基于開發適宜性評價的耕地后備資源豐度研究
——以山西省襄汾縣為例

岳冬冬，李衛祥，畢如田

（山西農業大學資源環境學院，山西太谷 030801）

耕地后備資源開發是保障耕地數量的重要途徑。實現“數量、質量、生態”三者并重是國土資源部門保護耕地、落實生態文明建設提出的戰略要求，研究耕地后備資源開發適宜性及其豐度值，并劃分有利的開發模式，對于提高土地利用效率，緩解人地矛盾等具有重要意義。許多學者對耕地后備資源進行了積極的探索，研究內容涵蓋多方面，如耕地后備資源時空變化特征[1]、宜耕性評價[2]、空間分異特征研究[3]、自然質量適宜性評價[4]、開發組合時序研究[5]、耕地占卜平衡分析[6-7]、基于生態安全觀下的評價指標體系探討[8]等；研究方法涉及較廣，基于重心模型[9]、動態度模型、分布密度模型、轉移矩陣，利用綜合指數法、組合因素法等數學方法，采用隸屬度函數[10]、神經網絡分析[11]、兩維圖論聚類分析法[12]，通過“一票否決”和“設置容許度”[13]的方式，多角度多方面研究耕地后備資源，遙感手段也被應用其中，隨著研究的不斷深入，評價方法和體系也不斷完善。

借助前人研究，本研究利用模糊綜合評價模型，對襄汾縣耕地后備資源開發適宜性進行評價，通過測算新增耕地系數及新增耕地面積，構建耕地后備資源豐度測算模型，運用ArcGIS空間技術分析，對宜耕性后備資源進行不同開發模式研究，以期為山地丘陵地區及相似地區耕地后備資源的開發提供客觀科學的指導，適應生態文明建設的要求。

1 研究對象和方法

1.1 研究區概況

襄汾縣地處山西省臨汾盆地中南部，地理坐標111°06′38″～111°40′55″E，35°40′05″～36°03′20″N，全縣面積1 304 km2，共13個鄉鎮。地勢東西高、中間低，東面有太岳山脈分支塔兒山，西面有呂梁山脈分支姑射山，汾河貫穿縣境中部，流程52.2 km，山河之間構成兩旁略成梯形的盆狀地帶，地貌類型以黃土臺塬區、中低丘陵山區及河流堆積地貌區為主。屬于暖溫帶季風性氣候，四季分明，熱量條件比較豐富，有利于發展農業生產。縣境內地勢平坦，土壤肥沃，是山西省產糧大縣。

表1 耕地后備資源數量統計

耕地后備資源是可轉化為耕地的非耕地資源，從土地利用類型轉化角度來看，非耕地均可轉化為耕地?？紤]襄汾縣耕地后備資源開發項目的可實施性，本著因地制宜的原則，根據襄汾縣的土地利用特點和地形地貌特征，本研究依據2015年土地利用變更調查結果，選取部分用地類型作為耕地后備資源，并對其進行評價分析。襄汾縣耕地后備資源總面積為18 024.896 8 hm2，各類型具體面積列于表1。

1.2 數據來源

本研究數據包括圖像數據和文本資料，其中，圖像數據為襄汾縣第2次土地利用變更數據（2015年），縣級行政區劃圖，山西省土壤養分采樣點分布圖，山西省DEM數據及2015年襄汾縣遙感影像圖；文本資料包括襄汾縣土地利用總體規劃（2006—2020年）、襄汾縣土地整治規劃資料等相關資料。對收集到的圖像數據以ArcGIS 10.2進行空間配準，獲取相應的矢量文件作為評價指標圖層，并建立耕地后備資源評價數據庫[14]。

1.3 研究方法

1.3.1 適宜性評價方法

1.3.1.1 評價指標體系構建 根據評價指標代表性、穩定性及資料可獲取性原則，結合研究區自然社會現狀，本研究選擇生態安全性、自然適宜性和經濟可行性3個方面作為準則層，選取11個具體指標對耕地后備資源開發適宜性進行評價。

1.3.1.1.1 生態安全性 選取植被覆蓋度、距水源的距離、生物豐富度及景觀格局4個具體評價指標。利用ENVI，借助NDVI值求植被覆蓋度；利用ArcGIS中的距離分析功能，按照地塊距離水源的遠近，對水源保障因素進行分級評價；根據土地利用類型確定生物豐富度等級；以與原耕地是否相鄰為依據，評價景觀格局分布情況。

1.3.1.1.2 自然適宜性 選取地形坡度、海拔高度、有機質含量和全氮含量4個有效指標。在ArcGIS中用DEM數據求取地塊平均坡度數據和高程；通過對4 000個土壤養分點空間插值處理，并運用襄汾縣行政區邊界生成掩膜文件，得到襄汾縣有機質和全氮含量，并衡量襄汾縣土壤肥力的基礎狀況。

1.3.1.1.3 經濟可行性 經濟可行性指標主要包括土地區位分布、耕作便利度、集中連片度。其中，土地區位分布反映開發后新增耕地與居民點間的距離關系，采用ArcGIS中緩沖區分析，緩沖區距離為居民點到耕地后備資源地塊中心的距離；耕作便利度即土地開發后地塊到交通干線的距離，從2015年土地利用變更調查數據中提取襄汾縣主要交通干線及農村道路，采用緩沖區分析方法求得相應距離；耕地集中連片度[15]是指宜耕資源開發后地塊位置的相近關系，運用ArcGIS軟件，采用空間融合方法將一定距離內的相鄰地塊連接為集中連片區，并用公式（1）計算各連片區的集中連片度。

式中，f（a）表示耕地集中連片度指數，a表示耕地后備資源面積。1.3.1.2 評價指標標準化處理 本研究對評價指標的表述和分級參照《耕地后備資源調查與評價技術規程》和《農用地分等定級規程》及前人的研究成果[16]，將指標依據各自的限制因素劃分為5個適宜性級別，即高等適宜、較高等適宜、中等適宜、勉強適宜、不適宜，分值限定在0～100封閉區間（表2）。

表2 耕地后備資源開發適宜性評價標準

1.3.1.3 確定指標權重

1.3.1.3.1 層次分析法[17]首先請專家對同一層的所有指標運用兩兩比較法進行評價，構建各層次判斷矩陣，依次計算相應指標權重。評價過程一致性檢驗結果小于0.1，即權重合理。

1.3.1.3.2 熵權法[18]熵權法是一種客觀的賦權方法，在適宜性評價中，用信息熵理論評定各指標的有序性及其有效性，通過熵值計算確定各項評價指標的權重。

1.3.1.3.3 組合法 為了使組合權重與層次分析法確定的權重1和熵權法確定的權重2盡可能接近，本研究選用平均值法求得組合權重（表3）。

表3 不同方法確定的評價指標權重

1.3.1.4 適宜性評價模型的構建 模糊綜合評價[19]是通過引入模糊隸屬度函數，運用模糊變換理論把定性評價轉化為定量評價，首先確定評價對象的因素論域，即開發適宜性評價體系；其次確定評價等級論域，即開發適宜性等級；利用已確定的指標權重，建立評價體系的模糊權向量；本研究選用降半梯形隸屬度，最終確定模糊綜合評價隸屬度向量。

運用模糊向量單值化法，根據每個等級的賦值將模糊評價綜合結果通過加權平均得到每個評價域相應的評價數值（C）。

式中，cj為各項指標第j等級的分值，bj為各鄉鎮第 j級隸屬度值，j＝1，2，3，4，5。經模糊向量單值化計算，得到各鄉鎮綜合評分值。

1.3.2 耕地后備資源豐度值測算 為進一步明確耕地后備資源開發的時空配置，合理安排開發的重點區域、重點項目及規模布局，需要對襄汾縣后備資源豐度值進行測算，依此劃分宜耕后備不同開發利用模式，總體思路為：在襄汾縣后備資源開發適宜性評價的基礎上，確定宜耕后備資源新增耕地系數；測算襄汾縣宜耕后備資源新增耕地面積；構建豐度測算模型，采用ArcGIS空間分析方法，依據豐度值對襄汾縣耕地后備資源不同開發模式進行分析。

1.3.2.1 新增耕地系數的確定 宜耕后備資源新增耕地系數[20]表示區域內不同質量土地的耕地綜合開發能力。此處，新增耕地系數的確定以開發適宜性評價為基礎。

式中，x表示鄉鎮名稱；y表示耕地后備資源適宜性等級，此處只對應較高等適宜、中等適宜、勉強適宜3個等級；Sxy指第x個鄉鎮第y等級的宜耕后備資源總面積占該鄉鎮耕地后備資源總面積的比例；Pxy為第x個鄉鎮適宜性評價為y等級的各評價單元的平均分值（由適宜性評價過程所得）；Cx為模糊向量單值化分值（由適宜性評價過程所得）；Fx為第x個鄉鎮宜耕后備資源新增耕地系數。

1.3.2.2 宜耕后備資源補充耕地面積 根據襄汾縣開發適宜性評價結果，各鄉鎮宜耕后備資源實際潛力面積為Ex及新增耕地系數為Fx，實際潛力即為適宜性評價中較高等適宜性和中等適宜性2項評價等級結果，用公式（5）計算各鄉鎮補充耕地面積。

式中，ΔEx表示第x個鄉鎮宜耕后備資源開發新增耕地面積（hm2）。

1.3.2.3 耕地后備資源豐度測算模型構建 豐度是化學中衡量元素在自然界中的天然存比，本研究借鑒豐度概念，求取宜耕后備資源的開發潛力，即豐度值越高說明該區域耕地后備資源開發潛力越大；通過構建豐度測算模型，求取各鄉鎮豐度值，利用豐度值在ArcGIS中分布頻率劃分不同的開發模式，以期為項目的開發時序及空間分配提供科學參考。豐度測算時，重點考慮各鄉鎮新增耕地系數和新增耕地占比2項指標，經專家確定這2項指標權重均為0.5，豐度測算模型如下。

式中，Lx表示第x個鄉鎮豐度值；Rx表示第x個鄉鎮耕地后備資源總面積（hm2）；ω1表示新增耕地系數的權重；ω2表示新增耕地面積所占面積比例的權重。

2 結果與分析

2.1 適宜性評價結果與分析

根據模糊綜合評價單值化結果，將襄汾縣耕地后備資源開發適宜性劃分為4個等級：較高等適宜、中等適宜、勉強適宜、不適宜（襄汾縣無高等適宜（綜合得分≥80）評價區域，該區域由于自然生態條件及社會經濟條件優越，已完全被開發為耕地，無閑置面積）。其中，較高等適宜區域（60≤綜合評價值＜80）地面坡度主要分布在2°～6°、海拔較低、灌溉條件較好，土壤養分質量高，稍加開發整理便可取得較高的農業生產水平；中等適宜區域（40≤綜合評價值＜60）具備一定的開發條件，開發后經整治可具有農業生產作用；勉強適宜區域（20≤綜合評價值＜40）在海拔高度、地形坡度及交通便利程度等方面存在一定程度的限制，開發時具有一定難度；不適宜區域（綜合評價值＜20）土壤質地很差，海拔較高，開發難度極大，開發后生態風險極高，同時為保護生態環境，將地面坡度大于25°區域均劃為不適宜開發區，最終各鄉鎮開發適宜性評價結果如表4所示。

表4 襄汾縣耕地后備資源開發適宜性評價結果 hm2

根據評級結果，考慮到后備資源開發時的難度及開發后耕地生產能力，將較高等適宜和中等適宜區域作為襄汾縣耕地后備資源的實際開發潛力，面積總計13 699.043 4 hm2。從數量分布上，實際開發潛力占襄汾縣后備資源總面積的76%，其中，較高等適宜區域占比為12.14%，中等適宜區域占比為63.86%。從空間布局上，較高等適宜區域分布在襄汾縣中部平原及七一水庫附近，有較大的灌溉優勢，地勢平坦，土壤肥沃，交通便利，具有很高的農業生產水平；中等適宜區分布在由山前平原向山麓過渡的半山丘陵區，土地類型以其他草地為主，地形坡度較低，景觀格局較完整，經開發整治等工程建設后可具有較好的農業生產能力。

2.2 耕地后備資源豐度測算結果與分析

2.2.1 各鄉鎮補充耕地結果 基于適宜性評價得出的各鄉鎮宜耕后備資源實際潛力（13699.0434hm2，包括較高等適宜和中等適宜區域）和新增耕地系數，利用補充耕地面積測算公式，得到襄汾縣各鄉鎮開發補充耕地面積列于表5。從耕地補充規模來看，汾城鎮新增耕地面積最大，為1 571.074 2 hm2，其次依次為新城鎮、襄陵鎮，補充耕地面積均在1 000 hm2以上。從新增耕地面積占比來看，鄧莊鎮最高為83.59%，其次依次為西賈鄉和南辛店鄉，分別占81.98%和81.15%。

表5 襄汾縣各鄉鎮耕地后備資源開發補充耕地面積

2.2.2 豐度分值測算結果及開發模式分析 耕地后備資源豐度測算主要考慮鄉鎮新增耕地系數和新增耕地面積所占比例2項指標，根據公式（6），以鄉鎮為單位將襄汾縣耕地后備資源豐度值劃分為4個級別，分別對應4種開發模式：優先開發模式（0.7515＜豐度值≤0.8359）；重點開發模式（0.6037＜豐度值≤0.751 5）；適度開發模式（0.287 2＜豐度值≤0.603 7）；先保護后開發模式（0.228 1＜豐度值≤0.287 2）?？臻g分布情況如圖1所示。

優先開發模式主要分布在襄汾縣中部平原區，包括南賈鎮、南辛店鄉、永固鄉、西賈鄉、景毛鄉、趙康鎮和鄧莊鎮，由于汾河流域貫穿襄汾縣中部，該區域地勢平坦，水源充足。該模式的總面積為3 869.435 6 hm2，實際開發潛力 3 677.191 6 hm2，新增耕地面積2 970.077 9 hm2，具有便利的交通條件，優越的區位條件，應最大化地發揮該模式下新增耕地的農業生產優勢，規整開發田塊形狀，適度集中開發規模，將開發后的宜耕土地與農業現代化建設結合起來，提高生產力水平，助力鄉村振興。

重點開發模式主要分布在汾河以東的黃土臺塬區及呂梁山山前傾斜平原區，是平原向山地過渡區域，包括新城鎮和古城鎮，總面積3 413.028 4 hm2，實際開發潛力為3 239.650 9 hm2，新增耕地面積為2 413.822 3 hm2。該區域地勢較低，耕地灌溉條件較好，土壤質地均勻，該模式開發時應提高土地利用集約度，保證經濟增長與生態保護之間的良性循環，促進山水林田湖草生命共同體建設。

適度開發模式主要分布在襄汾縣西北部和西南部呂梁山中低山區，包括汾城鎮和襄陵鎮，總面積為5073.9094hm2，實際開發潛力4184.778 6 hm2，新增耕地面積2 726.514 5 hm2。該區域土地利用類型以其他草地為主，宜耕后備資源面積集中連片，灌溉條件有限，耕地區位分布較差，對該區域應適度開發。該模式應注意人地協調關系，提升地域空間利用效率，完善景觀格局，努力實現生產、生活、生態協調發展，適度適宜地進行宜耕后備資源的開發。

先保護后開發模式主要分布在襄汾縣東北部，塔爾山中低山區，包括大鄧鄉和陶寺鄉，總面積為5 852.318 8 hm2，實際開發潛力 2 597.422 4 hm2，新增耕地面積958.870 3 hm2。該區域海拔較高，地形陡峭，耕地后備資源破碎化嚴重，植被覆蓋度低，盲目開發易造成水土流失等生態風險，因此，應先對其進行生態保護，修復其生態屏障功能，改善土壤質地，作為后續儲備資源進行再開發利用，避免粗放式開發。

3 結論與討論

根據生態文明建設要求，本研究通過構建模糊綜合評價模型，從生態安全性、自然適宜性和經濟可行性3個方面進行開發適宜性評價，研究結果表明，襄汾縣開發適宜性分為4個等級，其中較高等適宜區域2 187.775 4 hm2，占比為12.14%；中等適宜區域11 511.268 1 hm2，占比為63.86%；勉強適宜區域3 782.169 9 hm2，占比為20.98%；不適宜區域543.683 5 hm2，占比3.02%。這與襄汾縣實際后備資源開發情況相符，可為區域后備資源開發提供現實依據。

在適宜性評價的基礎上，通過計算新增耕地面積，構建襄汾縣耕地后備資源豐度測算模型，衡量實際開發潛力狀況，并以此區分襄汾縣不同開發模式。本研究結果表明，襄汾縣共分為4種開發模式，優先開發模式總規模3 685.640 2 hm2，要求與鄉村建設相結合進行開發；重點開發模式總規模為3413.0284hm2，要求促進經濟增長與生態保護之間的良性循環；適度開發模式總規模為5852.3188hm2，要求適度適宜地進行開發；先保護后開發模式總規模為5 852.318 8 hm2，要求先對其進行生態保護，避免盲目粗放利用。

可供開發面積少、分布零散是襄汾縣耕地后備資源的特點，根據不同適宜性等級及開發模式，實施差別化區域耕地后備資源開發與保護措施，在開發耕地、提高農業生產水平、保障糧食安全的同時，保護后備資源區域生態安全，優化耕地布局，提升耕地質量，構建和諧的農業生態系統，以實現經濟、社會和環境3個效益的統一和耕地后備資源的可持續利用。