基于双重约束的区域耕地整理适宜性评价研究*

2018-03-27郑鹏飞郑艳东赵利华宋安安张长春

中国农业资源与区划 2018年1期

郑鹏飞，郑艳东，赵利华，宋安安，张长春※

(1.河北农业大学国土资源学院，保定 071001； 2.河北省土地整理服务中心，石家庄 050051)

0 引言

改革开放至今，我国农地非农化现象愈演愈烈，耕地尤其是优质耕地面积大幅减少[1]，同时我国耕地质量整体偏低[2]。近年来，随着全国各地持续不断补充耕地，耕地后备资源尤其是优质后备资源日益缺乏，耕地数量的补充愈加困难。在目前我国正面临耕地数量不足且仍然在逐渐减少、耕地质量整体偏低、劣质低产田面积增加等威胁的情况下[3]，土地整治已成为坚守耕地红线、改善耕地质量的关键切入点[4]， 2016年12月23日发布实施的《全国土地整治规划(2016～2020年)》明确提出“耕地数量质量保护全面提升”，规划开展农用地整理工程改造1 333万hm2左右的中低等别耕地，而我国目前的农用地整理的重点是耕地整理[5]，耕地整理可以有效增加耕地数量、提升耕地质量，保障国家粮食安全[6]。为使耕地整理可以达到预期目标，科学合理的耕地整理适宜性评价是十分重要的前提条件。目前耕地整理项目评价方面的研究多集中于效益评价、项目空间格局分析以及项目分区研究[7-10]，而对于耕地整理适宜性评价方法则多以综合指数法、模糊综合评判法为主[11-12]。实践表明在进行耕地整理的过程中，对耕地原有以及邻近生态系统造成影响是无法避免的，甚至可能会对区域生态安全造成危害[13-14]，而且在生态安全约束对耕地整理适宜性的影响方面的研究缺乏足够的实际案例进行论证。因此研究生态安全约束和社会经济约束下的耕地整理适宜性能更好地适应目前的发展形势。为此，该研究参考胡学东[15]提出的约束条件模型，选取影响耕地整理适宜性的指标因素构成初步的评价指标体系，并引入生态安全和社会经济双重约束条件，构建基于双重约束的耕地整理适宜性评价模型，然后运用此模型评价出与区域实际情况相吻合的耕地整理适宜性，以期为我国在生态文明建设与经济发展新常态背景下如何进行耕地整理适宜性评价提供借鉴与方法支持。

1 模型与方法

在对耕地整理适宜性进行评价时，较多使用的是传统多因素评价模型。

(1)

式(1)中，Aj为影响耕地整理适宜性的各个评价指标；Wj为各个评价指标对耕地整理适宜性的权重。

在不考虑约束条件时，传统模型能够有效实现区域耕地整理适宜性评价，但是耕地整理是否可以顺利进行直接受到区域经济发展水平和生态安全状况的影响，同时在开展耕地整理活动的过程中也会影响周边生态环境。因此，耕地整理适宜性既会受到区域自然条件的影响，也会受到区域生态安全约束因素与社会经济约束因素的制约，所以耕地整理适宜性是一个条件事件，是不同约束条件共同作用下的耕地整理适宜性。因此，参考胡学东提出的约束条件评价模型，用T表示约束条件，权重是在约束条件作用下的权重，即W=W(A|T)，适宜性分值也是在约束条件作用下的分值，即F=(F|T)。在约束条件作用下，运用式(1)进行耕地整理适宜性评价时，约束条件会对评价结果有所影响，因此需要对式(1)进行合适的修正，构建约束条件评价模型。

(2)

T=αTe+βTs，α+β=1

(3)

(4)

(5)

式(2)～(5)中，F为耕地整理适宜性评价分值；n为指标个数；Aj为第j个指标；T为约束条件；W(A|T)j为指标j在约束条件T下的权重；α、β分别为生态安全约束与社会经济约束对耕地整理适宜性影响的相对大小；Te、Ts分别为生态安全约束指数与社会经济约束指数；WE、WS分别为指标Ei与Si的权重；Ei、Si分别为表征生态安全约束和社会经济约束的指标。该研究运用AHP法来确定各个指标的权重值，即W(A|T)j、WE、WS以及α与β。

2 区域耕地整理适宜性评价指标体系

通过分析研究目前已有的研究成果，该研究在构建指标体系时，选择的主要因素有3类：第一类为不考虑约束条件时对耕地整理适宜性造成影响的因素；第二类为耕地整理的生态安全约束因素；第三类为耕地整理的社会经济约束因素。

2.1 无约束状态下耕地整理适宜性指标体系

根据农用地分等定级规程及涞源县实际条件，在构建无约束状态下耕地整理适宜性指标体系时，选择土壤质地(A1)、土壤有机质含量(A2)、有效土层厚度(A3)、田块平整度(A4)、灌溉保证率(A5)、排水条件(A6)、田块连片度(A7)、田块规整度(A8)、田间道路通达度(A9)等9个因子。

2.2 生态安全约束指标体系

(1)水生态安全。选择与水源距离(A10)来表征耕地整理的水生态安全，通过统计评价单元距水源≤500m的土地面积占评价单元土地总面积的比例来确定。

(2)水土流失风险。选择地形坡度(A11)来表征耕地整理的水土流失风险，通过统计>25°的区域占评价单元面积的比例来确定。

(3)地质灾害风险。尽管地质灾害(A12)风险较大的区域可能其自然条件非常适宜进行耕地整理，但是耕种者的人身安全和种植的作物受到严重威胁，对耕地整理适宜性有重大影响，通过统计评价单元内地质灾害高易发区和中易发区土地面积占评价单元土地总面积的比例来确定。

表1 涞源县土地利用变更数据

地类名称面积(hm2)比例(%)农用地耕地30171 7812 41园地267 300 11林地64306 5826 45其他农用地44 660 02小计94790 3338 99建设用地城镇建设用地1020 990 42农村居民点用地4476 211 84采矿用地2592 981 07交通水利用地652 860 27其他建设用地158 810 07小计8901 853 66其他用地水域3947 601 62自然保留地135478 1955 73小计139425 7957 35土地总面积243117 97100 00

表2 生态安全和社会经济约束下的耕地整理适宜性评价指标体系及权重

2.3 社会经济约束指标体系

(1)经济因素。选择人均GDP(A13)、粮食单产水平(A14)与人均纯收入(A15)3个指标作为表征耕地整理适宜性的经济约束因子。

(2)社会因素。选择人均耕地面积(A16)即单位面积内人均拥有的耕地规模作为表征耕地整理适宜性的社会约束因子。

综上所述，最终构建基于双重约束的耕地整理适宜性评价指标体系(表2)。

3 实例研究

3.1 研究区概况

涞源县地处河北省西部、保定市西北部，区位交通优势十分明显，位于东经114°20′～115°05′，北纬39°01′～39°40′之间。县域面积2 431.18km2，共辖7镇、10乡、285个行政村， 2016年总人口27.5万，是革命老区、扶贫开发“三合一”重点县，基础设施建设相对滞后，经济社会发展相对比较落后，农民收入水平低，增收难度大。涞源县是三山交汇、三水同源之地，地势西北高、东南低，县域内山峦起伏，沟谷纵横，地形复杂多样，生态系统比较脆弱，环境保护形势严峻。根据涞源县2014年土地利用现状调查数据库，涞源县土地总面积24.311 797万hm2，其中耕地总面积只有3.017 178万hm2，仅占全县土地总面积的12.41%，具体见表1。根据2013年涞源县农用地分等成果，涞源县耕地国家利用等别目前只含有13等、14等、15等，而且15等地面积最大为2.837 865万hm2，占县域耕地总面积的94.06%。

3.2 数据来源及处理

该研究数据包括： 2014年涞源县1： 1万土地利用现状图；涞源县1： 1万耕地质量等级补充完善成果(2014)；涞源县地形坡度图；中国典型县(市)地质灾害易发程度分布图集·华北东北卷； 2014年《涞源县统计年鉴》；涞源县土地整治专项规划(2010～2020)。由于耕地整理比较注重实际操作性，所以，该研究把耕地图斑作为评价单元。

将各指标数据按照式(1)～(5)进行计算，可得到涞源县的生态安全约束指数与社会经济约束指数以及无约束状态下及有约束状态下的耕地整理适宜性评价分值。其中，双重约束指标均为正向约束指标，同时，该研究认为生态安全约束与社会经济约束对耕地整理适宜性影响的相对大小相等，即α=β=0.5，各个指标的权重值运用AHP法来确定。

3.3 结果与分析

3.3.1 耕地整理适宜性评价指标体系及权重

该研究运用层次分析法来确定各个指标在无约束状态下的权重值以及约束条件下指标权重W(A|T)j，如表2。

图1 涞源县无约束状态下耕地整理适宜分区

3.3.2 无约束状态下耕地整理适宜性

在不考虑生态安全约束与社会经济约束的情况下，对涞源县耕地整理适宜性运用SPSS软件K-Means聚类法进行聚类分析并分区，结果如图1。

表3 涞源县各乡镇生态安全约束与社会经济约束汇总

乡镇生态安全约束社会经济约束分值排序级别分值排序级别白石山镇0 198814低约束0 41258较高约束北石佛乡0 062916低约束0 42026较高约束东团堡乡0 49088较高约束0 42285较高约束金家井乡0 173415低约束0 50992高约束涞源镇0 51156较高约束0 206116低约束留家庄乡0 53984较高约束0 45924较高约束南马庄乡0 50637较高约束0 304813一般约束南屯乡0 355612一般约束0 55541高约束上庄乡0 370811一般约束0 371911一般约束水堡镇0 476910较高约束0 408710较高约束塔崖驿乡0 67891高约束0 357312一般约束王安镇0 245013一般约束0 244314低约束乌龙沟乡0 62633高约束0 41159较高约束烟煤洞乡0 002417低约束0 41467较高约束杨家庄镇0 48669较高约束0 48643高约束银坊镇0 53625较高约束0 204017低约束走马驿镇0 63292高约束0 219815低约束

从分区结果可以看出，在无约束的状态下，涞源县耕地整理适宜性等级为适宜的耕地主要位于涞源县的中南部，除在东团堡乡、留家庄乡、上庄乡、乌龙沟乡与烟煤洞乡5个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于白石山镇与涞源镇等乡镇；耕地整理适宜性等级为比较适宜的耕地主要位于涞源县的中西部，除在东团堡乡、金家井乡、留家庄乡、上庄乡与烟煤洞乡5个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于北石佛乡、涞源镇与南屯乡等乡镇；耕地整理适宜性等级为一般适宜的耕地主要位于涞源县的东部和南部，除在东团堡乡、南屯乡与水堡镇3个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于走马驿镇、王安镇与银坊镇等乡镇；耕地整理适宜性等级为不适宜的耕地主要位于涞源县的北部，除在北石佛乡、东团堡乡、金家井乡、涞源镇、留家庄乡、上庄乡、乌龙沟乡与烟煤洞乡8个乡镇有所分布外，其余乡镇均没有不适宜整理耕地分布。

3.3.3 区域生态安全约束与社会经济约束

计算各乡镇生态安全约束分值及社会经济约束分值，同时运用SPSS软件K-Means聚类法进行聚类分析并分区，结果如图2、图3、表3。

从图2与表3可以看出，涞源县17个乡镇中，生态安全约束为高约束的乡镇包括塔崖驿乡、走马驿镇、乌龙沟乡3个乡镇，较高约束的乡镇包括留家庄乡、银坊镇、涞源镇、南马庄乡、东团堡乡、杨家庄镇、水堡镇7个乡镇，一般约束的乡镇包括上庄乡、南屯乡、王安镇3个乡镇，低约束的乡镇包括白石山镇、金家井乡、北石佛乡、烟煤洞乡4个乡镇。

从图3与表3可以看出，涞源县17个乡镇中，社会经济约束为高约束的乡镇包括南屯乡、金家井乡、杨家庄镇3个乡镇，较高约束的乡镇包括留家庄乡、东团堡乡、北石佛乡、烟煤洞乡、白石山镇、乌龙沟乡、水堡镇7个乡镇，一般约束的乡镇包括上庄乡、塔崖驿乡、南马庄乡3个乡镇，低约束的乡镇包括王安镇、走马驿镇、涞源镇、银坊镇4个乡镇。

图2 涞源县生态安全约束等级图3 涞源县社会经济约束等级

图4 涞源县约束状态下耕地整理适宜分区

3.3.4 双重约束状态下耕地整理适宜性

在同时考虑生态安全约束与社会经济约束的情况下，对涞源县耕地整理适宜性运用SPSS软件K-Means聚类法进行聚类分析并分区，结果如图4。

从分区结果可以看出，在双重约束状态下，涞源县耕地整理适宜性等级为适宜的耕地主要位于涞源县的中部，南部与东部也有少量分布，除在东团堡乡、留家庄乡、上庄乡、乌龙沟乡、烟煤洞乡与塔崖驿乡6个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于白石山镇与北石佛乡等乡镇；耕地整理适宜性等级为比较适宜的耕地主要位于涞源县的中部，南部和北部分布较少，除在上庄乡、东团堡乡、金家井乡、留家庄乡与乌龙沟乡5个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于涞源镇与南屯乡等乡镇；耕地整理适宜性等级为一般适宜的耕地主要位于涞源县的南部与东部，除在东团堡乡、南屯乡与水堡镇3个乡镇没有分布外，其余乡镇均有不同程度的分布，主要分布于走马驿镇、南马庄乡与银坊镇等乡镇；耕地整理适宜性等级为不适宜的耕地主要位于涞源县的北部，中部分布较少，南部没有分布，除在北石佛乡、东团堡乡、金家井乡、涞源镇、留家庄乡、上庄乡、乌龙沟乡与烟煤洞乡8个乡镇有所分布外，其余乡镇均没有不适宜整理耕地分布。

3.3.5 有无约束状态适宜性评价结果对比与分析

涞源县各耕地整理适宜性等级在无约束状态与有约束状态下对比情况如图5、表4。

表4 涞源县有、无约束状态下各级适宜分区面积 hm2

图5 涞源县有、无约束状态下各级适宜分区

从该文的分析及图5、表4可以看出，不适宜整理耕地在无约束状态下与有约束状态下变化不大，均主要分布在涞源县北部，除北石佛乡在引入双重约束后不适宜整理耕地减少较多及留家庄乡在引入双重约束后不适宜整理耕地增加较多外，其余乡镇的不适宜整理耕地几乎没有变化；一般适宜整理耕地在无约束状态下主要分布在涞源县东部和南部，在引入社会经济与生态安全双重约束后面积有所减少，其中王安镇、烟煤洞乡南部与留家庄乡3个乡镇减少最为明显，同时烟煤洞乡北部、北石佛乡与塔崖驿乡有所增加；比较适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后面积有所减少，其中涞源县西部的北石佛乡减少最为明显，而涞源县中东部的王安镇、杨家庄镇、南屯乡、烟煤洞乡与塔崖驿乡5个乡镇的比较适宜整理耕地面积也有较为明显的增加；适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后面积有所增加，其中涞源县西部的北石佛乡增加最为明显，而涞源县东部的杨家庄镇、南屯乡与塔崖驿乡3个乡镇的适宜整理耕地面积有较为明显的减少，该3个乡镇的适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后，整理适宜性全部降低。

从无约束条件与有约束条件下耕地整理适宜性评价结果的对比来看，生态安全约束与社会经济约束对于耕地整理适宜性评价具有十分重要的影响，如从表3可知，杨家庄镇生态安全约束为较高约束，社会经济约束为高约束，社会经济与生态安全双重约束均处于较高水平，杨家庄镇的适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后明显减少，水堡镇生态安全约束为较高约束，社会经济约束为较高约束，社会经济与生态安全双重约束均处于较高水平，水堡镇的适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后明显减少；北石佛乡虽然社会经济约束为较高约束，但其生态安全约束为低约束，社会经济与生态安全双重约束整体来说处于较低水平，北石佛乡的适宜整理耕地在引入社会经济与生态安全双重约束后明显增加。

4 结论与讨论

(1)耕地整理可以提高耕地质量，增加耕地面积以及保证中国粮食安全，是开展“提质改造”与“补改结合”的有效措施，引入双重约束指标可以使耕地整理适宜性指标体系变得更加完善，可以更加科学合理地反映区域耕地整理的适宜性，得到的评价结果更加符合研究区域的实际情况。同时，评价结果表明生态安全和社会经济因素对耕地整理适宜性有着重要影响。

(2)该研究以胡学东[15]提出的约束条件模型为基础，对如何构建基于双重约束条件下的耕地整理适宜性评价模型进行了探索。结果表明，约束条件评价模型可以更加合理准确地评价出耕地整理适宜性，能够得到更加符合研究区域的实际情况的评价结果，是对耕地整理适宜性评价方法的进一步丰富和完善。

(3)该研究构建的约束条件模型可以在一定程度上反映山地区域在社会经济与生态安全双重约束状态下的耕地整理适宜性情况，与研究区域的实际情况比较相符，该模型用于其他类型区域的耕地整理适宜性评价是否合理有效仍然需要在以后的研究中进行进一步研究与论证；同时该研究选择指标有限，如何进一步对其进行完善还需加深研究。

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