崔 勇，劉志偉

（1.中國城市發(fā)展研究院，北京 100045； 2.北京未來科技城開發(fā)建設(shè)有限公司，北京 102209）

基于GIS的北京市懷柔區(qū)高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價研究

崔 勇1，劉志偉2

（1.中國城市發(fā)展研究院，北京 100045； 2.北京未來科技城開發(fā)建設(shè)有限公司，北京 102209）

研究目的：探索基于GIS空間分析技術(shù)的高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價方法，為高標準基本農(nóng)田建設(shè)范圍選擇提供依據(jù)。研究方法：多因素分析法，層次分析法和GIS技術(shù)。研究結(jié)果：（1）以北京市懷柔區(qū)為例，選擇合理的評價指標，構(gòu)建高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價體系；（2）根據(jù)評價體系，通過GIS空間分析技術(shù)將各評價指標進行空間疊加，得到高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價等級。研究結(jié)論：通過實地踏勘表明，該評價方法具有一定的科學(xué)性和可操作性，評價結(jié)果定量直觀，不僅能夠減少人為因素的干擾，同時可快速選擇高標準基本農(nóng)田建設(shè)范圍。

土地評價；級別劃分；GIS；多因素分析法；層次分析法；高標準基本農(nóng)田；土地整治規(guī)劃

1 前言

隨著中國城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，土地資源供需矛盾日益突出，糧食安全問題日益凸顯。開展農(nóng)村土地整治，大規(guī)模建設(shè)旱澇保收高標準農(nóng)田是中國當(dāng)前重要的戰(zhàn)略舉措[1]。經(jīng)國務(wù)院批準正式頒布實施的《全國土地整治規(guī)劃（2011－2015年）》提出了2015年建成2666.7×104hm2、2020年建成5333.3×104hm2高標準基本農(nóng)田的目標[2]。高標準基本農(nóng)田建設(shè)成為未來一段時期土地整治工作的重要內(nèi)容，能夠推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化經(jīng)營，保障國家糧食安全，也能緩解保障發(fā)展和保護資源的雙重壓力。

目前，高標準基本農(nóng)田建設(shè)在全國剛拉開序幕，可借鑒的方法與理論較少[3]。王新盼[4]、薛劍[5]、鄭世杰[3]等通過構(gòu)建綜合評價指標體系，分析基本農(nóng)田質(zhì)量現(xiàn)狀及其限制因子可改造程度，來劃定高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜區(qū)域，但對集中連片、形態(tài)穩(wěn)定、城鎮(zhèn)發(fā)展等因素重視不夠。與基本農(nóng)田相比，高標準基本農(nóng)田在建設(shè)內(nèi)容和要求上有了更進一步的提升和擴展，突出表現(xiàn)在要集中連片、形態(tài)穩(wěn)定等方面[6]。因此，本文以北京市懷柔區(qū)為例，綜合考慮各種影響因素，采用ArcGIS分析工具，以基本農(nóng)田圖斑為評價單元，通過多因素分析法對懷柔區(qū)基本農(nóng)田保護區(qū)進行適宜性評價，旨在建立一種簡易、科學(xué)、可操作性強的適宜性評價方法。

2 區(qū)域概況

懷柔區(qū)位于北京東北部，地處燕山南麓，華北平原北端，有平原、丘陵和山地、河谷及溝谷三種地貌類型，地形復(fù)雜多樣。全區(qū)總面積212250 hm2，其中平原區(qū)只占11%，山區(qū)占到89%。基本農(nóng)田保護區(qū)面積8067 hm2，其分布具有“平原—片狀、山區(qū)—帶狀”的特點：南部平原區(qū)基本農(nóng)田相對集中，呈片狀分布，面積占到基本農(nóng)田總量的50%以上；北部山區(qū)基本農(nóng)田受山地地形的限制，分布較為零散，主要沿山谷、交通干道呈帶狀分布。

3 評價指標體系

3.1 指標體系的設(shè)計與篩選

評價指標的選取既要科學(xué)合理，又要能夠衡量整個研究區(qū)的適宜性，因此需遵循主導(dǎo)性、可行性、全面性和獨立性、地域差異性、動態(tài)可持續(xù)性等原則構(gòu)建評價指標體系。

高標準基本農(nóng)田不僅要具有“集中連片、設(shè)施配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強，與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方式相適應(yīng)”的特點，而且必須保證其長期、穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)用途，其“六大特性”是由自然質(zhì)量條件和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的好壞決定的，農(nóng)業(yè)用途的長期性及穩(wěn)定性則取決于區(qū)域的發(fā)展需要與功能定位。因此本文從“自然條件—基礎(chǔ)設(shè)施—區(qū)域發(fā)展”三方面構(gòu)建綜合評價指標體系（圖1）。

圖1 指標體系構(gòu)建分析圖Fig.1 Analysis and construction of index system

為了選取合理的評價指標，同時也為了簡化指標體系，依據(jù)構(gòu)建指標體系的原則對各影響因素進行分析和篩選：“自然條件”選取基本農(nóng)田連片性、耕地連片性、地形坡度、土壤質(zhì)量、地下水資源5個評價指標；“基礎(chǔ)設(shè)施”選取灌溉條件、排水條件、交通條件3個評價指標；“區(qū)域發(fā)展”選取功能分區(qū)、城鎮(zhèn)發(fā)展2個評價指標。這些指標不僅包括影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制因素，同時也反映了懷柔區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本態(tài)勢和土地利用的差異性，能夠有效反映高標準基本農(nóng)田建設(shè)潛力范圍的適應(yīng)性程度。

3.2 評價指標的獲取與分級

評價指標的等級劃分與賦值主要依據(jù)各指標對高標準基本農(nóng)田生產(chǎn)經(jīng)營效果的影響程度、指標數(shù)值出現(xiàn)的頻率、專家經(jīng)驗三個方面來確定。評價等級從低到高依次賦予0—100之間的分值。

3.2.1 基本農(nóng)田連片性 “連片性”是指同一質(zhì)量范圍（同一類型或等級，或某一等級以上，或某等級區(qū)間內(nèi)）地塊的相連程度[7]，同時也可以定義為相鄰程度，兩地塊在空間上相隔的距離越小，其連片性越高。破碎的、規(guī)模較小的田塊不利于高效利用及保護，因此選擇基本農(nóng)田連片性作為評價的重要指標。分析連片性的方法較多，但本文以圓形連片地塊為理想狀態(tài)，帶狀或零散地塊的連片性較差，因此采用核密度分析工具，以500 m的搜索半徑對懷柔區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）中的基本農(nóng)田保護區(qū)進行集中連片性分析，將基本農(nóng)田保護區(qū)連片性分析結(jié)果分為≤0.1、（0.1，0.3］、（0.3，0.5］、（0.5，0.7］、＞0.7這5個等級，賦值分別為20、40、60、80、100分。

3.2.2 耕地連片性 經(jīng)研究表明：若一塊耕地周圍耕地越多，相鄰?fù)恋乩脤υ摳剞r(nóng)耕用途可持續(xù)性影響越小，即該耕地與其相鄰?fù)恋乩妙愋偷倪m宜性越大[8]。同時也可以理解為相對零散的基本農(nóng)田周圍耕地越多，其農(nóng)耕用途的適宜性越大，則高標準基本農(nóng)田建設(shè)的適宜性越大。因此，選擇耕地連片性作為適宜性評價的指標。耕地連片性分析以懷柔區(qū)2010年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中的耕地為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用核密度分析工具，以800 m的搜索半徑進行連片性分析，將結(jié)果分為≤0.1、（0.1，0.3］、（0.3，0.5］、（0.5，0.7］、＞0.7這5個等級，賦值分別為20、40、60、80、100分。

3.2.3 地形坡度 根據(jù)地形坡度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，一般認為3°—7°是常規(guī)種植，15°以上是農(nóng)業(yè)機械化耕作的上限，25°以上為禁止區(qū)域，不適宜開墾。懷柔區(qū)2010年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中的坡度分級圖層將坡度分為5個等級，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行分等賦值，分為≤2°、（2°，6°］、（6°，15°］、（15°，25°］、＞25°這5個等級，可利用現(xiàn)在坡度分級數(shù)據(jù)進行分等賦值，賦值分別為100、80、50、10分和不適宜。

3.2.4 土壤質(zhì)量 土壤質(zhì)量數(shù)據(jù)采用懷柔區(qū)農(nóng)用地分等成果中的自然質(zhì)量等級，這樣不僅考慮了土壤條件，而且將氣候條件、生態(tài)環(huán)境條件等自然因素也包含在評價體系中，使其適宜性評價更具有全面性和科學(xué)性。由于現(xiàn)有農(nóng)用地分等成果時間較早，不能與評價單元相對應(yīng)，需要采用插值方法進行估算。本文采用普通克里金插值法估算基本農(nóng)田的土壤質(zhì)量，根據(jù)數(shù)據(jù)的分布特點采用log數(shù)據(jù)變換和二次多項式擬合進行插值，將插值后的土壤質(zhì)量分析結(jié)果分為≤7、（7，9］、（9，11］、（11，13］、＞13這5個等級，賦值分別為30、60、80、90、100分。

3.2.5 地下水資源 地下水資源是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，依據(jù)北京市水文地質(zhì)圖，地下含水巖組分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、巖漿巖類裂隙含水巖組、變質(zhì)巖類裂隙含水巖組5類，并結(jié)合其富水程度將地下水資源分為6個等級，具體等級與賦值見表1。

3.2.6 灌溉條件 農(nóng)田灌溉條件主要體現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水源保證程度和水利灌溉設(shè)施的完備程度，灌溉條件的好壞雖與灌溉渠系、動力設(shè)施狀況、水源狀況、地形條件、田塊的平整程度等密切相關(guān)，但主要受水利灌溉設(shè)施的限制。本文以懷柔區(qū)2010年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中地類圖斑為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將水田、水澆地分為Ⅰ等級，指有水源保證和灌溉設(shè)施，在一般年景能正常灌溉，賦值為100分；將除水田、水澆地以外其他地類分為Ⅱ等級，指無灌溉設(shè)施，主要靠天然降水或僅靠引洪淤灌種植，賦值為70分。

表1 地下水資源等級與分值Tab.1 Classification and score of groundwater resources

3.2.7 排水條件 農(nóng)田排水條件主要體現(xiàn)農(nóng)田抵御洪澇災(zāi)害和破壞性降水天氣的能力，是保證農(nóng)田穩(wěn)定生產(chǎn)的重要指標。排水條件的好壞雖受排水動力系統(tǒng)、地形條件、田塊的平整程度等多方面的影響，但主要受排水溝渠的限制。本文以懷柔區(qū)2010年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中的溝渠和河流水系為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行分級緩沖區(qū)分析，依據(jù)田塊到排水溝渠或河流水系的距離將排水條件分為4個等級，分別為≤500、（500，1000］、（1000，2000］、＞2000 m這4個等級，賦值分別為100、90、70、50分。

3.2.8 交通條件 交通條件不僅影響農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，也影響農(nóng)產(chǎn)品的交易和價值，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的條件。交通條件主要用道路的通達度來表示，體現(xiàn)道路交通的便捷程度。本文以懷柔區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）中現(xiàn)狀公路和改擴建公路為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行分級緩沖區(qū)分析，依據(jù)田塊距離公路的遠近，將交通條件分為≤500、（500，1000］、（1000，2000］、（2000，3000］、＞3000 m這5個等級，賦值分別為100、90、70、50、20分。

3.2.9 功能分區(qū) 懷柔新城規(guī)劃（2005—2020年）以堅持生態(tài)保育、生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)建設(shè)并重為原則，以營造健康人居環(huán)境、發(fā)展綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)為目標，發(fā)揮比較優(yōu)勢，將全區(qū)劃分為6個生態(tài)經(jīng)濟功能區(qū)。該指標根據(jù)功能分區(qū)的職能進行分等賦值（表2）。

表2 功能分區(qū)指標等級與分值Tab.2 Classification and score of function subareas

3.2.10 城鎮(zhèn)發(fā)展 懷柔新城規(guī)劃（2005—2020年）以公路干線為城鎮(zhèn)發(fā)展主要軸線，構(gòu)建“新城—重點鎮(zhèn)—一般鎮(zhèn)”的城鎮(zhèn)用地格局，合理安排城鎮(zhèn)用地需求，并結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)所處的區(qū)位條件、自然資源條件、人文環(huán)境特征以及發(fā)展基礎(chǔ)，將懷柔區(qū)的城鎮(zhèn)空間布局分為南部新城地區(qū)、中西部生態(tài)旅游型小城鎮(zhèn)、北部山區(qū)生態(tài)型小城鎮(zhèn)三個特征區(qū)域。該指標根據(jù)特征區(qū)域、城鎮(zhèn)體系的發(fā)展需求進行分等賦值（表3）。

表3 城鎮(zhèn)發(fā)展指標等級與分值Tab.3 Classification and score of urban development

4 評價方法

4.1 劃分評價單元

土地評價單元是土地適宜性評價中數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和成果表示的最基本地塊，具有這樣一個特性：單元內(nèi)具有最大同質(zhì)性，單元間應(yīng)能區(qū)分一定精度要求下的最小差別[9]。其劃分方法主要有疊置法、地塊法、網(wǎng)格法、多邊形法等。為了方便柵格計算，在ArcGIS疊加分析過程中采用網(wǎng)格法，以10 m×10 m的柵格單元為評價單元；為方便查詢田塊和準確統(tǒng)計田塊面積，評價結(jié)果則采用地塊法，以土地利用總體規(guī)劃中的基本農(nóng)田圖斑為評價單元。

4.2 確定指標權(quán)重

高標準基本農(nóng)田具有“六大特點”，既應(yīng)選擇自然條件好、基礎(chǔ)設(shè)施完善、集中連片性高的田塊，又應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐某擎?zhèn)發(fā)展，帶有一定的主觀性，故選用層次分析法確定權(quán)重。

指標的權(quán)重是綜合評價的重要信息，應(yīng)根據(jù)指標的相對重要性即指標對綜合評價的貢獻而確定[10]。在構(gòu)建判斷矩陣時，應(yīng)以建設(shè)高標準基本農(nóng)田為總目標，對各評價指標進行兩兩比較，采用1—9標度法判斷其相對重要程度構(gòu)建判斷矩陣。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整判斷矩陣，并通過一致性檢驗CR≤0.1，得到各評價指標的權(quán)重。

表4 各評價指標的權(quán)重Tab.4 The weight of each evaluation index

4.3 選擇評價模型

根據(jù)各指標的影響權(quán)重和各指標的分等賦值，應(yīng)用加權(quán)求和模型計算各評價單元的綜合得分，其模型公式為：

式1中，Si表示第i個評價單元的疊加得分；Pij表示第i個評價單元第j個評價因子的分值；Wj表示第j個評價因子的權(quán)重。

利用ArcGIS的Cell Statistics統(tǒng)計方法，將各指標分等賦值后的柵格圖層進行加權(quán)計算，則得到各柵格單元的總分值。然后以基本農(nóng)田圖斑為評價單元，選擇ArcGIS的Majority統(tǒng)計方法進行分類區(qū)統(tǒng)計，將統(tǒng)計結(jié)果對應(yīng)賦值于基本農(nóng)田圖斑，則得到各評價單元的適宜性評價得分。

4.4 劃分評價等級

根據(jù)評價單元的綜合得分進行適宜性等級劃分，得到各評價單元的適宜性程度。Natural Breaks（Jenks）方法是基于數(shù)據(jù)內(nèi)部的內(nèi)在聯(lián)系進行自然分組，旨在最大化組間差距并最優(yōu)化組內(nèi)相似值[11]。利用該方法并綜合考慮指標分等賦值區(qū)間的劃分，將懷柔區(qū)基本農(nóng)田分為6個等級，一級為最適合建設(shè)高標準基本農(nóng)田，六級為最不適合建設(shè)高標準基本農(nóng)田（表5）。

表5 適宜性評價等級劃分Tab.5 The distribution of suitability evaluation level

5 結(jié)果與分析

5.1 評價結(jié)果

將各評價單元進行適宜性評價等級劃分以后，得到懷柔區(qū)高標準基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價分析圖（圖2，封三）和懷柔區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本農(nóng)田適宜性等級統(tǒng)計數(shù)據(jù)（圖3，封三），從圖中可以看到每個基本農(nóng)田圖斑及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜性分布情況。

根據(jù)適宜性評價結(jié)果，適宜性程度在三級以上的基本農(nóng)田面積為4194.69 hm2，占73%，主要位于基本農(nóng)田連片性較高、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較好、灌溉設(shè)施較完善的南部平原區(qū)和北部較平整的山谷內(nèi)。其中，非常適宜部分占35%，主要分布在南部的北房鎮(zhèn)、橋梓鎮(zhèn)和楊宋鎮(zhèn)；較適宜部分占18%，主要分布在寶山鎮(zhèn)、渤海鎮(zhèn)、長哨營滿族鄉(xiāng)、懷北鎮(zhèn)、橋梓鎮(zhèn)和湯河口鎮(zhèn)；適宜部分占20%，主要分布在長哨營滿族鄉(xiāng)、喇叭溝門滿族鄉(xiāng)和湯河口鎮(zhèn)；適宜性程度低的區(qū)域則位于基本農(nóng)田分布零星、灌排條件較差的北部山區(qū)。

5.2 結(jié)論分析

本文沿用多指標綜合評價的思路，根據(jù)高標準基本農(nóng)田的“六大特點”，從“自然條件—基礎(chǔ)設(shè)施—區(qū)域發(fā)展”三個方面入手，選取10個指標來構(gòu)建評價指標體系。同時數(shù)據(jù)的處理采用GIS技術(shù)，空間分析以柵格單元為最小單元進行計算，評價結(jié)果則以基本農(nóng)田圖斑為評價單元進行分等、統(tǒng)計，在指標圖層分等賦值過程中還采用了核密度分析、普通克里金插值法、分級緩沖區(qū)分析等多種方法，提高了評價結(jié)果的精確度。

利用上述方法對懷柔區(qū)基本農(nóng)田圖斑進行適宜性評價，評價結(jié)果定量直觀，可以得到每個圖斑的適宜性程度，同時也表明利用GIS技術(shù)可以快速有效地對高標準基本農(nóng)田建設(shè)潛力范圍進行評價，可為其他地區(qū)高標準基本農(nóng)田建設(shè)潛力范圍適宜性評價提供借鑒。

（References）：

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［4］王新盼，姜廣輝，張瑞娟，等.高標準基本農(nóng)田建設(shè)區(qū)域劃定方法［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（10）：241-250.

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（本文責(zé)編：仲濟香）

A GIS-based Approach for Suitability Evaluation of High Standard Primary Farmland Consolidation: A Case from Huairou in Beijing

CUI Yong1, LIU Zhi-wei2
（1. China City Development Academy, Beijing 100045, China; 2. Beijing Future Science and Technology Park Development & Construction Co., Ltd., Beijing 102209, China）

The purpose of this paper is to explore a suitability evaluation method based on the approach of GIS for evaluating the primary farmland consolidation. Methods employed include multiple factor analysis, analytic hierarchy process and GIS technology. The results indicate that 1） the study finds out a reasonable evaluation index and constructs a suitable evaluation system for farmland consolidation in Huairou city of Beijing District; 2） According to the evaluation system, the evaluation indexes of the spatial are overlaid through the GIS spatial analysis technology, getting suitable evaluation grades of the well-facilitied capital farmland. It is concluded that the evaluation method is scientific and operable and the evaluation result is quantitative and intuitionistic. Therefore it not only can reduce the intervention by man-made factors, but also can quickly select the high standard farmland consolidation scope.

land assessment; gradation; GIS; multiple factor analysis; analytic hierarchy process（AHP）; high standard primary farmland; land consolidation planning

F301.23

A

1001-8158（2014）09-0076-06

2013-04-11

2014-07-26

崔勇（1985-），男，河北滄州人，碩士研究生。主要研究方向為土地資源管理、城市規(guī)劃。E-mail: cuiyongtk@163.com