基于地形部位的高标准农田建设区划定研究——以内蒙古自治区和林格尔县为例

王云仙，王 考，郝润梅，侯凯宁，张瑞俊，付思蕊

（内蒙古师范大学 地理科学学院，内蒙古 呼和浩特 010022）

我国是一个人口大国，全社会高度关注粮食安全问题，因此保护耕地非常重要。建设高标准农田作为保护耕地的重要手段，通过对田块、水利、田间道路等措施的施行，达到经济、社会及生态效益相结合，对提升耕地质量起到至关重要作用［1］。查阅文献资料发现国外并没有确切的“高标准农田”这一概念，与之相似的有“重要农田（important farmland）”体现在农地保护内涵、农地保护政策立法［2］、耕地质量评价［3］以及耕地等级划分［4］等方面。国内学者对高标准农田建设研究主要集中高标准农田建设障碍因素识别［5-6］、适宜性评价［7-8］、建设分区及时序研究［9］、时空布局［10］、潜力评价［11］、综合成效［12］以及建设区选址［13］等方面。

近些年我国学者在其潜力评价方面有新突破，张鹏［11］以罗定市耕地为研究对象，通过构建高标准农田建设潜力评价指标体系，采用专家打分法确定各指标的权重，并根据各指标权重得出综合评价得分，以期为罗定市“十四五”期间的高标准农田建设提供建议。方勤先［14］以研究荣昌县为例探究丘陵区高标准农田建设条件及潜力，认为在丘陵区这种特定耕地资源禀赋条件下，高标准农田建设标准应基于国家标准适当降低。王晨［15］从高标准农田建设内涵出发建立高标准农田潜力评价指标体系，并以新安镇基本农田为例，将该镇高标准农田整治划分为条件基本具备区、稍加整治区、全面整治区三类，为高标准农田建设的选址和规划工作提供科学依据。潜力评估方法基于评价单元，建立评价指标体系，通过综合指数法，借助ArcGIS 平台可视化为主［16］。本文以内蒙古自治区地貌类型多样的和林格尔县为研究区，构建高标准农田建设潜力评价体系，探索不同地形部位耕地建成高标准农田潜力大小，并识别不同地形部位建设高标准农田限制因子。

1 研究区概况

1.1 县域概况

和林格尔县位于呼和浩特市东南部，坐标39°58′11″～40°41′31″N，111°26′52″～112°18′11″E。全县土地总面积为345 422.83 hm2，地处晋蒙交界区、呼包鄂“金三角”腹地，东邻乌兰察布市凉城县，西与呼和浩特市托克托县相邻，南接呼和浩特市清水河县，北靠呼和浩特市赛罕区和呼和浩特市土默特左旗。该县地处土默特平原与蛮汉山山地的过渡地带，地势东南高西北低，属中温带半干旱大陆性季风气候，干旱、多风、寒冷，日光充足，温差大，冬季漫长而寒冷，夏季短暂而温热，年均气温为6.2 ℃，作物一年一熟。全县河网密度较大，浑河是最大的过境河，并有7 条支流分布于南部，境内水主要来源于地下水、大黑河、浑河水系。

1.2 耕地利用现状特征

1.2.1 耕地的数量特征 根据和林格尔县第三次国土调查数据显示，耕地总面积为114 176.12 hm2，占土地总面积的33.05%。其中旱地面积为57 835.12 hm2，占耕地总面积的50.65%；水浇地面积为56 341.00 hm2，占耕地总面积的49.35%。旱地的数量略高于水浇地，且由于和林格尔县属于多地貌类型区，耕地坡度级别分为五级，其中2°及以下的耕地61 721.56 hm2，占该县耕地总面积的54.06%；2°～<6°的耕地19 918.14 hm2，占17.45%； 6°～<15°的耕地29 950.55 hm2，占26.23%；15°～25°的耕地2 514.19 hm2，占2.20%；25°以上耕地71.69 hm2，占0.06%。和林格尔县≤6°的耕地占耕地总面积的71.51%，耕地质量逐渐改善，但大于15°耕地仍然占2.26%，需要逐步退出耕地，防止水土流失。

1.2.2 耕地的空间分布 耕地集中分布于北部及西北的滩川区和浑河谷地，是水浇地主要分布区域，耕地生产能力较高，是和林格尔县粮食主产区，包括盛乐镇、巧什营镇、舍必崖乡等；南部及中东部的耕地分布较分散，多以旱地为主，耕地生产能力相对偏低，是和林格尔县的农林牧综合开发区及林业发展区［17］，包括城关镇、大红城乡、黑老夭乡、新店子镇、羊群沟乡等。

1.3 耕地地形部位划分

参考《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）中的内蒙古自治区及长城沿线区耕地质量等级中地形部位划分标准，将研究区耕地划分为3 个地形部位（见图1）。由图1 可知，河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部耕地面积为90 599.28 hm2，占全县耕地总面积的79.35%，集中分布在盛乐镇、巧什营镇、舍必崖乡及大红城乡中部，零星分布在其他各乡镇；河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾 斜 平 原 上 部 耕 地 面 积 为 16 802.29 hm2，占14.72%，集中分布在新店子镇，零星分布在黑老夭乡、城关镇、盛乐镇南部、大红城乡北部及南部；河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地耕地面积为6 774.55 hm2，占5.93%，集中分布在羊群沟乡，零星分布在黑老夭乡北部、城关镇东部、盛乐镇南部、大红城乡东部及南部。

图1 和林格尔县耕地地形部位分布图Fig.1 Distribution map of cultivated land topography in Helinger County

2 数据处理与研究方法

2.1 数据处理

2.1.1 数据来源 充分利用农用地分等数据库和研究区2018 年耕地质量等别数据库、第三次国土调查数据、耕地地力评价数据库，来获取评价指标体系的相关数据，包括土壤有机质含量、有效土层厚度、土壤pH 等。参考《资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价技术指南》（征求意见稿）、《农用地质量分等规程》（GB/T28407—2012）、《高标准农田建设通则》（GBT 30600—2014）、《耕地质量等级》（GB/T 33469—2016）、土壤侵蚀分类分级标准（SL190—2007）等确定评价指标及其指标分级。

2.1.2 数据处理 将和林格尔县2018 年耕地质量等别数据库中获取的土壤有机质含量、有效土层厚度、土壤侵蚀程度、土壤质地、灌溉保证率、排水条件指标数据以及和林格尔县耕地地力评价数据库中获取的土壤pH 指标数据，运用克里金法得到每一评价指标的栅格数据，利用值提取至点工具，基于和林格尔县2020 年现状耕地点状数据提取栅格像元值（新生成的字段即为获取的指标值）。研究区村级尺度的农村道路、公路用地、铁路用地以及林带面积，将路网面积、防护林面积分别与行政村面积相除，空间链接到耕地图斑，得到耕地图斑路网密度、农田防护林面积比例数据。研究区的公路用地（面状数据）采用ArcGIS 中的欧氏距离工具做缓冲区分析，得到公路的缓冲区栅格数据，再运用值提取至点工具，基于耕地点状数据提取栅格像元值，得到每一田块到交通干线距离数据。田块连片度通过聚集或邻近的图斑聚合为相对完整连片的地块，聚合距离为40 m，然后计算每个斑块的面积，与耕地图斑叠加得到田块连片度面积大小。

2.2 研究方法

2.2.1 构建评价指标体系 《高标准农田建设通则》（GBT 30600—2014）中高标准农田建设内容包括土地平整、土壤改良与培肥、灌溉与排水、田间道路、农田防护与生态环境保持、农田输配电等工程建设。依据高标准农田建设内容与和林格尔县农业生产，以差异性与不相容性、主导性与可操作性、空间性和因地制宜性相结合为原则，建立农田自然禀赋、外部资源配给2 个准则层构建高标准农田建设潜力体系，共计选择11 个指标（见表1）。

表1 高标准农田建设潜力评价指标体系Tab.1 High standard farmland construction potential evaluation index system

农田自然禀赋是影响耕地资源利用的本底条件，自然禀赋条件较优的土地，农作物产量较高。采用土壤有机质含量、有效土层厚度、土壤侵蚀程度、土壤质地和土壤pH 指标表征农田自然禀赋的本底情况。土壤有机质含量反应土壤肥力大小是植物和微生物生命活动所需养分和能量的源泉，含量越高越能满足作物生长发育所需的养分［18］。有效土层厚度是作物能够利用母质层以上的土体总厚度，有效土层越厚，土壤蓄水、保水、保肥和供肥的能力越强，有助于粮食产量稳步增长［18］。土壤侵蚀程度是土壤原生剖面被侵蚀的状态，由于土壤侵蚀，土壤资源遭到大量破坏，土层变薄，大面积土地被切割，耕地面积不断缩小。土壤质地反映土壤耕作性能，具有调节水、肥、气、热的功能［18］。土壤pH 对土壤肥力及植物生长影响较大。

外部资源配给是影响耕地资源利用的基础条件，也是确保耕地产能提升的重要条件。采用灌溉保证率、排水条件、田块到交通干线距离、路网密度、田块连片度和农田防护面积比例指标表征外部资源配给情况。灌溉保证率是预期灌溉用水量在多年灌溉中能够得到满足的程度，良好的灌溉条件是提高粮食产量的重要保证。排水条件是为保证农作物生长及时排除农田地表积水，控制和降低地下水位的能力，排水条件不畅极易引发水土流失、滑坡、洪涝等灾害的发生。田块距交通干线距离衡量区位条件［19］，交通便利的地方，方便居民生活及生产要求。路网密度大小反映田间道路的现状［18］。田块连片度是表征农业生产田块的规模及空间分异特征以满足农业机械化生产要求。农田防护林面积比例越大，反映土地利用活动的安全性越高。

2.2.2 评价指标标准化 由于各指标数据来源不同，指标之间存在量纲差异，不能直接进行比较分析，为消除不同指标的量纲，采用分级赋值法对指标进行赋值。其中，灌溉保证率、排水条件指标分级分值标准依据《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）；有效土层厚度、表层土壤质地、土壤pH、田块到交通干线距离分级依据李春梅［19］的研究；土壤侵蚀程度分级依据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190—2007）；田块连片度分级依据《资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价技术指南》；土壤有机质含量、路网密度、农田防护面积比例运用ArcGIS 自然断点法进行分级，分级结果见表2。

表2 高标准农田建设潜力评价指标分级分值标准Tab.2 Standard for grading and scoring of evaluation index of high standard farmland construction potential

2.2.3 指标权重计算 采用熵值法计算权重，它具有减少人为主观干扰和操作性强的优点［20］。计算步骤如下

（1）计算第j项指标的贡献度

其中，Pij为第j个指标下第i个评价单元的贡献度；Xij为第j个指标下第i个评价单元的标准化值；m为评价单元数目；

（2）计算第j项指标的熵值

其中，ej为第j项指标的熵值；常数k=1/ln（m）；

（3）计算第j项指标的偏差度

（4）计算第j项指标的权重

2.2.4 综合潜力指数 参考杨晓帆［21］的研究，高标准农田建设潜力综合指数通过将评价单元中各评价指标因子的得分值与其对应权重的积累加求和计算得到，计算公式为

其中，N为评价单元的潜力得分值；Xij标准为第i个评价单元的标准化值；Wj为第j个评价指标的权重。

3 高标准农田建设潜力评价

3.1 评价指标权重确定

通过2.2.3 熵权法计算公式，对不同地形部位进行指标权重计算（见表3）。研究表明，不同地形部位指标权重差异较大，说明不同地形部位高标准农田建设的影响因素存在较大差异。河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部权重较大的指标是排水条件、路网密度、田块连片度，权重较小的是土壤有机质含量、有效土层厚度；河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部权重较大的指标是田块距交通干线距离、路网密度，权重较小的是土壤有机质含量、有效土层厚度；河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地权重较大的指标是田块连片度、有效土层厚度，权重较小的是土壤有机质含量。排水条件在河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部权重较大，而在其他2 个地形部位均较小，原因是在河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部的北及西北部为广泛且集中连片地区，水利条件较好，而东南部排水设施较欠缺，排水多为自然冲沟，造成内部排水设施完备程度的差异。河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部及河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地存在保水条件差、排水条件总体较差，内部差异小，其排水条件权重小。此外，土壤有机质含量在各地形部位权重都较小，说明土壤有机质含量在各地形部位差距较小。权重计算结果较为符合各地形区耕地利用特征。

表3 不同地形部位高标准农田建设潜力评价指标的权重Tab.3 Weights of potential evaluation indexes of high standard farmland construction in different topographic locations

3.2 高标准农田建设潜力等级划定

3.2.1 建设潜力等级划分 结合不同地形部位指标的权重（见表3），借助综合指数法测算高标准农田建设综合潜力指数。对耕地3 种不同地形部位均采用ArcGIS 10.7 自然间断点分级法将其划为四个级别，即基本具备区（Q1）、稍加整治区（Q2）、全面整治区（Q3）和不适宜区（Q4）（见表4）。

3.2.2 建设潜力分区结果 根据表4 不同地形部位高标准农田建设区潜力级别标准划分和林格尔县高标准农田建设潜力区（见表5）。由表5 可知，和林格尔县基本具备高标准农田建设条件的耕地面积17 845.25 hm2，占耕地总面积15.63%；需稍加整治耕地41 973.12 hm2，占比36.76%；需全面整治耕地33 636.12 hm2，占比29.46%；不适宜耕地20 721.61 hm2，占比18.15%。

表4 不同地形部位高标准农田建设区潜力值划分Tab.4 Potential value division of high standard farmland construction area in different terrain positions

表5 和林格尔县不同地形部位高标准农田建设潜力统计表Tab.5 Statistical table of construction potential of high standard farmland in different terrain parts of Helinger County

不同地形部位高标准农田建设潜力区分布如图2所示。由图2 可知，河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部以稍加整治区为主，不适宜区占比最少；河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部以全面整治区为主，基本具备区占比最少；河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地不适宜区占比接近50%。

总之，和林格尔县高标准农田建设潜力主要集中在河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部，其次分布在河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部，河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地潜力最小。

4 高标准农田建设区确定及其建设方向

图2 不同地形部位高标准农田建设潜力区分布图Fig.2 Distribution layout of high standard farmland construction potential in different topographic positions

根据许梦梦［22］的研究结果，基本具备区耕地本底条件较好，基础设施较完善，无需进行过多的投入即可划为高标准农田建设区；稍加整治区耕地限制因子较少，根据限制因子进行整治即可划入高标准农田建设区；全面整治区耕地限制因素较多，根据限制因子整治后划入高标准农田建设区。而不适宜区，耕地的本底条件最差，集中连片性较差，坡度较高，具有较多的限制性因素，不宜进行高标准农田建设。和林格尔县高标准农田建设区面积93 454.49 hm2，占比81.95%；不适宜区20 721.61 hm2，占比18.15%。

4.1 不同地形部位高标准农田建设区

4.1.1 河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部建设区 河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部建设区分布如图3 所示。由表5 和图3 可知，本区域内高标准农田建设区占85.88%，其中基本具备区占比16.32%，集中分布在盛乐镇、舍必崖乡；稍加整治区面积占比40.69%，集中分布在盛乐镇、巧什营镇、舍必崖乡；全面整治区占比28.87%，集中分布在盛乐镇、舍必崖乡。

4.1.2 河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部建设区 河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部建设区分布如图4 所示。由表5 和图4 可知，本区域内高标准农田建设区占72.88%，其中基本具备区占比16.04%，零星分布在新店子镇、大红城乡等；稍加整治区占比23.69%，零星分布在新店子镇、大红城乡等；全面整治区占比33.15%，集中分布在黑老夭乡。

图3 河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部建设区分布图Fig.3 Distribution map of middle and lower construction areas of floodplain and low terrace in piedmont sloping plain

4.1.3 河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地建设区 河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地建设区分布如图5 所示。由表5 和图5 可知，本区域内高标准农田建设区仅占50.19%，其中基本具备区占比5.33%，零星分布在新店子镇；稍加整治区占比16.62%，零星分布在盛乐镇、新店子镇；全面整治区占比28.24%，零星分布在盛乐镇、羊群沟乡、大红城乡。

从3 种地形部位高标准农田建设区规模来看，河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部最多，主要位于和林格尔县北及西北滩川区和浑河谷地，包括盛乐镇、巧什营镇、舍必崖乡等；河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部次之，包括新店子镇、黑老夭乡等；河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地最少，集中分布在羊群沟乡。

4.2 各地形部位高标准农田建设方向特征

在高标准农田建设区划定的基础上，分地貌类型区对得分频率进行统计，得到各地貌类型区农田建成高标准农田的优劣因子，将得100 分和80 分频率和超过50%，且得40 分频率小于10% 的因子划为优势因子，将得40 分和60 分频率和超过50%，且得100 分频率小于10% 的因子划为限制因子，得到各地形部位不同建设区耕地建成高标准农田的优势及限制因子，进而明确各地形部位高标准农田建设方向，结果见表6。

河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中下部地形区高标准农田建设基本具备区达到高标准农田要求，其影响因素主要是有效土层厚度，建设方向主要保护耕作层；稍加整治区影响因素集中在有效土层厚度、土壤pH和农田连片度，建设方向保护耕作层，防止土壤盐渍化，为实现耕地规模化经营进行集中连片建设；全面整治区是高标准农田建设重点区，耕地基础设施条件差，建设方向通过工程建设提升耕地基础设施，包括增加排水设施、增加林网密度，增强其集中连片度，构建耕地规模化经营条件。

河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的上部地形区高标准农田建设基本具备区影响因素集中在有效土层厚度、灌溉保证率、排水条件和农田防护面积比例，建设方向增加耕地基础设施，包括增加排水设施、合理规划防护林。稍加整治区和全面整治区是该地形区高标准农田建设重点区，耕地基础设施条件差，建设方向通过工程建设提升耕地基础设施，包括增加排水设施、构建高效田间道路体系、增加林网密度、合理规划防护林、增强集中连片度等。

河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地地形区高标准农田建设基本具备区影响因素为土壤有机质含量、路网密度、农田防护面积比例，建设方向增加耕地基础设施，构建高效田间道路体系、合理规划防护林。稍加整治区和全面整治区是该地形区高标准农田建设重点区，耕地基础设施条件差，建设方向通过工程建设提升耕地基础设施，包括增加排水设施、构建高效田间道路体系、增强集中连片度以及合理规划防护林等。

表6 和林格尔县各地形部位不同建设区高标准农田建设的优势及限制因子Tab.6 Advantages and limiting factors of high standard farmland construction in different construction areas of different topographic positions in Helinger County

5 结论与讨论

5.1 结论

（1）以耕地图斑为评价单元，利用熵权法计算权重，借助综合指数法测算耕地各评价单元建设潜力，并划出不同地形部位高标准农田建设基本具备区、稍加整治区、全面整治区、不适宜区。和林格尔县耕地主要集中在河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中下部，占耕地总面积的79.35%。将基本具备区、稍加整治区、全面整治区均纳入县域高标准农田建设区，占耕地总面积81.85%，不适宜区不建议高标准农田建设。

（2）不同地形部位高标准农田建设潜力不同。就3 种地形部位建设潜力而言，和林格尔县高标准农田建设潜力主要集中在河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部，其次分布在河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部，河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地潜力最小。

（3）不同地形部位高标准农田建设区规模不同。河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部高标准农田建设区最多，占耕地总面积85.88%，集中分布在盛乐镇、巧什营镇、舍必崖乡；河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部高标准农田建设区次之，占比72.88%，集中分布在新店子镇、黑老夭乡；河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地高标准农田建设区最少，仅占50.19%，集中分布在羊群沟乡。

（4）不同地形部位高标准农田建设方向不同。河流冲积平原的河漫滩、低阶地山前倾斜平原的中、下部建设方向以保护耕作层为主，河流冲积平原的中阶地、河谷阶地、山前倾斜平原上部及河流冲积平原边缘地带、山前倾斜平原前缘、低山丘陵坡地建设方向主要提升耕地基础设施。

5.2 讨论

从耕地的农田自然禀赋和外部资源配给角度确定高标准农田建设潜力区，探索结合耕地的现实状况，有目的地、针对性地对耕地进行改造和整理的方向，对高标准农田建设潜力的政府支持度和民众的积极性未予以考虑，但实际工作中还应考虑社会经济条件、政策限制等因素。今后研究中应就以上问题逐步完善高标准农田建设，以期稳步推进我国农田保护工作，确保国家粮食生产安全。