雄安新區(qū)耕地質(zhì)量空間分布特征與建設(shè)占用推薦分區(qū)

高 星，陳 景，劉 蕾，韓 芳，聶承靜，劉丹寧

（1. 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)公共管理學(xué)院，石家莊 050061；2. 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)社會管理德治與法治協(xié)同創(chuàng)新中心，石家莊 050061；3. 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)土地資源利用與評價研究所，石家莊 050061；4. 河北省第三測繪院，石家莊 050031）

0 引 言

耕地質(zhì)量是國家糧食安全的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前中國的耕地保護(hù)已由單純的數(shù)量控制逐步向數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)并重轉(zhuǎn)變。盡管在新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，已由傳統(tǒng)粗放擴(kuò)張型向集約內(nèi)涵轉(zhuǎn)型，但仍不可避免地要占用一些土地，特別是國家重點戰(zhàn)略的落地。2017年4月1日，河北雄安新區(qū)設(shè)立。雄安新區(qū)近期起步區(qū)和中長期的全面建設(shè)和發(fā)展需要占用大量土地，不可避免將占用部分耕地。同時，新區(qū)為打造優(yōu)美生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)藍(lán)綠交織、清新明亮、水城共融的生態(tài)城目標(biāo)，進(jìn)行新型土地綜合整治，具有迫切需求。因此，準(zhǔn)確把握新區(qū)耕地質(zhì)量的現(xiàn)狀空間分布特征和耕地等別差異，對于合理引導(dǎo)新區(qū)城市發(fā)展和經(jīng)濟(jì)布局，并在土地利用與城市建設(shè)中制定差別化政策，促進(jìn)新區(qū)土地資源合理利用和土地綜合整治具有重要意義。

目前，國內(nèi)學(xué)者基于農(nóng)用地分等成果的研究主要集中在耕地質(zhì)量評價[1-3]、耕地現(xiàn)狀分析與提升[4-5]、耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警研究[6-9]、耕地質(zhì)量變化研究[10-12]等方面，涵蓋了全國[13-14]、區(qū)域[15-18]、省級[19-20]、縣級[21-22]等尺度，并在城市建設(shè)、土地利用規(guī)劃、土地整治等方面取得了一定成果，促進(jìn)了耕地資源的質(zhì)量保護(hù)與提升[23-27]。由于雄安新區(qū)剛剛成立，尚缺乏針對全域的耕地質(zhì)量研究成果[28]，因此本文利用雄安 3縣耕地質(zhì)量等級補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)，研究新區(qū)耕地質(zhì)量空間分布特征，為相關(guān)規(guī)劃制定提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

雄安新區(qū)地處北京、天津、保定腹地，規(guī)劃范圍涉及河北省雄縣、容城、安新 3縣及周邊部分區(qū)域。新區(qū)地處冀中平原，地跨 115°38′8″～116o19′42″E，38o43′44″～39o10′14″N，北鄰定興縣、高碑店市、廊坊市固安縣，南達(dá)高陽縣、衡水市任丘市，東鄰廊坊市文安縣與霸州市、西接清苑區(qū)、徐水區(qū)。新區(qū)北部、西北部地勢稍高，南部、東南部地勢較低，地形開闊，海拔5～20 m，土層深厚。新區(qū)地處中緯度地帶，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明，年均氣溫11.7 ℃，年平均降雨量551.5 mm，無霜期185d左右。新區(qū)土地總面積為155 218.9 hm2，2016年土地利用現(xiàn)狀為：耕地88 894.63 hm2，園地2 356.60 hm2，林地3 245.93 hm2，其他農(nóng)用地2 479.41 hm2，城鄉(xiāng)建設(shè)用地25 076.57 hm2，交通水利用地3 725.36 hm2，其他建設(shè)用地1 041.69 hm2，其他土地28 763.31 hm2。新區(qū)共轄29個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口合計112.7萬人，GDP約為215億元。

新區(qū)屬于全國標(biāo)準(zhǔn)耕作制度分區(qū)中黃淮海區(qū)一級區(qū)，雄縣和安新縣冀魯豫低洼平原區(qū)二級區(qū)，容城屬于燕山太行山山前平原區(qū)二級區(qū)，3縣標(biāo)準(zhǔn)耕作制度均為一年二熟，復(fù)種類型為小麥－玉米、小麥/棉花稻，基準(zhǔn)作物為小麥，指定作物為小麥、玉米、棉花3種。3縣共有分等單元1 169 5個，耕地面積為88 894.63 hm2。

圖1 雄安新區(qū)地理空間位置Fig.1 Regional location of Xiongan New Area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的數(shù)據(jù)包括2016年雄縣、容城縣、安新縣的耕地質(zhì)量等級補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)與土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、1∶10000行政區(qū)劃圖，河北省數(shù)字高程模型（DEM）和2016年雄縣、容城縣、安新縣統(tǒng)計年鑒。

2 研究方法

本文以雄安新區(qū)耕地為研究對象，考慮到耕地利用等具有全國可比性，體現(xiàn)耕地質(zhì)量實際狀況，選擇以耕地利用等作為區(qū)域評價基礎(chǔ)，開展耕地質(zhì)量空間分布特征分析。具體方法如下：首先，運(yùn)用耕地質(zhì)量等別面積加權(quán)平均法，計算新區(qū)耕地質(zhì)量的平均等，分析 3縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均水平；其次，采用耕地質(zhì)量等別均值二分法，計算新區(qū)所有耕地圖斑的質(zhì)量等別與平均等的離差，繼而采用等間距分級，得出耕地質(zhì)量等別的空間分異規(guī)律；最后，采用耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)分析方法，得到新區(qū)耕地質(zhì)量空間聚集情況。

2.1 面積加權(quán)平均法

本文采用面積加權(quán)平均法計算雄安新區(qū)的平均利用等，用以分析新區(qū)的耕地質(zhì)量總體狀況，并為后續(xù)測算等別離差奠定基礎(chǔ)。計算公式為

2.2 等別均值二分法

耕地質(zhì)量等別均值二分法即計算各個分等單元與平均等別之間的離差，結(jié)果數(shù)值小于 0的代表該分等單元耕地質(zhì)量大于平均質(zhì)量等別，大于 0代表該分等單元耕地質(zhì)量小于平均質(zhì)量。計算公式為

式中dH 為耕地質(zhì)量等別離差；ih為第i個分等單元的耕地質(zhì)量等別。

2.3 局部空間自相關(guān)分析法

空間自相關(guān)分析是基于要素位置和要素值來度量空間的相關(guān)性最常用的地統(tǒng)計學(xué)方法之一，常用的模型有Moran’s I、Geary’s C、Join cont等[29]。以衡量耕地質(zhì)量空間分布特征為目的，為揭示耕地質(zhì)量在空間上的聚集性或離散型特征，本文利用 Geoda軟件，選取 Local Moran’s I為統(tǒng)計量進(jìn)行新區(qū)耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)分析，以反映相鄰分等單元之間空間變量的相關(guān)程度，便于進(jìn)一步研究耕地質(zhì)量空間分布規(guī)律。其表達(dá)式為

式中 Ii為要素 i的局部 Moran指數(shù)；hi、hj為第 i和第 j個分等單元耕地質(zhì)量等別； Wij為i和j之間的空間權(quán)重；n為3縣分等單元總個數(shù)；S2為耕地等別值方差。

Moran指數(shù)取值在-1～1之間，I越大，表明要素的空間結(jié)構(gòu)性越顯著。I等于0時，表示研究變量不存在空間自相關(guān)性，I>0表示變量在空間上呈現(xiàn)正相關(guān)，存在空間聚集；反之表示研究變量在空間上呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，存在空間孤立；本文利用局部空間自相關(guān)指數(shù)將耕地質(zhì)量空間分布劃分為 5種類型：HH型（高-高）、LL型（低-低）、HL型（高-低）、LH（低-高）型和NS（非顯著）型。正相關(guān)類型包括HH型和LL型，分別代表低等別耕地聚集和高等別耕地聚集（農(nóng)用地分類中，國家等的等別數(shù)值越低代表耕地質(zhì)量最高，反之代表質(zhì)量越低）；負(fù)相關(guān)類型包括HL和LH型，HL型表示低等別耕地被高等別耕地包圍，LH型表示高等別耕地地被低等別耕地包圍；NS型為非顯著型，表示耕地質(zhì)量未呈現(xiàn)出明顯聚集性規(guī)律。

空間權(quán)重是進(jìn)行空間自相關(guān)分析的前提和基礎(chǔ)[30]?；趯π郯残聟^(qū)的耕地分等單元鄰接性的分析發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)耕地圖斑分布較為均勻，且有相鄰圖斑的地塊占大多數(shù)，判斷采用鄰接原則構(gòu)建空間矩陣較為合理。空間鄰接原則分Rook鄰接原則（公共邊和公共點鄰接）和Queen鄰接原則（公共邊鄰接），對比基于Rook、Queen鄰接原則構(gòu)建的一階空間鄰接矩陣的鄰接性頻率直方圖，Queen鄰接原則的鄰接權(quán)重頻率更符合正態(tài)分布，因此選擇Queen鄰接原則構(gòu)建空間權(quán)重W矩陣。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地質(zhì)量平均等別分析

根據(jù)全國耕地質(zhì)量等級調(diào)查與評定成果，從高到低將全國耕地劃分為優(yōu)等(1～4等)、高等(5～8等)、中等(9～12等)和低等(13～15等)4個類型[12]。根據(jù)雄縣、容城縣、安新縣的耕地質(zhì)量等級補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)統(tǒng)計（見表1），雄安新區(qū)耕地以中等地為主，其中高等地20 895.92 hm2，占全區(qū)耕地面積的23.51%，中等地66 638.56 hm2，占全區(qū)耕地面積的74.96%，低等地1 359.49 hm2，占全區(qū)耕地面積的1.53%。

表1 雄安新區(qū)耕地質(zhì)量等別構(gòu)成Table 1 Cultivated land quality of Xiongan New Area

依據(jù)面積加權(quán)平均法計算雄安新區(qū)耕地質(zhì)量平均等別為9.42等，較河北省耕地質(zhì)量平均利用等為10.82等約高1.4個等。其中，雄縣、安新縣、容城縣耕地質(zhì)量平均等別為分別為 9.31、9.17、10等。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量平均等別在 8.04~12等之間（其中圈頭鄉(xiāng)無耕地），其中15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地大于新區(qū)平均等別。

3.2 耕地質(zhì)量等別離差分析

采用均值二分法計算新區(qū)各分等單元與平均等別之間的離差，繼而采用等間距分級，其結(jié)果見圖2。

圖2 雄安新區(qū)耕地質(zhì)量等別離差Fig.2 Deviation value of cultivated land quality gradation of Xiongan New Area

雄安新區(qū)耕地質(zhì)量等別離差值域范圍在–3.42～4.58之間。質(zhì)量離差計算結(jié)果顯示，低于平均等別 2等的耕地面積為2 462.24 hm2，占總面積的2.77%；高于平均等別2～4等的耕地面積為5 912.16，占總面積的6.65%；高于低于平均等別4等的耕地面積為545.34 hm2，占總面積的0.61%；近90%的耕地等別離差范圍在±2等之內(nèi)，面積為79974.89 hm2。

總體上而言，質(zhì)量離散程度較低耕地主要分布在新區(qū)北部和東部，離散程度較高的耕地主要分布在新區(qū)中部和南部。

3.3 局部空間自相關(guān)分析

雄安新區(qū)耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)指數(shù)為0.756 8，表明在空間分布上具有較強(qiáng)的正相關(guān)性，如表 3所示。屬于正相關(guān)類型HH與LL型耕地面積分別為19 458.06 hm2與22 457.11 hm2，共占耕地總面積的52.45%；屬于負(fù)相關(guān)類型的LH和HL型的耕地面積分別為1 468.23 hm2和645.13 hm2，兩者共占2.44%；NS型耕地面積為44 866.1 hm2，占耕地總面積的45.1%。因此正相關(guān)類型占主導(dǎo)地位，耕地質(zhì)量局部空間分布情況見圖3。

從空間分布上來看，LL型耕地大多分布在新區(qū)東北部和西南部，局部區(qū)域之間空間正相關(guān)性強(qiáng)烈，整體空間連通性和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件較好、耕作限制因素少、耕地質(zhì)量普遍較高，大體上分布在新蓋房溢洪區(qū)東北部及唐河新道兩岸，集中了區(qū)內(nèi)大部分高于平均等的耕地。HH型耕地分布較為分散，整體空間連通性和灌溉條件較差、土壤鹽漬化程度較高、耕地質(zhì)量普遍較低，空間覆蓋范圍相對來說不如LL型集中，主要分布在新區(qū)的西北部、東部及南部的部分區(qū)域。LH型及HL型耕地分布無集中趨勢，通常與HH型和HL型相鄰，分別主要分布在新區(qū)中部和西南部。綜上，通過采用局部空間自相關(guān)分析法對新區(qū)耕地質(zhì)量空間分布進(jìn)行分析，得出的結(jié)果與實際情況相符，表明該方法適用。

表3 雄安新區(qū)耕地質(zhì)量等別局部空間自相關(guān)類型Table 3 Local indices of spatial autocorrelation types of cultivated land qualitygradation in Xiongan New Area

圖3 雄安新區(qū)耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)聚集圖Fig.3 Local indices of spatial autocorrelation of cultivated land quality gradation in Xiongan New Area

4 建設(shè)占用耕地區(qū)域劃定與合理性評價

4.1 建設(shè)占用耕地區(qū)域劃定規(guī)則

在耕地質(zhì)量單要素約束下，根據(jù)耕地質(zhì)量空間分布聚集特點制定新區(qū)建設(shè)占用耕地劃定規(guī)則。HH型耕地是低質(zhì)量等別地塊高度聚集區(qū)域，質(zhì)量離差較小，且內(nèi)部耕地等別存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)性，耕地質(zhì)量障礙因素較多，在新區(qū)建設(shè)不可避免占用耕地的前提下，占用地等別的耕地對糧食產(chǎn)能的影響最小，因此作為建設(shè)占用優(yōu)先區(qū)域；LL型耕地是高等別耕地在空間上聚集分布，質(zhì)量離差同樣較小，內(nèi)部存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)性，耕地質(zhì)量障礙因素較少，且耕地產(chǎn)能要明顯高于其他地塊，未來在新區(qū)進(jìn)行土地綜合整治時的資源投入量會明顯小于其他耕地，應(yīng)長期保持耕地利用的現(xiàn)狀；NS型耕地局部區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量高低不等，質(zhì)量離差較大，且耕地質(zhì)量影響因素差別較大，內(nèi)部之間空間無相關(guān)性，未來進(jìn)行土地綜合整治投入資源較大，不利于集中連片土地綜合整治，因此建議作為建設(shè)占用后備區(qū)；HL與LH型耕地局部區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量高等別地塊被低等別地塊包圍或低等別被高等別耕地，內(nèi)部離差較大，且存在一定的空間負(fù)相關(guān)性，但面積較小，因此就近并入相近區(qū)域；白洋淀水域在新區(qū)建設(shè)中的地位至關(guān)重要，作為新區(qū)的生態(tài)景觀核心，未來擴(kuò)展的可能性較大，將水域周圍海拔低于湖面的耕地以及現(xiàn)狀類型為內(nèi)陸灘涂、沼澤地、坑塘水面作為水系調(diào)整區(qū)。

4.2 建設(shè)占用耕地推薦分區(qū)結(jié)果

根據(jù)建設(shè)占用耕地區(qū)域劃定規(guī)則，在考慮村域行政界限盡量完整的情況下，將新區(qū)建設(shè)用地占用耕地分為建設(shè)優(yōu)先占用區(qū)、建設(shè)后備占用區(qū)和耕地保持區(qū)和水系調(diào)整區(qū)（圖4）。

圖4 雄安新區(qū)建設(shè)用地占用耕地推薦分區(qū)Fig.4 Recommending zoning of cultivated land occupied by construction land in Xiongan New Area

1）建設(shè)優(yōu)先占用區(qū)

該區(qū)耕地質(zhì)量等別在10～14等之間，局部空間自相關(guān)類型為HH型，區(qū)域面積為40 981.03 hm2，占全區(qū)面積的26.40%。從空間分布上來看，該區(qū)域主要分布新區(qū)北部，區(qū)位條件較好，距離容城鎮(zhèn)和雄州鎮(zhèn)較近。另外，新區(qū)東部和西部也有HH型區(qū)域。受灌溉條件、土壤鹽漬化等因素影響，該地區(qū)耕地質(zhì)量較低，可作為優(yōu)先占用區(qū)。

2）建設(shè)后備占用區(qū)

后備占用區(qū)耕地質(zhì)量等別在 9～11等之間，局部空間自相關(guān)類型為NS型，區(qū)域面積為57 304.07 hm2，占全區(qū)面積的36.92%。這類耕地平均質(zhì)量等別較低，但高于建設(shè)優(yōu)先占用區(qū)耕地。本區(qū)的NS型耕地大多分布在HH型周圍，且與之形成了良好的連片性，因此可以作為建設(shè)后備占用的耕地，與優(yōu)先占用區(qū)形成集中連片式開發(fā)建設(shè)，可為建設(shè)用地選址提供更加廣闊的選擇余地。

3）耕地保持區(qū)

耕地保持區(qū)耕地質(zhì)量等別在6～9等之間，局部空間自相關(guān)類型為LL型，區(qū)域面積為39 008.29 hm2，占全區(qū)面積的25.13%，主要分布在新區(qū)東北部和南部。該區(qū)域內(nèi)的耕地綜合質(zhì)量最高，且該區(qū)域整體耕地連片性較高，基礎(chǔ)設(shè)施完善，耕地產(chǎn)能高，土地整治難度較小，未來可以投入較小的人力、物力和財力，即可建設(shè)成為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、城市生態(tài)農(nóng)業(yè)和旅游休閑地，因此應(yīng)劃入耕地保持區(qū)，嚴(yán)格禁止非農(nóng)建設(shè)。

4）水系調(diào)控區(qū)

該類型耕地面積比例較小，主要分布于在白洋淀水域周邊，區(qū)域面積為17 925.5 hm2，占全區(qū)面積的11.55%。

4.3 建設(shè)占用耕地推薦分區(qū)合理性評價

從保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地視角分析，優(yōu)先占用區(qū)主要位于雄安新區(qū)中北部，集中連片性較好，面積能夠滿足100 km2起步區(qū)建設(shè)的需要，且南接白洋淀水域，有利于打造水城交融的新城。其余的優(yōu)先占用區(qū)分散在新區(qū)東部和中西部，可滿足城市多中心的規(guī)劃發(fā)展需求。后備占用區(qū)主要分布在優(yōu)先占用區(qū)周圍，在未來拓展中，利于通過利用后備占用區(qū)向東西 2個方向擴(kuò)展，選擇余地較大。耕地保持區(qū)主要位于新區(qū)南部和東北部，區(qū)域位置遠(yuǎn)離新區(qū)中心，其中南部耕地保持區(qū)地處白洋淀上游，開發(fā)建設(shè)對白洋淀產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險較大。因此，利用耕地質(zhì)量等別空間分布特征劃分建設(shè)占用耕地推薦分區(qū)符合新區(qū)建設(shè)需要，具有較強(qiáng)的合理性。

5 結(jié)論

本文主要基于雄縣、安新縣和容城縣耕地質(zhì)量等級補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)，采用面積加權(quán)平均法、耕地質(zhì)量二分法、局部空間自相關(guān)分析法對新區(qū)耕地質(zhì)量進(jìn)行了測算，分析了耕地質(zhì)量空間分布特征，劃定了建設(shè)占用推薦分區(qū)。結(jié)論如下：

1）采用耕地質(zhì)量等別面積加權(quán)平均法計算了雄安新區(qū)的國家平均利用等，經(jīng)計算得到新區(qū)平均耕地質(zhì)量等別為9.42等，雄縣、安新縣、容城縣耕地質(zhì)量平均等別為分別為9.31、9.17、10等，均高于河北省10.82等的平均等別。

2）采用耕地質(zhì)量等別均值二分法測算了雄安新區(qū)耕地與平均等別之間的離差，分析可知新區(qū)耕地質(zhì)量離差值域范圍在–3.42～4.58之間，近90%的耕地等別離差范圍在±2等之間。

3）局部空間自相關(guān)分析結(jié)果表明，雄安新區(qū)耕地質(zhì)量空間聚集程度，分析可知新區(qū)LL型高等地明顯聚集分布于新區(qū)中部和南部，HH型耕地面積較小且分布較為分散，負(fù)相關(guān)類型（HL和LH型）耕地則無明顯集中區(qū)域，零星分布于縣域范圍內(nèi)。

4）并針對雄安新區(qū)建設(shè)可能占用耕地的事實，根據(jù)耕地局部空間自相關(guān)類型，制定了建設(shè)占用耕地區(qū)域劃定規(guī)則，劃定了優(yōu)先占用區(qū)、后備占用區(qū)和耕地保持區(qū)和水系調(diào)整區(qū)等新區(qū)建設(shè)占用耕地推薦分區(qū)，并對推薦分區(qū)合理性進(jìn)行了評價。

雄安新區(qū)未來將是生態(tài)宜居城市的典范，一方面新區(qū)的建設(shè)不可避免的占用耕地，耕地的生產(chǎn)功能將逐漸弱化，另一方面耕地的景觀文化功能、生態(tài)服務(wù)功能等將更加凸顯，建議未來從耕地多功能角度對雄安新區(qū)的耕地空間分布特征及功能增強(qiáng)進(jìn)行深入研究。

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