耕地“非糧化”特征識別
——以甘肅省東鄉(xiāng)族自治縣為例

胡榮明，孫 妍，史曉亮，屈旭洲

(1.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054；2.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

0 引 言

糧食安全是保障國家穩(wěn)定發(fā)展的重要因素[1]。耕地利用方式的變化直接關(guān)系到中國的糧食生產(chǎn)能力，影響國家糧食安全格局[2-6]。隨著中國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，部分地區(qū)表現(xiàn)出耕地“非糧化”的傾向。耕地“非糧化”現(xiàn)象并不僅僅與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān)，還與該區(qū)域的自然條件、經(jīng)濟(jì)因素、社會發(fā)展因素等多方面因素有關(guān)[7-9]。若“非糧化”耕地長期處于無調(diào)控發(fā)展?fàn)顟B(tài)糧食安全必然會受到影響[10-11]。因此，掌握區(qū)域“非糧化”耕地的空間特征及其轉(zhuǎn)化趨勢顯得尤為重要。

學(xué)者們對于耕地“非糧化”現(xiàn)象高度關(guān)注，在耕地“非糧化”的空間分布、驅(qū)動因素以及優(yōu)化調(diào)控等多方面展開大量研究。吳郁玲等闡明未來“非糧化”研究的重點(diǎn)方向是構(gòu)建全方位、多角度認(rèn)知框架并采取分類化管控策略[12]；陳浮等發(fā)現(xiàn)中國糧食主產(chǎn)區(qū)不同區(qū)位非糧化率差異明顯[13]；張惠中等認(rèn)為自然條件和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡性對耕地“非糧化”的空間格局有著深遠(yuǎn)的影響[14]；謝花林等發(fā)現(xiàn)耕地的細(xì)碎化發(fā)展會促進(jìn)耕地“非糧化”[15]；孟菲等發(fā)現(xiàn)勞動力非農(nóng)就業(yè)對“非糧化”具有促進(jìn)作用，良好的政策環(huán)境對“非糧化”具有抑制作用[16]。然而，大多研究均是基于統(tǒng)計年鑒等統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展指標(biāo)數(shù)據(jù)[17-19]，從空間視角對耕地特征進(jìn)行分析的研究較少，無法滿足耕地精細(xì)化管理的現(xiàn)實(shí)需要。

東鄉(xiāng)族自治縣在2020年實(shí)現(xiàn)全面脫貧前一直是受到重點(diǎn)關(guān)注的典型貧困縣。受地理位置以及自然條件的影響，當(dāng)?shù)刭Y源匱乏，群眾意識落后。針對東鄉(xiāng)族自治縣的貧困情況，國家通過引水、修路、建廠、促進(jìn)特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化等多項(xiàng)措施對當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行大力扶持，幫助東鄉(xiāng)族自治縣實(shí)現(xiàn)全面脫貧。然而，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，不可避免地會對當(dāng)?shù)氐母刭Y源造成負(fù)面影響。因此，文中以東鄉(xiāng)族自治縣為研究區(qū)，以東鄉(xiāng)族自治縣第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)(以2019年12月31日為標(biāo)準(zhǔn)時點(diǎn))為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析坡度、景觀格局、空間鄰接度、耕作距離遠(yuǎn)近以及道路通達(dá)程度等空間特征，并結(jié)合東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地特點(diǎn)，以引導(dǎo)“非糧化”耕地轉(zhuǎn)化為目的，針對不同利用形態(tài)耕地提出相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)控方案。

1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

東鄉(xiāng)族自治縣位于青藏高原與黃土高原的過渡地帶，平均海拔達(dá)到2 610 m，研究區(qū)位置如圖1所示?？h內(nèi)共計1 750條梁峁和3 083條溝壑。截止2020年末，全縣總面積約1 510 km2，共轄16個鄉(xiāng)8個鎮(zhèn)，人口約29萬。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

東鄉(xiāng)族自治縣第三次全國國土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報顯示，縣域耕地總面積達(dá)507.55 km2，占全縣國土面積36.02%。其中，水澆地50.42 km2，占9.93%；旱地457.13 km2，占90.07%。主要糧食作物有馬鈴薯、小麥和青稞等，其中，馬鈴薯的年種植面積可達(dá)200 km2以上。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

研究獲取到的原始數(shù)據(jù)有2類，分別是東鄉(xiāng)族自治縣第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)。第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)來源于東鄉(xiāng)族自治縣國土資源局，該數(shù)據(jù)是以優(yōu)于1 m分辨率的衛(wèi)星遙感影像為調(diào)查底圖，通過人工目視解譯和現(xiàn)場核實(shí)得到的國土利用狀況數(shù)據(jù)。東鄉(xiāng)族自治縣DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https：//www.gscloud.cn)，分辨率為30 m。

為了研究方便，以GB /T21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)為合并依據(jù)，將第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)中的13個一級類合并。其中，商服用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地和特殊用地合并為城鄉(xiāng)建設(shè)用地，草地和水域及水利設(shè)施用地合并為其他農(nóng)用地，工礦倉儲用地和交通運(yùn)輸用地合并為交通運(yùn)輸用地及其他建設(shè)用地，其他用地和濕地分為未利用地。合并后共有耕地、園地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地及其他建設(shè)用地、其他農(nóng)用地和未利用地共7類，將該數(shù)據(jù)作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中用到的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對東鄉(xiāng)族自治縣DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度計算和重分類，按照三調(diào)中耕地的坡度分級方法將坡度分為0°～2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°以及大于25°共5個坡度等級[18]。

2 研究方法

2.1 “非糧化”耕地提取

為了研究的全面性，結(jié)合東鄉(xiāng)族自治縣第三次全國國土調(diào)查成果，將現(xiàn)狀為耕地但并未種植糧食作物和現(xiàn)狀為非耕地但可通過自行或者人工修復(fù)恢復(fù)為耕地的兩類現(xiàn)狀用地作為“非糧化”耕地。因此，提取東鄉(xiāng)族自治縣第三次全國國土調(diào)查成果中的兩類圖斑作為“非糧化”耕地，一類是種植屬性標(biāo)記為“未耕種”、“種植非糧食作物”的耕地類圖斑；一類是種植屬性標(biāo)記為“工程恢復(fù)”、“即可恢復(fù)”的園地、林地或其他農(nóng)用地類圖斑[17]。

2.2 景觀格局分析法

景觀格局分析法能夠定量分析出斑塊之間的空間差異[20]。選取平均斑塊面積(AREA-MN)、斑塊平均最近距離(ENN-MN)、斑塊個數(shù)(NP)以及聚集度指數(shù)(AI)共4個景觀格局指數(shù)[21-24]，將提取出來的“非糧化”耕地圖斑通過ArcGIS軟件轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后，計算其景觀格局指數(shù)表征值。

2.3 空間鄰接分析法

相鄰斑塊之間的結(jié)構(gòu)和功能都存在著密切的關(guān)系[25-27]。通過對“非糧化”耕地斑塊進(jìn)行100 m緩沖區(qū)計算[18]，并將其與縣域內(nèi)全部圖斑進(jìn)行相關(guān)空間疊加操作，得到與緩沖區(qū)范圍相同的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計不同地類類型的面積和占比能夠得到“非糧化”耕地斑塊之間的空間鄰接度，從而進(jìn)一步分析出中心斑塊受到周圍斑塊的影響程度。

2.4 緩沖疊加分析法

耕地的地理位置也是影響耕地“非糧化”程度的重要因素[19]。選擇道路通達(dá)度和耕作距離2個指標(biāo)對耕地地理位置與耕地“非糧化”之間的關(guān)系進(jìn)行探究。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，以300 m和200 m為區(qū)間長度，分別構(gòu)建不同距離的農(nóng)村道路緩沖區(qū)和居民點(diǎn)緩沖區(qū)，并將其與“非糧化”耕地圖斑進(jìn)行疊加分析，分析不同耕作距離和道路通達(dá)度下“非糧化”耕地的空間特征。

3 “非糧化”耕地特征

3.1 “非糧化”地類構(gòu)成與坡度分布特征

3.1.1 “非糧化”耕地地類構(gòu)成

在經(jīng)濟(jì)效益、社會發(fā)展等多方面因素的共同作用下，中國耕地“非糧化”形勢越來越嚴(yán)峻。統(tǒng)計研究區(qū)數(shù)據(jù)(表1)可知，東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”土地面積共計155.026 km2，占全縣土地面積的10.23%?！胺羌Z化”耕地面積共計127.052 km2，占全縣土地面積的8.41%。可調(diào)整地類“非糧化”面積共計27.947，占全縣“非糧化”土地面積的18.03%。從地類構(gòu)成來看，東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地主要由旱地和水澆地構(gòu)成，其中，旱地面積共計122.774 km2，占“非糧化”耕地地類面積的96.63%，而作為高質(zhì)量耕地的水澆地占比較少，說明東鄉(xiāng)族自治縣高質(zhì)量耕地耕種率較高。“非糧化”可調(diào)整地類主要由園地、林地和其他農(nóng)用地構(gòu)成，其中，其他農(nóng)用地占可調(diào)整地類“非糧化”總面積的比重最大，為60.00%。

從空間分布來看，東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”土地中未耕種耕地總面積為125.904 km2，該類型地類分布較為廣泛，集中分布于縣域東南部的風(fēng)山鄉(xiāng)、果園鎮(zhèn)和車家灣鄉(xiāng)，如圖2所示；種植非糧作物耕地總面積較小，共計1.148 km2，主要分布在研究區(qū)西北部的河灘鎮(zhèn)、柳樹鄉(xiāng)和春臺鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；即可恢復(fù)地類的總面積為3.168 km2。主要分布在河灘鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)靠近劉家峽水庫，其自然條件有利于即可恢復(fù)地類的自行修復(fù)；工程修復(fù)地類的總面積為24.807 km2，主要集中分布在春臺鄉(xiāng)。

表1 東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”地類構(gòu)成

圖2 東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地分布Fig.2 Distribution of “non-grain” cultivated land in Dongxiang Autonomous County

3.1.2 “非糧化”耕地坡度分布特征

地形也是影響耕地“非糧化”的重要因素。選擇坡度作為探究地形地貌對耕地“非糧化”影響的重要指標(biāo)。由表2可知，東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地主要集中在大于25°的坡度區(qū)間，該區(qū)間范圍的“非糧化”耕地面積占東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地總面積的63.78%，“非糧化”占比較大。隨著坡度等級不斷變高，區(qū)間內(nèi)“非糧化”耕地面積也呈不斷增加的趨勢。由此得出，東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地集中分布在大于25°的坡度區(qū)間，東鄉(xiāng)族自治縣的“非糧化”耕地面積占比與坡度成正比。

3.2 “非糧化”耕地景觀格局與空間鄰接特征

3.2.1 “非糧化”耕地景觀格局特征

東鄉(xiāng)族自治縣不同類型耕地景觀格局指數(shù)計算結(jié)果見表3，未耕種耕地斑塊個數(shù)最多且斑塊平均面積較小，圖斑的破碎程度相對較大；種植非糧食作物的斑塊個數(shù)最少，斑塊平均面積最小，破碎程度最大。即可恢復(fù)地類的聚集度指數(shù)小于工程修復(fù)地類，斑塊間距較大，分布較為分散；工程恢復(fù)地類的聚集度指數(shù)最大，主要是由于其他農(nóng)用地面積占比最大。總體來說，與糧作耕地相比，“非糧化”耕地的圖斑破碎程度較大。

表2 東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地不同坡度分布情況

3.2.2 “非糧化”耕地空間鄰接特征

東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地的空間鄰接度計算結(jié)果見表4，未耕種、即可恢復(fù)和工程恢復(fù)這3種“非糧化”地類與耕地之間的空間鄰接度較高，說明東鄉(xiāng)族自治縣未耕種、即可恢復(fù)和工程恢復(fù)這3種“非糧化”地類調(diào)整為耕地的自然適宜性較高。而種植非糧食作物地類與未利用地的空間鄰接度最高，意味著當(dāng)種植非糧食作物地類受各方面因素影響出現(xiàn)地類變化的傾向時，向未利用地類型轉(zhuǎn)化的可能性最大。種植非糧食作物地類與城鄉(xiāng)建設(shè)用地也保持著相對較高的鄰接度，種植非糧食作物地類被建設(shè)用地占用的可能性較大。

表3 東鄉(xiāng)族自治縣不同類型耕地景觀格局指數(shù)

表4 東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地的空間鄰接度

3.3 “非糧化”耕地道路通達(dá)與耕作距離特征分析

3.3.1 “非糧化”耕地道路通達(dá)特征

結(jié)合東鄉(xiāng)族自治縣道路的分布情況，以200 m為區(qū)間長度探究東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地與道路通達(dá)程度之間的關(guān)系，結(jié)果見表5。在距離道路200 m范圍內(nèi)，未耕種耕地面積為101.073 km2，約占該類型耕地總面積的80.27%；種植非糧作物耕地面積為101.073 km2，約占該類型耕地總面積的79.70%。由此可以得出，鄰近道路的耕地更容易出現(xiàn)非糧化現(xiàn)象，農(nóng)戶依托便利的交通對耕地進(jìn)行“非糧化”改造，通過直接撂荒將勞動力轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)效益高的或種植經(jīng)濟(jì)效益高的非糧作物來提高家庭收入。道路200 m緩沖區(qū)間內(nèi)，可調(diào)整地類“非糧化”耕地和糧作耕地面積占其自身類型總面積比重較高，分別達(dá)到97.72%，71.23%和92.17%，可調(diào)整地類“非糧化”耕地的高占比與人類對于耕地的隨意占用有關(guān)。糧作耕地的高占比與糧食生產(chǎn)和運(yùn)輸過程均與道路關(guān)系密切有關(guān)。隨著距離道路的距離越來越大，道路通達(dá)程度越來越低，受交通和地形地貌的限制，各類“非糧化”耕地的面積越來越小。

3.3.2 “非糧化”耕地耕作距離特征

結(jié)合東鄉(xiāng)族人民的居住特點(diǎn)，以300 m為區(qū)間長度探究東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地與居民點(diǎn)距離之間的關(guān)系，結(jié)果見表6。居民點(diǎn)300 m緩沖范圍內(nèi)，4種“非糧化”耕地地類分布面積均占到自身類型總面積的50%以上。即東鄉(xiāng)族自治縣大部分的“非糧化”耕地地類都分布在居民點(diǎn)300 m緩沖范圍內(nèi)。居民點(diǎn)300 m緩沖范圍內(nèi)，糧作耕地面積占糧作耕地總面積的86.74%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他4種“非糧化”地類。東鄉(xiāng)族人民的居住方式具有大聚居小散居的特點(diǎn)，居住點(diǎn)較為分散，居住點(diǎn)周圍多被水澆地圍繞，因此居住點(diǎn)周圍糧作耕地占比較大。其次，居住點(diǎn)周圍一般地勢較為平坦，更利于優(yōu)質(zhì)耕地分布。隨著耕作距離的增大，影響耕地“非糧化”的人為因素相對減少，各類“非糧化”耕地的面積都逐漸減小。

表5 距道路不同距離下東鄉(xiāng)族自治縣不同類型耕地面積

表6 距居民點(diǎn)不同距離下東鄉(xiāng)族自治縣不同類型耕地面積

4 不同耕地利用類型的優(yōu)化調(diào)控

4.1 未耕種耕地

東鄉(xiāng)族自治縣未耕種耕地占據(jù)全縣“非糧化”耕地的79.20%，耕地撂荒現(xiàn)象嚴(yán)重。耕地撂荒與農(nóng)村勞動力流失和種糧利益驅(qū)動不足有關(guān)[15]。對于東鄉(xiāng)族自治縣的未耕種類型“非糧化”耕地，應(yīng)當(dāng)鼓勵農(nóng)戶種植與其相鄰耕地種植屬性相同的農(nóng)作物。同時，嘗試通過提高糧作生產(chǎn)的機(jī)械化程度、發(fā)展家庭農(nóng)場制度以及代耕代種等土地托管政策，擴(kuò)大糧食種植規(guī)模，促進(jìn)糧作生產(chǎn)機(jī)械化，提高種糧效益，促進(jìn)農(nóng)村勞動力回流。

4.2 種植非糧作物耕地

東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地類型中種植非糧食作物耕地的面積較小且集中分布在坡度較高的地區(qū)，從景觀格局指數(shù)來看，種植非糧食作物的平均斑塊面積較小，圖斑破碎程度大，無法形成規(guī)模化種植，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利益有限。因此，對于種植非糧食作物耕地，政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)胤羌Z作物屬性，合理規(guī)劃布局，將零散的種植非糧食作物耕地集中化。

4.3 即可恢復(fù)地類

即可恢復(fù)地類通過自行或者簡單的人為干預(yù)恢復(fù)為耕地地類較為容易。東鄉(xiāng)族自治縣即可恢復(fù)地類與居民點(diǎn)以及農(nóng)村道路的關(guān)系密切，絕大部分分布在第一距離區(qū)間內(nèi)，受人類活動的影響較大。因此，對于即可恢復(fù)地類應(yīng)當(dāng)盡快通過人為干預(yù)促進(jìn)其耕地屬性的恢復(fù)，防止因調(diào)整不及時導(dǎo)致其向工程恢復(fù)地類發(fā)展。

4.4 工程恢復(fù)地類

東鄉(xiāng)族自治縣的工程恢復(fù)地類在空間分布上最為集中。對于工程恢復(fù)地類，在沒有人工干預(yù)的情況下自行恢復(fù)耕地屬性的可能性較小，但過度的人工干預(yù)有可能會打破土地利用流轉(zhuǎn)的內(nèi)部變化規(guī)律。因此，工程回復(fù)地類的優(yōu)化調(diào)控在于盡可能維持其現(xiàn)狀，同時也應(yīng)當(dāng)做好該地類的流轉(zhuǎn)監(jiān)測，防止該地類擴(kuò)增或向破壞區(qū)域生態(tài)環(huán)境的方向發(fā)展。

5 結(jié) 論

1)東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地類型以旱地為主，其面積約占“非糧化”耕地地類總面積的96.63%?！胺羌Z化”可調(diào)整地類類型以其他農(nóng)用地為主，其面積約占“非糧化”可調(diào)整地類類型總面積的60.00%。

2)東鄉(xiāng)族自治縣“非糧化”耕地集中分布在大于25°的坡度區(qū)間，東鄉(xiāng)族自治縣的“非糧化”耕地面積占比與坡度成正比。

3)東鄉(xiāng)族自治縣種植非糧作物耕地空間聚集度低，且種植非糧食作物耕地被城鄉(xiāng)建設(shè)用地占用的威脅較大。

4)“非糧化”耕地的分布面積大小與耕作距離遠(yuǎn)近成反比，與道路通達(dá)程度成正比。距居民點(diǎn)和農(nóng)村道路越近，“非糧化”耕地面積占據(jù)“非糧化”耕地總面積越大。