薄 瑞,張 劍,姜廣輝,李 樂

1.北京師范大學(xué) 資源學(xué)院,北京 100875

2.東營市公共資源交易中心,山東 東營 257055

3.東營市國土資源局東營分局,山東 東營 257100

4.東營市國土資源局,山東 東營 257091

基于TOPSIS的永久基本農(nóng)田劃定研究
——以東營市東營區(qū)為例

薄 瑞1,3,張 劍2,姜廣輝1*,李 樂4

1.北京師范大學(xué) 資源學(xué)院,北京 100875

2.東營市公共資源交易中心,山東 東營 257055

3.東營市國土資源局東營分局,山東 東營 257100

4.東營市國土資源局,山東 東營 257091

針對永久基本農(nóng)田的特點，從耕地的自然質(zhì)量條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件等角度，建立東營市東營區(qū)永久基本農(nóng)田評價指標(biāo)體系，利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用ArcGIS分析獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，通過TOPSIS法對耕地的綜合質(zhì)量進(jìn)行排序，最終使用制圖輸出功能實現(xiàn)永久基本農(nóng)田劃定可視化，將結(jié)果與基本農(nóng)田劃定成果對比。結(jié)果表明：永久基本農(nóng)田劃定在空間格局上大致呈現(xiàn)出“西南部、北部密集，其他地區(qū)稀疏”的態(tài)勢，和基本農(nóng)田劃定成果存在一定差異；質(zhì)量上永久基本農(nóng)田劃定更好地反映出耕地農(nóng)業(yè)配套設(shè)施完善、耕地連片性好、區(qū)位條件有利的特性。通過相關(guān)資料查閱以及實地踏勘表明，該評價方法具有更好的科學(xué)性和可操作性，評價結(jié)果可以快速劃定永久基本農(nóng)田的建設(shè)范圍。同時，本次研究成果也為東營區(qū)的永久基本農(nóng)田劃定提供了科學(xué)依據(jù)。

永久基本農(nóng)田;GIS技術(shù);層次分析法;TOPSIS法

黨的十七屆三中全會通過的《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村改革發(fā)展若干重大問題的決定》提出了“劃定永久基本農(nóng)田”這一戰(zhàn)略思想，對基本農(nóng)田的保護(hù)總量、用途、質(zhì)量三個重要方面做了全面的要求[1]。永久基本農(nóng)田是指在基本農(nóng)田范圍內(nèi)劃定出農(nóng)業(yè)配套設(shè)施完善、自然質(zhì)量好和抗災(zāi)能力強(qiáng)的一部分耕地[2]，一經(jīng)劃定長期不變，并實行農(nóng)田用途管制[3]。永久基本農(nóng)田建立在基本農(nóng)田基礎(chǔ)之上[4-6]，對建設(shè)內(nèi)容有了更高的要求和擴(kuò)展[7]，功用上永久基本農(nóng)田更加突出保障國家糧食安全，政策上著重強(qiáng)調(diào)耕地保護(hù)的嚴(yán)格性和長期時效性[8]，質(zhì)量上更注重穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和旱澇保收的耕地質(zhì)量。所以科學(xué)合理的劃定永久基本農(nóng)田，將會對穩(wěn)定全國的糧食生產(chǎn)、確保糧食安全、促進(jìn)耕地區(qū)域性保護(hù)起到十分重要的作用。

目前，國內(nèi)的永久基本農(nóng)田劃定研究通常利用數(shù)字信息化手段[9]，使用土地評價疊加法[10]、農(nóng)用地等別類聚法[11]等劃定方法，研究方向集中在農(nóng)田劃定、保護(hù)理論及體系建立等方面[12]。相關(guān)研究取得了相當(dāng)?shù)某晒?，但是基本農(nóng)田劃定編制實用性不高、量化標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)等問題一直存在。比如入選基本農(nóng)田科學(xué)量化標(biāo)準(zhǔn)模糊[13]、規(guī)劃缺少基本農(nóng)田的整體布局分析[14]、布局偏重滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要等問題[15]，造成基本農(nóng)田劃定“重數(shù)量、輕質(zhì)量”的現(xiàn)象[16]。雖然從整體看面積穩(wěn)定，但實際生產(chǎn)能力下降，優(yōu)質(zhì)耕地逐漸流失，背離基本農(nóng)田保護(hù)初衷。

為更加科學(xué)合理的劃定，本文使用層次分析法來建立耕地入選永久基本農(nóng)田指標(biāo)體系[17]；運(yùn)用GIS技術(shù)實現(xiàn)評價因子數(shù)據(jù)的獲取和永久基本農(nóng)田的空間定位及成果圖輸出[18]；同時，依照東營區(qū)實際，選取耕地坡度等能夠直接反映耕地質(zhì)量和區(qū)位條件優(yōu)劣的影響因素；利用TOPSIS排序的方法直接篩選優(yōu)質(zhì)耕地[19]。最后，通過與基本農(nóng)田劃定成果對比，探討快速有效而合理的劃定永久基本農(nóng)田的方法。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

東營區(qū)位于山東省東北部，黃河三角洲腹地，是東營市中心城區(qū)的所在地。東西最大橫距67.5 km，南北最大縱距26.5 km，總面積1178.18 km2，共轄6個街道和4個鎮(zhèn)。地屬黃河沖積平原的濱海地帶，黃河三角洲尾閭部分。地勢西高東低，總體地形平緩，比降為1/10000。全區(qū)共有河流9條。全區(qū)大致以六戶鎮(zhèn)北辛村為界，分為中西部的潮土區(qū)和東部的鹽土區(qū)。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

（1）東營區(qū)第二次土地調(diào)查及2015年度土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，用于獲取全部耕地及可調(diào)整地類圖斑及最終制圖。（2）東營區(qū)土地利用總體規(guī)劃圖（2006～2020）用于確定基本農(nóng)田的范圍。（3）東營區(qū)耕地質(zhì)量等級成果（2013年）用于獲取耕地坡度、排水健全度影響因子指標(biāo)數(shù)據(jù)。（4）東營區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖用于獲取耕地連片性、灌溉保證率、至主干線距離、至城鎮(zhèn)距離影響因子指標(biāo)數(shù)據(jù)。（5）東營區(qū)農(nóng)用地分等定級成果數(shù)據(jù)，用于獲取農(nóng)用地利用等影響因子指標(biāo)數(shù)據(jù)。

以上基礎(chǔ)圖形圖像數(shù)據(jù)收集齊全后，以東營區(qū)第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫中的全部耕地及可調(diào)整土地的耕地圖斑作為評價對象，每一個耕地圖斑作為一個評價單元。將上述耕地圖斑添加編號并在圖中標(biāo)記，確保評價單元的唯一性。

2 研究方法

首先建立耕地入選永久基本農(nóng)田的指標(biāo)體系，采用層次分析法確定各個指標(biāo)的權(quán)重[20]。再對各個指標(biāo)評價值進(jìn)行計算及標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用TOPSIS算法對其進(jìn)行排序。最后，按照從高分到低分的原則確定基本農(nóng)田的保護(hù)圖斑，借助GIS工具獲取東營區(qū)永久基本農(nóng)田不同質(zhì)量級別的空間分布格局，與基本農(nóng)田劃定成果對比。

2.1 評價指標(biāo)體系的選擇與權(quán)重

表1 耕地質(zhì)量評價指標(biāo)體系Table 1Assessment index system for farmland quality

除耕地的自然質(zhì)量指標(biāo)外，東營區(qū)耕地主要由水利設(shè)施條件和交通區(qū)位條件決定耕地質(zhì)量。遵循可獲得性、科學(xué)代表性等原則，結(jié)合東營區(qū)實際，選取耕地坡度等7個影響因素，并用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

2.2 各指標(biāo)分值確定及標(biāo)準(zhǔn)化處理

在耕地圖斑質(zhì)量評價中，為了使各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)具有可比性，采用分級給分法，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果并參考農(nóng)用地分等定級成果制定分級標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)（表2），對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

表2 評價指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理表達(dá)式及參數(shù)含義Table 2 Expression and index implication of evaluation data of farmland quality

2.3 基于TOPSIS的永久基本農(nóng)田篩選

通過使用TOPSIS法根據(jù)有限個評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度排序，進(jìn)行相對優(yōu)劣的比較[21]。最終得到一個接近理想的永久基本農(nóng)田布局方案。使用如下公式進(jìn)行計算。

決策點對理想點的相對貼切度可用ci表示，即：

ci值越大越優(yōu)先入選永久基本農(nóng)田[22,23]。按照貼切度ci將永久基本農(nóng)田劃分為5個級別（表3）

表3 東營區(qū)永久基本農(nóng)田級別劃分Table 3 Permanent basic farmland classification table of Dongying District

通過TOPSIS法對東營市東營區(qū)基本農(nóng)田按照評價單元相對優(yōu)劣程度進(jìn)行排序后，依據(jù)東營區(qū)的實際情況，確定永久基本農(nóng)田的保護(hù)率為基本農(nóng)田的90%。并根據(jù)表3劃分為最優(yōu)耕地、較優(yōu)耕地等5個級別，繪制成圖（圖1）。并統(tǒng)計各個街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同級別的面積（表4）。

圖1 東營區(qū)永久基本農(nóng)田劃定結(jié)果分布圖Fig.1 Distribution map of permanent basic farmland in Dongying District

表4 東營區(qū)各個街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的永久基本農(nóng)田統(tǒng)計Table 4 Statistics of permanent basic farmland in Dongying District

3 結(jié)果與分析

3.1 東營區(qū)永久基本農(nóng)田各質(zhì)量級別構(gòu)成

此次劃定的東營區(qū)永久基本農(nóng)田總面積16236.83 hm2。較優(yōu)耕地最多，面積達(dá)12536.95 hm2，占劃定總面積的77.15%；最優(yōu)耕地次之，為1799.70 hm2，占11.08%；一般耕地和較差耕地相對較少，分別為1395.27 hm2和516.89 hm2，僅占8.59%和3.18%，而在劃定的永久基本農(nóng)田中未有最差耕地。東營區(qū)基本農(nóng)田總面積為18040.92 hm2，兩者的重合面積為13405.13 hm2，占永久基本農(nóng)田總面積的82.56%。其差異主要為永久基本農(nóng)田在勝利街道（1254.12 hm2）、勝園街道（550.14 hm2）、文匯街道（96.23 hm2）、東城街道（344.32 hm2）存在分布，而基本農(nóng)田在這四個地區(qū)沒有分布。另外，黃河路街道、東城街道、牛莊鎮(zhèn)、六戶鎮(zhèn)及史口鎮(zhèn)各鎮(zhèn)臨近居民點的永久基本農(nóng)田未在基本農(nóng)田范圍內(nèi)。

3.2 東營區(qū)永久基本農(nóng)田各質(zhì)量級別空間分布格局

從圖1可看出，東營區(qū)永久基本農(nóng)田的空間分布格局特征顯著。東營區(qū)北部及西南部的永久基本農(nóng)田在空間形態(tài)上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的集中連片性，最優(yōu)耕地（牛莊鎮(zhèn)：444.88 hm2、勝利街道：442.15 hm2）、較優(yōu)耕地（六戶鎮(zhèn)：3321.66 hm2、牛莊鎮(zhèn)：2589.04 hm2）、一般耕地（龍居鎮(zhèn)：424.53 hm2、牛莊鎮(zhèn)：356.66 hm2）均主要分布于這兩個地區(qū)；東部鮮有永久基本農(nóng)田分布；其他地區(qū)在空間上則呈零星、散亂的態(tài)勢，并且主要以一般耕地為主。整體在空間格局上大致呈現(xiàn)出“西南部、北部密集，其他地區(qū)稀疏”的態(tài)勢。這和基本農(nóng)田劃定成果存在一定差異：基本農(nóng)田除了在西部（黃河路街道、辛店街道）有零星分布外，全部集中于西南部。其他地區(qū)沒有任何分布。

4 結(jié)論與討論

（1）針對基本農(nóng)田劃定過程中實用性不高、量化標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)的不足，本文使用層次分析法來建立耕地入選指標(biāo)體系，大大減少了專家確定權(quán)重時人為因素的影響；運(yùn)用GIS技術(shù)實現(xiàn)評價因子數(shù)據(jù)的獲取和永久基本農(nóng)田劃定的數(shù)字化和智能化，減少人為誤差，提高整體處理的準(zhǔn)確性和科學(xué)性；使用基于TOPSIS排序方法的耕地綜合質(zhì)量評價模型，較好的解決評價結(jié)果模糊、難以量化的問題。無論從數(shù)量還是分布的結(jié)果來看，永久基本農(nóng)田在建設(shè)內(nèi)容和要求上有了更進(jìn)一步的提升和擴(kuò)展。評價結(jié)果定量直觀，能夠直接反映耕地質(zhì)量和區(qū)位條件的優(yōu)劣，可切實評價基本農(nóng)田的分布潛力。

（2）基于TOPSIS方法對東營區(qū)永久基本農(nóng)田的劃定結(jié)果表明：永久基本農(nóng)田在空間格局上大致呈現(xiàn)出“西南部、北部密集，其他地區(qū)稀疏”的態(tài)勢；東營區(qū)北部及西南部的永久基本農(nóng)田在空間形態(tài)上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的集中連片性，最優(yōu)耕地、較優(yōu)耕地、一般耕地均主要分布于這兩個地區(qū)；東部鮮有永久基本農(nóng)田分布；其他地區(qū)在空間上則呈零星、散亂態(tài)勢，且主要以一般耕地為主。評價結(jié)果充分反映出東營區(qū)耕地質(zhì)量和區(qū)位條件特征：北部和西南部地區(qū)地勢平坦、交通網(wǎng)發(fā)達(dá)，水源充沛，耕地質(zhì)量優(yōu)越；西北部和西部水利設(shè)施完善、連片性好，但耕地自然質(zhì)量略差；其他地區(qū)耕地質(zhì)量差、鹽堿化程度高、配套水利設(shè)施不完備、排水能力弱，受到區(qū)域的限制性障礙因素影響突出。

（3）評價數(shù)據(jù)的獲取來源于現(xiàn)有的耕地研究成果，如第二次土地調(diào)查結(jié)果等，有助于提高評價結(jié)果的科學(xué)性和實用性。利用GIS技術(shù)這種實現(xiàn)空間屬性一體化分析方法，能夠讓政府部門充分地掌握耕地的質(zhì)量水平及分布狀況，大大提高了保護(hù)規(guī)劃的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。基于GIS技術(shù)的永久基本農(nóng)田劃定成果，為東營區(qū)農(nóng)田保護(hù)規(guī)劃編制提供科學(xué)合理的決策依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實意義。

（4）對評價單元的劃分中盡量滿足具有最大同質(zhì)性的特性：即單元劃分后可以區(qū)分一定精度要求下的最小差別。但從結(jié)果對比來看，連片性指標(biāo)的獲取和評價方法可以在方法上進(jìn)一步優(yōu)化。因為對每一塊圖斑的連片性數(shù)據(jù)的評價并沒有完全反映出整體連片性的質(zhì)量，連片性綜合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上取決于評價單元的劃分，而這個劃分并不是越小越好。

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Study on the Designation of Permanent Basic Farmland——A case study of Dongying district in Dongying City

BO Rui1,3,ZHANG Jian2,JIANG Guang-hui1*,Li Le4
1.College of Resources Science and Technology/Beijing Normal University,Beijing 100875,China
2.Dongying Public Resources Trading Center,Dongying 257055,China
3.Dongying Branch Bureau of Land and Resources in Dongying City,Dongying 257100,China
4.Dongying Bureau of Land and Resources,Dongying 257191,China

According to the characteristic of permanent basic farmland,this paper constructed the evaluation index system of permanent basic farmland demarcation of Dongying district from the quality of cultivated land,infrastructure conditions and so on.The AHP was adopted to determine the index weight and the ArcGIS analysis was used to obtain the relevant data. Finally,the mapping of permanent basic farmland was realized by using the mapping output function.The results showed that permanent basic farmland delineated in the spatial pattern of roughly showing the southwest,north dense,sparse in other areas,there are some differences in the results of basic farmland delimitation.Permanent basic farmland which delineated in the spatial pattern was some differences in the results of basic farmland delimitation.It was roughly assembled in the southwest and north,scattered in the other area are spars from the quantity aspect.The layout of permanent basic farmland reflected the characteristics of high-quality farmland better.The relevant information and field survey showed that this evaluation methodology was more scientific and applicable.The evaluation results could delineate the scope of permanent farmland construction quickly.Besides,this research also provided scientific evidence for the designation of basic farmland based on district scale.

Permanent basic farmland;GIS technique;analytic hierarchy process;TOPSIS

S28

:A

:1000-2324(2017)02-0259-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2017.02.020

2017-03-14

:2017-03-16

國家自然科學(xué)基金項目(41671519，41271535);北京市科技計劃課題(Z161100001116016)

薄 瑞(1988-),女,碩士研究生,主要從事土地規(guī)劃工作.E-mail:borui1111@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:macrophage@126.com