基于農業資源優化配置的農業多維區劃研究

劉學文，劉 軍，戴健華，皮向紅，劉 貝

（1.湖南省農業信息與工程研究所，湖南長沙 410125；2.湖南省農業經濟和農業區劃研究所，湖南 長沙 410125；3.湖南省農業科學院，湖南 長沙 410125）

我國20 世紀80 年代完成的第一輪農業區劃成果對農業生產發展起到了很大的推動作用，直到現在依然是農業農村經濟發展的重要參考依據之一。但隨著經濟社會的發展和農業農村開發性生產的不斷深入，原有的與農業資源相關的自然資源要素、經濟社會技術要素和生態涵養、旅游休閑、文化傳承、康體養生、教育培訓等農業多功能要素發生了很大的變化，其區劃成果對新常態下的農業生產發展的指導作用日益弱化，加之農業區劃技術手段也隨著科技的快速發展日新月異，作為二維平面靜態區劃難以滿足社會對多維立體動態區劃的需求。在新一輪國家機構改革中，隨著農業區劃職能機構—全國農業資源區劃辦公室的撤銷，農業區劃職能呈現進一步弱化的趨勢。作為承前啟后的當代“農業區劃人”，在這一新的關鍵歷史時期，必須以全新的思維、全新的理念和全新的視角，科學導入“多維”“信息化”元素，充分利用多維地理信息技術，加快傳統農業區劃由二維平面靜態區劃向多維立體動態區劃（即農業多維區劃）轉型升級，凸顯農業多維區劃對指導農業生產、農業資源優化配置的重要性，進一步豐富并完善農業區劃的理論與實踐指導意義，進而引起國家相關主管部門的重視，達到雖然撤銷工作機構但不弱化甚至強化農業區劃工作職責的目的[1-2]。

1 傳統農業區劃轉型升級必要性與積極探索

1.1 傳統農業區劃轉型升級必要性

1.1.1 社會經濟發展亟待農業地域功能重新定義 進入21 世紀特別是2011 年以來，我國經濟社會步入結構轉型和快速發展新時期，城鎮化、工業化水平不斷提升，城鎮化率由2011 年的51.27%增長至2019 年的60.60%，經濟發展總體上已進入減增速、調結構、優布局的“新常態”階段。中國農業在地域格局、生產功能、形成機制和發展方式上開始轉型。農業結構逐步由以糧食生產為核心轉向以多樣化、市場化、優質化為特色的現代農業結構，經營方式也由粗放式向節約集約、低碳環保、綠色循環等方向轉變，全國范圍內的農業生產優勢特色區、產業發展集聚區、產業帶、示范區（園）等示范輻射作用逐步凸顯，其農業發展方向、建設途徑等逐步跳出了原有農業區框定的范疇。盡管首輪農業區劃成果對農業生產發展、農業資源優化配置起到了很大的推動作用，但隨著經濟社會的發展，其區劃成果對新常態下的農業生產發展、農業資源優化配置的指導作用日益弱化，加之區域農業資源分布、特征及其分區也發生了較大的改變，區劃手段隨著科技的發展也日新月異，為此新時期的農業區劃工作應該采用最先進的技術，按照系統化、可視化、動態化、可追溯、全信息的思維理念對傳統意義的農業地域功能進行重新定義與系統研究。

1.1.2 學科發展迫使傳統農業區劃轉型升級 我國以二維平面靜態區劃為主要特征的傳統農業區劃體系與理論體系發展的較為完備，目前其學科研究側重于在現有框架內進行方法的完善、技術手段的更新，該體系在某種程度上來說已發展到頂峰；學科的轉型升級必須采取新的思維理念、新的技術手段，破解原有框架體系的關鍵難題，以“二維平面靜態區劃”這一主要特征作為破題與創新的突破口，即向多維立體動態區劃轉型升級，豐富并完善農業區劃理論體系。同時二維平面靜態區劃難以滿足社會經濟發展對可視化、可追溯、全信息、多方互動、全過程的動態區劃展示與數字化管理決策的需求，為此急需轉型升級的農業區劃學科如何在當前的科學技術發展水平、社會經濟環境條件下更加科學、整體地推動傳統農業區劃工作的更新換代，啟動新時期的農業多維區劃被迫提上重要的議事日程。

1.1.3 多維信息空間規劃倒逼傳統農業區劃轉型升級 2011 年以來，我國區域、部門的多維信息空間規劃管理平臺開始搭建并試點運行，如2012—2014 年，吉林市采用先進的三維制作技術用三年時間完成地理空間框架建設、三維城市空間數據庫建設、綜合管網系統建設，搭建多維規劃管理平臺，實現數字化的城市真實再現，多業務信息融合，構建動靜結合的數字場景，實現規劃管理實時化，設計科學化，發展長遠化；中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所自主研發的“多維信息農業區域規劃應用平臺”已成功應用到廣東中山港口鎮、河北肅寧、貴陽烏當、天津濱海新區、貴州鳳岡等農業區域或園區規劃中，獲得地方一致好評[1]。從頂層規劃設計的發展階段上來看，一般來說，“規劃”是“區劃”的后置階段，兩者屬于承上啟下的關系，目前“多維信息空間規劃管理平臺”“多維信息農業區域規劃應用平臺”等相關多維規劃管理應用已有成功搭建并運行的案例，但農業多維區劃的研究與實踐還未真正起步，反過來倒逼傳統農業區劃的轉型升級。

1.2 積極探索

1.2.1 開展國家重要農業資源臺賬制度建設試點 （1）搭建國家重要農業資源臺賬制度建設共享平臺。為加快建立國家重要農業資源臺賬制度，2017 年選擇16 個省65 個縣開展試點工作，2018 年在40 個國家農業可持續發展試驗示范區（農業綠色發展先行區）全域開展農業資源臺賬制度建設工作，鼓勵支持國家現代農業示范區和2017 年的65 個試點單位開展農業資源臺賬制度建設工作，2019 年在完善2018 年年度數據填報的基礎上，增加了手機APP 臺賬制度數據資料的填報與應用。農業農村部委托中國農科院農業資源與農業區劃研究所作為該項工作的技術支撐單位，開展重要農業資源臺賬制度研究和標準制定，搭建國家重要農業資源臺賬共享平臺（包括國家重要農業資源臺賬遠程匯交系統、國家重要農業資源臺賬管理系統、國家重要農業資源臺賬手機APP系統等）。（2）建立國家重要農業資源年度臺賬和監測體系。臺賬制度建設主體組織農業、林業、水利、國土、環保、氣象等部門，將系統收集水、土、氣、生、農業廢棄物等重要農業資源數據在搭建好的國家重要農業資源臺賬遠程匯交系統進行填報，充分體現了農業資源的時空布局；充分利用遙感、物聯網、互聯網等信息技術手段，探索建立多部門協同合作的重要農業資源數據共建共享機制，研究推進水、土、氣、生物以及畜禽糞污、秸稈、農膜等農業廢棄物資源數據采集統計工作，構建適應國家重要農業資源臺賬制度建設需要的農業資源監測體系。（3）開展重要農業資源評價。根據重要農業資源臺賬，在國家重要農業資源臺賬管理系統中系統分析農業資源現狀特征、變化趨勢、利用方式、利用效率，評估臺賬制度建設區域農業資源超載程度并進行預警提示，發布各級農業資源評價報告。

1.2.2 利用多維地理信息技術劃定“兩區” （1）要求融合多部門數據，體現空間上的多維性。從“兩區”的概念上就要求以永久基本農田為基礎，融合農業、自然資源、林業、發改、統計等多部門數據；擬定區、片塊、地塊等三個層級空間數據，充分體現了空間上的多維性。（2）要求基礎數據可追溯，體現時間上的多維性。“兩區”劃定應采用最新的基礎資料；通過定期對“兩區”作物種植結構、農業基礎設施、國家投資補貼等變化情況的記錄與登記，及時進行年度更新，保證各類數據具有可追溯性，能夠真實反映“兩區”的生產、管護情況和變化。（3）采用多維地理信息技術劃定“兩區”。以永久基本農田劃定成果、土地承包經營權登記成果等為基礎底圖，利用多源數據融合技術疊加相關成果，初步確定“兩區”片塊和地塊邊界，形成“兩區”劃定工作底圖；然后實地勘查與校核，查清“兩區”片塊和地塊空間位置、數量、邊界，以及“兩區”片塊內農田灌排工程建設狀況、“兩區”地塊作物類型，確保劃定的“兩區”圖、數與實地一致；“兩區”劃定的基礎資料、圖件、表冊和文本成果，形成電子成果并整合入庫，建立“兩區”數據庫。“兩區”數據庫應與永久基本農田數據庫、農村土地承包經營權確權登記成果數據庫等進行無縫對接，從而保障相關成果的延續性[3]。

2 農業多維區劃內涵

2.1 農業多維區劃概念

2.1.1 農業區劃概念 農業區劃是在農業資源調查與評價的基礎上，根據各地不同的自然條件與社會經濟條件、農業資源和農業生產特點，按照區內相似性與區間差異性和保持一定行政區界完整性的原則，把一定地域范圍劃分為若干不同類型和等級的農業區域，并分析研究各農業區域的農業生產條件、特點、布局現狀和存在的問題，指明各農業區域的生產發展方向及其建設途徑。

2.1.2 農業多維區劃概念 農業多維區劃是指運用多維地理信息技術構建農業多維區劃管理決策支持系統，將農業資源依據實際情況分布于三維空間地形之上，按照自然地域時空分異規律，總結歸納歷史發展脈絡與變遷規律，科學分析現在存在狀態與特征，利用數字沙盤動態推演農業分區，預測各農業區發展趨勢，提出各農業區的生產發展方向和建設途徑，統籌安排農業區的農業資源優化配置和農業生產[4]。

“農業多維區劃”是在傳統“農業區劃”的基礎上轉型升級發展而來，與傳統“農業區劃”是一脈相承的，不僅延續了傳統“農業區劃”的內涵，并且在傳統“農業區劃”的內涵基礎上導入了“多維”“信息化”的元素；也就是說，“農業多維區劃”不僅屬于“農業區劃”的范疇，而且也是“農業區劃”的更高級發展階段。

2.2 根本特征

2.2.1 時間多維特征 時間上的多維性是農業多維區劃的重要特征，應該在同一農業空間特征下按照“過去—現在—未來”的時間維度劃分不同等級的農業區，其實“過去”“現在”狀態的農業劃區只是中間過程成果，是為了彰顯“未來”農業劃區的科學性與合理性、可行性；歸納總結“過去”的發展脈絡與變遷規律，分析“現在”的存在狀態與特征，預測“未來”發展趨勢；同時“過去”是“現在”的借鑒，“現在”是“未來”的保障與基礎，“現在”承上（“過去”）啟下（“未來”），“現在”是橋梁，是多維區劃應該重點加以研究考慮的,只有充分掌握了基于“過去”基礎上的“現在”規律與特點，才能為“未來”劃區提供科學支撐。

2.2.2 空間多維特征 農業多維區劃以“空間經濟學”為重要理論支撐，不僅具有時間上的多維性，而且也具有空間上的多維性，主要體現在兩方面。一方面，農業多維區劃需要充分考慮并研究農業各部門內部、部門間、區域內部、區域之間、區域農業全要素之間等空間要素特征與一般規律，為劃區提供空間數據支撐；另一方面，把農業資源的現狀數據按照實際情況分布在三維空間地形圖上，利用多維地理信息技術，搭建重要區域的基礎空間數據庫，為開發農業多維區劃管理決策支持系統提供支撐，從而實現農業多維區劃的立體展示、多方互動的農業分區方案推演與最優方案遴選[1]。

2.2.3 信息數字化特征 農業多維區劃首先需要了解并掌握區劃區域具有全面、立體等時空動態演變特征的農業資源數據，據此搭建區劃區域的農業資源數據共享平臺，開發農業多維區劃管理決策支持系統，為農業多維區劃提供平臺支撐；綜合運用虛擬仿真技術、多源數據融合技術等信息化技術，實現分區的信息化動態化展示和數字化管理。可以說，信息化數字化貫穿于農業多維分區的始終，多維地理信息技術是其核心支撐技術，農業多維區劃管理決策支持系統是農業劃區的載體平臺。

2.3 農業多維區劃目的

2.3.1 豐富完善農業區劃功能 農業多維區劃既是研究農業時空分布的一種科學分類方法，也是研究農業地理空間布局的一種重要科學分類方法；而傳統的農業區劃是二維平面靜態區劃，隨著學科和社會經濟的發展，人們對“二維平面靜態區劃”提出了更高的要求，希望能夠便捷交互地進行農業區劃，從而實現廣信息、全視角、高仿真、全過程數據共享的目的，因此農業多維區劃應運而生。

2.3.2 實現農業劃區的模擬動態推演 農業多維區劃是按自然地域時空分異規律，對農業資源進行調查與評價的基礎上，將農業資源按照實際情況分布于三維地形上，按照劃區地域“過去-現在”農業地域農業資源及農業生產的變遷規律，在農業多維區劃管理決策支持系統中通過模擬動態推演劃分不同類型、不同等級、不同特征的農業區，為實現合理的農業地域分工提供科學依據。

2.3.3 為編制農業多維規劃提供參考 科學合理的農業多維區劃將劃區地域分成了不同類型、不同等級、不同特征的農業區，并指明了各農業區的生產發展方向和建設途徑，這些能為農業多維規劃提供最重要的基礎參考；而農業多維規劃則把農業資源要素、規劃目標、產業布局、重點項目等落實到各農業區，實現兩者的有效銜接，同時農業多維區劃管理決策支持系統的開發，也能為農業多維規劃管理決策支持系統的搭建提供參考和建設方向。

2.3.4 優化農業資源配置 農業資源的優化配置具有時空調控的屬性，而農業多維區劃是先期、方向性的指導，是優化農業資源配置從而實現農業合理布局的重要方法與手段，不當的農業布局將導致農業資源的浪費和決策的失誤，這樣從理論與實踐上都需要對農業劃區與農業資源配置方案進行時空的推演，據此進行農業資源的優化配置；通過優化農業資源配置，為充分、合理開發利用區域農業資源，揚長避短，發揮地區優勢，因地制宜地指導農業生產提供科學依據[4]。

2.4 農業區劃1.0—4.0 體系

縱觀農業區劃的發展歷程，農業區劃的發展史就是農業區劃由1.0 向4.0 升級發展的不斷演進史，以主要特征為標準科學劃定了農業區劃1.0—4.0 體系[4]。具體詳見表1。

表1 農業區劃1.0—4.0 體系特征

3 農業多維區劃思路與分區方法

3.1 農業多維區劃思路

農業多維區劃需要跳出唯“區劃”而“區劃”的研究范疇，其研究不僅需要包含傳統農業區劃的研究內容，而且還要拓展其深度與廣度，尤其需要加強其成果的推廣應用研究和后評估工作力度，并把“區劃”納入“農業資源多維優化配置循環系統”進行整體思考與統籌安排。

農業多維區劃應以系統方法論為指導，以科學分區為基礎，以農業資源優化配置和科學指導農業生產為目標，把農業多維區劃作為農業資源多維優化配置循環系統的子系統加以系統性整體的研究與思考，充分考慮其在循環系統中上下相關聯子系統的內在聯系與作用機理，系統梳理主要研究內容，以多維地理信息技術為手段，在“農業資源多維優化配置管理決策支持系統”中搭建“農業多維區劃管理決策支持子系統”，實現農業多維區劃與農業資源多維優化配置循環系統與管理決策支持系統的無縫對接。同時在農業多維區劃管理決策支持系統中構建農業區劃數據管理決策系統、農業多維地理信息系統、農業多維區劃管理系統等模塊，使得傳統的劃區方案由平面向立體、由二維靜態展示向多維動態仿真轉型升級，實現多層次全信息、多方良性互動、高仿真、全過程數據共享的農業區劃展示與數字化應用管理。

3.2 農業多維區劃的分區方法

主要采取定性經驗分區、定量模型分區等分區方法，并結合多維地理信息技術進行農業分區。搭建農業資源多維優化配置管理決策支持系統-農業多維區劃管理決策支持子系統，通過定性經驗分區或定量模型分區，區劃研究人員擬定多種劃區準方案，尤其是重點區域的劃區準方案，通過數字沙盤動態推演分區方案，多方互動遴選區劃最優方案，并對遴選的最優方案再次進行調整修正，形成最終的劃區方案，最后提出各區的農業發展方向與布局、農業資源投入方向、建設途徑與改進措施[4]。

3.2.1 定性經驗分區法 定性經驗分析分區法主要包括主導因素分析法、區域對比法、地圖疊加法、綜合平衡法等。該分區方法是在掌握一定資料和數據的基礎上，依據多維區劃的目的，確定多維分區原則和指標體系或繪制有關指標的單因子分區圖，相互疊加進行分區，對分區中存在的不確定邊界或有爭議的分區界線，由區劃研究人員運用已有的經驗，在實地調查和綜合分析的基礎上，加以調整和完善。

定性經驗分區法主要包括6 個步驟。一是編制指標單因子分布圖。編制有關指標的單因子分布圖，揭示農業資源與農村經濟的地域時空分異規律和存在狀態。二是分析地域時空分異成因。根據實地調查研究資料，分析“自然地域時空分異規律”形成的因素,特別是一些主要區域和動植物的分布、集中區和分散區、高產區和低產區等的形成原因。三是擬定劃區輪廓。結合原有的劃區方案，抓住多維劃區主要矛盾的穩定因素，系統擬定多維劃區的輪廓。四是確定分區界限。根據主要矛盾，從整體上探究各區的主要特點，再根據其主要特點來確定各區的界線。五是遴選分區方案。擬定劃區的準方案，在農業多維區劃管理決策支持系統中沙盤推演重點區域的分區多種準方案的劃區理由、主要特點、發展方向，多方互動遴選區劃最優方案，并對遴選的最優方案再次進行調整修正。六是分區的系統闡述。在調整修正后的分區方案基礎上編制區劃成果，對每個區進行系統分析闡述，在分析過去成功經驗、現狀特征與存在問題的基礎上，揚長避短，發揮優勢，確定戰略定位、發展思路、發展重點、發展方向、建設途徑、發展措施。

定性經驗分析法分區的主要優點是方法比較簡單，容易被人們掌握；同時許多經驗來自于實踐，因而依據經驗所調整的邊界比較符合實際。但是，這種分區方法的工作量大，費時費力，時間較長，由于人為主觀性較強，易受人為主觀局限性的制約，科學性相對較差。

3.2.2 定量模型分區法 定量模型分區主要采用數學方法進行分區，比較常用的方法有聚類分析法、模糊聚類法等。該種分區方法主要根據分類單元及其指標體系所包含的特征量經過數學模型處理，對研究地區進行分區劃片。

農業多維區劃的定量模型分析分區法主要在農業多維區劃管理決策支持系統中完成，其定量分析分區法包括5 個主要步驟。一是遴選分區指標。圍繞區劃的目的與要求，羅列并遴選出與其相關的因素指標。二是確定因素指標權重。針對各相關因素對農業生產影響的重要程度，確定相關因素的權重。三是聚類分析，擬定劃區多種準方案。擬定劃區多種準方案，供政府或委托方進行決策參考。四是聚類結果檢驗與優化調整。將聚類結果放到實際中檢驗和調整優化。五是遴選分區方案。區劃研究人員擬定的多種劃區準方案，尤其是重點區域的劃區準方案，在農業多維區劃管理決策支持系統中沙盤推演分區方案的劃區理由、主要特點、發展方向，多方互動遴選區劃最優方案，并對遴選的最優方案再次進行調整修正，形成最終的劃區方案。

應用定量模型分區法進行區劃的優點是科學性相對較強，可以借用農業多維區劃管理決策支持系統、計算機加快劃區的速度，節省時間和人力，方法也準確可靠。其缺點是較難掌握，有時由于輸入的數據誤差較大，雖然運算方法精確，但其結果也有較大誤差，還需區劃研究人員依據經驗加以調整；特別是針對全國一盤棋的區劃，由于范圍廣，差異大，指標體系難以統一，同一指標不同地區其權重也有一定差異。