基于GIS的低山丘陵區宜耕未利用地開發潛力評價及分區

陳靜++劉秀華

摘要：以重慶市南川區為例，以地理信息系統（GIS）空間分析技術為基礎，結合層次分析法（AHP）和特爾菲法（Delphi），構建宜耕未利用地開發適宜性評價模型、補充耕地潛力模型，對重慶市低山丘陵區宜耕未利用地開發適宜性與潛力分區進行分析。結果表明，研究區宜耕未利用地開發適宜性分為3個等級，即適宜、比較適宜、不適宜，面積分別為169.32、627.18、4 343.47 hm2，分別占研究區總面積的3.29%、12.20%、84.51%；研究區宜耕未利用地實際開發潛力為 796.5 hm2，預計可新增耕地面積566.06 hm2。潛力分區結果表明，研究區可劃分為4個潛力區和1個無潛力區，其中，Ⅰ級潛力區實際開發潛力 362.63 hm2，可新增耕地258.23 hm2；Ⅱ級潛力區實際開發潛力 286.72 hm2，可新增耕地203.59 hm2；Ⅲ級潛力區實際開發潛力100.47 hm2，可新增耕地71.32 hm2；Ⅳ級潛力區實際開發潛力 46.68 hm2，可新增耕地32.92 hm2。

關鍵詞：GIS；低山丘陵區；未利用地；宜耕地；適宜性評價；重慶市南川區

中圖分類號：F323.211文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0498-04

土地數量的有限性和土地需求的增長性構成土地資源持續利用的特殊矛盾。隨著人口增長和社會經濟的快速發展，以及工業化和城鎮化的進程，對建設用地的需求量有極大的增加，這將占用大量的土地，使我國耕地數量大大減少，促使土地資源的生產能力及其景觀環境與人類生活水平不斷提高之間的矛盾，人口與資源環境之間的矛盾更加突出，糧食安全形勢嚴峻[1-3]。針對我國人多地少這一特殊國情，提出耕地總量動態平衡這一項基本國策。補充耕地的途徑主要通過土地整治來實現。未利用土地是指除農用地與建設用地以外的土地，包括荒草地、鹽堿地、沼澤地、祼地、沙地、灘涂等。未利用土地作為土地資源中補充耕地重要的后備資源，未利用土地的合理開發是土地整理項目中的一個重要組成部分[4]。面對我國人口眾多、人均耕地面積較少的現實問題，近年來許多學者從適宜性[5-6]、潛力[7-8]、分區[4，9]、生態安全[3，10]等角度對未利用地開發利用問題進行了大量研究，并取得了一定的研究成果。由于未利用土地屬于待開發土地，而各地區的未利用地開發具有區域差異，因此各區域所需考慮的限制因素也有所不同。近年來，重慶市在工業化和城鎮化的推動下經濟迅速發展，城市擴展與建設用地的需求給耕地保護造成一定壓力，其宜耕后備資源及其生態保護等問題存在區域差異性。本研究以重慶市南川區為例，利用地理信息系統（GIS）技術，以土地利用現狀為基礎，綜合考慮南川區未利用地的自然屬性、區位條件進行分析，最終確定南川區宜耕未利用地的規模及分區狀況，以期為南川區及其相似區域的宜耕未利用地開發規劃提供參考。

1研究區概況及數據來源

1.1研究區概況

南川區位于重慶市南部，在28°46′～29°30′N，106°54′～107°27′E。處于四川盆地與云貴高原過渡地帶，以山地為主，地勢呈東南向西北傾斜。以湘渝公路為界，大體構成中山、低山2大地貌；湘渝公路以南屬大婁山褶皺地帶，呈中山地貌；湘渝公路以北呈丘陵低山地貌。境內山脈多為東北—西南走向，最高點金佛山風吹嶺海拔2 251 m，最低點騎龍魚跳巖海拔340 m，南川城區海拔550 m左右。境內有大小河流56條，分屬烏江及長江水系，多發源于金佛山，河流呈樹枝狀分布全境，河谷狹窄，沿途多險灘急流。總體而言，南川區交通便利，地理位置優越，氣候溫和適宜，水資源總量充沛，礦產和動植物資源豐富。這些優厚的自然條件為南川區未利用地開發提供了自然保障。

根據2010年南川區土地利用現狀變更數據，全區土地總面積為258 957.84 hm2。土地利用現狀結構中，未利用地總面積為9 068.56 hm2，占土地總面積的3.5%。其中，面積最大的為荒草地（7 223.25 hm2），占未利用地總面積的7965%；其次為河流水面（1 337.95 hm2），占未利用地總面積的14.76%；祼地（499.79 hm2），占未利用地總面積的551%；灘涂（7.57 hm2），占未利用地總面積的0.08%。各地類構成表明，除河流水面、灘涂難以開發為耕地外，裸地占比較小，因此本研究主要測算荒草地開發為耕地的潛力（圖1）。

1.2數據來源

本研究數據來源于南川區土地整治規劃項目（2011—2015年），南川區 2010 年1 ∶10 000土地利用變更調查數據、地形圖、土壤分布圖，2006—2020 年土地利用總體規劃數據。

2研究方法

2.1選擇限制因素

由于南川區荒草地分布較為分散且大多數位于地勢較高的區域，存在開發利用困難的問題，因此調查荒草地限制性開發的因素尤為重要。本研究將坡度大于25°的未利用地區作為不適宜開發區域。土層厚度小于40 cm的坡地只能生長小灌木和草本植物，但南川區土層厚度基本都能達到 40 cm，因此不作為限制性因素。荒草地周圍地類直接影響荒草地開發后的用途，根據宜林則林、宜耕則耕的原則，周圍地類為林地，則荒草地主要開發為林地，而本研究主要測算荒草地開發為耕地的潛力，因此，周圍地類均為林地或者3面均為建設用地的荒草地不能開發。即地形坡度、周圍地類2個因子是南川區荒草地開發的限制性因素。

通過分析未利用地開發的限制性因素，剔除不符合開發條件的未利用地圖斑，確定可以開發的未利用地資源范圍。首先，在南川區土地利用現狀數據庫中選取符合條件的未利用地圖斑；其次，扣除已竣工驗收的土地整治項目紅線范圍和土地利用總體規劃確定的新增建設用地和有條件建設區；最后，結合上述限制性因素，篩選出地形坡度小于25°、圍土類型合理的圖斑，最終確定可開發的未利用地規模。

2.2評價指標體系構建

2.2.1評價指標體系確定將上述不適宜開發的荒草地剔除之后，還需要進一步考證其開發后的耕作條件，即對荒草地開發進行適宜性分析評價。除上述開發限制因素外，還充分考慮到對宜耕未利用地開發影響較大的因子，主要是土地的自然屬性，例如有效土層厚度、土壤有機質含量等；另外還需考慮開發后是否便于附近農戶耕作，因此選擇距最近居民點距離因子。通過對所選指標進行重要程度分析，最終選擇坡度、有效土層厚度、土壤有機質含量、距最近居民點距離、土壤表層質地以及周圍土地類型6個評價指標。為提高適宜性評價的科學性和可靠性，針對南川區實際情況，參考國內相關學者對宜耕未利用地適宜性評價的研究[4，7，10-11]，結合特爾菲法（Delphi）對6 個評價指標進行分級，并確定相應的等級指數，構建出南川區宜耕未利用地開發適宜性評價指標體系（表1）。

2.2.2評價因子權重確定各評價因子對整個體系的影響程度不同，對整體評價中的重要性存在差異。本研究擬采用一種定量與定性相結合的分析方法，即采用層次分析法（AHP）來確定各項指標的權重。首先，構建判斷矩陣，通過咨詢相關專家，對評價體系中評價因子的重要程度進行兩兩比較評分；其次，對矩陣進行歸一化處理，求出最大特征根對應的特征向量，根據計算結果進行層次單排序和層次總排序得出權重值；最后，對所得結果進行一致性檢驗，因為影響因子本身的復雜性和計算過程的理想化，導致在運用層次分析法進行權值計算時可能會存在邏輯錯誤，即需要對判斷矩陣進行一致性檢驗[12-13]。公式如下：

CR=CIRI。（1）

式中：CR為判斷矩陣的隨機一致性比率；CI為判斷矩陣的一致性指標；RI為平均隨機一致性指標。當CR<0.1 時，通過一致性檢驗，說明權數分配合理[14-16]。

2.3評價模型的構建

根據以上所述權重和參評因素分級標準，應用加權指數和模型計算評價單元的綜合分值，公式如下：

Fj=∑ni=1fji×ai。（2）

式中：Fj表示第j個評價單元適宜性評價分值；fji表示第j評價單元第i個參評因素的分值；ai表示第i個參評因素的權重。

2.4宜耕未利用地新增耕地潛力的測算

根據適宜性評價得出的各鄉鎮不同適宜性等級的宜耕未利用地面積，以及不同等級的宜耕未利用地開發新增耕地系數，計算各鄉鎮宜耕未利用地可補充耕地面積的公式如下：

Mx=∑ny=1mxy×ey。（3）

式中：Mx表示第x個鄉鎮（街）可補充耕地面積；mxy表示第x個鄉鎮y等級的宜耕未利用地面積；ey表示第y等級的新增耕地系數。

3結果與分析

3.1適宜性評價結果與分析

先將未利用地圖斑與全區土壤圖進行疊加，得到每一個未利用地塊的地形坡度、有機質含量、土壤質地等基本屬性；再進行緩沖區分析，確定距離居民點的距離；而圍土類型可直接從圖中讀出。根據評價單元分值頻數分布直方圖，確定適宜等級界限，評定其適宜等級，評價分值≥80為適宜；介于 50～80 之間為比較適宜；<50為不適宜。評價結果詳見表2。根據適宜性評價結果，考慮開發難度及投入產出效益，將適宜和比較適宜區作為南川區可供開發為耕地的未利用地實際潛力為796.5 hm2。從數量結構上看，可供開發為耕地的未利用地實際潛力占研究區未利用地總面積的15.5%，其中比較適宜的宜耕未利用地是實際潛力的主要來源，占研究區未利用地總面積的12.2%。從空間布局來看，適宜的宜耕未利用地主要分布在三泉鎮、水江鎮、南城街道、慶元鄉、東城街道和大有鎮等地山槽、山洼地帶，這些區域的荒草地灌溉條件較好、坡度較平緩、有效土層較厚，距離附近居民點較近，具有良好的農業生產條件；比較適宜的宜耕未利用地主要分布在水江鎮、三泉鎮、南城街道、大有鎮、慶元鄉、南平鎮、東城街道、古花鄉、頭渡鎮等地的半山區地帶，這些區域的荒草地有效土層相對較厚，坡度較小，具有開發價值，經整治后可實現較好的農業生產條件。

3.2宜耕未利用地補充耕地結果與分析

結合已實施的土地整治項目，土地開發補充增加耕地系數情況，并考慮對耕地的需求、經濟實力、生態建設和復墾技術等對系數進行修正，得到南川區適宜開發和比較適宜開發的未利用地新增耕地系數，根據公式（3）計算得出南川區各鄉鎮（街）通過土地開發可新增耕地的潛力（表3）。

從補充耕地規模來看，水江鎮最大，為104.7 hm2，其次為三泉鎮、南城街道，補充耕地規模均在60 hm2以上，而大觀鎮、福壽鄉補充耕地規模不足1 hm2（表3）。

3.3潛力分區結果與分析

考慮到南川區各鄉鎮可開發未利用地面積相差較大，本研究采用絕對量指標新增耕地面積，以鄉鎮為單位對南川區34個鄉鎮（街）宜耕未利用地進行潛力分區。將未利用地開發潛力分為4級，即新增耕地面積≥60 hm2劃為Ⅰ級區，介于20～<60 hm2之間的劃為Ⅱ級區，介于5～<20 hm2之間的劃分為Ⅲ級區，小于5 hm2則劃分為Ⅳ級區（表4、圖2）。

Ⅰ級潛力區宜耕未利用地總面積為1 913.03 hm2，實際開發潛力為362.63 hm2，新增耕地面積為258.23 hm2。主要分布在南川區中部地區，涉及水江鎮、三泉鎮和南城街道3個鄉鎮（街），大部分的耕地補充來源于適宜級，宜耕未利用地Ⅱ級潛力區宜耕未利用地總面積為2 002.41 hm2，實際開發潛力為286.72 hm2，新增耕地面積為203.59 hm2。主要分布在南川區中部及東南部地區，涉及慶元鄉、大有鎮、東城街道、南平鎮、頭渡鎮、古花鄉6個鄉鎮，適宜性等級大部分為適宜，宜耕地塊相對連片，海拔相對較高，坡度平緩，距離居民點較近，龍溪河貫穿大部分區域，各地塊附近有水庫、坑塘等水系分布，有一定的灌溉條件，適宜開發為耕地。

Ⅲ級潛力區宜耕未利用地總面積為845.53 hm2，實際開發潛力為100.47 hm2，新增耕地面積為71.32 hm2。主要分布較為分散，涉及魚泉鄉、金山鎮、中橋鄉、合溪鎮、德隆鄉、興隆鎮、西城街道7個鄉鎮，該區域適宜性等級以適宜居多，坡度較大、宜耕地塊相對連片，距離居民點較近，部分區域灌溉條件受限，經過經濟、技術投入，有開發為耕地的條件。

Ⅳ級潛力區宜耕未利用地總面積為379 hm2，實際開發潛力為46.68 hm2，新增耕地面積為32.92 hm2。該區域分布較廣，主要集中分布在南川區北部地區，涉及神童鎮、鳴玉鎮、峰巖鄉、白沙鎮等17個鄉鎮，主要由于該區域宜耕地塊分布分散，面積比較零星，具有一定的灌溉條件，經過一定的投入，可以開發為耕地，達到農業生產條件。

無潛力區涉及冷水關鄉1個鄉鎮，該區域內無荒草地地類。

4結論

本研究對重慶市南川區宜耕未利用地開發適宜性評價及潛力分區進行了研究。主要結論如下：（1）根據評價單元分值頻數分布直方圖，確定適宜等級界限，評定其適宜等級：適宜（評價分值≥80）；比較適宜（評價分值介于50～80）；不適宜（評價分值<50）。其中，適宜區面積為169.32 hm2，占研究區總面積的3.29%；比較適宜區面積為627.18 hm2，占研究區總面積的12.20%；不適宜區面積為4 343.47 hm2，占研究區總面積的84.51%。根據適宜性評價結果，將適宜和比較適宜作為南川區宜耕未利用地實際潛力，面積為 7965 hm2，占研究區總面積的15.49%。預計新增耕地面積566.06 hm2，占研究區未用地實際開發潛力的 71.07%。（2）潛力分區結果表明，研究區可劃分為4個潛力區和 1 個無潛力區。其中，Ⅰ級潛力區涉及3 個鄉鎮，潛力區總面積為 1 913.03 hm2，實際開發潛力362.63 hm2，可新增耕地 258.23 hm2；Ⅱ級潛力區涉及6個鄉鎮，潛力區總面積為 2 002.41 hm2，實際開發潛力286.72 hm2，可新增耕地 203.59 hm2；Ⅲ級潛力區涉及7個鄉鎮，潛力區總面積為 845.53 hm2，實際開發潛力100.47 hm2，可新增耕地 71.32 hm2；Ⅳ級潛力區涉及17個鄉鎮，潛力區總面積為 379 hm2，實際開發潛力 46.68 hm2，可新增耕地 32.92 hm2。

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