面向土地整治工程的耕地適宜性評價(jià)方法研究

白畯文，魏 朋，吳小東

（1.中國電力建設(shè)集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051； 2.昆明市土地開發(fā)整理中心，云南 昆明 650041）

耕地是人類生存必不可少的重要資源，耕地適宜性評價(jià)是通過對耕地相關(guān)屬性的綜合鑒定，判斷耕地所具有的生產(chǎn)潛力及其適宜程度高低的過程[1]，它是耕地合理利用的重要基礎(chǔ)，也是土地規(guī)劃的主要依據(jù)[2]。通過耕地適宜性評價(jià)，可為耕地的利用和管控提供科學(xué)依據(jù)[3]。

隨著自然資源部的組建，土地作為國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源被擺在尤為重要的位置。為了提高土地開發(fā)的科學(xué)性及合理性，土地整治工程實(shí)施之前，需進(jìn)行耕地適宜性評價(jià)，以確保土地整治的必要性。近年來，國內(nèi)許多學(xué)者對耕地適宜性評價(jià)做了大量研 究[4-6]。趙曉丹[7]運(yùn)用歸樹、核密度等方法提取計(jì)算參評因子數(shù)據(jù)，并基于多指標(biāo)決策框架，利用層次分析法確定各參評因子的權(quán)重，選擇加權(quán)疊加法對湖南省全域進(jìn)行了耕地適宜性綜合分析。劉軒等[8]針對空間數(shù)據(jù)屬性值的不精確對評價(jià)因子總體排序的影響,提出了ELECTRE TRI算法與GIS結(jié)合的耕地適宜性評價(jià)方法,研究表明ELECTRE TRI算法的兩種分類方法評價(jià)結(jié)果相近，具備合理性。奚硯濤等[9]采用特爾斐法和加權(quán)平均指數(shù)法，以湖南省常寧市柏坊鎮(zhèn)各個(gè)行政村為評價(jià)單元，選取耕地空間關(guān)系的多維評價(jià)因子對耕地適宜性進(jìn)行評價(jià)。彭瑤等[10]從耕地的自然生產(chǎn)潛力和耕地發(fā)展壓力兩個(gè)方面構(gòu)建耕地適宜性評價(jià)體系，運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，對浙江省義烏市巖南村范圍進(jìn)行了耕地適宜性評價(jià)，并探討了評價(jià)結(jié)果在村級土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用途徑和方法。

上述研究所提出的方法多用于研究區(qū)域自然狀態(tài)下的耕地適宜性評價(jià)，方法具有通用性。目前的研究還未基于土地整治工程提出針對性較強(qiáng)的評價(jià)方法。本文以昆明市石林縣板橋街道范圍內(nèi)的土地整治項(xiàng)目為依托，提出了一種面向土地整治工程的耕地適宜性評價(jià)方法。通過分析土地整治工程措施對耕地條件的影響，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、耕地質(zhì)量評定數(shù)據(jù)確定評價(jià)因子、評價(jià)單元并劃分適宜性等級。隨后基于GIS平臺，采用緩沖區(qū)分析、最鄰近距離分析等空間分析方法進(jìn)行單因子評價(jià)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多因子綜合評價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)針對土地整治工程的耕地適宜性評價(jià)。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)概況

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)位于昆明市石林縣板橋街道境內(nèi)，屬滇中高原腹心地帶，地勢起伏。

1.2 數(shù)據(jù)概況

數(shù)據(jù)內(nèi)容：研究區(qū)域范圍數(shù)據(jù)、石林縣土地利用數(shù)據(jù)、石林縣現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)、研究區(qū)域耕地質(zhì)量評定數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理：①以研究區(qū)域范圍數(shù)據(jù)為邊界對石林縣土地利用數(shù)據(jù)及石林縣現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)域內(nèi)的土地利用數(shù)據(jù)及現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)；②從土地利用數(shù)據(jù)中提取水田、水澆地、旱地圖斑作為耕地圖斑；③從現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)中提取農(nóng)村道路、溝渠、河流、水庫、管道等要素。

2 耕地適宜性評價(jià)方法

2.1 評價(jià)因子及評價(jià)單元確定

依據(jù)研究區(qū)的農(nóng)用地和田間基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，以及村莊環(huán)境和生態(tài)環(huán)境中所存在的主要問題，擬實(shí)施的土地整治工程種類包括土地平整工程、灌溉與排水工程、田間道路工程。

土地平整工程指為滿足農(nóng)田耕作、灌排需要而進(jìn)行的田塊修筑、地力保持等土方工程措施[11]。土地平整工程的實(shí)施能在一定程度上改變研究區(qū)耕地的坡度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效土層厚度等條件。

灌溉與排水工程指為提升研究區(qū)內(nèi)耕地的排灌條件而進(jìn)行的一系列農(nóng)渠、斗渠、引水管道、路邊溝、水池、水窖及管涵的新建與改建工程。灌溉與排水工程的實(shí)施能在一定程度上改變研究區(qū)耕地的水源保證條件。

田間道路工程指為提升農(nóng)戶耕作的便捷度而進(jìn)行的一系列田間道、生產(chǎn)路、會車道、擋土墻的新建與改建工程。田間道路工程的實(shí)施能在一定程度上改變研究區(qū)耕地間的交通條件。

考慮到上述土地整治工程將對耕地條件產(chǎn)生影響，因此選取受影響的因素作為評價(jià)因子，將有利于提升土地整治工程中耕地適宜性評價(jià)的針對性。結(jié)合數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，最終選取5類評價(jià)因子：①坡度；②土壤有機(jī)質(zhì)含量；③有效土層厚度；④水源保證；⑤交通條件。

考慮到研究區(qū)范圍內(nèi)耕地的種類由水田、水澆地、旱地組成，因此評價(jià)對象確定為以上三類。從土地利用數(shù)據(jù)中提取水田、水澆地、旱地要素作為耕地圖斑，并以這些劃分好的耕地圖斑作為最終評價(jià)單元。

2.2 適宜性等級劃分

空間適宜性評價(jià)量化分級標(biāo)準(zhǔn)參照聯(lián)合國糧農(nóng)組織FAO《土地評價(jià)綱要》提出的耕地適宜性四級原 則[12]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際將耕地適宜性等級分為高度適宜、較適宜、中等適宜、勉強(qiáng)適宜4個(gè)等級。因此，單因子評價(jià)分級及多因子綜合評價(jià)分級均按四級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

2.3 單因子評價(jià)

2.3.1 坡度評價(jià)

依據(jù)研究區(qū)域耕地質(zhì)量評定數(shù)據(jù)中的“地形坡度”字段值，結(jié)合中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒發(fā)的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》對坡度進(jìn)行分級，坡度分級結(jié)果如表1所示。

表1 耕地坡度分級表

耕地坡度的不同級別，對耕地適宜性的影響不同?！?°一般無水土流失現(xiàn)象，適宜性等級最高；2°～6°可發(fā)生輕度土壤侵蝕，適宜性等級次高；6°～15°可發(fā)生中度水土流失，適宜性等級中等；15°～25°水土流失嚴(yán)重，適宜性等級較低；＞25°為《水土保持法》規(guī)定的開荒限制坡度，不適宜開墾。因此，依據(jù)耕地坡度對適宜性進(jìn)行量化，坡度越低則所分配的適宜性量化值越大，結(jié)果如表2所示。

表2 坡度適宜性量化表

坡度適宜性量化空間分布如圖1所示。

圖1 坡度適宜性量化空間分布結(jié)果

2.3.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量評價(jià)

對耕地而言，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤越肥沃，耕地適宜性越好。因此，依據(jù)研究區(qū)域耕地質(zhì)量評定數(shù)據(jù)中的“土壤有機(jī)質(zhì)含量”字段值，采用幾何間隔分類法，把土壤有機(jī)質(zhì)含量值分為4類，并依據(jù)有機(jī)質(zhì)含量的多少對適宜性進(jìn)行量化，含量越高則所分配的適宜性量化值越大，結(jié)果如表3所示。

表3 土壤有機(jī)質(zhì)含量適宜性量化表

土壤有機(jī)質(zhì)含量適宜性量化空間分布如圖2所示。2.3.3 有效土層厚度評價(jià)

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)含量適宜性量化空間分布結(jié)果

在農(nóng)耕生產(chǎn)中，有效土層厚度越厚，越適合耕作，耕地適宜性也越好。因此，依據(jù)研究區(qū)域耕地質(zhì)量評定數(shù)據(jù)中的“有效土層厚度”字段值，采用幾何間隔分類法，把有效土層厚度值分為4類，并依據(jù)土層厚度的大小對適宜性進(jìn)行量化，厚度越大則所分配的適宜性量化值越大，結(jié)果如表4所示。

表4 有效土層厚度適宜性量化表

有效土層厚度適宜性量化空間分布如圖3所示。

圖3 有效土層厚度適宜性量化空間分布結(jié)果

2.3.4 水源保證評價(jià)

水源保證是支撐耕地灌溉必不可少的基礎(chǔ)條件，水源保證條件可用耕地距水源的距離來近似衡量，耕地距水源越近表示水源保證條件越充分，耕地適宜性越好。評價(jià)方法如下：

1）水源要素提?。簭难芯繀^(qū)域現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)中提取水源要素，水源要素包括湖泊、河流、溝渠、水庫、坑塘、管道。

2）供水范圍預(yù)測：根據(jù)研究區(qū)周邊水源分布的實(shí)際情況，對研究區(qū)建立合理的供水范圍緩沖區(qū)，經(jīng)過實(shí)地踏勘，緩沖區(qū)半徑設(shè)置為2 000 m。采用緩沖區(qū)分析法，把研究區(qū)邊界外擴(kuò)2 000 m形成供水范圍。

3）供水范圍內(nèi)的水源要素提?。阂怨┧秶鸀榻纾ㄟ^疊置分析法獲取落入此范圍內(nèi)的水源要素。

4）距水源最鄰近距離計(jì)算：在ArcGIS平臺中利用“歐氏距離”工具，分別以提取到的面狀水源和線狀水源為源，設(shè)置大小一致的輸出像素，分別計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)每個(gè)像元到最臨近水源要素的距離。以像素值表示距離大小，像素值越小，距水源距離越近，結(jié)果如圖4所示。

圖4 研究區(qū)水源距離空間分布結(jié)果

5）柵格矢量化：分別把上述線狀和面狀水源的距離空間分布柵格轉(zhuǎn)化為矢量點(diǎn)，并將得到的兩份矢量點(diǎn)文件合二為一，矢量點(diǎn)中的“距離”字段記錄了像素值的大小。

6）水源保證值計(jì)算：計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元所包含的矢量點(diǎn)“距離”值的平均值，并以此作為水源保證值。

7）水源保證適宜性量化：采用自然間斷點(diǎn)分級法，把水源保證值分為4類，并依據(jù)水源保證值的大小對適宜性進(jìn)行量化，值越小則所分配的適宜性量化值越大，結(jié)果如表5所示。

表5 水源保證適宜性量化表

水源保證適宜性量化空間分布如圖5所示。

圖5 水源保證適宜性量化空間分布結(jié)果

2.3.5 交通條件評價(jià)

良好的交通條件是確保耕作便捷性的關(guān)鍵，交通條件可用耕地距農(nóng)村道路的距離來近似衡量，耕地距農(nóng)村道路越近表示交通條件越好，耕地適宜性也越強(qiáng)。評價(jià)方法如下：

1）交通要素提?。簭难芯繀^(qū)域現(xiàn)狀地物數(shù)據(jù)中提取交通要素，交通要素為農(nóng)村道路。

2）距農(nóng)村道路最鄰近距離計(jì)算：在ArcGIS平臺中利用“歐氏距離”工具，以線狀農(nóng)村道路為源，設(shè)置合適的輸出像素，計(jì)算研究區(qū)內(nèi)每個(gè)像元到最臨近交通要素的距離。以像素值表示距離大小，像素值越小，距農(nóng)村道路距離越近，結(jié)果如圖6所示。

圖6 研究區(qū)農(nóng)村道路距離空間分布結(jié)果

3） 柵格矢量化：把農(nóng)村道路的距離空間分布柵格轉(zhuǎn)化為矢量點(diǎn)，矢量點(diǎn)中的“距離”字段記錄了像素值的大小。

4）交通條件值計(jì)算：計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元所包含的矢量點(diǎn)“距離”值的平均值，并以此作為交通條件值。

5）交通條件適宜性量化：采用自然間斷點(diǎn)分級法，把交通條件值分為4類，并依據(jù)交通條件值的大小對適宜性進(jìn)行量化，值越小則所分配的適宜性量化值越大，結(jié)果如表6所示。

表6 交通條件適宜性量化表

交通條件適宜性量化空間分布如圖7所示。

圖7 交通條件適宜性量化空間分布結(jié)果

2.4 多因子綜合評價(jià)

多因子綜合評價(jià)是通過整合上述5類評價(jià)因子的量化成果，客觀全面地反映耕地適宜性的方法，評價(jià)模型為：

式中，S為耕地適宜性的綜合總分值；n為評價(jià)因子個(gè)數(shù)；Vk為第k個(gè)評價(jià)因子的量化值。

以評價(jià)模型為計(jì)算基礎(chǔ)，通過疊置分析方法將 5類單因子進(jìn)行綜合計(jì)算，得出每個(gè)評價(jià)單元耕地適宜性的綜合總分值，并依據(jù)確定的適宜性等級劃分原則進(jìn)行評價(jià)。耕地適宜性綜合評價(jià)分?jǐn)?shù)分級情況如表7所示。

表7 耕地適宜性等級劃分表

耕地適宜性多因子綜合評價(jià)結(jié)果如圖8所示。

圖8 耕地適宜性空間分布結(jié)果

3 評價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)圖8所示的耕地適宜性空間分布結(jié)果，采用GIS地理統(tǒng)計(jì)方法，對分級結(jié)果進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表8所示。

表8 耕地適宜性統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)耕地適宜性評價(jià)可知，對于研究區(qū)域內(nèi)的耕地，較適宜與中等適宜的面積占比分別為21.17%、66.78%，共占整個(gè)研究區(qū)耕地面積的87.95%，且適宜性較高的區(qū)域集中分布于研究區(qū)中東部?？梢娧芯繀^(qū)耕地先天基礎(chǔ)條件處于中等偏上水平，有較好的提質(zhì)改造基礎(chǔ)，有充足的質(zhì)量提升空間。因此，經(jīng)過一系列土地整治措施后，耕地適宜性將繼續(xù)向好，總體比較適合在此區(qū)域?qū)嵤┩恋卣喂こ?。對比石林縣國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、環(huán)保等部門技術(shù)人員的實(shí)地踏勘結(jié)論，二者均指出研究區(qū)符合提質(zhì)改造建設(shè)前提條件，分析結(jié)果趨于一致。

4 結(jié) 語

本文針對土地整治需要，提出了一種面向土地整治工程的耕地適宜性評價(jià)方法。該方法將整治措施對耕地條件的影響因素作為評價(jià)因子，通過多因子綜合分析的手段，充分整合各類影響源，從而客觀反映耕地適宜性情況，研究證明評價(jià)方法合理可行。后續(xù)研究若能不斷擴(kuò)充土地整治措施類別，評價(jià)結(jié)果將更為全面、準(zhǔn)確。

本文提出的耕地適宜性評價(jià)方法，可應(yīng)用于土地整治項(xiàng)目前期的可研編制及規(guī)劃編制。