基于加權TOPSIS模型和GIS技術的耕地提質改造潛力及區域分布研究

摘要 以陽江市江城區為研究區，從地形地貌、土壤基本性狀、土壤管理等方面選取10個評價因子，通過加權TOPSIS模型和ArcGIS軟件的空間分析功能對研究區的耕地提質改造潛力進行測算，并利用自然斷點法對潛力進行分級。結果表明，高、中、低3個潛力區域面積占比分別為18.67%、41.39%和39.94%，高、中潛力區主要分布在雙捷鎮、平岡鎮、白沙街道和閘坡鎮。這為江城區合理安排耕地提質改造區域和建設時序提供了基礎數據。

關鍵詞 耕地提質改造;加權TOPSIS模型;GIS技術;區域分布;自然斷點法;潛力

中圖分類號 F323.211? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）24-0106-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.024

Research on the Potential and Regional Distribution of Cultivated Land Quality Improvement Based on Weighted TOPSIS Model and GIS Technology

JIN Le-le （Guangdong Institute of Geological Surveying and Mapping， Guangzhou， Guangdong 510800）

Abstract Taking Jiangcheng District of Yangjiang City as the research area， this paper selected 10 evaluation factors from the aspects of topography， basic soil properties and soil management， calculated the potential of land quality improvement and transformation in the study area through the weighted TOPSIS evaluation model and the spatial analysis function of ArcGIS software， and classified the potential by using the natural break point method. The results showed that the area ratio of high， medium and low potential areas were 18.67%，41.39% and 39.94% respectively， the high and medium potential areas were mainly distributed in Shuangjie Town， Pinggang Town， Baisha Street and Zhapo Town. This provides basic data for the reasonable arrangement of reconstruction area and construction sequence of land quality improvement in Jiangcheng District.

Key words Land quality improvement;Weighted TOPSIS model;GIS technology;Regional distribution;Natural break point method;Potential

作者簡介

靳樂樂（1987—），男，河南汝陽人，工程師，碩士，從事國土空間規劃、生態修復研究。

收稿日期 2021-06-22

耕地是我國重要的戰略資源，耕地質量的好壞影響著我國的糧食產量。為提高耕地質量，增加糧食產量，在“十二五”以來，我國開展了高標準農田建設、土地復墾等土地整治活動。廣東省地少人多，無法避讓耕地的建設項目較多，且耕地存在碎片化、水利設施不足、質量較低、農業環境惡化等情況，因此亟需通過耕地提質改造來提升耕地質量，落實耕地占補平衡，維護國家糧食安全。筆者以陽江市江城區為研究區，結合該研究區2018年土地變更調查數據庫中的耕地圖斑和2018年耕地質量等級評價中地形地貌、土壤基本性狀、土壤管理等評價因素[1]，通過加權TOPSIS評價模型和GIS技術，分析研究區內耕地提質改造的潛力，并依據潛力值劃分出耕地提質改造潛力分級區，為江城區開展耕地提質改造選址工作提供一定的指導。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

江城區位于陽江市南部，東面和北面與陽東區毗鄰，西北與陽春市接壤，西接陽西縣，南臨南海，除少數地區為丘陵（含臺地）以外，大部分為河流沖積平原和濱海平原。江城區大部分地區處在南亞熱帶最南緣，基本上在熱帶季風氣候的控制范圍，光照時間長，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長。由于地形地質復雜，區域性氣候明顯，夏秋屬臺風季節，雨量豐沛，平均降水量2 350 mm，平均徑流量88.2億m3，沿海年平均氣溫22.3 ℃，陸地年平均氣溫22.5 ℃。江城區地處漠陽江中下游，漠陽江上游和周邊河流徑流量匯入漠陽江流經江城，干流長199 km，雨量充沛，汛期長，枯水期短，汛期地表徑流量占全年90%左右。

江城區（含海陵區、高新區）轄崗列、城西、白沙、城東、南恩、觀光6街道和埠場、雙捷、平岡、閘坡4鎮，土地總面積77 986.80 hm2，耕地面積25 929.95 hm2，占土地總面積的33.25%，其中水田面積15 405.20 hm2，占耕地面積的59.41%，水澆地面積144.56 hm2，占耕地面積的0.56%，旱地面積7 157.58 hm2，占耕地面積的27.60%，可調整耕地面積3 222.61 hm2，占耕地面積的12.43%。從行政區來看，平岡鎮、雙捷鎮耕地面積較多，分別為6 532.27和5 521.98 hm2，分別占江城區耕地面積的25.19%和21.30%，崗列街道和城西街道耕地面積較小，分別為2 072.56和2 046.14 hm2，分別占江城區耕地面積的7.99%和7.89%，城東街道、南恩街道、觀光街道無耕地（圖1）。

1.2 研究方法

1.2.1 GIS空間分析法。此次研究選用GIS軟件ArcGIS 10.2，利用空間分析功能從江城區2018年度土地變更調查數據庫中挑選出江城區耕地圖斑，作為耕地提質改造潛力評價單元，根據耕地質量等級數據庫利用空間賦值功能對評價單元進行賦值，獲取指標值。通過加權TOPSIS模型評價之后，利用自然斷點法將評價結果進行分級，劃分出潛力分級區域。

1.2.2 加權TOPSIS模型。TOPSIS，即優劣解距離法，是一種常用的綜合評價方法，該方法能夠充分利用現有的數據信息，對個體進行評價排序，其結果能精確地反映各評價方案之間的差距[2]。該方法通過構造評價指標的正理想解和負理想解，即各指標的最優解和最劣解，計算每個方案到理想方案的相對貼近度，即靠近正理想解和遠離負理想解的程度，來對方案進行排序，從而選出最優方案[3-4]。此次研究根據評價指標的重要程度對指標賦予權重，通過加權TOPSIS模型，計算評價指標的優劣解[5-6]。

1.3 潛力評價模型的構建

1.3.1 構建評價指標體系及確定權重。

根據《農用地質量分等規程》，選擇地形地貌、土壤基本性狀、土壤管理3個因素作為評價因素[7]，結合廣東省實際情況，將評價因素細化為地形坡度、田面坡度、地下水位、有效土層厚度、表土質地、剖面構型、有機質含量、pH、灌溉條件、排水條件10個評價因子[8]。廣東省耕地質量等級評價工作把全省分為7個區域，根據不同區域對評價指標采用專家法進行賦值，陽江市屬于粵西南丘陵山地區，評價因子權重采用該區域權重值，以上10個評價因子的權重依次為0.09、0.08、0.03、0.17、0.12、0.10、0.07、0.09、0.15、0.10。

1.3.2 評價指標的量化。

項目各評級因子屬性值從耕地質量等級數據庫獲取。評價因子采用指標屬性值分級量化賦值的方法確定評價分值，范圍為[0，100]，具體如表1所示。

根據分等因子量化分值，地形坡度分值為100的圖斑有5 557個，面積14 050.57 hm2，占耕地總面積的54.19%，分值小于100的圖斑有4 271個，面積11 879.38 hm2，占耕地總面積的45.81%;田面坡度分值為100的圖斑有6 593個，面積17 920.70 hm2，占耕地總面積的69.11%，分值小于100的圖斑有2 875個，面積8 009.25 hm2，占耕地總面積的30.89%;地下水位分值為100的圖斑有9 749個，面積25 793.79 hm2，占耕地總面積的99.47%，分值小于100的圖斑有79個，面積136.16 hm2，占耕地總面積的0.53%;有效土層厚度分值為100的圖斑有9 617個，面積25 405.64 hm2，占耕地總面積的97.98%，分值小于100的圖斑有211個，面積524.31 hm2，占耕地總面積的2.02%;表土質地分值為100的圖斑有4 360個，面積10 554.88 hm2，占耕地總面積的40.71%，分值小于100的圖斑有5 468個，面積15 375.07 hm2，占耕地總面積的59.29%;剖面構型分值為100的圖斑有3 780個，面積10 028.11 hm2，占耕地總面積的38.67%，分值小于100的圖斑有6 048個，面積15 901.84 hm2，占耕地總面積的61.33%;有機質含量分值為100的圖斑有9 828個，面積25 929.95 hm2，占耕地總面積的100%，無分值小于100的圖斑;pH分值為100的圖斑有2 660個，面積6 911.85 hm2，占耕地總面積的26.66%，分值小于100的圖斑有7 168個，面積19 018.10 hm2，占耕地總面積的73.34%;灌溉條件分值為100的圖斑有5 223個，面積13 208.94 hm2，占耕地總面積的50.94%，分值小于100的圖斑有4 605個，面積12 721.01 hm2，占耕地總面積的49.06%;排水條件分值為100的圖斑有1 382個，面積3 675.05 hm2，占耕地總面積的14.17%，分值小于100的圖斑有8 446個，面積22 254.90 hm2，占耕地總面積的85.83%。

1.3.3 評價指標的正向化。

根據分等因子量化分值（表1），評價因子分值越高代表該區域耕地基礎條件越好，提質改造的潛力也就越小，因此需對評價因子進行正向化處理，計算公式如下：

xij=1xij（1）

1.3.4 構建評價模型。該研究采用加權TOPSIS方法計算各評價單元的潛力值，其計算公式如下：

Fi=S-iS+i+S-i（2）

S+i=10j=1wj×[xij-maxi（xj）]2（3）

S-i=10j=1wj×[xij-mini（xj）]2（4）

式中，Fi為第i個評價單元的潛力得分值，S+i為第i個評價單元評價因子值到最大值（最優解）的距離，S-i為第i個評價單元評價因子值到最小值（最劣解）的距離[5]。

wj為第j個評價因子的權重，xij為第i個評價單元第j個評價因子值，maxi（xj）為第j評價因子的最大值，mini（xj）為第j評價因子的最小值。

2 結果與分析

通過加權TOPSIS評價模型計算各評價單元的潛力值，通過ArcGIS 10.2軟件的自然斷點法將潛力值分為3個等級，即低潛力區、中潛力區和高潛力區，其中低潛力區潛力值為0～0.126 9，中潛力區潛力值為>0.126 9～0.230 1，高潛力區潛力值為>0.230 1～0.479 8[9-10]。

從圖2～3可以看出，低潛力區為稍加改造區，共包括3 974個圖斑，總面積10 355.86 hm2，占江城區耕地面積的39.94%;從空間上看，低潛力區主要分布在江城區中部區域，具體包括平岡鎮、埠場鎮和城西街道，面積共6 748.08 hm2，占低潛力區面積的65.16%。中潛力區為適度改造區，共包括4 183個圖斑，總面積10 732.59 hm2，占江城區耕地面積的41.39%;從空間上看，中潛力區主要分布在江城區北部和中部區域，具體包括平岡鎮、雙捷鎮和白沙街道，面積共6 953.62 hm2，占中潛力區面積的64.79%。高潛力區為重點改造區，共包括1 671個圖斑，總面積4 841.50 hm2，占江城區耕地面積的18.67%;從空間上看，高潛力區主要分布在江城區北部和南部區域，具體包括雙捷鎮和閘坡鎮，面積共2 734.75 hm2，占高潛力區面積的56.48%。

從區域空間分布（圖2）來看，低潛力區耕地分布較為集中，高、中潛力區分布相對分散。低潛力區基礎條件較好，集中程度也高，改造成本相對較小;中潛力區的面積最大，分布范圍最廣，需要提質改造的數量較多;高潛力區分布最為分散，基礎條件也較差，提質改造成本也較高。

從各鎮（街道）的高、中、低潛力區面積（圖3）來看，城西街道、埠場鎮、平岡鎮低潛力區面積占全鎮（街道）面積的50%以上，其他鎮（街道）均以高、中潛力區為主。平岡鎮雖以低潛力區為主，但因耕地面積較大，高、中潛力區面積也較大。

總體來說，江城區高、中潛力區主要分布在雙捷鎮、平岡鎮、白沙街道和閘坡鎮，基礎條件較差，為耕地提質改造重點區域。

3 結論及建議

3.1 結論

（1）該研究以ArcGIS 10.2為平臺，通過空間分析等功能，挑選出耕地圖斑作為評價單元，并獲取了指標屬性值，建立了加權TOPSIS模型，計算了各評價單元耕地提質改造潛力，并通過自然斷點法將潛力分為高、中、低3個潛力區域，面積分別為4 841.50、10 732.59和10 355.86 hm2，分別占江城區耕地面積的18.67%、41.39%和39.94%;低潛力區耕地分布較為集中，高、中潛力區分布相對分散，中潛力區的面積最大、分布范圍最廣;高、中潛力區主要分布在雙捷鎮、平岡鎮、白沙街道和閘坡鎮。

（2）通過對評價因子進行分級量化賦值發現，江城區地形坡度、田面坡度等10個評價因子中，除了pH、排水條件、剖面構型、表土質地等少數因子外，其他評價因子得分為100分的比例較高;評價因子得分較高的區域，耕地提質改造潛力較小，位于低潛力區，即稍加改造區;評價因子得分較低的區域，耕地提質改造潛力較大，位于高潛力區，即重點改造區。

3.2 合理化建議

（1）低潛力區耕地評價因子得分較高，耕地自然條件較好，低潛力區內耕地提質改造成本較低，分布較為集中，為稍加改造區;高、中潛力區改造成本較高，分布較為分散，且分布于低潛力區周邊，為重點整治區，高、中潛力區進行提質改造提升的效益也較大。在選取耕地提質改造范圍時，可將各潛力區進行綜合考慮，在集中整治的條件下獲取規模效益。

（2）根據該研究結果，在未來進行耕地提質改造過程中，高、中潛力區內耕地基礎條件較差，提質改造的需求較為強烈，且提質改造可產生比較明顯的經濟和社會效益。江城區在進行提質改造選址時，可優先選取高、中潛力區內分布面積較大的雙捷鎮、平岡鎮、白沙街道和閘坡鎮等鎮（街道）的耕地，并根據各鎮民意支持度、經濟條件等情況合理安排建設時序。

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