黃土高原丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設時序研究
——以天水市麥積區(qū)為例

陳 英，王 東，王順然

(甘肅農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，甘肅 蘭州 730070)

黃土高原丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設時序研究
——以天水市麥積區(qū)為例

陳 英，王 東，王順然

(甘肅農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，甘肅 蘭州 730070)

以天水市麥積區(qū)為例，從自然質量條件、工程建設條件、景觀生態(tài)條件3方面，選取評價建設高標準農田建設時序的關鍵性指標，提出“整體參與綜合評價、耕地質量存在差異、工程建設先易后難”的建設時序評價原則，并結合綜合評價系數(shù)法及自然斷點法確定麥積區(qū)高標準農田建設時序。結果表明，麥積區(qū)高標準農田建設時序近期、中期、遠期整治區(qū)面積分別占區(qū)內耕地總面積的17.54%、51.87%、30.59%。研究結果可為麥積區(qū)及丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設安排和政府決策提供借鑒。

高標準農田；時序；綜合評價系數(shù)法；麥積區(qū)

隨著我國耕地資源的有限性和稀缺性問題愈加突出，農村土地整治工作，尤其是高標準農田建設將扮演更重要的角色[1]。高標準農田是指土地平整、集中連片、設施完善、農田配套、土壤肥沃、生態(tài)良好、抗災能力強，與現(xiàn)代農業(yè)生產和經營方式相適應的旱澇保收、高產穩(wěn)產，劃定為永久基本農田的耕地[2]。自2010年中央1號文件提出全面建設高標準農田以來，建設高標準農田已成為一項歷史性任務。甘肅省現(xiàn)已啟動東部土地整治重大項目，重點以黃土高原殘塬區(qū)和丘陵溝壑區(qū)為主。為有序推進高標準農田建設工作進程，明確重點建設區(qū)域，合理安排建設時序至關重要。

目前，學術界對高標準農田多從其建設潛力[3-4]、農田區(qū)域劃定[5]及效益分析[6]等角度進行研究。針對建設時序和建設模式，馮銳等[7]在考慮建設條件評價方法的基礎上提出中江縣建設時序及模式；薛劍等[8]基于建設的可行性和穩(wěn)定性，運用四象限法將建設時序確定為優(yōu)先建設區(qū)、次優(yōu)先建設區(qū)和不建設區(qū)；唐秀美等[9]提出五華縣建設模式為發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)模式、基礎設施配套完善模式和改善環(huán)境與發(fā)展特色農業(yè)模式。已有研究對生態(tài)條件很少考慮，尤其是對農業(yè)基礎設施薄弱、水土流失嚴重、抵御自然災害能力不強的黃土高原區(qū)域的相關研究更是幾近空白。因此，本研究以麥積區(qū)為例，在考慮生態(tài)因素的基礎上選取評價建設時序的關鍵性指標，運用綜合評價系數(shù)法確定其建設時序，提出適合黃土高原丘陵溝壑區(qū)建設高標準農田的基本整治措施，以期為丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設方案及土地整治項目遴選提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

麥積區(qū)(105°25′～106°43′E，34°06′～34°48′N)地跨黃河、長江兩大流域，在渭河及其大小支流的沖刷下成黃土梁峁溝壑山地，并形成大小不等的許多谷地、盆地，處于黃土高原溝壑帶。屬大陸半濕潤、半干旱氣候，日照充足，年均日照2 090 h，光能資源豐富。全年無霜期168～182 d，年平均氣溫10.2 ℃。海拔748～2 559 m，年均降水量600 mm左右。麥積區(qū)土壤由第三、四紀甘肅紅色黏土和黃土母質發(fā)育而成，受地形、氣候影響，土壤類型多樣，主要以褐色土為主。全區(qū)總面積3 480 km2，現(xiàn)轄麥積鎮(zhèn)、馬跑泉鎮(zhèn)、社棠鎮(zhèn)等17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共476個行政村。2015年區(qū)內總人口63.59萬，其中農業(yè)人口占71.4%。2014年麥積區(qū)耕地總面積為59 502.43 hm2，包括旱地和水澆地，其中旱地總面積為55 932.28 hm2。根據(jù)麥積區(qū)土地利用總體規(guī)劃，到規(guī)劃期末，麥積區(qū)2020年基本農田面積不得少于39 900 hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1)空間數(shù)據(jù)。以2013年度耕地質量等別年度更新成果(包括土壤質地、有機質含量、pH值、灌排條件及田塊坡度等數(shù)據(jù))、2013年土地利用變更調查數(shù)據(jù)庫(1∶1萬)為基礎，并以麥積區(qū)衛(wèi)星影像圖、2010年耕地質量等級成果補充完善成果以及《麥積區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2009—2020年)》等為輔助數(shù)據(jù)。

(2)社會經濟數(shù)據(jù)。主要包括《麥積區(qū)統(tǒng)計年鑒(2014)》，相關土地規(guī)劃文本和說明，交通局各級道路統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。

(3)其他數(shù)據(jù)。通過GIS技術提取麥積區(qū)2013年土地利用變更調查數(shù)據(jù)庫中路網、林網和溝渠等矢量數(shù)據(jù)[8]。

1.3 高標準農田評價單元的確定

在高標準農田建設評價過程中，作為評價工作的基礎，評價單元選取尤為重要。評價單元的選擇應遵循一致性和統(tǒng)一性原則，其反映自然和社會經濟的屬性也應具有均一性特征[10]。作為空間客體，可以將行政村或最小單元耕地圖斑作為評價單元。高標準農田建設需落實到地塊，以保證其實際建設的操作性[10]，同時，地塊在地理學中作為規(guī)劃用地強度賦值的基本單位，每個地塊能反映與之對應耕地的屬性；因此，本研究將耕地地塊確定為高標準農田評價單元。

1.4 高標準農田建設時序安排

1.4.1 建設時序評價原則

對于建設時序的安排，遵循一定的原則非常重要。薛劍等[8]按照“空間穩(wěn)定性優(yōu)先，保證布局剛性；注重生態(tài)環(huán)境，保證生態(tài)安全；自然質量優(yōu)先，保障糧食生產能力；考慮工程建設條件，實行先易后難”的原則對富錦市高標準農田建設時序進行了安排；唐秀美等[9]認為其建設布局需要遵循“自然質量優(yōu)良、區(qū)域建設適宜”的原則。在參照已有研究的基礎上，根據(jù)麥積區(qū)區(qū)域實際，提出“整體參與綜合評價、耕地質量存在差異、工程建設先易后難”的原則，綜合確定高標準農田建設時序。在確定評價對象時，需將麥積區(qū)所有耕地圖斑考慮在內，通過對耕地質量評價指標自上而下、逐級賦分量化，來反映耕地間的質量差異，從而確定區(qū)域高標準農田建設工程實施的難易程度，進而綜合評價區(qū)域高標準基本農田建設時序。

1.4.2 評價指標體系構建

影響高標準農田建設的因素很多，從中選取主要因素建立關鍵評價指標是整個評價過程的核心。根據(jù)黃土高原丘陵溝壑區(qū)自然條件的特殊性及數(shù)據(jù)可獲得性，在咨詢相關專家意見的基礎上結合已有的研究成果[7-8，11-14]，考慮生態(tài)因素，擬從自然質量條件、工程建設條件和生態(tài)景觀條件3方面選取關鍵指標，為麥積區(qū)高標準農田建設時序安排的前期工作做準備。主要指標含義及指標效應見表1。

自然質量條件是表征耕地質量的重要因素。通過梳理相關文獻，本研究主要通過有效土層厚度、土壤質地、有機質含量、剖面構型、pH值、排水條件和灌溉保證率等7項指標表征。土層厚度對作物生長及提高養(yǎng)分和水分作用巨大，一定程度上反映了耕地的肥沃程度；土壤質地能較好地表征土壤耕作性能，土壤有機質含量是重要的養(yǎng)分容量指標，二者均能表征耕地的生產力狀況；剖面構型能夠表征土壤剖面結構及特征；土壤pH值對耕地肥力及作物生長影響很大；排水條件體現(xiàn)耕地的抗?jié)衬芰Γ还喔葪l件集中體現(xiàn)在灌溉保證率上。

工程建設條件是表征耕地附屬設施、耕地利用水平的重要因素，是衡量高標準農田建設難易度的主要因素。本研究選取路網密度、林網密度、溝渠密度和田塊坡度等4項指標來表征耕地附屬設施條件。路、林、溝渠密度分別反映耕地交通情況、防護和生態(tài)環(huán)境工程、灌溉排水情況；耕地坡度對耕地利用有明顯的限制作用，麥積區(qū)山地與丘陵范圍較廣，坡度對農業(yè)生產影響較大。

生態(tài)景觀條件也是建設基本農田的重要內容，生態(tài)景觀指標能夠反映田塊現(xiàn)狀和大小在空間上的配置情況，該指標的提出與高標準農田建設標準也相匹配。本研究通過田塊連片度和田塊規(guī)整度2項指標來表征。田塊連片度能夠反映某耕地地塊與其相鄰地塊利用類型的適宜性；田塊規(guī)整度能夠反映耕地形狀規(guī)則情況。

1.4.3 評價指標分值測算

表1 高標準農田建設評價體系及權重

Table 1 Evaluation system and weights of excellent-criterion farmland construction

評價要素Evaluationelements評價指標Index權重Weights指標效應Indicatorseffect自然質量條件有效土層厚度Effectivesoilthickness0.2173正PositiveNaturalquality表層土壤質地Surfacesoiltexture0.0568正Positiveconditions剖面構型Sectionalconfiguration0.0362正Positive土壤有機質含量Soilorganicmattercontent0.0707正Positive土壤pH值SoilpH0.0202適宜Suitable排水條件Drainageconditions0.0068正Positive灌溉保證率Irrigationguaranteerate0.1028正Positive工程建設條件路網密度Roadnetworkdensity0.0322正PositiveEngineeringconstructionconditions林網密度Forestnetworkdensity0.0903正Positive溝渠密度Trenchnetworkdensity0.0886正Positive田塊坡度Plotsslope0.1671負Negative生態(tài)景觀條件田塊連片度Plotsconnectedpiecedegree0.0433正PositiveEcologicallandscapeconditions田塊規(guī)整度Plotsregularity0.0677正Positive

在評價研究中，由于選取的評價指標性質差異較大，不具有直接比較的可行性。在表1指標體系中，對于路網密度、林網密度和溝渠密度的求算，分別用路、林、溝渠的長度與行政區(qū)面積之比表示[14]。道路、林帶和溝渠矢量圖層以2013年麥積區(qū)土地利用調查變更庫為準，計算最短距離時借助ArcGIS 9.3空間分析NEAR工具完成。集中連片度計算參考空間相連性分析方法，采用GIS緩沖分析，設定緩沖區(qū)距離，對相連或相交地塊進行緩沖構建連片區(qū)，并用式(1)計算各連片區(qū)連片度，連片度指標取值范圍為[0，1]，將計算結果與耕地田塊進行疊加，得到各田塊集中連片度值[14-15]。計算公式為：

(1)

式(1)中：X為各區(qū)片的集中連片度值；Si為連片后各區(qū)片面積；Smax為片內最大圖斑面積；Smin為片內最小圖斑面積。

田塊規(guī)整度用來測度耕地田塊形狀的復雜程度，其值越大，表明耕地地塊形狀越復雜。計算公式為：

(2)

式(2)中，D為規(guī)整度；A為耕地地塊面積；P為耕地地塊周長。

將所有指標按同一標準賦分，賦值范圍為[30，100]，即100分為各指標最高值，其余各級分值則按實際情況和數(shù)據(jù)分布采用等級賦分法賦予相應的作用分，結合已有研究和專家咨詢結果，最終確定其賦分結果(表2)。

1.4.4 建設條件綜合排序

(1)建立決策矩陣

依次對表1確定的13項評價指標進行標準化處理，標準化后的數(shù)據(jù)集形成矩陣X，xmn表示第m個評價單元第n個指標的值。則標準化處理后形成如下矩陣：

表2 麥積區(qū)時序安排評價指標分級分值表

Table 2 Graded scores of indicators for time sequence analysis in Maiji District

評價指標Index指標分值Indexscores304050708090100有效土層厚度Effectivesoilthickness/cm<30—[30,45)[45,70)—[70,90)≥90表層土壤質地Surfacesoiltexture—礫質土Gravelly—砂土Sandy—黏土Clay壤土Loam剖面構型Sectionalconfiguration通體砂Bricksand黏砂砂Stickysandsand砂黏砂Sandstickysand黏砂黏Stickysandsticky砂黏黏Sandstickysticky壤黏壤Loamstickyloam通體壤Brickloam土壤有機質含量Soilorganicmattercontent/%<6[6,10)—[10,20)[20,30)[30,40)≥40土壤pH值SoilpH<4.5/≥9.5[4.5,5.0)/[9.0,9.5)—[5.0,5.5)/[8.5,9.0)—[5.5,6.0)/[7.9,8.5)[6.0,7.9)排水條件Drainageconditions—無條件Unconditional—一般General—基本健全Basicsound健全Sound灌溉保證率Irrigationguaranteerate—無條件Unconditional—一般General—基本滿足Basicsound充分Full路網密度Roadnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,4)—[4,5)—≥5林網密度Forestnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,6)—[6,10)—≥10溝渠密度Trenchnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,5)—[5,8)—≥8田塊坡度Plotsslope/(°)—[15,25)—[6,15)—[2,6)<2田塊連片度Plotsconnectedpiecedegree<0.3[0.3,0.5)—[0.5,0.8)—[0.8,1)1田塊規(guī)整度Plotsregularity>2(1.5,2]—(1.2,1.5]—(1,1.2]≤1

(3)

(2)確定評價指標的熵權

安排建設時序時，需先確定評價指標的權重。本研究根據(jù)各指標對高標準基本農田建設時序所提供的信息量大小來決定相應指標的權重系數(shù)。熵權法在確定權重時會評估各評價指標承載的信息大小，同時評價過程幾乎不受主觀因素影響，另外，小尺度的研究有較多的數(shù)據(jù)支撐，采用熵權法比較合適，能充分反映區(qū)域間的內在差異；因此，本研究確定相關指標權重時選用熵權法。其原理是：信息熵越小，說明指標值最大值與最小值間的差距越大，相應權重也越大[16]。最終權重值見表 1。

(3)構造加權矩陣

構建加權矩陣R。其值等于熵權法測算的相應指標的權重與標準化數(shù)據(jù)集矩陣X的乘積。

(4)

式(4)中，α1，α2，…，αn為上述確定的13個指標權重；rij為通過加權之后相應的矩陣值。

(4)綜合評價系數(shù)法綜合排序

采用綜合評價系數(shù)法進行高標準農田建設時序的安排，原理是由各評價指標的最佳值組合成一個理想值，然后比較每個地塊各指標的累計值與理想值之間的差值，差值越小則該地塊質量等級越高，建設時序也越優(yōu)先。計算公式如下：

(5)

根據(jù)Ci對麥積區(qū)所有耕地綜合質量系數(shù)排序，綜合評價系數(shù)越小的地塊其綜合質量等級越高，高標準農田建設的時序也越優(yōu)先。麥積區(qū)高標準農田評價地塊單元共5 257個，根據(jù)各地塊的Ci采用標準分類法將麥積區(qū)建設時序劃分為近期、中期、遠期。

2 結果與分析

土地利用變更調查顯示，2013年末麥積區(qū)耕地總面積為59 727.90hm2，占整個轄區(qū)面積的43.91%，地類為旱地和水澆地。基于ArcGIS9.3自然斷點法對地塊的綜合評價系數(shù)進行標準分類，進而對麥積區(qū)高標準農田建設時序劃分為3個時期，即近期、中期、遠期整治區(qū)，如圖1所示。

從麥積區(qū)高標準農田整治區(qū)分布面積看：近期整治區(qū)面積10 475.13hm2，該區(qū)域土壤肥沃、地勢平坦、基礎設施條件好、生態(tài)安全程度高，是麥積區(qū)近期建設高標準農田的最佳區(qū)域，占轄區(qū)耕地總面積的17.54%；中期整治區(qū)面積30 982.45hm2，占轄區(qū)耕地總面積的51.87%，建設面積比重最大，該區(qū)域大部分耕地受坡度制約，水土流失時有發(fā)生，水資源匱乏、地力下降，因此，在中期建設高標準農田時除了對坡度較大的地塊改造以外，更要注重對其生態(tài)環(huán)境的保護，建設工程主要以坡改梯為主；遠期整治區(qū)面積18 270.32hm2，占轄區(qū)耕地總面積的30.59%，該區(qū)域建設高標準農田難度頗大，耕地自然質量較差，大多數(shù)地區(qū)無灌溉基礎設施，主要依靠天然降雨，再加上地處丘陵溝壑區(qū)，道路坑洼不平，田間交通欠發(fā)達，耕地細碎化嚴重，施工難度較大，生態(tài)環(huán)境易遭到破壞。

從麥積區(qū)高標準農田整治區(qū)分布區(qū)域看：在近期整治區(qū)內，渭南鎮(zhèn)整治面積最大，為2 301.21hm2，占近期整治面積的21.97%，花牛鎮(zhèn)、馬跑泉鎮(zhèn)、甘泉鎮(zhèn)和石佛鄉(xiāng)的高標準農田建設面積較大，分別為1 644.78、1 618.74、1 437.31、1 438.58hm2，五龍鄉(xiāng)和黨川鄉(xiāng)近期整治面積為0，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)整治面積較少；在中期整治區(qū)內，石佛鄉(xiāng)整治面積最大，為4 397.75hm2，甘泉鎮(zhèn)和新陽鎮(zhèn)僅次于石佛鄉(xiāng)，分別為4 013.82、3135.51hm2，道北街道建設面積較小，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布相對均勻；在遠期整治區(qū)內，五龍鄉(xiāng)整治面積最大，為3 536.19hm2，占后期建設面積的19.35%，道北街道、社棠鎮(zhèn)和馬跑泉鎮(zhèn)建設面積較小，三者面積之和僅占總建設面積的1.21%，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布相對均勻。

圖1 麥積區(qū)高標準農田建設時序分布圖Fig.1 Construction time arrangement of excellent-criterion farmland in Maiji District

根據(jù)以上評價結果及實地走訪，考慮到麥積區(qū)地處丘陵溝壑區(qū)，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)地形結構主要為丘陵、陡坡、溝壑，具有坡耕地比重大、水資源區(qū)域時空分布不均以及土地生態(tài)環(huán)境脆弱等特點，因此，今后麥積區(qū)高標準農田建設工作需按照“因地制宜，突出重點”的原則，根據(jù)不同區(qū)域耕地的主要限制因素選擇合適的建設模式。由于區(qū)域限制因素是并行的，建設過程中需同時考慮區(qū)域耕地坡度、農田水利、田間道路和防護林工程等因素，進而完成高標準農田建設工作。由以上分析可知，麥積區(qū)今后高標準農田建設模式主要以“坡改梯”整治工程、完善和優(yōu)化灌排基礎設施、改善交通條件及生態(tài)環(huán)境等為主。麥積區(qū)高標準農田近期整治區(qū)面積為10 475.13hm2，是目前建設的重點區(qū)域，主要分布于麥積區(qū)西北部和中部地區(qū)，涉及的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)有渭南鎮(zhèn)、花牛鎮(zhèn)、馬跑泉鎮(zhèn)和石佛鄉(xiāng)等。

3 結論與討論

本研究以麥積區(qū)為例，將耕地地塊作為評價單元，提出“整體參與綜合評價、耕地質量存在差異、工程建設先易后難”的建設時序評價原則，在考慮生態(tài)因素的基礎上，從自然資源條件、工程建設條件和生態(tài)景觀條件3方面選取評價高標準農田建設時序的13個關鍵性指標，結合綜合評價系數(shù)法及GIS標準分類方法確定其建設時序，理論上有利于豐富和完善高標準農田建設的評價體系及評價方法。

根據(jù)麥積區(qū)耕地地塊綜合評價系數(shù)，采用自然斷點法將地塊綜合評價系數(shù)進行分類，依建設時序劃分為近期、中期、遠期整治區(qū)，建設面積分別為10 475.13、30 982.45、18 270.32hm2。在今后高標準農田建設工作中，應著重從改造耕地坡度、農田水利設施、田間道路情況和農田生態(tài)等方面入手。本研究所確定的建設時序分布，可為麥積區(qū)及丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設區(qū)域安排和政府決策提供借鑒。

本研究在評價指標選取方面作了較為全面的分析，進而對麥積區(qū)高標準農田建設時序進行了安排。在考慮生態(tài)因素的基礎上確定建設時序與模式，這與高標準農田建設的內涵相符。建設時序結果也符合麥積區(qū)實際情況，驗證了評價方法的科學性。由于時間和水平有限，本研究中建設時序和模式的確定是依據(jù)評價指標在某一時點的狀況確定的，而在實際建設過程中，區(qū)域的選擇還受到其地理環(huán)境變化及政府決策等因素影響。此外，高標準農田建設評價指標的確定還應充分考慮政府意向及當?shù)厝罕妳⑴c意愿等因素，這些在今后研究中應逐步完善。

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(責任編輯 高 峻)

Time arrangement of excellent-criterion farmland construction in loess hill and gully region:A case study of Maiji District， Tianshui City

CHEN Ying， WANG Dong， WANG Shunran

(CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences，GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070，China)

In the present study， Maiji District， Tianshui City was taken as an example， and key evaluation indicators were selected from aspects of natural quality conditions， engineering construction conditions and ecological landscape conditions. The construction sequence evaluation principle was proposed as “overall comprehensive evaluation， cultivated land quality vary， and easy projects first”. By comprehensive evaluation coefficient method and natural break method， the construction sequence in Maiji District was evaluated， and reasonable arrangements for the construction mode were proposed. The results showed that the construction scale in the near， medium and long-term should be 17.54%， 51.87%， 30.59%， respectively. These results could provide references for the excellent-criterion farmland construction in Maiji District and the loess hilly and gully region.

excellent-criterion farmland; time sequence; comprehensive evaluation coefficient method; Maiji District

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.21

2016-11-30

國家自然科學基金(71263003)

陳英(1969—)，男，甘肅武威人，博士，副教授，研究方向為土地資產管理。E-mail: cheny@gsau.edu.cn

S156

A

1004-1524(2017)04-0660-08

浙江農業(yè)學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 660-667

陳英，王東，王順然. 黃土高原丘陵溝壑區(qū)高標準農田建設時序研究——以天水市麥積區(qū)為例[J]. 浙江農業(yè)學報，2017，29(4)： 660-667.