基于GIS空間分析的基本農田配置研究

金志豐

(江蘇省土地勘測規劃院,江蘇南京210024)

基本農田,指滿足國民經濟持續穩定發展、人口增長對農產品的需求而必須確保的農田[1]。科學、合理地配置基本農田對于正確處理和協調建設與保護之間的關系,促進區域社會經濟的可持續發展意義重大,也是保證區域糧食安全、生態安全的重要舉措。

目前我國基本農田保護的效果并不理想,存在重數量輕質量、結構和布局不合理等問題[2],導致這一問題產生的原因,一方面是基本農田分級保護缺乏硬性依據,沒有形成完善的分級制度[3-4],“占補平衡”變成沒有質量保證的單純基本農田數量平衡;另一方面是在劃定基本農田過程中,缺乏因地制宜的分析結果支撐。

耕地是基本農田保護的重心[5],哪些耕地應該作為基本農田保護成為研究的重點。在土地利用規劃中,現行的基本農田分配、耕地劃入基本農田的方法,主要從分析地區經濟發展水平、人口規模、耕地現狀以及基本農田保護規模出發,確定基本農田在地區的分配。在這種需求引導的分配方式引導下,入選基本農田的耕地質量無法得到保證,一般只能滿足數量要求,導致一些地區的優質耕地未能作為基本農田嚴格保護,而一些地區的劣質耕地卻作為基本農田保護,限制了區域的可持續發展。其本質原因是該分配方式沒有考慮地區差異,對耕地質量問題重視不夠。以引導—約束為導向的土地利用適宜性分區及相關研究強調,在分析區域資源自然本底和開發潛力的空間分異特點的基礎上,綜合比較地區的開發、約束水平,劃分土地適宜性類型[6-9],為區域基本農田的空間選擇方向的確定提供依據;引導保護價值高,保護可能性大的耕地劃為基本農田,保護價值低,開發可能性大的耕地則允許劃為非基本農田,增強基本農田的保護力度,實現經濟發展和耕地保護的協調。

1 研究思路與方法

本文試圖通過土地適宜性評價,引導耕地入選基本農田的空間布局。首先,基于網格單元疊加分析各要素,進行土地適宜性評價。其次,評價結果疊合現狀耕地,結合耕地規模、單元耕地面積比重等具體情況,根據適宜指數高低、耕地規模大小和比重大小,判別耕地是否入選基本農田。

本文以泗陽縣為案例區。泗陽縣地處蘇北黃淮海平原地區,全境橫窄縱寬,傍河臨湖,地勢西高東低,境內水網密布。全縣總面積1 378.2 km2,轄16個鄉鎮,2008年,實現地區生產總值125億元,總人口98.6萬人。全縣耕地面積681 km2,占總土地面積的47.4%,人均耕地面積約0.07 hm2,低于全國平均水平。耕地保護與經濟發展需求均較大,如何科學保護耕地在本區具有典型性。

1.1 土地適宜性評價

要素指標選擇。適宜性評價是耕地入選基本農田的基礎,選擇的指標主要基于現狀數據和潛在數據。許多學者在研究土地適宜性分區中選擇生態服務功能、生態易損性、資源供給條件、區位條件和開發效益等方面的多項指標[6-9],綜合文獻和依據代表性、差異性、可獲性和綜合性的原則,根據實際,選擇引導性和約束性兩類指標進行適宜性評價,其中,引導性指標包括生態重要性、水網密度、耕地比重、耕地規模程度和單位耕地糧食產量5個指標;約束性指標包括人口規模、交通通達性和離主干道距離3個指標。

數據來源與處理。研究所用數據包括:遙感解譯的土地利用現狀數據(2008年),社會經濟數據(來源于《江蘇省2009年統計年鑒》、《泗陽縣2008年統計年鑒》),交通路網(來自于《泗陽縣綜合交通規劃》)。

所有數據處理與分析基于ArcGIS軟件平臺進行,包括空間數據庫的建立、單指標的計算和綜合評價等主要步驟,由于研究要實現耕地入選基本農田范圍標定,數據分析基于1 km×1 km網格單元進行,研究區共分成1 326個評價單元。(1)生態重要性、水網密度、耕地面積比重、耕地規模程度等密度比重類空間數據處理利用疊置分析(intersect)操作執行,將專題要素切分至格網單元后,以面積比重或密度作為分值。(2)線性數據(交通可達性)分析利用網絡分析(network analyst)中最短路徑算法進行,計算各網格中心點至縣城中心和南通市中心的交通可達時間后,通過加權計算得到各單元綜合交通可達性指標值。(3)人口、地均糧食產量等社會經濟統計數據的網格空間表達基于各類用地分析進行,首先計算各村單元的城鎮建設用地(獨立工礦除外)和農村居民點面積,根據面積分配人口;將行政單元的糧食產量切分到相應的耕地面積上,計算地均產量。

指標權重確定。要素權重分析是適宜性評價的關鍵步驟,本研究主要采用層次分析法與專家打分法相結合的方式確定權重,引導性指標權重分別為:生態重要性 0.108 6,水網密度 0.125 8,耕地比重0.181 1,耕地規模程度0.130 8,單位耕地糧食產量0.115 1;約束性指標權重分別為:人口規模0.100 5,交通通達性0.162 8和離主干道距離0.075 3。

土地適宜性評價。首先極據公式(1)用極值標準化的方式對指標分值進行標準化,消除量綱差異。對于約束性指標,則還應用1減去的方法進行處理,使得指數方向同引導性指標一致。根據公式(2)進行加權求和獲取各網格單元的適宜性指數,并利用Arc-GIS進行空間表達,獲得空間分布特征。

式中:X——處理后某單元某項指標指數;X′——處理前某單元某項指標指數;X′min——某項指標的最小值;X′max——某項指標的最大值;Si——第i網格單元的開發約束或者發展潛力指數;Eij——第i網格單元的第j要素值;Pj——第 j要素的權重。

1.2 耕地入選基本農田的空間配置

將土地適宜性評價圖與現狀耕地分布圖疊合,利用GIS技術切分,獲取耕地相對應地區的適宜性和耕地斑塊面積、集聚規模程度等屬性。土地適宜指數小的地區的耕地,劃為一般農田,若網格單元內耕地面積比重過小,且適宜指數也相對較小的,劃為一般農田,其他地區的耕地,劃為基本農田。根據以上規則,確定縣域耕地入選基本農田的空間配置結果。

2 結果與分析

2.1 土地適宜性評價指標指數分布

(1)生態重要性。周邊地區為低開發程度的土地利用方式將有利于區域內生物多樣性、水源涵養、原生生境、特殊生境等方面服務功能的保護,利用重要濕地、飲用水源保護區、清水通道維護區重要生態功能區面積比重表示,主要分布在縣域的北部和南部。(2)水網密度。一方面可以為農業提供用水;另一方面影響著土地的破碎度。因此,水網密度越大,越適宜發展農業。(3)耕地規模程度。用耕地斑塊破碎度表示,破碎度越小,耕地規模大,保護價值與保護概率越高。(4)耕地比重。耕地面積比重是反映土地利用現狀的一個指標,同時也在一定程度上反映了耕作業在該村的地位。(5)單位耕地糧食產量。糧食單產是衡量耕地生產力和產出效益的一個重要指標,需要保護一些單產高的地區,提高產出效率,保證糧食產量。(6)人口規模。人口規模影響土地開發活動,人口規模越大,建設用地需求越大,耕地保護的可能性越小。(7)交通通達性。基于2020年規劃路網圖,計算得到各單元到宿遷城區、縣城的通達時間,數據越小,通達性越好。到重要節點的通達性越好,地區發展的潛力越大,土地開發需求越大,農用適宜性相對弱化。離主要道路距離,離主要道路距離越近,耕地非農轉化的可能性越大,建設開發的可能性也就越大,耕地保護的難度增大,同時,受交通污染程度也較大,農用適宜性也就相對較低。土地適宜性評價指標指數空間分布狀況如圖1a—1i所示。

圖1 土地適宜性評價指標指數空間分布表達示意圖

2.2 土地適宜性空間分布

適宜性指數最高的區域,主要為縣域北部、南部和東西兩側部分地區,其次為縣域西部、東部以及南部部分地區;適宜性指數中等的地區主要分布在縣域中部地區,這主要是這些地區的人口規模相對較大、通達性相對較好;適宜性指數最低的區域,主要為縣城及其周邊地區和李口鎮的鎮區周邊(圖2)。

2.3 基本農田空間布局

根據適宜性指數的分布,結合專家判斷進行。首先,標定適宜性指數大于等于0.4的網格單元中的耕地為基本農田;其次,考慮到耕地規模保護,若沒有入選的網格中的現狀耕地面積比重超過70%,則同樣標定該類網格單元內的耕地為基本農田;第三,對于已經入選基本農田單元的網格,若單元內的耕地面積比重低于15%,且適宜性指數不大于0.5,則將其剔除出基本農田行列。

經過幾次操作,確定入選基本農田的耕地空間分布結果(圖3),得到江蘇省泗陽縣入選基本農田的耕地面積為 577.5 km2,占泗陽縣全縣耕地面積的84.8%。從圖1可以看出,基本農田主要分布在縣域的北部、南部以及西部,一般農田主要分布在縣城周邊、重點鎮區的周邊以及主要交通干道兩側區域的耕地。

圖2 土地適宜性評價結果

圖3 基本農田空間配置

3 結論

(1)耕地保護是永久性課題,但在開發過程中,往往是建設空間優先,耕地被占用后往往是通過“占補平衡”進行補充,或直接被建設占用,耕地保護與建設空間發展存在矛盾。協調好開發建設與耕地保護之間關系意義重大。本文基于適宜性評價和現狀情況確定耕地入選基本農田保護空間布局,可以做到因地制宜地、有選擇地保護耕地,增強了保護的有效性,同時選擇了一定的一般農田作為地區開發建設的備用空間,可以滿足開發建設的需求。

(2)通過研究分析,泗陽縣劃入基本農田的耕地面積577.5 km2,占全縣耕地面積的84.8%。這一結果符合國內的實際情況,具有一定的科學意義,研究方法可行可靠,可對地區基本農田空間配置提供一定的指導,為基本農田空間配置研究提供新視角。

(3)土地適宜性評價是客觀性的本底評價,要素權重的差異影響適宜性評價結果,雖然本文采用專家經驗與定量計算相結合的方式確定權重,但因素之間的關系確定還顯簡化,值得進一步探討。

(4)如何落實合理的基本農田空間布局,除因地制宜地科學選擇外,還需要強有力的政策保障措施,如如何保證基本農田保護多的地區的社會福利問題,均衡地區之間發展差異等,還需要建立一套如人口轉移、財政轉移支付、生態補償和差異化的政績考核制度等。下一步可根據需要,加強政策、制度等方面的相關研究,增強基本農田保護的實施力度。

[1]張蕾娜,劉曉燕.農用地分等定級成果在基本農田保護中的應用研究[J].地域研究與開發,2007,26(4):87-89.

[2]王鑫美.基本農田保護制度需完善的幾個方面[J].中國土地,2005(9):41.

[3]唐健.基本農田保護:問題與對策[J].中國土地,2004(7):24-28.

[4]殷海善,陶運平,蘭仁德.山西省基本農田保護的現狀、預測與對策研究[J].山西農業科學,2007,35(6):8-11.

[5]陳雯,孫偉,段學軍,等.蘇州地域開發適宜性分區[J].地理學報,2006,61(8):839-846.

[6]孫偉,陳雯,段學軍,等.基于生態—經濟重要性的濱湖城市土地開發適宜性分區研究:以無錫市為例[J].湖泊科學,2007,19(2):190-196.

[7]金志豐,趙海霞,陳雯.海門沿江地區開發適宜性分區研究[J].長江流域資源與環境,2008,17(1):16-21.

[8]金志豐,陳雯,孫偉,等.基于土地開發適宜性分區的土地空間配置:以宿遷市區為例[J].中國土地科學,2008,22(9):43-50.

[9]國務院.基本農田保護條例[EB/OL].(2005-12-05)[2009-02-25].http:∥www.mlr.gov.cn/pub/gtzyb/zcfg/tdg1f1fg/t2004 0624 0370.htm.