環(huán)渤海地區(qū)耕地資源的時(shí)空特征研究

楊 慧

一、前言

土地是人類生存與發(fā)展過程中的最重要的自然資源和生產(chǎn)資料，耕地則是土地利用方式中最重要的類型之一，事關(guān)國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。由于近些年工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，生態(tài)退耕工程的深入，我國對(duì)建設(shè)用地和生態(tài)用地的需求增加，大量耕地資源流出[1]，造成耕地保護(hù)壓力驟增。人口持續(xù)增長(zhǎng)和居民消費(fèi)水平的提升在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品提出更高要求的同時(shí)，增加了對(duì)耕地資源的需求，使得耕地資源問題越來越受到人們的重視。2020 年新實(shí)施的《土地管理法》對(duì)耕地質(zhì)量保護(hù)提出了要求，2021 年重新修訂的《土地中華人民共和國土地管理法實(shí)施條例》提出對(duì)耕地實(shí)行特殊保護(hù)，針對(duì)永久基本農(nóng)田、耕地“非農(nóng)化”、“非糧化”等焦點(diǎn)，加強(qiáng)制度化、法律化保護(hù)。同年的中央1 號(hào)文件提出要落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，中央農(nóng)村工作會(huì)議明確“18 億畝耕地必須實(shí)至名歸，農(nóng)田就是農(nóng)田，而且必須是良田”，提出要落實(shí)藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，加強(qiáng)耕地保護(hù)和質(zhì)量建設(shè)的要求。

區(qū)域是土地利用變化研究的基本單元，目前國內(nèi)外學(xué)者在區(qū)域性耕地資源研究成果主要集中在幾個(gè)方面：從研究區(qū)來看，分為自然景觀區(qū)劃、行政區(qū)劃和經(jīng)濟(jì)區(qū)劃[2-4]；遙感數(shù)據(jù)集中于Landsat TM/ETM+、HJ1A/1B 等遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行耕地變化監(jiān)測(cè)與分析[5-6]；研究方法多運(yùn)用主成分分析法、回歸分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法[7-9]。當(dāng)前，研究在不同尺度下的耕地資源變化時(shí)，多用省市等中大尺度數(shù)據(jù)，對(duì)縣域微觀數(shù)據(jù)涉及少；基于GlobeLand30 地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行耕地資源研究的文獻(xiàn)也不多見。

二、研究區(qū)概況

環(huán)渤海地區(qū)是指環(huán)繞著渤海全部沿岸地區(qū)，涵蓋北京、天津、河北、遼寧、山東三省二市的廣大區(qū)域，位于北緯34°22′-43°26′，東經(jīng)113°04′-125°46′，地處東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，海陸空交通方便；2020 年GDP 占全國的18.17%，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚。

環(huán)渤海地區(qū)農(nóng)耕歷史悠久，是全國耕地主要聚集區(qū)之一，耕地面積占全國的14.63%；2019 年農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值約為全國的16.01%；糧食產(chǎn)量約占全國的17.74%。隨著二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展和新型產(chǎn)業(yè)崛起，耕地資源數(shù)量下行壓力增大。根據(jù)2015 年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，環(huán)渤海地區(qū)優(yōu)等地僅有0.39 萬畝，耕地質(zhì)量加權(quán)平均等級(jí)為9.09 等低于東部地區(qū)（8.19 等）和中部地區(qū)（7.98 等），耕地資源質(zhì)量不容樂觀。

三、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源

空間矢量數(shù)據(jù)來自于GlobeLand30 地表覆蓋數(shù)據(jù)，調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自于2001 年至2020 年《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》以及三省二市的統(tǒng)計(jì)年鑒。

（二）研究方法

1.耕地變化動(dòng)態(tài)度。耕地變化動(dòng)態(tài)度可以反應(yīng)這段時(shí)期內(nèi)耕地變化的總體特征和趨勢(shì)。其計(jì)算公式為：

M表示T 時(shí)間段內(nèi)耕地變化的動(dòng)態(tài)度；Da、D 分別表示終止年耕地面積和起始年耕地面積；T 為年間隔。

2.耕地相對(duì)變化率。在耕地?cái)?shù)量變化的基礎(chǔ)上，將局部地區(qū)的耕地變化與全區(qū)的耕地變化進(jìn)行比較。

R＞1,表示局部土地利用變化幅度大于整體的變化幅度；R＜1,表示局部土地利用變化幅度小于整體土地利用變化幅度。

3.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠反映某一區(qū)域某一時(shí)段期初和期末各土地利用類型面積之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程[10]，通用形式如下：

S 代表面積；n 代表轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)；i、j 分別代表轉(zhuǎn)移前與轉(zhuǎn)移后的土地利用類型；Sij代表轉(zhuǎn)移前的i 地類轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)移后的j 地類的面積。

四、結(jié)果與分析

（一）耕地?cái)?shù)量分布情況

利用GIS 提取三期的耕地?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算得到2000-2020年的平均耕地?cái)?shù)量見圖1。研究區(qū)內(nèi)耕地資源主要集中在河北的西北部、遼寧北部平原和山東丘陵地區(qū)，其中阜新蒙古族自治縣、昌圖縣是研究區(qū)內(nèi)耕地資源數(shù)量最多的縣。

圖1 環(huán)渤海地區(qū)2000-2020 年平均耕地分布圖

（二）數(shù)量變化情況

1.數(shù)量的變化。研究區(qū)內(nèi)耕地資源總體呈下降的趨勢(shì)，環(huán)渤海地區(qū)耕地?cái)?shù)量由32.17x104km2減少到了28.39x104km2。位于黃河入?？诘暮涌趨^(qū)和墾利區(qū)耕地下降量達(dá)到了774.91km2和549.29km2。

圖2 環(huán)渤海地區(qū)2000-2020 年耕地資源數(shù)量變化分布圖

2.區(qū)域差異。根據(jù)計(jì)算結(jié)果研究區(qū)劃分為耕地資源減少區(qū)（M ≤-1），耕地資源平緩區(qū)（-1 ＜M ≤0），耕地資源增加區(qū)（M ＜0）。研究區(qū)內(nèi)總體上為下降趨勢(shì)，北京周圍地區(qū)、遼寧的凌源市、建昌縣和山東中部地區(qū)是顯著下降區(qū)域。

圖3 環(huán)渤海地區(qū)2000-2020 年耕地動(dòng)態(tài)度分布圖

3.變動(dòng)幅度。依據(jù)耕地相對(duì)變化率計(jì)算公式，將研究區(qū)內(nèi)耕地資源變動(dòng)幅度情況劃分平衡區(qū)（R ≤1），浮動(dòng)區(qū)（1 ＜R ≤2），劇烈區(qū)（2 ＜R），由計(jì)算結(jié)果可得黃河流域、北京附近區(qū)域耕地變化幅度同樣劇烈，遼河流域上游山地地區(qū)和入海口耕地變化幅度明顯高于周圍地區(qū)。

圖4 環(huán)渤海地區(qū)2000-2020 年耕地相對(duì)變化率分布圖

4.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為三點(diǎn)：

（1）耕地占比最多，下降幅度高達(dá)10.15%；海域、濕地都呈下降趨勢(shì)；苔原、裸地的大幅度上升。

（2）耕地轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型為48.95x104km2，而由其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為耕地的有16771.37km2，其中濕地和水體轉(zhuǎn)化為耕地的數(shù)量為562.49km2和2242.44km2，各自占到轉(zhuǎn)化總數(shù)的23.80%和20.03%這就使得研究區(qū)內(nèi)的耕地資源明顯減少。

（3）森林、耕地和苔原地區(qū)在研究期內(nèi)不變面積達(dá)到80%以上；濕地主要向水體和耕地轉(zhuǎn)化，裸地向草地和森林轉(zhuǎn)化，這說明我國生態(tài)保護(hù)工作頗有成效，耕地保護(hù)政策落地起效。

五、結(jié)語

結(jié)合各類空間分布，從耕地變化速度、幅度、轉(zhuǎn)移方向和程度方面，系統(tǒng)分析耕地資源對(duì)人類活動(dòng)程度響應(yīng)關(guān)系是一種較為科學(xué)的手段和有效方式。采用耕地動(dòng)態(tài)指標(biāo)反映研究區(qū)內(nèi)耕地利用變化速度;土地利用動(dòng)態(tài)耕地相對(duì)變化率反映研究區(qū)域范圍內(nèi)各樣本區(qū)耕地變化的劇烈程度。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣反映研究區(qū)土地利用類型變化方向，借助遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)所提供的空間信息，不僅更能清晰地反映出土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)移方向和程度的空間差異性;而且對(duì)環(huán)渤海地區(qū)土地利用時(shí)空變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)具有重要實(shí)際意義。

（一）2000-2020 年間，環(huán)渤海地區(qū)各縣域平均耕地資源數(shù)量多，且聚集分布在遼寧與河北北部，遼寧和山東的沿海、山東的中部地區(qū)，反映了耕地資源在環(huán)渤海地區(qū)土地利用類型中占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)其時(shí)空變化規(guī)律的合理認(rèn)識(shí)有助于指導(dǎo)規(guī)劃研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（二）相比于2000-2010 年，2010-2020 年期間耕地資源數(shù)量的下降的范圍和程度明顯有所增長(zhǎng)。耕地變化幅度大的地區(qū)主要集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高和生態(tài)環(huán)區(qū)，這反映了人類活動(dòng)是造成耕地資源數(shù)量變化的主要影響因素。

（三）2000-2020 年，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)渤海地區(qū)影響方式主要表現(xiàn)為耕地、林地和草地土地利用類型之間的空間轉(zhuǎn)換。