基于生态位适宜度的耕地“三位一体”空间保护分区研究——以江西省兴国县为例

罗 璇，雷凯星，余 敦*

（1. 江西省国土空间调查规划研究院，江西 南昌 330026；2. 江西农业大学国土资源与环境学院，江西 南昌 330045）

0 引言

耕地是人类生存发展不可缺少的必要资源，在粮食安全、社会稳定、生态平衡等方面具有重要意义[1]。随着工业化、城镇化的进程，优质土层变薄[2]、土壤重金属污染，耕地质量和生态安全受到严重威胁。构建耕地数量、质量和生态“三位一体”保护体系至关重要。

目前，国内外学者在耕地“三位一体”保护分区的研究，主要运用综合指数法[3]、熵值法[3]、TOPSIS 法[4]、灰色关联投影法[5]等开展评价，较少运用CRITIC 法。运用空间自相关[6]、景观格局指数[7]划分保护分区；运用生态位理论构建指标体系应用于耕地整治[8-9]、农村居民点[10]、高标准农田建设[11]等方面。耕地“三位一体”保护分区研究还处于初级阶段，基于生态位开展耕地数量、质量、生态“三位一体”评价，确定耕地保护类型的研究较薄弱。

本文以兴国县304 个行政村为研究单元，从耕地数量、质量和生态角度出发，构建“三位一体”评价指标体系，借助熵值法改进CRITIC 法确定权重，运用生态位适宜度对耕地开展评价，采用三维魔方分类法划分耕地空间保护分区，以期为耕地保护政策实施提供支撑。

1 研究区域概况与数据来源

1.1 研究区概况

兴国县位于江西省中南部，地貌以低山、丘陵为主。下辖25 个乡镇304 个行政村。2020 年，全县耕地面积60.87 万亩，占国土总面积12.62%。耕地质量条件较好。

1.2 数据来源与处理

基础数据包括兴国县2009-2020 年土地利用现状数据、耕地质量等别成果、2019 年NDVI 数据。土地利用现状数据、耕地质量等别成果来源于县自然资源局；NDVI 数据来源于中科院。

2 研究方法

2.1 生态位适宜性评价指标体系构建

2.1.1 研究单元

以兴国县25 个乡镇内的304 个行政村作为研究单元（见表1）。

表1 耕地数量、质量、生态“三位一体”空间保护分区评价指标体系

2.1.2 评价指标

耕地数量指标选取耕地密度（A1）和耕地变化率（A2）；耕地质量指标选取耕地综合质量等别（B1）；耕地生态指标选取生境破碎度（C1）、植被覆盖度（C2）和耕地生态优势度（C3）。

2.1.3 指标权重

在宋冬梅等[12]研究基础上，引入熵值法改进CRITIC法，规避随意性。

2.1.3.1 数据标准化处理。采用极差法，为使标准化值非零化，加上0.01。

2.1.3.2 计算标准化后各项指标数据的标准差ej和相关系数。

2.1.3.3 计算各指标的信息量Cj。

式中，δj是通过熵值法[13]计算得到的指标j的熵；ej为指标j的标准差；为指标j与h之间的相关系数的绝对值。

2.1.3.4 计算权重Wj，见表1。

式中，Wj为指标j的权重；δj是通过熵值法[14]计算得到的指标j的熵；ej为指标j的标准差；为指标j与h之间的相关系数的绝对值。

2.2 生态位适宜度模型

生态位适宜度表示生物对生境条件的适宜程度[9]，耕地数量、质量和生态构成耕地多维超体积生态位。耕地需求生态位和现实生态位的匹配关系为生态位适宜度[14]，反映现实条件满足耕地开发的适宜程度。当现实条件不满足需求时，生态位适宜度为0；反之，则为1[14]。

2.2.1 正向因子

因子值越大越好，主要包括耕地密度等因子，公式如下：

式中，NFj为各评价因子j的生态位适宜度；Xj为评价因子j的现实生态位，即各指标的实际值；Djopt为评价因子j的最适生态位值；Djmin为评价因子j的生态位最小值。

2.2.2 适度因子

因子值在一个适宜区间，其值过高或过低都不利于耕地的开发利用保护，公式如下：

式中，NFj、Xj、Djopt、Djmin同公式（3）；Djmax为评价因子的生态位最大值。

2.2.3 负向因子

因子值越小越好，公式如下：

式中，NFj、Xj、Djopt、Djmin、Djmax同公式（4）。

2.3 综合指数法

采用加权求和综合指数法计算耕地的综合生态位适宜度综合指数，其计算公式为：

式中，NF为耕地的生态位适宜度综合指数；n为耕地超体积生态位的维数；Wj为评价因子j的指标权重。

2.4 耕地“三位一体”空间保护分区划分

运用三维魔方空间分类法，根据耕地数量、质量和生态特征构建三维判断，划分耕地“三位一体”空间保护分区[15]。以数量分类为X 轴，质量分类为Y 轴，生态分类为Z 轴，参考刘晶等[16]的研究，将耕地数量生态位适宜度指数、质量生态位适宜度指数和生态的生态位适宜度指数划分为高、较高、低和较低四个等级，根据节点到三维空间原点的距离分别赋值1～4，值越大对应的耕地保护属性测度值越高，构建一个4×4×4 的耕地保护三维四阶魔方，每一单元（x,y,z）代表一种属性类型组合，共有64 种分区，见表2。

表2 兴国县耕地“三位一体”空间保护分区与三维魔方单元对应表

3 结果与分析

3.1 耕地数量、质量和生态空间分布特征分析

用自然断点法对耕地数量、质量和生态、综合生态位适宜度指数分级。

3.1.1 耕地数量空间分布特征

兴国县耕地数量生态位适宜性指数主要呈现由县域中部向外递减的趋势，指数高的区域主要集中在中部和东部，地形相对平坦，耕地相对集中连片；在县域北部和西部地形起伏相对较大，耕地分布相对分散。

3.1.2 耕地质量空间分布特征

兴国县耕地质量生态位适宜度指数空间分布差异明显，呈现东北部、西北部、中南部高、西南部、中北部低的分布特征。高值区主要分布在西北部、东部、中部，该区域耕地具有较好的地形条件和相对较强的耕作优势。

3.1.3 耕地生态空间分布特征

兴国县耕地生态的生态位适宜度指数空间分布差异不明显，高值区域空间分布散乱，低值区主要分布在县域西部。高值区植被覆盖度，生境维持度、生物多样性较高；低值区域主要分布在中心城区周边、西部和北部。

3.1.4 耕地“三位一体”综合生态位适宜度空间分布特征

兴国县耕地“三位一体”综合生态位适宜度指数空间分布差异明显。乡镇间差异较大，镇内各村庄间存在一定差异，呈现中部、东北部、西北部高，西部、中北部低，局部散乱的特征。高值区主要分布在东部、中部和北部，地形相对平坦，耕地质量较好，植被覆盖度较高，低值区主要分布在东北部、西部，以山地丘陵为主，耕地破碎化程度高、耕地质量较差，生境维持程度低。

3.2 耕地“三位一体”保护分区与利用措施

根据耕地生态位适宜度评价结果，将兴国县耕地“三位一体”保护区划分为核心保护区、重点保护区、侧重保护区、资源优配区、调控改良区和综合整治区六种类型（见图1）。

图1 兴国县耕地“三位一体”空间保护分区

核心保护区（16 个）：主要分布在东部的古龙岗镇、中部的埠头乡和长冈乡，耕地质量高、生态条件好、耕作条件优越，多为永久基本农田。应努力建设现代农业示范园区。重点保护区（78 个）：主要分布在中部的长冈乡、埠头乡，东北部的梅窖镇、古龙岗镇和西北部的崇贤乡等乡镇，应对耕地进行重点保护，通过整治改良提升相对弱势。侧重保护区（36 个）：零星分布在江背镇、社富乡。耕地多的区域，积极发展规模化经营。耕地质量高的区域减少农药化肥使用；耕地生态较好的区域，培育可持续农业。资源优配区（33 个）：主要分布在西北部的枫边乡、鼎龙乡和高兴镇。耕地质量低的区域进行土地综合整治，提高耕地质量；耕地生态差的区域因地制宜实行生态退耕。调控改良区（54 个）：主要分布在北部的崇贤乡、城岗镇和南部的永丰镇、社富乡。耕地质量低的区域，采取土壤改良，提高耕地质量。耕地密度低的区域，严格非农建设。综合整治区（87 个）：主要分布在西部、北部、东部，零星分布在南部。针对耕地数量、质量和生态均处于低水平的区域，开展农田基础设施建设、农村建设用地整理等。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）耕地数量方面，空间差异性显著。呈现出由中部向外递减趋势，指数高的区域主要集中在中部、东北部，指数低的区域主要集中在西部、北部、东南部，与地形有较强关联。（2）耕地质量方面，空间分布差异显著。呈现出东北部、西北部、中南部高，西南部、中北部低的分布特征。兴国县耕地国家级平均利用等为6.45 等，耕地质量总体较好。（3）耕地生态方面，空间分布差异不显著。高值区域空间分布散乱，低值区主要分布在中心城区周边及西部、北部，城区周边受人类活动影响较大；西部和北部受地形影响大。（4）耕地“三位一体”生态位适宜度指数空间分布差异明显。呈现中部、东北部、西北部高，西部、中北部低，局部零星分布特征。乡镇间差异较大，镇内各村庄存在一定差异。（5）将耕地“三位一体”保护区划分为6 个区：核心保护区、重点保护区、侧重保护区、资源优配区、调控改良区和综合整治区。根据不同分区提出具体整治措施和保护建议。

4.2 讨论

本研究采用熵值法改进的CRITIC 法确定指标权重，采用生态位适宜度评价综合指数，采用三维魔方分类法划分耕地保护分区，评价结果符合实际，验证了方法的适用性。