基于村域耕地质量均匀度的高标农田建设时序分区

宋 文，吴克宁，张 敏，李 婷，刘霈珈



基于村域耕地质量均匀度的高标农田建设时序分区

宋 文1,2，吴克宁1,2※，张 敏1,2，李 婷1,2，刘霈珈1,2

（1. 中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京 100083； 2.国土资源部土地整治重点实验室，北京 100035）

高标准基本农田建设是实现耕地数量管控、质量管理和生态管护的重要手段。为探究方便高标准基本农田建设决策及实施的以行政村为决策单元的耕地质量评价和建设分区方法，该文以曲周县土地综合整治项目区为例，构建基于区域最优耕地质量水平的村域耕地质量均匀度评价模型并基于新的耕地质量观从地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量和美学质量5个方面构建村域耕地质量均匀度评价指标体系，通过对各指标分级赋值、加权求和计算村域耕地质量均匀度，分析区域耕地质量差异及障碍因素指标限制性，按照先易后难的原则进行高标准基本农田建设时序分区。结果显示：项目区各行政村耕地质量均匀度值处于7.03～22.40之间，行政村之间差异明显；项目区限制性较强的障碍因素多为中等和低改造难度指标，局部存在高改造难度指标。将项目区划分为重点建设区（710.11 hm2）、次级建设区（2 199.04 hm2）、一般建设区（975.47 hm2）和有条件建设区（1 101.07 hm2）4部分，建设难度由易到难；评价模型和指标体系可以满足对村域耕地质量的评价和障碍因素诊断，可方便后续建设决策，该研究可以为高标准基本农田建设实践作参考，为相关研究提供新的思路和方法。

土地利用；分区；建设；高标准基本农田；耕地质量均匀度；障碍因素；曲周县

0 引 言

“十三五”规划建议提出：“坚持最严格的耕地保护制度，坚守耕地红线，实施藏粮于地、藏粮于技战略，提高粮食产能，确保谷物基本自给、口粮绝对安全。”其根本在于耕地数量和质量，“藏粮于地、藏粮于技”战略又突出对耕地质量的高标准要求，依靠科技实现田网、渠网、路网配套，提升农田灌排能力、农机作业能力、耕地生产能力等，这与新形势下作为对耕地保护制度创新的高标准基本农田建设的要求契合，实现耕地保护由数量向数量、质量、生态并重保护转变[1]。按照集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、形态稳定、抗灾能力强等内涵和要求，各地已陆续开展高标准基本农田建设工作，但在建设过程中出现诸如资金投入与耕地资源禀赋不匹配、重复建设、投资分散、建设效率效益低下等统筹分配问题[2-3]。根本原因是对区域耕地质量差异缺乏准确的认知以及对规划设计实施缺乏科学的统筹安排，因此，在准确评价区域耕地质量，充分了解质量差异的基础上划定高标准基本农田建设区域，确定建设时序尤为重要。

目前，已有诸多高标准基本农田建设区域划定、时序设计方面的研究，多以基于立地条件[4]、土壤理化性状[5]、空间布局[6]、田间设施配套[7]等方面的区域耕地质量评价作为核心依据，辅以人口[8]、投入产出[7-9]、区位[5]、意愿[10]等方面的社会、经济条件评价，通过等间距法[6]、自然分级[11]、障碍因素组合[12-13]、四象限法[14]、K-means聚类[12]、空间自相关[15]等方法进行建设分区、时序设计及整治利用决策，多体现高产稳产、设施配套、集中连片、形态稳定的建设内涵和要求；生态良好和抗灾能力要求方面的指标选择相对较少，多体现在土壤污染[16]、农田林网[17]、地质灾害[5,15]等方面，此外有针对抗灾能力以农业自然风险综合评价[18]作为核心分区依据，针对生态环境基于生态位模型[16]评价建设适宜性作为分区依据。为本文的研究提供诸多参考。综合分析前述研究，在评价单元选择上多为追求精细程度选择耕地斑块为评价、决策单元[9,17]，而耕地整理是一种系统行为，具有区域性，各类工程、生物措施都是在一定区域内进行，从服务于耕地整理的角度来看，耕地质量、整理潜力等评价中的评价、决策单元趋于系统性，实践中也存在整理规模要求，不是针对某一地块，而是针对一定区域实施，具有规模性，同时耕地整理一般是以乡镇为组织单位，行政村为具体实施单位[19]，因此探究以行政村为决策单元的高标准基本农田建设适宜性科学评价方法，符合耕地整理角度的评价特性和实践特点，具有理论和实践意义，方便高标准基本农田建设决策和组织实施；此外，耕地质量作为前述评价的核心依据，其内涵界定、评价结构划分、指标选择不尽相同，不仅有只包含耕地自然属性的质量评价[20]；也有整合耕地自然禀赋、配套工程设施、空间布局、社会经济等多重属性的综合质量评价[5,9-10]。杜国明等[21]认为目前耕地质量内涵界定及评价结构尚不统一，人类多样化的利用需求赋予耕地多样性的要素构成和功能，耕地质量从单一自然属性向自然、经济、社会多重属性拓展，并提出包括地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量以及美学与文化质量的新耕地质量观，体现耕地的多重功能和质量特征。因此，针对决策单元选择和耕地质量内涵界定问题，参考前人的研究思路，以河北省曲周县土地综合整治项目区为研究区域，探究以行政村为决策单元的基于区域最优水平的村域耕地质量均匀度评价模型，从地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量和美学质量5个方面构建均匀度评价指标体系，评价区域耕地质量，分析质量空间差异性及障碍因子限制性，依据障碍因子改造潜力进行高标准基本农田建设时序分区，旨在探究基于新耕地质量观的以行政村单元为决策单元的区域耕地质量评价方法以及高标准基本农田建设时序分区方法，方便后续建设决策及组织实施，为区域高标准基本农田建设实践作参考，提高建设效率和效益，同时也为相关研究提供新的方法和思路。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

曲周县位于河北省邯郸市东北部，36°35′43″～36°57′56″N，114°50′22″～115°13′27″E之间，土地综合整治项目区位于曲周县东北部，东邻支漳河，西接四分干渠，北靠邯临路，南邻龙马路，属黄淮海平原，海拔15～46 m，地势平坦，地表起伏和缓，自然条件相对优越，农业资源丰富，生产基础条件较好，跨第四疃镇、曲周镇和槐桥乡3个乡镇，包括46个行政村，总面积5 932.37 hm2，农业总人口约41 631人，耕地面积4 592.98 hm2，农村居民点面积533.29 hm2。自西向东由南北走向的支漳河、二分干、辛集排干、三分干、四分干等地表水系渠系，地下水为浅层咸水~深层淡水，有南北走向的曲龙和东南西北走向的龙侯乡级公路，盛行南风，其次为东南风、北风及东北风，主要为壤土，肥力中等。曲周县土地整治规划（2011－2020年）确定该项目区开展以高标准基本农田建设、农村居民点整治和宜耕后备土地开发3种整治类型为主的农村土地综合整治项目。其中高标准基本农田建设规模4 948.77 hm2，补充耕地186.65 hm2。主要推行田块规整，加强田间路、农田水利工程、林网等农田基础设施建设，更新灌溉与排水设施，整理复垦闲散废弃地，引导耕地集中连片，达到机械化耕作要求，促进土地规模化经营，全面提高土地质量和粮食综合生产能力，为粮食安全提供保障。

1.2 数据来源

采用的主要数据有：1）曲周县2014年1:1万土地利用变更调查数据库、土地利用总体规划（2010－2020年）、土地整治规划（2011－2020年）：确定土地综合整治项目区范围、规模（项目区边缘部分村庄有小部分耕地划入项目区，因而在图中部分村庄面积较小）及高标准基本农田建设的目标任务，对高标准基本农田建设相关数据图层进行提取、叠加。2）耕地质量等级成果补充完善数据、耕地地力调查与质量评价数据：提取耕地质量相关指标值；3）覆盖项目区的2014年1月20日和3月21日的两景Pléiades-1卫星遥感影像，空间分辨率全色为0.5 m，多光谱为2 m，对影像数据进行拼接、校正、融合、裁剪操作，得到项目区范围的高分遥感影像，提取道路、林网、灌排数据；4）项目区深水机井资料：核检、修正灌排数据；5）项目区土壤普查数据、土壤采样数据：试验测量土壤质量相关指标数据，结合前述资料对土壤质量指标进行补充修正。为保证研究数据的准确性和精度，对矢量数据地理和投影坐标系统进行了统一及拓扑错误检查，对不同来源的矢量数据进行叠加操作，赋予每个耕地斑块指标属性，统计单元大于耕地斑块的指标直接叠加赋值给耕地斑块，小于耕地斑块的以统计单元为最小单元对耕地斑块进行再分割赋值，如通过数字高程模型数据（digital elevation model，DEM）提取的坡度数据，其余指标以耕地斑块为单元进行计算赋值。

2 研究方法

2.1 村域耕地质量均匀度评价模型构建

土地整治在实践中一般以行政村为具体实施单位[19]，以行政村为决策单元可方便后续的整治利用决策及实施，基于此构建基于耕地斑块质量的村域耕地质量均匀度评价模型，在斑块单元质量的基础上提高整治利用决策、实施效率。模型的构建以衡量地理要素在时间与空间上相对变化（波动）程度[22]的变异系数的内涵、原理为基础，依据村域耕地质量的空间结构特征进行改进。村域内农田由田间末级固定沟、渠、路等划分成多个斑块，斑块质量差异形成村域内耕地质量的相对变化（波动），要表征村域内耕地质量水平并保证行政村之间质量的可比性，质量偏差就不再以平均水平为基准，而应以区域最优质量水平为基准，在此借鉴前人在土地利用评价研究中使用的障碍因子诊断模型的原理[10,23]，通过各因素综合限制性水平来表征质量水平，体现各指标相对于区域内最优水平的离散程度。不同质量分级下耕地数量以斑块面积计量，村域耕地质量总体实质是斑块面积加权分量总体，而非单纯数量样本，因此变异系数的分子标准差转换为面积加权标准偏离量，在此参考在水泥生产[24]、岩土参数统计[25]等领域的加权标准偏离计算公式推导过程构建村域耕地质量指标加权标准偏差计算公式（1），至此构建村域内耕地质量均匀度评价模型式（1）－（3）：

（2）

（3）

式中P为第个质量指标相对于区域最优质量水平的村域加权标准偏差，P越大，指标相对于区域内最高质量水平的偏离越大，限制程度越高，当村域内某个指标只有最优质量级别，则为无质量偏差，直接赋值为0；a为行政村内第个质量指标的第个分级的耕地斑块面积，m2；为行政村内耕地斑块总面积，m2；S为第个质量指标的第级质量分级的赋分值；Smax为项目区第个质量指标的最优分级赋分值；为行政村内耕地第个质量指标所包含的分级数目。由于是基于最优质量分级进行加权标准偏差计算，同时为避免出现分母为0的情况，若行政村内无最优质量分级的耕地斑块，则认为最优质量分级的斑块面积非常小，相对于其他质量分级面积可以忽略，村域内质量分级数目包括最优质量分级，即将赋值为+1；C为第个质量指标的村域均匀度；w为各指标权重；为村域耕地质量均匀度。行政村的值反映村域耕地斑块质量相对于区域内最优质量水平的离散程度，值越大，离散程度越大，耕地质量均匀度越差，行政村内偏离最优质量水平的耕地斑块规模越大，质量越差。基于斑块单元质量求得行政村单元耕地质量均匀度表征村域内耕地质量水平和质量离散程度，兼顾2种评价单元分别在评价和决策组织上的优势。

2.2 村域耕地质量均匀度评价指标体系

根据杜国明等[21]阐述的新的耕地质量观，基于评价模型特点、研究区域耕地质量特征以及高标准基本农田建设内容，从地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量和美学质量5个方面选择指标构建村域耕地质量均匀度评价指标体系。各指标通过赋值法按照百分制标准赋分进行量化处理，各指标最优分级赋值100分，其他分级参考《农用地质量分等规程》（GB/T 28407-2012）[26]、《高标准农田建设标准》（NY/T 2148-2012)[27]、《高标准基本农田建设标准》（TD/T 1033-2012)[28]及相关研究中的建设要求和分级赋分方法，根据指标对耕地质量水平和高标准基本农田建设的影响程度赋予分值，并结合实际情况进行调整。

地力质量作为本底质量或固有质量，决定耕地的生产潜力，是耕地质量的核心[21]，强调稳定性，选择土壤有机质、表层土壤质地、土体构型、盐渍化程度、土壤酸碱度5项指标，在土壤普查数据、分等更新成果的基础上通过实地采样调查数据进行补充修正获取指标值。参考农用地分等规程和相关研究进行分级赋分。

工程质量是耕地的追加质量，影响耕地生产潜力的可实现程度，是高标农田建设的重要内容[21]，强调农业生产的便捷性、经济性，选择路网密度、灌溉保证率、排水条件3项指标，灌溉保证率和排水条件从分等更新成果中提取，参考农用地分等规程进行分级赋分；路网密度作为一种廊道密度指数从数量上来描述道路的空间布置情况，通过提取变更调查数据库中农村道路和公路图层数据计算单位面积道路长度。吕振宇[29]研究得出华北平原地区的道路密度指数合适值应达到63.2 m/hm2，在此基础上通过自然断点法进行分级赋分。

空间质量主要指耕地斑块的空间形态特征、空间分布特征以及空间区位条件，选择田面坡度、田块规整度、田块规模和耕作半径4项指标，一般认为，耕地斑块面积越大其连片性越好，越易实现规模化效益[30]，通过变更调查数据库统计，《高标准农田建设标准》（NY/T 2148-2012)[27]中对华北平原灌溉区田块规模的最小要求为10 hm2，在此基础上根据实际进行分级赋分；田面坡度通过数字高程模型数据（digital elevation model，DEM）提取，按照《第二次全国土地调查技术规程》的标准[9]分级赋分；田块规整度通过计算斑块形状指数[4]获取，参考相关研究通过自然断点法分级赋分。

生态环境质量包括生态和环境2方面，生态质量选择林网密度指标，主要体现其防风、调节农田小气候、保护农田以及增强农田整体生态功能的效应[31]。通过高分遥感影像解译，计算林网的廊道密度，吕振宇[29]研究得出林网密度为50 m/hm2是可以接受的，在此基础上根据实际情况进行分级赋分。环境质量选择土壤污染程度，主要体现耕地的土壤环境质量状况，通过曲周县耕地地力调查与质量评价数据获取重金属、农药污染数据以及环境污染综合指数[16]，并按照环境质量分级标准进行分级赋分。

美学质量是耕地体现的景观美学特征，针对研究区域属平原区，主要考虑农业景观美感判断标准中的开阔性特点，开阔连片的农田景观具有大地特有的稳重感，使人获得悠然自在感[32]，具有一定美学价值，选择集中连片度指标来反映农田的集中连片程度。《第二次全国土地调查技术规程》将20 m宽度地物列为线状地物，面状地物间宽度较小的线状地物可归并到面状地物中[14]，因此，对耕地斑块生成10 m缓冲区，合并相交斑块，统计合并后的斑块面积，参考相关研究[4]进行分级赋分。

最终构建村域耕地质量均匀度评价指标体系，如表1所示，并通过具有严谨和易操作特点[33]的层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）确定各层次指标权重，由于项目区属于平原区且为传统农区，经过长期的旱涝碱咸综合治理和土地平整，项目区耕地已无盐渍化，田面亦平整，盐渍化程度和田面坡度2项指标在研究区内均为最优水平，本文的研究需要突出区域内耕地质量差异性，因此未选择进行评价，其余13项指标参考相关文献资料并结合专家意见以及项目区各指标差异及限制程度高低确定两两指标间重要程度，层次单排序和总排序均通过一致性检验（random conformance rate，CR＜0.1），各指标综合权重如表1的w列所示。

表1 村域耕地质量均匀度评价指标体系、指标分级赋值及权重

注：w为村域耕地质量均匀度综合评价中各指标权重；w为村域障碍指标改造潜力测算中每个等级下各指标改造难度相对权重。

Note:wis the index weight of comprehensive evaluation of cultivated land quality uniformity in village scale;wis the relative weight of the difficulty of each index renovation in the calculation of the renovation potential index of the village area obstacle index.

2.3 村域限制指标改造潜力模型构建

自然、社会、经济条件的空间异质性使得不同区域耕地质量提升的障碍指标及限制程度不同，同时不同障碍指标具有不同的改造难度，本着“先易后难”的高标准基本农田建设原则，将所选障碍指标改造难度分为高、中、低3个等级，土壤本底指标的改造难度可通过土壤性质特征响应时间（通过CRT值来表示）[34-35]来判断，响应时间越长越难改造。表层土壤质地、土体构型的响应周期在100 a以上，列为高难度改造指标；土壤有机质响应时间在10～100 a，列为中等难度改造指标；土壤盐渍化响应时间在1～10 a，项目区经过长期旱涝碱咸综合治理，耕地已无盐渍化，耕地质量分等数据及采样化验（电导率均小于1 mS/cm）也显示项目区耕地不存在盐渍化，不列为障碍因素；土壤酸碱度（pH）响应时间在0.1～1 a，列为低难度改造指标；路网密度、灌溉保证率和排水条件可通过农田基础设施建设和维护实现改造，时间成本较低[36]，列为低难度改造指标；林网密度属农田防护工程，林木成活并形成具有防护效果的成林需要一定时间，同时林带具有“胁地效应”，农户多反对林带种植，易遭人为毁坏、偷盗，需不断补充更新[37]，列为中等改造难度；对于丘陵、山地区坡度改造难度较大，工程类型复杂，由于项目区属平原区，地形起伏和缓，且经过长期土地平整，田块已平整适合灌溉，不列为障碍因素；田块规整度、田块规模、集中连片度可通过整理工程和地块调整进行改造，时间、成本较低，列为低难度改造指标；研究区土壤污染主要为重金属和农药污染，需通过化学改良剂、生物措施以及农药的自然降解，但污染面积较小，污染程度较低，列为中等难度改造指标；耕作半径作为农田区位条件，农田和居民点位置较稳定，列为高难度改造指标。

至此，将15个耕地质量指标划分为高、中、低3个改造难度等级。通过层次分析法确定3个等级层次内各指标的相对权重，两两指标之间重要程度判别时，为强化各层次内指标的限制程度，越难改造的指标重要程度越高，相对权重越大，参考相关文献资料并结合专家意见来确定，3个等级下各指标相对权重如表（1）的w列所示，每个等级下的指标相对权重之和为1，层次单排序和总排序均通过随机一致性比率（random conformance rate，CR＜0.1）检验。

构建村域障碍指标改造潜力计算模型，如式（4）所示

式中为每个改造难度等级下指标的个数，w为每个等级下各指标改造难度相对权重，为行政村内每个改造难度等级的综合改造潜力。值越大，综合改造潜力越低，指标集合的综合限制性越强。

3 结果与分析

3.1 村域耕地质量均匀度测度

根据质量指标分级赋分标准，通过Arcgis对项目区内各行政村耕地斑块各质量指标划分不同分级并赋分，统计各分级斑块面积，通过式（1）－（3）计算各行政村的村域耕地质量均匀度值，最小值为7.03，最大值为22.40，平均值为15.41，各行政村之间存在一定差异。通过自然断点法分级方法，将项目区内行政村的村域耕地质量均匀度划分为高、中、低3个级别，其中，高均匀度区域包括8个行政村，位于项目区西北部（图1），值处于7.03～12.56之间，耕地面积1 045.73 hm2，占项目区耕地总面积的20.98%，各行政村内耕地斑块质量高，相对于区域内最优质量水平离散程度小；中等均匀度区域包括21个行政村，主要位于项目区中部、南部，值处于13.32～16.42之间，耕地面积2 422.48 hm2，占项目区耕地总面积的48.59%，各行政村内耕地斑块质量中等，相对于区域内最优质量水平离散程度较小；低均匀度区域包括17个行政村，主要位于项目区东部，值处于16.71～22.40之间，耕地面积1 517.48 hm2，占项目区耕地总面积的30.44%，各行政村内耕地斑块质量较差，相对于区域内最优质量水平离散程度较大。

3.2 行政村障碍指标改造潜力测度

根据式（4）计算各行政村3个改造难度等级障碍指标的综合改造潜力，其中，高难度改造等级下值最小值为0.30，最大值为19.58，均值为7.59，中等难度改造等级下值最小值为0，最大值为32.84，均值为16.67，低难度改造等级下值最小值为6.27，最大值为28.05，均值为15.64，各行政村之间的改造潜力存在一定差异。通过Natural Breaks分级方法将3个改造难度等级综合改造潜力分为高、中、低3个级别，如图2和表2所示。

高改造难度等级下，综合改造潜力多处于高潜力和中等潜力级别，耕地面积较大，指标集合综合限制性较高的行政村较少，分布较分散，耕地面积也较小；中等改造难度等级下，综合改造潜力多处于中等潜力和低潜力级别，区域分异明显，高潜力区位于项目区西部地区，中等潜力区位于中部地区，低潜力区位于东部地区，分布较集中；低改造难度等级下，综合改造潜力多处于高潜力和中等潜力级别，耕地面积较大。对比3个改造难度等级的值范围，可以发现，中等和低改造难度等级下3个潜力级别的指标综合限制性较高改造难度等级的限制性要高，说明项目区难于改造的障碍指标对耕地质量的制约较弱。

表2 改造潜力分级统计

注：为行政村内每个改造难度等级的综合改造潜力。值越大，综合改造潜力越低，指标集合的综合限制性越强。

Note:is the comprehensive reform potential of each difficulty grade of administrative villages. The greater thevalue, the lower the comprehensive renovation potential, the stronger the comprehensive restriction of the index set.

3.3 建设时序分区

高标准基本农田建设优先重点建设障碍因素限制低，且因素改造难度低的区域，对项目区行政村耕地障碍指标改造潜力和改造难度进行组合，得到21种类型，先易后难确定分区原则：（1）将不属于任意低改造潜力级别，且不属于高改造难度等级下的中等改造潜力级别的行政村划为重点建设区域；（2）次级建设区域包括2种情况，第1种情况为存在一个非高改造难度等级下的低改造潜力级别，且不属于高改造难度等级下的中等改造潜力级别的行政村，第2种情况为存在高改造难度等级下的中等改造潜力级别，且不属于任意低改造潜力级别的行政村；（3）一般建设区域为存在一个非高改造难度等级下的低改造潜力级别，且存高改造难度等级下的中等改造潜力级别的行政村；（4）有条件建设区包括2种情况，第1种情况为存在高改造难度等级下的低潜力级别的行政村，第2种情况为存在2个非高改造难度等级下的低潜力级别的行政村。至此，将项目区46个行政村由易到难划归为4种建设分区类型，如图3所示。

重点建设区包括7个行政村，耕地面积710.11 hm2，占项目区耕地总面积的14.24%，对比村域耕地质量均匀度分级来看，该区域只分布于耕地质量均匀度高和中等的行政村，值处于7.03～14.77之间，耕地质量优，相对于项目区最优质量偏离小，各指标综合限制性较低。高改造难度等级中，质地均为区域内最优的壤土，均匀度为0，无限制性；87.96%的耕地耕作半径小于100 m，耕作便利，均匀度值在2.33～7.11之间，限制性较低；99.87%的耕地土体构型为通体壤和壤粘粘型，耕性良好，是比较理想的土体构型，无需改良，指标限制性较低。中等改造难度等级中，土壤有机质、土壤污染程度指标均匀度多为0，无限制性，少数为低限制性；林网密度的限制性较其他指标高，P值在21.84～47.82之间，同时林网密度在整个项目区P值均较大，限制性普遍较高。低改造难度等级中，排水条件的P值为0，无限制性，在整个项目区，该指标也多无限制性，少数耕地存在低限制性；72.42%的耕地集中连片度大于500 hm2，集中连片度较好，无限制性或限制较低；灌溉保证率、田块规模、田块规整度和路网密度在整个项目区的P值多处于15～30之间，限制性多处于中等水平；92.41%的耕地土壤酸碱度值在7.9～8.4之间，在整个项目区为84.44%，指标限制性普遍较低。整体来看，除项目区内均匀度差异不大的中、高等限制且易改造的指标，其他指标限制性均较低，稍加改造即可达到区域内最优质量。

次级建设区包括19个行政村，耕地面积2 199.04 hm2，占项目区耕地总面积的44.11%，对比村域耕地质量均匀度分级来看，该区域在3个均匀度分级中均有分布，主要分布于均匀度高和中等的行政村，值处于9.50～16.25之间，耕地质量优，相对于项目区最优质量偏离小，少数分布于低均匀度行政村，值处于16.71～17.93之间，耕地质量降低，相对于最优质量偏离增大。该区域包含2种分区情况下的行政村，第1种情况包括7个行政村，主要是中等和低改造难度等级改造潜力降低，指标限制性增强，其中，中等改造难度中有机质、土壤污染程度和林网密度均匀度值较重点建设区增大，限制性增强；低难度改造层次中，灌溉保证率、田块规整、田块规模和集中连片度均匀度值较重点建设区增大，限制性增强。第2种情况包括11个行政村，主要是高难度改造等级指标改造潜力降低，3个指标限制性均增强，特别是耕作半径P值多在7.95～13.42之间，剖面构型出现通体粘型；中等和低难度改造层次各指标均匀度与重点建设区相当，多为无限制或低限制水平，部分耕地表层土壤质地出现粘土质地。整体来看2种情况下部分指标限制性增强，特别是高和中等难度改造层次中的指标。

一般建设区包括9个行政村，耕地面积975.47 hm2，占项目区耕地总面积的19.57%，其中5个行政村的耕地质量均匀度属于中等级别，值处于13.32～16.42之间，耕地质量中等，相对于项目区最优质量偏离较小，各指标综合限制性中等。4个行政村耕地质量属于低均匀度级别，值处于17.60～18.92之间，耕地质量较差，相对于最优质量偏离较大，各指标综合限制性较高。综合了次级建设区2种情况下的改造潜力降低的情形，其中高改造难度等级中的3个指标均匀度值与次级建设区的第2种情况相当；中等改造难度等级中，土壤有机质P值多在20以上，限制性较重点建设区增强；土壤污染程度P值较次级建设区增大，限制性增强，其他指标均匀度与次级建设区相当；低改造难度等级中集中连片度、路网密度P值较次级建设区进一步增大，限制性增强；其他指标与次级建设区相当。整体来看3个改造难度指标改造潜力下降明显，限制性增强。

有条件建设区包括11个行政村，耕地面积1 101.07 hm2，占项目区耕地总面积的22.08%，对比村域耕地质量均匀度分级来看，其中4个行政村耕地质量属于中等均匀度级别，值处于14.77～16.09之间，耕地质量较优，相对于最优质量偏离较小，各质量指标综合限制性较低。7个行政村耕地质量属于低均匀度级别，值处于17.44～22.40之间，耕地质量差，相对于最优质量偏离大，各质量指标综合限制性高。该区域包含2种分区情况下的行政村，第1种情况包括8个行政村，主要是高难度改造层次改造潜力进一步降低，其中高改造难度等级中的3个指标均匀度值在4类建设区中最大，限制性最强，耕作半径P值多大于14，剖面构型P值多大于28，多为通体粘型并出现漏水漏肥的壤砂砂型，表层土壤质地与一般建设区相当；中等和低改造难度等级中的指标均匀度与一般建设区相当。第2种情况包括3个行政村，主要是中等和低改造难度等级指标限制性增强，其中，林网密度均匀度在4类建设区中较低，P值多大于50，农田林网覆盖率低，限制性强；路网密度、田块规模和集中连片度均匀度值增大，限制性增强。整体来看，3个层次指标综合限制性进一步增强，特别是高难度层次改造指标，整体改造难度大，成本高。

4类建设区的建设难度由易到难，按照先易后难的原则安排建设时序。通过上述分析过程发现，整个项目区内差异不大且限制性较强的指标多属中等和低改造难度，改造潜力较大，主要有土壤有机质含量、林网密度、田块规整度和田块规模，在全域范围内均需改造提升；均匀度差异较大的指标有高改造难度的剖面构型、中等改造层难度的灌溉保证率和低改造难度的路网密度、集中连片度，有选择的进行局部改造提升。

4 讨 论

耕地质量评价中要求评价单元之间自然、社会经济特征存在差异，单元内部相对均一，为追求评价的精细度，体现单元间属性差异，调查评价结果多以耕地斑块为单元呈现。耕地整理是实现区域耕地质量综合提升和规模化效益的具有区域性和规模性特点的一种系统行为[19,39]，从服务于耕地整理的角度来看，评价中的评价、决策单元趋于系统性。同时，耕地整理实践一般在县域范围内规划，乡镇组织，行政村实施[19]。社会经济数据也多以行政村为统计单元。因此，探究以行政村为决策单元的村域耕地质量科学评价及高标准基本农田建设时序分区方法，可方便后建设决策和组织实践，也方便在此基础上进行社会经济条件修正时的数据对接，符合耕地整理角度的评价特性和实践特点，具有一定理论和实践意义。而通过调查获取的耕地斑块质量来表征村域耕地整体质量是分量到总体的统计问题，类似问题常通过分量平均来表征总体水平，如通过各耕地斑块质量面积加权平均来表征一定区域内的耕地质量水平[15,39-40]，但均值更多的是体现一组数据的集中趋势，其对总体的代表性强弱受分量变异程度的影响[41-42]，还需引入表示分量变异程度的统计量标准差，而标准差是一个绝对量，当总体（如本文中每个行政村的某个质量指标的分级数据组成一个总体）平均水平不同或不同总体存在量纲差异时缺乏可比性，变异系数可较好地解决二者的局限性[43]，在总体集中趋势的基础上表现变异程度。因此，本文借鉴变异系数的原理构建基于区域耕地最优质量水平的村域耕地质量均匀度评价模型，以求从服务于耕地整理的角度以行政村为决策单元，更为合理地评价一定区域内耕地的整体质量状况，反映区域间耕地质量差异，其中，单个指标的均匀度评价结果又可以反映指标的限制性且不同指标间可比，可直接用于区域耕地障碍因子的诊断识别，方便后续整治利用决策及高标农田建设实践活动的组织实施。模型也可应用于其他由分量属性特征到总体属性特征的区域范围评价问题。区域性特征涉及到小尺度到大尺度的空间尺度转换问题，因此尺度依赖性[44]可能会对模型的应用范围产生影响，本文研究中的政村单元面积相对较小，对区域环境变化较敏感，在满足整理实践组织实施便利性的同时可较好地保证评价的准确性，对于更大尺度单元的评价的适用性还有待研究。

在高标准基本农田建设实践中，考虑到项目资金对建设内容的支撑和群众对于项目解决实际问题的期望，多会关注需求最迫切、影响质量提高最突出的障碍性因素上[45]，诸多研究也是重点识别一个或少数几个限制性强的因素来进行整治利用决策[4,10,16]，从长远来看，要保证高标准基本农田建设工程的效益最大化和持续发挥，需要耕地质量的全面综合提升，需要综合考虑各障碍因素的限制性，本文通过对限制性指标进行改造难度分级并赋予权重求得不同改造难度指标集合的综合改造潜力，综合考虑各障碍因子的限制性进行建设决策，有利于建设工程效益最大化。

本文重点旨在方法论上的探讨，为高标准基本农田建设实践作参考，为相关研究提供新的思路和方法。后续还可选择范围更大、环境异质性更为显著的区域进行研究。其次，由于数据来源的限制，评价指标体系还有待完善，如抗灾能力方面的指标等。

5 结 论

本文基于变异系数的原理构建以行政村为决策单元的村域耕地质量均匀度模型，基于新的耕地质量观构建评价指标体系，评价村域耕地质量，分析区域耕地质量差异及障碍因子的限制性，根据不同改造难度障碍指标集合的综合改造潜力进行高标准基本农田建设时序分区。得出以下结论：

1）综合变异系数、加权标准偏差和障碍因子诊断原理构建的基于区域最优耕地质量水平的村域耕地质量均匀度评价模型，可以满足对不同耕地斑块质量分布类型的行政村的耕地质量评价，同时单指标的质量均匀度值体现相对于区域内指标最优水平的离散程度，可反映指标的限制性，方便障碍因素的识别、限制程度的诊断以及后续建设决策。

2）根据新的耕地质量观从地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量和美学质量5个方面构建村域耕地质量均匀度评价指标体系求得各行政村的耕地质量均匀度值处于7.03～22.40之间，可以较为全面地评价耕地质量，同时较好的识别各行政村之间的耕地质量差异，耕地质量较好的高均匀度行政村有8个，耕地面积1 045.73 hm2，质量中等的中等均匀度行政村有21个，耕地面积2 422.48 hm2，质量较差的低均匀度行政村有17个，耕地面积1 517.48 hm2。

3）根据基于指标均匀度值求得的不同改造难度障碍指标集合的综合改造潜力，综合考虑各障碍因子的限制性进行高标准基本农田建设时序分区将项目区行政村划分为重点建设区、次级建设区、一般建设区和有条件建设区，建设难度由易到难，按照先易后难的原则安排建设时序。重点建设区耕地面积710.11 hm2，耕地质量优，主要障碍因素改造潜力高，稍加改造即可达到区域最优质量水平；次级建设区耕地面积2 199.04 hm2，部分耕地质量降低，高、中等改造难度指标限制性增强，改造潜力下降；一般建设区耕地面积975.47 hm2，耕地质量中等偏差，高、中、低改造难度指标改造潜力下降明显，限制性增强；有条件建设区耕地面积1 101.07 hm2，耕地质量较差，主要障碍因素改造潜力低，3种改造难度指标综合限制性最低，特别是高难度改造指标，整体改造难度大，成本高。

4）项目区障碍因素中限制性较强且区域内差异较小的多为中等和低改造难度指标，如土壤有机质含量、林网密度、田块规整度和田块规模，全域基本均需改造提升；区域内差异较大的指标有高改造难度的剖面构型、中改造难度的灌溉保证率和低改造难度的路网密度、集中连片度，有选择的进行局部改造提升。

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High standard farmland construction time sequence division based on cultivated land quality uniformity in administrative village scale

Song Wen1,2, Wu Kening1,2※, Zhang Min1,2, Li Ting1,2, Liu Peijia1,2

(1.100083;2.,,100035,)

As an important component of the land consolidation, high standard farmland construction is the important means to protect the quantity, quality and ecological environment of cultivated land, and its target not only lies in the increase of cultivated land’s quantity, but also the improvement of cultivated land’s quality, agricultural production conditions and ecosystem environments. Through this paper we tried to explore the method of cultivated land evaluation and construction zoning to facilitate the process of decision and implementation for high standard farmland construction. The land comprehensive improvement project area in Quzhou County was taken as a case study. The whole process of the study was made up of 3 steps: 1) Establishing the evaluation model of cultivated land quality uniformity based on regional optimum cultivated land quality, and constructing the uniformity evaluation index system of cultivated land quality from the aspects of soil quality, engineering quality, space quality, ecological environment quality and aesthetic quality according to the new concept of cultivated land quality; 2) calculating the cultivated land quality uniformity through grading indicators, assigning score and weighting sum; 3) carrying out high standard farmland construction time sequence partition according to the principle of easy first and difficult afterwards through analyzing regional cultivated land quality difference and obstacle factor index restriction. The results showed that the value of farmland quality uniformity of the administrative villages in the project area was between 7.03 and 22.40, and there was obvious difference between various administrative villages. Through the natural breaks method, the quality uniformity of cultivated land in the project area was divided into 3 levels. In detail, the high-level area included 8 administrative villages, and the cultivated area accounted for 20.98% of the total area of cultivated land in the project area; the plots of cultivated land in each administrative village were of high quality, and at the same time similar with the optimal quality level in the area. The middle-level area included 21 administrative villages and the low-level included 17, the cultivated area of which accounted for 48.59% and 30.44% of the total cultivated land area respectively. The plots of cultivated land were of medium and poor quality respectively, and the difference was comparatively large compared to the optimal quality level in the area. The most restrictive factors in the project area were the indicators with medium and low transformation difficulty, including soil organic matter content, forest density, field regularity and scale of field, and there were also the indicators with high transformation difficulty in some areas, such as sectional configuration. The project area was divided into 4 time sequence partitions including the major construction area, the secondary construction area, the general construction area and the conditional construction area, and the construction difficulty of these 4 areas was from easy to difficult; the cultivated land area of each subarea was 710.11, 2 199.04, 975.47 and 1 101.07 hm2, accounting for 14.24%, 44.11%, 19.57% and 22.08% of the total project area respectively. The evaluation model and index system can satisfy the requirements for the evaluation of the farmland quality and the diagnosis of obstacle factors to facilitate the subsequent construction decision. The study can be a reference for the practice of high standard farmland construction, and provide new ideas and methods for related research.

land use; zoning; construction; high standard farmland; cultivated land quality uniformity; obstacle factor; Quzhou County

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.033

F301.2

A

1002-6819(2017)-09-0250-10

2016-11-16

2017-04-14

国家科技支撑计划（2015BAD06B01）

宋文，男，山东潍坊人，博士生，主要从事土地资源评价与利用规划研究。北京中国地质大学（北京）土地科学技术学院，100083。Email：289869577@qq.com

吴克宁，男，北京人，博士，博士生导师，主要从事土地资源评价与利用规划研究。北京中国地质大学（北京）土地科学技术学院，100083。Email：wukening@cugb.edu.cn

宋 文，吴克宁，张 敏，李 婷，刘霈珈. 基于村域耕地质量均匀度的高标准农田建设时序分区[J]. 农业工程学报，2017，33(9)：250－259. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.033 http://www.tcsae.org

Song Wen, Wu Kening, Zhang Min, Li Ting, Liu Peijia. High standard farmland construction time sequence division based on cultivated land quality uniformity in administrative village scale[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 250－259. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.033 http://www.tcsae.org