GIS支持下的永久基本农田建设区域划定

2017-03-27胡斌

湖北农业科学 2017年2期

关键词：县域

胡斌

摘要：基本农田是耕地的精华，全面划定永久基本农田对土地整治规划和基本农田建设有重要现实意义，也是2016年国家政府工作报告中的重点工作内容。从基本农田质量、基本农田地形条件、基本农田区位条件、基本农田区位设施状态等方面构建评价指标体系，利用线性加权综合评价法，并基于GIS技术，以湖北省当阳市为例，研究如何划定永久基本农田建设区域，以期为县域永久基本农田建设和耕地的持续利用提供参考。

关键词：永久基本农田；重点区域；县域；GIS

中图分类号：F301.21；S126 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0248-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.012

1998年新修订的《基本农田保护条例》明确基本农田是按照一定时期人口和社会经济发展对农产品的需求，依据土地利用总体规划确定的、不得占用的耕地。永久基本农田是指通过农村土地整治形成的集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、抗灾能力强、与现代农业生产和经营方式相适应的基本农田[1]，它强调基本农田的稳定性，以及要通过建设来克服自然质量方面的不足达到设施配套、抗灾力强、高产稳产、与现代化农业生产方式相适应的目的等特征。2016年政府工作报告提出“2016年全面完成永久基本农田划定并实行特殊保护”的要求，全面划定永久基本农田，是“十三五”规划建议明确的重大事项，也是经济发展新常态下落实新发展理念、落实最严格耕地保护制度、落实国家粮食安全、新型城镇化和生态文明建设战略的重要举措。永久基本农田一旦划定，将让城市建设发展融入山水林田湖，形成有机相连的生命共同体，让居民共享“望得见山、看得见水、记得住乡愁”的绿色生态，最终实现全面、协调、可持续发展，因此对其划定研究具有极其重要的现实意义。

近年来，学者们基于永久基本农田划定展开了较为丰富的研究。在研究尺度上，主要从县域[2-4]、市域[5]和省域[6，7]等微、中观尺度展开；在研究方法上，主要利用了GIS技术[8，9]、综合评价方法[2，10]、聚类分析方法[11，12]、决策模型应用[13，14]等现代科学技术和传统数理方法；在研究区域类型上，主要对平原地区[15]、丘陵山区[16，17]等特定区域展开了针对性研究。分析发现，以上研究虽应用了丰富的技术方法，并从多种尺度和区域类别展开了研究，但对于永久基本农田建设重点区域的划定研究较少，特别是在划定工作中，主观上“不让划”、“不敢划”、“不愿划”人为干涉划定工作现象依然存在。国土资源部《高标准基本农田建设规范（试行）》中明确规定各地在永久基本农田建设工作中，要将土地利用总体规划所确定的基本农田保护区、基本农田整备区、土地整理复垦开发重点区域及重大工程，以及土地整治规划所确定的土地整治重点区域及重大工程、基本农田整理重点县等列入建設重点区域[7]。习近平总书记强调，耕地红线要严防死守，要划定基本农田。李克强总理指出，要严格划定永久基本农田，严格实行特殊保护，扎紧耕地保护的“篱笆”。因此通过科学技术手段判定永久基本农田建设重点区域，将所有“应划、能划、必划”永久基本农田全面划定，是有效推进永久基本农田建设的重要保障。

鉴于此，在综合分析现有研究的基础上，从基本农田质量、基本农田地形条件、基本农田区位条件、基本农田区位设施状态等方面构建了评价指标体系，利用线性综合加权法，以湖北省当阳市为例，对永久基本农田建设重点区域进行了划定研究，以期为县域永久基本农田建设和耕地的持续有效利用提供科学参考。

1 研究区域及数据来源

1.1 研究区域

当阳市市境地处荆山山脉向江汉平原延伸过渡地带，余脉绵延起伏，构成东、南、西、北四面环山。境内地貌类型复杂多样，地表形态各异，山地、丘陵、岗地、平原兼而有之，属江汉平原“镶嵌构造”地带。根据2009年全国第二次土地调查数据成果，当阳市土地总面积为214 969.24 hm2，其中农用地186 268.76 hm2，占土地总面积的86.65%；耕地80 516.13 hm2，占土地总面积的37.45%；基本农田保护面积为 70 837.64 hm2，占土地总面积的32.95%。从土地利用现状来看，当阳市未利用土地较少，土地利用的潜力主要是农村居民点的归并整治和工业用地的集约利用。

1.2 数据来源

以湖北省当阳市境内所有基本农田为研究对象，数据主要来源于当阳市国土资源局提供资料、当阳市统计年鉴、当阳市发展公报以及现场调查等。主要包括当阳市土地利用总体规划（2010～2020年）数据库成果、当阳市第二次土地利用调查数据库成果（2009年）、当阳市农用地分等定级成果（2010）市统计年鉴（2010年）等。

2 永久基本农田建设重点区域划定方法

2.1 综合评价指标体系构建

划定永久基本农田建设重点区域一般要能对基本农田的现状进行科学、客观、全面、有针对性的评价，因此需要遵循一定的选取原则：①科学性原则。基本农田建设必须尊重农业、生态、土地以及经济发展的规律，划定基本农田建设重点区域的指标体系应能比较真实和客观地反映系统状态和其变化趋势。因此在把握系统规律的基础上，注重指标与研究尺度的匹配，以便真实反映基本农田的情况。②综合性原则。任何系统都是由多种不同的要素组合而成，永久基本农田建设是一项系统性和综合性都极强的工作，涉及不同学科、不同领域的协作。因此选取的指标要能够较为综合而全面地代表基本农田质量、区位条件、利用水平等各方面的状况。③可测性原则。在构建指标体系时，选取指标必须考虑到指标数据获取的难易程度。指标数据保证能够通过调查、计算、观察、试验等方式来获得，否则，如果建立的指标体系无法获得真实客观的数据，即使体系设计得再完美，也无任何意义。④互异性原则。影响永久基本农田建设的因素来自许多不同的方面，各方面的因素都会对最终选取结果造成或大或小的影响。在选取评价指标时，这些指标应该涵盖不同的方面，指标的选择应来自多种类型的因素，以便得到客观综合的评价结果。

根据以上指标选取的原则，基本农田重点建设区域的划定决策因素主要从基本农田质量、基本农田地形条件、基本农田区位条件、基本农田区位设施状态这几个方面来选择。考虑到当阳市属于山区与平原交汇地带，在回顾了相关研究之后，结合专家意见，构建了如下指标评价体系（表1），利用层次分析法确定指标权重。

2.2 评价指标量化分析

2.2.1 耕地质量等别农用地分等利用等指数以耕地自然质量条件为基础，同时考虑土地利用水平对耕地的限制作用，客观地衡量耕地种植质量状况，能够较全面地反映土壤肥力水平。因此将农用地分等，利用等指数作为衡量基本农田质量状况的标准之一。一般情况下，农用地分等成果中包含了农用地分等利用等指数的信息，因此可从基本农田划定成果中得到全部基本农田利用等指数。但本研究评价单元设定为行政村，与农用地分等成果中的划分单元不同，故按流程图1进行转换，首先将质量等别赋值给基本农田保护图斑，然后由各行政区内的基本农田图斑的质量等别进行面积加权平均。

2.2.2 耕地坡度耕地坡度对农业生产的影响主要体现在坡度对养分和水分的影响方面，坡度越大越容易水土和养分流失。《土地利用现状调查技术规程》对耕地坡度分为5级，即≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、>25°，本研究分别对应1～5级。这是由于坡地一般坡度大于15°时，不适宜农业机械化耕作，此时要采用等高种植或靠牲畜力或人力，坡度大于25°不适宜开垦，适宜发展林业。基本农田划定规程中明确规定地形坡度大于25°或田面坡度大于15°、易受自然灾害损毁的耕地不得成为新增基本农田，原有基本农田中地形坡度大于25°的也应该逐步从基本农田中调出。坡度数据可以从农用地分等数据中直接提取，通过Spatial join工具对基本农田保护图斑赋值，然后通过面积加权获得评价单元耕地坡度。

2.2.3 基本农田连片性基本农田的高连片性有利于提高基础设施的规模效益，便于使用大型机械，有利于农业产业化程度的提高。国土资源部于2012年7月颁布的《永久基本农田建设规范》中明确指出，永久基本农田建设的主要目标之一就是“优化土地利用结构与布局，实现集中连片，发挥规模效益”。因此基本农田的集中连片程度是衡量基本农田能否入选永久基本农田的因素之一。通常来说基本农田的连片程度用基本农田连片面积的大小来衡量，连片面积大则基本农田的连片程度高，面积小则说明基本农田的连片程度低。由于本研究评价单元范围比基本农田保护片块要大，连片性指标不能够直接以评价单元内基本农田面积表示，因此选用评价单元内部基本农田总面积占评价单元总面积比例来表示，比例越大说明基本农田连片性越好，计算方法如公式（1）所示。

基本农田连片性

=■×100% （1）

2.2.4 到城鎮距离在城镇周围设立基本农田可以防止城镇的无序扩张，限制建设用地的增加。并且由于距离城镇较近，与农贸市场较便利，无论是永久基本农田建设中需要的物资还是今后农产品的运输与交易都更为便捷和经济。因此，越接近城镇的基本农田建设成为永久基本农田的价值越高。一般认为，距离城镇用地小于1 km的耕地具有更明显的区位优势，大于3 km的耕地则区位相对较差。本研究利用ArcGIS 9.3中的缓冲区分析工具获取评价单元到城镇距离：首先从利用属性选择功能地类图斑中提取出城镇用地的图斑；然后利用ArcGIS 9.3中的欧氏距离（Euclidean distance）对城镇用地进行缓冲分析，得到栅格格式的城镇用地数据。最后利用空间分析工具集里面的Zonal Statistics工具对每个评价单元到城镇的距离进行统计分析，得到的是每个评价单元到城镇用地的最小值。具体步骤如图2所示。

2.2.5 基本农田图斑规整度对于耕地来说，田块越规则、形态越简单，即种植作物的面积占总面积的比例将会提升，耕作效果也越好[18]。规整的田块不仅可减小农田灌溉的难度，也可有效降低化肥使用量，并且更利于现代化农业机械作业。考虑到评价单元中包含了较多的基本农田图斑，本研究借用景观生态学中的面积加权平均形状指数来表示基本农田图斑的规整度，该指数通过面积对单元内每个图斑形状指数进行加权综合，每个图斑的形状指数则通过与同面积的规则图形（圆形或正方形，本探究采用正方形）之间的差异率来测算，图斑总体越规整，则加权平均形状指数越小。具体计算如公式（2）所示。

S=■■■ （2）

式中，S表示评价单元基本农田保护图斑加权平均形状指数；n表示评价单元内部基本农田保护图斑个数；i表示评价单元内第i个基本农田保护图斑；Pi表示第i个基本农田保护图斑的周长；ai表示第i个基本农田保护图斑的面积；A表示评价单元内基本农田保护图斑面积之和。

2.2.6 灌排保证率完善的水利基础设施能够保证永久基本农田具有良好的灌排条件，灌排条件的优劣直接影响粮食作物的生长情况，因此水利基础设施水平的高低将影响基本农田能否入选永久基本农田。灌概保证率反映了利用农用地和水资源的集约化程度，其大小由田间农田水利设施的完善程度来决定。可通过农田水利设施密度来测度，密度越大说明灌排保证率越好，具体计算方法见公式（3）。

灌溉保证率=

■ （3）

2.2.7 道路通达度道路通达度是指基本农田范围内的耕作田块的可达程度，其大小影响农民耕作意愿和农业机械的使用。通达度越好的地区，农民耕作意愿越强，农业机械的使用条件越好。以往研究在获取指标数据时多采用基本农田与道路连接的最小距离。本研究中，由于基本农田保护片块范围比较大，其周边存在道路的情况较多，因此，大部分基本农田保护片块离道路最近距离很可能为0。鉴于此，结合本研究评价单元的特征，确定以农村道路密度来表示道路通达度，具体计算方法见公式（4）。

道路通达度=■（4）

2.3 综合划定方法

对于需要通过多个指标多个因素来共同评价的过程，通常要建立合适的综合评价数学模型，来将多个指标综合成为一个整体的评价值，以此作为最终评价的依据，从而得到相应的结果。目前比较常用的方法有线性加权综合法、非线性加权综合法、逼近理想点法（TOPSIS）等。线性加权法[19]适用于各个评价指标直接相互独立性较强的情况，非线性加权法则适用于各评价指标直接有较强关联的情况。逼近理想点法可以用于各种情况，但是计算过程较为复杂，尤其在指标个数较多的情况下。相较而言，线性加权法具有计算简单、可操作性较强的特点，并且本研究选定的各指标间独立性较强，故选择线性综合模型作为评价模型，其计算结果则代表基本农田入选永久基本农田的适应性，计算公式如下：

Qj=■WiFji （5）

式中，Qj表示第j个评价单元；Wi表示第i个指标的权重；Fji表示第j个评价单元第i个指标的标准化分值。

3 结果与分析

3.1 耕地综合评价结果

依据以上分析，利用ArcGIS 9.3软件中属性计算功能计算出各个评价单元的综合得分，并绘制出综合评价图（图3a）。其中评价得分相对较高的单元优先考虑纳入永久基本农田建设区。

从图3a中可以看出，各单元综合得分的空间异质性较明显。总体上东南方向明显优于西北方向，东南方几乎集中了80%以上的高分单元。结合前面各评价指标在空间上的分布特征，发现当阳市从东南方向西北方向，地势越来越高，东南方属于江汉平原边缘地带，生产条件好，而西北部属于荆山山脉余脉，坡度较大，基本农田较为分散。同时，东南部社会经济发展相对较好，人类活动影响更大，也更容易为人类所改造。因此，选定永久基本农田建设区域应首先考虑东南方的基本农田。从数据来看，147个评价单元中，综合得分最高的是郑湖村的0.878 6，得分最低的是玉泉林场的0.278 6，平均得分为0.609 8， 82个评价单元得分在平均分以上，65个评价单元得分在平均分以下。

根据当阳市土地利用总体规划目标，在规划期内，全面推进高产农田建设和土地开发整理复垦，农用地利用规模化、集约化、产业化不断推进，产出效益显著提高。规划到2020年，全市高产田建设目标为27 390.61 hm2。将综合评价图层属性表按综合得分进行排序，对各个评价单元内基本农田面积依次进行累加。结合规划目标，当累积基本农田面积达到永久基本农田建设目标时，所选中的评价单元则被纳入永久基本农田建设范围。依据以上方案，利用GIS技术划定永久基本农田见图3b。从图3b中可以看出，根据评价结果选出的永久基本农田建设区域主要位于当阳市东南部，仅有几个区域在靠近中北部地区。划定的永久基本农田建设区域共选取了55个评价单元，涉及到8个乡镇，共计27 463.07 hm2，达到了土地利用规划的建设目标。从数据来看，评价单元最低得分是金龙村的0.670 4，平均得分是0.728 6，在平均分之上的单元为20个，在平均分之下的单元为35个。所有入选评价单元的坡度级别标准化得分均为满分1，而耕地质量仅有少数几个单元为0.8，其余的均为满分1，说明坡度平缓、质量较优的基本农田更适宜于建设永久基本农田。

3.2 永久基本农田建设重点区域划定分析

在ArcGIS 9.3中，将选出的永久基本农田建设单元提取成为一个新的图层。利用Classify功能，对综合评价得分进行分级，分级方法选用Natural Breaks（Jenks），分级数选择2。其原理与聚类分析法类似，即在分类数一定的情况下，通过聚类分析将相似性最大的数据分在同一级，即通过选择分级的位置，使各组组内的数据方差最小，而各组之间方差最大。结合现行当阳市永久基本农田建设时序周期，把入选永久基本农田建设的评价单元划分為两级，分数更高的一级各项指标更优，更接近永久基本农田的建设标准，则将其划入永久基本农田建设重点区域，优先开展建设，所得结果见图3c。从图3c可以看出，永久基本农田重点建设区域主要聚集成两个组团，主要涉及到草埠湖和两河镇。采用Natural Breaks的方法共选出了12个评价单元，平均得分为0.809 4，总基本农田面积为4 629.21 hm2。

4 小结与讨论

1）本研究以当阳市规划基本农田为研究对象，通过设定适当的评价单元，运用指标加权综合评价模型，进行基本农田入选永久基本农田建设区域的评价。在此基础上，根据当阳市建设永久基本农田的指标，将综合得分靠前的评价单元划入永久基本农田建设区，最终共确定55个评价单元入选永久基本农田建设区域，涉及基本农田27 463.07 hm2，占当阳市规划基本农田总面积的44.07%。

2）在相关文献及咨询相关领域内专家学者的基础上，结合永久基本农田建设的要求，从基本农田质量等别、地形条件、区位条件和基础设施配套程度等因素方面选择了耕地自然质量等别、耕地坡度级别、基本农田连片性、基本农田图斑规整度、距离城镇距离、灌排保证率、耕作道路通达度共7个指标构建了永久基本农田建设区评价指标体系，为相关研究提供参考。

3）在确定永久基本农田建设区之后，进行了重点建设区的划定。根据聚类分组的理念，利用GIS 9.3中的Natural Breaks工具，将入选评价单元分为两组，其中综合得分较高的一组作为优先建设区，优先进行建设。得分较低的一组作为重点建设区，作为中期建设区域。其他未入选的评价单元则作为一般建设区，在资金充裕、技术成熟的情况下，可以考虑将其作为远期建设区域。最终得到优先建设区12个，重点建设区43个，一般建设区92个。

4）通过实地调查发现当阳市目前村庄布局散乱、基础设施年久失修的现象普遍存在于优先建设区、重点建设区和一般建设区中。通过分析各区域内指标数据，可分析出各区建设永久基本农田的限制因子，可通过土壤培肥、土地平整、田块归并、田间道路建设、农田水利设施建设等解决各区自身限制因子，以达到永久基本农田的要求。

从综合评价的观念出发来衡量基本农田是否可以入选永久基本农田建设区，选取了若干指标对研究对象进行状态模拟，从研究角度看是客观可行的，但耕地是个十分复杂的系统，选取的指标不能完全表达相关评价情况。如何准确而详尽地对基本农田系统进行模拟还有待进一步探索。依据土地整治项目的特点，将评价单元设定为行政村，以保证基本农田的行政独立性。然而，在研究中发现，很多指标存在跨评价单元的现象，比如连片性，往往在不同的评价单元之间存在相互连片的基本农田，此类现象在评价单元中无法表达，但对实际建设过程却影响很大。因此，如何协调行政因素，探寻更合理的评价单元成为后期研究关注的重点。

参考文献：

[1] 薛剑，韩娟，张凤荣，等.高标准基本农田建设评价模型的构建及建设时序的确定[J].农业工程学报，2014，30（5）：193-203.

[2] 奉婷，张凤荣，李灿，等.基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局[J].农业工程学报，2014，30（1）：200-210.

[3] 唐秀美，潘瑜春，刘玉，等.基于四象限法的县域高标准基本农田建设布局与模式[J].农业工程学报，2014，30（13）：238-246.

[4] 胡业翠，吕小龙，赵国梁.四川省达县高标准基本农田建设规模与建设区域划定[J].中国土地科学，2014，28（11）：30-38.

[5] 李建春，张军连，李宪文，等.银川市基本农田保护区空间布局合理性评价[J].农业工程学报，2013，29（3）：242-249.

[6] 沈明，苏少青，陈飞香，等.广东省高标准基本农田建设重点区域划定[J].安徽农业科学，2012，40（20）：10728-10730.

[7] 沈明，陈飞香，苏少青，等.省级高标准基本农田建设重点区域划定方法研究——基于广东省的实证分析[J].中国土地科学，2012，26（7）：28-33，90.

[8] 王晓燕，田永中，高凡，等.基于GIS的永久性基本农田划定技术方法探讨——以重庆市涪陵区清溪镇为例[J].西南师范大学学报（自然科学版），2013，38（3）：127-133.

[9] 涂建军，卢德彬.基于GIS与耕地质量组合评价模型划定基本农田整备区[J].农业工程学报，2012，28（2）：234-238.

[10] 朱传民，郝晋珉，陈丽，等.基于耕地综合质量的高标准基本农田建设[J].农业工程学报，2015，31（8）：233-242.

[11] 项晓敏，金晓斌，杜心栋，等.基于Ward系统聚类的中国农用地整治实施状况分析[J].农业工程学报，2015，31（6）：257-265.