基于灰色关联分析的耕地后备资源开发决策研究————以江苏省泗阳县为例

缪连荣，任丽军，吴 菲

（江苏省土地勘测规划院，江苏·南京 210037）

耕地保护基本国策在我国已经实施三十余年，为缓和经济发展与耕地保护矛盾、确保粮食安全等现实问题做出了巨大贡献[1]。现阶段，我国正处于经济社会飞速发展阶段，建设用地的需求依然十分旺盛，然而耕地资源的有限性对建设用地的扩张形成一定的制约[2]。保护和发展都是新时代下我国经济建设的两大主题，如何科学协调好二者的关系是土地科学领域研究的热点问题。科学合理的开发耕地后备资源为协调发展与保护的矛盾提供了重要契机，为保障我国粮食安全，提高土地利用效率，推动农业现代化建设，实现农村生态文明发展具有重要意义[3]。

随着耕地后备资源调查工作的有序推进，越来越多学者关注到耕地后备资源开发决策的科学性，对耕地后备资源开发适宜性调查[4-6]、开发利用评价[7]、占补平衡效率[8,9]、开发时序[10-12]等问题进行了深入研究。由于我国幅员辽阔，耕地后备资源的开发存在一定的差异，需要制定差别化的开发管理政策，以保证耕地后备资源的合理开发[13,14]。综观已有研究，为耕地后备资源的开发利用及管理工作提供了理论指导和应用价值。然而如何因地制宜地制定耕地后备资源开发策略是各地开展耕地后备资源开发的关键所在。基于此，本文以江苏省泗阳县为例，通过收集农用地分等数据、土地利用变更数据，从自然条件、区位条件、农业生产等方面，尝试运用灰色关联分析方法开展耕地后备资源开发决策研究，为泗阳县耕地后备资源开发决策提供理论依据。

1 研究区概况及数据

1.1 研究区概况

1.2 数据来源与处理

本文所使用数据主要为泗阳县耕地后备资源调查数据，2015年度土地利用变更调查数据。根据耕地后备资源调查数据，2015年泗阳县共有耕地后备资源3544.9992公顷。坡度与高程等地形数据来源于中国科学院计算机网络信息中心的地理空间数据云平台共享的同期30×30m的DEM数据。交通距离、城镇距离等数据以土地利用变更调查数据为基础提取公路用地、城市和建制镇等要素，采用ArcGIS10.3空间分析功能，提取各耕地后备资源地块到公路用地、城市和建制镇的距离；土壤有机质含量、有效土层厚度、预期灌溉保证率、预期排水条件等数据，以泗阳县耕地质量等级成果补充完善数据为基础，采用ArcGIS10.3的反距离加权插值法获得各耕地后备资源地块的数据。本研究以30×30m的耕地后备资源栅格为研究对象对泗阳县耕地后备资源开发决策进行分析。

2 研究方法

2.1 耕地后备资源开发原则

耕地后备资源开发是以补充耕地、提高土地利用效率为出发点，以《土地管理法》作为依据，在切实掌握耕地后备资源数量、结构的基础上，根据后备资源的自然条件、区位条件、预期生产条件等内容，科学合理地选择开发难度较小、开发后生产能力较高、容易形成规模经济的耕地后备资源进行择优开发，有效降低耕地后备资源开发的盲目性，实现耕地后备资源再开发的经济、社会、生态效益的最大化。

2.2 耕地后备资源开发

2.2.1 决策指标体系构建

根据土地开发整理项目验收相关规程、未利用地开发要求、泗阳县耕地后备资源调查成果、农地分等及更新成果，参考已有关于基本农田空间布局以及高标准基本农田建设等相关研究[14,15]，结合泗阳县耕地后备资源分布状况、与县域发展实际情况，考虑到评价指标的可获得性、代表性、综合性，评价过程的可操作性，评价结果的可比性等原则，本研究从自然条件、区位条件、预期生产条件3个方面选取8项指标，建立泗阳县耕地后备资源开发决策指标体系，如表1所示。

表1 泗阳县耕地后备资源开发决策指标体系Table 1 Index system of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

（1）自然条件。自然条件主要强调耕地后备资源的高程、坡度、土壤有机质含量和有效土层厚度，这些因素关系到耕地后备资源开发改造难度，与开发成本密切相关。同时，还与开发后耕地资源的耕作方式、农业基础设施布局难易程度有关。

（2）区位条件。耕地后备资源的区位条件与地块改造后农业生产耕作距离、农业生产资料以及农业产品的运输难易程度密切相关，应优先选择区位条件较好的地块进行开发，有利于降低开发后农业生产成本。

（3）预期生产条件。预期灌溉保证率、预期排水条件是耕地后备资源开发后耕地生产条件的关键，地块预期的灌溉保证率和排水条件与周边耕地的灌溉保证率和排水条件密切相关，应优先选择灌溉保证率和排水条件较好的耕地周边的后备资源地块进行开发。预期灌溉保证率和预期排水条件以耕地质量等级成果补充完善数据中各耕地地块的灌溉保证率和排水条件为基础，运用ArcGIS10.3将各地块转为点状数据，并以此点状数据采用反距离加权插值法得到各后备资源地块的预期灌溉保证率和预期排水条件。

2.2.2 后备资源开发决策方法

由于各指标量纲不同，需要将各指标转化为同一个度量平台，故对决策指标体系中的各项指标进行标准化处理。换算后运用正向指标标准化公式进行计算；对于正向指标运用公式(1)进行标准化；对于负向指标运用公式(2)进行标准化，公式(1)、(2)如下：

式中：i=1,2,…,n；k=1,2,…,12；Xi(k)为第i个栅格第k项指标的标准化后的数值；xi(k)为第i个栅格第k项指标的实际值，xmin(k)和xmin(k)分别表示第k项指标在所有栅格中的最大和最小实际值。

其次，以标准化后第k项指标在所有栅格中的最大值为该栅格入耕地后备资源开发栅格的理想值，即得到理想开发后备资源集合{Xmax(1)，Xmax(2)，…，Xmax(12)}，计算现实值与理想值的灰色关联信息差异，计算公式为：

式中：Xmax(k)表示标准化后第k项指标在所有栅格中的最大值；ΔXi(k)为标准化后第i个栅格第k项指标的相对值与Xmax(k)之间的信息差异。

第三，按照灰色关联理论，计算耕地栅格现实值与理想值的灰色关联系数，计算公式为：

式中：minminΔXi(k)表示第i个后备资源栅格的第k项指标现实值与理想值信息差异的最小值，maxmaxΔXi(k)则表示信息差异的最大值；γi(k)表示栅格i的第k项指标的关联系数。

最后，利用计算得到的各后备资源栅格的各项指标的关联系数计算关联度值，得到各后备资源开发的决策结果，计算公式为：

式中：γi为第i个指标与理想集合的关联度；关联度越大，则该栅格越接近理想的耕地后备资源状态，应该优先划定。

3 结果与分析

3.1 耕地后备资源开发决策灰色关联度计算结果

根据耕地后备资源开发决策指标体系和灰色关联分析理论、方法，以江苏省泗阳县为例研究后备资源开发决策，通过测算得到泗阳县各后备资源栅格与后备资源开发理想集合的灰色关联度结果，最大值为0.836、最小值为0.507、平均值为0.694，91.87%的后备资源栅格与理想状态后备资源开发地块的关联度值处于0.5以上，可见泗阳县耕地资源自然条件、区位条件、预期生产条件都较为优越。在泗阳现阶段社会经济和城镇化快速发展的背景下，适度开发耕地后备资源，有效补充耕地数量，维护县域内耕地生态系统结构、功能、数量和质量安全，有利于实现经济社会的可持续发展。

3.2 耕地后备资源开发决策

3.2.1 耕地后备资源开发决策类型划分

根据泗阳县耕地后备资源开发决策灰色关联度计算结果，采用ArcGIS10.3的重分类工具，采用自然断点法(natural breaks)将泗阳县耕地栅格划分为：优先开发型、择优开发型、后备可选型以及不开发型4种类型，见图1。

图1 泗阳县耕地后备资源开发决策分类图Fig.1 Classification of reserve resources for cultivated land utilization decision-making in Siyang county

在对泗阳县耕地后备资源开发决策类型划分的基础上，统计各乡镇耕地后备资源开发决策方向，如表2所示。优先开发型、择优开发型、后备可选型以及不开发型的4种决策类型的后备资源面积分别为1553.5811hm2、1198.37733hm2、375.6407hm2、417.4000hm2，占全县耕地后备资源总面积的比例依次为43.82%、33.80%、10.60%、11.78%。优先开发型和择优开发型两种类型的后备资源占耕地后备资源的77.63%，主要分布于洪泽湖沿岸；后备可选型主要分布于张家圩镇、南刘集乡、王集镇等地；不开发型主要分布于八集乡、张家圩镇、南刘集乡等地。各乡镇耕地后备资源开发方向如表2所示。

表2 泗阳县耕地后备资源开发决策方向Table 2 Orientation of permanent prime farmland demarcation decision-making in Siyang county (单位: hm2)

3.2.2 耕地后备资源开发决策分析

根据基于灰色关联分析法得到的泗阳县4种类型耕地后备资源开发决策结果，充分考虑泗阳县的自然条件、区位条件、预期生产条件等内容，并结合泗阳县土地整治规划目标，分析耕地后备资源利用方向，指导泗阳县耕地后备资源开发工作。

（1）优先开发型

该类型耕地后备资源面积1553.5811hm2，占全县耕地后备资源的43.82%，主要分布于泗阳县境内洪泽湖沿岸，高渡镇靠近洪泽湖的地区。这些区域的耕地后备资源的土壤质量较好、有机质含量高、有效土层厚度较厚，同时大规模集中连片，周边耕地资源质量较高，且布局大量基本农田，耕地基础设施较为完善。该类型的耕地后备资源可以作为开发的首选对象。通过充分发挥这部分耕地后备资源的资源禀赋优势，对因地制宜地对现有的农业生产条件进行改造，依据现有条件完善现代化灌溉、排水等农田基础设施，提高耕地综合效益。加强农业现代化建设，促进传统农业生产向规模化、机械化等现代化生产经营方式转变，耕地后备资源开发示范区。

（2）择优开发型

择优开发型后备资源共有1198.3773hm2，占县耕地总面积的33.80%，主要分布于洪泽湖沿岸、众兴镇、高渡镇、卢集镇，该类型的后备资源与优先开发型相比，自然条件、土地质量条件、周边耕地的农业基础设施条件的综合优势相对较低，但是其中部分分布于集中连片、土壤质量较高、农业基础设施完整的耕地资源周边，在综合考虑土地整治规划的基础上，选择各方面条件均较好、开发成本较低的后备资源进行开发。通过改良土壤、优化农业生产条件与生态环境，提升道路通达度以及田块规整性，完善农业基础设施，努力提高该类型后备资源开发后的生产能力。

（3）后备可选型

后备可选型耕地共有375.6407hm2，占全区耕地总面积的10.60%，主要分布于张家圩镇、南刘集乡、王集镇、穿城镇、洪泽湖等区域，此类型的后备资源较优先开发型和择优开发型在自然条件、区位条件、预期生产条件等方面存在较大差距，开发为耕地的改造成本较大，应通过一定的工程技术措施进行培优，努力提升地块的土壤质量、周边耕地资源的农业生产基础设施完善程度。

（4）不开发型

全区共有全面治理型耕地417.4000hm2，占耕地总面积的11.78%，主要分布于八集乡、张家圩镇、洪泽湖、南刘集乡、裴圩镇等地。该类型的后备资源相对于其他类型存在一定的劣势，不适宜开发为耕地。应针对具体的地块进行全面方面的考虑，优先将这些地块划入生态用地进行保护，最大限度的发挥该类型土地的效用。

4 结论与讨论

（1）耕地后备资源开发是以补充耕地、提高土地利用效率为出发点，其决策受到区域自然条件、区位条件、预期生产条件等各方面的影响，本文以地处江苏省泗阳县为例，引入灰色关联分析模型，对耕地后备资源开发决策进行研究，研究结果可为泗阳县耕地后备资源开发工作提供理论依据。

（2）本文通过构建耕地后备资源开发决策指标体系，以泗阳县耕地后备资源调查成果作为基础，已耕地后备资源栅格为单元进行决策分析，依据灰色关联分析结果将后备资源栅格划分为4种类型：优先开发型、择优开发型、后备可选型和不开发型。

（3）泗阳县耕地后备资源规模较大，全县77.63%的耕地后备资源属于优先开发型和择优开发型，主要分布于泗阳县境内洪泽湖沿岸，该区域地势平坦、土壤肥沃、交通便利，周边布局大量基本农田，农业生产性基础设施较为完善，通过开展耕地后备资源开发，能够建成大量集中连片、土壤肥沃的优质耕地；后备可选型耕地后备资源所处环境复杂，空间分布较为零散，土壤质量较低，改造类型及难易程度不一，根据不同类型开展有针对性的调控措施，将改造后符合开发要求的地块纳入耕地后备资源开发范围；不开发型后备资源各方面条件均相对较弱，开发的难度较大、成本较高，应针对具体的地块进行全面方面的考虑，优先将这些地块划入生态用地进行保护，最大限度的发挥该类型土地的效用。通过借助灰色关联分析法，研究泗阳县耕地后备资源开发决策，为泗阳县耕地后备资源开发决策提供了行之有效的方法。

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