水網平原地區(qū)耕地破碎化時空變化研究

李文灝，沈 俊

（1. 浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 310058；2. 嘉興市自然資源和規(guī)劃局，浙江 嘉興 314000）

耕地破碎化是影響糧食生產效率的重要因素之一。在同等要素投入的條件下，耕地破碎化程度越高糧食生產效率越低。耕地破碎化是影響中國農業(yè)生產效率和耕地質量的重要因素[1?3]，研究其時空分布以及變化趨勢對于地區(qū)農業(yè)發(fā)展具有重要的實踐意義，同時也有利于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[4]。耕地破碎化宏觀上表現為耕地的連片度和連通性下降，即單一、均質和集中連片的耕地變?yōu)閺碗s、異質和分割成塊的斑塊狀耕地，具體則包括耕地地塊的面積、距離以及分布的景觀變化。隨著經濟不斷發(fā)展，城市化程度不斷提高，一方面耕地拋荒情況普遍存在，另一方面由于道路等基礎設施建設的需要，耕地破碎化程度也不斷上升。國內外對耕地破碎化的驅動因素、測度方法以及耕地破碎化治理政策等各方面展開了研究。目前，耕地破碎化的研究已形成了較為成熟的指標體系，主要以核密度[5]和景觀指數測算耕地的破碎化[6?7]，耕地破碎化的指標主要采用遙感數據計算景觀指數判斷耕地斑塊的數量和面積變化[8?9]，在此基礎上使用熵權法或變異系數法計算一個地區(qū)的耕地破碎化綜合指數[10]。而景觀指數的計算主要以斑塊數量、斑塊面積和斑塊形狀為特征指標[11]。在耕地破碎化驅動因素挖掘方面，基礎設施的建設、地形地貌的限制以及人多地少的國情使得耕地破碎化愈發(fā)嚴重[5, 9?10]。但已有研究大多聚焦于城市化背景下耕地破碎化的程度，而在城市化背景下，政府也在不斷干預耕地保護，如國家耕地保護政策的創(chuàng)新和試點，政府的干預對耕地的破碎化是否有影響？是否會延緩城市化背景下耕地破碎化的趨勢？這都有待探討。長期以來，耕地破碎化是制約浙江省嘉興市現代農業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村空間資源高效配置的重要因素，2012年以來嘉興市大規(guī)模開展了農村土地綜合整治。研究其耕地破碎化的程度，并對比在大規(guī)模推進農村土地綜合整治前后的耕地破碎化程度差異，有助于觀察在城鄉(xiāng)融合發(fā)展背景下，耕地破碎化程度在政府干預下的變化。這不僅在理論上有利于完善農村土地綜合整治模式和機制，在實踐中也有利于其他城市化發(fā)展較快的平原地區(qū)分析政府干預對耕地破碎化的影響。

1 研究區(qū)概況

浙江省嘉興市位于長江三角洲杭嘉湖平原，如表1所示：嘉興市下轄2個市轄區(qū)(南湖區(qū)、秀洲區(qū))、3個縣級市(海寧市、平湖市、桐鄉(xiāng)市)、2個縣(嘉善縣、海鹽縣)。2019年嘉興市國內生產總值(GDP)為5 370.32億元，常住人口為480.00 萬人，國土面積為4 230 km2。嘉興市耕地資源基礎條件優(yōu)良，耕地質量等級全省最高，但人均耕地面積較少，耕地面積不斷減少，破碎化問題突出。2018年嘉興市耕地面積為 204 897 hm2，相較上年減少了 458 hm2，人均耕地面積為 427 m2·人?1，低于國際糧農組織公布的人均耕地面積標準533 m2·人?1。另一方面嘉興市耕地保有量任務重，后備資源接近零，永久基本農田保護率全市平均超過85%，其中平湖市和嘉善縣均超過90%。經濟增長引致的用地需求與耕地保護矛盾突出。2012年以來，嘉興市全面實施農村土地綜合整治工程發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進耕地連片建設，全市每年復墾導致耕地碎片化的零星建設用地面積約700 hm2。增加耕地的同時，零星分布的耕地圖斑明顯減少，耕地破碎度情況總體有所好轉，耕地利用效益和糧食產量穩(wěn)步提升。

表1 嘉興市區(qū)域概況Table 1 General context of Jiaxing City

2 研究方法及數據來源

2.1 數據來源與處理方法

本研究數據包括矢量數據以及統(tǒng)計數據兩大類。首先本研究收集了嘉興市2009?2018年(其中，2015年矢量數據缺失)的耕地矢量數據，為“第2次全國土地調查”及年度變更數據，提取了其中的耕地狀況數據，包括耕地面積、耕地塊數、耕地周長等信息；其次，土地利用數據以及社會經濟數據來源于《中國國土資源年鑒》《中國國土資源統(tǒng)計年鑒》《浙江省統(tǒng)計年鑒》和《嘉興市統(tǒng)計年鑒》等。

2.2 模型指標體系的構建

2.2.1 耕地破碎化指標 已有耕地破碎化的研究大多采用景觀指數描述耕地破碎化的程度[1，6，10，12 ? 13]，一方面是由于耕地作為特殊的景觀，其空間布局、分布和形態(tài)是反映其破碎化程度的具體指標。另一方面，景觀指數所包含的數據信息量大且容易獲取。參考已有研究[1，12?13]并結合嘉興市的實際情況，用以下6個指標對耕地破碎化進行描述(表2)。

表2 耕地破碎化指標體系Table 2 Index system of farmland fragmentation

2.2.2 耕地破碎化綜合指數模型構建 為進一步客觀描述 2009?2018年 (2015年除外)嘉興市的耕地破碎化情況，對耕地破碎化的各指標賦權后綜合計算嘉興市每年的耕地破碎化綜合指數。熵值法可以根據各指標的離散程度，客觀判斷各指標對總指標的貢獻度，減小人工賦權的主觀性。指標的信息量越小，離散程度越大，熵值越大，則對總指標的評價影響越大。差異性越大的指標對總指標的評價越有影響。本研究擬采用熵值法測算6個指標對破碎化評價的重要性，并據此計算6個指標的權重。最后根據6個指標的權重，加權計算嘉興市每年的耕地破碎化綜合指數。可通過SPSSAU的功能來實現，具體步驟如下。

3 結果與分析

3.1 嘉興市耕地破碎化時間變化

為從整體上分析嘉興市耕地破碎化的情況，運用平均斷點法將嘉興市的耕地破碎化綜合指數分為3級，一級為(0.60，0.67]，二級為(0.67，0.74]，三級為(0.74，0.81]。由圖1可見：整體上各縣(市、區(qū))的耕地破碎度有明顯的波動，2009?2012年呈現上升趨勢，2013?2018年逐漸下降。分別就3個時間節(jié)點的各縣(市、區(qū))耕地破碎化的分級情況來看，2009年海鹽縣和海寧市為一級，其他縣為二級；2013年海鹽縣、海寧市和嘉善縣為二級，其他均為三級；直至2018年海寧市和嘉善縣為一級，其他縣為二級。具體地，位于嘉興市中心位置的南湖區(qū)，耕地破碎化綜合指數自2009年的0.679上升至2013年0.778后逐漸下降至2018年的0.699，2009?2013年的年均增長率約3.4%，2013?2018年年均增長率約?2.6%。從耕地的數量和面積來看，南湖區(qū)的耕地面積由2009年的24 925 hm2降低至2013年的 24 404 hm2，而耕地數量則增加了 3 762塊；同時，南湖區(qū)的GDP由2009年257.56億元增長至2013年的429.94億元。究其根源，南湖區(qū)的耕地破碎化的加大是城市快速發(fā)展背后的土地需求，推動了耕地的面積減小和碎片化[14]。秀洲區(qū)2009?2013年耕地破碎化一直呈現增長的趨勢，2014年后耕地破碎化減緩。嘉善縣、海寧市和桐鄉(xiāng)市的耕地破碎化綜合指數從2009?2012年呈現波動式上漲后，2013?2018年波動下降。海鹽縣和平湖市耕地破碎化綜合指數在2013年達到最大值后逐漸減小。

3.2 嘉興市耕地破碎化空間變化

從嘉興市各縣(市、區(qū))耕地破碎化的空間差異(圖2)可以看出：嘉興市全域耕地破碎化程度呈先上升后下降的趨勢。具體來看，2009年，嘉興市耕地破碎化只有一級區(qū)和二級區(qū)，因此總體上耕地破碎化程度較輕；相對嚴重的二級區(qū)主要集中在嘉興市北部，南部的海寧市和海鹽縣在2009年耕地破碎化程度較低，為耕地破碎化一級區(qū)。2013年，嘉興市中部地區(qū)(包括桐鄉(xiāng)市、秀洲區(qū)、南湖區(qū)和平湖市)耕地破碎化程度急劇上升，由二級區(qū)變?yōu)榱巳墔^(qū)；同時南部的海寧市和海鹽縣也有所惡化，耕地破碎化程度由一級變?yōu)榱硕?。?018年，中部4個地區(qū)(桐鄉(xiāng)市、秀洲區(qū)、南湖區(qū)和平湖市)的耕地破碎化程度有所減緩，變?yōu)榱硕墔^(qū)，同時北部的嘉善縣和南部的海寧市，耕地破碎化程度也有所下降。因此，嘉興市耕地破碎化情況整體上呈現由中部向外遞減的趨勢。

圖2 嘉興市耕地破碎化時空演變示意圖Figure 2 Jiaxing’s farmland fragmentation and spatio-temporal change

3.3 嘉興市大規(guī)模推進農村土地綜合整治前后的差異研究

2009年，嘉興市中部的南湖區(qū)、桐鄉(xiāng)市和平湖市耕地破碎化程度較高，2009?2018年耕地破碎化綜合指數平均值分別為0.709、0.727、0.716；秀洲區(qū)次之，平均值為0.701；嘉善縣、海鹽縣和海寧市相對較好，平均值分別為0.683、0.678、0.654。2009?2013年，耕地破碎化程度總體加大，各縣(市、區(qū))的耕地破碎情況差異也逐漸增加，2009年各縣(市、區(qū))耕地破碎化綜合指數的變異系數為0.040，且逐漸增加，至2014年為0.057。說明隨著耕地破碎化程度的加劇，各縣(市、區(qū))的耕地破碎化情況差異逐漸顯現。主要表現為南湖區(qū)、桐鄉(xiāng)市和平湖市耕地破碎化情況更為嚴重，而相對較好的嘉善縣、海鹽縣和海寧市，耕地進一步破碎的進程較緩。不難推測，由于產業(yè)發(fā)展的路徑依賴，原本就是嘉興市二、三產業(yè)重點發(fā)展地區(qū)的南湖區(qū)、桐鄉(xiāng)市和平湖市隨著經濟的發(fā)展耕地破碎化情況不斷惡化。

2012年，嘉興市開始大規(guī)模推進農村土地綜合整治，以此為平臺和抓手，破解制約嘉興城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的障礙，提出“耕地占補平衡有良方，土地節(jié)約集約有增量，農民安居樂業(yè)有保障，城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展有希望”的發(fā)展目標，推動了嘉興市經濟社會可持續(xù)發(fā)展，為全省乃至全國樹立了耕地保護的樣板。大規(guī)模推進農村土地綜合整治與耕地破碎化程度的減輕有著密切的聯系。2013?2018年，全市耕地破碎化程度整體減緩，耕地破碎化情況嚴重的南湖區(qū)、桐鄉(xiāng)市和平湖市耕地破碎化得到了明顯改善，耕地破碎化的空間差異也逐漸減小，各縣(市、區(qū))耕地破碎化綜合指數的變異系數降低至0.041。

從時間上可以看出，嘉興市各縣(市、區(qū))耕地破碎化程度達到頂峰的時間在2009?2013年，此后，各縣(市、區(qū))的耕地破碎化情況均有所好轉。而從空間上來看，2009?2013年耕地破碎化出現從中心向周邊擴展的趨勢，臨近主城區(qū)南湖區(qū)的周邊縣(市、區(qū))耕地破碎化較嚴重，相對較遠的嘉善縣和海寧市耕地破碎化加劇的程度較輕。2013年后，耕地破碎化情況整體上出現好轉，這與大規(guī)模推進農村土地綜合整治密不可分?？梢姡笠?guī)模推進農村土地綜合整治是2013年后耕地破碎化程度整體降低的重要影響因素。

4 結論與展望

本研究根據嘉興市耕地矢量數據，運用熵值法計算嘉興市各縣(市、區(qū))耕地破碎化綜合指數后得出：①嘉興市各縣(市、區(qū))地耕地破碎化在2009?2013年整體上呈顯著上升趨勢，2013?2018年嘉興市耕地破碎化程度有所減緩，呈現下降趨勢。②空間上，嘉興市耕地破碎化呈現從中部向南北逐漸減少的趨勢，2009?2013年耕地破碎化嚴重的縣(市、區(qū))耕地破碎化綜合指數增長更快，各縣(市、區(qū))的耕地破碎化空間差異加大；2013年后耕地破碎化較嚴重的地區(qū)，耕地破碎化程度明顯降低，耕地破碎化空間差異減小。③分析嘉興市耕地破碎化變化的驅動因素可以發(fā)現，2009?2013年經濟發(fā)展帶來的建設用地占用耕地以及農民無序建房等行為是促使耕地破碎化加重的主要原因[15]，而在2013年嘉興市大規(guī)模推進農村土地綜合整治后，耕地破碎化程度有效減小。嘉興市的耕地破碎化演變對于全國的耕地保護也具有一定借鑒意義，一方面各地應警惕城市擴張、經濟發(fā)展帶來的耕地破碎等影響耕地質量的因素[16?17]，積極推進農村土地綜合整治，創(chuàng)新完善整治模式，注重耕地的連片性建設，以有效保護耕地質量，促進農業(yè)現代化發(fā)展[18]，提高耕地的連片度和耕種效率；另一方面，應創(chuàng)新完善耕地保護考核機制[19]，禁止任意占用導致的耕地破碎化[20]，將耕地的破碎化治理及耕地連片建設納入耕地保護考核目標內容，以制度促進耕地破碎化的降低[21]。