景观格局视角下平山县耕地规模化整理潜力评价

张 慧, 臧 亮, 赵红安, 李 葛, 朱永明

(河北农业大学 国土资源学院, 河北 保定 071001)

景观格局视角下平山县耕地规模化整理潜力评价

张 慧, 臧 亮, 赵红安, 李 葛, 朱永明

(河北农业大学 国土资源学院, 河北 保定 071001)

从地形条件和土地景观格局两方面选取高程、地形起伏度、斑块面积指数等8项指标构建耕地规模化整理潜力评价指标体系。以平山县为研究区，在ArcGIS空间分析功能支撑下探讨了村级间耕地规模化整理难易程度，并采用障碍诊断分析方法分析制约了耕地规模化整理的限制因素，以期为今后区域土地整理提供科学依据。结果表明：平山县村级耕地规模化整理潜力指数分布在[0.12，0.9]区间内，村级间差异较大，整体上由西北向东南依次递增；从耕地规模化整理分区结果来看，四级区的耕地面积最多(51.2%)，其次为三级区(21.3%)，五级区和二级区耕地面积总和与三级区相当，一级区的耕地面积最少(0.9%)，分区等级越大耕地规模化整理越容易；整理由难变易时，主要障碍因素由耕地资源丰度(RI)和地形起伏度(RDLS)逐渐变为耕地聚集度(CI)和耕地资源丰度(RI)。

耕地规模化整理; 景观格局; 潜力评价; 障碍诊断; 平山县

土地规模化整理有利于改善我国耕地细碎化的现象，从而促进土地资源集中利用，促进农业规模化生产。国际农业发展进程表明，农业规模化、现代化发展不可避免[1]。农业机械化是农业现代化最突出的表现，并且农业机械的广泛使用离不开农业规模化经营，因此，土地资源集中利用是实现农业规模化生产必不可少的条件。我国为顺应这一趋势，从土地制度角度出发，通过实现土地经营权流转制度促进土地规模化[2]，但影响土地规模化整理的另一个客观条件是土地资源的自然格局。我国地貌类型丰富，形成不同的景观格局，其中全国总面积的70%为山地[3]。复杂的地形条件，造成耕地地块面积小且分散性较大，严重影响了农业生产中机械的使用，因此要研究不同区域土地规模化整理潜力，科学认识土地资源景观格局特征对农业规模化生产的影响。大多学者对土地规模化的研究主要集中在土地规模经营模式[4-5]和规模经营适度值[6-8]方面，本文从规模化整理潜力出发，研究土地资源能实现农业规模化经营的能力。

耕地规模化整理的根本目的是使耕地整理后尽量符合大机械作业条件，有利于规模化经营。影响耕地规模化整理的主要自然因素有两方面[9]，一方面是土地平整度，土地越平坦越有利于机械的大规模运作，另一方面是耕地地块形状和集中连片程度，耕地地块面积越大，越集中，越有利于规模化经营和管理，相反，地块越不规则越零碎则会给规模化经营带来诸多不便。因此耕地规模化整理中要考虑地形条件和耕地资源分布格局。本文从景观格局视角下构建耕地规模化整理潜力评价体系，并以平山县为研究区，计算在不同地形和景观格局下村级耕地规模化整理潜力指数，并对评价结果进行分区研究，探讨不同潜力等级内制约耕地规模化整理的障碍因素。其评价结果可作为平山县农地整理项目和土地利用总体规划的科学依据，也为其他区域研究耕地规模化整理潜力提供思路。

1 数据来源与处理

本文所需平山县土地整理数据和土地利用数据主要从石家庄市国土资源局、统计局、水利局等部门获得。主要包括：平山县县志、2014年《石家庄市统计年鉴》、近年来平山县土地整理项目、平山县2014年1∶5万比例尺土地利用现状图、数字高程数据(DEM)250 m×250 m、土地利用总体规划等。

利用ArcGIS平台提取2014年平山县土地利用现状数据中的耕地(水田、水浇地、旱地)图斑，为耕地景观指数的计算做准备；处理平山县DEM数据，得到平山县高程数据和坡度数据；通过ArcGIS聚合工具将DEM图每4×4个像元融合为一个评价单元，为地形起伏度计算做准备。本文以平山县各行政村为评价单元，在对各指标进行计算后赋予村属性，进行最终结果的计算和分区。

2 研究方法

2.1 耕地规模化整理潜力评价

2.1.1 指标体系建立 本文在考虑地形条件对耕地规模化整理影响的基础上，引入景观格局指数来表现耕地空间格局分布特征。景观格局是指不同类型斑块之间的空间组合形态或同一类型斑块的区域分布特征，耕地斑块的空间结构是景观格局的一种类型。从这两方面选取8项指标，构建平山县耕地规模化整理潜力评价指标体系，具体指标见表1。

表1 耕地规模化整理潜力评价指标体系

(1) 高程和坡度。地形条件是耕地非常重要的一个自然属性，与耕地利用关系紧密，本文高程指相对高程。与平原地区相比，山区的耕地会受到山体、河流、沟壑及其他用地的切割作用，使其空间分布呈现出地块多、地块面积小、地块形状不规则、分布零散等特征，严重影响了耕地利用的便捷度和生产效率。

一般认为，坡度在0°～3°时为平地，机械运行平稳，是理想的机械作业地区；坡度在3°～6°时为平缓坡地，机械运行稳定，适宜机械作业；坡度在大于6°时，不利于农业机械作业，当大于15°时，在很大程度上影响机械稳定性，极易侧翻，所以不适合农业机械的运行[10]。除此之外，坡度大的地区在进行耕地整理工作时，工作量和成本将大大提高。

(2) 地形起伏度。地形起伏度在一定程度上反映耕地集中利用的难易程度，其值越小，越有利于小范围内耕地聚集，以及农业基础设施的建设；反之，较大的地形起伏度会对整个区域水热分布和土地资源利用格局产生影响。本文参考以往学者的研究方法[11-12]，最终选用国家人口与计划生育委员会计算人居环境适宜性评价中地形起伏度指数计算方法，计算公式如下：

(1)

式中：RDLS表示地形起伏度；ATL表示区域的平均高程；max(H)，min(h)表示区域最高和最低高程；P(A)表示区域内平地面积；A表示区域总面积。

(3) 耕地斑块面积指数(AI)。

(2)

式中：ai表示第i个耕地斑块的面积；n表示耕地斑块的总数量。AI代表一种平均状况，其值越大，则平均耕地斑块面积越大，相应的耕地规模化整理潜力越大；反之，耕地越细碎，整理潜力越小。

(4) 耕地资源丰度指数(RI)

(3)

式中：Ai表示耕地总面积；A表示统计区域总面积。该指标能够确定优势景观元素。在耕地规模化整理潜力评价中，该指标越大，表示本地区耕地所占比例越多，即耕地规模化整理潜力越大。

(5) 耕地斑块形状指数(DI)。通常情况下，农业机械在趋于方形的耕地上更便于操作，因此选取景观指数中的方度指数来体现耕地斑块趋于方形的程度。为增加该指数的敏感性，本文对其进行修正[13]，修正后的方度指数计算公式如下：

(4)

式中：Li表示第i个耕地斑块的周长。DI的取值≥1，当DI值趋于1时，耕地斑块越接近正方形，规模化整理潜力越大；反之，随DI值增大，耕地形状越复杂，越不适宜农业机械作业。

(6) 耕地聚集度指数(CI)。

(5)

(7) 边界密度(ED)。

(6)

式中：Ei表示耕地斑块边界总长度。ED是景观类型周长与类型面积的比例，是对一个景观类型单位面积所拥有的周长度量。其值越大，则表明单位面积的耕地被割裂程度越严重，造成耕地斑块数量增多，破碎化严重；反之，耕地集聚程度越高，整体性越完好，连通性越高。

2.1.2 指标标准化 不同评价指标对最终结果会产生正效应和负效应两种情况，为使指标对目标产生相同效应并便于计算，本文引入指标极大值对其标准化处理。

式中：xjmax表示j指标最大值；xij表示变量初始值。指标通过标准化后，Zij值在[0,1]区间，即对目标评价都是正效益型。本文中所建指标体系中正效益指标有耕地资源丰度指数、耕地斑块面积指数、耕地聚集度指数；负效益指标有耕地方度指数、边界密度、平均坡度、地形起伏度和平均高程。

2.1.3 指标权重 采用均方差权重决策法求得指标权重值不受人为主观因素的影响，是由数据内在联系决定的，该方法具有较强的操作性和客观性。首先求取各项指标平均值E(Ij)，然后根据下列公式计算各项指标的均方差：

(7)

最后计算权重方法如下：

(8)

2.1.4 结果评价 采用多因素加权综合评价模型计算评价结果，计算公式如下：

(9)

式中：Kj表示j指标标准化值；m表示指标数；U表示耕地规模化整理潜力指数。

2.2 耕地规模化整理障碍因子诊断

障碍诊断方法能够分析制约耕地规模化整理的关键性限制因素。本文采用基于指标偏离度的障碍诊断模型计算不同评价单元各项指标对目标的障碍度[14]。障碍度越大，表示该项指标对耕地规模化整理影响程度越深，计算公式如下：

(10) 式中：Aj表示j指标对耕地规模化整理的障碍度；Wj表示j指标权重；Bj表示指标偏离度，Bj=1-Zij，表现为单项指标因素标准化值与100%之差；Wj和Zij分别表示指标权重与标准化值，计算方法与上述相同。

3 实证研究

3.1 研究区土地资源概况

平山县位于河北中南部，隶属于石家庄市，辖10个镇、13个乡、673个村。平山县是典型的山区县，东南部为平原，西部为高山丘陵区，地势整体上由西向东逐渐降低。截至2014年，平山县土地总面积为264 365.42 hm2，其中耕地占17.93%，未利用地最多，占70.74%。大部分耕地分布在东部平原区和西部山谷平坦地，其中78.64%的耕地分布在高程300 m以下的区域，高程大于1 000 m的耕地仅占1.82%。由于该县山地丘陵较多，沟壑纵横的复杂地形使得平山县土地开发利用困难重重。

3.2 评价结果和分析

3.2.1 平山县耕地规模化整理潜力指数与分区 首先根据公式(1)—(6)计算各评价单元耕地规模化整理评价指标初始值，并进行标准化处理；其次根据公式(7)，(8)计算各指标权重得：{HI，SI，RDLS，AI，RI，DI，CI，ED}={0.12，0.18，0.21，0.03，0.28，0.04，0.11，0.03}；最后根据公式(9)计算平山县各村耕地规模化整理潜力指数。根据评价结果，将平山县耕地规模化整理潜力按照等值区间划分为5个级别，用以判别整理的难易程度。分区结果见表2，图1。

表2 平山县耕地规模化整理潜力分区

图1平山县耕地规模化整理潜力分区

从评价结果来看，平山县村级耕地规模化潜力指数分布在[0.12,0.9]区间内，村级间差异较大，整体上由西北向东南依次递增。其中，潜力最大的是位于东部三汲乡的东白家岸和田营村；潜力最小的是位于西部山区营里乡的石槽村和万里村。大部分村庄耕地规模化整理属于较容易和较困难级别。其中，较容易的村庄个数最多(224个)，耕地面积最大；较困难的村庄虽然土地面积最多，占到全县的49%，但其耕地面积较少，占耕地总面积的15.8%。规模化整理很容易和很困难的村庄较少，共72个。其中，规模化整理很困难的村庄耕地面积最少，仅占耕地总面积的0.9%。剩余177个村庄耕地规模化整理难易程度一般，耕地所占比例较大，为21.3%。

3.2.2 障碍因子诊断 根据公式(10)计算行政村各评价指标对耕地规模化整理的障碍度，将计算结果由大到小排序，障碍度越大的序号越小，认为排序为1，2的指标是该评价单元耕地规模化整理的主要障碍因子。在上述潜力分区的基础上，统计某一分区内不同位序上各障碍因子的频数(村个数)，统计结果见图2。根据众数原则，某一因素出现频数最高时所对应的位序是该分区内这一因素的排序，统计在不同分区内评价指标障碍度排序，并确定主要障碍因子，统计结果见表3。

(1) 一级整理区。结合耕地规模化整理潜力分区图(图1)，该整理区村庄位于营里乡、蛟潭庄镇和合河口乡西北部。耕地规模化整理的主要障碍因子是RI和RDLS，其中，各评价单元RI均小于5%，RDLS均大于1.5。无论是该地区的地形条件还是耕地景观格局已严重制约了耕地集中利用，因此该区域不适宜耕地规模化整理。

(2) 二级整理区。该整理区大部分位于岗南水库西部，包括观音堂乡、下口镇的全部和合河口乡、蛟潭庄镇、营里乡、杨家桥乡、北治乡、孟家庄镇的大部分以及宅北乡、苏家庄乡、下槐镇、小觉镇、古月镇的小部分村庄。同一级整理区，耕地规模化整理的主要障碍因子是RI和RDLS，其中，大部分评价单元RI小于15%，RDLS在1左右。该区域耕地规模化整理较困难，复杂的地形条件制约了耕地面积的增加，且整理需投入大量资金，因此在项目实施前应做好充分的效益评估。

表3 平山县各潜力分区障碍因子排序

图2不同潜力分区各位序障碍因子频数

(3) 三级整理区。该整理区环绕岗南水库北、西、南三面。涉及村庄分布广泛，包括古月镇、温塘镇、小觉镇、下槐镇、西柏坡镇、苏家庄乡、宅北乡的大部分和王坡乡、孟家庄镇、北治乡、岗南镇、东回舍镇的小部分及杨家桥乡、营里乡、平山镇等个别村庄。耕地规模化整理的主要障碍因子是RI和CI，其中，大部分评价单元RI大于15%，且CI小于0.5。RDLS对该区域耕地规模化整理的影响程度有所降低。耕地规模化整理一方面要以增加耕地面积为目的，另一方面要提高耕地聚集度，扩大原有耕地规模。

(4) 四级整理区。该整理区大部分位于岗南水库东部。涉及村庄分布较集中，包括王坡乡、南甸镇、岗南镇、两河乡、三汲乡、大吾乡、平山镇、东回舍镇、温塘镇的大部分和杨家桥乡、宅北乡、苏家庄乡等个别村庄。同三级整理区，耕地规模化整理的主要障碍因子是RI和CI，其中，大部分评价单元RI达到50%以上，CI跨度范围较大。其他障碍因子排序发生了较大的改变，尤其是RDLS由原来的前3位变为第8位，可知该指标对耕地规模化整理的影响程度显著减弱。该整理区平均相对高程小于300 m，有利于耕地集中利用，对部分RI较小的村庄耕地规模化整理时以增加耕地面积为主，并提高聚集度。

(5) 五级整理区。该整理区整体分布在岗南水库东部。涉及村庄分布较分散，包括南甸镇、两河乡、三汲乡、大吾乡、东回舍镇、平山镇的个别村庄。同四级整理区，耕地规模化整理的主要障碍因子是CI和RI，但CI制约耕地规模化整理程度最深，其值均小于0.5，其他障碍因子排序同四级整理区。该整理区地形条件良好，主要通过提高耕地聚集度来实现耕地规模化经营。

4 结 论

(1) 平山县耕地受地形条件和空间分布格局的影响，其规模化整理潜力差异性较大，整体上由西北向东南依次增大。以岗南水库纵向为界，大部分耕地分布在岗南水库东部，该区域海拔较低、坡度较平缓，耕地规模化整理比较容易；岗南水库西部地区地形起伏度较大，耕地数量少且分散性较大，尤其是营里乡、蛟潭庄镇和合河口乡的西北部，其海拔大于1 000 m，耕地资源丰度指数均小于5%，严重制约了耕地规模化整理。

(2) 平山县村级耕地规模化潜力指数分布在[0.12,0.9]区间内，村级间差异较大。其中，潜力最大的是位于东部三汲乡的东白家岸和田营村；潜力最小的是位于西部山区营里乡的石槽村和万里村。耕地规模化整理较容易的村庄数目最多，为224个，耕地所占比例最大，为51.2%；耕地规模化整理很困难的村庄数目最少，为18个，耕地所占比例最小，为0.9%。

(3) 影响平山县耕地规模化整理的主要障碍因子随规模化整理难易程度而改变。整理由难变易时，主要障碍因素由耕地资源丰度(RI)和地形起伏度(RDLS)逐渐变为耕地聚集度(CI)和耕地资源丰度(RI)。表明在不同地形条件下，耕地资源丰度都是制约平山县耕地规模化整理的主要障碍因子；不同整理区的耕地规模化整理主要侧重点不同，可为今后区域土地整理提供科学依据。

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EvaluationMethodofCultivatedLand-scaledConsolidationPotentialBasedonLandscapePatternPrinciple

ZHANG Hui, ZANG Liang, ZHAO Hongan, LI Ge, ZHU Yongming

(CollegeofLandandResources,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China)

In this paper, eight indexes such as altitude, relief amplitude, patch area and extra, from two perspectives of terrain conditions and landscape pattern, have been selected to structure the potential evaluation index system of cultivated land-scaled consolidation. In order to provide a scientific basis for future regional land consolidation, Pingshan County is selected as the study area, and the complexity of cultivated land-scaled consolidation at village level is studied under the spatial analysis function of ArcGIS, and the limiting factors of cultivated land-scaled consolidation is analyzed by using the obstacle diagnosis method. The results show that the cultivated land-scaled consolidation potential index value distributes in [0.12, 0.9], and differs greatly in villages. Furthermore, the index value increases overall from the northwest to the southeast. The partition results of cultivated land-scaled consolidation show that the cultivated land in the quaternary area is the largest (51.2%) and in the tertiary area is the second largest (21.3%). The total cultivated land area of the quinary area and the second area is equal to the tertiary area. The cultivated land in the first area is the least (0.9%). The greater degree of partitions is, the easier cultivated land-scaled consolidation is. When consolidation becomes easier, the major obstacle factors of cultivated land-scaled consolidation change from RI and RDLS to CI and RI.

cultivated land-scaled consolidation; landscape pattern; potential evaluation; obstacle diagnosis; Pingshan County

2016-04-18

：2016-05-24

河北省社会科学资助项目 “河北省城乡一体化进程中耕地资源安全评价及保护机制创新研究”(HB14GL040)

张慧(1991—),女,河北邯郸人,硕士研究生,研究方向为土地资源规划与利用。E-mail:zhanghui1991ly@163.com

朱永明(1969—),男,黑龙江绥化人,副教授,主要从事土地资源利用与规划研究。E-mail:zhyming2005@126.com

F301.24

：A

：1005-3409(2017)03-0308-06