基于加权TOPSIS模型和GIS技术的耕地提质改造潜力及区域分布研究

摘要 以阳江市江城区为研究区，从地形地貌、土壤基本性状、土壤管理等方面选取10个评价因子，通过加权TOPSIS模型和ArcGIS软件的空间分析功能对研究区的耕地提质改造潜力进行测算，并利用自然断点法对潜力进行分级。结果表明，高、中、低3个潜力区域面积占比分别为18.67%、41.39%和39.94%，高、中潜力区主要分布在双捷镇、平冈镇、白沙街道和闸坡镇。这为江城区合理安排耕地提质改造区域和建设时序提供了基础数据。

关键词 耕地提质改造;加权TOPSIS模型;GIS技术;区域分布;自然断点法;潜力

中图分类号 F323.211  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）24-0106-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.024

Research on the Potential and Regional Distribution of Cultivated Land Quality Improvement Based on Weighted TOPSIS Model and GIS Technology

JIN Le-le （Guangdong Institute of Geological Surveying and Mapping， Guangzhou， Guangdong 510800）

Abstract Taking Jiangcheng District of Yangjiang City as the research area， this paper selected 10 evaluation factors from the aspects of topography， basic soil properties and soil management， calculated the potential of land quality improvement and transformation in the study area through the weighted TOPSIS evaluation model and the spatial analysis function of ArcGIS software， and classified the potential by using the natural break point method. The results showed that the area ratio of high， medium and low potential areas were 18.67%，41.39% and 39.94% respectively， the high and medium potential areas were mainly distributed in Shuangjie Town， Pinggang Town， Baisha Street and Zhapo Town. This provides basic data for the reasonable arrangement of reconstruction area and construction sequence of land quality improvement in Jiangcheng District.

Key words Land quality improvement;Weighted TOPSIS model;GIS technology;Regional distribution;Natural break point method;Potential

作者簡介

靳乐乐（1987—），男，河南汝阳人，工程师，硕士，从事国土空间规划、生态修复研究。

收稿日期 2021-06-22

耕地是我国重要的战略资源，耕地质量的好坏影响着我国的粮食产量。为提高耕地质量，增加粮食产量，在“十二五”以来，我国开展了高标准农田建设、土地复垦等土地整治活动。广东省地少人多，无法避让耕地的建设项目较多，且耕地存在碎片化、水利设施不足、质量较低、农业环境恶化等情况，因此亟需通过耕地提质改造来提升耕地质量，落实耕地占补平衡，维护国家粮食安全。笔者以阳江市江城区为研究区，结合该研究区2018年土地变更调查数据库中的耕地图斑和2018年耕地质量等级评价中地形地貌、土壤基本性状、土壤管理等评价因素[1]，通过加权TOPSIS评价模型和GIS技术，分析研究区内耕地提质改造的潜力，并依据潜力值划分出耕地提质改造潜力分级区，为江城区开展耕地提质改造选址工作提供一定的指导。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

江城区位于阳江市南部，东面和北面与阳东区毗邻，西北与阳春市接壤，西接阳西县，南临南海，除少数地区为丘陵（含台地）以外，大部分为河流冲积平原和滨海平原。江城区大部分地区处在南亚热带最南缘，基本上在热带季风气候的控制范围，光照时间长，热量丰富，雨量充沛，无霜期长。由于地形地质复杂，区域性气候明显，夏秋属台风季节，雨量丰沛，平均降水量2 350 mm，平均径流量88.2亿m3，沿海年平均气温22.3 ℃，陆地年平均气温22.5 ℃。江城区地处漠阳江中下游，漠阳江上游和周边河流径流量汇入漠阳江流经江城，干流长199 km，雨量充沛，汛期长，枯水期短，汛期地表径流量占全年90%左右。

江城区（含海陵区、高新区）辖岗列、城西、白沙、城东、南恩、观光6街道和埠场、双捷、平冈、闸坡4镇，土地总面积77 986.80 hm2，耕地面积25 929.95 hm2，占土地总面积的33.25%，其中水田面积15 405.20 hm2，占耕地面积的59.41%，水浇地面积144.56 hm2，占耕地面积的0.56%，旱地面积7 157.58 hm2，占耕地面积的27.60%，可调整耕地面积3 222.61 hm2，占耕地面积的12.43%。从行政区来看，平冈镇、双捷镇耕地面积较多，分别为6 532.27和5 521.98 hm2，分别占江城区耕地面积的25.19%和21.30%，岗列街道和城西街道耕地面积较小，分别为2 072.56和2 046.14 hm2，分别占江城区耕地面积的7.99%和7.89%，城东街道、南恩街道、观光街道无耕地（图1）。

1.2 研究方法

1.2.1 GIS空间分析法。此次研究选用GIS软件ArcGIS 10.2，利用空间分析功能从江城区2018年度土地变更调查数据库中挑选出江城区耕地图斑，作为耕地提质改造潜力评价单元，根据耕地质量等级数据库利用空间赋值功能对评价单元进行赋值，获取指标值。通过加权TOPSIS模型评价之后，利用自然断点法将评价结果进行分级，划分出潜力分级区域。

1.2.2 加权TOPSIS模型。TOPSIS，即优劣解距离法，是一种常用的综合评价方法，该方法能够充分利用现有的数据信息，对个体进行评价排序，其结果能精确地反映各评价方案之间的差距[2]。该方法通过构造评价指标的正理想解和负理想解，即各指标的最优解和最劣解，计算每个方案到理想方案的相对贴近度，即靠近正理想解和远离负理想解的程度，来对方案进行排序，从而选出最优方案[3-4]。此次研究根据评价指标的重要程度对指标赋予权重，通过加权TOPSIS模型，计算评价指标的优劣解[5-6]。

1.3 潜力评价模型的构建

1.3.1 构建评价指标体系及确定权重。

根据《农用地质量分等规程》，选择地形地貌、土壤基本性状、土壤管理3个因素作为评价因素[7]，结合广东省实际情况，将评价因素细化为地形坡度、田面坡度、地下水位、有效土层厚度、表土质地、剖面构型、有机质含量、pH、灌溉条件、排水条件10个评价因子[8]。广东省耕地质量等级评价工作把全省分为7个区域，根据不同区域对评价指标采用专家法进行赋值，阳江市属于粤西南丘陵山地区，评价因子权重采用该区域权重值，以上10个评价因子的权重依次为0.09、0.08、0.03、0.17、0.12、0.10、0.07、0.09、0.15、0.10。

1.3.2 评价指标的量化。

项目各评级因子属性值从耕地质量等级数据库获取。评价因子采用指标属性值分级量化赋值的方法确定评价分值，范围为[0，100]，具体如表1所示。

根据分等因子量化分值，地形坡度分值为100的图斑有5 557个，面积14 050.57 hm2，占耕地总面积的54.19%，分值小于100的图斑有4 271个，面积11 879.38 hm2，占耕地总面积的45.81%;田面坡度分值为100的图斑有6 593个，面积17 920.70 hm2，占耕地总面积的69.11%，分值小于100的图斑有2 875个，面积8 009.25 hm2，占耕地总面积的30.89%;地下水位分值为100的图斑有9 749个，面积25 793.79 hm2，占耕地总面积的99.47%，分值小于100的图斑有79个，面积136.16 hm2，占耕地总面积的0.53%;有效土层厚度分值为100的图斑有9 617个，面积25 405.64 hm2，占耕地总面积的97.98%，分值小于100的图斑有211个，面积524.31 hm2，占耕地总面积的2.02%;表土质地分值为100的图斑有4 360个，面积10 554.88 hm2，占耕地總面积的40.71%，分值小于100的图斑有5 468个，面积15 375.07 hm2，占耕地总面积的59.29%;剖面构型分值为100的图斑有3 780个，面积10 028.11 hm2，占耕地总面积的38.67%，分值小于100的图斑有6 048个，面积15 901.84 hm2，占耕地总面积的61.33%;有机质含量分值为100的图斑有9 828个，面积25 929.95 hm2，占耕地总面积的100%，无分值小于100的图斑;pH分值为100的图斑有2 660个，面积6 911.85 hm2，占耕地总面积的26.66%，分值小于100的图斑有7 168个，面积19 018.10 hm2，占耕地总面积的73.34%;灌溉条件分值为100的图斑有5 223个，面积13 208.94 hm2，占耕地总面积的50.94%，分值小于100的图斑有4 605个，面积12 721.01 hm2，占耕地总面积的49.06%;排水条件分值为100的图斑有1 382个，面积3 675.05 hm2，占耕地总面积的14.17%，分值小于100的图斑有8 446个，面积22 254.90 hm2，占耕地总面积的85.83%。

1.3.3 评价指标的正向化。

根据分等因子量化分值（表1），评价因子分值越高代表该区域耕地基础条件越好，提质改造的潜力也就越小，因此需对评价因子进行正向化处理，计算公式如下：

xij=1xij（1）

1.3.4 构建评价模型。该研究采用加权TOPSIS方法计算各评价单元的潜力值，其计算公式如下：

Fi=S-iS+i+S-i（2）

S+i=10j=1wj×[xij-maxi（xj）]2（3）

S-i=10j=1wj×[xij-mini（xj）]2（4）

式中，Fi为第i个评价单元的潜力得分值，S+i为第i个评价单元评价因子值到最大值（最优解）的距离，S-i为第i个评价单元评价因子值到最小值（最劣解）的距离[5]。

wj为第j个评价因子的权重，xij为第i个评价单元第j个评价因子值，maxi（xj）为第j评价因子的最大值，mini（xj）为第j评价因子的最小值。

2 结果与分析

通过加权TOPSIS评价模型计算各评价单元的潜力值，通过ArcGIS 10.2软件的自然断点法将潜力值分为3个等级，即低潜力区、中潜力区和高潜力区，其中低潜力区潜力值为0～0.126 9，中潜力区潜力值为>0.126 9～0.230 1，高潜力区潜力值为>0.230 1～0.479 8[9-10]。

从图2～3可以看出，低潜力区为稍加改造区，共包括3 974个图斑，总面积10 355.86 hm2，占江城区耕地面积的39.94%;从空间上看，低潜力区主要分布在江城区中部区域，具体包括平冈镇、埠场镇和城西街道，面积共6 748.08 hm2，占低潜力区面积的65.16%。中潜力区为适度改造区，共包括4 183个图斑，总面积10 732.59 hm2，占江城区耕地面积的41.39%;从空间上看，中潜力区主要分布在江城区北部和中部区域，具体包括平冈镇、双捷镇和白沙街道，面积共6 953.62 hm2，占中潜力区面积的64.79%。高潜力区为重点改造区，共包括1 671个图斑，总面积4 841.50 hm2，占江城区耕地面积的18.67%;从空间上看，高潜力区主要分布在江城区北部和南部区域，具体包括双捷镇和闸坡镇，面积共2 734.75 hm2，占高潜力区面积的56.48%。

从区域空间分布（图2）来看，低潜力区耕地分布较为集中，高、中潜力区分布相对分散。低潜力区基础条件较好，集中程度也高，改造成本相对较小;中潜力区的面积最大，分布范围最广，需要提质改造的数量较多;高潜力区分布最为分散，基础条件也较差，提质改造成本也较高。

从各镇（街道）的高、中、低潜力区面积（图3）来看，城西街道、埠场镇、平冈镇低潜力区面积占全镇（街道）面积的50%以上，其他镇（街道）均以高、中潜力区为主。平冈镇虽以低潜力区为主，但因耕地面积较大，高、中潜力区面积也较大。

总体来说，江城区高、中潜力区主要分布在双捷镇、平冈镇、白沙街道和闸坡镇，基础条件较差，为耕地提质改造重点区域。

3 结论及建议

3.1 结论

（1）该研究以ArcGIS 10.2为平台，通过空间分析等功能，挑选出耕地图斑作为评价单元，并获取了指标属性值，建立了加权TOPSIS模型，计算了各评价单元耕地提质改造潜力，并通过自然断点法将潜力分为高、中、低3个潜力区域，面积分别为4 841.50、10 732.59和10 355.86 hm2，分别占江城区耕地面积的18.67%、41.39%和39.94%;低潜力区耕地分布较为集中，高、中潜力区分布相对分散，中潜力区的面积最大、分布范围最广;高、中潜力区主要分布在双捷镇、平冈镇、白沙街道和闸坡镇。

（2）通过对评价因子进行分级量化赋值发现，江城区地形坡度、田面坡度等10个评价因子中，除了pH、排水条件、剖面构型、表土质地等少数因子外，其他评价因子得分为100分的比例较高;评价因子得分较高的区域，耕地提质改造潜力较小，位于低潜力区，即稍加改造区;评价因子得分较低的区域，耕地提质改造潜力较大，位于高潜力区，即重点改造区。

3.2 合理化建议

（1）低潜力区耕地评价因子得分较高，耕地自然条件较好，低潜力区内耕地提质改造成本较低，分布较为集中，为稍加改造区;高、中潜力区改造成本较高，分布较为分散，且分布于低潜力区周边，为重点整治区，高、中潜力区进行提质改造提升的效益也较大。在选取耕地提质改造范围时，可将各潜力区进行综合考虑，在集中整治的条件下获取规模效益。

（2）根据该研究结果，在未来进行耕地提质改造过程中，高、中潜力区内耕地基础条件较差，提质改造的需求较为强烈，且提质改造可产生比较明显的经济和社会效益。江城区在进行提质改造选址时，可优先选取高、中潜力区内分布面积较大的双捷镇、平冈镇、白沙街道和闸坡镇等镇（街道）的耕地，并根据各镇民意支持度、经济条件等情况合理安排建设时序。

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