基于生态位的鄱阳湖平原区高标准农田建设障碍因子诊断

夏敏峰 余慧敏 李 爽 但承龙

(1.江西省国土空间调查规划研究院，南昌 330025；2.江西财经大学 旅游与城市管理学院，南昌 330032)

耕地是我国社会生产中极为重要的自然资源，高标准农田是耕地的精华，高标准农田建设对强化耕地保护、保障粮食安全、促进社会安定有序发展有着重要意义。我国人、地矛盾的日益加剧促使高标准农田的建设需求愈发迫切，高标准农田建设仍将是今后土地管理工作中的重点[1]。但当前高标准农田建设过程中还存在建设方向不明确、建设条件不明晰、项目区选址不科学等问题[2-3]，因此有必要进行高标准农田建设过程中障碍因子的诊断，进而对提升农田建设水平、推动耕地保护产生重要作用。

现有的障碍诊断模型主要集中为基于主成分分析的障碍诊断模型[4]、基于层次分析法的障碍诊断模型[5]、基于指标偏离度的障碍诊断模型[6]。这些方法具有较强的主观性。生态位模型相对而言具有操作简单且能够避免主管赋权重弊端的特点，已被逐渐应用到土地资源研究领域中，例如：朱传民等[7]将生态位理论应用于曲周县高标准基本农田建设区域的适宜性评判、建设限制因子诊断的研究中；赵素霞等[8]利用基于生态位的障碍因子诊断模型对河南新郑市高标准农田建设的主要障碍因子进行了分析；李婷等[9]以河南省濮阳县为研究对象，将生态位理论和熵权层次分析法相结合开展了研究区高标准基本农田建设适宜性评价与障碍因子分析的研究。

我国地域分异显著，不同区域不同特性下的耕地障碍因素不尽相同，其治理措施也大相径庭。但已有研究多针对我国北方耕地，涉及南方尤其是鄱阳湖平原区耕地的研究尚浅，鄱阳湖平原区是国内举足轻重的生态经济示范区与商品粮生产基地，南昌县作为湖滨平原的典型县，被列为国家现代农业示范区，也是江西首个中国百强县。基于此，本研究拟以南昌县为研究区，探究基于生态位的高标准农田建设障碍因子诊断模型，以期为推进湖滨平原区高标准农田建设、提升耕地生产效力提供理论参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

南昌县位于赣中偏北，赣江、抚河下游，鄱阳湖之滨，位于28°16′～28°58′ N、115°49′～116°19′ E，东临进贤县，东北濒鄱阳湖，南与宜春丰城市接壤，西、北与新建区隔赣江相望，距南昌市中心15公里。县域地势南高北低，东北为湖滨平原；中部为平原区，分布有垄岗状阶地；东南部为低、残丘，近河分布有一定面积的冲积平原。全县土地面积181 070 hm2，2018年耕地面积为88 157.53 hm2，县域耕地土壤蓄水保肥能力较强，水气光热充足，适宜作物生长，田块较为平整规则，易于耕作经营，土地资源禀赋较好，是全国著名的商品粮基地、渔业重点县，享有“江南粮仓”、“鱼米之乡”之称。

1.2 数据来源及处理

本研究采用的数据包括2018年南昌县土地利用变更数据库、2018年耕地质量等别年度更新成果、南昌县数字高程(DEM)数据、《南昌县土地利用总体规划(2006—2020年)》。以耕地图斑为评价单元，从耕地质量等别年度更新数据库中提取表层土壤质地、有机质含量、土壤pH、灌溉保证率及耕地中水田的排水条件共5个指标(其中，旱地及水浇地的排水条件则根据就近原则提取周边图斑的属性值)；利用Arcgis中的Slope工具从DEM数据提取各图斑的地形坡度1个指标；从土地利用变更数据库中提取农村道路、公路用地、城镇、居民点图斑(其中线状农村道路、公路用地需进行缓冲区分析成面状数据)计算田间道路通达度、到公路的距离、到城镇的距离、耕作距离共4个指标；以10 m为缓冲半径在Arcgis中进行缓冲区分析，统计同一缓冲区内的耕地图斑面积得到耕地的集中连片度1个指标；利用Arcgis计算耕地图斑的周长、面积，分别求取斑块形状指数、田块规模2个指标；利用Arcgis的Intersect工具求取耕地图斑的公共边长，以公共边长与耕地周长的比值作为相邻地类适宜性指标的属性值。

1.3 研究方法

1.3.1高标准农田建设评价指标生态位适宜度模型

参考多维超体积生态位[10]、李悦等[2]的高标准农田生态位的概念，定义高标准农田生态位为高标准基本农田建设区域潜力对资源的需求所构成的多维资源空间，区域各评价因子的现实状况则为现实生态位，两者之间的耦合关系则代表现实状况对高标准基本农田建设的适宜性程度，即生态位适宜度，高标准农田生态位适宜度的区间值为[0，1]。

根据各影响因子的特性差异，高标准农田建设评价影响因子包括3类：

1)正向因子，即评价因子值越大越有利于高标准农田建设，其评价模型为：

(1)

式中：Yi为各评价因子的生态位适宜度；Xi为评价因子i的现实生态位；Diopt为评价因子i的最适生态位；Dimin为评价因子i的生态位最小值。

2)适度因子，即因子的值存在一个适宜的区间，值过大或过小都会成为高标准基本农田的限制因素，该类因子评价模型为:

(2)

式中：Dimax为评价因子i的生态位最大值。

3)负向因子，即评价值越小越好，该类因子评价模型为：

(3)

1.3.2高标准农田建设障碍因子诊断模型

高标准农田建设的实质是通过系列土地整治工作改善与消除存在的障碍因素从而提升耕地产能。依据木桶原理，限制高标准农田建设的关键因素是级别最低的因素[11]，因此选用以下模型进行高标准农田障碍因子诊断。

各评价因子的障碍度Qi用指标偏离度公式计算，如下：

Qi=1-Yi

(4)

高标准农田的障碍度Q求取如下：

Q=max(Qi)

(5)

1.3.3高标准农田建设评价指标体系构建

高标准农田建设的基础条件是良好的耕地自然禀赋条件和稳定的空间布局[12]，其内容与要求为农田通过土地整治后达到基础设施完善、集中连片化、形态稳定、景观生态良好、高产稳产、农业生产现代化、抗灾能力强等标准。高标准农田建设最重要的目标是提高耕地产能，影响耕地产能的基础条件为耕地自然环境条件，而社会经济条件对高标准农田的影响较自然因素更为重要。因此，本文在对影响高标准农田评价单元的各类影响因素分析的基础上，参考相关研究[1,13-15]，从自然因素、社会经济因素两方面选取高标准农田建设评价指标，从耕地的自然质量、田间基础设施条件、景观格局条件、区位条件、便利程度5个方面选取共计14个指标进行高标准农田建设评价。

高标准农田建设中的每个评价因子都具有合适的阈值，即为生态位最适值。指标体系中，有机质含量、土壤pH、表层土壤质地、地形坡度、灌溉保证率、排水条件指标最适生态位值的确定依据GB/T 28405—2012《农用地质量分等规程》[16]中各指标对应为1级时的取值。田间道路通达度、集中连片度根据GB/T 33130—2016《高标准农田建设评价规范》[17]、NY/T 2148—2012《高标准农田建设建设标准》[18]以及南昌县实际情况确定；斑块形状指数、田块规模分别参照王新盼等[19]、薛剑等[20]的研究确定。与公路距离、到城镇距离、耕作距离依据已有研究[21-22]并结合南昌县实际情况确定。相邻地类适宜性则根据相关研究[14]，认为比值最大为1，说明地块周边相邻土地均为耕地，利用集约且用途稳定；比值最小为0，说明地块周边无耕地相邻，不利于耕作活动，易被其他用地吞并。指标体系详见表1。

表1 高标准农田建设评价指标体系及最适生态位值Table 1 Evaluation index system and optimal niche value of well-facilitated farmland construction

2 结果与分析

2.1 高标准农田建设准则层障碍度分析

由上述方法计算得出南昌县高标准农田建设各准则层指标的障碍度见图1、表2。

1)自然质量障碍度。由图1(a)、表2可知，南昌县高标准农田建设的自然质量障碍度为0.20～1.00，障碍度最高区间值0.80～1.00的耕地仅占全县耕地总面积的0.33%，主要分布在八一乡、银三角管委会，该区主要是耕地土壤pH偏酸、地形坡度较高，因而障碍度较高；障碍度0.65～0.80的所占比例为2.31%，其空间分布较为分散；障碍度0.50～0.65所占比例为35.45%，集中分布在县域东北地区的南新乡、蒋巷镇、将军洲农场、泾口乡，西南部的东新乡、岗上镇、三江镇等乡镇；障碍度最低区间值0.20～0.50的面积最多，所占比例高达61.90%，在全县各乡镇均有分布。障碍度高于0.50的耕地所占比例为38.10%，表明全县耕地自然质量整体上较好。

2)基础设施障碍度。根据图1(b)、表2可以得出，南昌县高标准农田建设的基础设施障碍度处于0.10～1.00，绝大多数耕地处于最低障碍区间0.10～0.50，其比例高达98.28%；障碍度处于0.50～0.65区间的比例很少仅为1.43%，零散分布于南新乡、泾口乡、向塘镇、黄马乡等乡镇；处于障碍度区间值0.65～0.80、0.80～1.00的耕地极少，分别仅占全县耕地总面积的0.16%、0.13%，主要分布在蒋巷镇、南新乡等，该区主要是耕地与农村道路间的距离相对较远，进而导致障碍度较高。障碍度超出0.50的耕地所占比例仅为1.72%，说明全县耕地基础设施条件整体优良，仅有极少数耕地障碍度较高。

3)景观格局障碍度。由图1(c)、表2可以发现，南昌县高标准农田建设的景观格局障碍度区间为0～1.00，其中57.68%的耕地障碍度处于0.50及以下，在全县各乡镇均有分布；障碍度处于0.50～0.65之间的耕地比例为12.13%，其空间分布分散；10.39%的耕地障碍度区间值为0.65～0.80，主要在南新乡、塘南镇、泾口乡、幽兰乡、冈上镇、向塘镇等呈现出条带状分布；障碍度区间0.80～1.00的所占比例为19.81%，各个乡镇均有分布，该区耕地田块规模较小、规整度差、细碎化较严重，因而障碍度高。全县42.32%的耕地景观格局障碍度高于0.50，表明全县耕地景观格局条件一般。

4)区位条件障碍度。根据图1(d)、表2可知，南昌县耕地区位条件障碍度处于0～1.00，障碍度在0.50及以下的占全县耕地总面积的47.75%，除五星垦殖场、将军洲农场外均有分布；障碍度区间值0.50～0.65、0.65～0.80、0.80～1.00的所占比例分别为9.80%、8.52%、33.92%，三者的空间分布具有一定的相似性，由内向外障碍度逐步降低，集中分布在县域东北部的南新乡、蒋巷镇、塘南镇、泾口乡、将军洲农场、五星垦殖场，西南部的广福镇、向塘镇、冈上镇、黄马乡等。障碍度高于0.50的比例达到52.25%，说明全县耕地的区位条件一般。

5)便利程度障碍度。图1(e)、表2表明，南昌县耕地便利程度障碍度处于0～1.00，其中，障碍度在0.50及以下的比例为61.19%，全县各个乡镇均有分布；障碍度区间值0.50～0.65、0.65～0.80、0.80～1.00的比例依次下降，分别为17.51%、12.26%、9.04%，其在空间上呈现出零散、细碎化分布在各乡镇。全县障碍度0.50以上的比例有38.81%，表明全县耕地的便利程度较好。

表2 南昌县高标准农田建设准则层指标障碍度分级统计Table 2 Obstacle degree classification statistics of criterion layer obstacle index ofconsolidation evaluation on well-facilitated farmland in Nanchang County

图1 南昌县高标准农田建设准则层障碍度分区图Fig.1 Zoning maps of the criterion layer obstacle index of consolidation evaluation on well-facilitated farmland in Nanchang County

2.2 高标准农田建设目标层障碍度分析

根据上述结果计算出南昌县高标准农田建设障碍度结果见表3、图2。可以发现，南昌县高标准农田建设障碍度处于0.3～1.00，其中最高区间值0.80～1.00的耕地所占比例最高为52.45%，最低区间值≤0.50的比例最低为12.45%，障碍度区间值0.50～0.65的耕地所占比例为21.10%，障碍度区间值0.65～0.80的比例最少为14.00%。4个障碍度区间的耕地在空间上的分布均呈现出细碎、分散的状况。全县高标准农田建设障碍度高于0.5的比例高达87.55%，障碍度较高。

表3 南昌县高标准农田建设障碍度分级统计Table 3 Degree classification statistics of obstacle index of consolidationevaluationon well-facilitated farmland in Nanchang County

图2 南昌县高标准农田建设障碍度分区图Fig.2 Zoning map of obstacle index of consolidation evaluation on well-facilitated farmland in Nanchang County

3 讨论与结论

3.1 讨论

研究区耕地自然质量中有机质含量的生态位适宜度值高于0.5比例达到60%以上，耕地有机质含量整体上较高，土壤较为肥沃；土壤pH、表层土壤质地、地形坡度的生态位适宜度大于0.5的所占比例高达99%以上，耕地土壤整体呈现出弱酸性、土壤质地多为壤土、地势平坦，耕地的自然本地状况较好，自然质量障碍度总体上不高。田间基础设施中，灌溉保证率、排水条件、田间道路通达度3个指标的生态位适宜度较高，均有超过99%的耕地生态位适宜度值高于0.5，田间基础设施条件优良，其障碍度低。景观格局中，集中连片度、斑块形状指数、田块规模3个指标的生态位适宜度均有80%以上的超过0.5，田块总体较为集中、连片程度较高、规整度良好、规模化程度较高，耕地景观格局状况总体上较好，障碍度较低。区位条件中，与公路的距离的生态位适宜度大于0.5的比例为71%，耕地与公路间的距离总体上较近；到城镇的距离生态位适宜度大于0.5的所占比例为56%，耕地与城镇的距离总体上远近适中，耕地区位条件整体上较为良好，其障碍度较低。便利程度中，耕作距离的生态位适宜度高于0.5的所占比例高达98%，耕地与居民点的距离整体上较近，易于农户耕种利用；相邻地类适宜性的生态位适宜度大于0.5的比例为63%，地块周边相邻土地为耕地的程度较高，耕地便利程度总体上良好，较易于开展耕作活动。

基于木桶原理，本研究发现区域高标准农田建设障碍度为5个准则层障碍度的最大值，主要障碍因子为集中连片度、相邻地类适宜性、到城镇的距离、与公路的距离、有机质含量，其余因子对研究区农田的影响相对较小。因此，针对当前研究区耕地的障碍状况，有必要采取相应的措施来减少、进而消除障碍因子，从而改善对农田产生的不良影响、提升农田质量与产能、促进高标准农田的建设。提出治理措施与建议如下：

1)针对高障碍度的耕地，可以归并零星地块、农田改造、划定农业生产功能区来提高耕地的集中连片化程度，促进农业经营更加集约化；耕地的地理空间位置较为固定，故而耕地田块到城镇的距离、与公路的距离直接改造的可能性小，可以通过耕地规模化流转承包、经营的方式来消减地理位置的限制性影响，并结合研究区的未来经济发展规划，合理规划修改公路，完善当地交通运输体系，从而提高农产品运输效率；针对耕地土壤有机质含量相对不高的地区，可探索实行生态农业模式，在不破坏生态环境的同时逐步提升耕地肥力水平，提高耕地质量、生态状况。

2)针对低障碍度的耕地，部分地区耕地的地形坡度障碍状况可开展土地平整工程；部分耕地土壤pH偏酸，可通过减少施用酸性肥料、在休耕期利用石灰等田间改良剂来中和土壤，降低土壤酸性水平；针对道路通达度不高的耕地，应按照高标准农田建设的相关标准、结合农田生产管理工作的实际情况来整治农业作业道路，修建田间道和生产路，消减其限制性。

3.2 结论

1)本研究运用基于生态位的障碍因子诊断模型，将生态位模型拓展应用于高标准农田建设的障碍因子诊断研究中，避免人为主观赋权的局限影响，使得模型更具有科学、合理性。

2)从自然质量、田间基础设施、景观格局、区位条件、便利程度5方面选取指标，构建了较为全面的高标准农田建设的障碍因子诊断模型，能够反映耕地的多种属性状况，有利于后续开展相应的耕地治理工作。

3)利用木桶原理，得到南昌县耕地自然质量障碍度处于0.20～1.00，其中障碍度≤0.50的占全县耕地总面积的比例为61.90%，自然质量障碍度总体上较低；田间基础设施障碍度为0.10～1.00，障碍度为0.5及以下的所占比例高达98.28%，田间基础设施障碍度整体很低；景观格局、区位条件、便利程度障碍度均为0～1.00，其中42.32%的耕地景观格局障碍度高于0.50，景观格局条件整体一般；区位条件障碍度高于0.50的耕地所占比例为52.25%，区位条件总体而言一般；便利程度障碍度则有38.81%的耕地高于0.50，便利程度整体上较好。全县耕地障碍度为0.30～1.00，主要障碍因子为集中连片度、相邻地类适宜性、到城镇的距离、与公路的距离、有机质含量。

通过开展本研究，可以使得南方平原高标准项目区的选择、高标准农田建设工程措施的选择有依据，也探索了南方滨湖区域高标准农田建设措施定量化研究方法。