，原則上要求空間分布連片和耕地質(zhì)量穩(wěn)定。運(yùn)用已建立的指標(biāo)體系，在堅(jiān)持面積底線的前提條件下，對(duì)耕地現(xiàn)狀進(jìn)行相關(guān)分析，對(duì)比已有基本農(nóng)田數(shù)據(jù)，在空間上對(duì)其進(jìn)行布局優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果如圖3所示。

嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田優(yōu)化布局結(jié)果表明，各鎮(zhèn)由其他用地類型轉(zhuǎn)化為基本農(nóng)田的數(shù)量整體差異不大，嚴(yán)格完成了規(guī)劃任務(wù)，空間上部分區(qū)域變動(dòng)明顯，但調(diào)入的全部是質(zhì)量較優(yōu)耕地。渡普鎮(zhèn)原有基本農(nóng)田轉(zhuǎn)化為非農(nóng)用地比例最大，主要由發(fā)展政策干預(yù)而導(dǎo)致。布局調(diào)整后簰洲灣鎮(zhèn)、新街鎮(zhèn)基本農(nóng)田數(shù)量較原來(lái)增多，而潘家灣鎮(zhèn)、渡普鎮(zhèn)、魚(yú)岳鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)、高鐵嶺鎮(zhèn)、陸溪鎮(zhèn)等基本農(nóng)田數(shù)量相對(duì)減少，用地類型由原來(lái)的基本農(nóng)田屬性轉(zhuǎn)化為一般耕地或非農(nóng)用地，調(diào)整詳細(xì)情況如表4所示。

3 結(jié)論

耕地是人類最基本的自然資源和基本的生存條件[13]，基本農(nóng)田是保障紅線。在考慮自然因素與人文社會(huì)因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)化布局后既保證各鎮(zhèn)完成了基本農(nóng)田數(shù)量指標(biāo)，為后續(xù)發(fā)展預(yù)留了空間（如村莊、道路等周邊預(yù)留緩沖發(fā)展距離），也保證了將自然屬性良好的耕地優(yōu)先劃為基本農(nóng)田、剔除零星片塊，使基本農(nóng)田連片程度有所提高。嘉魚(yú)縣基本農(nóng)田調(diào)整總面積為35 519.14 hm2，數(shù)量方面，優(yōu)先保證區(qū)域調(diào)入調(diào)出動(dòng)態(tài)平衡，結(jié)合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)勞動(dòng)力、耕地面積指數(shù)等，使優(yōu)質(zhì)耕地劃入率呈緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)?？臻g布局方面，結(jié)合各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地自然狀況等指標(biāo)，提高劃入基本農(nóng)田連片分布程度，便于規(guī)?；鳂I(yè)與提高總生產(chǎn)量。優(yōu)化后的基本農(nóng)田布局較此前更為合理，為土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整與合理規(guī)劃提供了參考依據(jù)，有助于人均耕地純收入的提高和推動(dòng)嘉魚(yú)縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)穩(wěn)步上升。

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