基于GIS技术的基本农田划定研究*——以重庆市黔江区金溪镇为例

张丹丹，张安明，张 引，张家元

(1.西南大学地理科学学院，重庆 400715;2安徽省肥西县高刘中心校，安徽合肥 230000)

基本农田是指按照一定时期人口和社会经济发展对农产品的需求，依据土地利用总体规划确定的不得占用的耕地［1］，是耕地中的精华部分，既关系到实现区域粮食安全的坚实基础，也是中国国民经济和社会可持续发展的重要保障。

在土地利用总体规划修编中如何进行基本农田的合理布局，落实国家关于基本农田保护政策，做好耕地保护工作，是关系到整个国家战略安全的重要组成部分，直接影响到国家的粮食安全。从技术层面来说，长期以来基本农田划分存在偏主观、重数量、缺乏合理布局的问题，在实际基本农田划定数据库建立过程中，“划劣不划优”、“占优补劣”、“划零不划整”现象较为普遍［2］，究其原因，主要是耕地入选基本农田的决策系统缺乏科学性、客观性，而主观性和人为操作性较强，造成耕地保护工作难度的增加［3］。文章从土地利用规划修编建库人员的角度，以《乡 (镇)土地利用总体规划编制规程》和《重庆市乡(镇)级土地利用总体规划数据库标准》为指导，以黔江区金溪镇为研究实例，选取区位因素、水利灌溉条件、坡度以及耕地连片性作为耕地质量评价依据，借助MAPGIS基础平台软件，采用综合评价系数法，建立一套耕地入选基本农田的决策模型，从而为土地利用规划修编中划定基本农田及其保护区提供科学的方法，甚至是为今后基本农田的补划工作等相关规划专题提供客观依据。

1 研究区域概况

重庆市黔江区金溪镇位于黔江区西南部，辖区面积84.085km2，属于亚热带湿润季风气候，年平均气温在15.4℃左右，相对湿度为80% ～85%，多年平均降雨量在1197.5mm，年日照数1 199.8h，无霜期为247～268d，土壤以沙壤土为主，pH值在5.5～6.5之间。

全镇共辖8个村、51个村民小组，2009年共有人口14 335人，其中城镇人口1 936人，农业人口12 399人，人口密度达120.53人/km2，经济总量达4 409万元，农民人均收入3 107元。作为黔江区的农业大镇，一直在推动农业发展方面有着重要的地位，也是此轮土地利用总体规划中，基本农田保有量和耕地保有量指标最多的一个乡镇。因此，如何将大量质量优良的耕地划为基本农田，进一步做好耕地保护工作，显得更为突出和重要。

2 研究方法

2.1 技术路线

该研究是在土地规划地类图层中其他用地规划布局基本完成的基础上，结合规程和建库的基本要求，提取出符合基本农田保护条件的耕地图斑，再根据评价指标体系，利用GIS空间分析技术和综合排序模型，对每一个耕地图斑，进行评分、排序，最后依据上级土地利用总体规划下达给金溪镇的基本农田保护目标，按照从高分至低分的原则，划定基本农田保护图斑，研究的技术路线如图1。

图1 基本农田划定技术路线

2.2 耕地图斑初步筛选

根据《乡 (镇)土地利用总体规划编制规程》和《重庆市乡 (镇)级土地利用总体规划数据库标准》的要求，利用MAPGIS基础平台的空间分析功能以及属性分析工具，对金溪镇土地利用规划数据库的耕地图斑进行初步筛选，基本条件为:(1)基期年和规划目标年均为耕地;(2)城镇有条件建设区范围之内的图斑，不得划为基本农田;(3)旱地中坡度大于25°且不属于第二次土地调查原有基本农田的图斑，此轮规划中不能划为基本农田;(4)易受自然灾害损毁、生态环境脆弱地区的耕地，避免划入基本农田。通过初步筛选，金溪镇现有耕地中符合上述条件可划定为基本农田图斑面积为1 790.15hm2，占现状耕地面积83.88%，其中水田面积472.84hm2、旱地面积1 317.31hm2(表1)。

表1 金溪镇基本农田划定潜力分配表 hm2

2.3 耕地入选基本农田指标体系的建立

根据《基本农田保护条例》、《土地管理法》及《基本农田保护规定》等相关法律法规，结合相关专家学者的研究结果［4］;文章选取耕地地形坡度、连片性、水利设施条件、交通通达度、耕作半径等指标，构建耕地入选基本农田的评价指标体系，同时基于相关专家学者的研究成果，利用层次分析法，确定各指标的权重 (表2)。

表2 评价指标及权重

2.4 各指标评价值的计算及标准化处理

由于各评价指标的性质和量纲不同，耕地评价中其指标取值的范围相差甚远，造成不具有直接的可比性。因此，要对数据进行标准化处理，消除量纲差别，将各指标值的取值范围标准化为0～1，即换成可以统一比较的数值［5］。

2.4.1 地形坡度

随着坡度的增加，坡耕地的土层厚度、土壤肥力等也随之下降，土地耕作条件也逐级变差。参阅相关研究，以6°和25°作为临界值，小于6°的耕地质量较好，土层厚度大、土壤肥力高，而大于25°的陡坡耕地，则耕地质量差，甚至不适宜耕种。因此根据各图斑的坡度级别，利用标准化公式 (1)计算出各个图斑的得分。

式中:S—某耕地图斑坡度指标得分值;X—某耕地图斑的坡度值。

2.4.2 连片性

耕地地块的连片性越好，耕地图斑面积越大，越利于土地的规模经营。由于文中直接采用了规划后金溪镇符合划入基本农田基本条件的图斑，未对图斑进行合并等处理，某地块A可能面积较小，但与其相邻的周边地块B面积却相对较大，在此认定图斑A和B具有相同的连片性。因此文中在对所有图斑执行“碎区条件合并”命令后，得到较大面积的图斑片区，通过对图斑片区的连片性评价来确定片区范围内各耕地图斑的分值。黔江区地处武陵山区，山高坡陡，耕地的破碎度较大，该文采用耕地图斑地类面积10hm2和100hm2作为临界值，按标准化公式 (2)计算。

式中:P—某耕地图斑连片性指标得分值;X—某耕地图斑所在片区的图斑地类面积。

2.4.3 水利设施条件

水利设施对耕地的灌溉、排水条件有着决定性作用。文中评价水利设施条件优劣，主要提取沟渠和河流两个数据来分析。第二次土地详查将河流分为面积较大的面状河流和面积较小的线状河流，研究中对沟渠和线状河流分别设置500m、1 000m、1 500m、2 000m的缓冲半径，即X固定取以上的数值，在同一缓冲区范围内的地块取得相同分值。对于面状河流不论在流量还是灌溉面积大小上都要优于线状河流，因此单独对面状河流设3 000m的缓冲区半径，在此缓冲区范围内的地块可在线状河流分值计算的基础上累计计算，其计算方法如公式 (3)所示。

式中:I-某耕地图斑水利设施条件指标评价分值;X-某耕地图斑所在河流的缓冲区半径范围。

2.4.4 交通通达度

交通通达度主要是指地块距离交通干线的远近，以及周边交通网络的稀疏情况，距离越近、四周交通网络越密集，说明地块的通达性较好，也就是区位条件较好。同上文水利设施条件一样，首先为农村道路设 (指机耕道)500m、1 000m、1 500m、2 000m、2 500m、3 000m的缓冲，在同一缓冲区内的地块分值相同，同时在此基础之上，对公路设置3 000m的缓冲，在缓冲区内的耕地图斑，累计加分，由此可通过公式 (4)计算图斑的通达度评分值。

式中:T-某耕地图斑交通通达性评价分值;X-某耕地图斑所在道路的缓冲区半径范围。

2.4.5 耕作半径耕作半径即耕地地块距离城镇或者居民点的远近，也是衡量耕地区位条件的一个重要指标。鉴于西南丘陵地区农村居民点规模较小且呈零星分布，故对农村居民点设500m、750m、1000m、1250m、1500m、1750m、2000m、2250m、2500m、2750m、3000m的缓冲，同一缓冲区内的地块评价分值相同，按公式 (5)计算其评价分值。

式中:R某耕地图斑耕作半径评价分值;X-某耕地图斑所在农村居民点的缓冲区半径范围。

2.5 计算耕地图斑综合评价分值

通过MAPGIS基础平台的空间分析及空间属性链接功能，可确定各图斑所在缓冲区范围，并根据指标评价体系运算得出每块图斑在每项指标上的综合得分值，其主要计算方法流程如图2。

2.6 利用综合评价法进行分数排序

文章主要是采用综合排序法［6］，根据各耕地图斑的得分值及各项指标的权重大小，计算出每一耕地图斑的综合评价系数，并对之进行排序，综合评价系数小的图斑，优先划入基本农田［7］。

2.6.1 构造决策矩阵

设区域内n块耕地图斑组成的决策对象集为A={a1，a2，a3，a4，……，an}，耕地入选基本农田的决策指标体系为F= {f1，f2，f3，f4，f5}。则有两者组成的决策矩阵X为:

其中Xij表示决策对象ai在决策指标fj下面的取值。根据上文得到决策指标的权重指标为:

将决策矩阵和权重矩阵相乘，则可得到一个规范化的决策矩阵，其中，ri=(r1j，r2j，r3j……)(j=1，2，3，4，5)可以看作为欧式空间里的一个“决策点”。

2.6.2 计算各图斑的综合评价系数

根据吴飞等学者的研究结果，将文中的耕地连片性划分为收益型指标，即数值越大对于评选结果越有利，反之，交通通达度、水利设施条件和耕地坡度级别则为损失型指标，即指数越大对评价结果越有害。结合无量纲指标的相对偏差值计算式:

3 确定基本农田保护图斑及规模

依据黔江区区级土地利用总体规划下达的指标，至2020年金溪镇的基本农田保护面积为1 586.50 hm2，根据上文得出的各耕地图斑综合评价系数，依据综合评价系数值从低到高进行排序，按照土地利用总体规划编制规程要求，下级规划划定的基本农田保护面积不得低于上级规划下达的保护目标。通过MAPGIS基础平台的空间属性链接工具和EXCEL的数据加工处理功能，在土地规划地类数据库中筛选出达到指标要求的基本农田图斑面积共1 586.59hm2，其分村分配及空间布局如表3及图3所示。

表3 金溪镇基本农田面积分布情况表 hm2

图3 金溪镇基本农田分布

4 结果与讨论

基本农田的划定是土地利用总体规划中一个极其重要的环节，不论从规划原理还是建库技术要求方面，都有较高的客观标准。该文以GIS技术为依托，选取四大评价指标，利用综合评价法，以重庆市黔江区金溪镇为例，对基本农田划定的方法进行探讨。按照《乡 (镇)土地利用总体规划编制规程》的规定［8］，基本农田调整应满足以下原则与要求:

(1)基本农田调整应遵循面积不减少、质量有提高、布局总体稳定的原则;

(2)调整后的基本农田面积应不低于上级规划下达的基本农田保护面积指标;

(3)调整后的基本农田平均质量等别应高于调整前的平均质量等别，或调整部分的平均质量等别有所提高;

(4)调整后的基本农田中非耕地、坡耕地的比重应当有所降低;

(5)调整后的基本农田连片程度应当有所提高。

为此，利用简单加权法［9］，对本轮规划中调入和调出的基本农田的具体状况进行对比分析，如表4所示:

分析表格数据可知，至规划目标年，调入的基本农田不论在连片性还是交通通达性等指标方面，均优于基期调出的基本农田，可见本文研究方法在基本农田划定中的应用，具有科学性、客观性和可行性，由于部分数据缺乏，如农用地分等定级数据、生态环境脆弱地区分布等，划定的基本农田具体自然条件等仍需进一步核实和丰富。文中将GIS技术和理念，与综合评价方法的结合，建立一套基本农田划定的决策模型，不仅对西南丘陵山区基本农田保护区和基本农田调整区的空间布局研究和数据库建设具有重要的借鉴意义，也有利于推进土地利用总体规划编制的规范化、合理化。

表4 调出基本农田与调入基本农田指标情况对比

［1］程永政.基本农田保护机制的创新问题探讨.中国农业资源与区划，2009，30(5):25～26

［2］程锋，郧文聚，苏强，等.新一轮土地利用总体规划修编中基本农田布局调整与管制分区的几点思考.资源与产业，2008，10(5):122～123

［3］郑新奇，杨树佳，象伟宁，等.基于农用地分等的基本农田保护空间规划方法研究.农业工程学报，2007，23(1):66～67

［4］李轶平，鲍文东，吴泉源.采用综合评价系数法实现基本农田的空间定位.农机化研究，2008，3(3):20～21

［5］宇向东，郝晋珉，鲍文东.基于农耕地分等的基本农田空间配置的方法.农业工程学报，2008，24(1):185～186

［6］吴飞，濮励杰，许艳，等.耕地入选基本农田评价与决策.农业工程学报，2009，25(12):270～271

［7］程锋，石英，朱德举.耕地入选基本农田决策模型研究.地理与地理信息科学，2003，19(3):47～48

［8］TD/T 1025—2010，乡 (镇)土地利用总体规划编制规程.北京:中国标准出版社，2010

［9］卢纹岱.SPSS for Windows统计分析.北京:电子工业出版社，2006:351～355