基于GIS的北京市懷柔區高標準基本農田建設適宜性評價研究

崔 勇，劉志偉

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

基于GIS的北京市懷柔區高標準基本農田建設適宜性評價研究

崔 勇1，劉志偉2

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

研究目的：探索基于GIS空間分析技術的高標準基本農田建設適宜性評價方法，為高標準基本農田建設范圍選擇提供依據。研究方法：多因素分析法，層次分析法和GIS技術。研究結果：（1）以北京市懷柔區為例，選擇合理的評價指標，構建高標準基本農田建設適宜性評價體系；（2）根據評價體系，通過GIS空間分析技術將各評價指標進行空間疊加，得到高標準基本農田建設適宜性評價等級。研究結論：通過實地踏勘表明，該評價方法具有一定的科學性和可操作性，評價結果定量直觀，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田建設范圍。

土地評價；級別劃分；GIS；多因素分析法；層次分析法；高標準基本農田；土地整治規劃

1 前言

隨著中國城鎮化進程的不斷推進，土地資源供需矛盾日益突出，糧食安全問題日益凸顯。開展農村土地整治，大規模建設旱澇保收高標準農田是中國當前重要的戰略舉措[1]。經國務院批準正式頒布實施的《全國土地整治規劃（2011－2015年）》提出了2015年建成2666.7×104hm2、2020年建成5333.3×104hm2高標準基本農田的目標[2]。高標準基本農田建設成為未來一段時期土地整治工作的重要內容，能夠推進農業現代化經營，保障國家糧食安全，也能緩解保障發展和保護資源的雙重壓力。

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

2 區域概況

懷柔區位于北京東北部，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，地形復雜多樣。全區總面積212250 hm2，其中平原區只占11%，山區占到89%。基本農田保護區面積8067 hm2，其分布具有“平原—片狀、山區—帶狀”的特點：南部平原區基本農田相對集中，呈片狀分布，面積占到基本農田總量的50%以上；北部山區基本農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 指標體系的設計與篩選

評價指標的選取既要科學合理，又要能夠衡量整個研究區的適宜性，因此需遵循主導性、可行性、全面性和獨立性、地域差異性、動態可持續性等原則構建評價指標體系。

高標準基本農田不僅要具有“集中連片、設施配套、高產穩產、生態良好、抗災能力強，與現代農業生產和經營方式相適應”的特點，而且必須保證其長期、穩定的農業用途，其“六大特性”是由自然質量條件和農業基礎設施的好壞決定的，農業用途的長期性及穩定性則取決于區域的發展需要與功能定位。因此本文從“自然條件—基礎設施—區域發展”三方面構建綜合評價指標體系（圖1）。

圖1 指標體系構建分析圖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，依據構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”選取基本農田連片性、耕地連片性、地形坡度、土壤質量、地下水資源5個評價指標；“基礎設施”選取灌溉條件、排水條件、交通條件3個評價指標；“區域發展”選取功能分區、城鎮發展2個評價指標。這些指標不僅包括影響農業生產的限制因素，同時也反映了懷柔區農業發展的基本態勢和土地利用的差異性，能夠有效反映高標準基本農田建設潛力范圍的適應性程度。

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各指標對高標準基本農田生產經營效果的影響程度、指標數值出現的頻率、專家經驗三個方面來確定。評價等級從低到高依次賦予0—100之間的分值。

3.2.1 基本農田連片性 “連片性”是指同一質量范圍（同一類型或等級，或某一等級以上，或某等級區間內）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、規模較小的田塊不利于高效利用及保護，因此選擇基本農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，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土地利用總體規劃（2006—2020年）中的基本農田保護區進行集中連片性分析，將基本農田保護區連片性分析結果分為≤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 經研究表明：若一塊耕地周圍耕地越多，相鄰土地利用對該耕地農耕用途可持續性影響越小，即該耕地與其相鄰土地利用類型的適宜性越大[8]。同時也可以理解為相對零散的基本農田周圍耕地越多，其農耕用途的適宜性越大，則高標準基本農田建設的適宜性越大。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2010年土地利用變更調查數據中的耕地為基礎數據，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 根據地形坡度對農業生產的影響，一般認為3°—7°是常規種植，15°以上是農業機械化耕作的上限，25°以上為禁止區域，不適宜開墾。懷柔區2010年土地利用變更調查數據中的坡度分級圖層將坡度分為5個等級，利用現有數據進行分等賦值，分為≤2°、（2°，6°］、（6°，15°］、（15°，25°］、＞25°這5個等級，可利用現在坡度分級數據進行分等賦值，賦值分別為100、80、50、10分和不適宜。

3.2.4 土壤質量 土壤質量數據采用懷柔區農用地分等成果中的自然質量等級，這樣不僅考慮了土壤條件，而且將氣候條件、生態環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性。由于現有農用地分等成果時間較早，不能與評價單元相對應，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田的土壤質量，根據數據的分布特點采用log數據變換和二次多項式擬合進行插值，將插值后的土壤質量分析結果分為≤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業生產的重要因素，依據北京市水文地質圖，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、變質巖類裂隙含水巖組5類，并結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 農田灌溉條件主要體現區域農業生產的水源保證程度和水利灌溉設施的完備程度，灌溉條件的好壞雖與灌溉渠系、動力設施狀況、水源狀況、地形條件、田塊的平整程度等密切相關，但主要受水利灌溉設施的限制。本文以懷柔區2010年土地利用變更調查數據中地類圖斑為基礎數據，將水田、水澆地分為Ⅰ等級，指有水源保證和灌溉設施，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 農田排水條件主要體現農田抵御洪澇災害和破壞性降水天氣的能力，是保證農田穩定生產的重要指標。排水條件的好壞雖受排水動力系統、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2010年土地利用變更調查數據中的溝渠和河流水系為基礎數據，進行分級緩沖區分析，依據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業的生產效率，也影響農產品的交易和價值，是農業生產必不可少的條件。交通條件主要用道路的通達度來表示，體現道路交通的便捷程度。本文以懷柔區土地利用總體規劃（2006—2020年）中現狀公路和改擴建公路為基礎數據，進行分級緩沖區分析，依據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 懷柔新城規劃（2005—2020年）以堅持生態保育、生態恢復與生態建設并重為原則，以營造健康人居環境、發展綠色生態產業為目標，發揮比較優勢，將全區劃分為6個生態經濟功能區。該指標根據功能分區的職能進行分等賦值（表2）。

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

3.2.10 城鎮發展 懷柔新城規劃（2005—2020年）以公路干線為城鎮發展主要軸線，構建“新城—重點鎮—一般鎮”的城鎮用地格局，合理安排城鎮用地需求，并結合鄉鎮所處的區位條件、自然資源條件、人文環境特征以及發展基礎，將懷柔區的城鎮空間布局分為南部新城地區、中西部生態旅游型小城鎮、北部山區生態型小城鎮三個特征區域。該指標根據特征區域、城鎮體系的發展需求進行分等賦值（表3）。

表3 城鎮發展指標等級與分值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據獲取、數據處理和成果表示的最基本地塊，具有這樣一個特性：單元內具有最大同質性，單元間應能區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計田塊面積，評價結果則采用地塊法，以土地利用總體規劃中的基本農田圖斑為評價單元。

4.2 確定指標權重

高標準基本農田具有“六大特點”，既應選擇自然條件好、基礎設施完善、集中連片性高的田塊，又應結合當地的城鎮發展，帶有一定的主觀性，故選用層次分析法確定權重。

指標的權重是綜合評價的重要信息，應根據指標的相對重要性即指標對綜合評價的貢獻而確定[10]。在構建判斷矩陣時，應以建設高標準基本農田為總目標，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建判斷矩陣。經過反復調整判斷矩陣，并通過一致性檢驗CR≤0.1，得到各評價指標的權重。

表4 各評價指標的權重Tab.4 The weight of each evaluation index

4.3 選擇評價模型

根據各指標的影響權重和各指標的分等賦值，應用加權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個評價因子的權重。

利用ArcGIS的Cell Statistics統計方法，將各指標分等賦值后的柵格圖層進行加權計算，則得到各柵格單元的總分值。然后以基本農田圖斑為評價單元，選擇ArcGIS的Majority統計方法進行分類區統計，將統計結果對應賦值于基本農田圖斑，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）方法是基于數據內部的內在聯系進行自然分組，旨在最大化組間差距并最優化組內相似值[11]。利用該方法并綜合考慮指標分等賦值區間的劃分，將懷柔區基本農田分為6個等級，一級為最適合建設高標準基本農田，六級為最不適合建設高標準基本農田（表5）。

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

5 結果與分析

5.1 評價結果

將各評價單元進行適宜性評價等級劃分以后，得到懷柔區高標準基本農田建設適宜性評價分析圖（圖2，封三）和懷柔區各鄉鎮基本農田適宜性等級統計數據（圖3，封三），從圖中可以看到每個基本農田圖斑及各鄉鎮的適宜性分布情況。

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

5.2 結論分析

本文沿用多指標綜合評價的思路，根據高標準基本農田的“六大特點”，從“自然條件—基礎設施—區域發展”三個方面入手，選取10個指標來構建評價指標體系。同時數據的處理采用GIS技術，空間分析以柵格單元為最小單元進行計算，評價結果則以基本農田圖斑為評價單元進行分等、統計，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、分級緩沖區分析等多種方法，提高了評價結果的精確度。

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

（References）：

［1］吳海洋.高要求與硬任務迸發新動力:談如何推進農村土地整治和建設4億畝高標準基本農田［J］.中國土地，2011，（10）：16-18.

［2］王新盼，姜廣輝，張瑞娟，等.高標準基本農田建設區域劃定方法［J］.農業工程學報，2013，29（10）：241-250.

［3］鄭世杰，陳英，白志遠，等.高標準基本農田建設精細評估——以臨夏縣北源地區為例［J］.中國農學通報，2014，30（9）：207-211.

［4］王新盼，姜廣輝，張瑞娟，等.高標準基本農田建設區域劃定方法［J］.農業工程學報，2013，29（10）：241-250.

［5］薛劍，韓娟，張鳳榮，等.高標準基本農田建設評價模型的構建及建設時序的確定［J］.農業工程學報，2014，30（5）：193-203.

［6］TD/T 1033-2012，高標準基本農田建設標準［S］.

［7］Bunn A G, Urban D L, Keitt T H. Landscape connectivity: A conservation application of graphtheory［J］. Journal of Environmental Management, 2000, 59: 265-278.

［8］秦志鋒，秦明周，秦玉霞.美國土地評價與立地分析（LESA）系統研究［J］.三門峽職業技術學院學報，2007，6（4）：96-98.

［9］唐宏，盛業華，陳龍乾.基于GIS的土地適宜性評價中若干技術問題［J］.中國土地科學，1999，13（6）：36-38.

［10］劉黎明.土地資源調查與評價［M］.北京：中國農業大學出版社，2005：236.

［11］LIU Xiaonan, WANG Wei. A relationship between redtide outbreaks and urban development along the coasts of Guangdong Province［J］. Journal of Geographical Sciences, 2004, 14（2）: 215-219.

（本文責編：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、城市規劃。E-mail: cuiyongtk@163.com