襄陽市耕地后備資源開發時序與生態損益評估

王 娜，李智峰，邵慶軍，祁 瓊

（1.十堰市土地勘測規劃院，湖北 十堰 442000；2.湖北省國土資源研究院，湖北 武漢 430071）

襄陽市耕地后備資源開發時序與生態損益評估

王 娜1，李智峰1，邵慶軍1，祁 瓊2

（1.十堰市土地勘測規劃院，湖北 十堰 442000；2.湖北省國土資源研究院，湖北 武漢 430071）

在未利用地和工礦廢棄地宜耕性評價的基礎上，探討了襄陽市耕地后備資源開發時序和生態損益。結果表明：①襄陽市宜耕性面積為30 074.26 hm2，包括荒草地、灘涂、沙地和工礦廢棄地等；②襄陽市耕地后備資源開發時序為：先開發（23.62%）＞較先開發（65.30%）＞較后開發（7.91%）＞后開發（3.17%），各縣（區）開發時序依次為宜城市、棗陽市、襄州區、谷城縣、老河口、南漳縣、襄城區、樊城區和保康縣；③耕地后備資源開發前后生態服務總值由6.42億元降為1.91億元，食物生產和原材料生產價值分別增加0.21億元和0.01億元，氣候調節和廢物處理價值呈現“落勢”，分別減少1.37億元和1.27億元。

耕地后備資源；宜耕性評價；開發時序；生態損益

隨著我國經濟的快速發展，耕地持續減少[1]，嚴重威脅著糧食安全和經濟安全，根據2014年《關于開展全國耕地后備資源調查評價工作的通知》，如何充分利用新常態帶來的機遇，調查和開發耕地后備資源，提高區域土地利用效率和生態價值，成為當前研究的熱點。部分學者對北京市、鹽城市和神木縣等地區耕地后備資源開發適宜評價作了探討[2-4]，但針對開發時序和生態損益評估等方面的研究還存在不足。襄陽市作為鄂西生態旅游中心城市，不僅是首批國家智慧城市，也是國家歷史文化名城，城市發展和建設用地需求給耕地保護帶來了更大的壓力。本文以襄陽市未利用地和工礦廢棄地為評價對象，對其宜耕性、開發模式及開發生態損益進行了評估，以期為耕地后備資源開發利用提供借鑒。

1 數據來源與預處理

評價數據來源于2012年度土地變更調查、土壤普查、農業普查、生態環境保護規劃等資料[5]。首先提取生態環境、地形地貌等數據并數字化；再根據2012年土地利用變更庫和DOM進行糾正，并進行外業補調和修正；最后得到襄陽市宜耕性評價圖斑總計18 068 個，總面積為56 311.28 hm2，其中面積最大的圖斑為284.45 hm2，面積最小的僅為0.001 hm2。結合土壤數據和實際調查資料，利用鄰近地塊加權平均法對評價數據進行修正和補充，以保證數據的完整性和可靠性。鄰近地塊加權平均法公式為：

式中，Ri為第i個圖斑屬性值；Rij為第i個圖斑周圍第j個圖斑屬性值；Sij為第i個圖斑周圍第j個圖斑的面積。

2 技術與方法

2.1 宜耕性評價

遵循可反映土地質量、生態環境、氣候條件和區位指標的代表性和數據可獲取性等原則，選擇生態條件等11個指標作為宜耕性評價指標，構建評價指標體系。選取襄陽市未利用地和工礦廢棄地為評價對象，對評價指標建立圖斑屬性數據庫，形成評價單元。根據湖北省耕地后備資源評價標準[6]，以無灌溉排水條件為不宜耕的臨界值；以土壤PH值≥9.5或≤4.0為不宜耕的臨界值；各臨界值見表1，采取“限制性因子”進行宜耕性評價。

表1 宜耕性評價指標表

2.2 宜耕地開發時序評價

2.2.1 指標因子選取

在宜耕性評價的基礎上，對襄陽市耕地后備資源開發難易程度進行了評價，并由此確定開發時序。考慮了湖北省劃分標準和本地實際情況，選取土壤質地、地形坡度等7個指標構建指標體系（見表2），并用AHP確定指標權重[7]，再結合指數加權模型對耕地后備資源9 310個圖斑進行評價。分析指標因素之間的因果關系，將指標C1～C7分解為不同層次的要素，建立判斷矩陣（見表3），計算得到判斷矩陣最大特征值及對應的正交特征向量λmax為7.740 2，計算每一層次各要素的權重值，并進行一致性檢驗，檢驗結果CR=0.090 7＜0.1，即判斷矩陣的一致性符合精度要求。

表2 耕地后備資源開發時序評價指標及權重表

表3 判斷矩陣構建表

2.2.2 指標因子影響程度綜合分析法及評價

根據不同指標的相對重要性，確定各指標權重，按照湖北省耕作制度二級區劃分標準[8]，除保康縣位于盆周秦巴山區外，其余縣（區）均位于鄂豫皖丘陵山區，地形坡度對宜耕土地開發影響較大，其權重較高。用指數加權模型計算耕地后備資源開發時序等級，公式為：

式中，Nc為第c個因素的權重；Mc為第c個因素的指標分值。F值越大，表明宜耕土地質量越好，開發成本越低，適于優先開發；反之，則土地質量較差（如鹽堿地、沙地、裸地等），開發成本較高，難以開發。

由于評價結果為單變量分類，可用Jenks自然間斷點分級法進行分類。基于數據中固有的自然分組，對相似值進行分組，數據值差異相對較大的位置設為邊界（圖1a）。據此將每個耕地后備資源圖斑劃分為后開發（0.676～0.737）、較后開發（0.738～0.799）、較先開發（0.800～0.866）和先開發（0.867～0.922），并對耕地后備資源開發時序進行評價。

襄陽市轄8縣（區），由于先開發和較先開發耕地后備資源質量較優，容易開發，研究該部分耕地后備資源在各縣（區）的分布及開發時序，對于合理開發各縣（區）耕地后備資源具有重要意義。因此采用聚類方法[9]，通過ArcGIS的Jenks的自然間斷點分級法（圖 1b），將該部分耕地后備資源在各縣（區）進行聚類。

圖1 Jenks自然間斷點分級法分類圖

2.3 生態損益評價

食物、空氣、水源等是人類生存必需品，同樣，原材料、娛樂、休閑等也都是生態系統為人類提供的生態物品和服務，有著極高的價值[10]。我國人均生態資產稀缺，迫切需要在土地開發中對生態服務價值進行估算和評價。本文基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值化方法，根據襄陽市實際情況修正了謝高地[11]等提出的生態系統單位面積生態服務價值表，對襄陽市耕地后備資源開發利用生態服務價值損益進行了評估。

基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值化方法，調研了資源供給服務、環境調節服務、生產支持服務以及文化娛樂服務等效益的能值。其中，供給服務包括食物生產和原材料生產；調節服務包括氣體調節、氣候調節和水文調節；支持服務包括土壤保持、廢物處理和維持生物多樣性；文化服務則包括美學景觀服務。

生態服務價值計算公式為：

式中，ESV為年生態系統服務總值（單位：元）；Ai為研究區第i種地類面積（單位：hm2）；Vij為第i種地類第j種生態服務功能的單價（單位：元·hm-2·a-1）。

3 研究結果與分析

3.1 宜耕性分析

如圖2所示，襄陽市耕地后備資源主要分布在宜城市和棗陽市，類型主要以荒草地和內陸灘涂為主，該區域耕地后備資源地形坡度小、降雨豐富，耕作便利，宜耕程度較高；襄州區和老河口市次之；襄城區再次之，主要以可開墾裸地和可復墾工礦用地為主；樊城區主要以可開墾其他草地和可復墾工礦用地為主；而保康縣的未利用地分布零散且位于丘陵山區的內部，地形起伏較大，土壤質地也較差，宜耕程度不高。

圖2 宜耕性評價結果圖

非宜耕類別包括非宜耕未利用地和非宜耕工礦用地兩類，共計26 237.02 hm2，其中，非宜耕未利用地為24 710.03 hm2；非宜耕工礦用地為1 526.99 hm2。宜耕性耕地后備資源包括可開墾未利用地、可復墾工礦用地等，總面積為30 074.26 hm2。其中，可復墾工礦用地為946.79 hm2；可開墾未利用地總面積為29 127.47 hm2，主要包括可開墾裸地、荒草地、內陸灘涂和沙地等。

圖3 耕地后備資源開發時序空間分布圖

3.2 開發時序分析

如圖3所示，襄陽市較先開發的耕地后備資源所占比重最大（71.98%），先開發比重次之（17.70%），第三為較后開發比重（7.20%），后開發比重最少。由此可見，襄陽市耕地后備資源開發時序為：先開發（5 323.13 hm2）＞較先開發（21 647.27 hm2）＞較后開發（2 164.67 hm2）＞后開發（939.19 hm2）。其中，耕地后備資源中先開發和較先開發所占比重最大，為89.68%。該部分耕地后備資源坡度小、土壤有機質含量高，適宜將該部分優先開墾為耕地，緩解土地供求矛盾。而對于比重為10.32%的較后開發和后開發耕地后備資源，由于自身土地質量不高，對技術、資金和生態環境均要求較高，開發時序較為靠后。

對各縣（區）先開發和較先開發耕地后備資源面積進行空間聚類，如圖4所示，宜城市和棗陽市為I級，優先開發；襄州區次之，為Ⅱ級；谷城縣和老河口市再次之，為Ⅲ級；南漳縣為Ⅳ級；襄城區、樊城區和保康縣為Ⅴ級。在各縣（區）中，宜城市和棗陽市先開發和較先開發面積所占比重較大，耕地后備資源類型也多以荒草地和灘涂為主，通過土地規整、農田水利規劃設計、田間和生產道路建設、農田防護林配套等改善措施，可提高土壤質量、田塊耕作便利度和灌溉保證率，改善農業生產條件，促進農業規模化機械化；樊城區、襄城區和保康縣先開發和較先開發面積所占比重較小，耕地后備資源也多以沙荒地和工礦廢棄地為主，通過生物化學等方法，建立現代水利工程和排堿措施以改善土壤酸堿度，提高土壤質量，并通過山、水、田、林、路綜合整治，配套農田水利、道路和防護林設施，增強糧食綜合生產能力，建立高效、高質、生態一體化的開發方式。

圖4 先開發和較先開發耕地后備資源開發時序圖

3.3 生態損益評估

隨著耕地后備資源開墾或復墾為耕地，襄陽市生態服務價值由6.42億元降為1.91億元，下降了4.51 億元。從微觀而言（圖5），食物生產和原材料生產的生態服務價值分別增加0.21億元和0.01億元；而氣候調節、廢物處理和水文調節則呈“落勢”，分別減少1.37億元、1.27億元和1.26億元。究其原因，耕地后備資源復墾為耕地，通過種植水稻或小麥等農作物，食物生產能力和原材料生產能力大大提高；相關研究表明，濕地可清除和轉化毒物和雜質，并對水文涵養和氣候調節有明顯功效[12]，而耕地后備資源中灘涂所占比重較大，因此，將灘涂開墾為耕地的過程中，水文涵養、氣體調節、水土保持和廢物處理等價值呈現“落勢”。

圖5 耕地后備資源開發前后生態服務價值變化圖

因此，在耕地后備資源開發中，針對內陸灘涂、荒草地、沙地、裸地、工礦廢棄地等不同類型的耕地后備資源，要進行功能分區，因地制宜地對其進行開發，防止生態惡化和生態服務價值的大幅度降低。同時，在提高土壤質量的基礎上，要提高水源涵養和水文調節功能，優化種植結構，提高整體生物多樣性及美學景觀價值，增強區域農業經濟、社會、生態和環境綜合效益。

例如，荒草地開發時，在田塊平整、河道清淤、灌排設施建設、田間生產道路配套、防護林建設等傳統工程的基礎上，還要合理布局田塊大小，對土壤進行有機肥培肥和深耕曬垡，并加強農田生態系統的生態景觀型設計，增加區域氣體調節能力和氣候調節能力，同時增強廢物處理功能和生物多樣性保護功能。露天采場、廢棄采石場、廢棄工業廣場和采空塌陷區等工礦廢棄地開發時，在進行傳統的田、水、路、林、村綜合整治和增強糧食生產能力的基礎上，還需要進行充填注漿、防滲防污染、鹽堿度調解、深度覆蓋、隔離有毒有害放射性成分等處理，提高區域廢物處理和氣候調節功能，防治水土流失和美學景觀的減少。沙荒地開發時，在傳統的土地平整、農田水利工程和道路工程的基礎上，要因地制宜地進行固沙改良，種植固沙改良植物，修建節水型灌溉設施及生態護坡；在種植植物選擇上，可根據需要選擇玉米等節水型農作物和土豆等耐沙性蔬菜，避免地表裸露等處理，防止水土流失和環境惡化，增強區域生物多樣性和水土保持能力。內陸灘涂開發時，要做好水土保持和鹽堿化調解，防治河水倒灌，加強生態景觀型農業建設和保持區域生物多樣性和美學景觀價值。

[1] 高強平,胡社榮.基于MapObjects和ArcIMS的耕地后備資源GIS [J].地理空間信息,2006,4(5)：56-57

[2] 關小克,張鳳榮,李樂,等.北京市耕地后備資源開發適宜性評價[J].農業工程學報,2010,26(12)：304-310

[3] 劉康,陳偉,吳群.沿海灘涂耕地后備資源開發適宜性評價：以江蘇省鹽城市為例[J].農業現代化研究,2014,35(4)：430-436

[4] 張瑞.神木縣耕地后備資源開發時序研究[D].西安：長安大學,2015：2-6

[5] 襄陽市統計局.襄陽市統計年鑒2013[M].北京：中國統計出版社,2013：117-126

[6] 湖北省國土資源研究院.湖北省耕地后備資源調查評價技術報告[Z].2015：6-8

[7] 付奇,何政偉,薛東劍.層次分析法在爐霍縣泥石流易發性評價中的應用[J].地理空間信息,2012,10(6)：139-141

[8] 熊政春.中國耕地質量等級調查與評定(湖北卷)[M] .北京：中國大地出版社,2009：45-52

[9] 嚴長清,袁林旺,李滿春.江蘇省耕地后備資源的空間分異及開發時序模型研究[J].地理與地理信息科學,2005,21(2)：58-61,73

[10] 謝高地,張彩霞,張昌順,等.中國生態系統服務的價值[J].資源科學,2015,37(9)：1 740-1 746

[11] 謝高地,甄霖,魯春霞,等.一個基于專家知識的生態系統服務價值化方法[J].自然資源學報,2008,23(5)：911-919

[12] 董英魁.現存坑塘景觀生態化改造研究 ：以安陽老城為例[D].保定：河北農業大學,2011：5-13

P208

：B

：1672-4623（2016）11-0074-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.027

王娜，碩士，研究方向為土地利用規劃與評價。

2016-08-01。