摘要 摘 要：研究耕地后备资源开发适宜性，测算其丰度值，明确开发模式能够为耕地后备资源合理可持续利用提供科学依据。以山西省襄汾县为研究区，通过构建模糊综合评价模型，对襄汾
摘 要：研究耕地后备资源开发适宜性，测算其丰度值，明确开发模式能够为耕地后备资源合理可持续利用提供科学依据。以山西省襄汾县为研究区，通过构建模糊综合评价模型，对襄汾县生态安全、自然适宜和经济可行 3 个方面进行开发适宜性评价;在适宜性评价的基础上，通过计算新增耕地系数和新增耕地面积占比，构建耕地后备资源丰度测算模型，并以丰度值为依据，运用 ArcGIS 空间分析功能，将襄汾县开发模式进行分区研究。结果表明，襄汾县无高等适宜后备资源;较高等适宜面积为 2 187.775 4 hm2 ;中等适宜面积为 11 511.268 1 hm2 ;勉强适宜面积为 3 782.169 9 hm2 ;不适宜开发面积为 543.683 5 hm2 。襄汾县耕地后备资源开发分为 4 种模式，优先开发模式总规模为 3 685.640 2 hm2 ;重点开发模式总规模为 3 413.028 4 hm2 ;适度开发模式总规模为 5 073.909 4 hm2 ;先保护后开发模式总规模为 5 852.318 8 hm2 。在耕地后备资源开发过程中，应因地制宜，对不同区域采取差别化开发，以实现耕地后备资源的可持续利用。
关键词：耕地后备资源;开发适宜性;模糊综合评价法;丰度测算模型;襄汾县
耕地后备资源开发是保障耕地数量的重要途径。实现“数量、质量、生态”三者并重是国土资源部门保护耕地、落实生态文明建设提出的战略要求，研究耕地后备资源开发适宜性及其丰度值，并划分有利的开发模式，对于提高土地利用效率，缓解人地矛盾等具有重要意义。许多学者对耕地后备资源进行了积极的探索，研究内容涵盖多方面，如耕地后备资源时空变化特征[1]、宜耕性评价[2]、空间分异特征研究[3]、自然质量适宜性评价[4]、开发组合时序研究[5]、耕地占卜平衡分析[6- 7]、基于生态安全观下的评价指标体系探讨[8]等;研究方法涉及较广，基于重心模型[9]、动态度模型、分布密度模型、转移矩阵，利用综合指数法、组合因素法等数学方法，采用隶属度函数[10]、神经网络分析[11]、两维图论聚类分析法[12]，通过“一票否决”和“设置容许度”[13]的方式，多角度多方面研究耕地后备资源，遥感手段也被应用其中，随着研究的不断深入，评价方法和体系也不断完善。
借助前人研究，本研究利用模糊综合评价模型，对襄汾县耕地后备资源开发适宜性进行评价，通过测算新增耕地系数及新增耕地面积，构建耕地后备资源丰度测算模型，运用 ArcGIS 空间技术分析，对宜耕性后备资源进行不同开发模式研究，以期为山地丘陵地区及相似地区耕地后备资源的开发提供客观科学的指导，适应生态文明建设的要求。
1 研究对象和方法
1.1 研究区概况
襄汾县地处山西省临汾盆地中南部，地理坐标 111°06′38″～111°40′55″E，35°40′05″～36°03′20″N，全县面积 1 304 km2 ，共 13 个乡镇。地势东西高、中间低，东面有太岳山脉分支塔儿山，西面有吕梁山脉分支姑射山，汾河贯穿县境中部，流程 52.2 km，山河之间构成两旁略成梯形的盆状地带，地貌类型以黄土台塬区、中低丘陵山区及河流堆积地貌区为主。属于暖温带季风性气候，四季分明，热量条件比较丰富，有利于发展农业生产。县境内地势平坦，土壤肥沃，是山西省产粮大县。
耕地后备资源是可转化为耕地的非耕地资源，从土地利用类型转化角度来看，非耕地均可转化为耕地。考虑襄汾县耕地后备资源开发项目的可实施性，本着因地制宜的原则，根据襄汾县的土地利用特点和地形地貌特征，本研究依据 2015 年土地利用变更调查结果，选取部分用地类型作为耕地后备资源，并对其进行评价分析。襄汾县耕地后备资源总面积为 18 024.896 8 hm2 ，各类型具体面积列于表 1。
1.2 数据来源
本研究数据包括图像数据和文本资料，其中，图像数据为襄汾县第 2 次土地利用变更数据(2015 年)，县级行政区划图，山西省土壤养分采样点分布图，山西省 DEM数据及 2015 年襄汾县遥感影像图;文本资料包括襄汾县土地利用总体规划(2006—2020 年)、襄汾县土地整治规划资料等相关资料。对收集到的图像数据以 ArcGIS 10.2 进行空间配准，获取相应的矢量文件作为评价指标图层，并建立耕地后备资源评价数据库[14]。
1.3 研究方法
1.3.1 适宜性评价方法
1.3.1.1 评价指标体系构建 根据评价指标代表性、稳定性及资料可获取性原则，结合研究区自然社会现状，本研究选择生态安全性、自然适宜性和经济可行性 3 个方面作为准则层，选取 11 个具体指标对耕地后备资源开发适宜性进行评价。
1.3.1.1.1 生态安全性 选取植被覆盖度、距水源的距离、生物丰富度及景观格局 4 个具体评价指标。利用 ENVI，借助 NDVI 值求植被覆盖度;利用 ArcGIS 中的距离分析功能，按照地块距离水源的远近，对水源保障因素进行分级评价;根据土地利用类型确定生物丰富度等级;以与原耕地是否相邻为依据，评价景观格局分布情况。
1.3.1.1.2 自然适宜性 选取地形坡度、海拔高度、有机质含量和全氮含量 4 个有效指标。在 ArcGIS 中用 DEM 数据求取地块平均坡度数据和高程;通过对 4 000 个土壤养分点空间插值处理，并运用襄汾县行政区边界生成掩膜文件，得到襄汾县有机质和全氮含量，并衡量襄汾县土壤肥力的基础状况。
1.3.1.1.3 经济可行性 经济可行性指标主要包括土地区位分布、耕作便利度、集中连片度。其中，土地区位分布反映开发后新增耕地与居民点间的距离关系，采用 ArcGIS 中缓冲区分析，缓冲区距离为居民点到耕地后备资源地块中心的距离;耕作便利度即土地开发后地块到交通干线的距离，从 2015 年土地利用变更调查数据中提取襄汾县主要交通干线及农村道路，采用缓冲区分析方法求得相应距离;耕地集中连片度[15]是指宜耕资源开发后地块位置的相近关系，运用 ArcGIS 软件，采用空间融合方法将一定距离内的相邻地块连接为集中连片区，并用公式(1)计算各连片区的集中连片度。
1.3.1.2 评价指标标准化处理 本研究对评价指标的表述和分级参照《耕地后备资源调查与评价技术规程》和《农用地分等定级规程》及前人的研究成果[16]，将指标依据各自的限制因素划分为 5 个适宜性级别，即高等适宜、较高等适宜、中等适宜、勉强适宜、不适宜，分值限定在 0～100 封闭区间(表 2)。
1.3.1.3 确定指标权重
1.3.1.3.1 层次分析法[17] 首先请专家对同一层的所有指标运用两两比较法进行评价，构建各层次判断矩阵，依次计算相应指标权重。评价过程一致性检验结果小于 0.1，即权重合理。
1.3.1.3.2 熵权法[18] 熵权法是一种客观的赋权方法，在适宜性评价中，用信息熵理论评定各指标的有序性及其有效性，通过熵值计算确定各项评价指标的权重。
1.3.1.3.3 组合法 为了使组合权重与层次分析法确定的权重 1 和熵权法确定的权重 2 尽可能接近，本研究选用平均值法求得组合权重(表 3)。
1.3.1.4 适宜性评价模型的构建 模糊综合评价[19] 是通过引入模糊隶属度函数，运用模糊变换理论把定性评价转化为定量评价，首先确定评价对象的因素论域，即开发适宜性评价体系;其次确定评价等级论域，即开发适宜性等级;利用已确定的指标权重，建立评价体系的模糊权向量;本研究选用降半梯形隶属度，最终确定模糊综合评价隶属度向量。运用模糊向量单值化法，根据每个等级的赋值将模糊评价综合结果通过加权平均得到每个评价域相应的评价数值(C)。 C=Σm j=1bk jcj (2)式中，cj 为各项指标第 j 等级的分值，bj 为各乡镇第 j 级隶属度值，j=1，2，3，4，5。经模糊向量单值化计算，得到各乡镇综合评分值。
1.3.2 耕地后备资源丰度值测算
为进一步明确耕地后备资源开发的时空配置，合理安排开发的重点区域、重点项目及规模布局，需要对襄汾县后备资源丰度值进行测算，依此划分宜耕后备不同开发利用模式，总体思路为：在襄汾县后备资源开发适宜性评价的基础上，确定宜耕后备资源新增耕地系数;测算襄汾县宜耕后备资源新增耕地面积;构建丰度测算模型，采用 ArcGIS 空间分析方法，依据丰度值对襄汾县耕地后备资源不同开发模式进行分析。
1.3.2.1 新增耕地系数的确定 宜耕后备资源新增耕地系数[20]表示区域内不同质量土地的耕地综合开发能力。此处，新增耕地系数的确定以开发适宜性评价为基础。 Sxy=Mxy/Mx (3) Fx= Σk y=1SxyPxy Cx (4)
式中，x 表示乡镇名称;y 表示耕地后备资源适宜性等级，此处只对应较高等适宜、中等适宜、勉强适宜 3 个等级;Sxy 指第 x 个乡镇第 y 等级的宜耕后备资源总面积占该乡镇耕地后备资源总面积的比例;Pxy 为第 x 个乡镇适宜性评价为 y 等级的各评价单元的平均分值(由适宜性评价过程所得);Cx 为模糊向量单值化分值(由适宜性评价过程所得);Fx 为第 x 个乡镇宜耕后备资源新增耕地系数。
1.3.2.2 宜耕后备资源补充耕地面积 根据襄汾县开发适宜性评价结果，各乡镇宜耕后备资源实际潜力面积为 Ex 及新增耕地系数为 Fx，实际潜力即为适宜性评价中较高等适宜性和中等适宜性 2 项评价等级结果，用公式(5)计算各乡镇补充耕地面积。 ΔEx=Ex×Fx (5)式中，ΔEx 表示第 x 个乡镇宜耕后备资源开发新增耕地面积(hm2 )。
1.3.2.3 耕地后备资源丰度测算模型构建 丰度是化学中衡量元素在自然界中的天然存比，本研究借鉴丰度概念，求取宜耕后备资源的开发潜力，即丰度值越高说明该区域耕地后备资源开发潜力越大;通过构建丰度测算模型，求取各乡镇丰度值，利用丰度值在 ArcGIS 中分布频率划分不同的开发模式，以期为项目的开发时序及空间分配提供科学参考。丰度测算时，重点考虑各乡镇新增耕地系数和新增耕地占比 2 项指标，经专家确定这 2 项指标权重均为 0.5，丰度测算模型如下。
Lx=Fx×ω1+ ΔEx Rx ×ω2 (6)式中，Lx 表示第 x 个乡镇丰度值;Rx 表示第 x 个乡镇耕地后备资源总面积 (hm2 );ω1 表示新增耕地系数的权重;ω2 表示新增耕地面积所占面积比例的权重。
2 结果与分析
2.1 适宜性评价结果与分析
根据模糊综合评价单值化结果，将襄汾县耕地后备资源开发适宜性划分为 4 个等级：较高等适宜、中等适宜、勉强适宜、不适宜(襄汾县无高等适宜(综合得分≥80)评价区域，该区域由于自然生态条件及社会经济条件优越，已完全被开发为耕地，无闲置面积)。其中，较高等适宜区域(60≤综合评价值<80)地面坡度主要分布在 2°～6°、海拔较低、灌溉条件较好，土壤养分质量高，稍加开发整理便可取得较高的农业生产水平;中等适宜区域(40≤综合评价值< 60)具备一定的开发条件，开发后经整治可具有农业生产作用;勉强适宜区域(20≤综合评价值<40)在海拔高度、地形坡度及交通便利程度等方面存在一定程度的限制，开发时具有一定难度;不适宜区域(综合评价值<20)土壤质地很差，海拔较高，开发难度极大，开发后生态风险极高，同时为保护生态环境，将地面坡度大于 25°区域均划为不适宜开发区，最终各乡镇开发适宜性评价结果如表 4 所示。
根据评级结果，考虑到后备资源开发时的难度及开发后耕地生产能力，将较高等适宜和中等适宜区域作为襄汾县耕地后备资源的实际开发潜力，面积总计 13 699.043 4 hm2 。从数量分布上，实际开发潜力占襄汾县后备资源总面积的 76%，其中，较高等适宜区域占比为 12.14%，中等适宜区域占比为 63.86%。从空间布局上，较高等适宜区域分布在襄汾县中部平原及七一水库附近，有较大的灌溉优势，地势平坦，土壤肥沃，交通便利，具有很高的农业生产水平;中等适宜区分布在由山前平原向山麓过渡的半山丘陵区，土地类型以其他草地为主，地形坡度较低，景观格局较完整，经开发整治等工程建设后可具有较好的农业生产能力。
2.2 耕地后备资源丰度测算结果与分析
2.2.1 各乡镇补充耕地结果 基于适宜性评价得出的各乡镇宜耕后备资源实际潜力(13 699.043 4 hm2 ，包括较高等适宜和中等适宜区域) 和新增耕地系数，利用补充耕地面积测算公式，得到襄汾县各乡镇开发补充耕地面积列于表 5。从耕地补充规模来看，汾城镇新增耕地面积最大，为 1 571.074 2 hm2 ，其次依次为新城镇、襄陵镇，补充耕地面积均在 1 000 hm2 以上。从新增耕地面积占比来看，邓庄镇最高为 83.59%，其次依次为西贾乡和南辛店乡，分别占 81.98%和 81.15%。
2.2 耕地后备资源丰度测算结果与分析
2.2.1 各乡镇补充耕地结果 基于适宜性评价得出的各乡镇宜耕后备资源实际潜力(13 699.043 4 hm2 ，包括较高等适宜和中等适宜区域) 和新增耕地系数，利用补充耕地面积测算公式，得到襄汾县各乡镇开发补充耕地面积列于表 5。从耕地补充规模来看，汾城镇新增耕地面积最大，为 1 571.074 2 hm2 ，其次依次为新城镇、襄陵镇，补充耕地面积均在 1 000 hm2 以上。从新增耕地面积占比来看，邓庄镇最高为 83.59%，其次依次为西贾乡和南辛店乡，分别占 81.98%和 81.15%。
优先开发模式主要分布在襄汾县中部平原区，包括南贾镇、南辛店乡、永固乡、西贾乡、景毛乡、赵康镇和邓庄镇，由于汾河流域贯穿襄汾县中部，该区域地势平坦，水源充足。该模式的总面积为 3 869.435 6 hm2 ，实际开发潜力 3 677.191 6 hm2 ，新增耕地面积 2 970.077 9 hm2 ，具有便利的交通条件，优越的区位条件，应最大化地发挥该模式下新增耕地的农业生产优势，规整开发田块形状，适度集中开发规模，将开发后的宜耕土地与农业现代化建设结合起来，提高生产力水平，助力乡村振兴。重点开发模式主要分布在汾河以东的黄土台塬区及吕梁山山前倾斜平原区，是平原向山地过渡区域，包括新城镇和古城镇，总面积 3 413.028 4 hm2 ，实际开发潜力为 3 239.650 9 hm2 ，新增耕地面积为 2 413.822 3 hm2 。该区域地势较低，耕地灌溉条件较好，土壤质地均匀，该模式开发时应提高土地利用集约度，保证经济增长与生态保护之间的良性循环，促进山水林田湖草生命共同体建设。
适度开发模式主要分布在襄汾县西北部和西南部吕梁山中低山区，包括汾城镇和襄陵镇，总面积为 5 073.909 4 hm2 ，实际开发潜力 4 184.778 6 hm2 ，新增耕地面积 2 726.514 5 hm2 。该区域土地利用类型以其他草地为主，宜耕后备资源面积集中连片，灌溉条件有限，耕地区位分布较差，对该区域应适度开发。该模式应注意人地协调关系，提升地域空间利用效率，完善景观格局，努力实现生产、生活、生态协调发展，适度适宜地进行宜耕后备资源的开发。先保护后开发模式主要分布在襄汾县东北部，塔尔山中低山区，包括大邓乡和陶寺乡，总面积为 5 852.318 8 hm2 ，实际开发潜力 2 597.422 4 hm2 ，新增耕地面积 958.870 3 hm2 。该区域海拔较高，地形陡峭，耕地后备资源破碎化严重，植被覆盖度低，盲目开发易造成水土流失等生态风险，因此，应先对其进行生态保护，修复其生态屏障功能，改善土壤质地，作为后续储备资源进行再开发利用，避免粗放式开发。
3 结论与讨论
根据生态文明建设要求，本研究通过构建模糊综合评价模型，从生态安全性、自然适宜性和经济可行性 3 个方面进行开发适宜性评价，研究结果表明，襄汾县开发适宜性分为 4 个等级，其中较高等适宜区域 2 187.775 4 hm2 ，占比为 12.14%;中等适宜区域 11 511.268 1 hm2 ，占比为 63.86%;勉强适宜区域 3 782.169 9 hm2 ，占比为 20.98%;不适宜区域 543.683 5 hm2 ，占比 3.02%。这与襄汾县实际后备资源开发情况相符，可为区域后备资源开发提供现实依据。在适宜性评价的基础上，通过计算新增耕地面积，构建襄汾县耕地后备资源丰度测算模型，衡量实际开发潜力状况，并以此区分襄汾县不同开发模式。本研究结果表明，襄汾县共分为 4 种开发模式，优先开发模式总规模 3 685.640 2 hm2 ，要求与乡村建设相结合进行开发;重点开发模式总规模为 3 413.028 4 hm2 ，要求促进经济增长与生态保护之间的良性循环;适度开发模式总规模为 5 852.318 8 hm2 ，要求适度适宜地进行开发;先保护后开发模式总规模为 5 852.318 8 hm2 ，要求先对其进行生态保护，避免盲目粗放利用。可供开发面积少、分布零散是襄汾县耕地后备资源的特点，根据不同适宜性等级及开发模式，实施差别化区域耕地后备资源开发与保护措施，在开发耕地、提高农业生产水平、保障粮食安全的同时，保护后备资源区域生态安全，优化耕地布局，提升耕地质量，构建和谐的农业生态系统，以实现经济、社会和环境 3 个效益的统一和耕地后备资源的可持续利用。
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