王建英,李江風(fēng),,鄒利林
(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)濟管理學(xué)院,武漢430074;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院,武漢430074)
隨著我國人口的持續(xù)增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類對耕地資源的壓力和威脅與日劇增,耕地資源數(shù)量急劇下降和質(zhì)量明顯減退的現(xiàn)狀引起了政府和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[1],將優(yōu)質(zhì)耕地劃為永久基本農(nóng)田,實施特殊保護成為保障國家糧食安全和保護耕地的一種有效措施。我國耕地入選基本農(nóng)田的相關(guān)研究已較為廣泛,早期的研究多從耕地自然質(zhì)量評價出發(fā)[2-3],篩選出土壤肥沃、分布集中連片等高質(zhì)量耕地劃為基本農(nóng)田保護區(qū)。然而這種基本農(nóng)田劃定思路缺少對耕地立地條件的考慮,造成基本農(nóng)田被頻繁調(diào)入和調(diào)出,不具有穩(wěn)定性和長久性[2,4]。因此,考慮社會經(jīng)濟發(fā)展中建設(shè)占用耕地的需求,部分學(xué)者通過綜合考慮耕地自然質(zhì)量和社會經(jīng)濟影響因素,構(gòu)建基本農(nóng)田決策模型,并依據(jù)耕地綜合質(zhì)量排序結(jié)果劃定基本農(nóng)田[5-8],以權(quán)衡社會經(jīng)濟發(fā)展需求與保障基本農(nóng)田質(zhì)量之間的矛盾。目前的相關(guān)研究中較少考慮基本農(nóng)田,特別是永久性基本農(nóng)田劃定對區(qū)域生物多樣性保護、生態(tài)流水平移動等景觀生態(tài)安全格局的影響,特別是在生物多樣性豐富地區(qū),基本農(nóng)田保護區(qū)內(nèi)化肥農(nóng)藥的不當(dāng)使用產(chǎn)生土壤污染、引起生物鏈斷裂,對區(qū)域內(nèi)生物多樣性保護產(chǎn)生很大的負(fù)面作用,不利于協(xié)調(diào)區(qū)域人口、資源和環(huán)境之間的關(guān)系[9]。針對這一問題,本文以樂東黎族自治縣為例,考慮研究區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和生物多樣性保護對基本農(nóng)田保護的影響,構(gòu)建耕地入選基本農(nóng)田的決策模型,采用熵權(quán)理想點逼近法對耕地質(zhì)量綜合評價結(jié)果進行排序,篩選出符合入選條件的耕地劃為基本農(nóng)田,為新一輪土地利用總體規(guī)劃編制中基本農(nóng)田的科學(xué)劃定提供思路借鑒。
樂東黎族自治縣位于海南島西南部,北緯18°24′—18°58′,東經(jīng)108°39′—109°24′,屬于典型的干濕季交替熱帶區(qū)域。全縣東西長72km,南北寬58km,共有建制鎮(zhèn)11個,2010年總?cè)丝跒?25 830人。據(jù)全國第二次土地調(diào)查結(jié)果顯示:樂東黎族土地自治縣總面積為2 763.22km2,耕地面積47 568.12 hm2,占土地總面積的17.20%。其中,水田面積為29 553.51hm2,水澆地面積為329.26hm2,旱地面積為17 685.34hm2,分別占耕地總面積的62.13%,0.69%,37.18%。人均耕地面積0.091hm2,略低于全國平均水平0.091 3hm2。
研究區(qū)森林覆蓋率高達70%,區(qū)內(nèi)尖峰嶺國家自然保護區(qū)幾乎涵蓋了世界熱帶地區(qū)所有的植被類型,物種資源豐富,包括海南蘇鐵、水松、水杉、毛坡壘、望天樹、金絲李、野生蘭和野生稻等在內(nèi)的2 835種國家級和省級重點保護植物和包括黑長臂猿、云豹、獼猴、黑熊、白鷺、黃鸝、畫眉、八聲杜鵑、原雞、白鷴、孔雀雉、蛇雕等在內(nèi)的2 300多種國家重點保護動物和珍稀動物。豐富多樣的物種資源,不僅具有極高的聽覺、視覺和觀賞價值,還具有巨大的生態(tài)價值。
研究使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括樂東黎族自治縣耕地自然等級圖,第二次農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖及數(shù)據(jù)(2009年),樂東黎族自治縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)文本和相關(guān)圖件等,均來源于《海南省樂東黎族自治縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)年》項目和《樂東黎族自治縣基本農(nóng)田劃定(補劃)》項目。
2.2.1 研究思路 耕地入選基本農(nóng)田實質(zhì)上是一個復(fù)雜的決策問題,需要綜合考慮多方面因素的影響[5],如耕地自身的條件(土壤肥力、區(qū)位條件、坡度等)、人為因素的影響(政策限制等)、社會經(jīng)濟發(fā)展需求(建設(shè)占用等),生態(tài)安全(生物多樣性保護、景觀格局等)。本文以海南省基本農(nóng)田保護規(guī)劃的相關(guān)理論和政策為指導(dǎo),結(jié)合實地野外調(diào)研的結(jié)果,提出優(yōu)先生物多樣性保護的耕地入選基本農(nóng)田的決策思路。首先將土地利用總體規(guī)劃中建設(shè)占用和生物多樣性極豐富區(qū)的耕地剔除;其次耕地綜合質(zhì)量評價體系是在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上[6,10-13],構(gòu)建耕地綜合質(zhì)量評價體系對耕地進行綜合質(zhì)量排序,從耕地自然質(zhì)量、區(qū)位條件、水利設(shè)施條件、城鎮(zhèn)村鎮(zhèn)輻射影響、生態(tài)安全5個方面選取8個評價決策指標(biāo)進行評價,運用層次分析法,對耕地入選基本農(nóng)田評價指標(biāo)進行權(quán)重確定(表1),以GIS軟件為平臺,采用熵權(quán)理想點逼近排序法確定耕地綜合質(zhì)量等級的高低,最終劃定基本農(nóng)田保護區(qū)的范圍。具體技術(shù)路線如圖1所示。

表1 耕地入選基本農(nóng)田評價決策指標(biāo)

圖1 技術(shù)路線圖
2.2.2 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理主要采用ArcGIS軟件,具體處理過程如下:(1)從樂東黎族自治縣第二次農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖(2009年)中提取出耕地利用現(xiàn)狀圖(包括水田、水澆地和旱地),保存為shp格式,面積合計為47 568.12hm2;(2)將耕地自然質(zhì)量等級圖從北京54坐標(biāo)校正為與耕地利用現(xiàn)狀圖一致的西安80坐標(biāo),并對兩者進行空間分析,獲得每一個耕地圖斑對應(yīng)的耕地自然質(zhì)量等指數(shù);(3)在3D Analyst模塊中,利用等高線創(chuàng)建TIN文件,獲得研究區(qū)坡度圖,與耕地利用現(xiàn)狀圖進行相交分析得到每塊耕地圖斑對應(yīng)的坡度;(4)將耕地以地理圖斑為單元進行Buffer分析,設(shè)置緩沖半徑參數(shù)為20m,得到耕地緩沖區(qū)圖;將破碎的耕地緩沖區(qū)采用Dissolve工具進行融合;融合后的緩沖區(qū)與現(xiàn)狀耕地進行相交分析,得到每個耕地圖斑對應(yīng)的緩沖區(qū)面積。耕地連片面積采用緩沖區(qū)面積表示;(5)利用Euclidean Distance工具對從樂東黎族自治縣第二次農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖(2009年)中提取的水域、交通用地、城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點進行緩沖區(qū)分析,得到縣水域緩沖區(qū)分析圖;運用Zonal Statistics工具計算每個耕地圖斑中心點到水域、交通用地、城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點中心點的最小距離;(6)將生物多樣性豐富度分區(qū)圖與耕地圖斑進行相交分析,得到每個耕地圖斑上的生物多樣性豐富度。
考慮區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中的建設(shè)用地、生物多樣性保護及地方其他政策性因素占用基本農(nóng)田,故在劃定基本農(nóng)田前將可能被占用的耕地調(diào)出。調(diào)出的耕地主要包括:(1)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)中新增建設(shè)用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展范圍內(nèi)的耕地;(2)國家和省重點建設(shè)項目規(guī)劃范圍內(nèi)的耕地,已列入國家或者本省城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃近期建設(shè)控制區(qū)內(nèi)的耕地,已列入國家或者本省規(guī)劃的非農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)近期建設(shè)控制區(qū)內(nèi)的耕地;(3)生物多樣性豐富度極為豐富區(qū)內(nèi)的耕地。第二次農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的耕地面積為47 568.12hm2,建設(shè)占用預(yù)留耕地544.89hm2,生物多樣性保護占用耕地101.54hm2,剩余的耕地面積為46 921.69hm2,可以滿足土地利用總體規(guī)劃確定的基本農(nóng)田保護區(qū)規(guī)模不得低于46 755hm2的要求。
3.2.1 構(gòu)造規(guī)范化的決策矩陣 樂東黎族自治縣內(nèi)14 857塊耕地組成決策對象集A={a1,a2,…,an,n=14 857},根據(jù)實際情況以及耕地入選基本農(nóng)田的決策指標(biāo)體系,確定一組決策指標(biāo)F={f1,f2,…,fm,m=8}。決策對象ai(i=1,2,…,m)在決策指標(biāo)fi(i=1,2,…,m)下的取值為xij,由xij組成決策矩陣:

由前面層次分析法確定的指標(biāo)權(quán)重表示為:
W = [w1,w2,…,wm]T= [0.173,0.1213,0.0825,0.2562][0.0479,0.0731,0.1347,0.112]T
矩陣X乘以權(quán)重,決策矩陣X就轉(zhuǎn)化為一個規(guī)范化的決策矩陣R。

式中ri=(ri1,ri2,…,rim)(i=1,2,…,n)可看作歐式空間里的一個“決策點”。
3.2.2 理想點法排序
(1)確定理想點和反理想點。一般來說,決策指標(biāo)可分為收益型指標(biāo)和損失型指標(biāo)。收益型指標(biāo)數(shù)值越大對于評估結(jié)果越有利,如耕地自然質(zhì)量等指數(shù);損失型指標(biāo)數(shù)值越大對于評估結(jié)果越有害,如耕地到城鎮(zhèn)用地的距離。用M1表示理想點,M2表示反理想點。當(dāng)指標(biāo)為收益型時,理想點為矩陣R的列向量的最大值,反理想點則為最小值;當(dāng)指標(biāo)為損失型時,理想點為矩陣R的列向量的最小值,反理想點為最 大 值。即:M1= (p1′,p2′,…,pm′),M2= (p1″,p2″,…,pm″)
(2)理想點評價函數(shù)。即計算評價單元到理想點M1和反理想點M2的“距離”,第i塊耕地i(1,2,…,n)到M1和M2兩點的“距離”,分別用S1i和S2i表示。

S1i值越小,說明評價單元距離理想點越近,耕地入選基本農(nóng)田的優(yōu)先程度越大;S2i值越小,說明評價單元距離反理想點越近,耕地入選基本農(nóng)田的優(yōu)先程度越小;因此,評價單元的S1i值越小,S2i值越大,即為劃定基本農(nóng)田的優(yōu)選耕地。
(3)計算理想點的貼近度。

顯然Ti∈[0,1],用指標(biāo)Ti進行評價時,Ti值最大的規(guī)劃方案即為最佳規(guī)劃方案。
(4)綜合排序。計算14 857個耕地對應(yīng)的貼近度并進行排序,Ti值大的耕地入選基本農(nóng)田的優(yōu)先度越高。若兩塊耕地的貼近度相同,則以距理想點的“距離”值較小者為優(yōu)選耕地。
樂東黎族自治縣耕地入選基本農(nóng)田綜合質(zhì)量評價選擇耕地自然質(zhì)量等指數(shù)、耕地坡度、耕地連片程度、灌溉保證率、城鎮(zhèn)輻射影響和村鎮(zhèn)輻射影響、距道路距離、生物多樣性豐富度8個評價指標(biāo),運用層次分析法確定權(quán)重,采用熵權(quán)理想點逼近法對14 857塊耕地質(zhì)量進行了綜合評價,并根據(jù)貼近度的大小對耕地入選基本農(nóng)田的優(yōu)先程度排序。根據(jù)貼近度將耕地圖斑分為5個區(qū)間,即:最優(yōu)區(qū)間、較優(yōu)區(qū)間、一般區(qū)間、較差區(qū)間和最差區(qū) 間,其貼近度的范圍依次為(0.640 5,0.916 8],(0.526 6,0.640 5],(0.429 5,0.526 6],(0.330 2,0.429 5],[0.0000,0.330 2],分別占耕地總面積的 12.60%,33.33%,29.90%,10.73%,13.45%。其中較優(yōu)區(qū)間和一般區(qū)間的耕地面積最多,在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布;最優(yōu)區(qū)間的耕地主要分布在濱海佛羅鎮(zhèn)和尖峰鎮(zhèn),最差區(qū)間的耕地主要分布在抱由鎮(zhèn)、利國鎮(zhèn)和千家鎮(zhèn)(表2)。
按照土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)中確定的基本農(nóng)田保護區(qū)規(guī)模,依據(jù)各個耕地圖斑的理想點貼近度進行排序,將排序結(jié)果中名次靠前且總面積之和大于等于46 755hm2的耕地劃為基本農(nóng)田,共有14 573塊耕地劃入基本農(nóng)田,合計46 756.89hm2。

表2 評價結(jié)果hm2
耕地入選基本農(nóng)田綜合評價是采用熵權(quán)逼近理想點法計算貼近度的大小來衡量的。評價結(jié)果可以作為耕地入選基本農(nóng)田的依據(jù),但這必須建立在評價結(jié)果真實可靠的基礎(chǔ)上,因此有必要對評價結(jié)果的準(zhǔn)確合理性進行分析。
(1)貼近度最優(yōu)區(qū)間(0.640 5,0.916 8]內(nèi)無自然質(zhì)量等級低的五等地和四等地,而與質(zhì)量等別最高的一等耕地耦合度最高,約有70%左右的一等耕地劃入最優(yōu)區(qū)間,且集中分布在西南濱海地區(qū)和東部內(nèi)陸山區(qū),剩余的一等地耕地都劃入了較優(yōu)區(qū)間和一般區(qū)間;而在最差區(qū)間中,自然質(zhì)量等級較差的五等耕地占該區(qū)間耕地總量的30%,四等耕地占該區(qū)間耕地總量的63%,主要分布在西部濱海的尖峰鎮(zhèn)和佛羅鎮(zhèn),無自然質(zhì)量高的一等地和二等地。基本農(nóng)田綜合排序結(jié)果與耕地自然質(zhì)量等指標(biāo)數(shù)值具有較強的一致性。
(2)研究區(qū)耕地多分布在坡度極為平緩的0~3°和3°~5°區(qū),故貼近度分區(qū)中均以0~3°和3°~5°的平地和緩坡地為主,在分布于西南濱海鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最優(yōu)區(qū)間(0.640 5,0.916 8]中,88%左右的耕地坡度在0~3°之間,而最差區(qū)間中0~3°之間坡度比例僅占60.45%,說明排序結(jié)果與耕地坡度級別基本一致,與質(zhì)量等別高的耕地分布也具有一致性的,排序結(jié)果十分合理。
(3)最優(yōu)區(qū)間中耕地到河流水域的距離在1 000 m以內(nèi)的耕地數(shù)量最多,約占耕地總量的67%,且該區(qū)間內(nèi)沒有距離超過4 000m的耕地;在較優(yōu)區(qū)間中到河流水域距離在1 000m以內(nèi)的耕地則占70%左右,超過4 000m的耕地僅占1.4%;在較差區(qū)間中耕地到河流水域的距離在6 000m以外的耕地數(shù)量較多,約占區(qū)間耕地總量的74.5%,而距離在1 000m以內(nèi)的僅占11.2%;在最差區(qū)間中耕地到水域的距離在6 000m以外的占區(qū)間耕地最多,約占該區(qū)間耕地總量的99.85%,沒有距離在1 000m以內(nèi)的耕地。通過排序結(jié)果與水利基礎(chǔ)設(shè)施水平指標(biāo)的比較,說明排序結(jié)果與水利基礎(chǔ)設(shè)施水平指標(biāo)數(shù)值有很強的一致性。
(4)最優(yōu)區(qū)間中耕地到道路用地的距離在1 000 m以內(nèi)的耕地數(shù)量最多,占區(qū)間耕地總量的67%,主要分布在各建制鎮(zhèn)的周邊地區(qū),距離在1 000~6 000 m以內(nèi)的耕地占該區(qū)間耕地總量的33%,沒有距離在6 000m以外的耕地;在較優(yōu)區(qū)間中,距離在1 000 m以內(nèi)的耕地占區(qū)間耕地總量的70.82%,距離在6 000m以外的耕地僅占1.4%;在最差區(qū)間中,距離在6 000m以外的耕地占區(qū)間耕地總量的99.85%,沒有距離在1 000m以內(nèi)的耕地;在較差區(qū)間中,距離在6 000m以外的耕地占區(qū)間耕地總量的74.49%,距離在1 000m以內(nèi)的耕地僅占11.20%。通過比較分析,說明在交通區(qū)位條件指標(biāo)的檢驗下,排序結(jié)果準(zhǔn)確合理。
(5)生物多樣性極豐富區(qū)內(nèi)的耕地已經(jīng)剔除,最優(yōu)區(qū)間中基本無生物多樣性豐富區(qū),以生物多樣性不豐富區(qū)為主,主要分布在濱海的尖峰鎮(zhèn)、佛羅鎮(zhèn)。生物多樣性較豐富區(qū)與耕地分布的空間耦合性較低,約為172hm2,多分布在一般區(qū)間中。耕地入選基本農(nóng)田的最差區(qū)間內(nèi),以生物多樣性不豐富區(qū)為主,有少量的生物多樣性一般區(qū)。通過比較分析,說明耕地綜合質(zhì)量排序受到生物多樣性豐富度這一因子的影響,排序結(jié)果準(zhǔn)確合理。
通過將耕地入選基本農(nóng)田綜合排序結(jié)果與耕地自然質(zhì)量等級、耕地坡度、水利基礎(chǔ)設(shè)施水平、交通區(qū)位條件、生物多樣性豐富度5個評價指標(biāo)進行比較分析,說明樂東縣2009年土地利用現(xiàn)狀耕地的綜合質(zhì)量評價結(jié)果準(zhǔn)確可靠,可以作為科學(xué)合理劃定基本農(nóng)田的依據(jù)。
(1)耕地入選基本農(nóng)田的相關(guān)研究已較豐富,依據(jù)耕地質(zhì)量評價結(jié)果劃定基本農(nóng)田已成為學(xué)者的共識[14]。在耕地質(zhì)量評價過程中,本研究不僅考慮了建設(shè)預(yù)留耕地的需要,還加入了研究區(qū)生物多樣性保護對基本農(nóng)田布局的要求,避免基本農(nóng)田劃定及后續(xù)基本農(nóng)田整治工程對區(qū)域物種生境保護和生物多樣性維持產(chǎn)生負(fù)面影響,為生物多樣性豐富區(qū)的基本農(nóng)田劃定提供了參考。
(2)應(yīng)用GIS技術(shù)和熵權(quán)理想點排序法相結(jié)合的基本農(nóng)田劃定能夠客觀地反映每塊耕地的綜合質(zhì)量,并依據(jù)上級下達的任務(wù)及時調(diào)整基本農(nóng)田的數(shù)量和空間分布,為劃定永久性基本農(nóng)田提供依據(jù),為區(qū)域耕地保護和糧食安全提供保障。
(3)樂東縣現(xiàn)存耕地面積47 568.12hm2(調(diào)出不適宜的耕地之前),而海南省下達的基本農(nóng)田保護區(qū)面積高達46 755hm2,占耕地總面積的98.29%,這一情況直接導(dǎo)致幾乎所有的耕地都會調(diào)入基本農(nóng)田。然而,綜合考慮社會經(jīng)濟發(fā)展和生物多樣性保護的要求的耕地適宜性評價結(jié)果表明,約有13.45%的耕地綜合質(zhì)量較差,不適宜劃為基本農(nóng)田,無法“保質(zhì)”完成上級下達的指標(biāo),應(yīng)重新協(xié)商避免劣質(zhì)耕地劃入基本農(nóng)田。基于生物多樣性保護的基本農(nóng)田決策模型不僅為基本農(nóng)田客觀合理劃定提供依據(jù),還可以隨時依據(jù)耕地的實際質(zhì)量狀況,對已劃定為基本農(nóng)田的耕地的空間位置、數(shù)量實施有效的動態(tài)監(jiān)測。
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