東北地區(qū)縣域耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子及其空間分異

宋 戈, 楊皓然, 李 丹,3, 王 越

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所, 遼寧 沈陽(yáng) 110819; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030; 3.寒地黑土利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 黑龍江 哈爾濱 150030)

東北地區(qū)縣域耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子及其空間分異

宋 戈1,2, 楊皓然2, 李 丹2,3, 王 越1

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所, 遼寧 沈陽(yáng) 110819; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030; 3.寒地黑土利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 黑龍江 哈爾濱 150030)

[目的] 確定耕地利用系統(tǒng)安全變化的驅(qū)動(dòng)力空間差異，為保護(hù)耕地和保障糧食安全服務(wù)。[方法] 以東北區(qū)典型區(qū)域巴彥縣為研究區(qū)，運(yùn)用“3S”技術(shù)，采用相關(guān)分析和Logistic回歸模型，對(duì)影響耕地利用系統(tǒng)安全的驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行識(shí)別和分析；采用單因子評(píng)價(jià)法和Kriging插值法分析驅(qū)動(dòng)因子影響程度及其空間分布，揭示空間分異規(guī)律。[結(jié)果] (1) 地貌類(lèi)型、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、速效磷、排澇能力和政策法規(guī)對(duì)系統(tǒng)安全具有促進(jìn)作用，高程、比值植被指數(shù)、人口密度和水土流失對(duì)系統(tǒng)安全具有抑制作用。(2) 各驅(qū)動(dòng)力因子在空間上打破了原來(lái)的耕地利用分區(qū)，呈現(xiàn)出以地理空間為基礎(chǔ)的空間分異特征。[結(jié)論](1) 各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)研究區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全均有不同程度的影響。(2) 各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度在地域空間上有明顯的分異規(guī)律。

東北地區(qū)縣域; 耕地利用系統(tǒng); 驅(qū)動(dòng)力因子; 空間分異規(guī)律

耕地利用系統(tǒng)安全是保護(hù)耕地的基礎(chǔ)，它是由自然、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)子系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)變動(dòng)因素關(guān)系十分復(fù)雜，各種要素對(duì)耕地利用系統(tǒng)作用的結(jié)果具有很大的不確定性，直接影響耕地利用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，識(shí)別和確定影響耕地利用系統(tǒng)安全的敏感性因子，確定耕地利用安全動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力空間差異，探索在不同驅(qū)動(dòng)力因子作用下耕地利用系統(tǒng)安全狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)力因子空間分布，揭示影響耕地利用系統(tǒng)安全的驅(qū)動(dòng)力因子空間分異規(guī)律，對(duì)于調(diào)控耕地利用系統(tǒng)安全具有重要意義，對(duì)保護(hù)耕地和保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外已有的研究表明，不同驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)區(qū)域耕地利用影響機(jī)理不同[1]。地形地貌條件是影響局地人類(lèi)土地利用意識(shí)形成最直接、最關(guān)鍵的因素[2-3]；土壤條件是人類(lèi)土地利用活動(dòng)的重要自然背景和影響因素[4]；土壤養(yǎng)分的變化會(huì)引起土壤物理、化學(xué)、生物特性的變化，從而對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生重要影響[5-6]；土壤鹽漬化，水土流失，土壤重金屬污染等土地退化因素引起的生態(tài)問(wèn)題是土地利用的制約因素[7]；人口、投入程度、技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)和農(nóng)業(yè)政策等社會(huì)因素是引起耕地變化的間接驅(qū)動(dòng)因子[8-11]?？傊瑖?guó)內(nèi)外學(xué)者更多的研究主要是針對(duì)單一因子對(duì)不同區(qū)域耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量以及生態(tài)的影響機(jī)理研究比較深入，在研究方法上對(duì)于自然和生態(tài)因素主要采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS技術(shù)，試驗(yàn)分析與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素主要采用主成分分析、多元回歸分析等方法，研究尺度上以大尺度[12]居多，而以耕地利用系統(tǒng)為切入點(diǎn)，從中觀尺度，以局地黑土區(qū)為研究區(qū)域，綜合其自然、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)因素識(shí)別耕地利用系統(tǒng)安全的驅(qū)動(dòng)力因子及其空間分布研究甚少。

黑龍江省巴彥縣屬于小興安嶺余脈向松嫩平原過(guò)渡地帶，是中國(guó)著名的玉米和大豆生產(chǎn)區(qū)，此區(qū)域具有土壤肥沃，腐殖質(zhì)深厚，有機(jī)質(zhì)含量高，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好等得天獨(dú)厚的自然特點(diǎn)，成為重要的農(nóng)業(yè)土壤，是寶貴的土地資源，年均糧食商品率高達(dá)70%以上。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近10 a間耕地利用狀況發(fā)生了較大的變化，多年來(lái)掠奪性耕種嚴(yán)重破壞了黑土層，土壤養(yǎng)分流失，土層變薄，威脅著區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[13]。本文選取東北區(qū)典型區(qū)域——黑龍江省巴彥縣為研究區(qū)，從耕地利用系統(tǒng)安全角度，綜合其自然、生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素，以“3S”技術(shù)為手段，以200 m×200 m的柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用皮爾遜相關(guān)分析和Logistic回歸模型識(shí)別影響耕地利用系統(tǒng)安全的主要驅(qū)動(dòng)力因子，突破傳統(tǒng)只采取單一的主成分分析或回歸分析方法識(shí)別驅(qū)動(dòng)力因子，并運(yùn)用單一因子評(píng)價(jià)法，計(jì)算主要驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度，通過(guò)Kriging插值法對(duì)驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度進(jìn)行空間插值，進(jìn)而揭示其空間分異規(guī)律。本研究成果可為實(shí)現(xiàn)區(qū)域耕地利用系統(tǒng)安全提供科學(xué)依據(jù)，為改善耕地利用生態(tài)環(huán)境、保護(hù)耕地資源和保障糧食安全提供重要參考，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域耕地的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 耕地利用系統(tǒng)及其安全的內(nèi)涵

耕地利用系統(tǒng)是指人類(lèi)活動(dòng)所利用的耕地表層及以上和以下所有要素的相互關(guān)聯(lián)和相互制約形成的具有特定功能的有機(jī)結(jié)合體，它是由地形、地貌、氣候、水文、植被、土壤、水土流失、土壤污染等自然生態(tài)要素以及人口、投入、區(qū)位條件、耕作方式、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)政策等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素組成，構(gòu)成耕地利用系統(tǒng)的各個(gè)因子錯(cuò)綜復(fù)雜、相互聯(lián)系、共同作用且高度動(dòng)態(tài)。耕地利用系統(tǒng)安全是指上述各影響因子在物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中熵值達(dá)到平衡時(shí)耕地利用系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，即系統(tǒng)在各驅(qū)動(dòng)力因子相互作用和不斷運(yùn)動(dòng)中達(dá)到保持耕地?cái)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定，耕地質(zhì)量的相對(duì)良好和耕地生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展，實(shí)現(xiàn)耕地資源的持續(xù)有效供給，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等對(duì)耕地資源不斷增長(zhǎng)需求的狀態(tài)和能力。耕地利用系統(tǒng)安全受系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動(dòng)力因子共同作用，在不同時(shí)間尺度和空間尺度上表現(xiàn)并不相同[14-16]。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

2.1 研究區(qū)概況

巴彥縣位于黑龍江省中南部，是黑龍江省糧食主產(chǎn)區(qū)和國(guó)家重要糧食生產(chǎn)基地。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°45′53″—127°42′16″，北緯45°54′28″—46°40′18″，氣候類(lèi)型為中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。巴彥縣轄10鎮(zhèn)，8鄉(xiāng)，116個(gè)行政村。2009年，巴彥縣總?cè)丝跒?0.65萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口59.01萬(wàn)人，土地面積3.14×105hm2，耕地占土地總面積的72.35%?？h內(nèi)土壤類(lèi)型有黑土、草甸土、白漿土和暗棕壤等9大土類(lèi)，續(xù)分19個(gè)亞類(lèi)，33個(gè)土屬和54個(gè)土種，以黑土和草甸土居多。耕地分布集中，有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)和土地規(guī)模經(jīng)營(yíng)。研究區(qū)地勢(shì)東高西低、北崗南平、中部多丘陵，地理形狀為北寬南窄的楔形。結(jié)合巴彥縣的耕地利用現(xiàn)狀特點(diǎn)，本文將巴彥縣的地貌類(lèi)型劃分為低海拔丘陵山坡地、低海拔丘陵坡崗地、緩坡漫崗平地、松花江階地、河谷灘地、溝谷灘地6種，并按照“地理位置+地貌特征+地形坡度”且不打破鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政界線的原則將研究區(qū)分為5個(gè)耕地資源利用區(qū)(附圖11)，Ⅰ區(qū)：西北部平原耕地區(qū)，轄紅光鄉(xiāng)和萬(wàn)發(fā)鎮(zhèn)；Ⅱ區(qū)：中部漫崗平原緩坡耕地區(qū)，轄山后鄉(xiāng)、天增鎮(zhèn)、德祥鄉(xiāng)、興隆鎮(zhèn)、豐樂(lè)鄉(xiāng)、龍廟鎮(zhèn)和華山鄉(xiāng)；Ⅲ區(qū)：東部低山丘陵坡耕地區(qū)，轄黑山鎮(zhèn)、洼興鎮(zhèn)、鎮(zhèn)東鄉(xiāng)和龍泉鎮(zhèn)；Ⅳ區(qū)：南部平原耕地區(qū)，轄西集鎮(zhèn)、巴彥鎮(zhèn)和巴彥港鎮(zhèn)；Ⅴ區(qū)：南部沖積平原耕地區(qū)，轄松花江鄉(xiāng)和富江鄉(xiāng)。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

運(yùn)用研究區(qū)1991年和2009年SPOT 5遙感解譯數(shù)據(jù)，建立巴彥縣ArcGIS土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)等高線和高程點(diǎn)建立不規(guī)則的三角網(wǎng)(TIN)，再通過(guò)線性和雙線性內(nèi)插生成DEM，獲取坡度和坡向數(shù)據(jù)，利用ArcGIS空間分析功能，生成高程圖和坡度圖專(zhuān)題圖。利用ENV14.7軟件，經(jīng)計(jì)算，獲取歸一化植被指數(shù)(NDVI)、比值植被指數(shù)(RVI)和差值植被指數(shù)(DVI)。結(jié)合巴彥縣土壤類(lèi)型圖與地形地貌圖，以評(píng)價(jià)單元圖為底圖，運(yùn)用GPS對(duì)2009年實(shí)地樣點(diǎn)進(jìn)行空間定位，在研究區(qū)耕地上布設(shè)點(diǎn)間距為2 000 m的采樣點(diǎn)661個(gè)，每個(gè)樣點(diǎn)均按采樣要求在直徑100 m范圍內(nèi)選擇3～5個(gè)點(diǎn)，記錄樣點(diǎn)實(shí)際經(jīng)緯度、灌溉條件及農(nóng)田設(shè)施等情況，采集深度為1.00—1.20 m，劃分層次，通過(guò)觀察、記載耕作層土壤剖面情況，按照四分法取樣，記錄樣點(diǎn)土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、黑土層厚度、地形地貌情況；通過(guò)土壤樣品測(cè)試分析得到有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、pH值以及土壤污染元素(汞、鉻、鉛、銅、鋅、鎘、砷、鎳)等的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計(jì)算土壤重金屬元素的綜合污染指數(shù)。運(yùn)用ArcGIS 9.3，結(jié)合水土流失方程(USLE)，獲取研究區(qū)水土流失量。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于巴彥年鑒、巴彥縣土壤志和巴彥縣經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒(2010)，耕地相關(guān)行政法規(guī)文件、條例(1991—2010年)等，采用虛擬變量回歸分析法，獲取1991—2010年土地相關(guān)政策法規(guī)對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的響應(yīng)結(jié)果，并賦值到661個(gè)耕地采樣點(diǎn)上。運(yùn)用ArcGIS將影響耕地利用系統(tǒng)安全的各指標(biāo)數(shù)據(jù)匹配到661個(gè)耕地采樣點(diǎn)上，再利用Kriging空間插值法獲得其分辨率為200 m×200 m的柵格數(shù)據(jù)，確保各圖層?xùn)鸥褚灰粚?duì)應(yīng)。

2.3 研究方法

本文利用研究區(qū)200 m×200 m柵格數(shù)據(jù)，運(yùn)用皮爾遜相關(guān)分析法篩選出對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全影響較大的因子，通過(guò)建立Logistic回歸模型識(shí)別耕地利用系統(tǒng)安全主要驅(qū)動(dòng)力因子，運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法計(jì)算驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度，通過(guò)Ordinary Kriging對(duì)驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度進(jìn)行空間插值，進(jìn)而揭示驅(qū)動(dòng)力因子的空間分異規(guī)律。

3 研究區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子識(shí)別

3.1 影響因子選取

結(jié)合研究區(qū)耕地資源特點(diǎn)，按照普適性與地域性、實(shí)用性與系統(tǒng)優(yōu)化、非相容性與可比性原則，運(yùn)用皮爾遜相關(guān)分析法(顯著性水平取0.01)從自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)篩選出26個(gè)對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全影響較大的影響因子(表1)。

3.2 驅(qū)動(dòng)力因子識(shí)別與影響強(qiáng)度分析

本文利用Logistic回歸模型識(shí)別耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子及進(jìn)行影響強(qiáng)度分析[17]。

(1)

式中：Pi——空間上每個(gè)柵格單元可能成為耕地i的概率； X——各驅(qū)動(dòng)力因子； β——各驅(qū)動(dòng)力因子的回歸系數(shù)。

將篩選出的26個(gè)影響因子在2009年的數(shù)據(jù)代入Logistic完全回歸模型，取顯著性水平為0.05，通過(guò)多次回歸，剔除不顯著因子，通過(guò)Wald值檢驗(yàn)，識(shí)別出影響耕地利用系統(tǒng)安全的主要驅(qū)動(dòng)力因子有10個(gè)，分別是：地貌類(lèi)型(X1)、高程(X2)、土壤類(lèi)型(X4)、土壤質(zhì)地(X5)、速效磷(X9)、人口密度(X13)、排澇能力(X18)、政策法規(guī)(X20)、比值植被指數(shù)(X23)、水土流失(X24)，這10個(gè)因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的貢獻(xiàn)極大，是最主要的驅(qū)動(dòng)力因子(表2)。Logistic回歸模型的ROC值為0.807。

各驅(qū)動(dòng)力因子β系數(shù)絕對(duì)值大小反映了驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響強(qiáng)度，絕對(duì)值越大影響強(qiáng)度越大。

由表2可知，各驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的作用強(qiáng)度依次為：土壤類(lèi)型(X4)>地貌類(lèi)型(X1)>土壤質(zhì)地(X5)>水土流失(X24)>政策法規(guī)(X20)>比值植被指數(shù)(X23)>排澇能力(X18)>速效磷(X9)>人口密度(X13)>高程(X2)。

各驅(qū)動(dòng)力因子β系數(shù)正負(fù)值反映了驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的作用方向，其中地貌類(lèi)型、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、速效磷、排澇能力和政策法規(guī)β系數(shù)為正值，對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全具有促進(jìn)的作用；高程、比值植被指數(shù)、人口密度和水土流失β系數(shù)為負(fù)值，對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全具有抑制作用。

在1991—2009年近20a間，研究區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全是自然因素和人文因素的共同作用的結(jié)果，但土壤類(lèi)型、地貌類(lèi)型、土壤質(zhì)地、水土流失等自然生態(tài)因子的影響較大，為主要驅(qū)動(dòng)力。

表1 研究區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全影響因子

表2 Logistic回歸結(jié)果

4 研究區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子空間分異

4.1 驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度

為研究驅(qū)動(dòng)力因子的空間分布及分異規(guī)律，本文采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一的各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度。該方法的原理是通過(guò)將各因子的指標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，得出各因子對(duì)目標(biāo)的影響程度見(jiàn)公式(2)。

(2)

式中：Pi——第i種驅(qū)動(dòng)力因子的單因子指數(shù)；Ci——第i種驅(qū)動(dòng)力因子的實(shí)際值；C1，C2,…,Cn——評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅰ，Ⅱ,…,n級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程，對(duì)于不能采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)界定的，采用專(zhuān)家確定法，還有一些指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)采取一系列的數(shù)學(xué)處理方法來(lái)確定。根據(jù)以上方法計(jì)算出661個(gè)采樣點(diǎn)的各驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度。

4.2 驅(qū)動(dòng)力因子空間分異規(guī)律

上述樣本數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，可以采用Kriging插值法對(duì)驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度進(jìn)行空間插值，利用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)變異函數(shù)模型，估測(cè)研究區(qū)域內(nèi)其余樣點(diǎn)的數(shù)值，用球狀模型擬合變異函數(shù)曲線圖，得出研究區(qū)2009年驅(qū)動(dòng)力因子影響程度空間分布(圖1)，圖中顏色越淺，影響程度越大。

圖1 巴彥縣2009年耕地利用系統(tǒng)安全驅(qū)動(dòng)力因子影響程度空間分異

各驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度在地域空間上存在明顯的分異規(guī)律。受土壤類(lèi)型(圖1a)影響較大的區(qū)域?yàn)槲鞅辈科皆貐^(qū)和南部平原耕地區(qū)，并以紅光鄉(xiāng)和巴彥鎮(zhèn)為中心形成2個(gè)高值島，這一區(qū)域的土壤類(lèi)型主要為黑土，影響較小的區(qū)域?yàn)闁|部低山丘陵坡耕地區(qū)和中部漫崗平原緩坡耕地區(qū)的華山鄉(xiāng)，這一區(qū)域的主要土壤類(lèi)型為暗棕壤和白漿土，土壤類(lèi)型影響程度總體呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸減弱的分布規(guī)律；受地貌類(lèi)型影響較大的區(qū)域?yàn)槲鞅辈科皆貐^(qū)、中部漫崗平原緩坡耕地區(qū)和東部低山丘陵坡耕地區(qū)，這一地區(qū)的主要地貌類(lèi)型為緩坡漫崗平地、低海拔丘陵坡崗地，影響較小的區(qū)域?yàn)槟喜繘_積平原耕地區(qū)，其中富江鄉(xiāng)影響最小，這一區(qū)域的主要地貌類(lèi)型為河谷灘地，地貌類(lèi)型影響程度總體呈現(xiàn)出由北向南逐漸減弱的分布規(guī)律；土壤質(zhì)地影響較大的區(qū)域?yàn)榉种胁柯徠皆徠赂貐^(qū)的南部和東部低山丘陵坡耕地區(qū)，以龍廟鎮(zhèn)和洼興鎮(zhèn)為中心向四周擴(kuò)散，影響程度逐漸減弱，這一地區(qū)的主要土壤質(zhì)地為輕壤土和中壤土，影響較小的區(qū)域?yàn)橹胁柯徠皆徠赂貐^(qū)的北部、南部平原耕地區(qū)和南部沖積平原耕地區(qū)，其中巴彥鎮(zhèn)和松花江鄉(xiāng)影響程度最小，主要土壤質(zhì)地為重壤土和輕黏土，土壤質(zhì)地總體呈現(xiàn)出中部高，南北低的空間分異規(guī)律；水土流失(圖1b)影響較大的區(qū)域?yàn)橹胁柯徠皆徠赂貐^(qū)和東部低山丘陵坡耕地區(qū)的黑山鎮(zhèn)，以黑山鎮(zhèn)最高，影響較小的區(qū)域?yàn)槲鞅辈科皆貐^(qū)、南部平原耕地區(qū)和南部沖積平原耕地區(qū)，巴彥鎮(zhèn)和富江鄉(xiāng)影響最小，總體

上呈現(xiàn)出中部和東北部高，西北部和南部低的空間分異規(guī)律；政策法規(guī)集中對(duì)西北部和東南部的紅光鄉(xiāng)、巴彥港鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、天增鎮(zhèn)影響較大，對(duì)巴彥鎮(zhèn)影響最小，其余地域影響程度相差不大，呈現(xiàn)出對(duì)局部地域影響較大的局地空間分布特征，這是由于政策法規(guī)在量化的過(guò)程中考慮了農(nóng)作物總產(chǎn)量，而紅光鄉(xiāng)、巴彥港鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、天增鎮(zhèn)的農(nóng)作物總產(chǎn)量比較大，因此對(duì)政策法規(guī)的影響較大；比值植被指數(shù)對(duì)5個(gè)分區(qū)均有不同程度的影響，在空間上呈現(xiàn)出分散不規(guī)則的特點(diǎn)(圖1c)；排澇能力影響較大的區(qū)域?yàn)槲鞅辈科皆貐^(qū)、南部平原耕地區(qū)和南部沖積平原耕地區(qū)，影響較小的區(qū)域?yàn)橹胁柯徠皆徠赂貐^(qū)，總體呈現(xiàn)出西北部和南部高，中部和東北部低的空間分異規(guī)律；速效磷影響較大的區(qū)域?yàn)橹胁柯徠皆徠赂貐^(qū)北部的山后鄉(xiāng)、東部低山丘陵坡耕地區(qū)的黑山鎮(zhèn)以及南部沖積平原耕地區(qū)的富江鄉(xiāng)，總體上呈現(xiàn)出中部低，南北高的空間分異規(guī)律；人口密度以南部平原耕地區(qū)的巴彥鎮(zhèn)和中部漫崗平原緩坡耕地區(qū)的興隆鎮(zhèn)影響最大，東部低山丘陵坡耕地區(qū)的黑山鎮(zhèn)影響最小，其余地域影響程度相近；高程集中影響中部漫崗平原緩坡耕地區(qū)的山后鄉(xiāng)、天增鎮(zhèn)、德祥鄉(xiāng)和東部低山丘陵坡耕地區(qū)的黑山鎮(zhèn)，在空間上呈現(xiàn)出由東北向西、南逐漸減弱的分異規(guī)律(圖1d)。

綜上分析可以看出，各驅(qū)動(dòng)力因子的影響程度在地域空間上呈現(xiàn)出各不相同的空間分布特征，且打破了原來(lái)的耕地利用分區(qū)，呈現(xiàn)出以地理空間為基礎(chǔ)的空間分異規(guī)律。

5 結(jié)論與討論

(1) 耕地利用系統(tǒng)安全同時(shí)受自然因子和人文因子共同作用，且影響強(qiáng)度大小存在明顯差異，影響耕地利用系統(tǒng)安全的26個(gè)因子中有10個(gè)最為敏感的驅(qū)動(dòng)力因子，分別為土壤類(lèi)型、地貌類(lèi)型、土壤質(zhì)地、水土流失、政策法規(guī)、比值植被指數(shù)、排澇能力、速效磷、人口密度、高程，影響強(qiáng)度依次減弱，其中地貌類(lèi)型、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、速效磷、排澇能力和政策法規(guī)對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全具有促進(jìn)的作用，高程、比值植被指數(shù)和水土流失對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全具有抑制作用。驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響與行政區(qū)劃無(wú)關(guān)，主要受土壤類(lèi)型、地貌類(lèi)型、土壤質(zhì)地、水土流失等自然生態(tài)因子影響，其中，研究區(qū)水土流失、土壤退化等生態(tài)問(wèn)題是人類(lèi)長(zhǎng)期從事生產(chǎn)和生活活動(dòng)的響應(yīng)，人文因素對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響同樣不可忽視。

(2) 各驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度在地域空間上各自存在明顯的分布特征，并且在空間上打破了原來(lái)的耕地利用分區(qū)，呈現(xiàn)出以地理空間為基礎(chǔ)的空間分異規(guī)律。其中，土壤類(lèi)型為由西南向東北逐漸減弱；地貌類(lèi)型為由北向南逐漸減弱；土壤質(zhì)地為中部高，南北低的空間分異規(guī)律；水土流失為中部和東北部高、西北部和南部低；政策法規(guī)對(duì)西北部和東南部作物產(chǎn)量大的地區(qū)影響較大；比值植被指數(shù)對(duì)各區(qū)均有不同程度的影響，在空間上呈現(xiàn)出分散不規(guī)則的特點(diǎn)；排澇能力為西北部和南部高、中部和東北部低；速效磷為中部低，南北高；人口密度僅對(duì)巴彥鎮(zhèn)和興隆鎮(zhèn)影響最大，黑山鎮(zhèn)影響最小，其余地域影響程度相近；高程呈現(xiàn)出由東北向西、南逐漸減弱的特點(diǎn)。

本文運(yùn)用Logistic回歸模型成功地提取了反映耕地利用系統(tǒng)安全的驅(qū)動(dòng)力因子，采用單因子評(píng)價(jià)法確定了驅(qū)動(dòng)力因子影響程度，利用Kriging空間插值法將驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響準(zhǔn)確地量化到空間上。在研究方法上，本文突破了傳統(tǒng)指標(biāo)體系建立的研究模式，避免了研究帶有主觀性的弊端，研究得出的結(jié)論與實(shí)際基本相符，說(shuō)明本文的研究方法具有科學(xué)性，研究成果對(duì)改善縣域耕地生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)縣域耕地持續(xù)利用和保障糧食安全具有重要的理論意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。但是，耕地利用系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，影響耕地利用系統(tǒng)安全的因子既有單一作用，又有相互作用，本研究是在假定其他因子不變的前提下，研究單一因子對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全的影響程度和空間分異規(guī)律，因子相互間協(xié)同作用對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全影響的空間分布規(guī)律將是下一步研究的重點(diǎn)。另外，一些難以量化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(如耕作方式、種植習(xí)慣等)對(duì)耕地利用系統(tǒng)安全也有重要的影響，仍然也需要考慮。

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Driving Factors and Its Spatial Variation of Cultivated Land Use System Security for Black Soil Region of County Level in Northeast China

SONG Ge1,2, YANG Haoran2, LI Dan2,3, WANG Yue1

(1.InstituteofLandManagement,NortheastUniversity,Shenyang,Liaoning110819,China;2.CollegeofResourcesandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China;3.UtilizationandProtectionofBlackSoilinColdRegionLaboratory,Harbin,Heilongjiang150030,China)

[Objective] We aimed to identify the driving factors that influence the cultivated land use system security in order to provide basis for the protection of cultivated land and guarantee of food security. [Methods] Bayan County, a typical black soil region of Northeastern China was selected as a case study to identify the driving factors that influence the security of cultivated land use system. “3S” technology was used, correlation analysis and Logistic regression model were employed. Single factor evaluation and Kriging methods was used to reveal the influence degree and spatial distribution of driving forces. [Results] (1) The landform type, soil type, soil texture, available phosphorus, drainage capability and safety policies and regulations showed a positive effect on cultivated land use system security. While elevation, the ratio vegetation index, water loss, population density and soil erosion showed a negative effect on cultivated land use system security. (2) The driving factors broke the original land use pattern, and presented a spatial distribution properties based on the geographic space. [Conclusion] (1) Each driving factor has different effects on the cultivated land use system security in the study area. (2) The impacts of driving factors on the cultivated land use system security show different spatial distribution and various patterns.

county level area in Northeast China; cultivated land use system; driving factors; spatial distribution and variation pattern

2014-07-24

2014-08-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“松嫩高原平原土地利用格局變化的時(shí)空分異及其優(yōu)化模式研究”(41571165)，“松嫩高平原黑土區(qū)耕地利用系統(tǒng)安全及其調(diào)控機(jī)制研究：以巴彥縣為例”(41071346); 黑龍江省高校寒地黑土利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放資助項(xiàng)目(ht2012-04); 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi) (N130714001)

宋戈(1969—),女(漢族),黑龍江省慶安縣人,博士,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)橥恋乩谩?E-mail:songgelaoshi@163.com。

A

1000-288X(2015)05-0351-06

F301.2