（管理科学与工程专业论文）耕地质量评价体系与利用决策研究——以长沙县为例.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 图2 1 图2 2 图3 1 图3 2 图3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图目录 层次分析层次图 耕地质量评价与利用决策工作程序概图 土地的功能构成 耕地的生存功能与收益功能 耕地质量评价与利用决策方法的总体框架 长沙县耕地等评价因素 长沙县耕地等评价分等指数曲线 长沙县耕地现实级评价因素 长沙县耕地现实级评价分级指数曲线 长沙县耕地潜在级评价因素 长沙县耕地潜在级评价分级指数曲线 附图1 长沙县耕地评价单元图 附图2 长沙县耕地等评价图 附图3 长沙县耕地现实级评价图 附图4 长沙县耕地潜在级评价图 第v 页 h博如加凹站柏钙如”鼹醯加饥 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 耕地是十分珍贵却又最容易被破坏的资源，随着人口增加、经济发展和城市 的扩张，人口、资源、环境和发展矛盾r 益尖锐，耕地作为人类获取食物的主要 基地，自然成为这种矛盾的焦点。随着我国经济高速发展及其相伴的城市化和工 业化进程，已经很有限的耕地不断被占用。我国人口还会继续增长，城市化还会 进一步加快，而开发边际土地的余地已经有限，未来耕地的形势还十分严峻。 如何对耕地进行质量评价，合理利用耕地的各类研究在不断的深入开展，取得了 不少有价值的研究成果，在此基础上本文以耕地的各项质量指标为对象进行研 究，建立耕地质量评价体系，为合理的利用耕地提供决策。在本章中首先对论文 的研究背景和意义，当前的研究动态及研究目标、内容和方法作简要分析介绍。 1 1 ，1 研究背景 1 1 研究背景及意义 根据国土资源部土地利用现状调查结果，截至到1 9 9 6 年1 0 月3 1 日，我国 有耕地1 3 0 亿h m 2 ，人均耕地为0 1 i b m 2 ，仅占世界人均耕地的4 3 ，不到美国 的1 6 、俄罗斯的1 8 、加拿大的1 1 5 。我国不仅耕地数量有限，而且在利用与保 护中又存在如下问题： 后备耕地所剩无几。根据1 9 9 8 年国士资源部调查研究，全国后备农用地资 源共4 0 7 8 0 6 万h r n 2 ，后备耕地资源8 0 6 9 2 万h m 2 ，若全部开垦出来，按6 0 垦 植率计算，仅可得耕地4 8 4 1 5 万h m 2 ，其余8 0 多的后备农用地资源只适宜开 发为林地、牧地或园地，不适宜开发为耕地。这说明，受我国国土客观条件的限 制，我国耕地数量很难有较大地增加 2 】。 非农建设占用耕地将继续增加。我国耕地总面积不但不能增加多少，将来还 会因建设占用而不断减少。据国家统计局资料口】，“六五”期间，全国净减少耕 地2 3 5 万h m 2 ，年均减少4 7 力h m 2 ；“七五”期间，全国净减少耕地1 2 3 万h m 2 ， 年均减少2 5 万h m 2 。1 9 8 6 1 9 9 5 年我国耕地减少6 8 4 万h m 2 ，扣除开垦补充的耕 地，净减少1 9 万h m 2 ，这十年间统计数字显示，非农建设占用耕地1 9 7 万h m 2 ( 据原国家土地管理局的抽样和典型调查，非农业建设实际占用耕地数一般是统 计数的2 5 倍) 。今后3 0 年，我国将进入全面建设小康社会和实现工业化的重要 发展期，人口的增长，经济的发展，人民居住，工业乃至基础设施建设都需要大 量建设用地，不可避免地占用耕地。根据国家土地管理局初步测算，即使在实施 耕地总量动态平衡政策的几年内，耕地面积也从1 9 9 6 年的1 3 0 亿h m 2 减少到 第l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 0 0 1 年底的1 2 7 亿h m 2 ，平均每年减少了7 5 万h m 2 ”。 生态退耕将减少耕地数量。大规模开发、复垦和整理，将其它用途土地转化 为耕地以及其它一些原因，造成土地生态系统的结构单一，变化剧烈和不稳定， 出现水土流失、盐碱化、荒漠化等，全国4 0 的良田出现不同程度的荒漠化1 5 j 。 水土流失面积由1 9 4 9 年的1 0 0 亿h m 2 扩展到目前的3 6 7 亿h m 2 ，已占我国陆地 面积的3 8 2 ，而且每年仍在以2 4 万h m 2 的速度扩展。根据原国家土地管理局 统计，我国坡度在2 5 。以上的耕地6 0 7 万h m 2 ，t 5 。2 5 。的坡耕地1 2 4 7 万h m 2 ( 不含修成梯田的耕地) ，坡度大于1 5 。的耕地合计达1 8 5 4 力h m 2 ，按水土保持 科学要求，1 5 。以上的坡耕地耕种容易引起水土流失，是不适宜作耕地的。随着 人们生态意识的加强和生态环境建设的进一步推进，我国1 5 。2 5 。的坡耕地的 退耕势在必行。如果再加上严重沙化的2 6 6 ，6 7 万h m 2 耕地，影响引洪的3 3 万h m 2 耕地和灾损的1 6 0 万h m 2 的耕地( 三项合计4 5 9 6 7 万h m 2 ) 退耕【3 】，生态退耕将 减少2 3 1 3 6 7 万h m 2 耕地州。 近些年，我国农民人均纯收入增长缓慢，粮食主产区农民收入增长幅度低于 全国平均水平，许多纯农户的收入持续徘徊甚至下降，城乡居民收入差距仍在不 断扩大。农民收入长期上不去，不仅影响农民生活水平提高，而且影响粮食生产 和农产品供给；不仅制约农村经济发展，而且制约整个国民经济增长；不仅关系 农村社会进步，而且关系全面建设小康社会目标的实现。在这种背景条件下，如 何更好地保护与利用耕地，增加农民收入，实现耕地的潜在价值，保护农民的土 地财产权和实现耕地对宏观经济发展的调控作用，对于区域经济的持续、协调发 展显得尤为重要。 耕地保护的最终目的是有效地利用耕地，耕地最有效的利用方式又不完全是 种植粮食作物，因此说，耕地质量评价与利用决策所应重点解决的关键问题是： 如何利用耕地质量评价的结果进行决策，合理的解决粮食生产、“菜篮子”工程 及城市建设用地之间的矛盾，切实合理的利用耕地。 1 1 ，2 研究意义 1 1 2 1 维持粮食安全 耕地是人类的衣食之源，人类生命活动所需的8 0 以上的热量、7 5 以上的 蛋白质、8 8 以上的食物都来自于耕地。据粗略估算，建国以来，种植业的生产 累积已占国民经济累积的l 3 1 4 ；同时，我国7 0 的人口生活在农村，耕地是 农民维持生存最基本的物质基础，它直接或间接地为农民提供了4 0 6 0 的经 济收入和6 0 8 0 的生活必需品，也是城市居民基本生活物资的重要来源【”。为 此，我国实施最严格的耕地保护制度 ”，将国家粮食安全列入了农业法。早在五 十年代初，就有了尽可能保护良田，避免非农建设占用的法规。1 9 9 1 年1 1 月， 党的十三届八中全会通过的中共中央关于进一步加强农业和农村工作的决定 指出：“我国人口多耕地少，要十分珍惜耕地，依法加强土地管理，建立基本农 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 三个方面的耕地保护的对策研究【l “。 李宪文总结了国内外耕地保护的相关理论和研究进展，认为耕地生产潜力是 制定地保护数量的科学依据，建立、完善和落实耕地保护的法规、法律保障体系 是耕地保护顺利实施的保障，提出了我国耕地利用与保护中面临的4 个主要问 题：基本农田鉴定与管理标准问题、耕地数量保护与质量保护的统一问题、耕地 保护与利用、利益协调问题和受保护耕地用途转变的约束机制问题，并且进一步 做出了如下建议：进一步明确耕地保护的目的和作用，耕地保护的首要目标是 保护能够满足我国人口和经济发展所必需的基本农产品的持续生产能力；建立 和完善耕地保护的技术方法体系，但目前我国还没有一套适应耕地保护特点的土 地评价体系，耕地保护规划的理论和方法尚待进一步深入：建立和完善以科学 的耕地用途转变约束机制和管制制度为核心的耕地保护法规、法律保障体系 1 6 】。 在美国，土地征用被称为“最高土地的行使”。依据美国联邦宪法规定，非 依正当法律程序，非有合理补偿，不得征用土地供公共使用。根据美国财产法， 合理补偿是指赔偿所有者财产的公平市场价格，包括财产的现有价值和财产的未 来盈利的折扣价格。美国土地征用补偿根据征用前的市场价格计算标准，它充分 考虑到土地所有者的利益，不仅补偿被征土地的现有的价值，而且考虑补偿土地 可预期、可预见的未来价值。在土地征用补偿时，必须考虑补偿因征用而导致邻 近土地所有者经营上的损失i l ”。 综合国内外的研究成果，结合我国耕地所面临的主要问题，一个较为科学完 善的耕地质量评价体系与利用决策方法至少应该满足如下五个方面的需求： ( 1 ) 可以科学地量化区域耕地的粮食生产能力及其分布，可以用来核算耕 地的粮食生产能力，从而保证我国的粮食安全： ( 2 ) 可以评价耕地的种植业收益水平，保护农民的农业收益权利，指导农 民有效地增加收入； ( 3 ) 可以为促进农村土地产权制度改革，保护农民的土地财产权，合理确 定征地补偿的标准，实现农民的土地财产权和耕地的潜在价值服务； ( 4 ) 可以指导种植业结构调整，实现耕地在农业范围内的有效利用； ( 5 ) 可用来指导耕地合理利用，可以判断哪些耕地应该优先保护，哪些耕地应该优先 片j 作建设用地用途。 1 3 1 研究目标 1 3 研究目标、内容与方法 在考虑耕地现状用途与未来用途的前提下，根据耕地在自下而上生存功能、 收益功能和承载功能上的差异，分别咀耕地的粮食生产能力、种植业收益能力和 作为建设的潜在收益能力作为评价目标，构建一个由耕地质量指标耕地等、现实 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 级、潜在级组成的耕地质量评价体系。在耕地质量评价的基础上，构建两个耕地 质量指标经粮系数和建粮系数，再运用逼近于“理想点”的排序模型 18 1 ，建立一 个能明确耕地是优先用作种植粮食作物，还是用来种植蔬菜等经济作物，还是作 为建设用地以实现其潜在价值耕地利用决策方法。 1 3 2 研究内容 为实现上述目标，本文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 耕地质量评价的主要研究内容 与评价耕地粮食生产能力、种植业收益能力和潜在收益能力相适应，探 讨将耕地的基本功能由养育功能和承载功能扩展为生存功能、收益功能和承载功 能。 构建一个包括耕地等、耕地现实级和耕地潜在级三个质量指标的耕地质 量评价指标体系。 分别以耕地的粮食生产能力、种植业收益能力和潜在收益能力作为评价 目标，确定耕地等、耕地现实级和耕地潜在级三个耕地质量指标的内涵与评价因 素选取原则，并在县域范围内对三个耕地质量指标进行实证研究。 ( 2 ) 耕地利用决策方法的主要研究内容 建立一个量化耕地现实级和耕地等相互关系的经粮系数和量化耕地潜在 级和耕地等相互关系的建粮系数。 用经粮系数、建粮系数构建一个逼近于“理想点”的排序模型，用相对 贴近度确定耕地应优先用作种植经济作物和不应用作种植经济作物，及耕地优先 用作建设用地用途和不应用作建设用地用途的判别标准。 1 3 3 研究方法 ( 1 ) 采用理论分析的方法，根据当前耕地保护与利用中存在的“既要保护 优质农田满足粮食需求，又要不断地为城市和基础设施建设提供耕地，同时还要 增加农民收入、保护农民土财产权”的复杂问题，建立一个与该问题相适应的包 括耕地等、耕地现实级和耕地潜在级三个质量指标的耕地质量评价体系，并构建 一个由耕地经粮系数和耕地建粮系数组成的耕地利用决策方法。 ( 2 ) 采用实证研究的方法，以处在城乡结合部，面临各种耕地问题的湖南 省长沙县作为典型案例，在收集整理该区现有图件、数据、文字等资料，获取气 候、土壤屯恋乩玫然莺鸵巴馐导实鞑榈幕希来窝 证耕地等、耕地现实级、耕地潜在级、耕地经粮系数和耕地建粮系数等五个耕地 质量指标，并根据耕地经粮系数和耕地建粮系数阐述耕地利用决策方法。 ( 3 ) 以m a p g is软件作为最基本的技术支撑手段，采用叠置法划分耕地评价 单元，建立评价单元的空问属性与数据属性库并建立数据处理模型，量化耕地等 等别，现实级级别和潜 国防科学技术大学研究生院学位论文 析，探讨三个耕地质量等级在长沙县的空间分布规律，研究经粮系数和建粮系数 两个质量指标对长沙县耕地利用决策的指导作用。 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第二章耕地质量评价体系与利用决策的理论基础 系统工程当今已广泛应用于耕地评价、城镇建设、交通运输、生态环境、资 源开发和人口控制等社会经济领域，在资源环境管理等方面发挥重要的作用。系 统工程理论和方法之所以对耕地质量评价与利用决策产生直接的影响，其原因 为：一定区域的土地本身就是一个复杂的系统，引入系统科学理论和方法，可以 将土地系统的结构分析得更全面，使系统结构功能紧密联系：系统科学 认为，由于系统往往大而复杂，无法直接分析和实验，一般用模型来代替真实系 统，然后进行分析。人们对耕地系统进行随意的实验是不现实的，因此，用数学 模型或逻辑模型对耕地利用进行分析，便成为不可缺少的方法。 耕地是一个灰色系统，影响该系统的因素很多，有些因素可定量描述，如土 壤熟化层厚度、土壤有机质含量等；有些因素不易用准确的数据来描述，如土壤 侵蚀程度、土壤质地等：有些因素之间往往存在着程度不等的相关性，从而使它 们提供的信息部分发生交叉和重叠而影响数据的正确分析。因此在耕地质量评价 与利用决策方法的研究中，必须从系统观点出发，应用各种技术方法，对系统进 行定性和定量分析，系统分析是从运筹学派生出来的一门实用学科，适用于对情 况比较复杂、不确定因素较多的系统进行分析。随着应用数学的发展和大容量、 高速度电子计算机的出现，使系统分析发展到一个新的水平，目前已成为系统工 程的基本处理方法，也成为耕地质量评价和决策的新方法。 2 1 1 基本概念 2 1 系统分析概述 关于系统分析的定义，至今尚没有一个统一的讲法。一般认为，系统分析就 是对一个系统内的基本问题，用系统观点思维推理，在确定和不确定的条件下， 探索可能采取的方案。通过分析对比，为达到预期目标选出最优方案的一种辅 助决策的方法。耕地质量评价与利用的系统分析就是在对影响研究区域耕地肥力 的众多因素因子进行取舍，并综合考虑地块区域、交通条件等状态因素的基础上， 建立一个最优的耕地质量评价与利用方案。 第8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 响目的的各种因素的现状及其历史，收集国内外有关问题的各种资料，确定影响 目的的各个因素，其次，确定范围。范围的大小对工作量和最优方案的选择有直 接影响。在耕地质量评价与利用决策系统中对耕地质量评价资料的收集是重点， 因为评价是利用决策的基础。 2 3 3 系统的模型化 系统的模型化是掌握系统各个功能以及功能间的相互关系，通过说明系统的 的构成和行为，用适当的数学方程、图像，甚至是物理的形式来表达系统实体的 一种科学方法。在一般情况下将我们所研究的系统分解为若干个可以多级递阶的 或分散控制的子系统，然后用简洁的可以进行实验和逻辑处理的模型代替子系 统，通过这些模型的分析与计算，可为研究系统的有关决策问题，提供必要的可 靠信息。 2 3 4 系统的评价 根据对系统优化得到的替换解，考虑前提条件、假定条件和约束条件，在经 验和知识的基础上决定最优解，从而为选择最优系统设计方案提供足够的信息。 2 4 系统分析的方法 系统的分析方法比较多，这里重点介绍的是层次分析法i l ，层次分析法 ( a n a l y t i c a l h i e r a r c h y p r o c e s s ，简称a h p ) 是美国匹兹堡大学教授a l s a a t y 于2 0 世纪7 0 年代提出的一种系统分析方法。由于研究工作的需要，s a a t y 教授开发了 一种综合定性与定量分析，模拟人的决策思维过程，以解决多因素复杂系统，特 别是难以定量描述的社会系统的分析方法。1 9 7 7 年举行的第一届国际数学建模 会议上，s a a t y 教授发表了无结构决策问题的建模层次分析理论。从此， a h p 开始引起了人们的注意，并陆续应用。1 9 8 0 年，s a a t y 教授出版了有关a h p 的专著，之后。又陆续发表了一些a h p 应用的论著：近年来，世界上有许多著 名学者在a h p 的理论研究和实际应用上做了大量的工作。 a h p 是一种能将定性分析与定量分析相结合的系统分析方法。在进行系统 分析时，我们经常会碰到这样一类情况：有些问题难以甚至根本不可能建立数学 模型进行定量分析；也可能由于时间紧迫，对有些问题还来不及进行过细的定量 第1 2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 分析，只需作出初步的选择和大致的判断，应用a h p 进行分析就可以简便而迅速 地解决问题。 a h p 是分析多目标、多准则的复杂大系统的有力工具。它具有思路清晰、 方法简便、适用面广、系统性强等特点，便于普及推广，可成为人们工作和生活 中思考问解决问题的一种方法。将a h p 引入决策，是决策科学化的一大进步。 它最适宜于解决那些难以完全用定量方法进行分析的决策问题，团此，它是复杂 系统实现科学决策的有力工具。 应用a h p 解决问题的思路是：首先，把要解决的问题分层系列化，即根据 问题的性质和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，按照因素之间的相 互影响和隶属关系将其分层聚类组合，形成一个递阶的、有序的层次结构模型。 然后，对模型中每一层次因素的相对重要性，依据人们对客观现实的判断给予定 量表示，再利用数学方法确定每一层次全部因素相对重要性次序的权值。最后， 通过综合计算各层因素相对重要性的权值，得到最低层( 方案层) 相对于最高层 ( 总目标) 的相对重要性次序的组合权值，以此作为评价和选择方案的依据。a h p 将人们的思维过程和主观判断数学化，不仅简化了系统分析与计算工作，而且有 助于决策者保持其思维过程和决策原则的一致性，所以，对于那些难以全部量化 处理的复杂的社会经济问题，它能得到比较满意的决策结果。 2 4 1 层次分析法的步骤 用a h p 分析问题大体要经过以下五个步骤：( 1 ) 建立层次结构模型；( 2 ) 构造 判断矩阵；( 3 ) 层次单排序；( 4 ) 层次总排序；( 5 ) 一致性检验。其中后三个步骤 在整个过程中需要逐层地进行。 以层次分析法在耕地质量评价中的应用为例： 2 4 1 1 建立层次结构模型 把耕地质量作为目标层( a 层) ，把影响耕地质量的土壤条件、生产水平条件、 气候地貌条件等作为准则层( c 层) ，再把影响准则层中各种元素的项目作为方 案层或措施层，其结构关系见图2 1 。 第1 3 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 图2 1 层次分析层次图 2 4 1 2 构造判断矩阵 任何系统分析都以一定的信息为基础。a h p 的信息基础主要是人们对每一 层次各因素的相对重要性给出的判断，这些判断用数值表示出来，写成矩阵形式 就是判断矩阵，比如对于目标层a ( 耕地质量而言) ，在标准层c 层中，可由有 关专家和有实践经验的技术人员，分别对耕地条件、生产水平条件和气候条件、 地貌条件的重要性作出判断，给予数值。判断矩阵是a h p 工作的出发点。构造 判断矩阵是a h p 的关键一步。 判断矩阵表示针对上一层次某因素而言，本层次与之有关的各因素之间的相 对重要性。假定a 层中因素a k 与下一层次中因素b l ，b 2 ，b 。，有联系， 则我们构造的判断矩阵如下所示： a k p lp 2 p n b lb nb 1 2 b l n b 2 b 2j b 2 2 b 2 n ： b nb n lb n 2 b n n 其中，b 是对于a k 而言，b i 对b j 的相对重要性的数值表示，通常b 。取1 ，2 ， 3 ，9 及它们的倒数，其含义为： b i j = l ，表示b i 与b j ，一样重要； b i j = 3 ，表示b ；比b 重要一点( 稍微重要) ； b u = 5 ，表示b i ；比b j 重要( 明显重要) ； b i j = 7 ，表示b 。；比b 重要得多( 强烈重要) ： b i j = 9 ，表示b i 比b i 极端重要( 绝对重要) 。 第1 4 负 国防科学技术大学研究生院学位论文 c i 为层次总排序一致性指标； r i 为层次总排序平均随机一致性指标； c r 为层次总排序随机一致比例。 它们的表达式分别为：c = 口i c ， i = 1 式中c i i 为与a i 对应的b 层次中判断矩阵的一致性指标。 c = a j c 。 f ；l 式中r j i 为与画对应的b 层次中判断矩阵的平均随机一致性指标。 c 月：坐 尺 同样当：c r y 0 1 0 时，我们认为层次总排序的计算结果具有满意的一致性。 2 5 耕地质量评价与利用决策的分析方法 根据系统工程原理和方法，耕地质量评价与利用决策的分析方法应遵循以下 工作程序( 图2 - 2 ) 。 ( 1 ) 系统界定 明确规划任务和规划范围，组织规划队伍，收集资料，初步调查研究和统计 分析，确定系统目标和系统边界以及系统内部结构与功能。 ( 2 ) 系统分析 包括耕地利用现状分析，耕地质量评价，耕地利用潜力分析，耕地利用结构 分析，耕地利用环境因子分析，系统的综合评价。找出系统的优势和问题，指出 利用决策的方向和途径。 ( 3 ) 系统设计 系统结构模型设计，建立系统模型，模拟运算，结果分析。 第1 7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第三章耕地质量评价体系构建与利用决策 3 1 耕地质量评价体系的概述 3 1 1 耕地的功能分析 土地具有两种基本功能：养育功能和承载功能【2 。在对土地功能的认识中， 土地表现出土地面积的有限性、土地位置的固定性、土地利用的永续性、土地用 途的多宜性和多用性、土地的不可替代性、土地的商品性和土地的社会性。 土地除了具有了上述两种基本功能以外，还具有景观功能、增值功能和生态 功能。土地的景观功能是指土地受内外因素的作用，古今人类精神和物质文明结 晶于土地，塑造和孕育了丰富多彩、多种多样的人文景观【2 l 】。土地的增值功能是 指土地具有资源和资产的双重内涵和双重特性功能。作为资源土地不断为人类提 供生物产品和非生物产品的原料；而作为资产土地能产出巨大财富和凝聚巨额投 资，从而使土地增值【2 ”。土地的各种功能都是以土地的承载功能和养育功能为基 本功能而实现的( 图3 一1 ) 。 一厕f 增值功能 、j生态功能 图3 一l 土地的功能构成 耕地作为一种特殊的土地利用类型，是土地的精华部分，在继承了土地养育 功能和承载功能的基础上，还存在一些基于耕地自身特征的新功能。耕地除了满 足人类的生存需要以外，在改善和提高人类的生活质量上显示出越来越大的重要 性，因此，为了突出耕地作为人类生存的物质基础和满足人类经济生活上的双重 作用，将耕地的养育功能区分为耕地的生存功能和收益功能( 图3 2 ) 。 一 ，一，一，一一，_ 承载增值，生态功能 耕 卜一7 稚为一种土地类 墨i雾差 1 0 ；!等 国防科学技术大学研究生院学位论文 3 1 2 耕地质量的概念与内涵 现在通用的耕地定义出自全国农业区划委员会和原国家土地管理局制定的 土地利用现状调查技术规程。该规程将土地分为八个一级类，包括：耕地、 园地、林地、牧草地、城镇村及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地。其中， 耕地指种植农作物的土地，包括新开荒地、体闲地、轮歇地、旱田轮作地；以种 植农作物为主，“间有零星果树、桑树或其它树木的土地；耕种三年以上的滩涂 和海涂”。规程中，还将耕地分为五个二级类：灌溉水田、望天田、水浇地、旱 地和菜地。 耕地质量是一个十分复杂、综合的概念，它与我们通常所说的产品质量涵义 不同，因此，耕地质量的概念与内涵具有一定的含糊性，尤其是应用于耕地时， 与土壤质量、土地质量、农用土地质量这几个概念具有一定的通用性但是在综 合考虑耕地的现实与潜在生物生产力、现在和未来用途下的经济价值以及区位差 异等因素的基础上，可以将耕地质量的概念定义为：耕地质量是耕地在现实用途 条件下的生物生产能力和农业收益能力与未来用途条件下的潜在收益能力的综 合属性特征。在耕地质量评价的过程中，对耕地质量的认识，应该包含以下几个 方面【2 2 。2 3 j ： ( 1 ) 耕地物质状态的粮食生产力与耕地货币状态的经济收益能力。 ( 2 ) 耕地现实用途状态的质量指标与耕地潜在用途状态的质量指标。 3 1 3 耕地质量指标体系的构成 就农用土地( 在指耕地时等同于耕地) 而言，在二十世纪7 0 年代初，荷兰学 者毕克首次对农用地质量进行了类型划分【2 4 】，将农用地质量划分为生态质量、管 理质量、保护质量和改良质量四种类型；我国学者戴旭在毕克划分的土地质量类 型的基础上增加了区位质量、空间质量和时间质量三种质量类型【2 5 】，这样农用地 的质量就划分为七种类型。 无论耕地质量是划分为四种类型，还是七种类型，也无论每个类型由多少个 耕地特性决定，每个类型都应该属于单一耕地质量指标的范畴。在考虑到耕地的 产量、收益与价值问题及其相互关系的基础上，现阶段地耕地质量评价指标可以 由量化耕地粮食生产能力的耕地等、量化耕地种植业收益能力的耕地现实级和量 化耕地潜在质量大小的耕地潜在级这三个质量指标构成。 在该耕地质量指标体系中，耕地等的内涵可以定义为“在现实生产条件下， 耕地粮食生产能力的高低”；耕地现实级的内涵可以定义为“在现实的技术、管 理手段与农业用途条件下，耕地种植业收益水平的高低”；耕地潜在级的内涵可 以定义为“耕地在未来用途条件下作为建设用地潜在收益能力的高低，为城镇土 地定级在耕地范围内的延伸”。 第2 l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 1 ) 构造判断矩阵 构造耕地质量评价因素判断矩阵是耕地质量评价体系的关键一步。按照上章 2 3 1 。2 中判断矩阵的构造方法，构造如下判断矩阵： a kp lp 2p n p lp l lp 1 2p 1 n p 2p 2 lp 2 2p 2 n p np n lp n 2p n n 其中：p i ，= 刎国，表示对a k 而言，第i 个元素( 因素) 与第j 个元素重 要度之比。通常确的取值是：当第i 个元素与第j 个元素一样重要时刖= l ，稍 为重要填3 ，明显重要填5 ，重要的多填7 ，极为重要填9 ，反之，尸玎= 1 删， 分别填写1 3 ，1 5 ，1 7 ，1 9 。根据需要，可以在相邻数值之间插入2 、4 、6 、 8 或1 2 、l 4 、1 6 、1 8 。 ( 2 ) 层次单排序 本文采用算术平均法计算判断矩阵的特征值和特征向量，基本思路如下： 将p 矩阵的每一列正规化 p = 功岛，l ，= l ，2 ，胛 ( 3 一1 ) b ) 按行加总q = 成，f = l ，2 ，n f = l c ) 加总后的觋再正规化，得特征向量u n 即q = 万f 刃，仁1 ”，? f _ l d ) 计算p 的最大特征根 t f i a x b k 。；：土兰l 珂净j甜。 ( 3 ) 一致性检验 为了检验一致性如何 c i ：垫 ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 4 ) 需要计算判断矩阵的一致性指标c i 。定义： ( 3 5 ) 第2 4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 将c i 与平均随机一致性指标r i 进行比较，其比值称为判断矩阵的一致性比 例，记作：c r ：c i r i 。当c r 0 1 0 时，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否 则需要把判断矩阵表反馈到专家手里重新调整。1 0 阶矩阵的r i 值见表2 1 。 ( 4 ) 层次总排序 所谓层次总排序就是利用层次单排序结果计算各层次的组合权值。对于最高 层一f 面的第二层，其层次单排序即为总排序。 假定已知层次a 所有因素a 1 ，a 2 ，a m 的组合权值( 总排序结果) 分别 为a i ，a 2 ，a m ，与a i 对应的下层次b 中的因素b 1 ，b 2 ，b n 单排序 的结果为b l j ，b 2 j ，b n j ，j = 1 ，2 ，m ，这里若b j 与a i 无关，则b 0 = 0 ， 可按下表计算层次b 中各因素针对层次a 而言的组合权值。 层次a a 1a 2a m b 次组合 层次b a la 2a m权重( 总排序) b 1b 1 1b 1 2b l m q 乜， b 2b 2 1b 2 2 h 2 m q 6 2 ， b nb n lb n 2b n m q m m 显然三可6 玎= 1 ，即层次总排序仍然是归一化正规向量。 一p i ? t n ir c l i c r ：旦：擎 0 1 0 脚芝哆月二o ， 时，则认为层次总排序的计算结果可接受。式中ci j ，ri j 分别为与a j 对应的 3 3 耕地质量评价结果分析与利用决策 在国家的层面上，基本农田保护主要保护的是耕地的粮食生产能力，也就是 耕地等这个耕地质量指标。在这个意义上保护耕地的措施也就是改善和提高耕地 第2 5 贞 国防科学技术大学研究生院学位论文 粮食生产能力的措施，如土地平整、中低产田改造、灾毁地修复等。增加农民收 入，主要需要改善的是耕地的现实级质量，也就是改善农民生产、经营与销售所 有环节上的措施，都是增加农民收入的措旌，而不只是局限在耕地这一狭小的范 围内；只有依法、合理、符合市场和经济规律的征用耕地才是实现农民耕地的潜 在级价值、保护农民土地财产权的唯一途径，而与改善生产条件、降低农民负担 等措施没有多大关系。种植业结构调整所要实现的是耕地的现实级质量，因此， 只有提高现实级的耕地，才能够通过种植业结构调整获得更大的收益，而不是所 有的耕地都适合种植业结构调整和通过种植业结构调整大幅增加收入；耕地转变 为建设用地，所要实现的是耕地的潜在级质量。所以，本文在耕地质量评价指标 耕地等、耕地现实级和耕地潜在级的基础上构建了耕地优先用作建设用地用途和 不应用作建设用地用途，及耕地优先用作经济作物用途和不应用作经济作物用途 的决策模型。 3 3 1 耕地经粮系数的内涵与计算 耕地经粮系数的内涵定义为“同一耕地用作种植蔬菜等经济作物时和用作种 植粮食作物用途时，该耕地适于种植蔬菜等经济作物的质量优越于该耕地适用于 种植粮食作物的质量的程度”。其计算步骤如下： ( 1 ) 耕地等等别指数与耕地现实级级别指数的标准化 由于耕地等与耕地现实级的评价所采用的评价因素，权重的标准不一定完全 相同，因此可能造成耕地等的等指数与耕地现实级的级别指数可能会不相同，这 样则两项评价结果很难直接进行比较。为了使耕地等的评价结果和耕地现实级的 评价结果具有可比性，可以对评价结果进行标准化。 对耕地等等别指数按以下公式进行标准化： y i _ l o o ( y i y 。) ( 3 - 6 ) 在公式3 一l 中： y i 为耕地等的第i 个等别指数的标准化分值； y i 为耕地等的第i 个等别指数： y r 。为耕地等等别指数中最大的指数。 l i = 1 0 0 ( i i i 。“) ( 3 - 7 ) 在公式3 2 中： i 。为耕地现实级的第i 个级别指数的标准化分值； i 为耕地现实级的第i 个级别指数； i 。为耕地现实级级别指数中的最大指数。 ( 2 ) 耕地经粮系数的计算 第2 6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 评价单元的经粮系数依据公式3 8 计算： m = ( i i y j ) l o ( 3 - 8 ) 在公式3 - 8 中： i i 为耕地现实级的第i 个级别指数的标准化分值； y 。为耕地等的第i 个等别指数的标准化分值； m 为评价为耕地等第i 个、现实级第j 个指数所在评价单元的经粮系数。 耕地经粮系数m 的含义为：当耕地适用于种植粮食作物的质量和适用于种 植经济作物的质量均划分为1 0 个等级时，耕地用作经济作物用途的质量优越于 用作粮食作物用途的质量的等级数。m 界于一1 0 + 1 0 之间，m 为正值，说明该 耕地相对适用于种植经济作物，m 值越大，种植经济作物的相对优越程度越高； m 为负值，说明该耕地相对适用于种植粮食作物，m 值越小，相对适用于种植 粮食作物的优越程度越高。 3 3 2 耕地建粮系数的内涵与计算 耕地建粮系数的内涵可以定义为：“同一耕地用作建设用地用途时和用作种 植粮食作物用途时，该耕地适于建设用地的质量优越于该耕地适用于种植粮食作 物的质量的程度”。其计算步骤如下： ( 1 ) 耕地等等别指数与耕地潜在级级别指数的标准化 由于耕地潜在级与耕地等的评价所采用的评价因素，权重分标准不一定完全 相同，因此可能会造成耕地潜在级的级别指数与耕地等的等别指数不同。为了使 耕地潜在级与耕地等的评价结果具有可比性，可以对评价结果进行标准化。 对耕地等等别指数的标准化，见公式3 6 。 对耕地潜在级级别指数按公式3 - 9 进行标准化： v i = 1 0 0 ( v i v m “) ( 3 - 9 ) 在公式3 - 4 中： v i 为耕地潜在级的第i 个级别指数的标准化分值； v 为耕地潜在级的第i 个级别指数； v 。为耕地潜在级级别指数中的最大指数。 ( 2 ) 耕地建粮系数的计算与应用方法 评价单元的建粮系数依据公式3 1 0 计算： n = ( v i - y j ) 1 0 ( 3 1 0 ) 在公式3 - 5 中： 第2 7 负 国防科学技术大学研究生院学位论文 v ；为耕地潜在级第i 个级别指数的标准化分值： y 。为耕地等第i 个等别指数的标准化分值； n 为评价为耕地等第i 个、潜在级第i 个指数所在评价单元的建粮系数。 耕地建粮系数n 的含义为：当耕地适于种建设用地的质量和适于种植经粮 食作物的质量均划分为l o 个等级时，耕地用作建设用地用途的质量优越于用作 粮食作物用途的质量的等级数。n 界于一1 0 + 1 0 之间，n 为正值。说明该耕地 相对适于建设用地用途，n 值越大，适于建设用地用途的相对优越程度越高；n 为负值，说明该耕地相对适于种植粮食作物，n 值越小，该耕地相对适于种植粮 食作物的优越程度越高。 3 3 3 逼近于“理想点”的排序模型 将计算得到的耕地经粮系数m 与建粮系数n 的值看作一个“决策点”；令 m + 、n + 和m 。、n 。分别为最大与最小值，把最大指定为“理想点”，最小值定为 “负理想点”。然后，用各决策点与“理想点”、“负理想点”作比较，通过衡 量靠近“理想点”、“负理想点”的程度，则可以确定各决策点的优劣排序。第 i 个决策点m ，、n ，到“理想点”m + 、n + 和“负理想点”m 。、n 的距离分别为： d m + = im j m + ld m = m j - m 。i ( 3 1 1 ) m r = f n i n + a y = l n j n - 1 ( 3 - 1 2 ) 这样箭个决策点对“理想点”的相对贴近度可表示为 c m = d m + ( d m + + d m l c n = d n + ( d n + + d n 一) ( 3 1 3 ) ( 3 一1 4 ) 根据c m 、c n 值的大小就可以对各耕地入选种植经济作物和入选作为建设用 地进行优先排序，显然，c m 越大的耕地优先种植经济作物，c n 值越大的耕地优 先用作建设用地。c m 、c n 的值在0 和i 之间，通过计算c m 、c n 的最大值c m ”“、 c n ”“，最小值c m “、c n “和中间值c m 1 、c n 。，可认为当c m m ” c m c m “时， 耕地优先种植经济作物：当c n m “ c n c n ”“时耕地优先用作建设用地。 耕地质量评价与耕地利用决策方法的总体框架见图3 3 。 第2 8 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 图3 3 耕地质量评价与利用决策方法的总体框架 第2 9 页 一 耕地质量评价 一 一 耕地利用决策 国防科学技术大学研究生院学位论文 4 1 4 2 耕地 2 0 0 3 年全县有耕地8 1 6 3 万亩，灌溉水田2 3 8 万亩，占耕地面积的2 9 1 7 ， 水浇地2 4 8 9 ，占耕地面积的3 0 5 ；菜地7 3 力- 亩，占耕地面积的8 9 4 ；旱 地面积最大，为5 6 o l 万亩，占耕地面积的6 8 6 1 ，各耕地在各个乡镇基本持平， 但灌溉水田主要分布在浏阳河、捞刀河主支流两岸的低丘平原，干杉乡、双江乡 为优质稻种子生产基地。 4 2 数据资料收集与整理 在长沙县耕地质量评价与耕地利用决策方法研究过程中所涉及到的资料主 要包括： 长沙县的地形、地貌、土壤普查资料； 水资源( 地表水和地下水) 状况资料和生态环境保护状况资料； 全区及各乡( 镇) 土地详查资料，含长沙县的土地利用现状图； 全区及各乡( 镇) 1 9 9 8 2 0 0 3 年的土地统计及土地利用变更资料； 长沙县的坡耕地坡度图、地形图、基本农田保护区规划图： 县级气象、水利、交通等部门的基础资料。 4 。3 确定评价单元 在耕地质量的评价过程中，一般可以采用详查图斑法、叠置法、地块法和动 态网格法等四种方法来划分评价单元。土地利用详查图斑法，就是将原有的土 地利用详查图经逐年变更订j 下得到评价年份的现状图，作为工作底图，选取评价 区域的所有耕地，用每个与统计台账相对应的图斑作为耕地质量评价单元：叠 置法，就是将同比例尺的相关图件进行叠加，形成封闭图斑，并对小于上图面积 的图斑进行合并，即得耕地质量评价单元：地块法，依据底图上明显的地物界 线或权属界线 国防科学技术大学研究生院学位论文 明显：地块法适用于大多数地区，且资料易获取，操作简单，结果可行性好，只 是地块法需进行大量的调查，其准确性决定于调查结果是否真实，但在山地丘陵 区和地形复杂的地区，划分单元的精度较低：详查图斑法很好地利用了原有资料， 与土地管理的各项工作前后衔接较好，但单元数量过多、过细，需要合并以减少 工作量：动态网格法则最适用于大型农场和自然条件差异性较小的平原地区。 在长沙县地形、土壤类型和土地利用类型比较复杂，运用m a p g i s 软件，采 用叠置法划分耕地评价单元比较合理。以利用现状图为底图，将同比例的土地利 用现状图，与土地类型图，地形图、土壤图叠加，基本一致区域形成的封闭区域 即为有一定地形特征、土壤性质和耕地类型的评价单元，长沙县的耕地评价单元 划分结果见附图1 。单元划分后，将所确定的耕地评价单元逐一编号填入表中， 评价单元所在乡镇的主要数据，见表4 一l 。 表4 1 长沙县耕地评价单元所在乡镇的主要数据 人口 耕地评价单元 乡镇名称 ( 万人) 面积( 万亩)面积占 评价单元数( 个) 暮云 3 0 02 3 22 8 41 3 跳马 5 1 07 4 89 1 62 8 黄兴 4 5 02 8 23 4 52 1 星沙3 1 02 6 l3 2 01 4 朗梨2 9 0o 9 91 2 19 黄花7 3 06 6 58 1 54 l 干杉2 4 0 27 8 3 4 11 8 江背5 ，7 0 7 4 89 1 6 3 7 春华4 4 04 9 9 6 1 l 2 4 路口 2 9 03 6 04 4 l2 l 果园 2 0 4 2 8 5 3 4 9 1 3 安沙5 3 06 2 37 6 43 4 北山59 0 5 8 97 2 23 l 青山铺 1 9 0 1 8 6 2 2 8 1 1 高桥3 1 0 4 8 5 59 42 0 金井 4 3 06 1 47 5 22 9 福临 3 i o3 2 94 0 41 6 双江2 2 02 8 83 5 39 白沙2 1 02 6 73 2 71 2 开慧 2 1 02 3 62 8 9l 】 共评价单元3 9 5 个，两乡镇有 总计 7 3 3 48 l _ 6 39 8 4 7 的2 4 个，= 每毒直其有的1 5 个 第3 4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 选取因素的基本指导思想是覆盖面要宽，要对影响土地质量的水文条件、土 壤条件、地形地貌条件、农田基本建设情况等进行深刻地分析，做到所考虑的因 素既不遗漏，又不重叠。由于本县缺乏对土壤的肥力特性和不同作物在生理、生 态上对土壤条件的要求及二者之间关系的详细的田间试验资料，所以无法做到完 全的定量化。在这种情况下，利用经验法确定本区的耕地等评价因素。 根据该县的实际情况，评价因素选取了与土壤环境因素、土壤因素和土壤管 理因素相关的盐化度、海拔、坡度、质地、土层厚度、土壤有机质含量( 简称有 机质) 、灌溉保证率和梯田面宽等8 个评价因素( 图4 1 ) 。 4 4 3 获取评价因素指标 根据各因素的特征以及资料的掌握程度选择适当的描述方式，如质地、耕地 塌陷程度等因素采用定性术语描述，土层厚度、有机质、灌溉保证率、坡度、海 拔、梯田面宽等评价因素采用定量方式表达。各评价因素指标值的获取方法如下： 海拔，通过长沙县地形图上的等高线获得；坡度，通过长沙县耕地坡度图获 得；土壤质地、土层厚度，这两个因素的指标值采用室内分析和实地调查相结合 的方法获取：根据土壤图提供的信息初步判断各单元的土壤质地和土层厚度，然 后在实地调查中按单元逐一核实校正。土壤有机质含量，土壤有机质含量根据长 沙县土壤有机质图初步确定，然后在实际调查中逐进行核实修正：梯田面宽、 土地塌陷程度和灌溉保证率，主要采取外业调查的方式获得，调查方法分实地踏 勘和开现场会两种，调查时以乡( 镇) 为单位，在重点踏勘的基础上对各行政村内 的单元进行全面调查。 4 4 4 确定因素分级赋分标准 评价因素的分级与赋分标准要建立在因素与耕地质量相关研究的基础上。通 过研究因素与耕地质量的关系，以此确定各因素分值的计算方法。根据各评 x 国防科学技术大学研究生院学位论文 长沙