基于灰色關聯分析的耕地后備資源開發決策研究
————以江蘇省泗陽縣為例

繆連榮，任麗軍，吳 菲

（江蘇省土地勘測規劃院，江蘇·南京 210037）

耕地保護基本國策在我國已經實施三十余年，為緩和經濟發展與耕地保護矛盾、確保糧食安全等現實問題做出了巨大貢獻[1]。現階段，我國正處于經濟社會飛速發展階段，建設用地的需求依然十分旺盛，然而耕地資源的有限性對建設用地的擴張形成一定的制約[2]。保護和發展都是新時代下我國經濟建設的兩大主題，如何科學協調好二者的關系是土地科學領域研究的熱點問題。科學合理的開發耕地后備資源為協調發展與保護的矛盾提供了重要契機，為保障我國糧食安全，提高土地利用效率，推動農業現代化建設，實現農村生態文明發展具有重要意義[3]。

隨著耕地后備資源調查工作的有序推進，越來越多學者關注到耕地后備資源開發決策的科學性，對耕地后備資源開發適宜性調查[4-6]、開發利用評價[7]、占補平衡效率[8,9]、開發時序[10-12]等問題進行了深入研究。由于我國幅員遼闊，耕地后備資源的開發存在一定的差異，需要制定差別化的開發管理政策，以保證耕地后備資源的合理開發[13,14]。綜觀已有研究，為耕地后備資源的開發利用及管理工作提供了理論指導和應用價值。然而如何因地制宜地制定耕地后備資源開發策略是各地開展耕地后備資源開發的關鍵所在。基于此，本文以江蘇省泗陽縣為例，通過收集農用地分等數據、土地利用變更數據，從自然條件、區位條件、農業生產等方面，嘗試運用灰色關聯分析方法開展耕地后備資源開發決策研究，為泗陽縣耕地后備資源開發決策提供理論依據。

1 研究區概況及數據

1.1 研究區概況

1.2 數據來源與處理

本文所使用數據主要為泗陽縣耕地后備資源調查數據，2015年度土地利用變更調查數據。根據耕地后備資源調查數據，2015年泗陽縣共有耕地后備資源3544.9992公頃。坡度與高程等地形數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心的地理空間數據云平臺共享的同期30×30m的DEM數據。交通距離、城鎮距離等數據以土地利用變更調查數據為基礎提取公路用地、城市和建制鎮等要素，采用ArcGIS10.3空間分析功能，提取各耕地后備資源地塊到公路用地、城市和建制鎮的距離；土壤有機質含量、有效土層厚度、預期灌溉保證率、預期排水條件等數據，以泗陽縣耕地質量等級成果補充完善數據為基礎，采用ArcGIS10.3的反距離加權插值法獲得各耕地后備資源地塊的數據。本研究以30×30m的耕地后備資源柵格為研究對象對泗陽縣耕地后備資源開發決策進行分析。

2 研究方法

2.1 耕地后備資源開發原則

耕地后備資源開發是以補充耕地、提高土地利用效率為出發點，以《土地管理法》作為依據，在切實掌握耕地后備資源數量、結構的基礎上，根據后備資源的自然條件、區位條件、預期生產條件等內容，科學合理地選擇開發難度較小、開發后生產能力較高、容易形成規模經濟的耕地后備資源進行擇優開發，有效降低耕地后備資源開發的盲目性，實現耕地后備資源再開發的經濟、社會、生態效益的最大化。

2.2 耕地后備資源開發

2.2.1 決策指標體系構建

根據土地開發整理項目驗收相關規程、未利用地開發要求、泗陽縣耕地后備資源調查成果、農地分等及更新成果，參考已有關于基本農田空間布局以及高標準基本農田建設等相關研究[14,15]，結合泗陽縣耕地后備資源分布狀況、與縣域發展實際情況，考慮到評價指標的可獲得性、代表性、綜合性，評價過程的可操作性，評價結果的可比性等原則，本研究從自然條件、區位條件、預期生產條件3個方面選取8項指標，建立泗陽縣耕地后備資源開發決策指標體系，如表1所示。

表1 泗陽縣耕地后備資源開發決策指標體系Table 1 Index system of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

（1）自然條件。自然條件主要強調耕地后備資源的高程、坡度、土壤有機質含量和有效土層厚度，這些因素關系到耕地后備資源開發改造難度，與開發成本密切相關。同時，還與開發后耕地資源的耕作方式、農業基礎設施布局難易程度有關。

（2）區位條件。耕地后備資源的區位條件與地塊改造后農業生產耕作距離、農業生產資料以及農業產品的運輸難易程度密切相關，應優先選擇區位條件較好的地塊進行開發，有利于降低開發后農業生產成本。

（3）預期生產條件。預期灌溉保證率、預期排水條件是耕地后備資源開發后耕地生產條件的關鍵，地塊預期的灌溉保證率和排水條件與周邊耕地的灌溉保證率和排水條件密切相關，應優先選擇灌溉保證率和排水條件較好的耕地周邊的后備資源地塊進行開發。預期灌溉保證率和預期排水條件以耕地質量等級成果補充完善數據中各耕地地塊的灌溉保證率和排水條件為基礎，運用ArcGIS10.3將各地塊轉為點狀數據，并以此點狀數據采用反距離加權插值法得到各后備資源地塊的預期灌溉保證率和預期排水條件。

2.2.2 后備資源開發決策方法

由于各指標量綱不同，需要將各指標轉化為同一個度量平臺，故對決策指標體系中的各項指標進行標準化處理。換算后運用正向指標標準化公式進行計算；對于正向指標運用公式(1)進行標準化；對于負向指標運用公式(2)進行標準化，公式(1)、(2)如下：

式中：i=1,2,…,n；k=1,2,…,12；Xi(k)為第i個柵格第k項指標的標準化后的數值；xi(k)為第i個柵格第k項指標的實際值，xmin(k)和xmin(k)分別表示第k項指標在所有柵格中的最大和最小實際值。

其次，以標準化后第k項指標在所有柵格中的最大值為該柵格入耕地后備資源開發柵格的理想值，即得到理想開發后備資源集合{Xmax(1)，Xmax(2)，…，Xmax(12)}，計算現實值與理想值的灰色關聯信息差異，計算公式為：

式中：Xmax(k)表示標準化后第k項指標在所有柵格中的最大值；ΔXi(k)為標準化后第i個柵格第k項指標的相對值與Xmax(k)之間的信息差異。

第三，按照灰色關聯理論，計算耕地柵格現實值與理想值的灰色關聯系數，計算公式為：

式中：minminΔXi(k)表示第i個后備資源柵格的第k項指標現實值與理想值信息差異的最小值，maxmaxΔXi(k)則表示信息差異的最大值；γi(k)表示柵格i的第k項指標的關聯系數。

最后，利用計算得到的各后備資源柵格的各項指標的關聯系數計算關聯度值，得到各后備資源開發的決策結果，計算公式為：

式中：γi為第i個指標與理想集合的關聯度；關聯度越大，則該柵格越接近理想的耕地后備資源狀態，應該優先劃定。

3 結果與分析

3.1 耕地后備資源開發決策灰色關聯度計算結果

根據耕地后備資源開發決策指標體系和灰色關聯分析理論、方法，以江蘇省泗陽縣為例研究后備資源開發決策，通過測算得到泗陽縣各后備資源柵格與后備資源開發理想集合的灰色關聯度結果，最大值為0.836、最小值為0.507、平均值為0.694，91.87%的后備資源柵格與理想狀態后備資源開發地塊的關聯度值處于0.5以上，可見泗陽縣耕地資源自然條件、區位條件、預期生產條件都較為優越。在泗陽現階段社會經濟和城鎮化快速發展的背景下，適度開發耕地后備資源，有效補充耕地數量，維護縣域內耕地生態系統結構、功能、數量和質量安全，有利于實現經濟社會的可持續發展。

3.2 耕地后備資源開發決策

3.2.1 耕地后備資源開發決策類型劃分

根據泗陽縣耕地后備資源開發決策灰色關聯度計算結果，采用ArcGIS10.3的重分類工具，采用自然斷點法(natural breaks)將泗陽縣耕地柵格劃分為：優先開發型、擇優開發型、后備可選型以及不開發型4種類型，見圖1。

圖1 泗陽縣耕地后備資源開發決策分類圖Fig.1 Classification of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

在對泗陽縣耕地后備資源開發決策類型劃分的基礎上，統計各鄉鎮耕地后備資源開發決策方向，如表2所示。優先開發型、擇優開發型、后備可選型以及不開發型的4種決策類型的后備資源面積分別為1553.5811hm2、1198.37733hm2、375.6407hm2、417.4000hm2，占全縣耕地后備資源總面積的比例依次為43.82%、33.80%、10.60%、11.78%。優先開發型和擇優開發型兩種類型的后備資源占耕地后備資源的77.63%，主要分布于洪澤湖沿岸；后備可選型主要分布于張家圩鎮、南劉集鄉、王集鎮等地；不開發型主要分布于八集鄉、張家圩鎮、南劉集鄉等地。各鄉鎮耕地后備資源開發方向如表2所示。

表2 泗陽縣耕地后備資源開發決策方向Table 2 Orientation of permanent prime farmland demarcation decision-making in Siyang county (單位: hm2)

3.2.2 耕地后備資源開發決策分析

根據基于灰色關聯分析法得到的泗陽縣4種類型耕地后備資源開發決策結果，充分考慮泗陽縣的自然條件、區位條件、預期生產條件等內容，并結合泗陽縣土地整治規劃目標，分析耕地后備資源利用方向，指導泗陽縣耕地后備資源開發工作。

（1）優先開發型

該類型耕地后備資源面積1553.5811hm2，占全縣耕地后備資源的43.82%，主要分布于泗陽縣境內洪澤湖沿岸，高渡鎮靠近洪澤湖的地區。這些區域的耕地后備資源的土壤質量較好、有機質含量高、有效土層厚度較厚，同時大規模集中連片，周邊耕地資源質量較高，且布局大量基本農田，耕地基礎設施較為完善。該類型的耕地后備資源可以作為開發的首選對象。通過充分發揮這部分耕地后備資源的資源稟賦優勢，對因地制宜地對現有的農業生產條件進行改造，依據現有條件完善現代化灌溉、排水等農田基礎設施，提高耕地綜合效益。加強農業現代化建設，促進傳統農業生產向規模化、機械化等現代化生產經營方式轉變，耕地后備資源開發示范區。

（2）擇優開發型

擇優開發型后備資源共有1198.3773hm2，占縣耕地總面積的33.80%，主要分布于洪澤湖沿岸、眾興鎮、高渡鎮、盧集鎮，該類型的后備資源與優先開發型相比，自然條件、土地質量條件、周邊耕地的農業基礎設施條件的綜合優勢相對較低，但是其中部分分布于集中連片、土壤質量較高、農業基礎設施完整的耕地資源周邊，在綜合考慮土地整治規劃的基礎上，選擇各方面條件均較好、開發成本較低的后備資源進行開發。通過改良土壤、優化農業生產條件與生態環境，提升道路通達度以及田塊規整性，完善農業基礎設施，努力提高該類型后備資源開發后的生產能力。

（3）后備可選型

后備可選型耕地共有375.6407hm2，占全區耕地總面積的10.60%，主要分布于張家圩鎮、南劉集鄉、王集鎮、穿城鎮、洪澤湖等區域，此類型的后備資源較優先開發型和擇優開發型在自然條件、區位條件、預期生產條件等方面存在較大差距，開發為耕地的改造成本較大，應通過一定的工程技術措施進行培優，努力提升地塊的土壤質量、周邊耕地資源的農業生產基礎設施完善程度。

（4）不開發型

全區共有全面治理型耕地417.4000hm2，占耕地總面積的11.78%，主要分布于八集鄉、張家圩鎮、洪澤湖、南劉集鄉、裴圩鎮等地。該類型的后備資源相對于其他類型存在一定的劣勢，不適宜開發為耕地。應針對具體的地塊進行全面方面的考慮，優先將這些地塊劃入生態用地進行保護，最大限度的發揮該類型土地的效用。

4 結論與討論

（1）耕地后備資源開發是以補充耕地、提高土地利用效率為出發點，其決策受到區域自然條件、區位條件、預期生產條件等各方面的影響，本文以地處江蘇省泗陽縣為例，引入灰色關聯分析模型，對耕地后備資源開發決策進行研究，研究結果可為泗陽縣耕地后備資源開發工作提供理論依據。

（2）本文通過構建耕地后備資源開發決策指標體系，以泗陽縣耕地后備資源調查成果作為基礎，已耕地后備資源柵格為單元進行決策分析，依據灰色關聯分析結果將后備資源柵格劃分為4種類型：優先開發型、擇優開發型、后備可選型和不開發型。

（3）泗陽縣耕地后備資源規模較大，全縣77.63%的耕地后備資源屬于優先開發型和擇優開發型，主要分布于泗陽縣境內洪澤湖沿岸，該區域地勢平坦、土壤肥沃、交通便利，周邊布局大量基本農田，農業生產性基礎設施較為完善，通過開展耕地后備資源開發，能夠建成大量集中連片、土壤肥沃的優質耕地；后備可選型耕地后備資源所處環境復雜，空間分布較為零散，土壤質量較低，改造類型及難易程度不一，根據不同類型開展有針對性的調控措施，將改造后符合開發要求的地塊納入耕地后備資源開發范圍；不開發型后備資源各方面條件均相對較弱，開發的難度較大、成本較高，應針對具體的地塊進行全面方面的考慮，優先將這些地塊劃入生態用地進行保護，最大限度的發揮該類型土地的效用。通過借助灰色關聯分析法，研究泗陽縣耕地后備資源開發決策，為泗陽縣耕地后備資源開發決策提供了行之有效的方法。

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