基于AHP与熵权法的耕地整理潜力综合评价<br/>——以襄汾县为例

基于AHP与熵权法的耕地整理潜力综合评价
——以襄汾县为例

2014-03-25李发志毕如田崔茜杨长奇

山西农业大学学报(自然科学版) 2014年2期

李发志，毕如田，崔茜，杨长奇

(山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801)

土地整治潜力和优先度评价是开展土地整治规划前的两项基础工作[1]。耕地整理潜力的综合评价和级别的划分，对合理确定耕地整理潜力分区，实现土地资源可持续利用，具有重要意义。近年来，很多学者运用不同方法对耕地整理潜力进行研究。沈立宏等[1]利用网格法对县域农田整治优先度进行确定；张正峰等[2]采用模糊评价方法从自然潜力和现实潜力两方面对耕地整理潜力进行评价研究；郭洪泉等[3]采用模糊评判模型和加权指数和法模型对耕地整理潜力进行评价；倪九派等[4]采用AHP和熵权法对区域土地开发整理潜力进行评价；朱泰峰等[5]利用遥感手段，基于植被覆盖率对农村建设用地整理潜力进行修正和评价；张占录等[6]首次引入潜力地块空间连片程度的概念，应用模糊聚类分析对10个区县土地开发整理潜力区进行分级；高明秀等[7]通过构建土地整理功效评价指标体系和模型探讨了土地整理与新农村建设之间的耦合关系；李岩等[8]探讨研究了土地整理效益评价指标体系;王世忠等[9,10]分别从不同角度对土地细碎化问题进行研究。专家学者分别从不从的角度，采用不同的方法对耕地整理潜力进行评价，各评价方法侧重点以及指标选取均有不同。本文以襄汾县为例，拟借鉴并采用AHP与熵权法相结合的方法对襄汾县耕地整理潜力进行综合评价，对各行政村的耕地整理潜力划分等级，并进行分析，以期为襄汾县土地整治规划中耕地整理区的划定提供依据。

1 研究区域和方法

1.1 研究区概况

襄汾县隶属于山西省临汾市，位于临汾市南部。地理坐标为东经111°06′38″～111°40′55″，北纬35°40′05″～36°03′20″。县域土地总面积1304 km2，辖13个乡镇，共338个行政村。县域东部为塔尔山山脉，西部为吕梁山山脉，中间汾河纵穿南北，汾河两岸地势平坦，总体地势东西高，中间低。襄汾县土壤肥沃，水源丰富，农业较为发达，是山西省产粮大县，有“金襄陵”之称。根据襄汾县第二次土地调查，全县耕地面积61 238.52 hm2(人均耕地0.14 hm2)，占土地总面积的59.38%。近年来，随着城镇化的加快，优质耕地被占用，面积减少现象严重；不合理的土地利用，使得耕地质量下降问题突出。作为山西省的产粮大县，通过耕地整理提高耕地质量、增加耕地面积、改善生态环境，是保证粮食安全问题的重要途径。因此，对襄汾县耕地整理潜力进行综合评价研究具有重要现实意义。

1.2 研究方法

本研究思路是采用层次分析法，通过选取多项指标构建3个层次的指标体系，对耕地整理潜力进行综合评价。

1.2.1 耕地整理潜力评价指标层次结构分析

耕地整理是指采用工程措施，增加有效耕地面积，提高耕地质量，改善农业生产条件和生态环境的活动。耕地整理项目的实施最终要达到“田成方、树成行、路相通、渠相连、旱可灌、涝可排”的现代农业布局[1]。这就要求，耕地整理潜力的评价要综合数量潜力，质量潜力,土地生产条件、生态环境以及社会要求等。数量潜力是指通过耕地整理所增加的实际耕地面积，是最直接的整理效果，土地利用率反映了耕地整理前后耕地面积变化情况；质量潜力是指耕地整理活动进行前后土壤肥力、生产力、平整度等的提高程度，土地生产效率反映耕地整理前后质量变化情况；土地生产条件则反映农民进行农业生产过程中的便利程度；生态环境反映耕地整理前后对地区环境改善情况，是新一阶段的土地整理活动中明确提出和要求的；耕地整理迫切度则反映农民对实施耕地整理活动的急切程度。为了客观合理地对耕地整理潜力进行综合评价，本研究构建了多层次、多指标的评价指标体系。根据襄汾县的实际情况，以行政村为单元划分为338个潜力评价单元，选取5方面共计11个指标，构成评价指标体系(表1)，对耕地整理潜力进行综合评价。

表1耕地整理潜力综合评价指标体系

Table1 Comprehensive evaluation index system of the potentiality cultivated land arrangement

目标层DestinationLayer准则层Criterionlayer措施层Measureslayer耕地整理潜力综合评价土地利用率新增耕地面积新增耕地系数土地生产效率投入产出率单位面积提高粮食产量土地生产条件现状有效灌溉面积农村道路通达度指数平均田块规模田块连片度生态环境新增人均林地面积景观优化形状指数耕地整理迫切度新增人均耕地面积

1.2.2 耕地整理潜力评价指标值的获取与计算

(1)新增耕地面积(A1)

A1=耕地图斑面积×3%-生态防护林面积

式中3%为预期理论沟渠、田坎、道路所占图斑面积的比例[1]。

因耕地整理工程中要设计农田防护林，防护林均依托农村道路、田坎建设，所以，理论新增耕地面积需要扣除防护林面积。

(2)新增耕地系数(A2)

A2=新增耕地面积/评价单元图斑面积×100%

(3)投入产出率(A3)

A3=耕地整理净收益/耕地整理投资总额×100%

式中耕地整理年增净收益包括两部分，一部分为提高耕地质量所提高的耕地产量带来的收益，另一部分为新增耕地所带来的收益。

耕地整理投资总额按照襄汾县上轮耕地整理实际经验，按照亩均投资3300元计。

(4)单位面积提高粮食产量(A4)

A4=耕地整理后亩均粮食产量-耕地整理前亩均粮食产量

耕地整理前亩均粮食产量=粮食总产量/耕地总面积。

目前对耕地整理潜力的提高进行评价选取的指标大多包括以下两部分：一部分为现有耕地通过整理提高到最高农用地等别，另一部分新增耕地提高到现有耕地的平均等别水平。通过一个利用等标准粮食产量，测算耕地整理后粮食产量，但是耕地质量的提高不仅仅受到平整度、灌溉设施、田块形状等因素，还受到土壤质地、土壤养分、土层厚度等因素的影响，这些因素通过耕地整理进行的工程措施是很难改变的，很多耕地很难达到最高等别水平。本文依据农用地分等定级成果，以冬小麦为标准粮食作物，对各行政村所选取的3个样点粮食产量进行汇总，以平均值作为各村亩均粮食产量，假定经过耕地整理，各村耕地平均粮食产量达到相应行政村最高粮食产量。

(5)有效灌溉面积比率(A5)

A5=(水田面积+水浇地面积)/耕地总面积×100%

通过选取现状有效灌溉面积比率，能反应各评价单元对耕地整理提高土地生产条件的迫切程度。

(6)农村道路通达度指数[2](A6)

农村道路网节点数通过在ARCGIS中，对农村道路线状要素建立网络数据集，通过空间连接模块进行统计。评价单元通达度指数越高，说明交通条件越好，实施耕地整理可行性越高。反之，通达度指数越低，说明整理可行性越低。

(7)平均田块规模(A7)

A7=评价单元耕地图斑面积/评价单元田块个数

田块规模大小反应评价单元田块的破碎度，规模越大，破碎度越小，耕地整理潜力越小；规模越小，破碎度越大，耕地整理潜力越大。

(8)田块连片度[2](A8)

田块连片度反应评价单元内田块的分离度，连片指数越高分离度越小，实施耕地整理可行性越大；连片指数越低，实施耕地整理可行性越小。

(9)人均新增林地面积(A9)

A9=评价单元新增防护林面积/评价单元总人口×100%

人均新增林地面积指标，相比林地覆盖率指标和林地覆盖变化率指标，更合理的反映评价单元对改善环境的迫切度。新增防护林面积依照网格法进行计算，设计每25 hm2耕地作为一个防护林建设网格。防护林依附农村道路修建，每侧防护林占地宽度2 m，每个网格建设防护林面积0.4 hm2。依此统计各评价单元耕地整理后新增防护林面积。

(10)景观优化形状指数[11](A10)

A10越小，说明景观优化潜力指数越小，A10越大，说明景观优化潜力指数越大。

(11)新增人均耕地面积(A11)

A11=评价单元新增耕地面积/评价单元总人口数

式中评价单元总人口数为全国第二次人口普查统计数据。

新增人均耕地面积反应评价单元耕地整理迫切度。依据以上指标计算方法得指标值结果(表2)。

1.2.3 指标权重确定

(1)准则层指标相对于目标层权重确定

准则层中指标的权重确定，采用AHP方法，利用9/9-9/1标度构造成对比较矩阵Q。定义n阶一致矩阵的唯一非零特征根为n，正互反矩阵Q的最大特征根为λ。计算矩阵Q的最大特征根λ和归一化特征向量W。如果一致性检验成功，则特征向量W即评价指标对应的权重向量[12,13]。

(2)措施层相对于准则层权重确定

为消除确定措施层相对于准则层的权重时人为主观因素的影响，提高权重确定的准确性，措施层中评价指标的权重，采用熵权法进行确定[4]。

(3)措施层相对于目标层的权重及综合评价指数确定

依据权重的传递性，措施层相对目标层的权重采用组合权重的方法，各评价单元的综合评价指数采用综合评价方法[4]。

2 评价结果

2.1 评价指标组合权重确定

依照权重的确定方法，对准则层各评价指标之间成对比较矩阵的构建，首先通过专家打分法对各指标的重要性进行打分，取所有分值的平均值比较分析各指标之间的重要性。可以得到，土地利用率比土地生产效率稍微重要；土地生产效率同生产条件同等重要；生产条件比生态环境稍微重要；生态环境同耕地整理迫切度同等重要。采用9/9-9/1标度方法，构造成对比较矩阵Q为：

表2 耕地整理潜力综合评价指标值

成对比较矩阵Q的最大特征根为λ=5.001，特征根所对应的归一化特征向量为W=(0.274，0.206，0.206，0.157，0.157)T。CR<0.1，通过一致性检验。故特征向量W即各评价指标的权重向量。

通过熵权法与权重组合法得到，措施层相对准则层权重以及措施层相对目标层权重的计算结果见表3。

2.2 潜力综合评价结果与分析

2.2.1 各评价单元综合得分

各评价单元的最终评价得分为各评价指标的组合权重与相应评价单元的指标标准化值的乘积之和，综合计算得到襄汾县各行政村综合评价指数见表4。

表3 指标权重计算结果

表4 评价单元综合指数表

2.2.2 耕地整理潜力评价分级

综合分析各评价单元评价指数，对各单元的耕地整理综合潜力进行等级划分。采用次数分布方法，将评价结果划分为5个组，组距为R=(imax-imin)/5，划分为5个潜力级。评价指数越大，潜力级别越高，评价指数越小，潜力级别越小，各潜力分级区的空间分布情况如图1所示。

图1 襄汾县耕地整理潜力分级Fig.1 Potential level of cultivated land consolidation in Xiangfen County

2.2.3 耕地整理潜力分布及影响因素分析

结合襄汾县地形地貌，襄汾县耕地整理潜力分布主要划分为5个区域(图2)：

图2 襄汾县地形地貌图Fig.2 Topography and physiognomic maps of Xiangfen County

1)汾河以东襄汾县城东南部黄土台塬区(B2)

地貌类型属断裂构造形成的台塬地貌，海拔高度为450～890 m，年降水量500 mm，属于冲沟发育，切割比较强烈。该区域内土壤为山地褐土，土体内外排水良好，土质均匀。区域内有少量的水浇地，但灌溉设施还不够齐全，受东部山区影响，耕作生产条件较差。此区域耕地整理潜力较大，相对于塔尔山山区、吕梁山区，该区域地势较低，耕地整理难度较小。

2)塔尔山山区(A2)

塔尔山山区位于襄汾县东部，地貌类型属侵蚀构造中低山区，山势陡峭，海拔1493.40 m，年降水量510 mm。该区域土壤为山地淋溶性褐土，土体湿润，有轻微水蚀，主要包括大邓乡的大部、陶寺乡的东部，此区山多地少，耕地多为旱作坡耕地，缺少灌溉设施，田块破碎程度高，土地利用率较低。此区耕地整理潜力较大，但是整理难度较大。

3)吕梁山、塔尔山山前倾斜平原区(C1、C2)

吕梁山山前倾斜平原区地貌类型属黄土丘陵及洪积扇群区，地表起伏不平。海拔高度为510～680 m，年降水量都在500 mm左右。塔尔山山前倾斜平原区，海拔高度为545～785 m，为洪积扇一直延伸发育所形成的冲积平原，地表起伏不平。两区域内土壤均为山地典型褐土，土体排水良好，土质均匀。区域内因冲积作用导致地表破碎严重，田块分散，交通条件欠发达，土地利用率、生产条件是影响整理潜力主导因素。

4)汾河以西，七一水库周边黄土台塬区(B1)

地貌类型属断裂构造形成的台塬地貌。主要由上、中更新统洪积物组成，海拔500 m左右，属于临汾盆地地区，地势平坦，年降水量500 mm。此区域地势平整，土壤为隐域性浅色草甸土和沼泽性水稻土，水资源丰富，耕地分布广泛。土地利用率、生产条件、生态环境为该区耕地整理潜力的主要影响因素，此区整理难度较小，可优先设立耕地整理区。

5)河流堆积地貌区(D1、D2)

此区域是指在汾河两侧，由一、二、三、四级阶地构成的河谷区域，属河流堆积地貌。海拔398～473 m，区域内地势平整，面积广阔，土壤为碳酸岩褐土，为襄汾县主要粮食产区，区内耕地大部分为基本农田，耕地质量较好，利用率较高，生产条件、生态环境为影响耕地整理潜力主导因素，总体潜力相对较小。

6)吕梁山山区(A1)，属剥蚀构造中低山区

区域内基岩裸露，植被稀少，只有少量耕地分布，该区山坡陡峭，沟谷发育，深切呈“V”形。海拔为1293～543 m，相对高差750 m，年降水量500 mm，该区不适合进行整理。

3 结论

本文从多方面选取了耕地整理潜力评价指标，采用层次分析法与熵权法相结合的方法对襄汾县耕地整理潜力进行综合评价，并对评价单元整理潜力进行等级划分。层次分析法结合专家打分法的应用使得权重的确定相对合理。熵权法的应用消除了人为主观因素所造成的影响，相比通过单纯计算田坎系数、沟渠、农村道路系数获取整理潜力的方法，更准确地反映出各地区的现实整理潜力。以行政村为评价单元进行评价，结果表明，襄汾县耕地整理潜力较大的区域主要集中于汾河以东襄汾县城东南部黄土台塬区、塔尔山山区、吕梁山与塔尔山山前倾斜平原区、汾河以西七一水库周边黄土台塬区等4个区域，河流堆积地貌区的耕地整理潜力相对较小，吕梁山山区基本被林地覆盖，不适宜进行耕地整理。研究结果可以为襄汾县土地整治规划中耕地整理区的划定提供参考依据。

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