第 24 卷第 7 期农业工程学报 Vol.24 No.7 60 2008 年 7 月 Transactions of the CSAE Jul. 2008 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 430070; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 3. 中国科学院研究生院, 北京 100101) 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 147.41 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 97.61 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 97.19 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 :TS225.44 文献标识码 :A 文章编号 :1002-6819(2008)-7-0060-05 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):60-64. 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 :2008-03-18 修订日期 :2008-04-16 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (70673097) 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, Email: 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 166.49 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 10.81 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 1.. 10 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 1.. 10 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 1.3.1 评价对象与评价单元根据遥感解译的 1.. 10 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 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 1.3.2 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 5.85 9.32 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 147.41 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 0.1~1 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 52.84 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 53.11 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 70.35 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 27.26 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 49.80 万 hm 2, 占总面积的 34% 前两类总面积 97.61 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 292639 261093 伽师 30807 738 库尔勒 234522 202977 沙雅 29450 296 伊吾 169628 138082 皮山 28250-3296 若羌 155412 123867 焉耆 22353-9192 精河 143458 111913 疏附 22220-9325 尉犁 126272 94726 巴楚 19493-12052 和田市 119175 87630 伊宁县 18090-13456 玛纳斯 112682 81137 叶城 17713-13832 米泉 108395 76849 疏勒 16014-15531 哈密 103782 72237 伊犁州 15774-15772 喀什 100616 69071 策勒 14873-16672 沙湾 93481 61935 拜城 12424-19121 和硕 92559 61014 奇台 9385-22160 轮台 88915 57370 泽普 7894-23651 阿图什 87404 55858 麦盖提 5861-25684 乌苏 79767 48222 特克斯 4505-27040 阿克苏 79386 47841 富蕴 4164-27382 昌吉 64230 32684 乌恰 2320-29225 博湖 63566 32020 阿克陶 2205-29340 民丰 63414 31869 察布查尔 1213-30332 且末 63366 31821 塔城 1217-32762 呼图壁 62937 31392 柯枰 1133-32878 吉木萨尔 57255 25709 哈巴河 -2844-34390 和田 57156 25610 乌什 -4079-35624 阿瓦提 55369 23823 温泉 -4567-36112 温宿 54824 23279 莎车 -7017-38562 博乐 54785 23240 吉木乃 -7041-38586 伊宁 52907 21362 尼勒克 -7801-39346 于田 48444 16898 巩留 -8918-40464 库车 48198 16652 岳普湖 -11941-43486 霍城 45941 14396 奎屯 -14861-46407 新和 42135 10590 巴里坤 -16247-47792 洛浦 41666 10121 布尔津 -16542-48088 福海 41577 10031 青河 -18799-50344 墨玉 40383 8837 额敏 -19492-51037 阿勒泰 39416 7871 阿合奇 -21514-53059 克拉玛依 38819 7273 和布克赛 -22048-53593 新源 37005 5459 裕民 -28439-59984 阜康 36150 4604 木垒 -30326-61872 英吉沙 34883 3337 托里 -36132-67677 乌鲁木齐 34241 2695 昭苏 -39036-70582 和静 33492 1947 塔什库尔 -51915-83460 克逊 32384 839 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
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 NPV2 0 35 69.98 二级适宜 NPV1 0 NPV2 0 16 27.21 经济不适宜 NPV1 0 NPV2 0 15 49.70 规模不适宜 县域分布面积 0.1 万 hm2 21 0.52 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 97.19 万 hm2 其中 一级适 宜县共计 35 个 分布后备耕地资源 69.98 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 27.21 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 50.22 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 49.70 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 97.61 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 97.19 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 2002 24(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 2003 58(3) 323 332 [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 2007 29(1) 36 42 [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 2005 23(3) 177 181 [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 2000 23(4) 337 343 [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 2003 18(6) 672 683 [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) 2000 34(2) 237 240 [1] Fig.5 63
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):96-101. [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):46-52. 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 430070,China; 2. Institutes of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 3. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,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 176500 hm 2 in different counties. 2the total area with natural, ecological and economic suitability was 976100 hm 2, which distributed in 65 counties. 3The area of uncultivated land suitable for interregional flows of arable land was 971900 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