基于GIS的北京市怀柔区高标准基本农田建设适宜性评价研究

崔 勇，刘志伟

（1.中国城市发展研究院，北京 100045； 2.北京未来科技城开发建设有限公司，北京 102209）

基于GIS的北京市怀柔区高标准基本农田建设适宜性评价研究

崔 勇1，刘志伟2

（1.中国城市发展研究院，北京 100045； 2.北京未来科技城开发建设有限公司，北京 102209）

研究目的：探索基于GIS空间分析技术的高标准基本农田建设适宜性评价方法，为高标准基本农田建设范围选择提供依据。研究方法：多因素分析法，层次分析法和GIS技术。研究结果：（1）以北京市怀柔区为例，选择合理的评价指标，构建高标准基本农田建设适宜性评价体系；（2）根据评价体系，通过GIS空间分析技术将各评价指标进行空间叠加，得到高标准基本农田建设适宜性评价等级。研究结论：通过实地踏勘表明，该评价方法具有一定的科学性和可操作性，评价结果定量直观，不仅能够减少人为因素的干扰，同时可快速选择高标准基本农田建设范围。

土地评价；级别划分；GIS；多因素分析法；层次分析法；高标准基本农田；土地整治规划

1 前言

随着中国城镇化进程的不断推进，土地资源供需矛盾日益突出，粮食安全问题日益凸显。开展农村土地整治，大规模建设旱涝保收高标准农田是中国当前重要的战略举措[1]。经国务院批准正式颁布实施的《全国土地整治规划（2011－2015年）》提出了2015年建成2666.7×104hm2、2020年建成5333.3×104hm2高标准基本农田的目标[2]。高标准基本农田建设成为未来一段时期土地整治工作的重要内容，能够推进农业现代化经营，保障国家粮食安全，也能缓解保障发展和保护资源的双重压力。

目前，高标准基本农田建设在全国刚拉开序幕，可借鉴的方法与理论较少[3]。王新盼[4]、薛剑[5]、郑世杰[3]等通过构建综合评价指标体系，分析基本农田质量现状及其限制因子可改造程度，来划定高标准基本农田建设适宜区域，但对集中连片、形态稳定、城镇发展等因素重视不够。与基本农田相比，高标准基本农田在建设内容和要求上有了更进一步的提升和扩展，突出表现在要集中连片、形态稳定等方面[6]。因此，本文以北京市怀柔区为例，综合考虑各种影响因素，采用ArcGIS分析工具，以基本农田图斑为评价单元，通过多因素分析法对怀柔区基本农田保护区进行适宜性评价，旨在建立一种简易、科学、可操作性强的适宜性评价方法。

2 区域概况

怀柔区位于北京东北部，地处燕山南麓，华北平原北端，有平原、丘陵和山地、河谷及沟谷三种地貌类型，地形复杂多样。全区总面积212250 hm2，其中平原区只占11%，山区占到89%。基本农田保护区面积8067 hm2，其分布具有“平原—片状、山区—带状”的特点：南部平原区基本农田相对集中，呈片状分布，面积占到基本农田总量的50%以上；北部山区基本农田受山地地形的限制，分布较为零散，主要沿山谷、交通干道呈带状分布。

3 评价指标体系

3.1 指标体系的设计与筛选

评价指标的选取既要科学合理，又要能够衡量整个研究区的适宜性，因此需遵循主导性、可行性、全面性和独立性、地域差异性、动态可持续性等原则构建评价指标体系。

高标准基本农田不仅要具有“集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、抗灾能力强，与现代农业生产和经营方式相适应”的特点，而且必须保证其长期、稳定的农业用途，其“六大特性”是由自然质量条件和农业基础设施的好坏决定的，农业用途的长期性及稳定性则取决于区域的发展需要与功能定位。因此本文从“自然条件—基础设施—区域发展”三方面构建综合评价指标体系（图1）。

图1 指标体系构建分析图Fig.1 Analysis and construction of index system

为了选取合理的评价指标，同时也为了简化指标体系，依据构建指标体系的原则对各影响因素进行分析和筛选：“自然条件”选取基本农田连片性、耕地连片性、地形坡度、土壤质量、地下水资源5个评价指标；“基础设施”选取灌溉条件、排水条件、交通条件3个评价指标；“区域发展”选取功能分区、城镇发展2个评价指标。这些指标不仅包括影响农业生产的限制因素，同时也反映了怀柔区农业发展的基本态势和土地利用的差异性，能够有效反映高标准基本农田建设潜力范围的适应性程度。

3.2 评价指标的获取与分级

评价指标的等级划分与赋值主要依据各指标对高标准基本农田生产经营效果的影响程度、指标数值出现的频率、专家经验三个方面来确定。评价等级从低到高依次赋予0—100之间的分值。

3.2.1 基本农田连片性 “连片性”是指同一质量范围（同一类型或等级，或某一等级以上，或某等级区间内）地块的相连程度[7]，同时也可以定义为相邻程度，两地块在空间上相隔的距离越小，其连片性越高。破碎的、规模较小的田块不利于高效利用及保护，因此选择基本农田连片性作为评价的重要指标。分析连片性的方法较多，但本文以圆形连片地块为理想状态，带状或零散地块的连片性较差，因此采用核密度分析工具，以500 m的搜索半径对怀柔区土地利用总体规划（2006—2020年）中的基本农田保护区进行集中连片性分析，将基本农田保护区连片性分析结果分为≤0.1、（0.1，0.3］、（0.3，0.5］、（0.5，0.7］、＞0.7这5个等级，赋值分别为20、40、60、80、100分。

3.2.2 耕地连片性 经研究表明：若一块耕地周围耕地越多，相邻土地利用对该耕地农耕用途可持续性影响越小，即该耕地与其相邻土地利用类型的适宜性越大[8]。同时也可以理解为相对零散的基本农田周围耕地越多，其农耕用途的适宜性越大，则高标准基本农田建设的适宜性越大。因此，选择耕地连片性作为适宜性评价的指标。耕地连片性分析以怀柔区2010年土地利用变更调查数据中的耕地为基础数据，采用核密度分析工具，以800 m的搜索半径进行连片性分析，将结果分为≤0.1、（0.1，0.3］、（0.3，0.5］、（0.5，0.7］、＞0.7这5个等级，赋值分别为20、40、60、80、100分。

3.2.3 地形坡度 根据地形坡度对农业生产的影响，一般认为3°—7°是常规种植，15°以上是农业机械化耕作的上限，25°以上为禁止区域，不适宜开垦。怀柔区2010年土地利用变更调查数据中的坡度分级图层将坡度分为5个等级，利用现有数据进行分等赋值，分为≤2°、（2°，6°］、（6°，15°］、（15°，25°］、＞25°这5个等级，可利用现在坡度分级数据进行分等赋值，赋值分别为100、80、50、10分和不适宜。

3.2.4 土壤质量 土壤质量数据采用怀柔区农用地分等成果中的自然质量等级，这样不仅考虑了土壤条件，而且将气候条件、生态环境条件等自然因素也包含在评价体系中，使其适宜性评价更具有全面性和科学性。由于现有农用地分等成果时间较早，不能与评价单元相对应，需要采用插值方法进行估算。本文采用普通克里金插值法估算基本农田的土壤质量，根据数据的分布特点采用log数据变换和二次多项式拟合进行插值，将插值后的土壤质量分析结果分为≤7、（7，9］、（9，11］、（11，13］、＞13这5个等级，赋值分别为30、60、80、90、100分。

3.2.5 地下水资源 地下水资源是影响农业生产的重要因素，依据北京市水文地质图，地下含水岩组分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、岩浆岩类裂隙含水岩组、变质岩类裂隙含水岩组5类，并结合其富水程度将地下水资源分为6个等级，具体等级与赋值见表1。

3.2.6 灌溉条件 农田灌溉条件主要体现区域农业生产的水源保证程度和水利灌溉设施的完备程度，灌溉条件的好坏虽与灌溉渠系、动力设施状况、水源状况、地形条件、田块的平整程度等密切相关，但主要受水利灌溉设施的限制。本文以怀柔区2010年土地利用变更调查数据中地类图斑为基础数据，将水田、水浇地分为Ⅰ等级，指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，赋值为100分；将除水田、水浇地以外其他地类分为Ⅱ等级，指无灌溉设施，主要靠天然降水或仅靠引洪淤灌种植，赋值为70分。

表1 地下水资源等级与分值Tab.1 Classification and score of groundwater resources

3.2.7 排水条件 农田排水条件主要体现农田抵御洪涝灾害和破坏性降水天气的能力，是保证农田稳定生产的重要指标。排水条件的好坏虽受排水动力系统、地形条件、田块的平整程度等多方面的影响，但主要受排水沟渠的限制。本文以怀柔区2010年土地利用变更调查数据中的沟渠和河流水系为基础数据，进行分级缓冲区分析，依据田块到排水沟渠或河流水系的距离将排水条件分为4个等级，分别为≤500、（500，1000］、（1000，2000］、＞2000 m这4个等级，赋值分别为100、90、70、50分。

3.2.8 交通条件 交通条件不仅影响农业的生产效率，也影响农产品的交易和价值，是农业生产必不可少的条件。交通条件主要用道路的通达度来表示，体现道路交通的便捷程度。本文以怀柔区土地利用总体规划（2006—2020年）中现状公路和改扩建公路为基础数据，进行分级缓冲区分析，依据田块距离公路的远近，将交通条件分为≤500、（500，1000］、（1000，2000］、（2000，3000］、＞3000 m这5个等级，赋值分别为100、90、70、50、20分。

3.2.9 功能分区 怀柔新城规划（2005—2020年）以坚持生态保育、生态恢复与生态建设并重为原则，以营造健康人居环境、发展绿色生态产业为目标，发挥比较优势，将全区划分为6个生态经济功能区。该指标根据功能分区的职能进行分等赋值（表2）。

表2 功能分区指标等级与分值Tab.2 Classification and score of function subareas

3.2.10 城镇发展 怀柔新城规划（2005—2020年）以公路干线为城镇发展主要轴线，构建“新城—重点镇—一般镇”的城镇用地格局，合理安排城镇用地需求，并结合乡镇所处的区位条件、自然资源条件、人文环境特征以及发展基础，将怀柔区的城镇空间布局分为南部新城地区、中西部生态旅游型小城镇、北部山区生态型小城镇三个特征区域。该指标根据特征区域、城镇体系的发展需求进行分等赋值（表3）。

表3 城镇发展指标等级与分值Tab.3 Classification and score of urban development

4 评价方法

4.1 划分评价单元

土地评价单元是土地适宜性评价中数据获取、数据处理和成果表示的最基本地块，具有这样一个特性：单元内具有最大同质性，单元间应能区分一定精度要求下的最小差别[9]。其划分方法主要有叠置法、地块法、网格法、多边形法等。为了方便栅格计算，在ArcGIS叠加分析过程中采用网格法，以10 m×10 m的栅格单元为评价单元；为方便查询田块和准确统计田块面积，评价结果则采用地块法，以土地利用总体规划中的基本农田图斑为评价单元。

4.2 确定指标权重

高标准基本农田具有“六大特点”，既应选择自然条件好、基础设施完善、集中连片性高的田块，又应结合当地的城镇发展，带有一定的主观性，故选用层次分析法确定权重。

指标的权重是综合评价的重要信息，应根据指标的相对重要性即指标对综合评价的贡献而确定[10]。在构建判断矩阵时，应以建设高标准基本农田为总目标，对各评价指标进行两两比较，采用1—9标度法判断其相对重要程度构建判断矩阵。经过反复调整判断矩阵，并通过一致性检验CR≤0.1，得到各评价指标的权重。

表4 各评价指标的权重Tab.4 The weight of each evaluation index

4.3 选择评价模型

根据各指标的影响权重和各指标的分等赋值，应用加权求和模型计算各评价单元的综合得分，其模型公式为：

式1中，Si表示第i个评价单元的叠加得分；Pij表示第i个评价单元第j个评价因子的分值；Wj表示第j个评价因子的权重。

利用ArcGIS的Cell Statistics统计方法，将各指标分等赋值后的栅格图层进行加权计算，则得到各栅格单元的总分值。然后以基本农田图斑为评价单元，选择ArcGIS的Majority统计方法进行分类区统计，将统计结果对应赋值于基本农田图斑，则得到各评价单元的适宜性评价得分。

4.4 划分评价等级

根据评价单元的综合得分进行适宜性等级划分，得到各评价单元的适宜性程度。Natural Breaks（Jenks）方法是基于数据内部的内在联系进行自然分组，旨在最大化组间差距并最优化组内相似值[11]。利用该方法并综合考虑指标分等赋值区间的划分，将怀柔区基本农田分为6个等级，一级为最适合建设高标准基本农田，六级为最不适合建设高标准基本农田（表5）。

表5 适宜性评价等级划分Tab.5 The distribution of suitability evaluation level

5 结果与分析

5.1 评价结果

将各评价单元进行适宜性评价等级划分以后，得到怀柔区高标准基本农田建设适宜性评价分析图（图2，封三）和怀柔区各乡镇基本农田适宜性等级统计数据（图3，封三），从图中可以看到每个基本农田图斑及各乡镇的适宜性分布情况。

根据适宜性评价结果，适宜性程度在三级以上的基本农田面积为4194.69 hm2，占73%，主要位于基本农田连片性较高、农业生产条件较好、灌溉设施较完善的南部平原区和北部较平整的山谷内。其中，非常适宜部分占35%，主要分布在南部的北房镇、桥梓镇和杨宋镇；较适宜部分占18%，主要分布在宝山镇、渤海镇、长哨营满族乡、怀北镇、桥梓镇和汤河口镇；适宜部分占20%，主要分布在长哨营满族乡、喇叭沟门满族乡和汤河口镇；适宜性程度低的区域则位于基本农田分布零星、灌排条件较差的北部山区。

5.2 结论分析

本文沿用多指标综合评价的思路，根据高标准基本农田的“六大特点”，从“自然条件—基础设施—区域发展”三个方面入手，选取10个指标来构建评价指标体系。同时数据的处理采用GIS技术，空间分析以栅格单元为最小单元进行计算，评价结果则以基本农田图斑为评价单元进行分等、统计，在指标图层分等赋值过程中还采用了核密度分析、普通克里金插值法、分级缓冲区分析等多种方法，提高了评价结果的精确度。

利用上述方法对怀柔区基本农田图斑进行适宜性评价，评价结果定量直观，可以得到每个图斑的适宜性程度，同时也表明利用GIS技术可以快速有效地对高标准基本农田建设潜力范围进行评价，可为其他地区高标准基本农田建设潜力范围适宜性评价提供借鉴。

（References）：

［1］吴海洋.高要求与硬任务迸发新动力:谈如何推进农村土地整治和建设4亿亩高标准基本农田［J］.中国土地，2011，（10）：16-18.

［2］王新盼，姜广辉，张瑞娟，等.高标准基本农田建设区域划定方法［J］.农业工程学报，2013，29（10）：241-250.

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［4］王新盼，姜广辉，张瑞娟，等.高标准基本农田建设区域划定方法［J］.农业工程学报，2013，29（10）：241-250.

［5］薛剑，韩娟，张凤荣，等.高标准基本农田建设评价模型的构建及建设时序的确定［J］.农业工程学报，2014，30（5）：193-203.

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［10］刘黎明.土地资源调查与评价［M］.北京：中国农业大学出版社，2005：236.

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（本文责编：仲济香）

A GIS-based Approach for Suitability Evaluation of High Standard Primary Farmland Consolidation: A Case from Huairou in Beijing

CUI Yong1, LIU Zhi-wei2
（1. China City Development Academy, Beijing 100045, China; 2. Beijing Future Science and Technology Park Development & Construction Co., Ltd., Beijing 102209, China）

The purpose of this paper is to explore a suitability evaluation method based on the approach of GIS for evaluating the primary farmland consolidation. Methods employed include multiple factor analysis, analytic hierarchy process and GIS technology. The results indicate that 1） the study finds out a reasonable evaluation index and constructs a suitable evaluation system for farmland consolidation in Huairou city of Beijing District; 2） According to the evaluation system, the evaluation indexes of the spatial are overlaid through the GIS spatial analysis technology, getting suitable evaluation grades of the well-facilitied capital farmland. It is concluded that the evaluation method is scientific and operable and the evaluation result is quantitative and intuitionistic. Therefore it not only can reduce the intervention by man-made factors, but also can quickly select the high standard farmland consolidation scope.

land assessment; gradation; GIS; multiple factor analysis; analytic hierarchy process（AHP）; high standard primary farmland; land consolidation planning

F301.23

A

1001-8158（2014）09-0076-06

2013-04-11

2014-07-26

崔勇（1985-），男，河北沧州人，硕士研究生。主要研究方向为土地资源管理、城市规划。E-mail: cuiyongtk@163.com