任艷敏 孫九林 劉 玉 潘瑜春
(1.河南大學環境與規劃學院, 開封 475001; 2.北京農業信息技術研究中心, 北京 100097;3.中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101)
縣域永久基本農田劃定方法研究
任艷敏1,2孫九林3劉 玉2潘瑜春2
(1.河南大學環境與規劃學院, 開封 475001; 2.北京農業信息技術研究中心, 北京 100097;3.中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101)
基于永久基本農田概念、內涵和劃定要求,提出了縣域永久基本農田的定量評價模型與劃定方法,并以河北省定州市為例進行示范驗證。定量評價模型包括自然稟賦條件、基礎設施條件、社會經濟條件和區位條件4方面12個指標,并在改進連片度和田間道路密度計算方法的基礎上進行綜合評價。根據綜合評價結果,將定州市耕地劃分為優先保護型(≥76.00)、重點保護型(68.91~76.00)、適宜調控型(60.00~68.91)和后備整治型(0~60.00)4種類型,其中:優先保護型(28 389.22 hm2)集中分布在城區及鎮政府周邊,是定州市重要的糧食生產基地;重點保護型(39 084.13 hm2)主要分布在龐村鎮、大鹿莊鄉、楊家莊鄉等,是永久基本農田的重點建設區域;適宜調控型(16 831.95 hm2)分布較為分散,主要分布在磚路鎮、趙村鎮、西城區等,未來通過差別化土地整治再適當調為永久基本農田;后備整治型(5 126.82 hm2)零散分布在西城區、北城區、息冢鎮等,目前不適宜劃作永久基本農田。研究結果可為定州市永久基本農田劃定與相關規劃提供依據。
永久基本農田; 縣域; 劃定; 評價; 定州市
科學合理劃定永久基本農田,對確保國家糧食安全、促進種植業健康發展等具有重要作用[1]??h級是實施、管理土地整治活動的基礎層級,科學劃定縣域永久基本農田是緩解縣域經濟建設與耕地保護之間矛盾的有效手段,有助于保障一定區域內人口對農產品的需求和國家對商品糧供應的要求[2]。
近年來,我國各地區國土部門都在著手劃定永久基本農田。然而,由于永久基本農田劃定尚處于起步階段,未形成統一的定量劃定方法,在實際劃定時受主觀化和人為化影響較大。一些學者圍繞基本農田和高標準農田劃定的指標選擇、綜合評價模型構建等開展了深入研究,從耕地自然稟賦[3-6]、利用水平[5,7]、經濟效益[8-9]、布局穩定[10]、災害防護[11]等方面構建綜合評價指標體系,采用綜合評價法[12]、四象限法[13]、最小費用距離法[14]、模糊優選模型[15]、局部空間自相關法[16-17]、理想解逼近法[18-19]、貝葉斯網絡法[20]等方法進行空間布局,這些研究成果可為永久基本農田劃定提供方法借鑒。但是,結合永久基本農田的概念和內涵,尤其是社會經濟發展對永久基本農田劃定提出的新要求,尋求更為科學合理的劃定方法顯得十分必要。此外,在現有評價指標值獲取方面,存在一些指標表征不準確或者獲取方法不符合實際情況的問題,例如:反映圖斑空間相連程度的“連片度”,目前多采用生成一定距離的緩沖區[13,19],認為落在同一緩沖區內的耕地圖斑是相連的,該方法計算簡單但閾值設置受人為影響較大,加之不同區域的閾值設置差異較大,采用統一的閾值進行計算不符合實際情況;“田間道路密度”多采用單位圖斑面積內的田間道路長度表征[19],未考慮田間道路等級對道路密度指數的影響,需要進一步結合實際情況研究其指標獲取方法。
本文以高標準農田建設示范縣——河北省定州市為例,在改進連片度和田間道路密度指標獲取方法的基礎上,根據永久基本農田的概念、內涵與劃定要求,從自然稟賦條件、基礎設施條件、社會經濟條件和區位條件4方面選取評價指標,對耕地入選永久基本農田進行定量評價,并結合劃定規模確定定州市永久基本農田空間布局。
1.1 研究區概況
定州市地勢平坦,平均海拔高度為43.6 m;屬暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候,光熱資源豐富,四季分明;全市水文地質條件良好,且土壤肥沃,以沙壤土和輕壤土為主。2012年全市土地總面積128 370.74 hm2,其中耕地面積89 432.12 hm2,占土地總面積的69.67%;全市總人口123萬,其中農業人口占總人口的56.9%;2012年全市地區生產總值239.59億元。另外,全市自然災害較少發生,灌排等基礎設施較完善,是全國糧食主產區以及高標準農田建設示范縣。因此,選擇定州市作為案例區,具有一定的典型性和代表性。
1.2 數據來源及處理
本研究主要數據來源為:①2012年土地變更調查數據庫,獲取耕地、田間道路、主要公路、鎮政府、居民點等矢量數據。②土地利用總體規劃數據庫(2010—2020),獲取土地利用空間管制范圍、基本農田矢量數據。③2013年定州市耕地質量等別年度更新數據庫,獲取表層土壤質地、剖面構型、土壤有機質含量、灌溉保證率等指標數據。④2013年定州市統計年鑒,獲取分村農業人口、糧食單產等數據。
在評價分析前,對收集的基礎數據進行預處理:檢查數據來源,與相關部門核實數據的可靠性,確保計量單位統一、規范,進行資料梳理;所有圖件資料通過數據格式轉換、地圖投影及坐標校正,統一為ArcGIS格式,坐標系采用1980西安平面坐標系和1985國家高程基準,圖件數據涵蓋整個研究區域。
2.1 評價單元確定
評價單元是指能反映一致或相對一致的各類現狀條件并具有內部屬性一致特點的對象[21]。永久基本農田劃定、規劃與建設均需要確定評價對象,即評價單元。為使評價結果能從微觀尺度體現各耕地圖斑之間的質量差異,有效指導永久基本農田劃定工作,以土地變更調查數據庫為基礎,提取耕地圖斑作為基礎評價單元。分村數據采用ArcGIS空間相交工具賦值給相應的耕地圖斑。
2.2 評價指標體系構建
永久基本農田是在基本農田劃定的基礎上,依據地質條件較好、土壤肥沃、集中連片、生態良好、抗災害能力強、農業基礎設施完善等原則進行科學選取與劃定的農田[4]。概括起來,永久基本農田具有自然稟賦條件良好、基礎設施完善、社會經濟條件良好以及區位條件優越的特征,因此,本研究從這4方面構建評價指標體系。由于定州市較少發生農業自然災害且發生自然災害的類型及程度基本相似,因此在構建指標體系時未考慮自然災害指標。
(1)自然稟賦條件
自然稟賦條件反映耕地生產能力的自然本底狀況,既包括土壤本身的理化特性,又包括圖斑大小、形狀、連片度等外部特征。由于定州市屬于華北平原區,地勢平坦,除表層土壤質地、剖面構型、土壤有機質含量外,其他土壤屬性指標空間變異很小;而連片度反映耕地圖斑的空間相連程度,影響農業生產的機械化水平、便捷化程度、規模化潛力和生產效率[22]。因此,本研究選取表層土壤質地、剖面構型、土壤有機質含量和連片度來表征耕地的自然稟賦條件,前3個指標可從定州市耕地質量等別年度更新成果獲取。連片度計算如圖1所示,采用以下步驟:基于矢量數據剔除低等別和細碎圖斑后,將剩余耕地圖斑進行柵格轉換;然后基于數學形態學的柵格膨脹腐蝕運算自動求取連片距離閾值,并進行連片耕地圖斑判定與連片度分級。與以往連片度計算方法相比,該方法充分利用了柵格、矢量數據各自的優勢,不但顯著提高了計算效率,而且避免了連片閾值的人為設定。圖斑連片度越大,越適宜劃作永久基本農田。

圖1 連片度測算技術路線圖Fig.1 Technology roadmap of connection degree measurement
(2)基礎設施條件
農田基礎設施主要包括田間道路、灌溉排水設施、田間防護林等,綜合參考永久基本農田劃定的相關標準規范,結合定州市實際情況,選取田間道路密度和灌溉保證率2個指標來反映基礎設施條件。其中,灌溉保證率從定州市耕地質量等別年度更新成果中獲??;田間道路密度反映農田耕作的便利程度,一般采用田間道路(道路寬度0~6 m)總長度與圖斑面積比值表征,未考慮道路等級對指標值的影響。但是實際中,寬度小于6 m的田間道路又細分為用于大型機械雙向通行的機耕路和用于生產人員、人畜力車輛及小微型農業機械通行的生產路。參考永久基本農田建設標準,從XZDW圖層中提取寬度0~6 m的道路作為田間道路,進一步將寬度0~3 m的道路定義為生產路,寬度在3~6 m之間的道路定義為機耕路,通過與耕地圖斑圖層作疊加分析,統計各評價單元的機耕路和生產路總長度,并計算各評價單元的田間道路密度。其值越大,說明圖斑耕作越便利,越應優先劃作永久基本農田。田間道路密度計算公式為
D=(l1+l2w)/S
(1)
式中l1——評價單元內的機耕路總長度l2——評價單元內的生產路總長度w——生產路權重,取值范圍為[0,1],可根據區域實際情況適當調整:寬度接近3 m的生產路長度越大,w值越大(根據定州市實際情況,取w=0.6)
S——評價單元面積
(3)社會經濟條件
社會經濟條件在一定程度上決定著永久基本農田劃定的落實程度以及劃定后的長期穩定狀況,選取基本農田比例、農業人口比重和糧食單產3個指標表征。其中,基本農田比例指行政區內的基本農田面積占耕地總面積的百分比,反映當前基本農田條件及建設潛力,比例越大,越應優先劃作永久基本農田;農業人口比重指行政區內從事農業生產人口占總人口的百分比,比重越大,對農業生產的依賴越大,越優先劃作永久基本農田;糧食單產反映評價單元的糧食生產能力,也是耕地質量的最直接體現,單產越高,越應劃作永久基本農田進行保護。這3個指標均是以村為單元進行統計的,具體計算時利用ArcGIS空間相交工具賦值給耕地圖斑,即同一村的各評價單元具有相同的社會經濟條件指標值。
(4)區位條件
區位條件一方面反映了區域耕地資源利用的便利性,另一方面反映了資源特征對永久基本農田劃定的約束程度。本研究選取對外交通通達度(與主要公路距離)、鄉鎮影響度(與鎮政府所在地距離)和耕作便利度(與居民點距離)3個指標表征區位條件優劣。距離主要公路、鎮政府和居民點越近,則耕作越便利,也越容易被建設占用,因此越優先劃作永久基本農田進行保護。采用文獻[23]中的方法進行具體指標值獲取。對于受多個鎮政府或主要公路影響的耕地圖斑,其影響距離取其與圖斑的最短距離。
2.3 指標標準化與權重確定
鑒于各指標性質不同,本研究將指標標準化為[0,100]閉合區間。其中,表層土壤質地、剖面構型、土壤有機質含量、灌溉保證率等指標的標準化分值參考GB/T 28407—2012《農用地質量分等規程》確定,其他指標采用專家打分法進行分級和量化處理。
采用層次分析法[6,24]確定指標權重:①將永久基本農田綜合評價作為目標層(G層),自然稟賦條件、基礎設施條件、社會經濟條件和區位條件作為準則層(C層),把影響準則層的各元素作為指標層(A層)。②構建判斷矩陣A、C1、C2、C3、C4。③求取層次單排序、層次總排序并進行一致性檢驗:利用yaahp軟件計算得到4個準則層的最大特征值、一致性指標(Consistency index,CI)和一致性比率(Consistency ratio,CR),并進行層次總排序,直到檢驗結果具有滿意的一致性。④采用和積法計算A層對G層的組合權重(表1)。
2.4 綜合評價模型與時空布局
采用加權指數和法[7,25]計算永久基本農田評價的綜合得分。評價模型為:
準則層評價模型
(2)
綜合評價模型
(3)
式中Fk——第k個評價單元的綜合評價得分Fki——第k個評價單元第i個準則層的評價得分
Akij——第k個評價單元第i個準則層下第j個評價指標的標準化值
Wij——第i個準則層下第j個評價指標權重
Wi——第i個準則層的權重
n——第i個準則層的評價指標總數

表1 永久基本農田評價指標體系及量化標準
3.1 準則層評價結果
利用式(2)計算各準則層評價得分可知,定州市耕地自然稟賦條件得分在[48,88]區間內(圖2a),60分以上的耕地呈現較好地集中連片分布,且表層土壤質地以壤土和粘土為主,有機質含量較高,適宜作物生長;而60分以下的耕地零散分布在城區周邊和定州南面的河灘地區,土壤不夠肥沃?;A設施條件得分在[25,95]區間內(圖2b),70分以上耕地零散分布在各個鄉鎮,且圖斑總面積較小,主要是單位面積內的田間道路較長,且灌溉條件較好,而其他耕地圖斑受田間道路密度和灌溉條件限制,得分較低。社會經濟條件得分在[29,100]區間內(圖2c),但是60分以下的耕地面積小,分布在城區周邊和定州西南角;而其他區域由于基本農田比例較高、農業人口比重較大和單位面積糧食產量較高,得分普遍較高,這與定州市是華北地區糧食主產區的實際情況相符。區位條件得分在[23,100]區間內(圖2d),80分以上耕地主要圍繞著城區呈現集中連片分布,距離鎮政府和居民點較近,對外交通通達性較好且耕作便利,只有西北和東南部的小部分耕地受交通等因素限制區位條件得分較低。

圖2 定州市永久基本農田準則層評價結果Fig.2 Criteria level score of permanent basic farmland in Dingzhou City
3.2 永久基本農田劃定結果
利用式(3)計算各耕地圖斑的綜合評價得分,并在ArcGIS 10.3的支持下,將耕地圖斑綜合評價分值由高到低進行排序;結合河北省下發的定州市永久基本農田劃定規模(66 335 hm2),從高分值向低分值的耕地面積逐漸累加,將累加面積大于或等于66 335 hm2的分值(68.91)作為拐點,并利用Manual Breaks工具,按照≥76.00、68.91~76.00、60.00~68.91、0~60.00將定州市耕地入選永久基本農田評價結果劃分為優先保護型、重點保護型、適宜調控型、后備整治型4種類型(表2、圖3)。

表2 定州市永久基本農田劃定結果

圖3 定州市永久基本農田劃定結果分布圖Fig.3 Delineation distribution result of permanent basic farmland in Dingzhou City
(1)優先保護型
該類耕地面積為28 389.22 hm2,占定州市耕地總面積的31.75%,但耕地圖斑數僅占圖斑總數的19.46%,平均斑塊面積較大(為58.66 hm2),遠高于全市平均圖斑面積(35.96 hm2)。從空間分布看,該類耕地主要分布在緊鄰定州城區周邊的鎮政府周邊。其中,留早鎮分布最多,其次是號頭莊鄉和叮嚀店鎮。該區域耕地不僅圖斑面積大、集中連片程度較好,而且緊鄰城區或鎮政府,社會經濟發展水平較高,加之耕作便利、基礎設施完善、基本農田比例大等優勢,應優先劃作永久基本農田進行保護,發展高產、高效作物。該區域是定州市重要的糧食生產基地。
(2)重點保護型
該類耕地面積為39 084.13 hm2,是面積最大的類型,占定州市耕地總面積的43.70%;平均斑塊面積為43.33 hm2,僅次于優先保護型耕地。主要分布在龐村鎮、大鹿莊鄉、楊家莊鄉等。該類耕地一般靠近主要公路,交通便利,基礎設施較為完善;耕地自然質量較好,且多呈集中連片分布,是永久基本農田的重點建設區域。另外,該類耕地緊鄰城區、鎮政府和主要公路,容易被建設占用,亟需將其劃入永久基本農田進行保護。同時,該類耕地緊鄰優先保護型耕地圖斑,有利于進行區域性永久基本農田建設與保護。
(3)適宜調控型
該類耕地面積為16 831.95 hm2,圖斑數較多(811個),平均斑塊面積僅為20.75 hm2,遠小于優先保護型和重點保護型耕地,而且遠小于定州市平均圖斑面積(35.96 hm2)。從空間分布看,該類耕地分布較為分散,多臨近后備整治型耕地,交通多為不便,自然稟賦較差,基礎設施配套較不完善,主要分布在磚路鎮、趙村鎮、西城區、北城區、西鄉鎮、息冢鎮等鄉鎮。然而,該區域基本農田比重和農業人口比重較大,隨著社會經濟發展,適宜通過差別化土地整治,改善其自然質量、配套基礎設施、歸并零散斑塊、提升農田經營管理水平,調控提升耕地的優選級別,進而將其劃為永久基本農田。
(4)后備整治型
該類耕地面積為5 126.82 hm2,僅占定州市耕地總面積的5.73%,平均圖斑面積最小,主要分布在西城區、北城區、息冢鎮、西城鄉、子位鎮等鄉鎮。圖斑多零散破碎,導致較難布設排灌、田間道路等基礎設施,也不適宜機械化作業和現代農業發展;加上自然稟賦條件較差,交通不便、遠離城區和鎮政府等,故目前不適宜劃作永久基本農田保護范疇。隨著經濟發展和城市化進程及人口對糧食的需求,可作為永久基本農田后備整治型耕地。
(1)在評價指標值獲取方面,改進了連片度和田間道路密度的計算方法,其中:基于矢量數據剔除低等別和細碎圖斑后進行柵格化、利用數學形態學方法自動獲取連片閾值的連片度計算方法,充分利用了柵格數據與矢量數據各自的優勢,在顯著提高計算效率的同時避免了連片閾值的人為化設置;考慮道路等級的田間道路密度計算方法,結果更符合實際情況。
(2)本研究綜合考慮綜合評價結果與永久基本農田劃定任務,將定州市耕地圖斑劃分為4種類型,其中優先保護型和重點保護型的耕地總面積達到了定州市永久基本農田劃定規模(66 335 hm2),耕地自然質量良好,配套設施完善,社會經濟條件和區位條件均較好,是定州市重要的糧食生產基地;適宜調控型耕地(16 831.95 hm2)可作為永久基本農田的調控備選區域,未來通過差別化土地整治再適當調為永久基本農田;后備整治型耕地(5 126.82 hm2)不適宜入選永久基本農田保護范疇。
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Delineation Method of Permanent Basic Farmland on County Scale
REN Yanmin1,2SUN Jiulin3LIU Yu2PAN Yuchun2
(1.CollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475001,China2.BeijingResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China3.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)
It is meaningful to research the delineation method of permanent basic farmland on the county scale. The comprehensive model was presented to evaluate the farmland and delineate the border of permanent basic farmland. The hierarchy of the model was firstly introduced accounting for these factors such as natural resources, infrastructure development, social-economic condition and location condition. Then, as a case study, the model was used in Dingzhou City of Hebei Province and the comprehensive scores for the patches were produced. The farmland patches in Dingzhou City might be divided into four regions: priority protection region (PPR), key protection region (KPR), suitable control region (SCR) and further regulation region (FRR). The area of PPR was 28 389.22 hm2with scores higher than 76.00. Besides, PPR was distributed mainly in surrounding area of the city and major towns and it was the important grain production base. The area of KPR was 39 084.13 hm2with scores between 68.91 and 76.00. Besides, KPR was mainly distributed in Pangcun Town, Daluzhuang Town and Yangjiazhuang Town and it was the important construction area of permanent basic farmland. The area of SCR was 16 831.95 hm2with scores between 60.00 and 68.91. Besides, SCR was distributed separately and the diversified land consolidation projects were needed to be implemented. The area of FRR was 5 126.82 hm2with scores lower than 60.00. FRR was mainly distributed in west district, north district and Xizong Town and it was not suitable for delineating permanent basic farmland. These results would provide the scientific basis for delineation of permanent basic farmland and the relative basic farmland plans in Dingzhou City.
permanent basic farmland; county; delineation; evaluation; Dingzhou City
10.6041/j.issn.1000-1298.2017.04.017
2016-08-25
2016-09-22
國家自然科學基金項目(41401193)
任艷敏(1985—),女,博士生,北京農業信息技術研究中心工程師,主要從事GIS技術應用等研究,E-mail: renym@nercita.org.cn
劉玉(1982—),男,副研究員,主要從事土地利用、區域農業與農村發展研究,E-mail: liuyu@nercita.org.cn
F301.21
A
1000-1298(2017)04-0135-07