燕山山地丘陵區(qū)耕地質量提升時序研究——以河北省盧龍縣為例

陳 影, 楊 揚, 陳青鋒, 于化龍, 張 杰, 田 超, 陳亞恒

(1.河北農業(yè)大學 國土資源學院, 河北 保定 071000; 2.河北農業(yè)大學 資源與環(huán)境科學學院, 河北 保定 071000)

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燕山山地丘陵區(qū)耕地質量提升時序研究
——以河北省盧龍縣為例

陳 影1, 楊 揚1, 陳青鋒1, 于化龍2, 張 杰1, 田 超2, 陳亞恒1

(1.河北農業(yè)大學 國土資源學院, 河北 保定 071000; 2.河北農業(yè)大學 資源與環(huán)境科學學院, 河北 保定 071000)

耕地質量提升可分別從地塊尺度與項目尺度進行時序安排研究，對于了解縣域耕地質量高低及其分布情況、合理布設提升建設項目具有重大意義。以河北省盧龍縣為研究區(qū)，在農用地分等影響因子的基礎上補充通過耕地整治工程可改善的耕地質量影響因子，構建耕地質量提升時序評價指標體系。運用逼近理想點法求得耕地質量提升地塊尺度的時序，并用貼近度作為提升地塊尺度時序安排的度量；并對地塊尺度時序中的耕地圖斑進行距離分析，得到耕地質量提升建設項目的時序。結果表明：盧龍縣耕地質量優(yōu)先提升區(qū)耕地總面積為13 501.16 hm2，次優(yōu)先提升區(qū)耕地總面積為13 131.85 hm2，后優(yōu)先提升區(qū)的耕地總面積為14 093.62 hm2。結合盧龍縣實際得出可布設耕地質量提升建設項目的面積情況為：優(yōu)先提升區(qū)共10 839.45 hm2，安排6個建設項目；次優(yōu)先提升區(qū)共3 824.31 hm2，安排4個建設項目；后優(yōu)先提升區(qū)共8 726.37 hm2，安排7個建設項目。該研究可為開展具有區(qū)域特色和務實高效的耕地質量提升的建設工作提供科學參考。

耕地質量提升; 逼近理想點法; 時序; 盧龍縣

當前，耕地質量提升作為耕地整治的最重要的工作，對于提高耕地質量，改善農業(yè)外部耕作條件具有重大意義[1]。耕地質量提升的科學評價是耕地整治規(guī)劃的基礎，是劃定耕地質量提升重點區(qū)域、確定耕地質量提升地塊及項目時序的基本依據。然而以往的耕地質量評價，多參照農用地分等的成果，對于耕地的自然質量進行評價，忽略了耕地整治可改善的限制因子的影響[2-5]。中國耕地保護工作由之前堅守1.2億hm2耕地紅線逐漸向在堅守耕地紅線的基礎上，提高耕地質量與加強生態(tài)保護方向轉變[6]，因此，對于耕地整治提出了更高的要求。

目前，國內關于耕地質量提升的研究大多直接利用農用地分等定級成果中的因素作為評價指標來評價耕地質量的提升。然而，由于農用地分等因素主要體現耕地的自然稟賦狀況，反映自然質量狀況[2,7-9]，而耕地整治項目措施則通過對于田塊進行平整、提升田塊集中連片的程度、提高路網密度及農田防護林比率等，從而改善耕地的生產條件，兩者關注焦點不同[10-13]；因此基于農用地分等指標的評價成果評價耕地質量提升的方法，體現的是只提升區(qū)域耕地的自然質量狀況[14]，而不能體現其通過提高農田的路網密度及農田防護林比率[15]、田塊規(guī)整度[3]、平整度等外部生產條件[3]，對于耕地質量提升的作用，從而不能系統、全面、科學的評價耕地質量提升時序[16]。

因此，本文以盧龍縣為研究區(qū)，分析通過相應的耕地整治工程可改善的耕地質量提升的限制因子，構建科學合理的耕地質量提升評價指標體系，基于評價結果對耕地質量提升的地塊時序與建設項目時序進行合理的安排，以期為開展具有區(qū)域特色和務實高效的耕地質量提升工作提供科學參考。

1　研究區(qū)域與數據處理

1.1研究區(qū)概況

盧龍縣位于118°45′54″—119°08′6″E，39°43′00″—40°08′42″N的河北省東北部燕山山地丘陵區(qū)，地勢從西北向西南呈梯狀傾斜。2013年全縣總面積95 580.24 hm2，其中耕地面積為43 909.56 hm2，占全縣土地總面積的45.94%，其中可改善提升的耕地共40 726.93 hm2，占耕地總面積的92.75%。縣轄12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，548個行政村，耕地在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布比較分散，主要分布在該縣的平原以及一些丘陵山區(qū)，是全國主要的商品糧食生產基地。近些年，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展，致使城市擴張迅速，土地污染日益嚴重致使農村耕地質量逐漸下降，耕地資源合理利用與耕地質量提升迫在眉睫。盧龍縣地貌多樣性、社會發(fā)展階段有代表性，因此本文選取燕山山地丘陵區(qū)的盧龍縣作為研究區(qū)域。

1.2數據來源

本研究數據包括：(1) 1∶50 000盧龍縣二調土地利用現狀圖獲取路網密度、農田防護林、區(qū)位條件；(2) 2012年盧龍縣農用地分等成果中獲取灌溉保證率、表層土壤質地、有機質含量、有效土層厚度等數據；(3) 1∶50 000盧龍縣數字高程模型(DEM)得到地形和坡度數據。

同一評價單元中地形條件、土壤條件、土地類型以及土地利用現狀等屬性需相對一致。本文充分考慮到區(qū)域丘陵山區(qū)的地貌特色、以盧龍縣分等定級成果為基礎，以土地利用現狀圖、土壤圖、地形圖疊加所確定的耕地圖斑為作為耕地質量提升的評價單元。從分等因素、補充因素兩個方面選取影響耕地質量的12個限制因子作為評價指標，得出盧龍縣耕地質量提升的時序安排，并在ArcGIS 9.3軟件平臺上，得出盧龍縣耕地質量提升地塊時序與項目時序分布圖。

2　構建基于耕地整治可改造限制因子的耕地質量提升評價指標體系

耕地質量提升是落實耕地質量的管理制度，提升耕地質量，促進耕地集約節(jié)約利用的強有力的抓手，同時也支撐著農業(yè)現代化生產體系建設。本文在梳理影響耕地質量提升表征指標要素的基礎上，引進理想點法，運用貼近度計算耕地質量提升的時序，并將時序從地塊尺度轉移到項目尺度。

2.1評價指標體系構建

盧龍縣處于燕山山地丘陵區(qū)，耕地等別相對較低，提升潛力較大，本研究以農用地分等因素為基礎，補充“農田防護林比率、田塊平整度”等通過耕地整治可以改造的限制因素，調整已有的農用地分等評價指標體系，構建基于耕地整治可改造限制因子的耕地質量提升評價指標體系，并運用層次分析法確定各指標值的權重(表1)。

表1　盧龍縣耕地質量提升影響因子權重

2.2評價指標分值計算

(1) 田塊連片性Q。反映田塊的集中連片程度，Q值以地塊面積作為基礎進行量化，Q值越大代表地塊連片程度高，反之則相反，公式(1)地塊面積閾值通過對全區(qū)所有耕地地塊面積采用自然斷點法獲得[17]，具體計算如下：

(1)

式中：Q為耕地連片度；a為地塊面積。

(2) 田塊規(guī)整度。借用景觀生態(tài)學中的分形維數FRAC來表達(公式2)，分形維數描述了田塊周邊的復雜程度，該指數理論范圍為[1.0,2.0],FRAC數越小表示田塊越規(guī)則，1.0表示地塊是最簡單的正方形，2.0表示周邊最復雜的地塊[18]，其具體計算如下：

(2)

式中：FRAC表示田塊規(guī)整度；p為地塊周長。

(3) 田塊平整度計算：用田塊相對高程差來表示田塊平整度的高低，基于DEM數據，在ArcGIS 9.3軟件平臺中對田塊的最大高程值與最小高程值利用3D分析、空間分析計算高程差[19]。

(4) 田間道路通達度、耕作便利度計算。區(qū)位條件、農業(yè)生產便利度都將對耕地質量產生一定影響。因此，本文中耕地的區(qū)位條件用田間道路通達度來表示；農業(yè)生產便利度選擇耕作便利度指標來表示。這2個因素均屬于擴散型指標(表2)，道路通達度用田塊到現狀公路的距離作為度量；耕作便利度中用田塊到農村道路的距離作為度量，兩者指標均屬于線狀指標，通過直線衰減法賦值(公式3)，利用平均分割法得到線狀指標影響半徑(公式5)[20-22]。具體計算如下：

fi=Mi(1-r)

(3)

r=di/d

(4)

d=S/2L

(5)

式中：fi為第i個指標作用分值；Mi是規(guī)模指數；S為盧龍縣面積(m2);L為路的長度；di為地塊相抵評價因素實際距離；d為評價因素半徑；r為相對距離。

表2　擴散型指標分級與賦分標準

(5) 農田防護林比率。用防護林面積占土地面積比率表示，基于2014年林業(yè)部門的統計數據，計算各耕地斑塊的防護林面積比率[23]，具體計算如下：

(6)

式中：H為農田防護林比率；Sf為防護林面積；Stb為耕地圖斑面積。

3　耕地質量提升時序研究

對耕地質量提升時序進行綜合評價，是為了科學合理的安排耕地質量的時間安排，評價結果作為耕地質量提升時序的依據，本研究用綜合評價分值來衡量耕地質量狀況，綜合得分越高表明目前耕地質量越好，同時也越容易提升其質量，耕地質量綜合評價得分高低的排序為多屬性的綜合排序，因此，本文分別考慮評價指標距離正理想點與負理想點的差值，用貼近度來作為耕地質量提升時序的度量，最總確定盧龍縣耕地質量提升的地塊時序與建設項目時序(表3)。

3.1構造規(guī)范化的決策矩陣

(7)

表3　盧龍縣時序安排評價指標分級分值

耕地質量提升指標體系的決策指標綜合權重表示為:

(8)

(9)

3.2理想點法排序

“理想點”解釋為各評價單元中各評價因子的屬性值達到最優(yōu)，通過對“正理想點”和“負理想點”的程度進行衡量，則可確定各評價單元的質量高低順序。

(10)

Ti表示決策點到理想解的相對接近度：

(11)

對n個評價單元進行評價，可以得n個Ti值，Ti值越大說明耕地質量處于一個較高的水平，可以作為較優(yōu)先提升的耕地。若算出兩個Ti值相同時，則選取與正理想點的差值較小的作為優(yōu)先提升的耕地。

4　結果與分析

4.1耕地質量提升地塊時序

4.1.1耕地質量提升綜合評價貼近度排序結果與分析盧龍縣耕地質量提升綜合評價選擇了分等因素、補充因素兩大目標層12個評價指標，運用層次分析法計算評價指標的權重，綜合評價結果以逼近理想點法計算得到的貼近度的大小來衡量。采用逼近理想點法對盧龍縣耕地各個評價單元進行了綜合評價，并根據貼近度的大小對耕地的綜合質量進行了排序，按照綜合排序對縣域耕地質量綜合分值進行分級(表4)。

4.1.2耕地質量提升地塊時序盧龍縣在未來時間內需要提升質量的耕地的規(guī)模為40 726.93 hm2。通過上文對提升影響因素的分析得出的盧龍縣耕地質量提升評價指標的貼近度大小進行排序，將未來年份需要建設的40 726.93 hm2耕地根據貼近度大小的集聚狀況，同時兼顧耕地質量提升的連片性和規(guī)模性，采用自然斷點法，確定建設時序的分界點，分別為[0.035 491，0.117 863]，[0.117 863，0.225 649]，[0.225 649，0.629 127]，將盧龍縣耕地質量提升時序分為優(yōu)先提升、次優(yōu)先提升和后優(yōu)先提升三個階段(表5)。

表4　盧龍縣耕地質量提升綜合評價貼近度排序

表5　盧龍縣耕地質量提升時序安排

由表6可以看出優(yōu)先提升時序貼近度范圍為[0.225 649,0.629 127]，面積為13 501.16 hm2，占全縣可改善提升耕地面積的33.15%。該區(qū)域屬于耕地質量比較高的地區(qū)，主要分布在木井鄉(xiāng)、潘莊鎮(zhèn)、燕河營鎮(zhèn)，該區(qū)域的耕地基礎設施相對完備，并且優(yōu)先提升的耕地面積較大，提升的科學性和合理性都較高，作為優(yōu)先提升區(qū)，投入少，效果明顯。

次優(yōu)先提升時序貼近度范圍為[0.117 863～0.225 649]，面積13 131.85 hm2，占全縣可改善提升耕地面積的32.24%，主要分布在雙望鎮(zhèn)、印莊鄉(xiāng)、下寨鄉(xiāng)等。該地區(qū)作為耕地質量提升的中期階段，面積分布廣，作為耕地質量提升進程的過渡期。區(qū)內灌溉和排水措施有待完善、田間道與生產道有待修復，總體耕地質量有待提高。按照“缺什么補什么“的項目設計與施工原則，提升該區(qū)的耕地質量。

后優(yōu)先提升時序貼近度范圍為[0.035 491～0.117 963]，面積為14 093.92 hm2，占全縣可改善提升耕地面積的34.61%。該區(qū)域主要分布在盧龍鎮(zhèn)、劉田各莊、石門鎮(zhèn)等半丘陵地區(qū)，是耕地質量全面整治的地區(qū)。該地區(qū)，地形坡度是耕地質量提升最大的影響因素，并且耕地自然資源缺失，缺乏灌溉基礎設施，道路基礎設施缺損嚴重，由于受地形限制，連通度和地理條件都不佳，施工難度較大且所需資金較多，因此為耕地質量遠期提升區(qū)域。在這一地區(qū)的耕地生態(tài)環(huán)境脆弱，建設應注重生態(tài)環(huán)境安全的保護，同時加強耕地質量。

表6　盧龍縣耕地質量提升時序安排各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積 hm2

4.2建設項目時序安排

為進一步將耕地質量提升時序由地塊層面落實到項目層面，以達到耕地質量提升集中連片、規(guī)模經營的目標，本文在盧龍縣實證研究中嘗試將地塊時序安排結果進行繼續(xù)研究，形成建設項目的時序安排[26]。

本文借鑒盧龍縣以往基本農田建設項目規(guī)劃設計案例，對已經評價得到地塊時序安排的評價單元先進行臨近融合，把面積大于600 hm2的耕地圖斑挑出，進行距離分析，設定連接距離為30 m，即將面積大于600 hm2的耕地圖斑周圍30 m以內的圖斑聚合，視為可以單獨的耕地質量提升建設項目；再次，通過ArcGIS緩沖分析，對剩余小于600 hm2的耕地圖斑進行連片性分析，在分析中，連片性緩沖的閾值是通過典型樣區(qū)的分析確定，確定盧龍縣耕地集中連片耕地圖斑的最大間隔為30 m，則以間隔距離的一半作為緩沖距離進行分析，得到緩沖后形成的連片耕地圖斑，篩選其中大于600 hm2的連片農田作為耕地質量提升建設項目，最終得到盧龍縣耕地質量提升建設項目時序安排。

由表7可以得出：縣域內根據其集中連片程度、耕地的規(guī)模，可安排耕地質量提升建設項目的面積共23 390.13 hm2，占縣域耕地總面積的92.75%，該地區(qū)集中連片程度相對較高，規(guī)模較大，布設建設項目不會產生“大材小用”的不良后果，體現集約型的工程項目，避免“高投入低回報”。該區(qū)共布設17處耕地質量提升建設項目。

優(yōu)先提升區(qū)單個地塊大于600 hm2的地塊面積與連片地塊大于600 hm2的地塊總面積為10 839.44 hm2，占耕地面積的46.34%，占優(yōu)先提升去耕地面積的80.29%，該區(qū)域自然質量相對較高，集中連片程度高，農田基礎設施較完備，并且當地民眾對于耕地質量提升的意愿和可行性都較高，投資少，效果明顯。因此本區(qū)域實施耕地質量提升建設項目時，應按照建設先后順序，追求整體工程布局和優(yōu)化設計，實現建設影響因素的高效、科學配置，并對建設、管理和利用進行空間邏輯組合，切實提升區(qū)域耕地的質量，為達到區(qū)域農田的機械化作業(yè)、規(guī)模化經營和農業(yè)現代化奠定堅實基礎。優(yōu)先提升區(qū)內大部分耕地都可布設建設項目，因此該區(qū)域耕地質量提升共安排6個建設項目。

次優(yōu)先提升區(qū)單個地塊大于600 hm2的地塊與連片地塊大于600 hm2的地塊總面積為3 824.31 hm2，占耕地面積的16.35%，占次優(yōu)先提升區(qū)內耕地總面積的29.12%，該區(qū)域分布面積較小，主要分布在盧龍鎮(zhèn)、雙望鎮(zhèn)、印莊鄉(xiāng)、下寨鄉(xiāng)等。該區(qū)域耕地質量具有過渡性，整體的耕地質量有待提高，并且地塊相對破碎，連片性較差。區(qū)內灌排設施相對落后，存在水資源利用低下、排水困難現象，耕作便利度與道路通達度較差。因此，本區(qū)域應按照先后順序，加強農田基礎設施配套體系，同時按照“缺什么補什么、保質量立長效”的原則有針對性、方向性的落實整治工作。此區(qū)耕地質量提升共安排4個建設項目。

后優(yōu)先建設區(qū)單個地塊大于600 hm2的地塊與連片地塊大于600 hm2的地塊總面積為8 726.37 hm2，占耕地面積的37.31%，占后優(yōu)先提升區(qū)內耕地總面積的37.31%。該區(qū)域分布集中，主要分布在盧龍鎮(zhèn)、石門鎮(zhèn)、劉田各莊鎮(zhèn)、雙望鎮(zhèn)、下寨鄉(xiāng)、陳官屯鄉(xiāng)。該區(qū)域農田自然稟賦較差，受到坡度限制影響較大，致使其耕作條件及連片性都較差，農田基礎設施缺損嚴重，其改造提升工程所需資金較多且難度較大；地理位置不佳，生態(tài)環(huán)境脆弱，不利于耕地的空間穩(wěn)定性。

因此本區(qū)域實施建設項目時，應按照先后順序，整合涉農資金，集中財力推進工程建設，調節(jié)和改善區(qū)域農田綜合質量狀況，以城鎮(zhèn)建設發(fā)展目標規(guī)劃為導向，遠離那些阻礙耕地效益持續(xù)發(fā)揮的地區(qū)，同時注重建設工程與生態(tài)保護之間的相互協調，既能加強耕地的生產質量，又能有效提升耕地的生態(tài)質量。該區(qū)域耕地質量提升共布設7個建設項目。

表7　盧龍縣耕地質量提升項目時序安排各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積統計　hm2

注:表中≥600 hm2表示單個地塊大于600 hm2的面積，<600 hm2表示連片地塊大于600 hm2的面積。

5　結 論

(1) 采用理論分析和專家咨詢相結合的方法，以農用地分等定級中確定的指標為基礎，補充通過相應的耕地整治工程可以改善的限制因子，如：田塊平整度、連片度、田間道路通達度、耕作便利度，構建耕地質量提升評價指標體系，為耕地質量提升的地塊時序與建設項目時序的安排提供科學基礎。

(2) 通過層次分析法確定評價指標的權重，盧龍縣耕地質量貼近度大小采用逼近理想點的方法進行排序，將縣域內需要提升質量的耕地劃分為優(yōu)先提升區(qū)、次優(yōu)先提升區(qū)、后優(yōu)先提升區(qū)，提升規(guī)模分別為3 806.21 hm2，29 828.25 hm2，14 896.74 hm2，本研究確定的提升時序規(guī)模科學合理，有助于提高耕地質量提升的的效率。在提升時序的基礎上，將耕地質量提升的地塊尺度落到項目尺度，已達到耕地質量提升的集中連片，規(guī)模經營的目標。研究發(fā)現盧龍縣基本農田建設的規(guī)模普遍在600 hm2以上，并對耕地在ArcGIS 9.3軟件平臺進行處理，篩選其中大于600 hm2的連片耕地作為耕地質量提升建設項目，最終得到盧龍縣耕地質量提升項目時序安排。

(3) 通過對盧龍縣耕地質量提升進行評價得到耕地質量優(yōu)先提升區(qū)耕地總面積為13 501.16 hm2，次優(yōu)先提升區(qū)耕地總面積為13 131.85 hm2，后優(yōu)先提升區(qū)的耕地總面積為14 093.62 hm2。結合盧龍縣實際得出可布設耕地質量提升建設項目的面積情況為：優(yōu)先提升區(qū)共10 839.45 hm2，安排6個建設項目；次優(yōu)先提升區(qū)共3 824.31 hm2，安排4個建設項目；后優(yōu)先提升區(qū)共8 726.37 hm2安排7個建設項目。

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Study on the Time Sequence of the Improvement of the Quality of Cultivated of Land in Hilly Area of Yanshan—A Case Study of Lulong County of Hebei Province

CHEN Ying1, YANG Yang1, CHEN Qingfeng1, YU Hualong2,ZHANG Jie1, TIAN Chao2, CHEN Yaheng1

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China; 2.CollegeofLandandResources,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China)

With respect to the improvement in cultivated land quality, study on scheduling research respectively on the parcels scale and the project scale is of great significance to understand the cultivated land quality in a county， its distribution and layout of the construction projects, and promotion of the construction project. Based on Lulong County in Hebei Province as the research area, this study adds impact factors of cultivated land quality which can be improved by land consolidation engineering on the basis of the impact factors of farmland classification, construction evaluation index system of improvement sequence of cultivated land quality. We get the parcels scale sequence of land quality improvement by using method of approximating the ideal point, uses the close degree as measurement of improvement of the parcels scale scheduling, the distance analysis of cultivated land in land scale sequence, and get sequence of construction projects for improving the quality of cultivated land. The result shows that the area of the preferential improvement zone of cultivated land quality in Lulong County is 13 501.16 hm2, the area of the second preferential improvement zone is 13 131.85 hm2and the area of the last preferential improvement zone is 14 093.62 hm2. With respect to the reality of Lulong County, the area of cultivated land quality improvement project is as follows. The area of preferential promotion zone is totally 10 839.45 hm2, 6 construction projects were arranged in this area; the second preferential improvement zone has a total area of 3 824.31 hm2, and 4 construction projects wre arranged in this area; the last preferential promotion zone has a total area of 8 726.37 hm2，7 construction projects were arranged in this zone. These results can provide

for carrying out the pragmatic and efficient construction work of the improvement in cultivated land quality with distinctive regional features.

improvement in cultivated land quality; method of approximating the ideal point; sequence; Lulong County

2015-07-15

2015-08-30

河北省高等學校科學技術研究優(yōu)秀青年資助項目(Y2012015);河北省科技廳平臺項目(13967502D)

陳影(1981—),男,河北滄州市人,博士研究生,研究方向為土地資源規(guī)劃與利用。E-mail:chenqy_2005@163.com

陳亞恒(1973—),男,河北順平人,博士,教授,主要從事土地整理、土地評價、土地規(guī)劃等方面的研究和教學工作。E-mail:chenyaheng@126.com

F301.21

A

1005-3409(2016)04-0167-06