基于农业资源优化配置的农业多维区划研究

刘学文，刘 军，戴健华，皮向红，刘 贝

（1.湖南省农业信息与工程研究所，湖南长沙 410125；2.湖南省农业经济和农业区划研究所，湖南 长沙 410125；3.湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125）

我国20 世纪80 年代完成的第一轮农业区划成果对农业生产发展起到了很大的推动作用，直到现在依然是农业农村经济发展的重要参考依据之一。但随着经济社会的发展和农业农村开发性生产的不断深入，原有的与农业资源相关的自然资源要素、经济社会技术要素和生态涵养、旅游休闲、文化传承、康体养生、教育培训等农业多功能要素发生了很大的变化，其区划成果对新常态下的农业生产发展的指导作用日益弱化，加之农业区划技术手段也随着科技的快速发展日新月异，作为二维平面静态区划难以满足社会对多维立体动态区划的需求。在新一轮国家机构改革中，随着农业区划职能机构—全国农业资源区划办公室的撤销，农业区划职能呈现进一步弱化的趋势。作为承前启后的当代“农业区划人”，在这一新的关键历史时期，必须以全新的思维、全新的理念和全新的视角，科学导入“多维”“信息化”元素，充分利用多维地理信息技术，加快传统农业区划由二维平面静态区划向多维立体动态区划（即农业多维区划）转型升级，凸显农业多维区划对指导农业生产、农业资源优化配置的重要性，进一步丰富并完善农业区划的理论与实践指导意义，进而引起国家相关主管部门的重视，达到虽然撤销工作机构但不弱化甚至强化农业区划工作职责的目的[1-2]。

1 传统农业区划转型升级必要性与积极探索

1.1 传统农业区划转型升级必要性

1.1.1 社会经济发展亟待农业地域功能重新定义 进入21 世纪特别是2011 年以来，我国经济社会步入结构转型和快速发展新时期，城镇化、工业化水平不断提升，城镇化率由2011 年的51.27%增长至2019 年的60.60%，经济发展总体上已进入减增速、调结构、优布局的“新常态”阶段。中国农业在地域格局、生产功能、形成机制和发展方式上开始转型。农业结构逐步由以粮食生产为核心转向以多样化、市场化、优质化为特色的现代农业结构，经营方式也由粗放式向节约集约、低碳环保、绿色循环等方向转变，全国范围内的农业生产优势特色区、产业发展集聚区、产业带、示范区（园）等示范辐射作用逐步凸显，其农业发展方向、建设途径等逐步跳出了原有农业区框定的范畴。尽管首轮农业区划成果对农业生产发展、农业资源优化配置起到了很大的推动作用，但随着经济社会的发展，其区划成果对新常态下的农业生产发展、农业资源优化配置的指导作用日益弱化，加之区域农业资源分布、特征及其分区也发生了较大的改变，区划手段随着科技的发展也日新月异，为此新时期的农业区划工作应该采用最先进的技术，按照系统化、可视化、动态化、可追溯、全信息的思维理念对传统意义的农业地域功能进行重新定义与系统研究。

1.1.2 学科发展迫使传统农业区划转型升级 我国以二维平面静态区划为主要特征的传统农业区划体系与理论体系发展的较为完备，目前其学科研究侧重于在现有框架内进行方法的完善、技术手段的更新，该体系在某种程度上来说已发展到顶峰；学科的转型升级必须采取新的思维理念、新的技术手段，破解原有框架体系的关键难题，以“二维平面静态区划”这一主要特征作为破题与创新的突破口，即向多维立体动态区划转型升级，丰富并完善农业区划理论体系。同时二维平面静态区划难以满足社会经济发展对可视化、可追溯、全信息、多方互动、全过程的动态区划展示与数字化管理决策的需求，为此急需转型升级的农业区划学科如何在当前的科学技术发展水平、社会经济环境条件下更加科学、整体地推动传统农业区划工作的更新换代，启动新时期的农业多维区划被迫提上重要的议事日程。

1.1.3 多维信息空间规划倒逼传统农业区划转型升级 2011 年以来，我国区域、部门的多维信息空间规划管理平台开始搭建并试点运行，如2012—2014 年，吉林市采用先进的三维制作技术用三年时间完成地理空间框架建设、三维城市空间数据库建设、综合管网系统建设，搭建多维规划管理平台，实现数字化的城市真实再现，多业务信息融合，构建动静结合的数字场景，实现规划管理实时化，设计科学化，发展长远化；中国农业科学院农业资源与农业区划研究所自主研发的“多维信息农业区域规划应用平台”已成功应用到广东中山港口镇、河北肃宁、贵阳乌当、天津滨海新区、贵州凤冈等农业区域或园区规划中，获得地方一致好评[1]。从顶层规划设计的发展阶段上来看，一般来说，“规划”是“区划”的后置阶段，两者属于承上启下的关系，目前“多维信息空间规划管理平台”“多维信息农业区域规划应用平台”等相关多维规划管理应用已有成功搭建并运行的案例，但农业多维区划的研究与实践还未真正起步，反过来倒逼传统农业区划的转型升级。

1.2 积极探索

1.2.1 开展国家重要农业资源台账制度建设试点 （1）搭建国家重要农业资源台账制度建设共享平台。为加快建立国家重要农业资源台账制度，2017 年选择16 个省65 个县开展试点工作，2018 年在40 个国家农业可持续发展试验示范区（农业绿色发展先行区）全域开展农业资源台账制度建设工作，鼓励支持国家现代农业示范区和2017 年的65 个试点单位开展农业资源台账制度建设工作，2019 年在完善2018 年年度数据填报的基础上，增加了手机APP 台账制度数据资料的填报与应用。农业农村部委托中国农科院农业资源与农业区划研究所作为该项工作的技术支撑单位，开展重要农业资源台账制度研究和标准制定，搭建国家重要农业资源台账共享平台（包括国家重要农业资源台账远程汇交系统、国家重要农业资源台账管理系统、国家重要农业资源台账手机APP系统等）。（2）建立国家重要农业资源年度台账和监测体系。台账制度建设主体组织农业、林业、水利、国土、环保、气象等部门，将系统收集水、土、气、生、农业废弃物等重要农业资源数据在搭建好的国家重要农业资源台账远程汇交系统进行填报，充分体现了农业资源的时空布局；充分利用遥感、物联网、互联网等信息技术手段，探索建立多部门协同合作的重要农业资源数据共建共享机制，研究推进水、土、气、生物以及畜禽粪污、秸秆、农膜等农业废弃物资源数据采集统计工作，构建适应国家重要农业资源台账制度建设需要的农业资源监测体系。（3）开展重要农业资源评价。根据重要农业资源台账，在国家重要农业资源台账管理系统中系统分析农业资源现状特征、变化趋势、利用方式、利用效率，评估台账制度建设区域农业资源超载程度并进行预警提示，发布各级农业资源评价报告。

1.2.2 利用多维地理信息技术划定“两区” （1）要求融合多部门数据，体现空间上的多维性。从“两区”的概念上就要求以永久基本农田为基础，融合农业、自然资源、林业、发改、统计等多部门数据；拟定区、片块、地块等三个层级空间数据，充分体现了空间上的多维性。（2）要求基础数据可追溯，体现时间上的多维性。“两区”划定应采用最新的基础资料；通过定期对“两区”作物种植结构、农业基础设施、国家投资补贴等变化情况的记录与登记，及时进行年度更新，保证各类数据具有可追溯性，能够真实反映“两区”的生产、管护情况和变化。（3）采用多维地理信息技术划定“两区”。以永久基本农田划定成果、土地承包经营权登记成果等为基础底图，利用多源数据融合技术叠加相关成果，初步确定“两区”片块和地块边界，形成“两区”划定工作底图；然后实地勘查与校核，查清“两区”片块和地块空间位置、数量、边界，以及“两区”片块内农田灌排工程建设状况、“两区”地块作物类型，确保划定的“两区”图、数与实地一致；“两区”划定的基础资料、图件、表册和文本成果，形成电子成果并整合入库，建立“两区”数据库。“两区”数据库应与永久基本农田数据库、农村土地承包经营权确权登记成果数据库等进行无缝对接，从而保障相关成果的延续性[3]。

2 农业多维区划内涵

2.1 农业多维区划概念

2.1.1 农业区划概念 农业区划是在农业资源调查与评价的基础上，根据各地不同的自然条件与社会经济条件、农业资源和农业生产特点，按照区内相似性与区间差异性和保持一定行政区界完整性的原则，把一定地域范围划分为若干不同类型和等级的农业区域，并分析研究各农业区域的农业生产条件、特点、布局现状和存在的问题，指明各农业区域的生产发展方向及其建设途径。

2.1.2 农业多维区划概念 农业多维区划是指运用多维地理信息技术构建农业多维区划管理决策支持系统，将农业资源依据实际情况分布于三维空间地形之上，按照自然地域时空分异规律，总结归纳历史发展脉络与变迁规律，科学分析现在存在状态与特征，利用数字沙盘动态推演农业分区，预测各农业区发展趋势，提出各农业区的生产发展方向和建设途径，统筹安排农业区的农业资源优化配置和农业生产[4]。

“农业多维区划”是在传统“农业区划”的基础上转型升级发展而来，与传统“农业区划”是一脉相承的，不仅延续了传统“农业区划”的内涵，并且在传统“农业区划”的内涵基础上导入了“多维”“信息化”的元素；也就是说，“农业多维区划”不仅属于“农业区划”的范畴，而且也是“农业区划”的更高级发展阶段。

2.2 根本特征

2.2.1 时间多维特征 时间上的多维性是农业多维区划的重要特征，应该在同一农业空间特征下按照“过去—现在—未来”的时间维度划分不同等级的农业区，其实“过去”“现在”状态的农业划区只是中间过程成果，是为了彰显“未来”农业划区的科学性与合理性、可行性；归纳总结“过去”的发展脉络与变迁规律，分析“现在”的存在状态与特征，预测“未来”发展趋势；同时“过去”是“现在”的借鉴，“现在”是“未来”的保障与基础，“现在”承上（“过去”）启下（“未来”），“现在”是桥梁，是多维区划应该重点加以研究考虑的,只有充分掌握了基于“过去”基础上的“现在”规律与特点，才能为“未来”划区提供科学支撑。

2.2.2 空间多维特征 农业多维区划以“空间经济学”为重要理论支撑，不仅具有时间上的多维性，而且也具有空间上的多维性，主要体现在两方面。一方面，农业多维区划需要充分考虑并研究农业各部门内部、部门间、区域内部、区域之间、区域农业全要素之间等空间要素特征与一般规律，为划区提供空间数据支撑；另一方面，把农业资源的现状数据按照实际情况分布在三维空间地形图上，利用多维地理信息技术，搭建重要区域的基础空间数据库，为开发农业多维区划管理决策支持系统提供支撑，从而实现农业多维区划的立体展示、多方互动的农业分区方案推演与最优方案遴选[1]。

2.2.3 信息数字化特征 农业多维区划首先需要了解并掌握区划区域具有全面、立体等时空动态演变特征的农业资源数据，据此搭建区划区域的农业资源数据共享平台，开发农业多维区划管理决策支持系统，为农业多维区划提供平台支撑；综合运用虚拟仿真技术、多源数据融合技术等信息化技术，实现分区的信息化动态化展示和数字化管理。可以说，信息化数字化贯穿于农业多维分区的始终，多维地理信息技术是其核心支撑技术，农业多维区划管理决策支持系统是农业划区的载体平台。

2.3 农业多维区划目的

2.3.1 丰富完善农业区划功能 农业多维区划既是研究农业时空分布的一种科学分类方法，也是研究农业地理空间布局的一种重要科学分类方法；而传统的农业区划是二维平面静态区划，随着学科和社会经济的发展，人们对“二维平面静态区划”提出了更高的要求，希望能够便捷交互地进行农业区划，从而实现广信息、全视角、高仿真、全过程数据共享的目的，因此农业多维区划应运而生。

2.3.2 实现农业划区的模拟动态推演 农业多维区划是按自然地域时空分异规律，对农业资源进行调查与评价的基础上，将农业资源按照实际情况分布于三维地形上，按照划区地域“过去-现在”农业地域农业资源及农业生产的变迁规律，在农业多维区划管理决策支持系统中通过模拟动态推演划分不同类型、不同等级、不同特征的农业区，为实现合理的农业地域分工提供科学依据。

2.3.3 为编制农业多维规划提供参考 科学合理的农业多维区划将划区地域分成了不同类型、不同等级、不同特征的农业区，并指明了各农业区的生产发展方向和建设途径，这些能为农业多维规划提供最重要的基础参考；而农业多维规划则把农业资源要素、规划目标、产业布局、重点项目等落实到各农业区，实现两者的有效衔接，同时农业多维区划管理决策支持系统的开发，也能为农业多维规划管理决策支持系统的搭建提供参考和建设方向。

2.3.4 优化农业资源配置 农业资源的优化配置具有时空调控的属性，而农业多维区划是先期、方向性的指导，是优化农业资源配置从而实现农业合理布局的重要方法与手段，不当的农业布局将导致农业资源的浪费和决策的失误，这样从理论与实践上都需要对农业划区与农业资源配置方案进行时空的推演，据此进行农业资源的优化配置；通过优化农业资源配置，为充分、合理开发利用区域农业资源，扬长避短，发挥地区优势，因地制宜地指导农业生产提供科学依据[4]。

2.4 农业区划1.0—4.0 体系

纵观农业区划的发展历程，农业区划的发展史就是农业区划由1.0 向4.0 升级发展的不断演进史，以主要特征为标准科学划定了农业区划1.0—4.0 体系[4]。具体详见表1。

表1 农业区划1.0—4.0 体系特征

3 农业多维区划思路与分区方法

3.1 农业多维区划思路

农业多维区划需要跳出唯“区划”而“区划”的研究范畴，其研究不仅需要包含传统农业区划的研究内容，而且还要拓展其深度与广度，尤其需要加强其成果的推广应用研究和后评估工作力度，并把“区划”纳入“农业资源多维优化配置循环系统”进行整体思考与统筹安排。

农业多维区划应以系统方法论为指导，以科学分区为基础，以农业资源优化配置和科学指导农业生产为目标，把农业多维区划作为农业资源多维优化配置循环系统的子系统加以系统性整体的研究与思考，充分考虑其在循环系统中上下相关联子系统的内在联系与作用机理，系统梳理主要研究内容，以多维地理信息技术为手段，在“农业资源多维优化配置管理决策支持系统”中搭建“农业多维区划管理决策支持子系统”，实现农业多维区划与农业资源多维优化配置循环系统与管理决策支持系统的无缝对接。同时在农业多维区划管理决策支持系统中构建农业区划数据管理决策系统、农业多维地理信息系统、农业多维区划管理系统等模块，使得传统的划区方案由平面向立体、由二维静态展示向多维动态仿真转型升级，实现多层次全信息、多方良性互动、高仿真、全过程数据共享的农业区划展示与数字化应用管理。

3.2 农业多维区划的分区方法

主要采取定性经验分区、定量模型分区等分区方法，并结合多维地理信息技术进行农业分区。搭建农业资源多维优化配置管理决策支持系统-农业多维区划管理决策支持子系统，通过定性经验分区或定量模型分区，区划研究人员拟定多种划区准方案，尤其是重点区域的划区准方案，通过数字沙盘动态推演分区方案，多方互动遴选区划最优方案，并对遴选的最优方案再次进行调整修正，形成最终的划区方案，最后提出各区的农业发展方向与布局、农业资源投入方向、建设途径与改进措施[4]。

3.2.1 定性经验分区法 定性经验分析分区法主要包括主导因素分析法、区域对比法、地图叠加法、综合平衡法等。该分区方法是在掌握一定资料和数据的基础上，依据多维区划的目的，确定多维分区原则和指标体系或绘制有关指标的单因子分区图，相互叠加进行分区，对分区中存在的不确定边界或有争议的分区界线，由区划研究人员运用已有的经验，在实地调查和综合分析的基础上，加以调整和完善。

定性经验分区法主要包括6 个步骤。一是编制指标单因子分布图。编制有关指标的单因子分布图，揭示农业资源与农村经济的地域时空分异规律和存在状态。二是分析地域时空分异成因。根据实地调查研究资料，分析“自然地域时空分异规律”形成的因素,特别是一些主要区域和动植物的分布、集中区和分散区、高产区和低产区等的形成原因。三是拟定划区轮廓。结合原有的划区方案，抓住多维划区主要矛盾的稳定因素，系统拟定多维划区的轮廓。四是确定分区界限。根据主要矛盾，从整体上探究各区的主要特点，再根据其主要特点来确定各区的界线。五是遴选分区方案。拟定划区的准方案，在农业多维区划管理决策支持系统中沙盘推演重点区域的分区多种准方案的划区理由、主要特点、发展方向，多方互动遴选区划最优方案，并对遴选的最优方案再次进行调整修正。六是分区的系统阐述。在调整修正后的分区方案基础上编制区划成果，对每个区进行系统分析阐述，在分析过去成功经验、现状特征与存在问题的基础上，扬长避短，发挥优势，确定战略定位、发展思路、发展重点、发展方向、建设途径、发展措施。

定性经验分析法分区的主要优点是方法比较简单，容易被人们掌握；同时许多经验来自于实践，因而依据经验所调整的边界比较符合实际。但是，这种分区方法的工作量大，费时费力，时间较长，由于人为主观性较强，易受人为主观局限性的制约，科学性相对较差。

3.2.2 定量模型分区法 定量模型分区主要采用数学方法进行分区，比较常用的方法有聚类分析法、模糊聚类法等。该种分区方法主要根据分类单元及其指标体系所包含的特征量经过数学模型处理，对研究地区进行分区划片。

农业多维区划的定量模型分析分区法主要在农业多维区划管理决策支持系统中完成，其定量分析分区法包括5 个主要步骤。一是遴选分区指标。围绕区划的目的与要求，罗列并遴选出与其相关的因素指标。二是确定因素指标权重。针对各相关因素对农业生产影响的重要程度，确定相关因素的权重。三是聚类分析，拟定划区多种准方案。拟定划区多种准方案，供政府或委托方进行决策参考。四是聚类结果检验与优化调整。将聚类结果放到实际中检验和调整优化。五是遴选分区方案。区划研究人员拟定的多种划区准方案，尤其是重点区域的划区准方案，在农业多维区划管理决策支持系统中沙盘推演分区方案的划区理由、主要特点、发展方向，多方互动遴选区划最优方案，并对遴选的最优方案再次进行调整修正，形成最终的划区方案。

应用定量模型分区法进行区划的优点是科学性相对较强，可以借用农业多维区划管理决策支持系统、计算机加快划区的速度，节省时间和人力，方法也准确可靠。其缺点是较难掌握，有时由于输入的数据误差较大，虽然运算方法精确，但其结果也有较大误差，还需区划研究人员依据经验加以调整；特别是针对全国一盘棋的区划，由于范围广，差异大，指标体系难以统一，同一指标不同地区其权重也有一定差异。