基于“PLUS-FAHP-FCE”模型的耕地布局評價方法研究

摘要［目的］豐富和完善耕地布局評價方面的研究成果。［方法］基于對實現耕地總量動態平衡、提升耕地連片度、提升耕地地力、促進可持續利用、增強耕地生態系統的抗逆性和緩沖性的需求，提出首先構建基于“目標－需求－維度－指標”耕地布局評價指標體系框架，以廣東省河源市為例，通過PLUS模型法模擬河源市慣性發展、耕地保護、生態優先3種土地利用模擬情景，圍繞數量、布局、質量、生態4個維度，共選取11個單項指標，構建河源市耕地布局評價指標體系，運用FAHP分析法確定各評價指標的權重，根據確定的耕地布局評價指標體系進行FCE評價，得出耕地布局效果得分。［結果］河源市在耕地保護模擬情景的FCE得分最高，表現為區域耕地空間布局進一步集聚，大部分坡度15°以下林地演變為耕地，多數坡度25°以上耕地演變為林地，且生物多樣性、碳儲量總體呈現下降趨勢；生態保護情景的FCE得分次之，耕地空間集聚程度較耕地保護情景低，生物多樣性、碳儲量總體上升趨勢；在河源市耕地布局指標中，數量維度與生態維度呈現負相關；耕地保護情景有效約束了建設用地擴張，生態優先情景中林地、水域（包括未利用地）等生態用地顯著增加。［結論］基于“PLUS-FAHP-FCE”的耕地布局評價方法具有可行性。

關鍵詞耕地布局評價；PLUS-FAHP-FCE；土地利用；河源市

中圖分類號S28"文獻標識碼A"文章編號0517-6611（2025）01-0250-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.052

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

ResearchonCultivatedLandLayoutEvaluationMethodBasedon“PLUS-FAHP-FCE”Model—TakingHeyuanCity，GuangdongProvinceasanExample

WANGXiang-mingGUOMin"LIMing-hui3etal

（1.GuangdongJingdiPlanningTechnologyCo.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong510000;2.ZhongkaiUniversityofAgricultureandEngineering，Guangzhou，Guangdong510000;3.GuangdongProvincialLandDevelopmentandConsolidationCenter，Guangzhou，Guangdong510000）

Abstract［Objective］Inordertoenrichandimprovetheevaluationindexsystemforoptimizingfarmlandlayout.［Method］Basedontheneedsofrealizingthedynamicbalanceoftotalcultivatedland，improvingthecontiguityofcultivatedland，improvingthesoilfertilityofcultivatedland，promotingsustainableuse，andenhancingthestressresistanceandbufferingofcultivatedlandecosystem，thispaperproposestoconstructaframeworkfortheconstructionofcultivatedlandlayoutevaluationindexsystembasedon“goal-demand-dimension-index”，takingHeyuanCityasanexample，andsimulatingthreelandusesimulationscenariosofHeyuanCity，includinginertialdevelopment，cultivatedlandprotectionandecologicalpriority，throughthePLUSmodelmethod.Focusingonthefourdimensionsofquantity，layout，qualityandecology，atotalof11individualindicatorswereselectedtoconstructthecultivatedlandlayoutevaluationindexsysteminHeyuanCity，andtheFAHPanalysismethodwasusedtodeterminetheweightofeachevaluationindex，andtheFCEevaluationwascarriedoutaccordingtothedeterminedcultivatedlandlayoutevaluationindexsystem，andthecultivatedlandlayouteffectscorewasobtained.［Result］HeyuanCityhasthehighestFCEscoreinthecultivatedlandprotectionsimulationscenario，whichshowsthatthespatialdistributionofcultivatedlandintheregionisfurtheragglomeration，mostoftheforestlandwithaslopeoflessthan15°hasevolvedintocultivatedland，andmostofthecultivatedlandabove25°hasevolvedintoforestland，andthebiodiversityandcarbonstoragehavegenerallyshownadownwardtrend.TheFCEscoreoftheecologicalprotectionscenariowasthesecond，andthespatialagglomerationdegreeofcultivatedlandwaslowerthanthatofthecultivatedlandprotectionscenario，andtheoverallupwardtrendofbiodiversityandcarbonstoragewashigh.InthecultivatedlandlayoutindexofHeyuanCity，thequantitydimensionisnegativelycorrelatedwiththeecologicaldimension.Thecultivatedlandprotectionscenarioeffectivelyconstrainstheexpansionofconstructionland，andtheecologicallandsuchasforestlandandwaterarea（includingunusedland）increasessignificantlyintheecologicalpriorityscenario.［Conclusion］Thecultivatedlandlayoutevaluationmethodbasedon“PLUS-FAHP-FCE”isfeasible.

AbstractCultivatedlandlayoutevaluation；PLUS-FAHP-FCE；Landuse；HeyuanCity

基金項目廣東省耕地保護政策研究項目（GDTDZZ-2023020-010203）；廣東省自然資源廳科技項目（GDZRZYKJ2024009）；廣東省自然資源廳科技項目（GDGTKJ2018003）。

作者簡介王向明（1988年—），男，河北衡水人，工程師，從事城鄉規劃與耕地保護研究。*通信作者，工程師，碩士，從事國土空間生態修復與耕地保護。

耕地布局優化是提升耕地生產力的重要基礎和前提，有利于土地利用合理管理、耕地系統安全的提升，能夠維持區域耕地系統安全和實現土地可持續利用^［1-2］，最終使得農業生產空間更符合自然地理格局、實現耕地集中連片、提升耕地質量、改善耕地耕作層，進而鞏固我國糧食安全根基。優化耕地布局，必須秉持“山-水-林-田-湖-草-沙”一體化保護理念，按照自然生態的整體性、系統性及其內在規律，結合適宜性原則開展系統治理，使各類要素各得其所，相得益彰。穩妥推進“山上”換“山下”，將山上耕地逐步調整到山下，推動果樹苗木盡量上山上坡，是持續優化耕地布局的重點任務之一^［3］。賀勇^［4］總結了浙江省優化耕地布局工作中的典型做法，分析了耕地空間治理中存在的突出困難及風險，并提出了相關建議。目前有關耕地空間方面的研究成果，集中于永久基本農田空間布局的優化方式及實踐研究。較多學者針對耕地中比較重要的永久基本農田空間布局優化開展了相關研究，陳文廣等^［5-7］對省域、縣域等不同空間尺度下的永久基本農田布局優化規則開展了研究及實踐，李凱等^［8］以GIS網格技術為切入點，科學劃定宜興市永久基本農田。這些研究成果為耕地空間布局的優化、科學評價提供了理論基礎。與此同時，較多研究成果圍繞耕地特別是永久基本農田的質量綜合評價指標構建^［9-10］、永久基本農田劃定規則^［7-11］等方面展開，多以耕地質量評價為切入點，主要從耕地地力^［12］、設施完備度^［13］、區位條件^［14］、政策條件^［15］等多方面對耕地進行評價。現有研究中，在耕地綜合評價指標方面多為考慮糧食安全、耕地質量等因素^［16-18］，鮮少考慮生態保護的評價指標，同時尚未有研究建立相關評價指標體系，來評價某地土地利用變化后耕地空間布局優化的結果。作為中國經濟發展最快的地區之一，廣東省土地資源十分緊缺，耕地破碎化程度較高；面對不斷增長的發展訴求和耕地后備資源不足的困境，急需優化耕地布局，提高耕地利用效率。

綜上，筆者基于“目標－需求－維度－指標”的耕地布局評價指標體系框架，提出耦合“PLUS-FAHP-FCE”模型的耕地布局評價方法，并以廣東省河源市為例，模擬其3種設定情景下的土地利用變化后，圍繞需求建立相應的耕地布局指標評價體系，評價耕地布局效果，形成一套數據易獲取、方法簡便可行的耕地布局評價方法，以期為新形勢下廣東省優化區域耕地布局、統籌劃定耕地集中整治區后期的評價驗收及各級國土空間規劃的科學評估提供思路借鑒。

1基于“目標－需求－維度－指標”耕地布局評價指標體系理論框架

堅持耕地數量、質量、生態“三位一體”保護理念，綜合考慮廣東省強調耕地集中保護的理念以及劃定耕地集中整治區的耕地布局優化策略，從保障耕地總量動態平衡實現、耕地連片度提升、耕地地力及可持續利用促進、耕地生態系統抗逆性和緩沖性提升等需求出發，構建“目標－需求－維度－指標”4個維度的評價指標體系理論框架，并以廣東省河源市為例，驗證耕地布局評價方法具有可行性。在指標選取過程中以主導性、保護性、區域性、社會認可性、經濟性、可操作性為原則^［19-20］，將頻度分析法和專家咨詢法相結合，具體步驟見圖1。

2研究區概況和數據來源

2.1研究概況

河源市位于廣東省東北部，東靠梅州市，南接惠州市，西連韶關市，北鄰江西省贛州市，地處連接粵港澳大灣區與長江經濟帶的“黃金通道”，是粵東北山區與珠江三角洲平原地區的結合部，地勢由東北向西南傾斜，地貌類型主要為山地、丘陵。河源市轄區內有西北部九連山脈、斜貫中部的羅浮山脈及東南邊緣的蓮花山脈，東江、新豐江等水系縱貫全域。以建設成為融入粵港澳大灣區的生態優先、綠色發展排頭兵為目標，堅持以“融灣”為綱、“融深”為牽引，全力打造生態經濟發展新標桿，為廣東省在全面建設社會主義現代化國家新征程中走在全國前列、創造新的輝煌作出河源貢獻。

由于河源市耕地保有量及永久基本農田保護任務基數大，部分耕地分布不連片，給耕地管護工作帶來一定的壓力。目前，河源市東源縣順天鎮正在建設省級耕地集中整治示范區，旨在通過補充耕地、高標準農田建設等手段，將小塊分散的非耕農用地與周邊現有耕地整合成大片、連片的高效耕地，實現“零田變整田，小田變大田”，并通過陡坡與平原農用地布局優化，有效破解陡坡與平原農用地布局破碎、功能錯位等問題，為廣東省開展耕地布局優化工作提供一定經驗借鑒。

2.2數據來源

該研究數據包括土地數據、自然數據、社會數據以及評價數據。評價數據來源于相關領域專家評價，數據來源見表1。

3研究方法

該研究主要耦合了PLUS、FAHP和FCE這3種方法。首先運用PLUS模型法，設定模擬慣性發展、耕地保護以及生態優先情景，模擬河源市在這3種情景中的土地利用變化情況，分析林地向耕地、耕地向林地等的土地利用變化情況，然后利用FAHP分析法，構建耕地布局評價指標體系，確定各項評價指標的權重；最后采用FCE評價法，得出耕地布局效果得分。

3.1PLUS模型法

PLUS模型由CA模型發展而來，以柵格數據為基礎，是一種用于斑塊尺度土地利用、土地覆蓋（LULC）變化模擬的元胞自動機模型，可動態模擬任意多類土地斑塊的生成和演變，包括用地擴張分析策略（land expansion analysis strategy，LEAS）和基于多類隨機斑塊種子的CA模型（CA based on multiple random seeds，CARS），在模擬過程中發現土地利用變化的機理，以及研究土地擴張的驅動因素并預測土地利用的斑塊級演化^［21］。

該研究以2000—2020年的土地利用變化情況為基礎，主要設定了慣性發展、耕地保護以及生態保護3種情景進行模擬。

3.2FAHP分析法

層次分析法（analytic hierachy process，AHP）相比其他以人的主觀認識為主的分析方法中，具有較強的優越性^［22］。然而，在傳統層次分析法的計算過程中，考慮決策者判斷的主觀性在構造判斷矩陣的方法較少，判斷矩陣的一致性檢驗較復雜煩瑣，一致性判斷規則的科學性也存在異議。為彌補上述不足，較好地解決人們主觀模糊性對問題的決策，該研究在對耕地布局進行評價體系構建時，引入層次分析法與模糊數學理論結合的模糊層次分析法（fuzzy analytic hierachy process，FAHP）。

（1）采用0.1～0.9標度法對各評測因素進行兩兩比較，獲得模糊層次分析打分矩陣A：

A=a11…a1n

an1…ann

矩陣A滿足模糊互補矩陣的規定，即0lt;aijlt;1；aij+aji=1；aij=0.5（i=j）。

（2）對矩陣A按行進行求和。

ai=nk=1aik（i，k="…，n）

（3）求各因素的權重向量WI。

wi=1n-12α+ainα

WI=［w"w"…，wn］T

式中，α=n-12。

（4）一致性CI檢驗。構建權重矩陣W。

wij=α（wi-wj）+0.5

W=w11…w1n

wn1…wnn

CI（A，W）=ni=1ni=j｜wij-aij｜n2

CI值越小，說明一致性越好，一般約定CIlt;0.1就表示滿足一致性要求。

3.3FCE評價方法

由于PLUS模型模擬后的耕地布局效果難以量化，并且受到多種因素制約，因此該研究引入模糊綜合評判的方法，用于評價耕地布局的效果。模糊綜合評判具有結果明確、系統性強的特點，以模糊數學為理論基礎，根據隸屬度理論，將定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受多種因素影響的事物，做出一種總體評價。它能較好地解決比較模糊、難量化的問題，適用于解決各種非確定性問題。模糊綜合判斷是應用模糊變換原理，對所考慮的問題進行綜合評估，主要分為2個步驟：首先根據FAHP模糊層次分析法得出的指標，評判單個因素；然后根據相關文獻及專家意見，制定相關指標的評判標準，將評價因子值與評分標準進行對照，根據各因子權重，最終得出模糊綜合評判結果。

4結果與分析

4.1PLUS模型的精度驗證

為驗證該研究中運用的PLUS模型生成的土地利用模擬結果的可靠性，研究采用Kappa系數來進行模型模擬的準確度，Kappa值取值為0～Kappa值越接近模型模擬準確度越高。以2010年土地利用數據為基礎，結合各土地利用類型發展概率，并設置相關參數，得到2020年土地利用空間格局模擬結果，并與2020年土地利用現狀進行對比，精度驗證計算求得總體精度為95.81%，Kappa系數為0.87（接近于1），表明該研究使用的模型模擬結果具有較高的準確性，因此使用PLUS模型對河源市未來土地利用類型變化進行模擬預測是合理的。

4.2多情景模擬分析

利用PLUS模型中馬爾科夫模型數量預測優勢，選取2010—2020年為基準期，依據河源市歷年的土地利用類型變化特征，設置慣性發展、耕地保護、生態優先3種情景，構建3種不同情景下河源市2035年土地利用類型變化情況。其中，慣性發展情景以2000—2020年土地利用現狀數據為基礎，預測2035年各用地類型的面積和空間分布；考慮到河源市進一步推進耕地保護相關政策的實施，推動耕地連片保護和農田質量提升，促進農業生產提質增效，使得耕地數量減少的情況得到有效遏制，因此在耕地保護情景設置中，將耕地向林地、草地、水域以及建設用地轉移的概率降低50%；同時，考慮河源市屬于粵北生態屏障，是構建廣東省生態安全格局的重要組成部分，要進一步加大對生態用地的保護力度，因此在生態保護情景設置中，將耕地、林地、草地以及水域（含未利用地）向建設用地轉移的概率降低30%，林地向草地的轉移概率降低50%，建設用地向林地的轉移概率提高10%，并限制區域各水庫、湖泊任意轉換。預測2035年土地利用結果見表2。

3種情景下2020—2035年耕地、林地、水域（含未利用地）變化幅度不大，區域土地利用的變化保持著相對穩定。其中，在慣性發展情景中，與2020年相比，2035年河源市的耕地面積增加88.00km建設用地增加300km相比其他2種情景，擴張程度明顯，擴張程度達73.56%，表明在模擬不受政策限制的情況下，建設用地將會隨著人類活動、經濟增長快速擴張，侵占耕地、林地、草地等其他類型用地，對糧食安全、生態安全造成較大威脅；在耕地保護情景中，林地、草地、水域（含未利用地）將分別減少213.85、1.33、14.85km而耕地、建設用地、未利用地有所增加，其中大部分林地轉入耕地；生態優先情景下，林地、水域（含未利用地）相比慣性發展情景、耕地保護情景減少較少，分別減少1%、4%，生態用地的減少幅度較小，達到了保護生態環境的目的。對比3種情景的土地利用空間分布（圖2），耕地保護情景中耕地與建設用地的變化，相對慣性發展情景差異明顯，建設用地斑塊擴張量較小，且在燈塔盆地范圍內，大面積的耕地與林地混合程度也明顯降低，耕地連片度明顯提高，這表明耕地保護情景可以有效控制耕地面積減少，有效控制了林地、建設用地對耕地的占用；在生態優先情景中，建設用地變化率大幅降低，有效保障了林地、水域等生態用地的數量，改善了建設用地急劇侵占生態用地的情況。

4.3評價指標體系的建立及FEC評價結果

綜合考慮河源市在耕地布局優化方面存在的各類需求，重點從耕地數量、布局、質量、生態等維度，構建評價指標體系。同時，征求各領域專家意見，對相應指標進行調整后，得到了河源市基于“目標-需求-維度-指標”耕地布局評價指標體系框架：根據耕地功能內涵、評價指標選取原則和河源市實際，選取區域耕地總面積、25°以上坡耕地面積（占區域耕地總面積）比例、形狀指數、連片度、坡度、坡向、土壤類型、土壤有機質、耕地距水源遠近、碳儲量、生物多樣性11個項目作為評價指標。河源市耕地布局評價指標體系具體指標及權重見表3。同時制定相應的指標分析參考標準，見表4，邀請相關專業專家進行模糊綜合評判打分，最終評價結果見表5。可以看出，在耕地保護情景中，耕地布局集聚程度明顯高于其他2種情景，耕地面積增加、區域連片度較慣性發展情景也有提高。

5討論

該研究在構建耕地布局評價指標體系時，綜合考慮河源市對于耕地布局存在的各類需求，重點從耕地布局的數量、布局、質量以及生態等維度進行評價指標體系構建。該研究主要對外現的、容易評價的耕地數量、布局、質量以及生態維度進行評價，但一些隱化的維度，如景觀、文化、政策、農民意愿等逐漸顯化，后續可有針對性地在耕地布局的評價指標體系研究中加入這些維度的評價研究。根據建立的評價指標體系，運用了定性、定量相結合的方法，對河源市在慣性發展、耕地保護、生態優先等情景下的林地變化為耕地、耕地變化為林地等的土地利用進行了評價。評價結果表明，在耕地保護情景下，河源市耕地的數量、質量有所提高，耕地的空間布局進一步集聚，林地是耕地空間增加的主要來源；耕地的生態工程呈現生物多樣性、碳儲量下降趨勢。這與前人得出的研究結論，耕地比林地有顯著低的Shannon-Wiener多樣性指數的結果一致^［23］。此外，為保證數據的易獲得性和可操作性，該研究數據均為采集網絡上的公開數據而來，評價指標數據存在精度不高、部分區域數據缺失、年份不一等問題，導致評價指標數據與實際情況存在一定差異。同時，3種設定的情景基本涵蓋未來發展的不同模式，但是模擬與實際的發展情況也存在一定差別，仍可以根據實際進行相應調整。后續可加入國土空間規劃和“三線”劃定成果，依據國土“三調”和最新年度變更調查成果，以及森林資源管理數據“一張圖”等相關數據，提高指標數據的科學性、準確性。

6結論

落實耕地保護政策，實施耕地集中整治區對于河源市優化區域耕地布局、提高耕地利用效率具有重要意義，而耕地布局評價則是優化區域耕地布局的關鍵環節。該研究根據耕地保護的目標和需求，構建了基于“目標-需求-維度-指標”的耕地布局評價指標體系擴建，并以廣東省河源市為例，以PLUS模型模擬3種發展情景，運用FAHP分析法建立河源市耕地布局評價指標體系，并進行FCE評價，結果表明：

（1）豐富了目前耕地布局評價方面的研究成果。在今后耕地布局評價研究中，可根據研究區域實際情況，因地制宜地選取和擴充相應的評價指標。

（2）根據所建立的評價指標體系，運用定性、定量相結合的方法，對2035年河源市在慣性發展、耕地保護、生態優先3種土地利用模擬情景下的耕地布局情況進行了評價。結果表明，河源市在2035年耕地保護發展情景中的FCE評價總分最高，表現為區域耕地空間布局進一步集聚，表明該情景下河源市耕地布局情況較好；其中坡度15°以下林地是耕地增加的主要來源，可考慮將其作為河源市今后的耕地補充潛力區域。

（3）在進行發展情景模擬時，用PLUS模型預測2020年土地利用數據，并將其與2020年的實際土地利用數據進行對比，Kappa系數為0.87，表明該預測模型具有較高可信度，模擬效果比較理想；根據2020年實際與預測的土地利用數據，河源市前期的耕地保護工作已有初步成效，表現為耕地空間的增加和集聚，如繼續采取耕地保護措施，將會對河源市耕地布局產生積極的影響。

（4）在河源市3種模擬發展情景中，耕地保護和生態優先2種發展情景的建設用地增長速度相比自然發展情景明顯放緩，且耕地布局發展情景相較于自然發展情景要高，可見采取耕地保護、生態修復等保障措施，能夠有效遏制建設用地過度擴張，保障糧食安全和生態平衡。耕地保護和生態優先2種發展情境的可持續性要強于自然發展情景。

（5）河源市生態保護發展情景的FCE得分次之，耕地空間集聚程度較耕地保護情景低，但生物多樣性、碳儲量總體上升趨勢；在耕地保護發展情景中，耕地空間集聚程度最高，但生物多樣性、碳儲量總體呈現下降。表明在河源市耕地布局指標中，數量維度于生態維度呈現負相關。同時考慮河源市屬于粵北生態屏障，是構建廣東省生態安全格局的重要組成部分，為踐行“兩山”理念，塑造魅力生態空間，奠定綠色河源格局，河源市在今后的國土空間規劃中，在保障耕地空間時，也需要進一步加大對生態用地的保護力度。

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