周璐紅，曹瑞超，王盼婷

（1.長安大學(xué) 土地工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.陜西省土地整治重點實驗室，陜西 西安 710054；3.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

農(nóng)業(yè)作為一種基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是人類生活必不可缺的食物和生活資料的主要來源，同時還在很大程度上支撐著國民經(jīng)濟的建設(shè)與發(fā)展。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅受氣候、水、土地和生物資源等多因素影響，還與區(qū)域土地資源承載力相關(guān)，其承載力大小不僅直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局，同時也決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的適宜程度。隨著科技水平的提高，我國農(nóng)業(yè)向集約化和規(guī)?；较虬l(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力顯著提升，然而人口的增加，也使土地資源問題隨之產(chǎn)生。土地資源承載力成為區(qū)域生態(tài)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此，探討在土地資源承載力約束下如何對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行適宜性評價對土地利用提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率等方面具有重要意義。

土地資源承載力是指一定時期內(nèi)，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有土地資源所承受人類活動的強度。目前有關(guān)土地資源承載力評價的研究，主要在評價方法及體系[1-2]、研究區(qū)域選擇[3]與時空變化[4-5]等方面有所不同。如Lane[6]認為土地資源承載力評價需考慮系統(tǒng)集成、動態(tài)反映、風(fēng)險程度等評估方法體系與未來空間規(guī)劃的相關(guān)性。就研究方法而言，目前主要采用層次分析法[7]、熵值法[8]、變異系數(shù)法[9]等。趙偉等[10]運用熵權(quán)TOSPSIS法對杭州市土地承載力進行評價并對承載力系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性進行了研究。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價是對研究區(qū)內(nèi)土地資源開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的適宜程度的綜合評定。目前有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價主要是基于國土空間規(guī)劃背景下，依據(jù)《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價指南（試行）》，結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況構(gòu)建評價指標體系并進行農(nóng)業(yè)用地適宜性評價[11-12]，同時應(yīng)用于其他土地類型[13]。 如傅幸之[14]對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價方法的演變過程進行了分析，并對評價指標進行了優(yōu)化，進而對阜陽市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性進行評價；張明達等[15]借助ArcGIS工具對云南省小?？Х确N植進行了生態(tài)適宜性評價和區(qū)劃研究。

作為當(dāng)前國土空間規(guī)劃領(lǐng)域的熱點研究課題，傳統(tǒng)的基于純數(shù)值進行的土地適宜性評價在表達空間尺度方面具有不足，而GIS的發(fā)展彌補了這一缺點，其空間疊加分析和統(tǒng)計等功能為適宜性評價提供了強大的技術(shù)支撐，將數(shù)值核算與空間數(shù)據(jù)處理有機結(jié)合進行評價，可得到直觀簡便可視的結(jié)果。因此，本文選取陜西省為研究區(qū)，在土地資源承載力的基礎(chǔ)上，運用GIS工具對其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性進行等級劃分，為區(qū)域優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、制訂不同適宜性等級的農(nóng)業(yè)用地利用政策提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

陜西省（105°29′E～111°15′E，31°42′N～39°35′N）位于中國西北內(nèi)陸地區(qū)，總面積為20.56萬km2。陜西省包括10個市，分別為位于陜北黃土高原的榆林市和延安市，位于關(guān)中平原的西安市、咸陽市、寶雞市、銅川市和渭南市，以及處于陜南秦巴山區(qū)的漢中市、安康市和商洛市。陜西省地勢南北高、中間低，由高原、山地、平原和盆地等多種地貌構(gòu)成，南北延伸達800 km，自北向南分別屬于溫帶、暖溫帶和北亞熱帶季風(fēng)氣候。陜西省地理位置獨特，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候環(huán)境、自然資源、地形等空間分異明顯。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 土地資源承載力指標數(shù)據(jù)來源

在現(xiàn)有土地資源承載力研究成果的基礎(chǔ)上，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價為最終目標，從不同測度出發(fā)并根據(jù)研究區(qū)域的特點，圍繞承載強度、承載效益以及承載潛力三個子系統(tǒng)進行評價指標體系的構(gòu)建（表1）。

表1 土地資源承載力指標體系

1.2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價指標數(shù)據(jù)來源

參照《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價指南（試行）》和研究區(qū)的實際情況，從耕作條件、供水條件、氣候條件、生產(chǎn)環(huán)境、氣象災(zāi)害和土地鹽漬化敏感性6個方面共選取了18項評價指標（表2）。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)；土壤數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺—國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心—土壤分中心；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺；水資源數(shù)據(jù)來源于水資源公報以及各市水利部門。

2 研究方法

2.1 極差標準化法

對具有不同量綱的指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，正向指標和負向指標分別用式（1）和（2）計算。

表2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價指標體系

式中：Xi為第i個指標原數(shù)據(jù)值；Xmax為第i個指標最大值；Xmin為第i個指標最小值。

2.2 均方差決策法

均方差決策法是根據(jù)指標數(shù)據(jù)之間的相對離散度來確定指標的權(quán)重。先計算決策矩陣中隨機變量Zij的均值，見式（3）；再求得Zj指標的均方差F(Zj)，見式（4）；最后得出j指標的權(quán)重Wj，見式（5）。

2.3 耦合協(xié)調(diào)度

耦合協(xié)調(diào)度可以分析事物的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，揭示系統(tǒng)之間的相互影響程度。首先計算各子系統(tǒng)（即本文的承載強度、承載效益、承載潛力三個子系統(tǒng)）的綜合效益評價，見式（6）～（8）；然后計算三個子系統(tǒng)的耦合度Cn，見式（9）；最后利用承載強度、承載效益和承載潛力三個子系統(tǒng)的綜合效益以及權(quán)重（α、β、θ），計算出綜合評價指數(shù)T，見式（10），進而得出系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度式（11），并根據(jù)分級表（表3）判定耦合協(xié)調(diào)度所處等級。

式中：f(x)、g(y)、h(z)分別代表承載強度、承載效益、承載潛力的綜合效益；x′、y′、z′分別代表承載強度、承載效益、承載潛力所包含的各指標標準化后的值；ai、bi、ci分別代表各指標的權(quán)重；n表示各子系統(tǒng)內(nèi)指標的數(shù)量；α、β、θ分別為各子系統(tǒng)的權(quán)重；T為系統(tǒng)綜合評價指數(shù)；D為系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度。

表3 耦合協(xié)調(diào)度分級

2.4 地塊破碎度

地塊破碎度主要是指地塊被分割的破碎程度，反映地塊圖斑面積的異質(zhì)性，斑塊的平均面積愈小，則表示其破碎度愈大[16]，見式（12）。

式中：M為地表破碎度指數(shù)；ai為第i個地塊的面積；N為耕地地塊總數(shù)量；Pi為第i個地塊的周長。

3 結(jié)果

3.1 土地資源承載力

采用均方差決策法計算表1中各項指標的權(quán)重。根據(jù)式（6）～（11），計算陜西省各市土地資源承載力及系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果見表4，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度分級表（表3），得到研究區(qū)各市耦合協(xié)調(diào)度所處階段。

從陜西省各市的評價結(jié)果看：（1）西安、榆林和漢中耦合協(xié)調(diào)度處于初級協(xié)調(diào)階段，說明承載力各子系統(tǒng)之間的相互作用不斷增強并向著有序的方向發(fā)展，西安與榆林的土地資源綜合承載力也位于陜西省各市前列。西安社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r最好，其單位土地產(chǎn)出領(lǐng)先于其他市，承載效益和承載潛力較高，但正因為其城市化水平較高，人口數(shù)量多，導(dǎo)致其承載強度較低。榆林位于陜西省的最北部，其地區(qū)生產(chǎn)總值較高且增速位于全省前列，轄區(qū)面積大且能源及礦產(chǎn)資源豐富，其承載強度為綜合承載力的貢獻程度最大。漢中是陜南地區(qū)最大的城市，生物資源豐富，經(jīng)濟發(fā)展近年呈現(xiàn)穩(wěn)定恢復(fù)、持續(xù)向好的趨勢，承載強度、承載效益和承載潛力無明顯短板。（2）銅川、寶雞、咸陽和延安耦合協(xié)調(diào)度處于勉強協(xié)調(diào)階段，綜合承載力都位居中等水平且差距不大，說明各系統(tǒng)要素較一致但仍有很大提升空間。其中，銅川承載效益為全省最低，表明對于優(yōu)勢條件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出效益的能力仍需進一步提高。（3）渭南和安康處于瀕臨失調(diào)階段，二者承載效益及承載潛力均處于較低水平，從而導(dǎo)致綜合承載力較低。渭南第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增速穩(wěn)定，經(jīng)濟發(fā)展較依賴于農(nóng)業(yè)，人均產(chǎn)值較落后，土地資源承載效益較低；安康土地垂直差異明顯，山地多，不利于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展，土地利用深度有較大的提升空間。（4）商洛處于輕度失調(diào)階段，說明承載力系統(tǒng)內(nèi)部各要素間的協(xié)調(diào)性較差，需要調(diào)整因社會經(jīng)濟活動所造成的土地資源壓力；商洛地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，人均交通用地面積少，園林綠化占比也有待提高，承載潛力最低，此外，其經(jīng)濟發(fā)展速度較慢，人均GDP位于全省后列，故承載效益不高，從而導(dǎo)致商洛的綜合承載力以及各子系統(tǒng)之間的耦合度較低。

表4 土地資源承載力及系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性

3.2.1 耕地地塊破碎度

根據(jù)式（12），計算陜西省各市的耕地地塊破碎度指數(shù)，分為[0～0.2)、[0.2～0.4)、[0.4～0.6)、[0.6～0.8)、[0.8～1]共5個等級，得到各市耕地破碎度等級分布（圖1）以及面積占比（表5）。

表5 陜西省各市耕地破碎度等級表

根據(jù)式（12），以各市為單位計算現(xiàn)狀耕地地塊破碎度指數(shù)，由結(jié)果可以得出：（1）榆林、延安、安康、商洛和漢中的耕地破碎度指數(shù)較高的面積占比較大，多于其他市，耕地地塊破碎程度較大。榆林和延安的未利用土地面積大，耕地后備資源豐富，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地表破碎；安康屬于土石山區(qū)，地貌以山地丘陵為主，面積占比超過90%；商洛地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌多為川垣丘陵，完整性好的地塊多分布于丹江谷地；漢中北臨秦嶺，南接大巴山，山地面積大，海拔較高，耕地主要分布在漢中盆地。（2）各市耕地破碎度指數(shù)在0.2～0.8之間的面積占比總體差距不大。其中銅川最高，銅川地形山谷相間，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此其破碎度指數(shù)中間等級和兩端等級分布起伏最小。（3）渭南和咸陽的耕地破碎度指數(shù)較低的面積占比最大，西安、寶雞、銅川次之。渭南和咸陽的山地面積小，河流沖積平原地帶寬闊，農(nóng)墾歷史久，耕地地塊較完整。西安、寶雞和銅川轄區(qū)范圍內(nèi)山地和平原的分布面積相當(dāng)，耕地總面積雖不是最大但分布較集中，因此三市的耕地地塊破碎度為適中水平。

圖1 陜西省各市耕地破碎度分布示意圖

3.2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價結(jié)果分析

采用層次分析法計算表2中各項指標的權(quán)重（表2），在土地資源承載力的基礎(chǔ)上，將各評價條件按照表2權(quán)重進行疊加運算并集成評價（圖2），再用耕地破碎度圖層（圖1）進行修正，分為高度適宜、較適宜、中等適宜、較不適宜、不適宜5級，最終得到陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價結(jié)果（圖3）。

陜北黃土高原區(qū)地理位置獨特，處于陜西省中北部，為半干旱和半濕潤以及非季風(fēng)區(qū)和季風(fēng)區(qū)的中間地帶，因此自然生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，農(nóng)業(yè)區(qū)位優(yōu)勢條件差，從而使得位于黃土高原區(qū)的榆林和延安的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性程度高的區(qū)域面積較小，多集中分布在河流周邊地區(qū)；位于陜西省中部的關(guān)中盆地，地勢平緩，水源豐富，土壤肥沃，因此西安、寶雞、銅川、咸陽、渭南的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性等級高的區(qū)域面積較大；位于陜西省南部的秦巴山區(qū)，地勢北陡南緩，中間有多處寬谷和盆地分布，該區(qū)易發(fā)生自然災(zāi)害，其種植業(yè)生產(chǎn)適宜性程度高的區(qū)域主要集中在漢江河谷盆地，面積大小次于關(guān)中平原地區(qū)。其中，陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度適宜區(qū)面積為9 903.75 km2，占總面積的4.82%；較適宜區(qū)面積為27 314.13 km2，比重為13.28%，二者均主要分布在關(guān)中平原地區(qū)以及陜南地區(qū)。中等適宜區(qū)面積為27 482.44 km2，占比為13.37%；較不適宜區(qū)面積為73 916.24 km2，占總面積的35.95%；不適宜區(qū)面積為66 995.44 km2，比重為32.58%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性水平較低的區(qū)域主要集中分布在陜北黃土高原地區(qū)。陜西省各市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性等級面積統(tǒng)計結(jié)果見表6。

3.2.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價結(jié)果驗證

從適宜性評價結(jié)果的五個等級中各隨機挑選兩個驗證點，將其評價等級與對應(yīng)坐標區(qū)域的衛(wèi)星影像進行對比（圖3）。驗證點1、6、7和9為平整耕地，驗證點3、5、8和10為山地，驗證點2和4為依山分布于谷地的小塊耕地?？梢园l(fā)現(xiàn)，驗證點的實際情況與評價等級吻合，說明評價結(jié)果的正確可靠。

圖3 陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價及驗證圖

圖2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性集成評價示意圖

表6 陜西省各市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性等級面積

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）由于陜西省自然環(huán)境條件比較復(fù)雜，社會經(jīng)濟發(fā)展程度差異較大，所以各市的土地資源承載力及其耦合協(xié)調(diào)度并沒有呈現(xiàn)出一個整體的趨勢，而是錯落分布。西安和榆林土地資源承載力最高，渭南最低；西安、榆林和漢中的土地資源承載系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度為初級協(xié)調(diào)，商洛為輕度失調(diào)。因此，各市要結(jié)合本地的實際情況，補足短板，促進土地資源的承載強度、承載效益、承載潛力三者之間的均衡，進而提高土地資源承載力。

（2）耕地地塊破碎度與區(qū)域地形地貌相關(guān)，陜西省縱跨緯度較大，地形地貌條件在省內(nèi)差異較大，特別是北部黃土高原區(qū)和南部秦巴山區(qū)，榆林、延安、安康、商洛和漢中耕地地塊破碎度高，破碎度較高的耕地占比大；西安、寶雞和銅川耕地地塊破碎度適中；渭南和咸陽耕地地塊破碎度較低。陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性總體上呈現(xiàn)出中部高—南北低的規(guī)律，渭南、咸陽、西安、寶雞和漢中適宜性程度高的區(qū)域以大片范圍分布，榆林、延安、銅川、商洛和安康適宜性程度高的區(qū)域多以小范圍集中分布。因此，既要將陜西省作為一個整體去統(tǒng)籌規(guī)劃資源配置以及開發(fā)利用，又要根據(jù)自然資源和社會經(jīng)濟現(xiàn)狀制定區(qū)域差異化發(fā)展戰(zhàn)略。

4.2 討論

本研究以陜西省為研究區(qū)域，選取相應(yīng)評價指標進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價，可為陜西省宏觀產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供參考，由于評價區(qū)域范圍較大以及相關(guān)評價數(shù)據(jù)獲取與處理具有一定難度，指標選取還有待更加完善，如在今后的研究中加入社會人文因素等定性指標，將其定量化處理，將會進一步提高評價的準確性。