胡智毅,范亞南

(1.廣州藍(lán)圖地理信息技術(shù)有限公司，廣東廣州 510000；2.廣東省土地調(diào)查規(guī)劃院，廣東廣州 510000)

在快速發(fā)展的新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的背景下，規(guī)模不斷擴(kuò)大的建設(shè)用地不可避免地仍將繼續(xù)占用大量耕地，廣東省建設(shè)用地與農(nóng)用地之間的矛盾尤為突出，為加強(qiáng)耕地保護(hù)，全國進(jìn)行10余年耕地占補(bǔ)平衡政策。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為耕地占補(bǔ)平衡政策對我國耕地保護(hù)起到了積極作用，但是也有部分學(xué)者提出相應(yīng)的質(zhì)疑與改進(jìn)意見[1-2]，伴隨著耕地占補(bǔ)平衡的研究日益豐富[3-4]，耕地占補(bǔ)平衡的內(nèi)涵逐漸完善，耕地質(zhì)量占補(bǔ)平衡受到重視。耕地占補(bǔ)平衡過程中多占用水資源豐富、適宜于農(nóng)業(yè)的耕地，而補(bǔ)充的新增耕地多處于水資源匱乏、不適宜于農(nóng)業(yè)耕種的地區(qū)[5]，占補(bǔ)過程的耕地類型和質(zhì)量不對等對我國的糧食及生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。黨中央、國務(wù)院關(guān)于最嚴(yán)格耕地保護(hù)制度的總體要求，明確關(guān)于建設(shè)占用耕地要“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田”的規(guī)定，進(jìn)一步挖掘耕地后備資源，解決占補(bǔ)平衡過程中水田補(bǔ)充不足的問題。

為進(jìn)一步挖掘耕地后備資源，實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡“占水田補(bǔ)水田”的目標(biāo)，廣東省采取將等同數(shù)量的旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地改造為水田的方式間接開發(fā)新增水田，該方式稱為旱地改水田項(xiàng)目(以下簡稱“旱改水”項(xiàng)目)?，F(xiàn)階段“旱改水”項(xiàng)目的相關(guān)研究較少，部分學(xué)者利用“旱改水”的極限值[6-7]，探討“旱改水”的潛力[8-9]、農(nóng)業(yè)種植最優(yōu)結(jié)構(gòu)[10-12]，但存在無法確定具體田塊是否適宜于改造為水田的局限；也有學(xué)者以“旱改水”項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況為基礎(chǔ)，構(gòu)建“旱改水”適宜性評價(jià)體系[13-14]，缺少系統(tǒng)梳理與科學(xué)論證，無法應(yīng)用于實(shí)踐。在“旱改水”項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，新增水田的適宜性評價(jià)體系構(gòu)建是關(guān)鍵問題。筆者以廣東省為研究區(qū)域，以 GIS空間分析技術(shù)為支撐,以現(xiàn)行的耕地質(zhì)量分等成果為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者們關(guān)于水田的研究及廣東省區(qū)域特色，將層次分析法與特爾菲法相結(jié)合[15]，構(gòu)建了科學(xué)性、實(shí)用性強(qiáng)的廣東省新增水田適宜性評價(jià)指標(biāo)體系，以期為旱地改水田項(xiàng)目提供理論依據(jù)，緩解耕地質(zhì)量下降和耕地類型結(jié)構(gòu)破壞所帶來的糧食與生態(tài)安全壓力。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)域基本概況廣東省位于 109°45′～117°20′E、20°13′～25°31′N，東西最大間距約 800 km，南北最大間距約 600 km。全省陸地總面積為 17.98 萬km2，約占全國陸地面積的1.85%。根據(jù)2014年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東省耕地總面積為262.55萬hm2，其中水田166.39萬hm2，占總量的63.37%；水澆地11.91萬hm2，占總量的4.54%；旱地84.25萬hm2，占總量的32.09%。2013年廣東全省旱地、可調(diào)整地類、未利用，現(xiàn)有補(bǔ)充耕地共765 870個(gè)圖斑，總面積為146.30萬hm2，具體分布情況如圖1所示。廣東水資源相當(dāng)豐富，年降水總量為3 194億m3，河川徑流總量為1 819億m3，加上鄰省從西江和韓江等流入廣東的客水量為2 330億m3，此外還有深層地下水60億m3，可供開采的人均水資源占有量達(dá)4 735 m3，遠(yuǎn)高于我國平均水平。

廣東省2014年底共有耕地262.55萬hm2，人均耕地為246.67 m2/人，低于全國人均耕地水平(966.67 m2/人)。為了實(shí)現(xiàn)“占一補(bǔ)一”的要求，嚴(yán)格執(zhí)行耕地保護(hù)目標(biāo)，廣東省2008—2013年補(bǔ)充耕地14.66萬hm2以上，目前已儲(chǔ)備可用于占補(bǔ)平衡的耕地指標(biāo)有12.00萬hm2以上，位列全國第二，但受可開發(fā)資源稟賦所限，全省儲(chǔ)備的耕地指標(biāo)中水田、水澆地較少，難以滿足“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田”的新要求?！笆濉逼陂g，全省建設(shè)項(xiàng)目承諾補(bǔ)充耕地但尚未落實(shí)補(bǔ)充的有水田5 704.48 hm2、水澆地995.79 hm2；未落實(shí)補(bǔ)充的優(yōu)等地2 156.33 hm2、高等地4 016.27 hm2。

圖1 2013年廣東省旱地、未利用地、可調(diào)整地類、現(xiàn)有補(bǔ)充耕地分布Fig.1 The distribution of dry land,adjustable land,unused land and existing supplementary cultivated land of Guangdong Province in 2013

1.2數(shù)據(jù)來源該研究采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有2011—2014年全省各縣(市、區(qū))土地利用變更數(shù)據(jù)更新包、2014年全省各縣(市、區(qū))土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)、全省各縣(市、區(qū))土地整治規(guī)劃(2011—2015年)、2013年全省各縣(市、區(qū))耕地質(zhì)量年度更新成果、廣東省1∶50萬DEM數(shù)字高程模型等；社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于2015年廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒；水資源相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用2010—2015年各年度水資源年報(bào)數(shù)據(jù)。其他基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括道路、居民點(diǎn)、土壤、水系、水位等空間信息。

1.3研究方法

1.3.1評價(jià)指標(biāo)選取原則。評價(jià)指標(biāo)的選取是整個(gè)適宜性評價(jià)的基礎(chǔ)。該研究遵循以下原則：①穩(wěn)定性原則。指標(biāo)選取時(shí)，考慮旱地及耕地后備資源開發(fā)過程影響穩(wěn)定的因子，如坡度、高程等，這類因子開發(fā)過程中本身屬性改變不大，對新增水田適宜性的影響持續(xù)穩(wěn)定。②主要相關(guān)性原則。充分考慮對新增水田適宜性主要影響的因子，如水源距離、田面坡度等這類因子與是否適宜于新增水田具有較強(qiáng)的相關(guān)性。③實(shí)際可用性原則。在科學(xué)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，選取便于獲取、便于應(yīng)用到實(shí)際“旱改水”項(xiàng)目的因子，如灌溉保證率、有機(jī)質(zhì)含量等耕地質(zhì)量年度更新成果中的因子，便于“旱改水”項(xiàng)目的開展和成果銜接。

1.3.2評價(jià)指標(biāo)選取方法。指標(biāo)選取采用改進(jìn)專家調(diào)查法，在“旱改水”相關(guān)研究與著作中，統(tǒng)計(jì)各位專家在“旱改水”領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的指標(biāo)因子作為初選指標(biāo)因子。具體方法：在“中國知網(wǎng)(CNKI)”以“旱地改水田”“旱改水”“土地后備資源”為檢索詞，搜集統(tǒng)計(jì)2000年至今的國內(nèi)期刊、學(xué)位論文中新增水田適宜性相關(guān)指標(biāo)因子；同時(shí)參考耕地質(zhì)量年度更新、廣東省旱地改水田工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及廣東省實(shí)行文件及關(guān)于廣東省區(qū)域特色研究相關(guān)論文初步選取廣東省新增水田適宜性評價(jià)指標(biāo)因子。進(jìn)一步結(jié)合特爾斐法，以文獻(xiàn)查閱的初選指標(biāo)為基礎(chǔ)，詢問專家指標(biāo)因子中重要性程度最高的5個(gè)指標(biāo)，并以重要性排序，制定相應(yīng)的專家意見咨詢表，向土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)領(lǐng)域的共10位專家進(jìn)行咨詢。基于指標(biāo)選取原則及專家推薦指標(biāo)頻率，根據(jù)層次分析法理論，建立評價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)，對初選指標(biāo)通過兩兩比較重要程度進(jìn)行判斷評分，利用計(jì)算矩陣的特征向量來確定各指標(biāo)對上層指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，將出現(xiàn)頻率小于3次或貢獻(xiàn)程度小于0.05的指標(biāo)舍去，最終確定灌溉保證率、田面坡度、剖面結(jié)構(gòu)、田塊規(guī)格、地形坡度5個(gè)指標(biāo)(表1)。

1.3.3評價(jià)指標(biāo)分級(jí)與權(quán)重確定。為兼顧適宜性評價(jià)的科學(xué)性與實(shí)用性，該研究參照耕地年度更新指標(biāo)體系分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，鐘對廣東省新增水田開發(fā)實(shí)際，對確立的5個(gè)評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并確定其對應(yīng)的等級(jí)指數(shù)。適宜性評價(jià)因子權(quán)重的確定過程：通過制定專家咨詢表，詢問評價(jià)各指標(biāo)重要性，以專家咨詢表指標(biāo)重要性排名及出現(xiàn)頻率進(jìn)而構(gòu)建其判斷矩陣；對矩陣進(jìn)行歸一化處理，求解該判斷矩陣的特征向量和最大特征值，依據(jù)所求特征向量對其進(jìn)行層次總排序和層次單排序；對結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，利用同一層中所有層次單排序的結(jié)果，計(jì)算針對上一層次而言的本層中所有因子的重要性權(quán)值。該過程中，一致性檢驗(yàn)尤為重要，因?yàn)橥ǔＳ捎谟绊懸蜃颖旧淼膹?fù)雜性和計(jì)算過程的理想化，導(dǎo)致在運(yùn)用層次分析法進(jìn)行權(quán)值計(jì)算時(shí)往往存在一定的誤差，如果不進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，則得到因子的權(quán)重可能超出合理的范圍甚至謬誤。因此，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性和隨機(jī)性檢驗(yàn)[16-18]，檢驗(yàn)公式為:

Q=(Umax-N)/[D×(N-1)]

(1)

式中，Q為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；Umax為判斷矩陣的最大特征根；N為判斷矩陣的階數(shù)；Umax-N稱為判斷矩陣的一致性指標(biāo)；D為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，根據(jù)所構(gòu)建的矩陣階數(shù)，取 1.12。當(dāng)Q<0.1 時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)數(shù)分配合理。最終確定廣東省“旱改水”項(xiàng)目新增水田適宜性評價(jià)體系見表1。

表1 廣東省新增水田適宜性評價(jià)指標(biāo)

1.3.4評價(jià)模型的構(gòu)建。根據(jù)以上確定的各參評因子權(quán)重及各因子分級(jí)的等級(jí)指數(shù)，建立未利用地開發(fā)適宜性評價(jià)綜合分值的數(shù)學(xué)計(jì)算模型如下：

(2)

式中，Cj表示第j個(gè)評價(jià)單元的綜合分值；Aij表示第j個(gè)評價(jià)單元第i個(gè)因子的等級(jí)指數(shù)；Bi表示第i個(gè)評價(jià)因子的權(quán)重；n表示評價(jià)因子的總個(gè)數(shù)；t表示評價(jià)單元的總個(gè)數(shù)?；谑?2)，以廣東省區(qū)域內(nèi)獨(dú)立的地類圖斑為評價(jià)單元，借助ArcGIS 10.2地理信息平臺(tái)，對評價(jià)單元各評價(jià)指標(biāo)等級(jí)指數(shù)與相應(yīng)權(quán)重的乘積進(jìn)行加和，得到評價(jià)單元的綜合分值，并將其劃分為最適宜(綜合得分≥90)、中等適宜(70≤綜合得分<90)、勉強(qiáng)適宜(60≤綜合得分<70)、不適宜(綜合得分<50)4個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1新增水田、水澆地評價(jià)分析水田是指用于種植水稻等水生農(nóng)作物的耕地，包括實(shí)行水生、旱生農(nóng)作物輪種的耕地。旱地是指無灌溉設(shè)施，靠天然降雨種植旱作物的耕地，包括沒有灌溉設(shè)施，僅靠引洪淤灌的耕地。水澆地，指水田、菜地以外，有水源保證和灌溉設(shè)施，在一般年景能正常灌溉的耕地。該研究中新增水田定義為：在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)技術(shù)與實(shí)際可行的基礎(chǔ)上，通過人為的土地整治，將旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地改造為可實(shí)際利用的水稻等水生農(nóng)作物的耕地。至今廣東省尚未開展“旱改水”工程試點(diǎn)項(xiàng)目，2013年廣東省更新地類圖斑中水田與水澆地屬非工程“自然”形成，可認(rèn)定此類田塊經(jīng)過人為的土地整治改造成可實(shí)際利用的水稻等水生農(nóng)作物的耕地可能性極大，其“旱改水”工程新增水田的適宜性程度較高。

利用ArcGIS 10.2篩選出2012年廣東省土地利用變更增量包地類類型為旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地且2013年廣東省土地利用變更增量包地類類型為水田、水澆地的田塊單元，共2 359個(gè)田塊單元，其中水田119個(gè)，水澆地2 240個(gè)，主要分布珠三角平原地區(qū)；并聯(lián)合2013年廣東省耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行適宜性評價(jià)。其中最適宜單元509個(gè)，占21%；適宜單元1 646個(gè)，占70%；勉強(qiáng)適宜161個(gè)，占7%；不適宜單元43個(gè)，占2%。具體分布情況見圖2。

圖2 2013年地類更新水田、水澆地新增水田適宜性程度百分比分布Fig.2 The percentage distribution of suitability of paddy field and new paddy field in 2013

2013年廣東省土地利用變更增量包地類類型為水田、水澆地的田塊單元，很大一部分空間分布在廣東省珠三角沿海平原區(qū)域，主要是由此區(qū)域地勢平緩、水資源充足所決定的；其他區(qū)域由地形坡度等條件限制出現(xiàn)“自然”而成的新增水田數(shù)量較少，其他具體分布見圖3。

由圖3可知，2013年地類更新水田、水澆地新增水田適宜性程度為最適宜和適宜單元占90%，可見，該適宜性評價(jià)方法準(zhǔn)確性較高，能滿足“旱改水”工程項(xiàng)目的實(shí)際需要。10%田塊單元適宜性程度為勉強(qiáng)適宜和不適宜，其主要由田塊規(guī)模過小、地形坡度過大從而使“旱改水”工程實(shí)施經(jīng)濟(jì)成本過大而導(dǎo)致。勉強(qiáng)適宜和不適宜的204單元中，186個(gè)單元田塊規(guī)模得分為10～30分，田塊規(guī)模多處于900 m2以下；23個(gè)單元地形坡度得分為60分，地形坡度處于8°～15°。

2.2評價(jià)結(jié)果分析提取2013年耕地旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地，共765 870個(gè)土地單元，總面積1 463 008 hm2。通過適宜性評價(jià)，計(jì)算得最適宜單元123 082個(gè)，總面積366 142 hm2，占評價(jià)對象總面積的25.03%；適宜單元244 490個(gè)，總面積419 483 hm2，占評價(jià)對象總面積的28.67%；勉強(qiáng)適宜單元225 878個(gè)，總面積497 581 hm2，占評價(jià)對象總面積的34.01%；不適宜單元172 420個(gè)，總面積179 800 hm2，占評價(jià)對象總面積的12.29%；各地級(jí)市分布具體情況見表2。

圖3 2013年地類更新水田、水澆地新增水田適宜性程度空間分布Fig.3 The spatial distribution of suitability of paddy field and new paddy field in 2013

通過分析各地級(jí)市區(qū)域內(nèi)新增水田適宜性程度為最適宜、適宜田塊單元面積占廣東省總最適宜、適宜田塊面積的百分比，將廣東省行政地級(jí)市區(qū)域按上述面積百分比按0～5%、5%～10%、10%以上劃分為3個(gè)“旱改水”項(xiàng)目重點(diǎn)等級(jí)，其具體空間分布情況見圖4。廣東省“旱改水”項(xiàng)目的重點(diǎn)區(qū)域主要在湛江市、茂名市、云浮市、肇慶市、江門市、廣州市等區(qū)域，由這些區(qū)域旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地總面積大，且“旱改水”工程后新增水田的面積占全省總面積的比例較大所決定的；韶關(guān)市、惠州市、東莞市、深圳市、汕尾市、潮州市等區(qū)域“旱改水”項(xiàng)目新增水田面積有限，其本身旱地及耕地面積較少，是導(dǎo)致其面積比不足5%的主要原因。以深圳市為例，位于珠三角平原的深圳地勢平坦、水資源豐富，經(jīng)評價(jià)其旱地及耕地后備資源中有占總面積比75%的田塊適宜于土地整治為新增水田，但由于深圳市旱地及耕地后備資源總面積小，其總適宜新增水田的面積僅占廣東省適宜新增水田面積的0.008%。

表2 廣東省適宜性評價(jià)各地級(jí)市情況

圖4 “旱改水”項(xiàng)目新增水田重點(diǎn)地級(jí)市分布Fig.4 Key prefecture-level city distribution of new paddy field in ‘dry land is changed to paddy fields’ project

“旱改水”項(xiàng)目的直接實(shí)際意義是達(dá)到耕地占卜平衡“占水田補(bǔ)水田”的最新要求。理論上不計(jì)成本的經(jīng)濟(jì)投入，任何土地單元都可以改造成水田，該研究的實(shí)際意義是在現(xiàn)階段科技水平下，篩選出最易于改造的旱地及耕地后備資源，同時(shí)滿足廣東省耕地占補(bǔ)平衡需補(bǔ)充的水田數(shù)量。通過“旱改水”工程新增水田適宜性評價(jià)指標(biāo)對2013年廣東耕地質(zhì)量中旱地及可調(diào)整地類進(jìn)行適宜性評價(jià)，估算廣東省新增水田潛力是否滿足于補(bǔ)充新增水田要求以驗(yàn)證該研究的實(shí)用性。通過分析2011—2014年廣東省建設(shè)用地占用地類，可知被占用的水田占耕地面積比重為56.73%；該研究適宜性評價(jià)出廣東省新增水田最適宜單元和適宜單元占總面積百分比之和為54%，基本上滿足補(bǔ)充建設(shè)用地占用水田面積的需求。

3 結(jié)論與討論

現(xiàn)階段國內(nèi)關(guān)于“旱改水”項(xiàng)目新增水田的研究較少，相關(guān)研究主要集中在土地后備資源的適宜性評價(jià)[19]、潛力[20]、分區(qū)[21]、生態(tài)環(huán)境[22]等方面以及水資源與耕地相關(guān)研究方面[23]。該研究以廣東省旱地、可調(diào)整地類、未利用地以及現(xiàn)有補(bǔ)充耕地為評價(jià)對象，借鑒土地后備資源、水資源與耕地相關(guān)研究方法，將層次分析法與特爾菲法相結(jié)合，選取灌溉保證率、地形坡度、田面坡度、有機(jī)質(zhì)含量、田塊規(guī)模5個(gè)具體指標(biāo)，構(gòu)建了廣東省“旱改水”項(xiàng)目新增水田適宜性評價(jià)模型，并通過廣東省新增水田評價(jià)與實(shí)際情況比較驗(yàn)證該方法的科學(xué)性和實(shí)用性。目前，新增水田適宜性評價(jià)工作還沒有統(tǒng)一的方法，該研究適宜性評價(jià)方法較劉正國等[14]在江西省試點(diǎn)“旱改水”項(xiàng)目適宜性評價(jià)方法及王君[13]在湖南省華容縣“旱改水”項(xiàng)目適宜性評價(jià)方法，側(cè)重于廣東省區(qū)域特色，同時(shí)注重與耕地質(zhì)量年度更新成果結(jié)合，更具備廣東省區(qū)域研究科學(xué)實(shí)用性。該研究方法對于廣東省即將開展的“旱改水”項(xiàng)目具有指導(dǎo)意義，同時(shí)可為新增水田的研究、“旱改水”潛力測算及分區(qū)、耕地占卜平衡完善等提供參考。

“旱改水”項(xiàng)目新增水田適宜性評價(jià)方法僅僅是耕地占卜平衡完善的前期研究，為更好地完成耕地占卜平衡，在今后的研究工作中，需要進(jìn)一步進(jìn)行“旱改水”項(xiàng)目潛力測算及分區(qū)，提供實(shí)際科學(xué)的方法，以緩解耕地質(zhì)量下降和耕地類型結(jié)構(gòu)破壞所帶來的糧食與生態(tài)安全壓力。

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