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基于GIS的低山丘陵區(qū)宜耕未利用地開發(fā)潛力評(píng)價(jià)及分區(qū)

2016-07-23 22:48:20陳靜劉秀華
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年5期

陳靜++劉秀華

摘要:以重慶市南川區(qū)為例,以地理信息系統(tǒng)(GIS)空間分析技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合層次分析法(AHP)和特爾菲法(Delphi),構(gòu)建宜耕未利用地開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)模型、補(bǔ)充耕地潛力模型,對(duì)重慶市低山丘陵區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性與潛力分區(qū)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,研究區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性分為3個(gè)等級(jí),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(qū)總面積的3.29%、12.20%、84.51%;研究區(qū)宜耕未利用地實(shí)際開發(fā)潛力為 796.5 hm2,預(yù)計(jì)可新增耕地面積566.06 hm2。潛力分區(qū)結(jié)果表明,研究區(qū)可劃分為4個(gè)潛力區(qū)和1個(gè)無潛力區(qū),其中,Ⅰ級(jí)潛力區(qū)實(shí)際開發(fā)潛力 362.63 hm2,可新增耕地258.23 hm2;Ⅱ級(jí)潛力區(qū)實(shí)際開發(fā)潛力 286.72 hm2,可新增耕地203.59 hm2;Ⅲ級(jí)潛力區(qū)實(shí)際開發(fā)潛力100.47 hm2,可新增耕地71.32 hm2;Ⅳ級(jí)潛力區(qū)實(shí)際開發(fā)潛力 46.68 hm2,可新增耕地32.92 hm2。

關(guān)鍵詞:GIS;低山丘陵區(qū);未利用地;宜耕地;適宜性評(píng)價(jià);重慶市南川區(qū)

中圖分類號(hào):F323.211文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2016)05-0498-04

土地?cái)?shù)量的有限性和土地需求的增長性構(gòu)成土地資源持續(xù)利用的特殊矛盾。隨著人口增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以及工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程,對(duì)建設(shè)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?cái)?shù)量大大減少,促使土地資源的生產(chǎn)能力及其景觀環(huán)境與人類生活水平不斷提高之間的矛盾,人口與資源環(huán)境之間的矛盾更加突出,糧食安全形勢嚴(yán)峻[1-3]。針對(duì)我國人多地少這一特殊國情,提出耕地總量動(dòng)態(tài)平衡這一項(xiàng)基本國策。補(bǔ)充耕地的途徑主要通過土地整治來實(shí)現(xiàn)。未利用土地是指除農(nóng)用地與建設(shè)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(bǔ)充耕地重要的后備資源,未利用土地的合理開發(fā)是土地整理項(xiàng)目中的一個(gè)重要組成部分[4]。面對(duì)我國人口眾多、人均耕地面積較少的現(xiàn)實(shí)問題,近年來許多學(xué)者從適宜性[5-6]、潛力[7-8]、分區(qū)[4,9]、生態(tài)安全[3,10]等角度對(duì)未利用地開發(fā)利用問題進(jìn)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(fā)土地,而各地區(qū)的未利用地開發(fā)具有區(qū)域差異,因此各區(qū)域所需考慮的限制因素也有所不同。近年來,重慶市在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的推動(dòng)下經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,城市擴(kuò)展與建設(shè)用地的需求給耕地保護(hù)造成一定壓力,其宜耕后備資源及其生態(tài)保護(hù)等問題存在區(qū)域差異性。本研究以重慶市南川區(qū)為例,利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),以土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ),綜合考慮南川區(qū)未利用地的自然屬性、區(qū)位條件進(jìn)行分析,最終確定南川區(qū)宜耕未利用地的規(guī)模及分區(qū)狀況,以期為南川區(qū)及其相似區(qū)域的宜耕未利用地開發(fā)規(guī)劃提供參考。

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

南川區(qū)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(gòu)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(nèi)山脈多為東北—西南走向,最高點(diǎn)金佛山風(fēng)吹嶺海拔2 251 m,最低點(diǎn)騎龍魚跳巖海拔340 m,南川城區(qū)海拔550 m左右。境內(nèi)有大小河流56條,分屬烏江及長江水系,多發(fā)源于金佛山,河流呈樹枝狀分布全境,河谷狹窄,沿途多險(xiǎn)灘急流。總體而言,南川區(qū)交通便利,地理位置優(yōu)越,氣候溫和適宜,水資源總量充沛,礦產(chǎn)和動(dòng)植物資源豐富。這些優(yōu)厚的自然條件為南川區(qū)未利用地開發(fā)提供了自然保障。

根據(jù)2010年南川區(qū)土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù),全區(qū)土地總面積為258 957.84 hm2。土地利用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)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(gòu)成表明,除河流水面、灘涂難以開發(fā)為耕地外,裸地占比較小,因此本研究主要測算荒草地開發(fā)為耕地的潛力(圖1)。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于南川區(qū)土地整治規(guī)劃項(xiàng)目(2011—2015年),南川區(qū) 2010 年1 ∶10 000土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)、地形圖、土壤分布圖,2006—2020 年土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2研究方法

2.1選擇限制因素

由于南川區(qū)荒草地分布較為分散且大多數(shù)位于地勢較高的區(qū)域,存在開發(fā)利用困難的問題,因此調(diào)查荒草地限制性開發(fā)的因素尤為重要。本研究將坡度大于25°的未利用地區(qū)作為不適宜開發(fā)區(qū)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(qū)土層厚度基本都能達(dá)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(fā)后的用途,根據(jù)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(fā)為林地,而本研究主要測算荒草地開發(fā)為耕地的潛力,因此,周圍地類均為林地或者3面均為建設(shè)用地的荒草地不能開發(fā)。即地形坡度、周圍地類2個(gè)因子是南川區(qū)荒草地開發(fā)的限制性因素。

通過分析未利用地開發(fā)的限制性因素,剔除不符合開發(fā)條件的未利用地圖斑,確定可以開發(fā)的未利用地資源范圍。首先,在南川區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中選取符合條件的未利用地圖斑;其次,扣除已竣工驗(yàn)收的土地整治項(xiàng)目紅線范圍和土地利用總體規(guī)劃確定的新增建設(shè)用地和有條件建設(shè)區(qū);最后,結(jié)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(fā)的未利用地規(guī)模。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定將上述不適宜開發(fā)的荒草地剔除之后,還需要進(jìn)一步考證其開發(fā)后的耕作條件,即對(duì)荒草地開發(fā)進(jìn)行適宜性分析評(píng)價(jià)。除上述開發(fā)限制因素外,還充分考慮到對(duì)宜耕未利用地開發(fā)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(jī)質(zhì)含量等;另外還需考慮開發(fā)后是否便于附近農(nóng)戶耕作,因此選擇距最近居民點(diǎn)距離因子。通過對(duì)所選指標(biāo)進(jìn)行重要程度分析,最終選擇坡度、有效土層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、距最近居民點(diǎn)距離、土壤表層質(zhì)地以及周圍土地類型6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。為提高適宜性評(píng)價(jià)的科學(xué)性和可靠性,針對(duì)南川區(qū)實(shí)際情況,參考國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)宜耕未利用地適宜性評(píng)價(jià)的研究[4,7,10-11],結(jié)合特爾菲法(Delphi)對(duì)6 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí),并確定相應(yīng)的等級(jí)指數(shù),構(gòu)建出南川區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

2.2.2評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定各評(píng)價(jià)因子對(duì)整個(gè)體系的影響程度不同,對(duì)整體評(píng)價(jià)中的重要性存在差異。本研究擬采用一種定量與定性相結(jié)合的分析方法,即采用層次分析法(AHP)來確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。首先,構(gòu)建判斷矩陣,通過咨詢相關(guān)專家,對(duì)評(píng)價(jià)體系中評(píng)價(jià)因子的重要程度進(jìn)行兩兩比較評(píng)分;其次,對(duì)矩陣進(jìn)行歸一化處理,求出最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量,根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行層次單排序和層次總排序得出權(quán)重值;最后,對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn),因?yàn)橛绊懸蜃颖旧淼膹?fù)雜性和計(jì)算過程的理想化,導(dǎo)致在運(yùn)用層次分析法進(jìn)行權(quán)值計(jì)算時(shí)可能會(huì)存在邏輯錯(cuò)誤,即需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[12-13]。公式如下:

CR=CIRI。(1)

式中:CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率;CI為判斷矩陣的一致性指標(biāo);RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。當(dāng)CR<0.1 時(shí),通過一致性檢驗(yàn),說明權(quán)數(shù)分配合理[14-16]。

2.3評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

根據(jù)以上所述權(quán)重和參評(píng)因素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用加權(quán)指數(shù)和模型計(jì)算評(píng)價(jià)單元的綜合分值,公式如下:

Fj=∑ni=1fji×ai。(2)

式中:Fj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)單元適宜性評(píng)價(jià)分值;fji表示第j評(píng)價(jià)單元第i個(gè)參評(píng)因素的分值;ai表示第i個(gè)參評(píng)因素的權(quán)重。

2.4宜耕未利用地新增耕地潛力的測算

根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)得出的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同適宜性等級(jí)的宜耕未利用地面積,以及不同等級(jí)的宜耕未利用地開發(fā)新增耕地系數(shù),計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕未利用地可補(bǔ)充耕地面積的公式如下:

Mx=∑ny=1mxy×ey。(3)

式中:Mx表示第x個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街)可補(bǔ)充耕地面積;mxy表示第x個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)y等級(jí)的宜耕未利用地面積;ey表示第y等級(jí)的新增耕地系數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

先將未利用地圖斑與全區(qū)土壤圖進(jìn)行疊加,得到每一個(gè)未利用地塊的地形坡度、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地等基本屬性;再進(jìn)行緩沖區(qū)分析,確定距離居民點(diǎn)的距離;而圍土類型可直接從圖中讀出。根據(jù)評(píng)價(jià)單元分值頻數(shù)分布直方圖,確定適宜等級(jí)界限,評(píng)定其適宜等級(jí),評(píng)價(jià)分值≥80為適宜;介于 50~80 之間為比較適宜;<50為不適宜。評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表2。根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果,考慮開發(fā)難度及投入產(chǎn)出效益,將適宜和比較適宜區(qū)作為南川區(qū)可供開發(fā)為耕地的未利用地實(shí)際潛力為796.5 hm2。從數(shù)量結(jié)構(gòu)上看,可供開發(fā)為耕地的未利用地實(shí)際潛力占研究區(qū)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(shí)際潛力的主要來源,占研究區(qū)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(zhèn)、水江鎮(zhèn)、南城街道、慶元鄉(xiāng)、東城街道和大有鎮(zhèn)等地山槽、山洼地帶,這些區(qū)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(diǎn)較近,具有良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件;比較適宜的宜耕未利用地主要分布在水江鎮(zhèn)、三泉鎮(zhèn)、南城街道、大有鎮(zhèn)、慶元鄉(xiāng)、南平鎮(zhèn)、東城街道、古花鄉(xiāng)、頭渡鎮(zhèn)等地的半山區(qū)地帶,這些區(qū)域的荒草地有效土層相對(duì)較厚,坡度較小,具有開發(fā)價(jià)值,經(jīng)整治后可實(shí)現(xiàn)較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

3.2宜耕未利用地補(bǔ)充耕地結(jié)果與分析

結(jié)合已實(shí)施的土地整治項(xiàng)目,土地開發(fā)補(bǔ)充增加耕地系數(shù)情況,并考慮對(duì)耕地的需求、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、生態(tài)建設(shè)和復(fù)墾技術(shù)等對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正,得到南川區(qū)適宜開發(fā)和比較適宜開發(fā)的未利用地新增耕地系數(shù),根據(jù)公式(3)計(jì)算得出南川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街)通過土地開發(fā)可新增耕地的潛力(表3)。

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

3.3潛力分區(qū)結(jié)果與分析

考慮到南川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)可開發(fā)未利用地面積相差較大,本研究采用絕對(duì)量指標(biāo)新增耕地面積,以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位對(duì)南川區(qū)34個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街)宜耕未利用地進(jìn)行潛力分區(qū)。將未利用地開發(fā)潛力分為4級(jí),即新增耕地面積≥60 hm2劃為Ⅰ級(jí)區(qū),介于20~<60 hm2之間的劃為Ⅱ級(jí)區(qū),介于5~<20 hm2之間的劃分為Ⅲ級(jí)區(qū),小于5 hm2則劃分為Ⅳ級(jí)區(qū)(表4、圖2)。

Ⅰ級(jí)潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為1 913.03 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力為362.63 hm2,新增耕地面積為258.23 hm2。主要分布在南川區(qū)中部地區(qū),涉及水江鎮(zhèn)、三泉鎮(zhèn)和南城街道3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街),大部分的耕地補(bǔ)充來源于適宜級(jí),宜耕未利用地Ⅱ級(jí)潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為2 002.41 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力為286.72 hm2,新增耕地面積為203.59 hm2。主要分布在南川區(qū)中部及東南部地區(qū),涉及慶元鄉(xiāng)、大有鎮(zhèn)、東城街道、南平鎮(zhèn)、頭渡鎮(zhèn)、古花鄉(xiāng)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),適宜性等級(jí)大部分為適宜,宜耕地塊相對(duì)連片,海拔相對(duì)較高,坡度平緩,距離居民點(diǎn)較近,龍溪河貫穿大部分區(qū)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(fā)為耕地。

Ⅲ級(jí)潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為845.53 hm2,實(shí)際開發(fā)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(xiāng)、金山鎮(zhèn)、中橋鄉(xiāng)、合溪鎮(zhèn)、德隆鄉(xiāng)、興隆鎮(zhèn)、西城街道7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),該區(qū)域適宜性等級(jí)以適宜居多,坡度較大、宜耕地塊相對(duì)連片,距離居民點(diǎn)較近,部分區(qū)域灌溉條件受限,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)投入,有開發(fā)為耕地的條件。

Ⅳ級(jí)潛力區(qū)宜耕未利用地總面積為379 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力為46.68 hm2,新增耕地面積為32.92 hm2。該區(qū)域分布較廣,主要集中分布在南川區(qū)北部地區(qū),涉及神童鎮(zhèn)、鳴玉鎮(zhèn)、峰巖鄉(xiāng)、白沙鎮(zhèn)等17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),主要由于該區(qū)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(jīng)過一定的投入,可以開發(fā)為耕地,達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

無潛力區(qū)涉及冷水關(guān)鄉(xiāng)1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),該區(qū)域內(nèi)無荒草地地類。

4結(jié)論

本研究對(duì)重慶市南川區(qū)宜耕未利用地開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)及潛力分區(qū)進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下:(1)根據(jù)評(píng)價(jià)單元分值頻數(shù)分布直方圖,確定適宜等級(jí)界限,評(píng)定其適宜等級(jí):適宜(評(píng)價(jià)分值≥80);比較適宜(評(píng)價(jià)分值介于50~80);不適宜(評(píng)價(jià)分值<50)。其中,適宜區(qū)面積為169.32 hm2,占研究區(qū)總面積的3.29%;比較適宜區(qū)面積為627.18 hm2,占研究區(qū)總面積的12.20%;不適宜區(qū)面積為4 343.47 hm2,占研究區(qū)總面積的84.51%。根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果,將適宜和比較適宜作為南川區(qū)宜耕未利用地實(shí)際潛力,面積為 7965 hm2,占研究區(qū)總面積的15.49%。預(yù)計(jì)新增耕地面積566.06 hm2,占研究區(qū)未用地實(shí)際開發(fā)潛力的 71.07%。(2)潛力分區(qū)結(jié)果表明,研究區(qū)可劃分為4個(gè)潛力區(qū)和 1 個(gè)無潛力區(qū)。其中,Ⅰ級(jí)潛力區(qū)涉及3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),潛力區(qū)總面積為 1 913.03 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力362.63 hm2,可新增耕地 258.23 hm2;Ⅱ級(jí)潛力區(qū)涉及6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),潛力區(qū)總面積為 2 002.41 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力286.72 hm2,可新增耕地 203.59 hm2;Ⅲ級(jí)潛力區(qū)涉及7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),潛力區(qū)總面積為 845.53 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力100.47 hm2,可新增耕地 71.32 hm2;Ⅳ級(jí)潛力區(qū)涉及17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),潛力區(qū)總面積為 379 hm2,實(shí)際開發(fā)潛力 46.68 hm2,可新增耕地 32.92 hm2。

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