沙湾县耕地整理潜力评价研究

XinjiangAgriculturalSciences

沙湾县耕地整理潜力评价研究

田晶晶1,2,张永福1,2,杨磊3

(1.新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐　830046;2.绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐　830046;

3.新疆农业大学经济管理学院,乌鲁木齐　830052)

摘　要【目的】:依据耕地整理目标和潜力评价的原则,以新疆沙湾县为例,通过构建新增耕地系数、耕地产出提高率、防护林比重提高率和田块大小提高率的评价指标体系。【方法】利用GIS技术建立耕地整理潜力评价信息系统,提高土地整理工作中耕地整理潜力评价的质量、效率和辅助日常管理服务。【结果】基于GIS的耕地整理潜力评价的基本思路和步骤,并利用多因素综合法完成沙湾县耕地整理潜力的综合评价。【结论】该方法具有科学性和可操作性,但随着耕地整理潜力评价工作的深入,应不断完善耕地整理潜力评价系统。关键词:耕地整理;潜力评价;GIS;ArcGIS;沙湾县中图分类号:S34　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-4330(2010)02-0381-07

StudyonthePotentialAppraisalofArableLandConsolidation

ofShawanCountyBasedonGIS

TIANJing-jing1,2,ZHANGYong-fu1,2,YANGLei3

(1.CollegeofResourceandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.KeyLaboratoryofOasisEcology,MinistryofEducation,Urumqi830046,China;3.CollegeofEconomicsandManagement,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

Abstract:Withthedevelopmentofsocialeconomyandincreasingofpopulation,thelandreadjustmentwasbecomingmoreimportant.Theinformationsystemofarablelandreadjustmentpotentialevaluationwasestalished,whichcouldhelptoachievescientificandefficientlandmanagement.Aimingatthecurrentproblemsintheanalysisofarablelandconsolidation,theappraisalindexforpotentialanalysisisestablished,includingnewly-addedfarmlandcoefficient,outputincreaseratio,forestincreasingratioandfields’sizeincreaseratio.TakingtheShawancounty,Xinjiangasanexample,theproceduresofarablelandconsolidationpotentialappraisalbasedonGISareintroducedindetail.Resultprovesthatthismethodisofscientificpracticalutilizationsignificanceandiseasytobeoperated,thesystemofarablelandreadjustmentpotentialevaluationshallbecontinuouslyimproved.

Keywords:arablelandconsolidation;potentialappraisal;GIS;ArcGIS;Shawancounty

0　引言

【研究意义】土地开发整理是补充耕地、实现耕地占补平衡的重要手段,也是改善生产条件和生态环

境、提高土地集约利用水平、推动农业和农村现代化建设的重要途径。随着人口增长、城市化及工业化进程的加快,人类对土地的需求量不断扩大,同时由于环境破坏,不适当开垦导致水土流失,各种自然灾害造成土地废弃,耕地减少,进一步加剧了人地关系的矛盾,制约了社会经济的可持续发展。【前人研究进展】土地开发整理作为协调人地关系,实现土地资源可持续利用的重要手段,是有效缓解人地矛盾、解决土地利用问题的必然选择。而耕地整理潜力的大小是土地整理项目决策的重要依据,所以科学评价耕地整理潜力对于项目选择、用好有限的土地整理资金具有重要意义[1]。综合国内外研究成果以及我国开展土地整理的目的和背景,可以认为耕地整理潜力分析就是在科学分析耕地利用现状基础上,结合

收稿日期:2009-06-29

基金项目:国家教育部春晖计划项目(Z2004-1-65004);新疆县级土地总体规划项目

作者简介:田晶晶(1985-),女,新疆沙湾人,硕士研究生,研究方向为资源环境评价与地理信息系统,(E-mail)sadie0115@163.com通讯作者:张永福(1962-),男,新疆石河子人,副教授,博士,研究方向为土地资源评价及土地利用总体规划,

(E-mail)zyf431@sina.com.cn

新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　47卷・　　　　　　　　　　　　　　　382・经济、生态、社会等外部条件,分析耕地整理在增加有效利用面积、提高耕地生产力、改善生态环境和节

约生产投资方面的能力。【本研究切入点】目前沙湾县耕地整理存在不足。【拟解决的关键问题】耕地整理潜力分析是一个非常复杂的过程,在分析的过程中,不仅要分析耕地整理在增加有效耕作面积、降低投入成本、提高产出率、改善生态环境方面的潜力,同时,由于耕地整理潜力还受到来自于经济、社会、环境方面的制约,要使这些潜力变为现实生产力,还要考虑这些外在因素,对耕地整理潜力进行综合分析。

1　研究区概况及数据来源

1.1　研究区概况

沙湾县位于新疆天山北坡准噶尔盆地南缘的玛纳斯河西岸,E84°57′～86°09′、N43°20′～45°20′,距乌鲁木齐市185km。东与玛纳斯县、石河子市为邻;西到巴音沟与乌苏市、奎屯市、克拉玛依市接壤;南到依连哈比尔尕山分水岭与和静县、尼勒克县毗邻;北与和布克赛尔蒙古自治县为界。整个地形南北狭长,南北长280km,东西宽101km,土地总面积12990.24km2。根据2000年沙湾县土地变更调查,全县土地总面积1299024.43hm2,其中地方土地总面积为917657.92hm2。在土地总面积中,农用地面积515643.65hm2,占土地总面积的56.2%;建设用地面积14506.74hm2,占土地总面积的1.6%;未利用土地386137.89hm2,占土地总面积42.2%。

沙湾县地处新疆天山北坡经济发展带黄金地段中部,是一个以农业为主、农牧结合的农业大县,境内水土、光热等自然资源丰富。沙湾县耕地分布地域性较强,山前丘陵区五个乡镇(场)的耕地总面积为18914.48hm2,占全县耕地总面积的19.8%;洪积冲积扇区,包括乌伊公路沿线六个乡镇(场),耕地面积34119.23hm2,占全县耕地总面积的35.5%;冲积平原区,包括老沙湾片区的四个乡镇,耕地面积42951.69hm2,占全县耕地总面积的44.7%。从以上分析,沙湾县耕地主要分布在乌伊公路以北的乡镇(场),占全县耕地面积的80.2%,是沙湾县重要的粮食经济作物生产基地[2]。表1

表1　沙湾县耕地分布

Table1　ThedistributionofarablelandinShawancounty

乡镇名称

安集海镇

老沙湾镇四道河子镇西戈壁镇金沟河镇东湾镇乌兰乌苏镇大泉乡商户地乡柳毛湾镇博尔通古乡县良种场其他合计

耕地面积(hm2)

9507.8513449.9214508.267920.728851.094887.067127.107099.257802.217191.304247.81811.442581.3995985.40

农业人口(人)

17272133631576797481209710817187241106779168274788810187740141691

农业人均耕地(hm2/人)占全县耕地比重(%)

0.551.010.920.810.730.450.380.640.990.870.540.800.330.67

9.9114.0115.128.259.225.097.437.408.137.494.430.852.69100

1.2　数据来源

11211　基础数据以2000年土地利用现状变更调查数据为基础,在分析过程中2000年土地利用现状按

三大类进行分析。11212　国民经济和社会发展统计数据以2000年沙湾县统计资料为准。11213　农用地投入产出数据以沙湾县农经站2000～2002年统计数据为准。11214　人口统计数据以2000年沙湾县统计资料为准。11215　耕地整理潜力数据以《沙湾县耕地整理潜力分析》专题研究数据成果为准。11216　水文、气象资料以沙湾县水利局、气象局提供的相关数据为准。

11217　土地开发整理投资量资料,以财政局、农业开发办已完成土地开发整理项目投资状况和部分项

目可行性研究报告相关资料数据为准。

2期　　　　　　　　　　田晶晶等:沙湾县耕地整理潜力评价研究　　　　　　　　　　　　　・383・

2　研究方法

2.1　评价方案的选择

目前,耕地整理潜力评价的常用方法有单因素评价法和多因素综合评价法。在确定评价方案前,应综合考虑土地整理的目的。单纯以增加耕地面积作为潜力评价的唯一指标过于简单,没有考虑到土地整理在土地综合生产能力提高、生态环境改善等方面的潜力。多因素综合评定法能够系统地、综合地分析各类因素、因子的作用强度,可避免单一评价指标的片面性。考虑到研究的目的,在沙湾县耕地整理潜力评价中,采用多因素评价法[3]。2.2　基于GIS的耕地整理潜力评价技术路线[4,5]

基于GIS的耕地整理潜力评价过程如下:21211　收集相关的图形和文字资料,建立待整理地区耕地空间数据库和属性数据库,使空间信息和属性信息具有严密的空间关联特征。21212　建立GIS耕地整理潜力评价模型库。模型实现可以为类、函数或子程序,也可以为一个完整的程序。通过模型字典有效组织管理各种模型元数据以及其他相关文件,根据决策问题选用相应的模型。21213　对选定的影响因素利用模型库中的方法确定每个影响因素的权重。21214　利用模型库中的评价模型对每个评价单元的每个因素进行评价,并对每个评价单元的各因素评

价结果进行图形叠加。21215　对每个评价单元进行综合评价,得出各评价单元土地整理的潜力等级。21216　评价结果输出,将评价结果以图或表等可视化的形式输出。

耕地整理潜力评价技术路线。图1

图1　基于GIS的耕地整理潜力评价技术路线

Fig.1　TheflowchatofpotentialappraisalofarablelandbadedonGIS

2.3　评价指标体系的构建[6,7]

耕地整理潜力评价是一项复杂的系统工程,牵涉到多方面的因素,在构建评价指标体系时必须遵循地域分异性、科学性、系统性、相对独立性和易操作性原则[8]。根据沙湾县耕地整理潜力评价的目标,以及沙湾县土地开发整理规划中所收集的资料,构建了以下4个评价指标:21311　新增耕地系数

用来衡量耕地可利用空间扩展程度的指标,其计算公式为:

(1)新增耕地系数=新增加耕地面积/整理前耕地面积×100%.21312　耕地产出提高率

新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　47卷・　　　　　　　　　　　　　　　384・用来衡量耕地生产能力的提高程度的指标,其计算公式为:

耕地产出提高率=(整理后单位面积产量-整理前单位面积产量)/整理前单位面积产量×100%.

(2)21313　防护林比重提高率

用来衡量农业生态环境的改善程度的指标,其计算公式为:

防护林比重提高率=(防护林占地比重标准值-整理前防护林占地比重)/整理前防护林占地比重×100%.

防护林占地比重=防护林面积/耕地整理区总面积.21314　田块大小提高率

(3)

用来衡量农业生产成本降低程度的指标,其计算公式为:

田块大小提高率=(标准田块面积-整理前平均田块面积)/整理前平均田块面积×100%.整理前平均田块面积=整理前耕地总面积/田块个数.标准田块面积是指由已选定的耕地整理标准确定的标准田块的面积。

2.4　单项指标分值的计算[4](4)

耕地整理潜力是相对于一定整理标准下的潜力,不同整理标准下潜力评价结果是完全不同的,因此在整理潜力评价时就必须进行整理标准的判定。土地整理标准判定应该根据当地社会、自然、经济、生态特征,结合当地土地生产习惯来进行,可采用边际效益分析法来进行。

确定耕地整理的标准后,再次扩展“行政村”专题属性表。

扩展好“行政村”专题属性表后,开始计算各单项指标分值,计算过程如下:21411　新增耕地系数(F1)

利用储存在“行政村”专题属性表中的各个行政村的耕地面积、沟渠道路田坎面积、闲散地面积,再结合由耕地整理标准得到的沟渠道路田坎占地比率标准值,按照公式(1)即可在ArcGIS中运算得到各个行政村新增耕地系数的值,并自动记录在“行政村”专题属性表的“F1”字段中。21412　耕地产出提高率(F2)

通过征询当地的专家的意见,并结合实地调查确定各村耕地整理前高产田与中产田的权重,从而得到耕地整理后单位面积产量,再利用调查资料计算出耕地整理前的单位面积产量,然后按照公式(2)在ArcGIS中运算得到各个行政村耕地产出提高率的值,并自动记录在“行政村”专题属性表的“F2”字段

中。

21413　防护林比重提高率(F3)

首先使用ArcGIS的统计功能得到耕地整理区总面积,然后用储存在“行政村”专题属性表中的防护林面积除以耕地整理区总面积即可得到耕地整理前防护林占地比重,再由耕地整理标准得到防护林占地比重标准值,最后按照公式(3)在ArcGIS中运算得到各个行政村防护林比重提高率的值,并自动记录在“行政村”专题属性表的“F3”字段中。21414　田块大小提高率(F4)

首先由确定的耕地整理标准可以计算出整理后的平均田块面积即标准田块面积,然后利用储存在“行政村”专题属性表中的各个行政村整理前平均田块面积,按照公式(4)在ArcGIS中运算得到各个行政村田块大小提高率的值,并自动记录在“行政村”专题属性表的“F4”字段中。

2.5　总潜力分值的计算

因素指数和法是把各个评价指标的分值(Fij)与该评价指标对耕地整理潜力的影响权重(Wj)的乘积相加后得到总分值(Pi),其计算式为:

Pi=6Fij×Wj.

j=1n

(5)

式中,Pi表示第i个评价单元的耕地整理总潜力分值;Fij表示第i个评价单元第j个评价指标的分值;Wj表示第j个评价指标的权重;n表示评价指标的个数,研究中n=4,i=1,2,…,19。

再次扩展“行政村”专题属性表,为其增加“总潜力值”字段,扩展后的“政村”专题属性表的格式。在增加“总潜力值”字段后,就可以利用F1、F2、F3、F4的值,按照公式(5)和各个指标的权重值在ArcGIS中加权求和得到各个行政村的总潜力值,计算结果自动记录在“行政村”专题属性表的“总潜力值”字段中。

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2.6　评价过程主要影响因素

在耕地整理潜力评价中,应用评价指标时,主要强调过程,而不是某一时间点的指标情况;针对不同土地利用系统进行评价,评价的目标不同,评价指标选取应有所不同;耕地整理潜力评价往往用典型样点调查法,评价手段过于简单,且把典型样点的数据用于整个评价区域会导致评价结果的不准确,耕地整理潜力评价应充分利用遥感技术和地理信息技术信息进行评价技术的创新。

3　沙湾县耕地整理潜力评价数据库

3.1　耕地整理潜力评价过程

ArcGIS是一种常用的GIS软件,具有强大的空间数据处理功能,完全能满足耕地整理潜力评价的要求。研究就采用ArcGIS来实现。

利用收集的土地利用现状图、乡镇行政区划图作为空间数据的基本图件,经扫描数字化、几何校正、错误修改等处理后,建成矢量化空间数据库,然后建立拓扑关系,形成图斑数据文件,再将其导入到ArcGIS中建立“行政村”专题和“土地利用现状”专题,并分别设置其属性表。

在ArcGIS中把“行政村”专题和“土地利用现状”专题叠加产生一个叠合专题,并得到该叠合专题的属性表。给“行政村”专题属性表增加属性字段,然后在叠合专题中利用查询、统计以及表的连接等方法可以得到各个行政村的耕地面积、沟渠道路田坎面积、闲散地面积、防护林面积及平均田块面积,并把它们依次记录到“行政村”专题属性表对应字段中。利用调查所得到的数据计算得到各村原来的单位面积产量,并把它们记录到“行政村”专题属性表的“原单产”字段当中。

3.2　总潜力分级及评价结果输出

土地开发整理潜力分级是划分潜力区、制作潜力图的依据。因此,在土地开发整理过程中,要针对不同地区耕地的整理潜力划分潜力级别。在用定量的方法计算得到各个行政村的耕地整理总潜力后,就可以结合实际对总潜力进行值域界定,划分耕地整理潜力级别,并编绘潜力等级图。

根据单项指标分值对新增耕地系数的计算,可以得出沙湾县各乡镇的新增耕地系数。表2

表2　沙湾县耕地整理潜力调查汇总

Table2　ThesurveyofarablelandpotentioninShawancounty

乡镇名称　　　　　　安集海镇老沙湾镇四道河子镇西戈壁镇金沟河镇东湾镇乌兰乌苏镇大泉乡商户地乡柳毛湾镇博尔通古乡县良种场牛圈子牧场合计

待整理区面积(hm2)

4684.4511804.3611475.085712.998775.444036.402328.956182.126643.418475.574386.73293.80800.0073587.94

增加耕地面积(hm2)

465.791264.551250.54456.63430.95191.3377.62316.79443.571350.52382.8257.40224.006884.12

增加耕地系数

9.910.710.98.04.94.73.35.16.715.98.719.528.09.4

首先给“行政村”专题属性表增加“潜力级别”字段。然后对耕地整理总潜力值进行分析,确定潜力级别划分依据为当新增耕地系数≥0.2时,为一级潜力;新增耕地系数在012～0.1时,为二级潜力;新增耕地系数≤0.1时,为三级潜力[9]。

分析沙湾县耕地整理潜力分级结果,该县一级潜力区为牛圈子牧场;二级潜力区有县良种场、柳毛湾、老沙湾镇、四道河子镇;三级潜力区为博尔通古乡、西戈壁镇、东湾镇、乌兰乌苏镇、金沟河镇、大泉乡、安集海镇、商户地乡。表2,表3

新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　47卷・　　　　　　　　　　　　　　　386・

表3　沙湾县耕地整理潜力分级汇总

Table3　ThepotentialclassificationofarablelandinShawancounty

潜力级别

III

III

乡镇名称

牛圈子牧场县良种场老沙湾镇四道河子镇柳毛湾镇小计安集海镇西戈壁镇金沟河镇东湾镇乌兰乌苏镇大泉乡商户地乡博尔通古乡小计合计

待整理区面积(hm2)

800.00293.8011804.3611475.088475.5732048.814684.455712.998154.094036.402328.954792.116643.414386.7340739.1373587.94

增加耕地面积(hm2)

224.0057.401264.551250.541350.523923.01465.79456.63414.87191.3377.62304.48443.57382.822737.116884.12

增地系数(%)

28.019.510.710.915.912.29.98.05.14.73.36.46.78.76.79.4

在ArcGIS中运用再分类功能按潜力级别划分把不同分值的总潜力划分为不同的潜力级别,并记录在“行政村”专题属性表的“潜力级别”字段当中。然后在“行政村”专题中为不同的级别的村设置不同的显示属性即可得到潜力等级。图2

该评价结果可以作为耕地整理方向性把握的依据,例如根据耕地整理总潜力、潜力级别及潜力级别图就可以确定各整理区的潜力分布状况,从而确定重大项目整理区及其各个整理区的时序安排,同时也为耕地整理规划与设计提供依据。

图2　沙湾县耕地整理潜力级别

Fig.2　ThechartofpotentialclassesofarablelandconsolidationinShawancouty

2期　　　　　　　　　　田晶晶等:沙湾县耕地整理潜力评价研究　　　　　　　　　　　　　・387・

4　结论与讨论

耕地整理潜力评价,是制订耕地整理专项规划的根本依据,同时也是划定耕地整理区的基础,其研究意义重大。以新疆沙湾县为例,采用GIS手段进行耕地整理潜力评价,改变了以往花费大量人力和物力来获取数据的传统做法,不仅为整理数据节约了大量的时间并且数据更加精确,具有数据获取相对容易、信息丰富、分析快速、避免人为因素的干扰等优点。

有些方面研究还需在以后的研究中继续完善,主要表现在:411　在空间尺度的层次上,所建立指标体系不完整。研究建立的是为县级土地整理专项规划编制服务的,对于全国耕地整理潜力评价指标体系和更微观的耕地整理项目潜力评价指标体系没有涉及。为了达到经济、社会和生态效益三者的统一,迫切需要建立科学合理的耕地整理潜力评价指标体系,既重视“量”的潜力又重视“质”的潜力。412　评价单元的选择不够精确。此次研究选择乡镇为评价单元,基本上满足了数据收集的需要,但对于耕地整理潜力评价的精度而言,如能采用土地利用现状地块作为评价单元,可更为精确。参考文献:

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