黄土高原丘陵沟壑区高标准农田建设时序研究——以天水市麦积区为例

陈 英，王 东，王顺然

(甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070)

黄土高原丘陵沟壑区高标准农田建设时序研究
——以天水市麦积区为例

陈 英，王 东，王顺然

(甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070)

以天水市麦积区为例，从自然质量条件、工程建设条件、景观生态条件3方面，选取评价建设高标准农田建设时序的关键性指标，提出“整体参与综合评价、耕地质量存在差异、工程建设先易后难”的建设时序评价原则，并结合综合评价系数法及自然断点法确定麦积区高标准农田建设时序。结果表明，麦积区高标准农田建设时序近期、中期、远期整治区面积分别占区内耕地总面积的17.54%、51.87%、30.59%。研究结果可为麦积区及丘陵沟壑区高标准农田建设安排和政府决策提供借鉴。

高标准农田；时序；综合评价系数法；麦积区

随着我国耕地资源的有限性和稀缺性问题愈加突出，农村土地整治工作，尤其是高标准农田建设将扮演更重要的角色[1]。高标准农田是指土地平整、集中连片、设施完善、农田配套、土壤肥沃、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旱涝保收、高产稳产，划定为永久基本农田的耕地[2]。自2010年中央1号文件提出全面建设高标准农田以来，建设高标准农田已成为一项历史性任务。甘肃省现已启动东部土地整治重大项目，重点以黄土高原残塬区和丘陵沟壑区为主。为有序推进高标准农田建设工作进程，明确重点建设区域，合理安排建设时序至关重要。

目前，学术界对高标准农田多从其建设潜力[3-4]、农田区域划定[5]及效益分析[6]等角度进行研究。针对建设时序和建设模式，冯锐等[7]在考虑建设条件评价方法的基础上提出中江县建设时序及模式；薛剑等[8]基于建设的可行性和稳定性，运用四象限法将建设时序确定为优先建设区、次优先建设区和不建设区；唐秀美等[9]提出五华县建设模式为发展现代农业模式、基础设施配套完善模式和改善环境与发展特色农业模式。已有研究对生态条件很少考虑，尤其是对农业基础设施薄弱、水土流失严重、抵御自然灾害能力不强的黄土高原区域的相关研究更是几近空白。因此，本研究以麦积区为例，在考虑生态因素的基础上选取评价建设时序的关键性指标，运用综合评价系数法确定其建设时序，提出适合黄土高原丘陵沟壑区建设高标准农田的基本整治措施，以期为丘陵沟壑区高标准农田建设方案及土地整治项目遴选提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

麦积区(105°25′～106°43′E，34°06′～34°48′N)地跨黄河、长江两大流域，在渭河及其大小支流的冲刷下成黄土梁峁沟壑山地，并形成大小不等的许多谷地、盆地，处于黄土高原沟壑带。属大陆半湿润、半干旱气候，日照充足，年均日照2 090 h，光能资源丰富。全年无霜期168～182 d，年平均气温10.2 ℃。海拔748～2 559 m，年均降水量600 mm左右。麦积区土壤由第三、四纪甘肃红色黏土和黄土母质发育而成，受地形、气候影响，土壤类型多样，主要以褐色土为主。全区总面积3 480 km2，现辖麦积镇、马跑泉镇、社棠镇等17个乡镇，共476个行政村。2015年区内总人口63.59万，其中农业人口占71.4%。2014年麦积区耕地总面积为59 502.43 hm2，包括旱地和水浇地，其中旱地总面积为55 932.28 hm2。根据麦积区土地利用总体规划，到规划期末，麦积区2020年基本农田面积不得少于39 900 hm2。

1.2 数据来源

(1)空间数据。以2013年度耕地质量等别年度更新成果(包括土壤质地、有机质含量、pH值、灌排条件及田块坡度等数据)、2013年土地利用变更调查数据库(1∶1万)为基础，并以麦积区卫星影像图、2010年耕地质量等级成果补充完善成果以及《麦积区土地利用总体规划(2009—2020年)》等为辅助数据。

(2)社会经济数据。主要包括《麦积区统计年鉴(2014)》，相关土地规划文本和说明，交通局各级道路统计数据等。

(3)其他数据。通过GIS技术提取麦积区2013年土地利用变更调查数据库中路网、林网和沟渠等矢量数据[8]。

1.3 高标准农田评价单元的确定

在高标准农田建设评价过程中，作为评价工作的基础，评价单元选取尤为重要。评价单元的选择应遵循一致性和统一性原则，其反映自然和社会经济的属性也应具有均一性特征[10]。作为空间客体，可以将行政村或最小单元耕地图斑作为评价单元。高标准农田建设需落实到地块，以保证其实际建设的操作性[10]，同时，地块在地理学中作为规划用地强度赋值的基本单位，每个地块能反映与之对应耕地的属性；因此，本研究将耕地地块确定为高标准农田评价单元。

1.4 高标准农田建设时序安排

1.4.1 建设时序评价原则

对于建设时序的安排，遵循一定的原则非常重要。薛剑等[8]按照“空间稳定性优先，保证布局刚性；注重生态环境，保证生态安全；自然质量优先，保障粮食生产能力；考虑工程建设条件，实行先易后难”的原则对富锦市高标准农田建设时序进行了安排；唐秀美等[9]认为其建设布局需要遵循“自然质量优良、区域建设适宜”的原则。在参照已有研究的基础上，根据麦积区区域实际，提出“整体参与综合评价、耕地质量存在差异、工程建设先易后难”的原则，综合确定高标准农田建设时序。在确定评价对象时，需将麦积区所有耕地图斑考虑在内，通过对耕地质量评价指标自上而下、逐级赋分量化，来反映耕地间的质量差异，从而确定区域高标准农田建设工程实施的难易程度，进而综合评价区域高标准基本农田建设时序。

1.4.2 评价指标体系构建

影响高标准农田建设的因素很多，从中选取主要因素建立关键评价指标是整个评价过程的核心。根据黄土高原丘陵沟壑区自然条件的特殊性及数据可获得性，在咨询相关专家意见的基础上结合已有的研究成果[7-8，11-14]，考虑生态因素，拟从自然质量条件、工程建设条件和生态景观条件3方面选取关键指标，为麦积区高标准农田建设时序安排的前期工作做准备。主要指标含义及指标效应见表1。

自然质量条件是表征耕地质量的重要因素。通过梳理相关文献，本研究主要通过有效土层厚度、土壤质地、有机质含量、剖面构型、pH值、排水条件和灌溉保证率等7项指标表征。土层厚度对作物生长及提高养分和水分作用巨大，一定程度上反映了耕地的肥沃程度；土壤质地能较好地表征土壤耕作性能，土壤有机质含量是重要的养分容量指标，二者均能表征耕地的生产力状况；剖面构型能够表征土壤剖面结构及特征；土壤pH值对耕地肥力及作物生长影响很大；排水条件体现耕地的抗涝能力；灌溉条件集中体现在灌溉保证率上。

工程建设条件是表征耕地附属设施、耕地利用水平的重要因素，是衡量高标准农田建设难易度的主要因素。本研究选取路网密度、林网密度、沟渠密度和田块坡度等4项指标来表征耕地附属设施条件。路、林、沟渠密度分别反映耕地交通情况、防护和生态环境工程、灌溉排水情况；耕地坡度对耕地利用有明显的限制作用，麦积区山地与丘陵范围较广，坡度对农业生产影响较大。

生态景观条件也是建设基本农田的重要内容，生态景观指标能够反映田块现状和大小在空间上的配置情况，该指标的提出与高标准农田建设标准也相匹配。本研究通过田块连片度和田块规整度2项指标来表征。田块连片度能够反映某耕地地块与其相邻地块利用类型的适宜性；田块规整度能够反映耕地形状规则情况。

1.4.3 评价指标分值测算

表1 高标准农田建设评价体系及权重

Table 1 Evaluation system and weights of excellent-criterion farmland construction

评价要素Evaluationelements评价指标Index权重Weights指标效应Indicatorseffect自然质量条件有效土层厚度Effectivesoilthickness0.2173正PositiveNaturalquality表层土壤质地Surfacesoiltexture0.0568正Positiveconditions剖面构型Sectionalconfiguration0.0362正Positive土壤有机质含量Soilorganicmattercontent0.0707正Positive土壤pH值SoilpH0.0202适宜Suitable排水条件Drainageconditions0.0068正Positive灌溉保证率Irrigationguaranteerate0.1028正Positive工程建设条件路网密度Roadnetworkdensity0.0322正PositiveEngineeringconstructionconditions林网密度Forestnetworkdensity0.0903正Positive沟渠密度Trenchnetworkdensity0.0886正Positive田块坡度Plotsslope0.1671负Negative生态景观条件田块连片度Plotsconnectedpiecedegree0.0433正PositiveEcologicallandscapeconditions田块规整度Plotsregularity0.0677正Positive

在评价研究中，由于选取的评价指标性质差异较大，不具有直接比较的可行性。在表1指标体系中，对于路网密度、林网密度和沟渠密度的求算，分别用路、林、沟渠的长度与行政区面积之比表示[14]。道路、林带和沟渠矢量图层以2013年麦积区土地利用调查变更库为准，计算最短距离时借助ArcGIS 9.3空间分析NEAR工具完成。集中连片度计算参考空间相连性分析方法，采用GIS缓冲分析，设定缓冲区距离，对相连或相交地块进行缓冲构建连片区，并用式(1)计算各连片区连片度，连片度指标取值范围为[0，1]，将计算结果与耕地田块进行叠加，得到各田块集中连片度值[14-15]。计算公式为：

(1)

式(1)中：X为各区片的集中连片度值；Si为连片后各区片面积；Smax为片内最大图斑面积；Smin为片内最小图斑面积。

田块规整度用来测度耕地田块形状的复杂程度，其值越大，表明耕地地块形状越复杂。计算公式为：

(2)

式(2)中，D为规整度；A为耕地地块面积；P为耕地地块周长。

将所有指标按同一标准赋分，赋值范围为[30，100]，即100分为各指标最高值，其余各级分值则按实际情况和数据分布采用等级赋分法赋予相应的作用分，结合已有研究和专家咨询结果，最终确定其赋分结果(表2)。

1.4.4 建设条件综合排序

(1)建立决策矩阵

依次对表1确定的13项评价指标进行标准化处理，标准化后的数据集形成矩阵X，xmn表示第m个评价单元第n个指标的值。则标准化处理后形成如下矩阵：

表2 麦积区时序安排评价指标分级分值表

Table 2 Graded scores of indicators for time sequence analysis in Maiji District

评价指标Index指标分值Indexscores304050708090100有效土层厚度Effectivesoilthickness/cm<30—[30,45)[45,70)—[70,90)≥90表层土壤质地Surfacesoiltexture—砾质土Gravelly—砂土Sandy—黏土Clay壤土Loam剖面构型Sectionalconfiguration通体砂Bricksand黏砂砂Stickysandsand砂黏砂Sandstickysand黏砂黏Stickysandsticky砂黏黏Sandstickysticky壤黏壤Loamstickyloam通体壤Brickloam土壤有机质含量Soilorganicmattercontent/%<6[6,10)—[10,20)[20,30)[30,40)≥40土壤pH值SoilpH<4.5/≥9.5[4.5,5.0)/[9.0,9.5)—[5.0,5.5)/[8.5,9.0)—[5.5,6.0)/[7.9,8.5)[6.0,7.9)排水条件Drainageconditions—无条件Unconditional—一般General—基本健全Basicsound健全Sound灌溉保证率Irrigationguaranteerate—无条件Unconditional—一般General—基本满足Basicsound充分Full路网密度Roadnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,4)—[4,5)—≥5林网密度Forestnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,6)—[6,10)—≥10沟渠密度Trenchnetworkdensity/(m·hm-2)<1[1,2)[2,5)—[5,8)—≥8田块坡度Plotsslope/(°)—[15,25)—[6,15)—[2,6)<2田块连片度Plotsconnectedpiecedegree<0.3[0.3,0.5)—[0.5,0.8)—[0.8,1)1田块规整度Plotsregularity>2(1.5,2]—(1.2,1.5]—(1,1.2]≤1

(3)

(2)确定评价指标的熵权

安排建设时序时，需先确定评价指标的权重。本研究根据各指标对高标准基本农田建设时序所提供的信息量大小来决定相应指标的权重系数。熵权法在确定权重时会评估各评价指标承载的信息大小，同时评价过程几乎不受主观因素影响，另外，小尺度的研究有较多的数据支撑，采用熵权法比较合适，能充分反映区域间的内在差异；因此，本研究确定相关指标权重时选用熵权法。其原理是：信息熵越小，说明指标值最大值与最小值间的差距越大，相应权重也越大[16]。最终权重值见表 1。

(3)构造加权矩阵

构建加权矩阵R。其值等于熵权法测算的相应指标的权重与标准化数据集矩阵X的乘积。

(4)

式(4)中，α1，α2，…，αn为上述确定的13个指标权重；rij为通过加权之后相应的矩阵值。

(4)综合评价系数法综合排序

采用综合评价系数法进行高标准农田建设时序的安排，原理是由各评价指标的最佳值组合成一个理想值，然后比较每个地块各指标的累计值与理想值之间的差值，差值越小则该地块质量等级越高，建设时序也越优先。计算公式如下：

(5)

根据Ci对麦积区所有耕地综合质量系数排序，综合评价系数越小的地块其综合质量等级越高，高标准农田建设的时序也越优先。麦积区高标准农田评价地块单元共5 257个，根据各地块的Ci采用标准分类法将麦积区建设时序划分为近期、中期、远期。

2 结果与分析

土地利用变更调查显示，2013年末麦积区耕地总面积为59 727.90hm2，占整个辖区面积的43.91%，地类为旱地和水浇地。基于ArcGIS9.3自然断点法对地块的综合评价系数进行标准分类，进而对麦积区高标准农田建设时序划分为3个时期，即近期、中期、远期整治区，如图1所示。

从麦积区高标准农田整治区分布面积看：近期整治区面积10 475.13hm2，该区域土壤肥沃、地势平坦、基础设施条件好、生态安全程度高，是麦积区近期建设高标准农田的最佳区域，占辖区耕地总面积的17.54%；中期整治区面积30 982.45hm2，占辖区耕地总面积的51.87%，建设面积比重最大，该区域大部分耕地受坡度制约，水土流失时有发生，水资源匮乏、地力下降，因此，在中期建设高标准农田时除了对坡度较大的地块改造以外，更要注重对其生态环境的保护，建设工程主要以坡改梯为主；远期整治区面积18 270.32hm2，占辖区耕地总面积的30.59%，该区域建设高标准农田难度颇大，耕地自然质量较差，大多数地区无灌溉基础设施，主要依靠天然降雨，再加上地处丘陵沟壑区，道路坑洼不平，田间交通欠发达，耕地细碎化严重，施工难度较大，生态环境易遭到破坏。

从麦积区高标准农田整治区分布区域看：在近期整治区内，渭南镇整治面积最大，为2 301.21hm2，占近期整治面积的21.97%，花牛镇、马跑泉镇、甘泉镇和石佛乡的高标准农田建设面积较大，分别为1 644.78、1 618.74、1 437.31、1 438.58hm2，五龙乡和党川乡近期整治面积为0，其他乡镇整治面积较少；在中期整治区内，石佛乡整治面积最大，为4 397.75hm2，甘泉镇和新阳镇仅次于石佛乡，分别为4 013.82、3135.51hm2，道北街道建设面积较小，其他乡镇分布相对均匀；在远期整治区内，五龙乡整治面积最大，为3 536.19hm2，占后期建设面积的19.35%，道北街道、社棠镇和马跑泉镇建设面积较小，三者面积之和仅占总建设面积的1.21%，其他乡镇分布相对均匀。

图1 麦积区高标准农田建设时序分布图Fig.1 Construction time arrangement of excellent-criterion farmland in Maiji District

根据以上评价结果及实地走访，考虑到麦积区地处丘陵沟壑区，大部分乡镇地形结构主要为丘陵、陡坡、沟壑，具有坡耕地比重大、水资源区域时空分布不均以及土地生态环境脆弱等特点，因此，今后麦积区高标准农田建设工作需按照“因地制宜，突出重点”的原则，根据不同区域耕地的主要限制因素选择合适的建设模式。由于区域限制因素是并行的，建设过程中需同时考虑区域耕地坡度、农田水利、田间道路和防护林工程等因素，进而完成高标准农田建设工作。由以上分析可知，麦积区今后高标准农田建设模式主要以“坡改梯”整治工程、完善和优化灌排基础设施、改善交通条件及生态环境等为主。麦积区高标准农田近期整治区面积为10 475.13hm2，是目前建设的重点区域，主要分布于麦积区西北部和中部地区，涉及的主要乡镇有渭南镇、花牛镇、马跑泉镇和石佛乡等。

3 结论与讨论

本研究以麦积区为例，将耕地地块作为评价单元，提出“整体参与综合评价、耕地质量存在差异、工程建设先易后难”的建设时序评价原则，在考虑生态因素的基础上，从自然资源条件、工程建设条件和生态景观条件3方面选取评价高标准农田建设时序的13个关键性指标，结合综合评价系数法及GIS标准分类方法确定其建设时序，理论上有利于丰富和完善高标准农田建设的评价体系及评价方法。

根据麦积区耕地地块综合评价系数，采用自然断点法将地块综合评价系数进行分类，依建设时序划分为近期、中期、远期整治区，建设面积分别为10 475.13、30 982.45、18 270.32hm2。在今后高标准农田建设工作中，应着重从改造耕地坡度、农田水利设施、田间道路情况和农田生态等方面入手。本研究所确定的建设时序分布，可为麦积区及丘陵沟壑区高标准农田建设区域安排和政府决策提供借鉴。

本研究在评价指标选取方面作了较为全面的分析，进而对麦积区高标准农田建设时序进行了安排。在考虑生态因素的基础上确定建设时序与模式，这与高标准农田建设的内涵相符。建设时序结果也符合麦积区实际情况，验证了评价方法的科学性。由于时间和水平有限，本研究中建设时序和模式的确定是依据评价指标在某一时点的状况确定的，而在实际建设过程中，区域的选择还受到其地理环境变化及政府决策等因素影响。此外，高标准农田建设评价指标的确定还应充分考虑政府意向及当地群众参与意愿等因素，这些在今后研究中应逐步完善。

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(责任编辑 高 峻)

Time arrangement of excellent-criterion farmland construction in loess hill and gully region:A case study of Maiji District， Tianshui City

CHEN Ying， WANG Dong， WANG Shunran

(CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences，GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070，China)

In the present study， Maiji District， Tianshui City was taken as an example， and key evaluation indicators were selected from aspects of natural quality conditions， engineering construction conditions and ecological landscape conditions. The construction sequence evaluation principle was proposed as “overall comprehensive evaluation， cultivated land quality vary， and easy projects first”. By comprehensive evaluation coefficient method and natural break method， the construction sequence in Maiji District was evaluated， and reasonable arrangements for the construction mode were proposed. The results showed that the construction scale in the near， medium and long-term should be 17.54%， 51.87%， 30.59%， respectively. These results could provide references for the excellent-criterion farmland construction in Maiji District and the loess hilly and gully region.

excellent-criterion farmland; time sequence; comprehensive evaluation coefficient method; Maiji District

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.21

2016-11-30

国家自然科学基金(71263003)

陈英(1969—)，男，甘肃武威人，博士，副教授，研究方向为土地资产管理。E-mail: cheny@gsau.edu.cn

S156

A

1004-1524(2017)04-0660-08

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 660-667

陈英，王东，王顺然. 黄土高原丘陵沟壑区高标准农田建设时序研究——以天水市麦积区为例[J]. 浙江农业学报，2017，29(4)： 660-667.