地理研究  2016 , 35 (1): 163-172 https://doi.org/10.11821/dlyj201601014

Orginal Article

基于适宜性和安全性评价的干旱区绿洲后备耕地资源开发——以渭干河—库车河三角洲绿洲为例

李晓东12, 塔西甫拉提·特依拜2, 范卓斌2, 范丽丽2, 谢霞1, 李偲1

1. 新疆大学旅游学院,乌鲁木齐 830049
2. 新疆大学资源与环境科学学院,绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐 830046

The reserve cultivated land resources in arid oasis based on suitability assessment and development security:Taking the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers as an example

LI Xiaodong12, TASHPOLAT·Tiyip2, FAN Zhuobin2, FAN Lili2, XIE Xia1, LI Cai1

1. Tourism College, Xinjiang University, Urumqi 830049, China
2. College of Resources and Environment Science, Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China

通讯作者:  塔西甫拉提·特依拜(1958- ),男,新疆伊犁人,博士,教授,博士生导师,研究方向为国土整治与3S技术应用研究。E-mail: tash@xju.edu.cn

收稿日期: 2015-06-17

修回日期:  2015-10-28

网络出版日期:  2016-01-23

版权声明:  2016 《地理研究》编辑部 《地理研究》编辑部

基金资助:  国家自然科学基金项目(41161063)

作者简介:

作者简介:李晓东(1964- ),男,河南临汝人,博士研究生,副教授,研究方向为土地利用与城乡规划、旅游规划。E-mail: 2440967831@qq.com

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摘要

选择典型干旱区渭干河—库车河三角洲绿洲为研究区,基于遥感、地理信息系统技术和相关应用软件,在详实的野外实测数据、土地利用数据和遥感数据支持下,应用空间插值、叠置分析、逐步回归、神经网络、层次分析等方法,建立评价模型,进行自然、生态、土地利用和综合适宜性评价,相应确定后备耕地资源开发的适宜性等级、适宜度及其分布;提取三期遥感影像信息并进行分类,根据后备耕地资源利用/覆被类型的特征,构建后备耕地资源开发的安全性指数计算模型,加入水源保证条件限制,构建综合安全性评价模型,进行后备耕地资源开发综合安全性的时空分析;基于适宜性与安全性评价,进行叠置分析、综合性分级。研究表明:后备耕地资源开发综合性等级的区域分布呈现环状特征,适合后备耕地资源开发的区域面积与禁止开发的区域面积数量相差十倍。最后提出后备耕地资源开发的举措建议。

关键词: 后备耕地资源 ; 开发 ; 适宜性评价 ; 安全性评价 ; 渭干河—库车河三角洲绿洲

Abstract

Taking the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers as the typical research area, the study established a evaluation model to assess natural, ecological, and comprehensive suitability. The spatial interpolation, superposition analysis, stepwise regression, neural network, hierarchical analysis methods were used based on detailed field data, land use data and remote sensing data. The limiting factor of water source guarantee conditions was added to the newly-establised comprehensive security assessment model. Suitability grades and distribution of the reserve cultivated land resources were determined according to the features of the reserve cultivated land use/land cover types. The spatial and temporal pattern of cultivated land resources were analyzed comprehensively. The findings show that the regional comprehensive development level of the reserve cultivated land resources present a ring-shaped distribution. The area of suitable development of reserve cultivated land resources was ten times than that of prohibition development. Finally, we put forward development proposals and measures of reserve cultivated land resources.

Keywords: the reserve cultivated land resources ; development ; suitability assessment ; security assessment ; the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers

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李晓东, 塔西甫拉提·特依拜, 范卓斌, 范丽丽, 谢霞, 李偲. 基于适宜性和安全性评价的干旱区绿洲后备耕地资源开发——以渭干河—库车河三角洲绿洲为例[J]. , 2016, 35(1): 163-172 https://doi.org/10.11821/dlyj201601014

LI Xiaodong, FAN Zhuobin, FAN Lili, XIE Xia, LI Cai. The reserve cultivated land resources in arid oasis based on suitability assessment and development security:Taking the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers as an example[J]. 地理研究, 2016, 35(1): 163-172 https://doi.org/10.11821/dlyj201601014

1 引言

随着人类社会经济的不断发展,近年来工业化、城市化进程加速,各类建设用地占用耕地的现象普遍存在,加之对耕地资源的不合理利用,现有耕地灾毁、退耕,耕地退化丧失其地力基础,所导致的耕地质量退化、数量锐减对农业生产造成严重威胁。新疆干旱区绿洲作为经济、资源、人口综合作用的载体,以4.27%的面积比重承载着95%以上的人口[1]。绿洲农业是新疆干旱区人类生存与社会经济发展的基础,作为中国重要的农垦地区,虽然新疆农林牧可利用土地资源总量位居全国之首,达到6853万hm2,而且人均宜用地占有量高达4 hm2/人[2],但受水土条件的制约,土地资源开发利用的适宜性和安全性较差。

要实现耕地总量动态平衡,措施之一是实行严格的耕地保护,保证现有耕地的质量与数量;另一项措施就是实施后备耕地资源的开发,实现“占补挂钩”。后备耕地资源的开发利用是耕地资源增加的必要途径[3]。而后备耕地资源的开发,需要以建立资源节约、环境友好的土地生态系统为目标,兼顾其自然、生态、土地利用的适宜性与开发的安全性[4,5]。而干旱区水资源条件的限制以及生态环境的脆弱性使得实施后备耕地资源的开发以补充耕地的难度日益增大。如何针对新疆干旱区绿洲特点,以科学发展观为指导,确定后备耕地资源适宜、安全开发的数量与分布,成为现时新疆土地资源研究工作的重要课题。

随着3S等技术的快速发展,对土地利用时空变化特征进行宏观、实时、动态、准确监测已成为可能[6,7]。为使渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源的开发利用在适宜性和安全性评估的前提下进行开发,以保证耕地资源与生态环境的保护、经济社会的可持续发展,对后备耕地资源开发适宜性与安全性进行评价研究势在必行。

2 研究区概况

渭干河—库车河三角洲绿洲位于新疆南疆阿克苏地区的天山南麓、塔里木盆地北缘,81°28′30″E~84°05′06″E、39°29′51″N~42°38′01″N之间,北起秋里塔格山,南接塔里木河北岸,东与轮台县、尉犁县相邻,西与温宿县、阿克苏市、阿拉尔市接壤,是一个典型且完整的山前冲洪积扇平原绿洲[8]。由于深居欧亚大陆腹地,属于典型的大陆性暖温带极端干旱气候,干旱特征显著[9]。自然土壤发育较好的区域往往是受渭干河、库车河冲蚀影响较弱的远离两河的洪积冲积平原地区,其有机质、磷和氮的含量普遍较低。现有耕地中,受盐渍化、荒漠化危害的中低产田面积所占比重较大。

根据2008年底开展的全国第二次土地调查统计结果,渭干河—库车河三角洲绿洲所在的库车、新和、沙雅三县的耕地面积为223316.76 hm2,仅占三县行政区总面积的4.28%,而由盐碱地、沼泽地、沙地、裸地等组成的其他土地面积3133825.61 hm2,比重高达60.04%,作为后备耕地资源的主要供应源,为后备耕地资源的开发奠定了基础。干旱区绿洲生态环境脆弱,需在以水定地、环境保护的原则下适宜、适度、安全地进行后备耕地资源的开发。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

① 社会、经济资料。库车县、沙雅县、新和县地方志,阿克苏地区统计年鉴(历年),阿克苏地区国民经济与社会发展规划,三个县国民经济发展统计公报中关于人口、社会经济等统计资料。② 土地利用资料。库车县、沙雅县、新和县历年土地利用现状变更统计,第二次土地调查形成的2008年县级土地利用数据库,阿克苏地区以及三个县的土地利用总体规划,农用地分等定级等资料。③ 遥感数据与实地考察资料。选择1989年9月25日TM影像,2001年8月1日ETM+影像以及2007年9月15日ALOS卫星影像三期遥感影像,研究区1 10万地形图,野外考察资料,解译标志及GPS观测点实测数据,近年来新疆大学绿洲生态教育部重点实验室在渭干河—库车河绿洲土地盐渍化方面的相关研究取得的野外调查、实验分析数据。

3.2 研究方法

3.2.1 干旱区绿洲后备耕地资源开发适宜性评价模型 从区位与设施条件、自然条件和土地利用条件三个方面,分别甄选17个干旱区后备耕地资源适宜性评价指标。其中,区位与设施条件指标,从交通条件、灌溉条件和排水条件三个方面反映后备耕地资源开发的条件,对于盐渍化较严重的干旱区渭干河—库车河三角洲绿洲而言,在现有条件下排水条件是十分重要的设施条件;自然条件指标,反映后备耕地资源自身水土方面的自然质量属性;土地利用条件指标,主要从植被覆盖程度、开发的建设用地规划限制和土地利用功能分区中对土地规模开发的限制等方面反映后备耕地资源开发的限制条件。渭干河—库车河三角洲绿洲由于地势较平坦,自然分异不明显,诸如海拔、温度、降水量、蒸发量等一些传统的耕地资源适宜性评价指标难以适用,本研究不予以选取(表1)。

表1   干旱区后备耕地资源开发适宜性评价指标

Tab. 1   The evaluating index system of the reserve cultivated land resources development in arid land area

属 性指 标释 义主要分析手段
区位与设施条件距居民点距离与最近居民点间的距离定量
道路通达度交通设施完善程度定量
灌溉条件灌溉设施完善程度(灌溉距离)定量
灌溉保证率水源供给的稳定程度及可靠程度定性
排水条件受地形和排水体系共同影响的地表排水情况定性
自然条件坡度地表单元的陡缓程度定性
土壤pH值土壤的酸碱度定量
土壤含盐度土壤中可溶解盐的总量定量
土壤电阻率导电离子、含水量等对土壤导电程度的影响定量
土壤质地耕作层土壤的土质定性
地下水埋深地下含水层深度定量
地下水矿化度地下水中所含离子、分子、化合物的总量定量
盐渍化程度可溶性盐分在土壤中积累的程度定性
土壤有机质含量土壤肥力水平的高低定性
土地利用条件植被覆盖率植被覆盖程度定性
规划限制是否位于建设用地规划区范围内定性
规模限制所处土地利用功能分区能否大规模土地开发定性

注:灌溉保证率、排水条件、坡度、土壤质地、盐渍化程度、土壤有机质含量等定性分析评价指标级别测算参照《农用地分等定级规程》确定。

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将研究区的最初状态视为理想状态,所有因素呈均质分布,所有评价单元具有相同特质,作为均值区域,其经济适宜性可由自然适宜性评价模块直接和间接地反映,故不做经济适宜性评价。采用空间叠置分析法进行评价单元的划分和数据预处理,应用空间插值方法、神经网络模型等方法[10],构建后备耕地资源开发的自然适宜性(依据农用地质量的决定因素)、生态适宜性(依据不同土地利用类型的植被覆盖度状况)、土地利用适宜性(考虑对建设用地规划、土地利用功能分区等规划限制性条件带来的限制性因素)三个模块对评价单元的后备耕地资源开发适宜性进行甄别分类、评价单元底图字段运算和单项评价,利用式(1)进行综合适宜性分值计算,最终得出综合适宜性评价结果。

yi=yni×yei×ypi(1)

式中:yni为第i个评价单元的自然适宜性分值;yei为第i个评价单元的生态适宜性分值;ypi为第i个评价单元的土地利用适宜性分值。

同时,构建适宜度指数来反映后备耕地资源开发的适宜性程度,计算公式为:

si=j=1nWjRij/(j=1nWj×j=1nRij)(2)

式中:Si为第i个区域的适宜度指数(包括自然适宜度指数、生态适宜度指数、土地利用适宜度指数和综合适宜度指数);Wj为等级j的权重(高适宜性等级赋予较大的权重值);Rij为第i个区域适宜性为第j等级的评价单元面积加和;n为划分的适宜性等级数量。

3.2.2 基于土地利用/覆被类型的后备耕地资源开发安全性指数模型 根据后备耕地资源利用/覆被类型的特征,构建后备耕地资源开发的安全性指数计算模型,揭示不同区域内后备耕地资源开发的安全性程度,计算公式为:

Pxi=i=1nAiPiTAi=1,2,,11(3)

式中:P(xi)为基于后备耕地资源利用/覆被类型的开发安全性指数;Ai为第i种利用/覆被类型的总面积;TA为研究区域的总面积;n为后备耕地资源利用/覆被类型的数量,选择与后备耕地资源开发密切相关的11种利用/覆被类型;Pi为第i种利用/覆被类型开发的安全性强度参数,由德尔菲法进行赋值(表2)。

表2   开发安全性强度参数值

Tab. 2   The values of the development security intensity parameters

利用/覆被类型耕地城镇、居民点、工矿用地荒草地荒地沼泽湿地滩涂沙地盐碱地裸地林地水体
强度参数Pi0.590.410.260.210.170.130.100.090.04-0.43-0.57

注:安全性强度参数为正值表示是正面影响,负值表明是负面影响(不提倡开发);强度参数绝对值越大,后备耕地资源的开发对其它地类的影响作用也越大;强度参数值(正值)越大,其对应的利用/覆被类型后备耕地资源开发成为耕地的经济价值就越高、稳定性越强,开发安全性越高。

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在后备耕地资源分类图的基础上,采用六边形网格(边长7 km,面积为105 km2)分别对后备耕地开发安全性空间分布进行采样(共107个网格样本),做出三期的网格采样图,每个网格样本中心点的值即为该样本后备耕地资源开发的安全性指数值;使用ArcGIS 9.2软件,利用克里格插值法,在变异函数分析的基础上,进行后备耕地资源开发安全性空间分析。参照周佳松等关于占补平衡补充耕地按等级折算中水源保证条件各等级所赋予的分值[11],将三期图面中的水体地类图斑提取出来(剔除耕地、林地、城镇、农村居民点及工矿用地等非后备耕地资源的图斑),利用ArcGIS空间分析模块中的距离分析功能,按照地块距离水源的远近,将水源保证条件划分10个等级并赋分;将以上水资源条件保证条件分布与六边形格网叠置计算,获取水源保证条件分值(六边形中心点)。将以上基于后备耕地资源利用/覆被类型的开发安全性指数与水源保证条件分值进行加权求和,计算后备耕地资源开发综合安全性指数,计算公式为:

p=yi×wi+yj×wj(4)

式中:p为基于利用/覆被类型的后备耕地资源开发综合安全性指数; yi为安全性指数标准化后的值; yj为水源保证条件分值标准化后的值; wiwj分别为开发安全性指数和水源保证条件分值的权重系数,由均方差权重赋值法确定。

4 结果分析

4.1 干旱区绿洲后备耕地资源开发适宜性评价分析

使用干旱区绿洲后备耕地资源开发适宜性评价模型,根据评价单元得分情况将后备耕地资源开发适宜性综合评价分值分为五个等级,相应地将各评价单元归属到划分出的五个级别的适宜性区域内(图1表3)。

图1   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合适宜性分级

Fig. 1   The comprehensive suitability grades of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

表3   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合适宜性分级和适宜度指数

Tab. 3   The comprehensive suitability grades, and comprehensive suitability index of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

县名总面积
(hm2)
综合适宜性分级面积(hm2)综合适宜度指数
IIIIIIIVV
评价分值
>0.75
评价分值
(0.5,0.75]
评价分值(0.25,0.5]评价分值
(0,0.25]
评价分值
≤0
库车县615895.156356.8866618.86121678.57233570.22187670.620.41
沙雅县417625.231164.8373477.6158033.3533619.08251330.350.80
新和县157746.37517.095488.2321170.8735750.5394819.660.56
合计1191266.758038.81145584.69200882.79302939.83533820.620.57

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渭干河—库车河三角洲后备耕地资源开发综合适宜性整体表现出带状的区域分布特征,现有绿洲中心为综合适宜性I级区和V级区,向东、向西依次分布着II级、III级和IV级适宜区域。绿洲中部的农区地带虽然由于区位条件、自然条件相对较好,土壤肥力较强、盐渍化程度较低,农田基础设施较完善,水源稳定、灌排条件有保证,使自然适宜性等级高(为适宜和较适宜),但受生态适宜性等级(为排除区即非后备耕地资源)和土地利用适宜性等级(为不适宜)的影响,大部分区域(包括南部塔里木河沿岸区域)为后备耕地资源开发综合适宜性V级区域;干旱区绿洲与荒漠交错带主要为II级、III级适宜性区域;外围荒漠区属于后备耕地资源开发IV级适宜区域。

从后备耕地资源开发的综合适宜性等级结构上来看,渭干河—库车河三角洲绿洲内大部分区域的后备耕地资源开发综合适宜性为IV级和V级,两者之和占总面积的70.24%,说明研究区后备耕地资源开发的整体环境是不适宜的,后备耕地资源开发条件相对较差,若开发、改造不当,会出现土地盐渍化、质量退化、荒漠化以至于撂荒等后果,使干旱区脆弱的生态环境向不可逆转的恶化方向发展,所以,从保护干旱区生态环境安全的角度出发,这些区域的后备耕地资源开发需要谨慎,应避免开发。后备耕地资源开发条件相对较好的综合适宜性为I级和II级的区域,占研究区总面积的12.90%,说明渭干河—库车河三角洲绿洲适宜开发的后备耕地资源数量是有限的。

后备耕地资源可供开发的区域分布上看,渭干河—库车河三角洲绿洲适宜开发(I级和II级区域)的后备耕地资源量为153623.50 hm2,主要分布在沙雅县(74642.44 hm2)和库车县(72975.74 hm2),两者占适宜开发总面积的96.09%;新和县作为作为开垦历史悠久的古老绿洲,适宜开发的后备耕地资源量有限。

综合适宜性等级为I级的区域面积为8038.81 hm2,仅占研究区总面积的0.67%。主要分布于山前渭干河、库车河三角洲绿洲上部,库车县的玉奇吾斯塘乡、伊西哈拉镇、乌尊镇、乌恰镇、比西巴格乡较为集中,其他县乡镇原有农区间的未利用地亦有零星分布,但开发难以形成规模。

4.2 干旱区绿洲后备耕地资源开发综合安全性时间与空间分布特征分析

为直观反映绿洲后备耕地资源开发综合安全性的空间分布情况,剔除非后备耕地资源图斑(包括耕地、林地、城镇、农村居民点及工矿用地、水体等),利用ArcGIS空间分析模块中的克里格插值法将六边形中心点的综合安全性指数值空间连续均匀化;根据插值计算出的综合安全性指数值的分布情况,将后备耕地资源开发的综合安全性指数值统一划分为五个等级(断裂点约为0.85、0.8、0.7、0.6),即安全、较安全、值得关注、危险和高度危险。根据以上计算出的综合安全性指数划分等级取值范围(表4);用等值线最终编制出渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发三期的综合安全性空间等级分布图以及2007年后备耕地资源开发的综合安全性等级示意图(图2~图5)。

表4   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合安全性指数等级

Tab. 4   Comprehensive security index level of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

等级安全较安全值得关注危险高度危险
安全性指数[1.000,0.854)[0.854,0.800)[0.800,0.705)[0.705,0.605)[0.605,0.159)

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图2   1989年后备耕地资源开发的综合安全性等级分布

Fig. 2   Comprehensive security level distribution of the reserve cultivated land resources in 1989

图3   2001年后备耕地资源开发的综合安全性等级分布

Fig. 3   Comprehensive security level distribution of the reserve cultivated land resources in 2001

图4   2007年后备耕地资源开发的综合安全性等级分布

Fig. 4   Comprehensive security level distribution of the reserve cultivated land resources in 2007

图5   2007年后备耕地资源开发的综合安全性等级示意

Fig. 5   The diagram of the comprehensive security level of the reserve cultivated land resources in 2007

根据后备耕地资源开发的1989年、2001年、2007年综合安全性指数、综合安全性等级分布图和2007年综合安全性等级图分析,可以总结出渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合安全性的时空分布特征:

(1)渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合安全性指数较高的安全区域和较安全区域主要分布在绿洲中心农区。1989-2007年,研究区后备耕地资源开发综合安全性为安全和较安全的范围呈现出先扩大、后缩小的趋势,说明后备耕地资源开发前期阶段(尤其1995年前后新疆处于耕地大规模开发时期),干旱区绿洲系统足以消除人类资源开发带来的干扰,土地系统不至于退化、恶化,生态系统处于良性循环状态;自2001年以来后期阶段,虽然西部大开发把生态环境的保护与建设放到了“根本”的首要位置,国家出台了“退耕还林”、“退耕还牧”和严格限制耕地开发的措施,但由中心农区向南部延伸的不断小规模开荒的积累,使研究区资源环境承载力出现超载现象,后备耕地资源开发综合安全性为安全和较安全的范围出现整体缩小的趋势。

(2)渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合安全性等级为值得关注区域,处于干旱区绿洲与荒漠交错带及其外围区域,其单项面积始终最大,因此对于这些处于生态脆弱和敏感区域的后备耕地资源开发行为一定要谨慎。

(3)渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合安全性等级为危险和高度危险区域的范围,前期出现由中南部和东北部为主向东北部集中转移的现象,中南部区域被值得关注区域替代;后期两者的分布范围基本稳定不变。由于水资源条件的限制和生态环境、灌溉条件难以改善,这些区域应严格限制后备耕地资源的开发行为。

(4)从后备耕地资源开发综合安全性等级整体区域分布来看,呈现环带分布的特征,由里向外依次分布着安全区域、较安全区域、值得关注区域、危险区域和高度危险区域。其中,绿洲中部的农区为后备耕地资源开发综合安全性指数较高的安全区域和较安全区域,干旱区绿洲与荒漠交错带主要为较安全区域和值得关注区域,荒漠区与塔河沿岸生态脆弱区都属于后备耕地资源开发不安全的危险和高度危险区域。

4.3 干旱区绿洲后备耕地资源开发的综合性分级

将研究区后备耕地资源开发综合适宜性等级、综合安全性等级空间分布进行叠置套合,分级原则如表5所示;再与行政区(县、乡镇)套合,形成干旱区渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发的综合性分级图和分县、乡镇的面积统计(图6表6)。

图6   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合性分级

Fig. 6   Comprehensive classification of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

表5   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合性分级

Tab. 5   Comprehensive classification of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

安全较安全值得关注危险高度危险非后备耕地资源
I(适宜)综合一级综合二级综合三级综合四级综合五级非后备耕地资源
II(较适宜)综合二级综合二级综合三级综合四级综合五级非后备耕地资源
III(受限)综合三级综合三级综合三级综合四级综合五级非后备耕地资源
IV(较差)综合四级综合四级综合四级综合四级综合五级非后备耕地资源
V(不适宜)综合五级综合五级综合五级综合五级综合五级非后备耕地资源

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表6   渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合性分级面积统计

Tab. 6   Area of the comprehensive classification of the reserve cultivated land resources on the delta oasis of Weigan-Kuqa Rivers

县名总面积
(hm2)
备耕地资源开发综合分级面积(hm2)
综合一级综合二级综合三级综合四级综合五级非后备耕地资源
库车县615895.151397.2326093.13104240.55139988.70181304.75162870.78
沙雅县417625.23225.6319430.8362973.1459755.5296753.96178486.14
新和县157746.37130.231842.0214814.6432907.6816479.6391572.18
合计1191266.751753.0947365.98182028.34232651.90294538.34432929.10
比例100.00%0.15%3.98%15.28%19.53%24.72%36.34%

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根据评价结果可以看出,渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合性等级的区域分布,整体表现出环状特征,由绿洲中心的排除区(非后备耕地资源),向外依次分布着综合性一级、二级、三级、四级和五级区。研究区中部虽然分布部分综合适宜性等级和综合安全性等级高的区域,但由于受生态适宜性等级和土地利用规划限制,包括南部塔里木河沿岸区域在内大部分区域为非后备耕地资源开发区域;现有农区内部和边缘以夹荒地的形式存在有零散和少量的综合性评价为一级的土地;中心农区北缘和南缘是综合性二级的分布区;干旱区绿洲与荒漠交错带主要为三级综合性等级区域;外围荒漠区、塔里木河沿岸区属于后备耕地资源开发综合性四级、五级区。

从后备耕地资源开发的综合性等级结构上来看,不能进行后备耕地开发的区域面积占研究区总面积的36.34%,综合性等级为一级至五级的面积比重分别为0.15%、3.98%、15.28%、19.53%和24.72%,后备耕地资源不适合开发的比例逐渐增加;适合进行后备耕地资源开发的一级和二级区域的面积为49119.07 hm2,仅占绿洲总面积的4.13%,不适合(禁止)开发的四级、五级区域面积为527190.24 hm2,面积比重高达44.25%,两者数量相差十倍,说明研究区后备耕地资源开发的整体环境较差。

5 结论与讨论

渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源开发综合性等级的区域分布表现出环状特征,由绿洲中心的非后备耕地资源区,向外综合性等级依次降低。研究区中部和南部塔里木河沿岸区域大部分为非后备耕地资源区域;现有农区内部和边缘以夹荒地的形式存在有零散和少量的一级区,中心农区北缘和南缘是综合性二级的分布区,为后备耕地资源适合开发区域;干旱区绿洲与荒漠交错带主要属于三级区域,为后备耕地资源限制开发区域;外围荒漠区、塔里木河沿岸区属于四级、五级区域,为后备耕地资源禁止开发区域;适合后备耕地资源开发的区域面积与禁止开发的区域面积数量相差十倍,说明研究区后备耕地资源开发的整体环境较差。

后备耕地资源适合开发区域,要有计划地、适度规模进行开发,提高防护林带及路、渠用地比例,对开发后的耕地实行集约利用,改善土壤条件、提高土地生产力。后备耕地资源限制开发区域基本处于绿洲与荒漠交错带上,不应进行后备耕地资源的规模开发。后备耕地资源禁止开发区域中,荒漠区应加大林草植被恢复、环境建设力度,塔里木河沿岸区域应实行严格的胡杨林保护措施。渭干河—库车河三角洲绿洲后备耕地资源的开发,总体上要以干旱区绿洲生态环境的保护和建设为中心,以土地利用规划为依据,注重改良土地、配套基础设施,构建和谐的干旱区绿洲农业生态系统,实现经济、社会和环境三个效益的统一和耕地资源的可持续利用, 并要加强对耕地资源的保护与挖潜。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

[1] 哈学萍.

干旱区土壤盐渍化遥感监测模型构建研究: 以渭干河—库车河三角洲绿洲为例

. 乌鲁木齐: 新疆大学硕士学位论文, 2009.

URL      [本文引用: 1]      摘要

土壤盐渍化是干旱半干旱区土地退化的主要形式之一。其发生发展是一个气候、水文、母质、植被等诸多因素耦合的复杂动力学过程。通常在气候干旱、土壤蒸发强 度大、地下水位高且含有较多可溶性盐类的地区,容易导致土壤盐渍化的发生。土壤盐渍化直接和间接地影响人类生存、社会稳定、农业生产、资源与环境可持续发 展。正确评价或预防土壤盐渍化对促进农业生产和区域可持续发展具有重要的现实意义。 遥感具有客观反映土壤盐渍化时空变化的监测能力,遥感监测盐渍化土壤研究取得了很大进步。然而随着定量遥感应用研究的发展,对盐渍化土壤信息的定量化提取 要求的提高,像元尺度的信息提取已不能满足需求。同时,国内外盐渍化土壤遥感监测研究也表明,在复杂的地表环境下,单纯采用土壤光谱特征是无法全面、准确 反映土壤盐渍化信息,其方法在土壤盐渍化监测中暴露出诸多问题,如盐分信息提取的不确定性、土壤盐分监测的滞后效应等,不能适应全面、动态的盐渍化土壤监 测与盐分信息提取的迫切需求。因此有必要对图像识别算法加以修改或发展新的方法,以适应定量提取区域尺度盐渍化土壤信息的新要求。利用定量遥感方法,实现 准确的盐渍化土壤信息提取一直是遥感应用领域亟待解决的重要科学问题之一。 研究基于波谱分解技术基础,有效利用作为盐渍化土壤遥感监测的两个关键指标——土壤光谱特征和盐渍区盐生植被生物物理特征,同时解决以往传统遥感监测土壤 盐渍化的弊端——混合像元问题;在此基础上构建适于盐渍化评价的盐生植被指数(NHVI),充分利用盐生植被的生物物理特征实时监测土壤盐分含量的变化特 征,弥补裸土光谱监测盐渍化程度得不足,增强盐渍化遥感监测的敏感度、实时性;同时通过光谱变换与运算,构建能够综合反映盐渍化程度的裸土及植被光谱特征 的二维特征空间,并基于二维特征空间发展区域尺度盐渍化土壤的遥感定量提取指数——SDI模型。并用实地观测的土壤含盐量数据对提出的盐生植被指数 (NHVI)和SDI模型进行检验和比较分析,结果表明:1)文中提出的盐生植被指数和研究区实地观测的土壤含盐量高度相关,能反映土壤盐渍化程度; (2)SDI充分利用可见光、近红外、植被生物物理特性,在准确获取地表生态物理参数的前提下,盐渍化遥感监测信息提取精度得以提高;其具有简单和反演速 度快的优势,能够很好反映土壤盐渍化程度;(3)SDI考虑了地表植被覆盖的影响,因此,在干旱区,不同植被覆盖下地表的盐渍化遥感监测都可选用SDI模 型; 本研究的开展,以求抛砖引玉,引起学术界同仁和主管部门对此领域研究的关注。为区域尺度盐渍化土壤信息监测提供更丰富、更定量化的土壤盐渍化信息,为土壤 盐渍化的遥感监测与评价提供有效的遥感监测模型。

[Ha Xueping.

Remote sensing-based synthesis index model for monitoring of soil salinization in arid area: Take the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers as an example.

Urumqi: Master Dissertation of Xinjiang University, 2009.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

土壤盐渍化是干旱半干旱区土地退化的主要形式之一。其发生发展是一个气候、水文、母质、植被等诸多因素耦合的复杂动力学过程。通常在气候干旱、土壤蒸发强 度大、地下水位高且含有较多可溶性盐类的地区,容易导致土壤盐渍化的发生。土壤盐渍化直接和间接地影响人类生存、社会稳定、农业生产、资源与环境可持续发 展。正确评价或预防土壤盐渍化对促进农业生产和区域可持续发展具有重要的现实意义。 遥感具有客观反映土壤盐渍化时空变化的监测能力,遥感监测盐渍化土壤研究取得了很大进步。然而随着定量遥感应用研究的发展,对盐渍化土壤信息的定量化提取 要求的提高,像元尺度的信息提取已不能满足需求。同时,国内外盐渍化土壤遥感监测研究也表明,在复杂的地表环境下,单纯采用土壤光谱特征是无法全面、准确 反映土壤盐渍化信息,其方法在土壤盐渍化监测中暴露出诸多问题,如盐分信息提取的不确定性、土壤盐分监测的滞后效应等,不能适应全面、动态的盐渍化土壤监 测与盐分信息提取的迫切需求。因此有必要对图像识别算法加以修改或发展新的方法,以适应定量提取区域尺度盐渍化土壤信息的新要求。利用定量遥感方法,实现 准确的盐渍化土壤信息提取一直是遥感应用领域亟待解决的重要科学问题之一。 研究基于波谱分解技术基础,有效利用作为盐渍化土壤遥感监测的两个关键指标——土壤光谱特征和盐渍区盐生植被生物物理特征,同时解决以往传统遥感监测土壤 盐渍化的弊端——混合像元问题;在此基础上构建适于盐渍化评价的盐生植被指数(NHVI),充分利用盐生植被的生物物理特征实时监测土壤盐分含量的变化特 征,弥补裸土光谱监测盐渍化程度得不足,增强盐渍化遥感监测的敏感度、实时性;同时通过光谱变换与运算,构建能够综合反映盐渍化程度的裸土及植被光谱特征 的二维特征空间,并基于二维特征空间发展区域尺度盐渍化土壤的遥感定量提取指数——SDI模型。并用实地观测的土壤含盐量数据对提出的盐生植被指数 (NHVI)和SDI模型进行检验和比较分析,结果表明:1)文中提出的盐生植被指数和研究区实地观测的土壤含盐量高度相关,能反映土壤盐渍化程度; (2)SDI充分利用可见光、近红外、植被生物物理特性,在准确获取地表生态物理参数的前提下,盐渍化遥感监测信息提取精度得以提高;其具有简单和反演速 度快的优势,能够很好反映土壤盐渍化程度;(3)SDI考虑了地表植被覆盖的影响,因此,在干旱区,不同植被覆盖下地表的盐渍化遥感监测都可选用SDI模 型; 本研究的开展,以求抛砖引玉,引起学术界同仁和主管部门对此领域研究的关注。为区域尺度盐渍化土壤信息监测提供更丰富、更定量化的土壤盐渍化信息,为土壤 盐渍化的遥感监测与评价提供有效的遥感监测模型。
[2] 代兵, 谷晓坤, 陈百明.

基于GIS的新疆后备耕地资源评价

. 农业工程学报, 2008, 24(7): 60-64.

Magsci      [本文引用: 1]      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 km2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hm2,各县分布面积从0.01~17.65万hm2不等;②自然-生态-经济适宜的后备耕地总量为97.61万hm2,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hm2,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。

[Dai Bing, Gu Xiaokun, Chen Baiming.

GIS-based suitability evaluation of uncultivated arable land in Xinjiang region.

Transactions of the CSAE, 2008, 24(7): 60-64.]

Magsci      [本文引用: 1]      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 km2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hm2,各县分布面积从0.01~17.65万hm2不等;②自然-生态-经济适宜的后备耕地总量为97.61万hm2,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hm2,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。
[3] 徐彬彬, 李德成.

保护耕地必须既重数量又重质量

. 土壤, 1999, (1): 8-12.

URL      [本文引用: 1]      摘要

耕地是土地的精华,保护耕地就 是保护我们的生命线。本文以翔实的数据和资料,分别论述了耕地在我国社会经济中的重要作用以及我国耕地的现状;探讨了实现耕地总量动态平衡的可行性;指出 无论后备耕地资源丰富与否,均应把提高耕地质量作为缓解耕地供需矛盾,实现农业可持续发展的根本措施。

[Xu Binbin, Li Decheng.

The protection of cultivated land must be both quantity and quality.

Soils, 1999, (1): 8-12.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

耕地是土地的精华,保护耕地就 是保护我们的生命线。本文以翔实的数据和资料,分别论述了耕地在我国社会经济中的重要作用以及我国耕地的现状;探讨了实现耕地总量动态平衡的可行性;指出 无论后备耕地资源丰富与否,均应把提高耕地质量作为缓解耕地供需矛盾,实现农业可持续发展的根本措施。
[4] Malin Falkenmark.Human security versus ecological security-compatible or non-compatible goals. proceedings, siwi seminar, balancing human security and ecological security internets in a catchment-towards upstream. In: Stockholm International Water Institute. Downstream Hydrosolidanty. Stockholm: Stockholm International Water Institute, 2002: 6-13.

[本文引用: 1]     

[5] Kirkpatrick S I, Valerie T.

Food insecurity is associated with nutrient in adequacies among canadian adults and adolescents.

The Journal of Nutrition, 2008, 138(3): 604-612.

https://doi.org/10.3164/jcbn.2008024      URL      PMID: 18287374      [本文引用: 1]      摘要

Household food insecurity constrains food selection, but whether the dietary compromises associated with this problem heighten the risk of nutrient inadequacies is unclear. The objectives of this study were to examine the relationship between household food security status and adults' and children's dietary intakes and to estimate the prevalence of nutrient inadequacies among adults and children, differentiating by household food security status. We analyzed 24-h recall and household food security data for persons aged 1-70 y from the 2004 Canadian Community Health Survey (cycle 2.2). The relationship between adults' and children's nutrient and food intakes and household food security status was assessed using regression analysis. Estimates of the prevalence of inadequate nutrient intakes by food security status and age/sex group were calculated using probability assessment methods. Poorer dietary intakes were observed among adolescents and adults in food-insecure households and many of the differences by food security status persisted after accounting for potential confounders in multivariate analyses. Higher estimated prevalences of nutrient inadequacy were apparent among adolescents and adults in food-insecure households, with the differences most marked for protein, vitamin A, thiamin, riboflavin, vitamin B-6, folate, vitamin B-12, magnesium, phosphorus, and zinc. Among children, few differences in dietary intakes by household food security status were apparent and there was little indication of nutrient inadequacy. This study indicates that for adults and, to some degree, adolescents, food insecurity is associated with inadequate nutrient intakes. These findings highlight the need for concerted public policy responses to ameliorate household food insecurity.
[6] 朱会义, 何书金, 张明.

土地利用变化研究中的GIS空间分析方法及其应用

. 地理科学进展, 2001, 20(2): 1-11.

https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-6301.2001.02.002      URL      [本文引用: 1]      摘要

土地利用变化研究尤其是空间变化研究,离不开GIS的空间分析方法.该方法的数据基础主要是 矢量格式的土地利用图件和遥感解译制图成果;模型基础包括GIS的时空数据模型、属性数据模型和提取土地利用变化特征的原理模型;而数据处理过程则涉及 GIS系统的数据转换功能、编辑功能、空间分析功能、数据库操作功能、空间统计分析功能以及图形显示功能等.本文结合北京市土地利用变化的实例分析,从上 述三方面详细阐述了GIS的空间分析方法及其在土地利用变化研究中的应用.

[Zhu Huiyi, He Shujin, Zhang Ming.

GIS spatial analysis and its application in the research of land use change.

Progress in Geography, 2001, 20(2): 1-11.]

https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-6301.2001.02.002      URL      [本文引用: 1]      摘要

土地利用变化研究尤其是空间变化研究,离不开GIS的空间分析方法.该方法的数据基础主要是 矢量格式的土地利用图件和遥感解译制图成果;模型基础包括GIS的时空数据模型、属性数据模型和提取土地利用变化特征的原理模型;而数据处理过程则涉及 GIS系统的数据转换功能、编辑功能、空间分析功能、数据库操作功能、空间统计分析功能以及图形显示功能等.本文结合北京市土地利用变化的实例分析,从上 述三方面详细阐述了GIS的空间分析方法及其在土地利用变化研究中的应用.
[7] 刘贵利.

城乡结合部建设用地适宜性评价初探

. 地理研究, 2000, 19(1): 80-85.

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

在GIS的支持下,采用邯郸市邯山区(含部分郊区)作为研究对象,围绕 3种主要建设用地类型(居住用地、工业用地、商业用地),分类绘制建设用地适宜性评价指标图及综合评价图。选取区位因素为主导因素,对研究区的建设用地进行适宜性评价,初步建立了建设用地适宜性评价方法程序。

[Liu Guili.

The frist research on constructive land suitability evaluation in connective location between town and country.

Geographical Research, 2000, 19(1): 80-85.]

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

在GIS的支持下,采用邯郸市邯山区(含部分郊区)作为研究对象,围绕 3种主要建设用地类型(居住用地、工业用地、商业用地),分类绘制建设用地适宜性评价指标图及综合评价图。选取区位因素为主导因素,对研究区的建设用地进行适宜性评价,初步建立了建设用地适宜性评价方法程序。
[8] 满苏尔·沙比提, 海鹰, 阿布拉江·苏来曼.

近50年来渭干河—库车河三角洲绿洲耕地变化及其成因

. 地理研究, 2004, 23(4): 487-494.

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>利用 195 0~ 2 0 0 0年的统计和普查数据 ,对渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲近 5 0年来耕地数量变化及区域差异进行分析 ,并探讨了影响耕地动态变化的驱动因子。近 5 0年渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲耕地面积经历了 3个增长期和 2个减少期的变化。经综合分析发现影响渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲耕地变化的主要驱动因素是 5次大的政策变动 ,耕地需求增加与非农业部门占用 ,导致土壤肥力下降 ,沙化、盐渍化等问题出现。</p>

[Mansur Shabit, Hai Ying, Ablajiang Sulaiman.

Analysis on the driving factors of farmland dynamic changes in recent 5 decades in delta oases of Weigan and Kuqa rivers.

Geographical Research, 2004, 23(4): 487-494.]

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>利用 195 0~ 2 0 0 0年的统计和普查数据 ,对渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲近 5 0年来耕地数量变化及区域差异进行分析 ,并探讨了影响耕地动态变化的驱动因子。近 5 0年渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲耕地面积经历了 3个增长期和 2个减少期的变化。经综合分析发现影响渭干河&mdash;库车河三角洲绿洲耕地变化的主要驱动因素是 5次大的政策变动 ,耕地需求增加与非农业部门占用 ,导致土壤肥力下降 ,沙化、盐渍化等问题出现。</p>
[9] 张飞,

塔西甫拉提·特依拜, 丁建丽, 等. 结合光谱与纹理信息的SVM遥感土壤盐渍化信息提取研究

. 测绘科学, 2009, 34(3): 118-120.

URL      [本文引用: 1]      摘要

本文为了提高地物识别的正确性,克服异物同谱和同物异谱现象,以 渭干河-库车河三角洲绿洲为例,利用ETM+数据,探讨了该绿洲盐渍化土地覆盖信息的提取方法.文章提出了基于SVM的光谱和纹理两种信息复合的分类方 法,通过此方法对该绿洲进行分类研究,并将分类结果与最小距离法、最大似然法(MLC)和单源数据(光谱)SVM分类结果进行定性和定量比较分析.研究结 果表明:该方法能够有效地解决单数据源分类效果破碎、分类精度不高等问题,并对高纬输入向量具有较高的推广能力,因此该方法更适合于遥感图像分类和盐渍化 信息提取,是地物遥感信息提取的有效途径.

[Zhang Fei, Tashpolat Tiyip, Ding Jianli, et al.

Study on extracting of soil salinization by remote sensing based on SVM method with spectrum and texture information.

Science of Surveying and Mapping, 2009, 34(3): 118-120.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

本文为了提高地物识别的正确性,克服异物同谱和同物异谱现象,以 渭干河-库车河三角洲绿洲为例,利用ETM+数据,探讨了该绿洲盐渍化土地覆盖信息的提取方法.文章提出了基于SVM的光谱和纹理两种信息复合的分类方 法,通过此方法对该绿洲进行分类研究,并将分类结果与最小距离法、最大似然法(MLC)和单源数据(光谱)SVM分类结果进行定性和定量比较分析.研究结 果表明:该方法能够有效地解决单数据源分类效果破碎、分类精度不高等问题,并对高纬输入向量具有较高的推广能力,因此该方法更适合于遥感图像分类和盐渍化 信息提取,是地物遥感信息提取的有效途径.
[10] 黎夏, 叶嘉安.

基于神经网络的元胞自动机及模拟复杂土地利用系统

. 地理研究, 2005, 24(1): 19-26.

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>本文提出了基于神经网络的元胞自动机(CellularAutomata),并将其用来模拟复杂的土地利用系统及其演变。国际上已经有许多利用元胞自动机进行城市模拟的研究,但这些模型往往局限于模拟从非城市用地到城市用地的转变。模拟多种土地利用的动态系统比一般模拟城市演化要复杂得多,需要使用许多空间变量和参数,而确定模型的参数值和模型结构有很大困难。本文通过神经网络、元胞自动机和GIS相结合来进行土地利用的动态模拟,并利用多时相的遥感分类图像来训练神经网络,能十分方便地确定模型参数和模型结构,消除常规模拟方法所带来的弊端。</p>

[Li Xia,

Anthony Gar-On Yeh. Cellular automata for simulating complex land use systems using neural networks.

Geographical Research, 2005, 24(1): 19-26.]

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>本文提出了基于神经网络的元胞自动机(CellularAutomata),并将其用来模拟复杂的土地利用系统及其演变。国际上已经有许多利用元胞自动机进行城市模拟的研究,但这些模型往往局限于模拟从非城市用地到城市用地的转变。模拟多种土地利用的动态系统比一般模拟城市演化要复杂得多,需要使用许多空间变量和参数,而确定模型的参数值和模型结构有很大困难。本文通过神经网络、元胞自动机和GIS相结合来进行土地利用的动态模拟,并利用多时相的遥感分类图像来训练神经网络,能十分方便地确定模型参数和模型结构,消除常规模拟方法所带来的弊端。</p>
[11] 周佳松, 钟沛林, 张弘.

占补平衡补充耕地按等级折算研究: 以南方丘陵山区为例

. 中国农学通报, 2005, 21(11): 360-362.

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

占补平衡实现由数量平衡向数量—质量平衡管理的升级,已成为当前土地管理的迫切要求。以南方丘陵山区为例,综合考虑耕地质量的影响因子,筛选台面坡度、海拔高度、有效土层厚度、土壤质地、土壤养分、水源保证率、地下水埋深、排灌设施、道路通达度作为评价指标,应用特尔斐法、层次分析法确定权重,对耕地质量作以评价,确定占、补耕地地块的综合指数。以单位标准粮为桥梁,确定耕地质量数量折算系数,从而实现耕地占补的数量——质量型平衡。

[Zhou Jiasong, Zhong Peilin, Zhang Hong.

Research on quantity-quality convert of supplementary cultivated land in requisition-compensation balance: Taking southern hillside area as an example.

Chinese Agricultural Science Bulletin, 2005, 21(11): 360-362.]

Magsci      [本文引用: 1]      摘要

占补平衡实现由数量平衡向数量—质量平衡管理的升级,已成为当前土地管理的迫切要求。以南方丘陵山区为例,综合考虑耕地质量的影响因子,筛选台面坡度、海拔高度、有效土层厚度、土壤质地、土壤养分、水源保证率、地下水埋深、排灌设施、道路通达度作为评价指标,应用特尔斐法、层次分析法确定权重,对耕地质量作以评价,确定占、补耕地地块的综合指数。以单位标准粮为桥梁,确定耕地质量数量折算系数,从而实现耕地占补的数量——质量型平衡。

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