a，b，林爱文a，b，邹 玲a，b，李 婷a，b
（武汉大学，a.资源与环境科学学院；b.教育部地理信息系统重点实验室，武汉 430079）
摘要：以天门市为例，利用农用地分等定级及土地利用变更调查等数据，借助GIS技术，综合选取耕地自然质量、区位、社会经济和生态四方面的因素，采用层次分析法和德尔菲法构架评价模型，以探讨耕地红线空间布局。结果表明，天门市整体耕地条件优良，较少部分耕地条件较差无法纳入耕地红线布局范围。根据评价结果将耕地划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，其中将Ⅰ级、Ⅱ级区耕地划入耕地红线布局范围，共确定耕地区域128 330.62 hm2，占全市耕地总面积的76.24%。研究认为该评价模型能有效量化各影响因素，引入景观指数对生态指标进行量化，弥补了以往研究对生态方面刻画的不足，评价结果为县域耕地红线布局研究提供了科学可靠的依据。
关键词：土地评价；耕地红线；空间布局；天门市
中图分类号：F301.0 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）07-1782-06
随着中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化进程的发展和人口对粮食需求的急剧增加，耕地资源已经成为国家经济发展、社会和谐稳定的关键因素，人们对耕地重要性和对耕地保护的认识也不断加强[1，2]。在《全国土地利用总体规划纲要（2006-2020年）》中，“18亿亩耕地红线”的目标被正式提出，对全球粮食安全的清醒认识则成为中国提出“18亿亩耕地红线”的关键起因[3-5]。根据国土资源部发布2011年度全国土地变更的调查数据：“截至2011年12月31日，全国耕地保有量为18.247 6亿亩，这是继2009和2010年后，全国耕地面积连续第3年保持在18.24亿亩以上”。这些数据结果说明，保持“18亿亩耕地红线”的形势依旧不容乐观。目前中国除了面临着耕地数量递减，更重要的是面临着耕地生态的困扰[1，6，7]。2014年中央一号文件指出：“严守耕地保护红线，不断提升农业综合生产能力，确保基本自给、口粮绝对安全”，再次强调粮食安全保障体系，提出在重视粮食数量的同时应更加注重品质和质量安全，这标志着中国的耕地保护已进入以数量、质量、生态管护为内涵的时代。耕地红线是指经常进行耕种的土地面积的最低值，是一个具有底线含义的数字，现行中国耕地红线是“18亿亩”。严守耕地红线是关系到人民基本生活、粮食安全和社会稳定的大事，是必须要完成的目标任务。然而目前，中国的耕地红线保护主要倾向于量的保护[8-10]。
国内学者关于耕地红线的研究主要集中在耕地红线划定的重要意义、耕地红线保护的管理措施、区域耕地红线的数量确定、红线与区域发展的关系等方面。朱登民[11]以确保粮食安全为背景，对“18亿亩耕地红线”保护提出了6项土地管理措施；李春云[12]采取定量与定性双管齐下的制约措施划定太原市耕地红线，并提出了坚守耕地红线的对策；贺一梅等[13]为保证山区粮食安全，通过对云南省耕地资源态势分析预测云南省2020年耕地红线为500万hm2；丁志如[14]从中国耕地承载力、耕地数量变化和粮食安全的角度指出划定耕地红线对耕地保护的重要性；张宏波[15]对耕地红线内涵进行了全面解读，并提出坚守耕地红线要采取节约、集约用地为主。这些研究对于耕地红线划定和保护落实具有重要作用，但现阶段对耕地红线的定义和保护主要集中在数量上，对耕地红线的空间涵义研究甚少。随着生态红线和耕地生态保护的提出[16-20]，国家开始重视耕地质量以及耕地生态问题。湖北省天门市位于江汉平原，是中国重要的商品粮生产基地，对于保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。以天门市为例研究耕地红线空间布局，从质量以及生态角度对其耕地进行评估、划分，以期确定耕地红线保护范围达到既保护耕地红线的量，又保证耕地红线空间落实的目的。
1 研究区概况
天门市位于湖北省中部，地处江汉平原北部、汉江下游北岸，介于112°35′―113°38′E、30°23′―30°54′N，属亚热带季风性气候。东邻汉川，西与沙洋，南与潜江、仙桃隔江相望；北靠京山，西北与钟祥毗邻，东北与应城接壤（图1）。四季分明，光照充足，雨量充沛，无霜期长，严寒和酷暑较短，年平均气温16.4 ℃，日照时间1 872.4 h，年降水量1 113.3 mm，无霜期249 d。境内河流渠道纵横交错，土壤深厚肥沃，是一个主产优质粮棉油和多种作物的大县（市）。全市版图面积为2 622.78 km2，占全省版图面积的1.4%。全市总耕地168 317.98 hm2，其中旱地97 604.82 hm2，水田66 263.14 hm2，水浇地4 450.02 hm2。
2 数据来源与研究方法
本研究数据来源于天门市2012年1∶10 000土地利用变更调查矢量数据、《天门市土地利用总体规划（2010-2020）》和天门市农业局提供的农用地分等定级图件及表格数据、《天门市统计年鉴（2012年）》。
以天门市全部耕地作为评价对象，采用层次分析法，从自然质量、区位、社会经济、生态四个方面构建天门市耕地红线布局指标体系，基于已有数据利用ArcGIS软件获取指标值，并计算各地块的综合得分，根据评价结果确定耕地红线布局区域。
3 耕地红线空间布局综合评价
耕地是人类赖以生存和发展的基本资源，具有自然特殊性的同时又具有社会经济和生态功能，因此对于耕地的评估应该进行多元化分析。已有的研究多从耕地人口数量以及耕地与区域发展的关系来确定耕地红线的数量[21]，鲜有考虑耕地的自然因素以及生态条件。为了实现耕地红线“确保数量、提升质量、落实布局”的目标，从耕地的自然条件、区位条件、经济条件和生态条件四个方面出发对耕地进行全面评价，分别选取土壤质地、剖面构型、有机质含量等14个因子作为耕地评价指标，确定耕地质量等级[22，23]，结合最小人均耕地面积与区域发展情况分析区域耕地红线指标量，最终实现“‘质’‘量’结合定空间”的技术路线。 3.1 评价指标体系的构建
耕地自然环境是作物生长、发育、成熟的基础条件，是粮食生产的基础，作为自然环境的一部分也是区域生态环境的重要内容，对区域生态保持、生态调节具有重要作用，通过对耕地自然环境的正确认识能促使耕地朝着对人类有益的方向发展。根据相关标准及研究[23]，从自然质量、区位、社会经济和生态4个方面构建耕地红线空间布局指标体系（表1）。耕地自然质量是土地生产力评估的基础，主要体现在土壤质地、剖面构型、土壤有机质含量、坡度、土壤pH以及水利基础设施方面；区位条件体现了距道路、村庄的远近对农资投入效率、农产品商品化便捷度及耕作便利度的影响；社会经济条件主要体现在人口密度，人均耕地面积以及耕地利用投入对耕地红线空间布局的影响，本研究以机械化水平来表征耕地利用投入；生态条件主要体现在土壤污染状况、是否为生态保护区以及景观指数所反映的耕地田块形状对于农田生态建设的影响。由于研究区属于平原区，耕地的连片度相对较高，故选用田块的形状来衡量其景观指数。根据《农用地定级规程》，耕地的田块形状属于面状因素，具有非扩散性，可以直接测算田块形状系数确定其作用分值[24]。田块形状系数计算公式：
K=■ （1）
式中，S为田块面积；L为田块的周长。
3.2 获取评价指标值
对天门市的6 677块耕地进行评价指标的统计。自然质量、区位等空间数据主要使用土地利用变更数据和农用地分等数据，在ArcGIS 9.3软件的支持下，通过叠置分析、缓冲区分析和空间统计分析获取。社会经济数据来自统计年鉴，并通过属性挂接的方式赋值给片块。景观指数则通过计算得到。以镇或村为单位计算的指标赋值给统计单元中的所有地块，以图斑为单位获取的指标通过面积加权汇总至地块。
3.3 确定评价模型
选用层次分析法（AHP）以及德尔菲法来确定体系中各项指标的权重。层次分析法是一种系统、简洁、灵活而实用的多准则决策方法，通过建立一个多层次、具有隶属关系的结构模型，在此基础上进行定性与定量分析，构造两两对比判断矩阵，从而确定各要素的权重。共有来自部门、科研院校、技术单位的10位专家填写指标体系判断矩阵，据此确定指标权重[25]。为消除指标量纲影响，参照相关研究[26-28]，结合专家意见及天门市实际情况，采用分级给分法对指标进行标准化。由此建立耕地红线空间布局评价模型（表2）。
将获取的指标按表计算得分后，利用加权求和法计算综合得分：
A=∑■■？棕iai（2）
其中，A表示评价单元的综合得分，i表示评价因素个数，？棕i表示第i个评价因素权重，ai表示第i个评价因素的得分。
3.4 耕地红线空间布局
根据上述评价模型对天门市6 677块耕地进行评价，综合得分分布情况如图2所示。耕地综合得分介于63～96分，主要集中在80～90分，均值为83.96分。这说明从数量而言，天门市耕地整体质量为优，仅部分耕地条件较差。
依据综合得分频率分布，将耕地分为四个级别：90～100分为Ⅰ级，80～90为Ⅱ级，70～80为Ⅲ级，60～70为Ⅳ级。级别越高说明各项条件越好，能够满足耕地红线的空间布局的要求，分级结果如图3所示。
Ⅰ级区耕地面积15 491.93 hm2，占全市耕地总面积的9.20%，集中分布在天门市中部平原地区的河流、主要道路两侧。该区耕地自然质量等级高，连片规模大，非常适宜大规模机械化生产，有利于农业产业化规模推进。紧邻公路、离集镇较近的区位优势为物资投放及农产品交易提供了充分保证。
Ⅱ级区耕地面积112 838.69 hm2，所占比例达67.04%，广泛分布在中部平原区。中部平原区地势较平坦，海拔较低，土壤熟化度高，土层深厚，河流较多，各大河流加上密布的沟渠为农田灌溉提供了充分可靠的保障。由省道及公路构成的交通路网发达，很好地连接了各集镇，为物资集散、农产品交易提供了便利。该地区是天门市经济发展的腹地，农技水平高，机械化生产有一定的基础。
Ⅲ级区耕地面积34 589.03 hm2，所占比例为20.55%，主要分布在东部、北部及西南部少数地区。这部分地区土壤质地较差，保水保肥能力差，耕地多为小面积形状复杂的片块，分布分散，仅作为耕地红线范围后备区域。
Ⅳ级区耕地面积仅为5 398.33 hm2，所占比例仅为3.21%，集中在东南和西南部分地区。受地形因素影响，该地区的坡度较大，且十分破碎，土类多为沙石、砾石，土层薄，有机质含量低，且易发生水土流失等地质灾害，生态安全度低。该地区基本无灌溉水利设施，农业基础设施条件差，且地处偏远，不适宜作为耕地红线的布局范围。
综上分析，将Ⅰ、Ⅱ级区划为耕地红线布局区域，共5 435块耕地，面积合计128 330.62 hm2，占全市耕地总面积的76.24%。
3 结论
耕地红线空间布局需要“质”与“量”相结合，以保证粮食安全生产和生态的可持续性发展。本研究充分利用农用地分等定级成果，引入景观生态学，从耕地自然质量、区位、社会经济和生态四方面筛选了14个指标因子，建立了兼顾“质”和“量”的指标体系，并构建耕地红线空间布局评价模型。以湖北省天门市为例进行耕地红线空间布局，进一步对耕地红线空间布局进行限制因素分析，确定具体空间布局范围，得出以下结论。
1）天门市位于江汉平原区，整体耕地条件优良，耕地质量呈现以城区为中心沿河流以及道路向四周放射的特点。根据评价结果将全部耕地分为四级，并将Ⅰ、Ⅱ级区域确定为耕地红线空间布局区域，面积共128 330.62 hm2，占全市耕地总面积的76.24%。Ⅲ级耕地作为后备区域，Ⅳ级耕地不具备划入耕地红线空间布局范围的条件。
2）天门市东部、东南以及西南部地区主要受区位条件和社会经济条件限制，且主要集中在乡镇边缘地区，应进一步完善交通路网，消除交通死角，同时加强耕地集约化利用；南部、西部地区主要受自然质量条件和社会经济条件限制，应以提升地力为主要建设目标，加大政府投资力度，提高农业机械化水平；生态条件是全市范围的限制因素，尤其是西北地区受限明显，应以实施土地平整和景观提升工程为主，同时推广精准化农业，减轻农田污染负荷。 本研究所提出的评价模型能够有效地量化各影响因素，为耕地红线空间布局的确定提供科学依据，具有现实意义。在生态条件刻画方面，尝试借助景观指数来量化耕地的生态良好程度，弥补了以往研究对耕地生态方面刻画的不足，但由于耕地生态内涵广泛，此次选取的指标仅能体现景观形态，具有一定的片面性，有待进一步研究。
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