岳冬冬，李衛(wèi)祥，畢如田

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷 030801）

耕地后備資源開發(fā)是保障耕地數(shù)量的重要途徑。實現(xiàn)“數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)”三者并重是國土資源部門保護耕地、落實生態(tài)文明建設(shè)提出的戰(zhàn)略要求，研究耕地后備資源開發(fā)適宜性及其豐度值，并劃分有利的開發(fā)模式，對于提高土地利用效率，緩解人地矛盾等具有重要意義。許多學者對耕地后備資源進行了積極的探索，研究內(nèi)容涵蓋多方面，如耕地后備資源時空變化特征[1]、宜耕性評價[2]、空間分異特征研究[3]、自然質(zhì)量適宜性評價[4]、開發(fā)組合時序研究[5]、耕地占卜平衡分析[6-7]、基于生態(tài)安全觀下的評價指標體系探討[8]等；研究方法涉及較廣，基于重心模型[9]、動態(tài)度模型、分布密度模型、轉(zhuǎn)移矩陣，利用綜合指數(shù)法、組合因素法等數(shù)學方法，采用隸屬度函數(shù)[10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[11]、兩維圖論聚類分析法[12]，通過“一票否決”和“設(shè)置容許度”[13]的方式，多角度多方面研究耕地后備資源，遙感手段也被應用其中，隨著研究的不斷深入，評價方法和體系也不斷完善。

借助前人研究，本研究利用模糊綜合評價模型，對襄汾縣耕地后備資源開發(fā)適宜性進行評價，通過測算新增耕地系數(shù)及新增耕地面積，構(gòu)建耕地后備資源豐度測算模型，運用ArcGIS空間技術(shù)分析，對宜耕性后備資源進行不同開發(fā)模式研究，以期為山地丘陵地區(qū)及相似地區(qū)耕地后備資源的開發(fā)提供客觀科學的指導，適應生態(tài)文明建設(shè)的要求。

1 研究對象和方法

1.1 研究區(qū)概況

襄汾縣地處山西省臨汾盆地中南部，地理坐標111°06′38″～111°40′55″E，35°40′05″～36°03′20″N，全縣面積1 304 km2，共13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地勢東西高、中間低，東面有太岳山脈分支塔兒山，西面有呂梁山脈分支姑射山，汾河貫穿縣境中部，流程52.2 km，山河之間構(gòu)成兩旁略成梯形的盆狀地帶，地貌類型以黃土臺塬區(qū)、中低丘陵山區(qū)及河流堆積地貌區(qū)為主。屬于暖溫帶季風性氣候，四季分明，熱量條件比較豐富，有利于發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。縣境內(nèi)地勢平坦，土壤肥沃，是山西省產(chǎn)糧大縣。

表1 耕地后備資源數(shù)量統(tǒng)計

耕地后備資源是可轉(zhuǎn)化為耕地的非耕地資源，從土地利用類型轉(zhuǎn)化角度來看，非耕地均可轉(zhuǎn)化為耕地?？紤]襄汾縣耕地后備資源開發(fā)項目的可實施性，本著因地制宜的原則，根據(jù)襄汾縣的土地利用特點和地形地貌特征，本研究依據(jù)2015年土地利用變更調(diào)查結(jié)果，選取部分用地類型作為耕地后備資源，并對其進行評價分析。襄汾縣耕地后備資源總面積為18 024.896 8 hm2，各類型具體面積列于表1。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)包括圖像數(shù)據(jù)和文本資料，其中，圖像數(shù)據(jù)為襄汾縣第2次土地利用變更數(shù)據(jù)（2015年），縣級行政區(qū)劃圖，山西省土壤養(yǎng)分采樣點分布圖，山西省DEM數(shù)據(jù)及2015年襄汾縣遙感影像圖；文本資料包括襄汾縣土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）、襄汾縣土地整治規(guī)劃資料等相關(guān)資料。對收集到的圖像數(shù)據(jù)以ArcGIS 10.2進行空間配準，獲取相應的矢量文件作為評價指標圖層，并建立耕地后備資源評價數(shù)據(jù)庫[14]。

1.3 研究方法

1.3.1 適宜性評價方法

1.3.1.1 評價指標體系構(gòu)建 根據(jù)評價指標代表性、穩(wěn)定性及資料可獲取性原則，結(jié)合研究區(qū)自然社會現(xiàn)狀，本研究選擇生態(tài)安全性、自然適宜性和經(jīng)濟可行性3個方面作為準則層，選取11個具體指標對耕地后備資源開發(fā)適宜性進行評價。

1.3.1.1.1 生態(tài)安全性 選取植被覆蓋度、距水源的距離、生物豐富度及景觀格局4個具體評價指標。利用ENVI，借助NDVI值求植被覆蓋度；利用ArcGIS中的距離分析功能，按照地塊距離水源的遠近，對水源保障因素進行分級評價；根據(jù)土地利用類型確定生物豐富度等級；以與原耕地是否相鄰為依據(jù)，評價景觀格局分布情況。

1.3.1.1.2 自然適宜性 選取地形坡度、海拔高度、有機質(zhì)含量和全氮含量4個有效指標。在ArcGIS中用DEM數(shù)據(jù)求取地塊平均坡度數(shù)據(jù)和高程；通過對4 000個土壤養(yǎng)分點空間插值處理，并運用襄汾縣行政區(qū)邊界生成掩膜文件，得到襄汾縣有機質(zhì)和全氮含量，并衡量襄汾縣土壤肥力的基礎(chǔ)狀況。

1.3.1.1.3 經(jīng)濟可行性 經(jīng)濟可行性指標主要包括土地區(qū)位分布、耕作便利度、集中連片度。其中，土地區(qū)位分布反映開發(fā)后新增耕地與居民點間的距離關(guān)系，采用ArcGIS中緩沖區(qū)分析，緩沖區(qū)距離為居民點到耕地后備資源地塊中心的距離；耕作便利度即土地開發(fā)后地塊到交通干線的距離，從2015年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中提取襄汾縣主要交通干線及農(nóng)村道路，采用緩沖區(qū)分析方法求得相應距離；耕地集中連片度[15]是指宜耕資源開發(fā)后地塊位置的相近關(guān)系，運用ArcGIS軟件，采用空間融合方法將一定距離內(nèi)的相鄰地塊連接為集中連片區(qū)，并用公式（1）計算各連片區(qū)的集中連片度。

式中，f（a）表示耕地集中連片度指數(shù)，a表示耕地后備資源面積。1.3.1.2 評價指標標準化處理 本研究對評價指標的表述和分級參照《耕地后備資源調(diào)查與評價技術(shù)規(guī)程》和《農(nóng)用地分等定級規(guī)程》及前人的研究成果[16]，將指標依據(jù)各自的限制因素劃分為5個適宜性級別，即高等適宜、較高等適宜、中等適宜、勉強適宜、不適宜，分值限定在0～100封閉區(qū)間（表2）。

表2 耕地后備資源開發(fā)適宜性評價標準

1.3.1.3 確定指標權(quán)重

1.3.1.3.1 層次分析法[17]首先請專家對同一層的所有指標運用兩兩比較法進行評價，構(gòu)建各層次判斷矩陣，依次計算相應指標權(quán)重。評價過程一致性檢驗結(jié)果小于0.1，即權(quán)重合理。

1.3.1.3.2 熵權(quán)法[18]熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)方法，在適宜性評價中，用信息熵理論評定各指標的有序性及其有效性，通過熵值計算確定各項評價指標的權(quán)重。

1.3.1.3.3 組合法 為了使組合權(quán)重與層次分析法確定的權(quán)重1和熵權(quán)法確定的權(quán)重2盡可能接近，本研究選用平均值法求得組合權(quán)重（表3）。

表3 不同方法確定的評價指標權(quán)重

1.3.1.4 適宜性評價模型的構(gòu)建 模糊綜合評價[19]是通過引入模糊隸屬度函數(shù)，運用模糊變換理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，首先確定評價對象的因素論域，即開發(fā)適宜性評價體系；其次確定評價等級論域，即開發(fā)適宜性等級；利用已確定的指標權(quán)重，建立評價體系的模糊權(quán)向量；本研究選用降半梯形隸屬度，最終確定模糊綜合評價隸屬度向量。

運用模糊向量單值化法，根據(jù)每個等級的賦值將模糊評價綜合結(jié)果通過加權(quán)平均得到每個評價域相應的評價數(shù)值（C）。

式中，cj為各項指標第j等級的分值，bj為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)第 j級隸屬度值，j＝1，2，3，4，5。經(jīng)模糊向量單值化計算，得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合評分值。

1.3.2 耕地后備資源豐度值測算 為進一步明確耕地后備資源開發(fā)的時空配置，合理安排開發(fā)的重點區(qū)域、重點項目及規(guī)模布局，需要對襄汾縣后備資源豐度值進行測算，依此劃分宜耕后備不同開發(fā)利用模式，總體思路為：在襄汾縣后備資源開發(fā)適宜性評價的基礎(chǔ)上，確定宜耕后備資源新增耕地系數(shù)；測算襄汾縣宜耕后備資源新增耕地面積；構(gòu)建豐度測算模型，采用ArcGIS空間分析方法，依據(jù)豐度值對襄汾縣耕地后備資源不同開發(fā)模式進行分析。

1.3.2.1 新增耕地系數(shù)的確定 宜耕后備資源新增耕地系數(shù)[20]表示區(qū)域內(nèi)不同質(zhì)量土地的耕地綜合開發(fā)能力。此處，新增耕地系數(shù)的確定以開發(fā)適宜性評價為基礎(chǔ)。

式中，x表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱；y表示耕地后備資源適宜性等級，此處只對應較高等適宜、中等適宜、勉強適宜3個等級；Sxy指第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第y等級的宜耕后備資源總面積占該鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地后備資源總面積的比例；Pxy為第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)適宜性評價為y等級的各評價單元的平均分值（由適宜性評價過程所得）；Cx為模糊向量單值化分值（由適宜性評價過程所得）；Fx為第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕后備資源新增耕地系數(shù)。

1.3.2.2 宜耕后備資源補充耕地面積 根據(jù)襄汾縣開發(fā)適宜性評價結(jié)果，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕后備資源實際潛力面積為Ex及新增耕地系數(shù)為Fx，實際潛力即為適宜性評價中較高等適宜性和中等適宜性2項評價等級結(jié)果，用公式（5）計算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)補充耕地面積。

式中，ΔEx表示第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕后備資源開發(fā)新增耕地面積（hm2）。

1.3.2.3 耕地后備資源豐度測算模型構(gòu)建 豐度是化學中衡量元素在自然界中的天然存比，本研究借鑒豐度概念，求取宜耕后備資源的開發(fā)潛力，即豐度值越高說明該區(qū)域耕地后備資源開發(fā)潛力越大；通過構(gòu)建豐度測算模型，求取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)豐度值，利用豐度值在ArcGIS中分布頻率劃分不同的開發(fā)模式，以期為項目的開發(fā)時序及空間分配提供科學參考。豐度測算時，重點考慮各鄉(xiāng)鎮(zhèn)新增耕地系數(shù)和新增耕地占比2項指標，經(jīng)專家確定這2項指標權(quán)重均為0.5，豐度測算模型如下。

式中，Lx表示第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)豐度值；Rx表示第x個鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地后備資源總面積（hm2）；ω1表示新增耕地系數(shù)的權(quán)重；ω2表示新增耕地面積所占面積比例的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 適宜性評價結(jié)果與分析

根據(jù)模糊綜合評價單值化結(jié)果，將襄汾縣耕地后備資源開發(fā)適宜性劃分為4個等級：較高等適宜、中等適宜、勉強適宜、不適宜（襄汾縣無高等適宜（綜合得分≥80）評價區(qū)域，該區(qū)域由于自然生態(tài)條件及社會經(jīng)濟條件優(yōu)越，已完全被開發(fā)為耕地，無閑置面積）。其中，較高等適宜區(qū)域（60≤綜合評價值＜80）地面坡度主要分布在2°～6°、海拔較低、灌溉條件較好，土壤養(yǎng)分質(zhì)量高，稍加開發(fā)整理便可取得較高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平；中等適宜區(qū)域（40≤綜合評價值＜60）具備一定的開發(fā)條件，開發(fā)后經(jīng)整治可具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作用；勉強適宜區(qū)域（20≤綜合評價值＜40）在海拔高度、地形坡度及交通便利程度等方面存在一定程度的限制，開發(fā)時具有一定難度；不適宜區(qū)域（綜合評價值＜20）土壤質(zhì)地很差，海拔較高，開發(fā)難度極大，開發(fā)后生態(tài)風險極高，同時為保護生態(tài)環(huán)境，將地面坡度大于25°區(qū)域均劃為不適宜開發(fā)區(qū)，最終各鄉(xiāng)鎮(zhèn)開發(fā)適宜性評價結(jié)果如表4所示。

表4 襄汾縣耕地后備資源開發(fā)適宜性評價結(jié)果 hm2

根據(jù)評級結(jié)果，考慮到后備資源開發(fā)時的難度及開發(fā)后耕地生產(chǎn)能力，將較高等適宜和中等適宜區(qū)域作為襄汾縣耕地后備資源的實際開發(fā)潛力，面積總計13 699.043 4 hm2。從數(shù)量分布上，實際開發(fā)潛力占襄汾縣后備資源總面積的76%，其中，較高等適宜區(qū)域占比為12.14%，中等適宜區(qū)域占比為63.86%。從空間布局上，較高等適宜區(qū)域分布在襄汾縣中部平原及七一水庫附近，有較大的灌溉優(yōu)勢，地勢平坦，土壤肥沃，交通便利，具有很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平；中等適宜區(qū)分布在由山前平原向山麓過渡的半山丘陵區(qū)，土地類型以其他草地為主，地形坡度較低，景觀格局較完整，經(jīng)開發(fā)整治等工程建設(shè)后可具有較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力。

2.2 耕地后備資源豐度測算結(jié)果與分析

2.2.1 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)補充耕地結(jié)果 基于適宜性評價得出的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜耕后備資源實際潛力（13699.0434hm2，包括較高等適宜和中等適宜區(qū)域）和新增耕地系數(shù)，利用補充耕地面積測算公式，得到襄汾縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)開發(fā)補充耕地面積列于表5。從耕地補充規(guī)模來看，汾城鎮(zhèn)新增耕地面積最大，為1 571.074 2 hm2，其次依次為新城鎮(zhèn)、襄陵鎮(zhèn)，補充耕地面積均在1 000 hm2以上。從新增耕地面積占比來看，鄧莊鎮(zhèn)最高為83.59%，其次依次為西賈鄉(xiāng)和南辛店鄉(xiāng)，分別占81.98%和81.15%。

表5 襄汾縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地后備資源開發(fā)補充耕地面積

2.2.2 豐度分值測算結(jié)果及開發(fā)模式分析 耕地后備資源豐度測算主要考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)新增耕地系數(shù)和新增耕地面積所占比例2項指標，根據(jù)公式（6），以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位將襄汾縣耕地后備資源豐度值劃分為4個級別，分別對應4種開發(fā)模式：優(yōu)先開發(fā)模式（0.7515＜豐度值≤0.8359）；重點開發(fā)模式（0.6037＜豐度值≤0.751 5）；適度開發(fā)模式（0.287 2＜豐度值≤0.603 7）；先保護后開發(fā)模式（0.228 1＜豐度值≤0.287 2）?？臻g分布情況如圖1所示。

優(yōu)先開發(fā)模式主要分布在襄汾縣中部平原區(qū)，包括南賈鎮(zhèn)、南辛店鄉(xiāng)、永固鄉(xiāng)、西賈鄉(xiāng)、景毛鄉(xiāng)、趙康鎮(zhèn)和鄧莊鎮(zhèn)，由于汾河流域貫穿襄汾縣中部，該區(qū)域地勢平坦，水源充足。該模式的總面積為3 869.435 6 hm2，實際開發(fā)潛力 3 677.191 6 hm2，新增耕地面積2 970.077 9 hm2，具有便利的交通條件，優(yōu)越的區(qū)位條件，應最大化地發(fā)揮該模式下新增耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)勢，規(guī)整開發(fā)田塊形狀，適度集中開發(fā)規(guī)模，將開發(fā)后的宜耕土地與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)結(jié)合起來，提高生產(chǎn)力水平，助力鄉(xiāng)村振興。

重點開發(fā)模式主要分布在汾河以東的黃土臺塬區(qū)及呂梁山山前傾斜平原區(qū)，是平原向山地過渡區(qū)域，包括新城鎮(zhèn)和古城鎮(zhèn)，總面積3 413.028 4 hm2，實際開發(fā)潛力為3 239.650 9 hm2，新增耕地面積為2 413.822 3 hm2。該區(qū)域地勢較低，耕地灌溉條件較好，土壤質(zhì)地均勻，該模式開發(fā)時應提高土地利用集約度，保證經(jīng)濟增長與生態(tài)保護之間的良性循環(huán)，促進山水林田湖草生命共同體建設(shè)。

適度開發(fā)模式主要分布在襄汾縣西北部和西南部呂梁山中低山區(qū)，包括汾城鎮(zhèn)和襄陵鎮(zhèn)，總面積為5073.9094hm2，實際開發(fā)潛力4184.778 6 hm2，新增耕地面積2 726.514 5 hm2。該區(qū)域土地利用類型以其他草地為主，宜耕后備資源面積集中連片，灌溉條件有限，耕地區(qū)位分布較差，對該區(qū)域應適度開發(fā)。該模式應注意人地協(xié)調(diào)關(guān)系，提升地域空間利用效率，完善景觀格局，努力實現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展，適度適宜地進行宜耕后備資源的開發(fā)。

先保護后開發(fā)模式主要分布在襄汾縣東北部，塔爾山中低山區(qū)，包括大鄧鄉(xiāng)和陶寺鄉(xiāng)，總面積為5 852.318 8 hm2，實際開發(fā)潛力 2 597.422 4 hm2，新增耕地面積958.870 3 hm2。該區(qū)域海拔較高，地形陡峭，耕地后備資源破碎化嚴重，植被覆蓋度低，盲目開發(fā)易造成水土流失等生態(tài)風險，因此，應先對其進行生態(tài)保護，修復其生態(tài)屏障功能，改善土壤質(zhì)地，作為后續(xù)儲備資源進行再開發(fā)利用，避免粗放式開發(fā)。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)要求，本研究通過構(gòu)建模糊綜合評價模型，從生態(tài)安全性、自然適宜性和經(jīng)濟可行性3個方面進行開發(fā)適宜性評價，研究結(jié)果表明，襄汾縣開發(fā)適宜性分為4個等級，其中較高等適宜區(qū)域2 187.775 4 hm2，占比為12.14%；中等適宜區(qū)域11 511.268 1 hm2，占比為63.86%；勉強適宜區(qū)域3 782.169 9 hm2，占比為20.98%；不適宜區(qū)域543.683 5 hm2，占比3.02%。這與襄汾縣實際后備資源開發(fā)情況相符，可為區(qū)域后備資源開發(fā)提供現(xiàn)實依據(jù)。

在適宜性評價的基礎(chǔ)上，通過計算新增耕地面積，構(gòu)建襄汾縣耕地后備資源豐度測算模型，衡量實際開發(fā)潛力狀況，并以此區(qū)分襄汾縣不同開發(fā)模式。本研究結(jié)果表明，襄汾縣共分為4種開發(fā)模式，優(yōu)先開發(fā)模式總規(guī)模3 685.640 2 hm2，要求與鄉(xiāng)村建設(shè)相結(jié)合進行開發(fā)；重點開發(fā)模式總規(guī)模為3413.0284hm2，要求促進經(jīng)濟增長與生態(tài)保護之間的良性循環(huán)；適度開發(fā)模式總規(guī)模為5852.3188hm2，要求適度適宜地進行開發(fā)；先保護后開發(fā)模式總規(guī)模為5 852.318 8 hm2，要求先對其進行生態(tài)保護，避免盲目粗放利用。

可供開發(fā)面積少、分布零散是襄汾縣耕地后備資源的特點，根據(jù)不同適宜性等級及開發(fā)模式，實施差別化區(qū)域耕地后備資源開發(fā)與保護措施，在開發(fā)耕地、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、保障糧食安全的同時，保護后備資源區(qū)域生態(tài)安全，優(yōu)化耕地布局，提升耕地質(zhì)量，構(gòu)建和諧的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，以實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境3個效益的統(tǒng)一和耕地后備資源的可持續(xù)利用。