第7期代兵等基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价及未利用地中盐碱地沼泽地和裸土地图自然生态适宜性指标的适宜范围参考已有研究应从严掌握见表 1 其中降水量 400 mm 大致可以作为旱作比较稳定的下限如果年降水量小于 400 mm 则必需有灌溉保证才可开发因降

Size: px

Start display at page:

Download "第7期代兵等基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价及未利用地中盐碱地沼泽地和裸土地图自然生态适宜性指标的适宜范围参考已有研究应从严掌握见表 1 其中降水量 400 mm 大致可以作为旱作比较稳定的下限如果年降水量小于 400 mm 则必需有灌溉保证才可开发因降"

雉怡块栾
5 years ago
Views:

1 第 24 卷第 7 期农业工程学报 Vol.24 No 年 7 月 Transactions of the CSAE Jul 基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价 1 2,3 代兵, 谷晓坤, 陈百明 (1. 华中农业大学土地管理学院, 武汉 ; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 ; 3. 中国科学院研究生院, 北京 ) 2 摘要 : 明确后备耕地资源的总量及分布是耕地资源跨区域流动的前提该文构建了新疆后备耕地资源的自然 - 生态 - 经济适宜性评价指标体系, 以 1 km 2 栅格数据和统计数据为基础, 基于 GIS 评价县域后备耕地资源数量及分布结果表明 :1 自然 - 生态适宜的后备耕地资源万 hm 2, 各县分布面积从 0.01~17.65 万 hm 2 不等 ;2 自然 - 生态 - 经济适宜的后备耕地总量为万 hm 2, 分布在 65 个县 ;3 适宜开展耕地跨区域开发的后备耕地资源万 hm 2, 分布在 51 个县随着评价约束条件的增加, 新疆适宜开发的后备耕地资源总量逐渐减少, 生态风险和经济成本对耕地跨区域流动的影响需要更深入地研究关键词 : 后备耕地资源 ; 评价 ;GIS; 新疆中图分类号 :TS 文献标识码 :A 文章编号 : (2008) 代兵, 谷晓坤, 陈百明. 基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价 [J]. 农业工程学报,2008,24(7): Dai Bing, Gu Xiaokun, Chen Baiming. GIS-based suitability evaluation of uncultivated arable land in Xinjiang Region[J]. Transactions of the CSAE, 2008,24(7):60-64.(in Chinese with English abstract) 0 引言科学实现耕地占补平衡是严守 18 亿亩耕地红线的有力保障之一 1990 年至 2000 年, 未利用地开发为耕地主要集中在黑龙江吉林内蒙古自治区,3 个省区开垦荒地面积占全国的 83.68% [1] 而在耕地占用方面, 除生态退耕以外, 耕地占用主要发生在江苏浙江广东山东等经济发达地区 [2,3] 由于中国后备耕地资源分布省份与主要建设占用耕地省份之间的错位, 部分省份实现耕地占补平衡将成为不可能完成的任务, 在经济社会快速发展过程中, 客观上产生耕地跨区域流动的需求十一五规划确定区域协调发展的战略布局, 不同省份功能定位的差异将要求耕地资源的跨省份流动, 形成耕地资源的区域优化配置耕地跨区域流动不仅有利于落实土地利用总体规划中双控指标, 坚守 18 亿亩耕地红线, 而且对于区域协调发展和耕地资源的有效利用也有重要意义耕地跨区域流动实质是耕地占用权与耕地补充权所属行政区域的分离明确耕地补充区域的后备耕地资源数量及分布, 是实现跨区域流动的重要前提新疆土地资源丰富, 后备耕地数量大, 人均占有量高, 是中国重要的农垦区和后备耕地资源区虽然开展了几次大规模的调查, 但历次后备农用地资源数量变化较大 [4-6], 后备耕地资源的数量较为模糊已有的新疆后备耕地资源评 [6-8] 价偏重自然适宜性而忽视生态和经济适宜性同时 GIS 技术在土地适宜性评价中的应用是未来的发展趋收稿日期 : 修订日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( ) 作者简介 : 代兵 (1980-), 男, 湖北襄樊人, 博士生, 主要研究方向为土地资源评价土地规划土地管理武汉华中农业大学土地管理学院, daibingzwh@hotmail.com 势 [9-11] 因此在耕地跨区域流动背景下, 基于 GIS 研究新疆后备耕地资源的数量及分布具有重要意义 1 研究区概况和研究方法 1.1 研究区概况新疆维吾尔自治区土地总面积为万 km 2, 占全国土地总面积的 17.3% 基本地貌类型为山地和盆地, 山地约占新疆总面积的 42.67%, 盆地占 57.32% 天山把新疆分为南北两大部分据 2001~2005 年土地利用变更调查, 全疆通过开发新增耕地万 hm 2, 居全国之首 1.2 数据来源与处理 Landsat T M 遥感影像解译的新疆 2000 年万土地利用数据 ; 降水量 10 积温数据来源于国家气象局数据中心 (1961~2001 年 ) 并使用 ARCGIS 进行空间插值 ; 坡度数据来源于中国数字高程模型 (DEM) 数据, 使用 ARCGIS 空间分析功能自动生成 ; 灌溉条件数据以新疆万土地利用数据中河流分布以及主要水利工程 ( 包括在建工程和规划工程 ) 位置图为基础, 使用 ARCGIS 缓冲区功能得到 ; 土壤质地土层厚度土壤侵蚀度数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心上述不同来源数据在 ARCGIS 平台上经过坐标与投影转换重采样格式转换等, 统一为 1 km 2 栅格数据经济适宜性评价数据来源于新疆统计年鉴 (2001~2005 年 ) 全国农产品成本收益资料汇编 (2001~2005 年 ) 1.3 评价方法构建自然 - 生态 - 经济适宜性评价指标体系, 基于 GIS 评价新疆县域单元的后备耕地资源适宜性及其分布评价对象与评价单元根据遥感解译的万土地利用分类体系, 评价对象包括低覆盖度草地 ( 考虑到中覆盖度草地是新疆畜牧业可以利用的资源, 故不作为评价对象 ) 水域 ( 滩地 )

第7期代兵等基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价及未利用地中盐碱地沼泽地和裸土地图 1 61 1 自然生态适宜性指标的适宜范围参考已有研究应从严掌握见表 1 其中降水量 400 mm 大致可以作为旱作比较稳定的下限如果年降水量小于 400 mm 则必需有灌溉保证才可开发因降水量与灌溉条件具有相互替代性满足其一即可 10 积温土壤质地土层厚度和土壤侵蚀强度

1 图 1 新疆后备土地资源分布 Layout of uncultivated arable land in Xinjiang 基于栅格的基础数据精度首先评价出土地的自然生态适宜性再使用 GIS 区域汇总功能汇总出各县的分布面积经济适宜性评价直接以县域为单元进行 1.3.

2 第7期代兵等基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价及未利用地中盐碱地沼泽地和裸土地图自然生态适宜性指标的适宜范围参考已有研究应从严掌握见表 1 其中降水量 400 mm 大致可以作为旱作比较稳定的下限如果年降水量小于 400 mm 则必需有灌溉保证才可开发因降水量与灌溉条件具有相互替代性满足其一即可 10 积温土壤质地土层厚度和土壤侵蚀强度坡度都直接从处理过的栅格数据提取 2 经济适宜性指标的适宜范围根据财务净现值的定义确定净现值等于投资项目未来净现金流量按资本成本折算成现值减去初始投资后的余额计算公式为 [4-8] n NPV = Bt Ct (1 + r)t t =0 注评价对象指低覆盖度草地水域滩地盐碱地沼泽地裸土地 Fig.1 图 1 新疆后备土地资源分布 Layout of uncultivated arable land in Xinjiang 基于栅格的基础数据精度首先评价出土地的自然生态适宜性再使用 GIS 区域汇总功能汇总出各县的分布面积经济适宜性评价直接以县域为单元进行评价指标及适宜范围新疆属于西北干旱区降雨稀少气候干燥干旱的气候伴随着强烈的风沙荒漠化与盐渍化过程有意义的后备耕地资源开发取决于水资源和人类开发利用水资源的能力[4] 除水分条件外土壤质地积温有效土层厚度也是重要的自然限制因素[4,12] 鉴于目前开发不当产生的荒漠化等生态问题将土壤侵蚀强度坡度作为生态评价的两个主要因素自然生态条件适宜的后备土地资源是否开发为耕地一方面受到耕地占补政策区域土地开发规划的影响另一方面又受到经济适宜性的制约尤其在市场经济下后备耕地资源开发的成本收益比较是衡量其是否具有开发价值的重要指标而以往后备耕地资源评价往往忽视这一点[13] 因此新疆后备耕地资源评价指标体系包括自然适宜性生态适宜性和经济适宜性 3 个层次具体评价指标如表 1 所示式中 t 时间 B 收益 Bt 第 t 年的收益 C 成本 Ct 第 t 年的成本 n 项目的周期本文中 n=30 r 贴现率一般取 0.1 根据目前中国土地开发特点新疆土地开发的成本应当包括土地平整开发区域内道路沟渠及配套小型水工建筑物的修建以及中小型的引水支渠对外交通工程根据国土资源部土地整理中心土地开发整理项目亩均预算标准新疆平原区土地开发平均投资标准为 1.95 万元/hm2 该标准偏低且不包括中小型的引水支渠对外交通工程结合相关项目的调研结果如果考虑耕地跨区域流动新疆平原区土地开发投资标准可达到万元/hm2 土地开发年收益则主要来源于新增耕地的纯收益考虑到新疆以粮棉为主的生产结构年总收益包括粮棉单位产值年总成本则包括种子化肥农家肥农药机械作业费水费工具材料费的单位成本年纯收益等于年总收益与年总成本的差额 2 结果与分析 2.1 自然生态适宜性根据上述评价指标体系及适宜范围基于 GIS 对１km2 栅格数据进行计算结果表明新疆 2000 年自然生态适宜的后备耕地资源总量约万 hm2 分布具有面积大集中连片的特点主要分布在伊犁河谷区准噶尔盆地区和塔里木盆地西北部区如图 2 所示表 1 新疆后备耕地资源评价指标体系 Table 1 Evaluating indicator system of uncultivated arable land in Xinjiang 指标层自然适宜性生态适宜性经济适宜性评价指标适宜范围评价单元降水量 400 mm 有灌溉保证除外灌溉条件有 10 积温 1600 土层厚度 50 cm 土壤质地黏土壤土土壤侵蚀强度轻度侵蚀坡度 6 土地开发财务净现值 NPV>0 县域 Fig.2 图 2 后备土地自然生态适宜性评价结果 Land evaluation of natural and ecological suitability

62 农业工程学报 2008 年为进一步分析新疆自然 - 生态后备耕地资源分布特征, 使用 GIS 区域汇总功能, 汇总出各县的分布面积结果表明, 县域分布面积差异较大, 从小于 0.01 万 hm 2 至 17.65 万 hm 2 ( 昭苏县 ) 不等根据分布面积将全疆各县分成 5 类, 依次为大于 5 万 hm 2 3~5 万 hm 2 1~ 3 万 hm 2 0.

84 万 hm 2, 占总面积的 36%, 包括昭苏县尉犁县尼勒克县且末县阿勒泰市 ; 第二类个数较少, 共 8 个, 约占 9%, 面积约 31.08 万 hm 2, 占总面积的 21%, 包括沙雅县莎车县若羌县巴楚县精河县新和县新源县和特克斯县 ; 第三类个数最多, 共 27 个, 占 32%, 面积约 53.

3 62 农业工程学报 2008 年为进一步分析新疆自然 - 生态后备耕地资源分布特征, 使用 GIS 区域汇总功能, 汇总出各县的分布面积结果表明, 县域分布面积差异较大, 从小于 0.01 万 hm 2 至万 hm 2 ( 昭苏县 ) 不等根据分布面积将全疆各县分成 5 类, 依次为大于 5 万 hm 2 3~5 万 hm 2 1~ 3 万 hm 2 0.1~1 万 hm 2 和小于 0.1 万 hm 2 这 5 类县的个数比例及后备耕地资源面积比例见图 3 图 3 自然 - 生态适宜的行政县分类比例 Fig.3 Type and rate of counties with natural and ecological suitability in Xinjiang 第一类个数最少, 共 5 个, 约占 6%, 面积约万 hm 2, 占总面积的 36%, 包括昭苏县尉犁县尼勒克县且末县阿勒泰市 ; 第二类个数较少, 共 8 个, 约占 9%, 面积约万 hm 2, 占总面积的 21%, 包括沙雅县莎车县若羌县巴楚县精河县新和县新源县和特克斯县 ; 第三类个数最多, 共 27 个, 占 32%, 面积约万 hm 2, 占总面积的 36%, 主要有巩留县布尔津县麦盖提县于田县乌鲁木齐市哈巴河县吉木萨尔县乌苏市塔城市福海县额敏县察尔布尔县伽师县阜康市轮台县民丰县博乐市乌什县策勒县巴里坤县奎屯市呼图壁县玛纳斯县和静县青河县沙湾县和阿克苏市 ; 第四类与第三类相差不大, 但面积只占 7%, 是第三类的 1/5 左右 ; 第五类占总个数的 24%, 但不到总面积的 1% 2.2 经济适宜性假设同样的年收益条件下, 分别以开发成本 5.85 万元和 9.32 万元计算各行政县土地开发的净现值 NPV1 和 NPV2, 如表 2 所示结果表明,NPV1>0 的县有 65 个, 而 NPV2>0 的县有 45 个据此将所有行政县划为三类 : NPV1>0,NPV2>0;NPV1>0,NPV2<0;NPV1<0, NPV2<0 如图 4 所示,NPV1>0,NPV2>0 的县, 其经济适宜性良好, 个数多 ( 占总个数的 51%), 分布的后备耕地资源面积约万 hm 2, 占总面积的 48%; NPV1>0,NPV2<0 的, 其经济适宜性较好, 涉及 20 个县, 面积约万 hm 2, 占总面积的 19%;NPV1< 0,NPV2<0, 其经济上具有不适宜开发性, 个数较少 ( 占总个数 25%), 但所占后备耕地资源面积达到万 hm 2, 占总面积的 34% 前两类总面积万 hm 2, 分布在 65 个县, 表示具有自然 - 生态 - 经济适宜的后备耕地总量表 2 新疆各县 ( 市 ) 后备耕地资源开发净现值 Table 2 Net present value for uncultivated arable land developed in Xinjiang 元县 NPV1 NPV2 县 NPV1 NPV2 吐鲁番伽师库尔勒沙雅伊吾皮山若羌焉耆精河疏附尉犁巴楚和田市伊宁县玛纳斯叶城米泉疏勒哈密伊犁州喀什策勒沙湾拜城和硕奇台轮台泽普阿图什麦盖提乌苏特克斯阿克苏富蕴昌吉乌恰博湖阿克陶民丰察布查尔且末塔城呼图壁柯枰吉木萨尔哈巴河和田乌什阿瓦提温泉温宿莎车博乐吉木乃伊宁尼勒克于田巩留库车岳普湖霍城奎屯新和巴里坤洛浦布尔津福海青河墨玉额敏阿勒泰阿合奇克拉玛依和布克赛新源裕民阜康木垒英吉沙托里乌鲁木齐昭苏和静塔什库尔克逊注 :NPV1:n=30,r =0.1,C =5.85 万元 ;NPV2:n=30,r =0.1,C =9.32 万元图 4 经济适宜的行政县分类比例 Fig.4 Type and rate of counties with economic suitability in Xinjiang

4 第7期代兵等基于 GIS 的新疆后备耕地资源评价 2.3 后备耕地资源县域分布根据自然生态适宜的 5 类划分标准与经济适宜的 3 类划分标准确定综合分类标准可将新疆各县分为一级适宜二级适宜经济不适宜和规模不适宜 4 类具体指标标准见表 3 Table 3 表 3 新疆后备耕地资源评价综合分类 Synthetical classification of uncultivated arable land in Xinjiang 分类准县数总面积 /万 hm2 一级适宜 NPV1 0 NPV 二级适宜 NPV1 0 NPV 经济不适宜 NPV1 0 NPV 规模不适宜县域分布面积 0.1 万 hm 适宜不适宜标其中一级适宜指自然生态适宜前 4 类县当中 NPV1 0 NPV2 0 的县二级适宜指自然生态适宜前 4 类县当中 NPV1 0 NPV2 0 的县经济不适宜指自然生态适宜前 4 类县当中 NPV1 0 NPV2 0 的县规模不适宜指自然生态适宜第 5 类县各类具体分布见图 5 个县由于面积小于 0.1 万 hm2 而不具备开发规模适宜性的土地约 0.52 万 hm2 分布在 21 个县其中经济适宜的约 0.42 万 hm2 分布在 14 个县 3 图 5 新疆后备耕地资源综合评价县域分类 Counties classified for synthetics evaluating of uncultivated arable land in Xinjiang 新疆后备耕地资源共计万 hm2 其中一级适宜县共计 35 个分布后备耕地资源万 hm2 每个县自然生态条件适宜的后备耕地分布面积均大于 0.1 万 hm2 土地开发经济适宜性良好二级适宜县 16 个分布后备耕地资源万 hm2 每个县自然生态条件适宜的后备耕地分布面积均大于 0.1 万 hm2 土地开发经济适宜性低于一级适宜性但仍能保证较好收益新疆另有自然生态条件适宜的后备土地资源约万 hm2 由于目前开发技术与农业生产市场因素影响而不具备经济适宜性的土地约万 hm2 分布在 15 结论与讨论 1 本文构建了新疆后备耕地资源自然生态经济适宜性评价指标体系以 1km2 栅格数据和统计数据为基础基于 GIS 评价新疆各县后备耕地资源开发适宜性自然生态经济综合适宜的后备耕地面积总量为万 hm2 分布在 65 个县进一步考虑耕地跨区域流动对项目规模的要求则后备耕地资源总量为万 hm2 分布在 51 个县随着评价条件的增加新疆适宜于开发的后备耕地资源总量逐渐减少 2 以县域为评价对象评价出的 51 个县基本可认为是耕地跨区域流动的备选县由于研究尺度较大具体项目的选址规划等问题则需要在更大比例尺上分析那么适宜开展耕地跨区域流动项目的后备耕地资源数量可能会进一步减少 3 另外需要讨论三点一是近年来新疆土地开发利用变化比较大 2000 年遥感影像解译的土地利用数据略显陈旧在一定程度上会影响评价结果的准确性二是新疆后备耕地资源开发具有一定生态风险笔者尝试从区域生态风险预测的角度评价生态适宜性但难度较大未能实现三是耕地跨区域流动条件下新疆后备耕地资源开发产生的收益不仅来自新增耕地的经济收益更有耕地占用区因耕地建设用地转换而获得的收益后备耕地资源开发的成本除了工程成本与生产成本外还包括因开发处于自然生态边际条件下的后备资源而产生的生态成本这两方面对经济适宜性的影响需要进一步考虑 [参考文献] 田光进周全斌赵晓丽等中国新开垦耕地资源空间分布特征及生态背景研究[J] 资源科学 (6) 1 6 [2] 张国平刘纪远张增祥近 10 年来中国耕地资源的时空变化分析[J] 地理学报 (3) [3] 邵晓梅谢俊奇中国耕地资源区域变化态势分析[J] 资源科学 (1) [4] 石玉林康庆禹赵存兴等中国宜农荒地资源[M] 北京北京科学技术出版社 1985 [5] 原国家土地管理局农用地后备资源调查 1997 [6] 温明炬唐程杰中国耕地后备资源[M] 北京中国大地出版社 2005 [7] 范兆菊张永福许萌新疆后备耕地资源的开发利用研究[J] 干旱地区农业研究 (3) [8] 李和平樊自立刘校明等新疆宜农后备土地资源划分与评价[J] 干旱区地理 (4) [9] 倪绍祥近 10 年来中国土地评价研究的进展[J] 自然资源学报 (6) [10] 李蓉蓉王学雷基于 GIS 的江汉平原湖区农用地适宜性评价[J] 华中师范大学学报(自然科学版) (2) [1] Fig.5 63

5 64 农业工程学报 2008 年 [11] 鲁明星, 贺立源, 吴礼树, 等. 基于 GIS 的华中丘陵区耕地地力评价研究 [J]. 农业工程学报,2006,22(8): [12] 中国科学院资源环境科学数据中心自然资源数据库, 后备耕地限制型及限制强度统计表 (1991 年 ) 数据 [Z]. [13] 张迪, 张凤荣, 安萍莉, 等. 中国现阶段后备耕地资源经济供给能力分析 [J]. 资源科学,2004,26(5): GIS-based suitability evaluation of uncultivated arable land in Xinjiang Region Dai Bing 1, Gu Xiaokun 2, 3, Chen Baiming 2 (1. College of Land Management,Huazhong Agricultural University, Wuhan ,China; 2. Institutes of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing , China; 3. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing ,China) Abstract: It s a foundation for interregional flows of arable land resource to indentify the amount and layout of uncultivated arable lands.taking Xinjiang Province as a case, an evaluating indicator system including natural suitability, ecological suitability and economic suitability was set up, 1 km 2 grid and county was taken as evaluating units to analyze the total area and layout of uncultivated arable lands. The results showed that: 1the total area with natural and ecological suitability was 1.47 million hm 2, and areas ranged from 100 hm 2 to hm 2 in different counties. 2the total area with natural, ecological and economic suitability was hm 2, which distributed in 65 counties. 3The area of uncultivated land suitable for interregional flows of arable land was hm 2, which distributed in 51 counties. The conclusion is that with the addition to restriction conditions for land evaluation, the amount of uncultivated arable land decreases steadily and impacts of ecological risk and economic cost on interregional flows arable need further study. Key words: uncultivated arable land; land; uitability evaluation; GIS; Xinjiang

1 GIS 95 Y = F y + (1 F) (1) 0 0 Y0 kg/hm 2 /day F y 0 y c kg/hm 2 /day [12] y m 20 kg/hm 2 /hour Y = cl cn ch G [ F( y ) T m yo + (2) (1 F)(

1 GIS 95 Y = F y + (1 F) (1) 0 0 Y0 kg/hm 2 /day F y 0 y c kg/hm 2 /day [12] y m 20 kg/hm 2 /hour Y = cl cn ch G [ F( y ) T m yo + (2) (1 F)( 24 1 Vol.24 No.1 94 2008 1 Transactions of the CSAE Jan. 2008 2008 1 100094 2 100035 3 100081 4 100081 5 100101 GIS ( ) 65.12 16.82 13.74 15.27 11.07 t/(hm 2 a) 10.93% 41.43% 46.93% 65.4%. Bi Jiye, Zhu