城市郊區基本農田安全風險研究①——以眉山市東坡區為例

白根川，夏建國，王昌全，楊 娟，王 鵬(四川農業大學資源學院，成都 611130)

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城市郊區基本農田安全風險研究①——以眉山市東坡區為例

白根川，夏建國*，王昌全，楊 娟，王 鵬
(四川農業大學資源學院，成都 611130)

摘 要：基本農田生態風險區域的確定對保障糧食安全、實現經濟社會的可持續發展具有十分重要的意義。本文基于GIS平臺，利用最小累計阻力模型，對成都平原城市眉山市東坡區的基本農田生態風險區域進行了研究。在該研究中以東坡區基本農田規劃圖中提取的基本農田數據作為累計阻力“源”，選取了坡度、土地利用類型等6個因子作為阻力層進行分析。結果通過把最小累計阻力柵格的突變點作為臨界點，設定閾值，劃分出了基于阻力值的4個功能區：基本農田生態安全重點區域、一般區域、過渡區域和非基本農田區域?；巨r田安全風險區域的確定可為當地科學全面規劃提供決策依據。

關鍵詞：基本農田；最小累計阻力模型；眉山市東坡區；閾值

基本農田保護區的劃定是最大限度保護稀缺耕地資源、穩定農業基礎主體地位的重要手段。目前在基本農田保護區劃定過程中，還存在較多簡單地以基本農田保護率作為基本農田保護控制指標，基本農田保護區“劃遠不劃近”、“劃劣不劃優”的狀況。有的雖采用了“指標控制與土地用途分區相結合”，但仍然偏重指標控制，而較為忽視土地用途分區的空間管制作用。目前已有相關學者針對基本農田保護區的合理劃分方式進行了多方面研究，在全面考慮耕地自然與社會經濟影響因素、耕地自身生產能力等的基礎上，通過土地適宜性評價、農用地分等定級等方法[1-5]，來劃分基本農田的合理空間分布區域，一定程度上提高了基本農田劃分的科學性。但對于平原城市郊區，其建成區的快速擴張方式多呈環狀外擴的勢態，一方面城市化發展要求建設用地規模化集中布局，其規?；l展很可能影響到城市邊緣郊區的農用地甚至基本農田；另一方面由于建設用地本身指標緊張、用地矛盾尖銳[6]，其基本農田發生變化的可能趨勢遠遠高出丘陵區城市和山區城市[7]。因此平原城市建設發展過程中基本農田潛在被占用的風險明顯偏高。本研究從基本農田生態安全風險的角度出發，借助GIS空間分析技術，研究基本農田因受周邊各種土地景觀的影響而進行用途轉換所需克服的各種阻力類型以及累計阻力大小，得出基本農田潛在被破壞和被占用的不同風險空間區域，從而為提出平原城市郊區基本農田保護區劃定及保護措施的實施提供科學合理的依據。

1 研究區概況

眉山市東坡區位于103°26′57″～103°59′15″E，29°24′43～30°16′56″N，地處成都平原西南部，北倚彭山，南瞰夾江、青神，東臨仁壽，西望丹棱、蒲江(圖1)。東坡區屬亞熱帶濕潤性季風氣候，年平均氣溫17.1℃，年平均降雨量大于1 000 mm。全區地勢西北高、東南低，其中沖積平原約占30%，緩丘平壩約占60%，低山約占10%。岷江縱貫縣境東部，境內流長46 km[8]。全區耕地主要分布在沿河谷階地及中淺丘區，耕地土壤酸堿度適中，肥力中等偏高[9]。基本農田主要分布在岷江流域及其支流沿地勢相對平緩的區域。東坡區作為眉山市政治、經濟、文化、商貿中心，隨著近幾年來成都平原經濟圈城市化進程的深入推進，東坡區社會經濟發展迅速，在眉山市社會經濟發展中的戰略地位不斷提高，城市規模不斷擴張，其基本農田保護受到一定程度威脅。

圖1　眉山市東坡區位置圖Fig.1 Location of Dongpo district

2 研究方法

本研究中土地利用現狀及基本農田分布數據信息來源于東坡區土地利用變更調查圖(2013年)及東坡區基本農田規劃圖(2010—2020年)，東坡區DEM數據來自中國科學院計算機網絡信息中心國際科學服務平臺。從土地利用現狀圖提取了道路、河流、坑塘等數據。將數據全部轉為ArcGIS的shape格式并統一進行影像配準，投影到西安1980坐標系下，中央經線105°，同時將所有矢量數據全部轉化成30 m × 30 m柵格圖像。

最小累計阻力模型是模擬某個物種在從“源”到達目的地運動過程中所需克服阻力而耗費代價的模型。該模型主要有3個要素：“源”、阻力層、阻力值，可通過綜合計算從“源”到每一個介質單元的最小阻力值來衡量“源”到某點的易達性[10-13]，因此可用于反映基本農田變遷運動的潛在可能性及運動趨勢。在本研究中，應用ArcGIS的空間分析功能，借助最小累計阻力模型，計算各阻力層斑塊離基本農田“源”的最小累計阻力值，生成基本農田擴展的最小累計阻力表面，進而根據計算分析結果，確定各分區相應的閾值，最終劃分得出東坡區基本農田生態安全重點區域、一般區域、過渡區域和非基本農田區域。

3 東坡區基本農田安全風險區域劃分

3.1 基本農田擴展“源”的確定

“源”是事物維持和擴散的源點，它具有內部同質性和向四周擴張或向“源”本身匯集的能力[14-16]。在本研究中，將東坡區基本農田規劃圖中提取的基本農田作為“源”。由于現狀基本農田本身具有的良好自然屬性及相對較高的農業生產能力，因此將其提取作為本研究的“源”圖層(圖2)。提取的基本農田面積為64 096.00 hm2，占耕地總面積的84.94%。

圖2　東坡區基本農田分布Fig.2 Prime farmland map of Dongpo District

3.2 基本農田擴展阻力層的構建

基本農田需要克服一定的土地利用景觀阻力，即擴展影響因子來實現其擴張過程。原則上基本農田的分布主要受地形(海拔、坡度)、周邊土地利用現狀類型、交通情況、土壤質量、灌溉條件、土地連片程度、投入產出等諸多因素的影響[17-18]。在本研究中，土壤質量等內在因素已通過“源”自身的劃定進行了反映，即設定現狀基本農田均為土壤質量較高、亟需保護的區域，重點在于分析基本農田分布受外界土地利用景觀阻力影響而產生未來變化的風險趨勢，因此阻力因子選取主要考慮坡度、土地利用類型、主要道路、次要道路、河流水庫分布、坑塘分布6個因素，作為基本農田生態景觀阻力因素?；巨r田擴展時通過景觀介質的難易程度用阻力值表示，各種景觀介質對事物擴展所造成的阻力是有差別的，該差別可以通過事物對景觀的適宜程度及相互轉換難度來確定。本研究采用權重賦值的方法來確定阻力值。本文設定10作為最大阻力值，并假定在阻力值達到10的情況下，基本農田將受到難以避免的嚴重威脅，而阻力值為1的像元則代表基本農田的最適宜生態地[19]。各因子阻力值的確定方式如下：

坡度：根據國家退耕還林政策，坡度在25° 以上的耕地將全部退耕還林，因此對坡度25° 以上的用地區域賦予最大阻力值。同時在實際生產中，坡度越平緩越有利于土地的耕作利用，所以相應地坡度越大，其阻力就越大，反之則小。

土地利用現狀：根據研究需要，將東坡區土地利用類型進行重分類，共分為農用地、建設用地、林地、水域、未利用地5大類。對于最小累計阻力而言，土地利用類型的影響主要表現在其與基本農田之間的相互轉換趨勢的難易程度[20]。顯然在這5大類用地中，阻力最大的是建設用地，而阻力最小的是農用地。

道路：東坡區境內有成昆鐵路、成樂高速和省道103、106線等交通線路，形成了到成都1小時、到各鄉鎮和鄰縣半小時的快速交通網。在本研究中道路是個雙向指標，對于基本農田的擴展具有兩方面的影響。對于主要道路(鐵路、高速公路)而言，其自身的區域分割性、排外性嚴格限制著基本農田的發展。而對于村道、田間路等次要道路路網來說，其較高的密集度和與外界土地利用景觀介質較強的相容性可以很好地提高基本農田之間及其與外界的通達度，有利于各項保護措施的開展，對于基本農田的生態保護能起到正面、積極的作用。因此在本研究中，設定距離主要道路越近，基本農田擴展阻力越大；距離次要道路越近，則阻力越小。

水域：水域的影響方式類似于道路，但又有其特殊之處?；巨r田如果距離大型河流水庫太近，會受到潛在被淹沒的威脅，而距離太遠水源又不利于灌溉，所以距離適中的區域的阻力是最小的。而坑塘作為農田小型水域，距其越近越有利于農田的灌溉，阻力也就越小。

由此，根據各種景觀表面介質對基本農田的影響程度，在0～10之間對其賦予相應的阻力值(表1)。

表1　不同影響因子對基本農田擴展的阻力值Table 1 Resistance values of different factors for prime farmland extensions based on expert advice and literatures

3.3 各因子阻力柵格與最小累計阻力柵格的建立

按照以上的阻力分級，對各阻力要素進行阻力柵格的建立，其中坡度和土地利用類型因子在處理時根據屬性直接進行重分類賦予相應的阻力值，而另外的4個因子則需先采用spatial analyst里面的straight line分析，再根據要求進行重分類賦值(圖3)。然后根據各阻力因子對基本農田影響的大小賦予相應的權重，并進行圖層加權計算，生成最終的阻力柵格表面(圖4)，最后再通過最小累計阻力模塊，計算生成最終的最小累計阻力圖層(圖5)。

3.4 基本農田生態安全風險區域劃定

閾值確定是劃分基本農田不同生態安全風險區域類型的關鍵。在劃分閾值時，參照阻力面格點頻率及其拐點，采用“自然斷點法”(natural breaks)，依據實際農業需要劃分。圖6中A、B、C、D 4處阻力值前后的值突變明顯，表明其兩側土地利用阻力差異較大，因而可作為劃分基本農田生態安全風險區域的臨界點。通過閾值劃分，將東坡區基本農田生態安全風險區域用地分為4個類型：基本農田生態安全重點區域、一般區域、過渡區域和非基本農田區域(圖7)?；巨r田生態安全重點區域總面積約486 km2，約占耕地總面積的81%。在該區域中“源”地占據絕大部分，其阻力值是4大區域中最小的，是基本農田的核心區域，必須得到充分的保護。一般區域面積16.4 km2，阻力值稍大于基本農田區，該區域只要經過適當的改造便可以在今后作為基本農田的后備土地。過渡區域面積18.3 km2，主要是作為緩沖區域，該區阻力值大且變化復雜，不太穩定，主要是緊鄰主要交通干道、工業區等干擾程度較高的用地類型。非基本農田區域則是阻力值最大的區域，主要是大型河流、道路所在區域，在將來的一段時間內基本上沒有改造成為基本農田的可能性。

圖3　各阻力因子阻力分級圖Fig.3 Resistance grading maps of different factors

4 結論與討論

1)本文基于GIS平臺，從現有基本農田變化趨勢著手，通過最小累計阻力分析，以東坡區2008年基本農田作為“源”，以該區坡度、用地類型、道路、水域分布等6個因子構建阻力面并得到相應的6個阻力圖層，通過加權計算合并出最終的最小累計阻力柵格圖層，將其與“源”圖層在最小累計阻力模型下進行計算分析，通過把阻力值的拐點作為臨界點，劃分出了東坡區基本農田生態安全重點區域、一般區域、過渡區域和非基本農田區域，可為該區基本農田的空間保護提供更多參考。

圖4　阻力柵格圖Fig.4 Resistance raster

圖5　最小累計阻力圖Fig.5 Minimum cumulative resistance

圖6　阻力面格點頻率序列及拐點圖Fig.6 Pixel frequency sequence and inflexion of resistance surface

圖7　東坡區基本農田保護功能分區圖Fig.7 Function zoning map of Dongpo district

2)目前國內外關于基本農田的劃分研究仍是以對土地進行適宜性評價和分等定級的靜態方法為主。而通過最小累計阻力模型進行的分析，則是一個逆向思維的動態方法，它通過分析基本農田克服各阻力因子而發展的趨勢來劃定基本農田安全風險范圍，得出受到較大阻力威脅的基本農田區域以及擴張趨勢顯著的基本農田區域，由此可為基本農田的科學劃定提供更科學的動態決策依據。

3)盡管該方法相對適宜性評價法等而言更加客觀，但在阻力因子的選取、阻力值的賦予及最終閾值的確定上仍存在一定的主觀性，因此在最終劃定區域后，還可結合實地確認，并結合當地政策對阻力閾值進行相應的科學調整。

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Division of Prime Farmland Based on MCR——A Case Study of Dongpo District in Meishan City

BAI Genchuan,XIA Jianguo*,WANG Changquan,YANG Juan,WANG Peng
(College of Resources,Sichuan Agricultural University,Chengdu 611130,China)

Abstract:Determination of basic farmland ecological risk region is important to ensure food security,sustainable economic and social development in China.Based on GIS and by using the minimum cumulative resistance model,basic farmland ecological risk region of Dongpo district in Meishan City,Chengdu plain city were evaluated.By choosing the basic farmland of Dongpo district as the ‘source’,and taking slope,land use types,distance from the main road,distance from the secondary road,distance from the river and distance from ponds as the resistance layer,minimum cumulative resistance grid point mutations as a threshold point,four function areas named as basic farmland key area,general area,transition area and non basic farmland area had been determined.Determination of basic farmland ecological risk region can provide scientific decisionmaking basis for the study area.

Key words:Basic farmland; MCR; Dongpo district in Meishan City; Threshold

作者簡介：白根川(1977—)，男，重慶梁平人，碩士，實驗師，主要從事水土資源及環境可持續研究。E-mail:45826046@qq.com

* 通訊作者(xiajianguo@126.com)

基金項目：①國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B00)資助。

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.01.025

中圖分類號：F301.23