基于ArcGIS空間分析技術的基本農田劃定方法研究

秦夢蔚　丁逸

摘 要：學者們在基本農田劃定方法創新、農用地分等成果運用等方面做了積極的探索。但是目前基本農田的劃定仍然存在為湊足指標而重數量不重質量、空間布局零散等問題，沒有達到基本農田優化布局、集中連片的要求。該研究以南寧市某縣為例，結合該縣農用地分等定級成果資料，引入“耕地連片性”、交通可達性和居民點輻射度等概念，運用ArcGIS的空間分析功能，對優化該縣基本農田的空間格局進行了積極的探討。

關鍵詞：基本農田 劃定 ArcGIS 空間分析

中圖分類號：F321 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0036-03

基本農田是指“根據一定時期人口和社會經濟發展對農產品的需求以及對建設用地預測，依據土地利用總體規劃確定的不得占用的和基本農田保護區規劃期內不得占用的耕地”。前人著眼于耕地的質量狀況、區位條件、生態適宜度、環境影響等，對基本農田的研究形成了一套相對完善的指標體系。新一輪的土地利用總體規劃首次要求將農用地分等定級的成果運用到基本農田的空間布局中去，并要求調整后的基本農田空間布局在質量上不低于調整前的水平。基本農田規劃應將優質高產、集中連片、區位交通便利的耕地優先劃入基本農田保護區，這對基本農田劃定提出了更高的質量要求，為優化基本農田的空間布局提供了新的路徑。本研究以南寧市某縣為例，結合該縣農用地分等定級成果資料，引入“耕地連片性”、交通可達性和居民點輻射度等概念，運用ArcGIS的空間分析功能，對優化該縣基本農田的空間格局進行了積極的探討。

1 研究方法

多因素加權法：將參與耕地質量評價的因素賦予不同的權重和分值，通過多因素加權法得到耕地的等級，高等級耕地優先劃入基本農田。基于ArcGIS的空間分析法：利用ArcGIS強大的空間分析功能，使用鄰近分析、距離分析、緩沖區分析和柵格統計分析等方法得到基本農田的最優布局。特爾菲法：充分征求相關專家的意見，判斷各因素的重要程度，得到各指標的權重。

2 技術路線

2.1 耕地初始等級劃定

基本農田規劃首先要考慮將質量好、連片性高的耕地優先劃入保護區，滿足其“優質高產、集中連片”的要求；另一方面也要兼顧耕地距離居民點和交通干線的遠近，便于耕作。

2.1.1 耕地質量評價

（1）農用地分等定級。

農用地分等采用因素分等法，以光溫生產潛力和氣候生產潛力為基礎，采用模塊化的體系結構，具體分解為農用地自然質量系數、土地利用系數、土地經濟系數3個模塊。應用該體系進行農用地分等，可以得到3個分等指數：農用地自然質量等、農用地利用等、農用地經濟等。

（2）評價指標的選取和權重確定。

該研究選取8個指標評價耕地的質量，指標的分值和權重參照《農用地分等規程》（TD/T 1004-2003）和研究區域所在的指標區綜合確定。該縣地處《農用地分等規程》一級區，二級區屬于低中山區，因此該研究參照低中山區確定該縣各指標的權重。

采用加權求和的方法，計算各分等單元的定級指數，表達式為：

式中：為分等單元指定作物的農用地自然質量分；i為分等單元編號；j為指定作物編號；k為分等因素編號；m為分等因素的數目；為分等因素的權重；為第i個分等單元內第j種指定作物第k個分等因素的分值。經統計，該縣農用地分等單元的定級指數介于52.24～90.09之間。

（3）耕地質量狀況分級。

根據耕地的定級指數做頻率分析，選擇頻率突變值作為耕地質量狀況分級的界線，將耕地質量劃分為4個級別，即。

2.1.2 耕地連片性及分析方法

基本農田規劃不能片面追求耕地的數量、質量要求，只做到“保優不保劣，保近不保遠”，忽略“優質集中”的要求，使基本農田保護區中的耕地地塊分布零散，不便于規模作業。為實現基本農田的集中管理和規模化作業，該研究將耕地連片性概念引入基本農田規劃。

（1）耕地連片性的判斷。

耕地連片性是指一定質量或等級范圍內地塊的相連程度，兩地塊空間距離越小，其連片性越高，當兩地塊的距離小于一定閾值的時候即可被認為是連片的，閾值可以根據實際情況來定。耕地連片性可細分為絕對相連和相對相連。一個地塊與其他地塊有一條以上共同邊界或有一個以上公共點時，稱為絕對相連；而一個地塊與另一地塊不是絕對相連，但是距離小于某一閾值時稱為相對相連。該研究利用ArcGIS的緩沖區分析（Buffer）和疊置分析（Spatial Join）功能，設定一定的緩沖距離D，如果地塊緩沖D/2距離之后空間上是絕對相連的，則認定它們是連片的。GIS空間疊置分析法是將有關主題圖層組成的各個數據層面進行疊置產生一個新的數據層面，其結果綜合了原來兩個或多個層面要素所有的屬性。

（2）耕地連片性分析在ArcGIS中的實現。

①基本參數設定。分析中涉及兩個基本參數，即基本農田保護目標和地塊緩沖閾值D。基本農田保護目標的確定有利于在總量的控制下對全縣耕地展開空間分析，實現入選耕地質量最優、空間布局最合理。緩沖閾值則為判斷地塊的連片性提供依據。基本農田保護目標的確定以上級下達的指標為依據。以該縣為例，重慶市國土房管局下達的指標為46 500 hm2，因此該研究確定基本農田保護面積不少于46 500 hm2，即該縣基本農田保護率在85.69%以上。緩沖閾值的確定與研究區域地形地貌、路網疏密、地塊破碎度以及基本農田保護目標等因素息息相關，需根據研究區的實際情況決定。該研究根據該縣實際情況需要，在平壩區、中山區和低山區各選取兩處典型基本農田保護區，測定地塊之間的距離，選定連片地塊中距離最大的值為緩沖距離，最終確定該縣耕地連片性測度的距離為20 m，即D/2=20m。

②耕地連片性的計算耕地連片性計算方法很多，該研究采用面積大小作為衡量耕地連片性的主要指標，認為定級單元在集中連片地塊中的面積比重越大，其連片性越好，表達方法如下：

式中：為定級單元i的連片性得分；為定級單元i的面積；為集中連片地塊的面積。

2.1.3 耕地初始等級

耕地初始等級是耕地自然質量和連片性的綜合反映。該研究采用以下方法來表達：

式中：為第j個集中連片地塊的初始等級；為集中連片地塊中第i個定級單元的質量等級；為集中連片地塊中第i個定級單元的連片性得分；n為集中連片地塊中定級單元個數。在ArcGIS中確定耕地地塊的初始等級，首先需要按照上文確定的閾值對地塊進行緩沖區分析；其次應該對緩沖后的地塊進行圖斑融合，生成集中連片地塊并標記具有唯一性的標識碼；最后使用ArcGIS的空間鏈接功能和不同圖層地塊之間的邏輯關系，實現圖層間屬性的傳遞。

2.2 耕地的交通可達性和居民點輻射度分析

耕地入選基本農田不僅要考慮其質量和集中連片狀況，還要分析耕地的區位條件。不同的區位條件，意味著耕地投入成本和耕作便利程度的差異，在其它條件相同的情況下，距離交通干線和居民點較近的耕地所需投入的勞動和時間成本也較小。《基本農田保護條例》中明確規定，鐵路、公路等交通干線附近，居民點周邊的耕地應優先劃入基本農田保護區。因此，耕地圖斑與交通干線和居民點的距離是耕地是否適宜劃為基本農田的衡量因素。相關調查表明，當耕地距離交通干線在1 km以下，被認為非常適合劃入基本農田；而距離大于5 km則很不適合劃入基本農田。

因此，耕地交通可達性可以按以下公式計算：

式中：為地塊交通可達性指標分值；X為地塊與主干線的距離。與居民點距離小于0.5 km的耕地，很適合劃入基本農田；距離大于1 km則不適宜劃入基本農田。因此，耕地的居民點輻射度分值可以按以下公式計算：

式中：為耕地的居民點輻射度指標分值；X為地塊與居民點的距離。

2.3 基本農田空間格局劃定

基本農田空間布局的好壞直接關系到其耕作效益的高低，因此要以“優質集中，方便耕作”為劃定基本農田的基本要求。耕地的初始等級是耕地自然質量和連片程度的綜合反映，而耕地的交通可達性和居民點的輻射程度很好地反應了耕地入選基本農田的區位條件。因此，該研究結合上文得出的耕地初始等級、交通可達性、居民點輻射度，綜合確定基本農田的空間格局，使用Spatial Analysist Tools下的Weighted Overlay和Weighted Sum可以對多個柵格圖層進行疊加分析，對耕地的適宜性進行分析。

3 結果與分析

3.1 研究區概況

該縣農用地分等數據顯示，該縣土地總面積約244 920 hm2，其中耕地面積54 263.13 hm2，約占土地總面積的22.16%。根據該縣的DEM數據，將全縣分為平壩區、低山區、中山區3類區域。

3.2 數據來源與處理

3.2.1 數據來源

該研究涉及的數據主要來源于農用地分等定級資料及成果圖、新一輪土地利用總體規劃中的耕地數據及基本農田保護圖、第二次全國土地調查數據及其變更數據、地質災害相關資料、該縣基礎地理資料、該縣統計年鑒等。

3.2.2 數據處理

結合該縣耕地質量分級和連片性計算，按照公式（5）確定耕地的初始等級。統計發現，該縣耕地圖斑融合后集中連片地塊共605個，地塊的面積介于1.03～2 055.80 hm2之間；初始等級介于1～4之間，即=[1，4]。使用ArcGIS的Near工具條分別測量耕地地塊至交通干線和居民點的距離。

繪制耕地初始等級、交通可達性和居民點輻射度柵格圖（圖1），為基本農田空間格局劃定奠定基礎。

3.3 該縣基本農田空間格局劃定

對耕地圖斑按照初始等級分值、交通可達性分值、居民點輻射度分值進行柵格化，得到對應的柵格圖（圖1），將3種柵格數據進行疊加分析即可得到每個地塊的綜合等級。按照綜合等級從高到低篩選耕地，直至滿足基本農田保護目標。經統計，該縣耕地的綜合等級介于1.20～5.96之間，結合該縣基本農田保護目標，將綜合等級為3.30～5.96的耕地劃入基本農田保護區，共劃定基本農田面積46 799.18 hm2。

3.4 該縣基本農田劃定合理性分析

入選基本農田保護區的耕地必須滿足質量高、布局優、耕作方便的要求。對比分析劃定前的一般農田和本次劃定的基本農田在自然質量、連片度以及區位條件方面的差異，可以得知入選基本農田保護區的耕地在質量、布局、區位等方面是否明顯優于劃定前的一般農田，以此來判斷基本農田空間格局的合理性。對比分析一般農田和基本農田發現，耕地質量方面，入選基本農田的耕地中1級和2級地比例明顯上升，而3級和4級地所占比重顯著下降，說明該次規劃基本農田滿足“優質”的要求；耕地連片性方面基本農田中分布于平壩區和低山區耕地比例比一般農田有顯著增加，分布于中山區耕地的比例則大幅下降，而平壩區和低山區耕地連片性優于中山區，因此入選基本農田耕地較好地滿足了“集中連片”的要求；耕地的區位條件上，基本農田與交通干線和居民點的距離都比一般農田有所縮短，說明該次入選基本農田保護區的耕地利于耕種。可見本次劃定基本農田在質量、布局和區位條件方面明顯優于劃定前一般農田，基本農田空間格局合理。

4 結論

（1）基于地理信息系統和農用地分等理論，該研究設計了耕地入選基本農田的定量評價體系。引入“耕地連片性”、“交通可達性”和“居民點輻射度”等概念，力求在滿足耕地數量質量要求的同時，使基本農田的空間布局更加合理，耕作效益有所提升。（2）該縣本輪劃定基本農田面積46 799.18 hm2，占全縣耕地面積的86.24%，滿足國家規定的基本農田占耕地總面積85%以上的要求。對比分析劃定前一般農田和本次劃定基本農田發現，入選此次基本農田保護區的耕地中1級和2級耕地比例上升，連片性更好的平壩區和低山區耕地數量更多，耕地與交通干線和居民點距離更近。（3）基本農田保護目標具有時效性，與建設用地增加和人口增長具有緊密聯系。該研究直接采用省國土局下達給該縣的基本農田保護目標，尋求在這一既定目標下基本農田的合理布局，如結合對未來建設用地增加和人口增長的預測，優化基本農田空間格局，還有待深入研究。

參考文獻

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