基于土地資源承載力的農業生產適宜性評價
——以陜西省為例

周璐紅，曹瑞超，王盼婷

（1.長安大學 土地工程學院，陜西 西安 710054；2.陜西省土地整治重點實驗室，陜西 西安 710054；3.長安大學 地球科學與資源學院，陜西 西安 710054）

農業作為一種基礎產業，是人類生活必不可缺的食物和生活資料的主要來源，同時還在很大程度上支撐著國民經濟的建設與發展。農業生產不僅受氣候、水、土地和生物資源等多因素影響，還與區域土地資源承載力相關，其承載力大小不僅直接影響到農業生產布局，同時也決定了農業生產活動的適宜程度。隨著科技水平的提高，我國農業向集約化和規?；较虬l展，農業生產力顯著提升，然而人口的增加，也使土地資源問題隨之產生。土地資源承載力成為區域生態和產業發展的關鍵因素，因此，探討在土地資源承載力約束下如何對區域農業生產進行適宜性評價對土地利用提高農業生產效率等方面具有重要意義。

土地資源承載力是指一定時期內，區域內現有土地資源所承受人類活動的強度。目前有關土地資源承載力評價的研究，主要在評價方法及體系[1-2]、研究區域選擇[3]與時空變化[4-5]等方面有所不同。如Lane[6]認為土地資源承載力評價需考慮系統集成、動態反映、風險程度等評估方法體系與未來空間規劃的相關性。就研究方法而言，目前主要采用層次分析法[7]、熵值法[8]、變異系數法[9]等。趙偉等[10]運用熵權TOSPSIS法對杭州市土地承載力進行評價并對承載力系統的耦合協調性進行了研究。農業生產適宜性評價是對研究區內土地資源開展農業生產活動的適宜程度的綜合評定。目前有關農業生產適宜性評價主要是基于國土空間規劃背景下，依據《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南（試行）》，結合研究區域實際情況構建評價指標體系并進行農業用地適宜性評價[11-12]，同時應用于其他土地類型[13]。 如傅幸之[14]對于農業生產適宜性評價方法的演變過程進行了分析，并對評價指標進行了優化，進而對阜陽市的農業生產適宜性進行評價；張明達等[15]借助ArcGIS工具對云南省小?？Х确N植進行了生態適宜性評價和區劃研究。

作為當前國土空間規劃領域的熱點研究課題，傳統的基于純數值進行的土地適宜性評價在表達空間尺度方面具有不足，而GIS的發展彌補了這一缺點，其空間疊加分析和統計等功能為適宜性評價提供了強大的技術支撐，將數值核算與空間數據處理有機結合進行評價，可得到直觀簡便可視的結果。因此，本文選取陜西省為研究區，在土地資源承載力的基礎上，運用GIS工具對其農業生產適宜性進行等級劃分，為區域優化土地利用結構、制訂不同適宜性等級的農業用地利用政策提供參考。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

陜西?。?05°29′E～111°15′E，31°42′N～39°35′N）位于中國西北內陸地區，總面積為20.56萬km2。陜西省包括10個市，分別為位于陜北黃土高原的榆林市和延安市，位于關中平原的西安市、咸陽市、寶雞市、銅川市和渭南市，以及處于陜南秦巴山區的漢中市、安康市和商洛市。陜西省地勢南北高、中間低，由高原、山地、平原和盆地等多種地貌構成，南北延伸達800 km，自北向南分別屬于溫帶、暖溫帶和北亞熱帶季風氣候。陜西省地理位置獨特，生態環境脆弱，氣候環境、自然資源、地形等空間分異明顯。

1.2 數據來源

1.2.1 土地資源承載力指標數據來源

在現有土地資源承載力研究成果的基礎上，以農業生產適宜性評價為最終目標，從不同測度出發并根據研究區域的特點，圍繞承載強度、承載效益以及承載潛力三個子系統進行評價指標體系的構建（表1）。

表1 土地資源承載力指標體系

1.2.2 農業生產適宜性評價指標數據來源

參照《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南（試行）》和研究區的實際情況，從耕作條件、供水條件、氣候條件、生產環境、氣象災害和土地鹽漬化敏感性6個方面共選取了18項評價指標（表2）。氣象數據來源于中國氣象數據網；土壤數據來源于國家科技基礎條件平臺—國家地球系統科學數據中心—土壤分中心；DEM數據來源于地理空間數據云平臺；水資源數據來源于水資源公報以及各市水利部門。

2 研究方法

2.1 極差標準化法

對具有不同量綱的指標數據進行標準化處理，正向指標和負向指標分別用式（1）和（2）計算。

表2 農業生產適宜性評價指標體系

式中：Xi為第i個指標原數據值；Xmax為第i個指標最大值；Xmin為第i個指標最小值。

2.2 均方差決策法

均方差決策法是根據指標數據之間的相對離散度來確定指標的權重。先計算決策矩陣中隨機變量Zij的均值，見式（3）；再求得Zj指標的均方差F(Zj)，見式（4）；最后得出j指標的權重Wj，見式（5）。

2.3 耦合協調度

耦合協調度可以分析事物的協調發展水平，揭示系統之間的相互影響程度。首先計算各子系統（即本文的承載強度、承載效益、承載潛力三個子系統）的綜合效益評價，見式（6）～（8）；然后計算三個子系統的耦合度Cn，見式（9）；最后利用承載強度、承載效益和承載潛力三個子系統的綜合效益以及權重（α、β、θ），計算出綜合評價指數T，見式（10），進而得出系統耦合協調度式（11），并根據分級表（表3）判定耦合協調度所處等級。

式中：f(x)、g(y)、h(z)分別代表承載強度、承載效益、承載潛力的綜合效益；x′、y′、z′分別代表承載強度、承載效益、承載潛力所包含的各指標標準化后的值；ai、bi、ci分別代表各指標的權重；n表示各子系統內指標的數量；α、β、θ分別為各子系統的權重；T為系統綜合評價指數；D為系統耦合協調度。

表3 耦合協調度分級

2.4 地塊破碎度

地塊破碎度主要是指地塊被分割的破碎程度，反映地塊圖斑面積的異質性，斑塊的平均面積愈小，則表示其破碎度愈大[16]，見式（12）。

式中：M為地表破碎度指數；ai為第i個地塊的面積；N為耕地地塊總數量；Pi為第i個地塊的周長。

3 結果

3.1 土地資源承載力

采用均方差決策法計算表1中各項指標的權重。根據式（6）～（11），計算陜西省各市土地資源承載力及系統耦合協調度，結果見表4，根據耦合協調度分級表（表3），得到研究區各市耦合協調度所處階段。

從陜西省各市的評價結果看：（1）西安、榆林和漢中耦合協調度處于初級協調階段，說明承載力各子系統之間的相互作用不斷增強并向著有序的方向發展，西安與榆林的土地資源綜合承載力也位于陜西省各市前列。西安社會經濟發展狀況最好，其單位土地產出領先于其他市，承載效益和承載潛力較高，但正因為其城市化水平較高，人口數量多，導致其承載強度較低。榆林位于陜西省的最北部，其地區生產總值較高且增速位于全省前列，轄區面積大且能源及礦產資源豐富，其承載強度為綜合承載力的貢獻程度最大。漢中是陜南地區最大的城市，生物資源豐富，經濟發展近年呈現穩定恢復、持續向好的趨勢，承載強度、承載效益和承載潛力無明顯短板。（2）銅川、寶雞、咸陽和延安耦合協調度處于勉強協調階段，綜合承載力都位居中等水平且差距不大，說明各系統要素較一致但仍有很大提升空間。其中，銅川承載效益為全省最低，表明對于優勢條件轉化為產出效益的能力仍需進一步提高。（3）渭南和安康處于瀕臨失調階段，二者承載效益及承載潛力均處于較低水平，從而導致綜合承載力較低。渭南第一產業產值增速穩定，經濟發展較依賴于農業，人均產值較落后，土地資源承載效益較低；安康土地垂直差異明顯，山地多，不利于工業化和城鎮化發展，土地利用深度有較大的提升空間。（4）商洛處于輕度失調階段，說明承載力系統內部各要素間的協調性較差，需要調整因社會經濟活動所造成的土地資源壓力；商洛地質構造復雜，人均交通用地面積少，園林綠化占比也有待提高，承載潛力最低，此外，其經濟發展速度較慢，人均GDP位于全省后列，故承載效益不高，從而導致商洛的綜合承載力以及各子系統之間的耦合度較低。

表4 土地資源承載力及系統耦合協調度

3.2 農業生產適宜性

3.2.1 耕地地塊破碎度

根據式（12），計算陜西省各市的耕地地塊破碎度指數，分為[0～0.2)、[0.2～0.4)、[0.4～0.6)、[0.6～0.8)、[0.8～1]共5個等級，得到各市耕地破碎度等級分布（圖1）以及面積占比（表5）。

表5 陜西省各市耕地破碎度等級表

根據式（12），以各市為單位計算現狀耕地地塊破碎度指數，由結果可以得出：（1）榆林、延安、安康、商洛和漢中的耕地破碎度指數較高的面積占比較大，多于其他市，耕地地塊破碎程度較大。榆林和延安的未利用土地面積大，耕地后備資源豐富，屬黃土高原丘陵溝壑區，地表破碎；安康屬于土石山區，地貌以山地丘陵為主，面積占比超過90%；商洛地質構造復雜，地貌多為川垣丘陵，完整性好的地塊多分布于丹江谷地；漢中北臨秦嶺，南接大巴山，山地面積大，海拔較高，耕地主要分布在漢中盆地。（2）各市耕地破碎度指數在0.2～0.8之間的面積占比總體差距不大。其中銅川最高，銅川地形山谷相間，形成網狀結構，因此其破碎度指數中間等級和兩端等級分布起伏最小。（3）渭南和咸陽的耕地破碎度指數較低的面積占比最大，西安、寶雞、銅川次之。渭南和咸陽的山地面積小，河流沖積平原地帶寬闊，農墾歷史久，耕地地塊較完整。西安、寶雞和銅川轄區范圍內山地和平原的分布面積相當，耕地總面積雖不是最大但分布較集中，因此三市的耕地地塊破碎度為適中水平。

圖1 陜西省各市耕地破碎度分布示意圖

3.2.2 農業生產適宜性評價結果分析

采用層次分析法計算表2中各項指標的權重（表2），在土地資源承載力的基礎上，將各評價條件按照表2權重進行疊加運算并集成評價（圖2），再用耕地破碎度圖層（圖1）進行修正，分為高度適宜、較適宜、中等適宜、較不適宜、不適宜5級，最終得到陜西省農業生產適宜性評價結果（圖3）。

陜北黃土高原區地理位置獨特，處于陜西省中北部，為半干旱和半濕潤以及非季風區和季風區的中間地帶，因此自然生態系統較脆弱，農業區位優勢條件差，從而使得位于黃土高原區的榆林和延安的農業生產適宜性程度高的區域面積較小，多集中分布在河流周邊地區；位于陜西省中部的關中盆地，地勢平緩，水源豐富，土壤肥沃，因此西安、寶雞、銅川、咸陽、渭南的農業生產適宜性等級高的區域面積較大；位于陜西省南部的秦巴山區，地勢北陡南緩，中間有多處寬谷和盆地分布，該區易發生自然災害，其種植業生產適宜性程度高的區域主要集中在漢江河谷盆地，面積大小次于關中平原地區。其中，陜西省農業生產高度適宜區面積為9 903.75 km2，占總面積的4.82%；較適宜區面積為27 314.13 km2，比重為13.28%，二者均主要分布在關中平原地區以及陜南地區。中等適宜區面積為27 482.44 km2，占比為13.37%；較不適宜區面積為73 916.24 km2，占總面積的35.95%；不適宜區面積為66 995.44 km2，比重為32.58%，農業生產適宜性水平較低的區域主要集中分布在陜北黃土高原地區。陜西省各市的農業生產適宜性等級面積統計結果見表6。

3.2.3 農業生產適宜性評價結果驗證

從適宜性評價結果的五個等級中各隨機挑選兩個驗證點，將其評價等級與對應坐標區域的衛星影像進行對比（圖3）。驗證點1、6、7和9為平整耕地，驗證點3、5、8和10為山地，驗證點2和4為依山分布于谷地的小塊耕地?？梢园l現，驗證點的實際情況與評價等級吻合，說明評價結果的正確可靠。

圖3 陜西省農業生產適宜性評價及驗證圖

圖2 農業生產適宜性集成評價示意圖

表6 陜西省各市農業生產適宜性等級面積

4 結論與討論

4.1 結論

（1）由于陜西省自然環境條件比較復雜，社會經濟發展程度差異較大，所以各市的土地資源承載力及其耦合協調度并沒有呈現出一個整體的趨勢，而是錯落分布。西安和榆林土地資源承載力最高，渭南最低；西安、榆林和漢中的土地資源承載系統耦合協調程度為初級協調，商洛為輕度失調。因此，各市要結合本地的實際情況，補足短板，促進土地資源的承載強度、承載效益、承載潛力三者之間的均衡，進而提高土地資源承載力。

（2）耕地地塊破碎度與區域地形地貌相關，陜西省縱跨緯度較大，地形地貌條件在省內差異較大，特別是北部黃土高原區和南部秦巴山區，榆林、延安、安康、商洛和漢中耕地地塊破碎度高，破碎度較高的耕地占比大；西安、寶雞和銅川耕地地塊破碎度適中；渭南和咸陽耕地地塊破碎度較低。陜西省農業生產適宜性總體上呈現出中部高—南北低的規律，渭南、咸陽、西安、寶雞和漢中適宜性程度高的區域以大片范圍分布，榆林、延安、銅川、商洛和安康適宜性程度高的區域多以小范圍集中分布。因此，既要將陜西省作為一個整體去統籌規劃資源配置以及開發利用，又要根據自然資源和社會經濟現狀制定區域差異化發展戰略。

4.2 討論

本研究以陜西省為研究區域，選取相應評價指標進行農業生產適宜性評價，可為陜西省宏觀產業規劃提供參考，由于評價區域范圍較大以及相關評價數據獲取與處理具有一定難度，指標選取還有待更加完善，如在今后的研究中加入社會人文因素等定性指標，將其定量化處理，將會進一步提高評價的準確性。