我國東部地區(qū)耕地等別空間分布特征

蔡興冉， 黃志英， 梁彥慶， 邢美玲， 葛京鳳， 潘佩佩

(1.河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊 050024；2.河北地質(zhì)大學(xué)土地資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，河北石家莊 050031)

耕地是人類賴以生存的基本資源，在人類生產(chǎn)和社會發(fā)展中具有重要作用，不同的耕地質(zhì)量所提供的糧食生產(chǎn)能力不同。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其是大城市的擴(kuò)張，建設(shè)用地不斷增加，城市周邊優(yōu)質(zhì)耕地不斷被占用，從而引起耕地質(zhì)量降低，因此關(guān)于耕地質(zhì)量等別成果空間差異性特征分析的研究日益重要。在全國(區(qū)域)尺度上，王洪波等采用標(biāo)準(zhǔn)畝的概念，以全國1等地為基準(zhǔn)核算我國標(biāo)準(zhǔn)耕地總量，分析我國耕地等別分異特性[1]；孔祥斌等采用面積加權(quán)平均法分析我國西部耕地等別空間分布特征[2]；魏洪斌等基于ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用加權(quán)平均法分析我國中部糧食主產(chǎn)區(qū)耕地等別空間分布特征[3]；王鳳嬌等對西北五省(區(qū))耕地質(zhì)量等別差異性進(jìn)行分析[4]；李鵬山等分析了京津冀地區(qū)耕地質(zhì)量等別的空間差異[5]；馬龍泉等分析了三江平原耕地質(zhì)量等別空間分異特征[6]；陳建龍等分析了松嫩平原耕地等別空間分異特征[7]。在省(市)域尺度上，晏蔚楠等分析了四川省耕地等別的空間分布特征[8]；羅洋洋分析了武漢市黃陂區(qū)耕地質(zhì)量空間分布特征[9]；張青璞等分析了重慶市國家級農(nóng)用地分等匯總前后等別的分布規(guī)律[10]；紅格爾對內(nèi)蒙古農(nóng)用地等別分布特點(diǎn)及差異性進(jìn)行了研究[11]；賈建松對廊坊市耕地質(zhì)量等別空間分布特征進(jìn)行了研究[12]。在縣域尺度上，陳鏡宇等分析了云南烏蒙山片區(qū)耕地自然質(zhì)量等空間分布特征[13]；緱武龍等研究了廣東省新興縣耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量及時空變化[14]；施冰臣等對云南省瀾滄江流域耕地自然質(zhì)量空間分布特征進(jìn)行了研究[15]。

我國東部地區(qū)人口密度大，作為我國經(jīng)濟(jì)的龍頭，其經(jīng)濟(jì)占我國經(jīng)濟(jì)總量的50%以上。2015年上半年，我國工業(yè)生產(chǎn)總值排前5位的省份，中東部地區(qū)占據(jù)4席，分別是江蘇省、廣東省、山東省和浙江省，作為整個中國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的“大盤”，其工業(yè)增加值增速均超過全國平均水平。東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速增長的同時，城市用地不斷擴(kuò)張，耕地尤其是城市周邊優(yōu)質(zhì)耕地面積不斷減少，因此分析東部地區(qū)耕地等別空間分布特征對于耕地保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，關(guān)于區(qū)域尺度上的耕地等別研究主要集中在西部和中部地區(qū)，且研究內(nèi)容主要集中在等別判定方法和成果應(yīng)用方面，而對于我國東部地區(qū)耕地等別空間差異性分析的研究較少?；?015年耕地等別省域年度更新數(shù)據(jù)，采用面積加權(quán)平均法和等別方差法對我國東部地區(qū)耕地等別進(jìn)行空間差異性研究，深入分析東部地區(qū)各省(市)耕地等別狀況，以期為城市的健康發(fā)展、區(qū)域耕地的保護(hù)及土地的整治提供科學(xué)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

根據(jù)我國各地區(qū)的自然狀況、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、土地利用現(xiàn)狀以及土地利用特點(diǎn)等方面的差異，《全國土地利用總體規(guī)劃綱要(2006—2020年)》將全國劃分為西部地區(qū)、東部地區(qū)、中部地區(qū)以及東北地區(qū)，其中東部地區(qū)包括北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等10個省(市)(圖1)。根據(jù)2016年《中國國土資源統(tǒng)計(jì)年鑒》可知，東部地區(qū)耕地總面積為2 635.29萬hm2，約占全國耕地面積的20%。東部地區(qū)光熱充足，水土資源條件較好，面積廣闊，地形以平原、丘陵為主，地勢低平，區(qū)內(nèi)的小部分山地主要為南嶺、武夷山脈等。總體上看，東部地區(qū)耕地面積相對較少，生態(tài)環(huán)境南北差異較大，在自然與社會多方面因素的影響下，區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量存在空間上的差異性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為2015年我國東部地區(qū)10個省(市)農(nóng)用地分等國家級匯總成果，比例尺為1 ∶50萬；經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于各省(市)城市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 研究方法

根據(jù)GB/T 28407—2012《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》以及《全國土地利用總體規(guī)劃綱要(2006—2020年)》，以省(市)為研究單元，首先采用面積加權(quán)平均法計(jì)算東部地區(qū)各省(市)的耕地平均等別，分析區(qū)域內(nèi)耕地等別空間的分異特征；并在此基礎(chǔ)上采用等別方差法計(jì)算東部地區(qū)各省(市)耕地等別的離散程度，以進(jìn)一步反映耕地質(zhì)量的可改善程度。

2.1 面積加權(quán)平均法

面積加權(quán)平均法[16]可用以計(jì)算評價區(qū)域耕地質(zhì)量的整體平均水平。本研究采用面積加權(quán)平均法計(jì)算我國東部地區(qū)各省(市)耕地的平均等別，進(jìn)而分析該地區(qū)耕地等別空間分異特征，具體計(jì)算公式為

(1)

式中：Y為某省(市)耕地等別平均值；i為該省(市)耕地等別；imax為該省(市)耕地等別的最大值；imin為該省(市)耕地等別的最小值；S表示各省(市)；Si為該省(市)i等耕地的面積；S總為該省(市)的總耕地面積。

2.2 等別方差法

采用等別方差表示東部地區(qū)各省(市)耕地質(zhì)量等別的離散程度，進(jìn)一步反映耕地質(zhì)量的可改善程度。等別方差的計(jì)算公式為

(2)

式中：Y(x)為某省(市)耕地等別的方差；N為S區(qū)域等別個數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地等別數(shù)量分布特征

根據(jù)農(nóng)用地分等匯總成果，全國的耕地質(zhì)量等別被劃分為15等，等別范圍為1～15等，其中1等地質(zhì)量最好，15等地質(zhì)量最差。東部地區(qū)的耕地質(zhì)量等別以6～10等為主，面積加權(quán)平均等別為8.19等，比全國平均等別(9.96等)高1.77個等別。

按照1～4等、5～8等、9～12等、13～15等將我國耕地質(zhì)量劃分為優(yōu)等地、高等地、中等地和低等地。由圖2可知，東部地區(qū)優(yōu)等地面積為76.72萬hm2，占其耕地總面積的 2.91%；高等地面積為1 456.56萬hm2，占其耕地總面積的 55.27%；中等地面積為910.93萬hm2，占其耕地總面積的 34.57%；低等地面積為191.08萬hm2，占其耕地總面積的7.25%。

3.2 耕地等別省域分布特征

由表1可知，東部地區(qū)的耕地等別分布情況差異較大，其中上海、江蘇、廣東等南方省(市)的耕地等別較高，主要為 5～6等；而海南省雖然也位于南方，但因自然因素的限制，耕地等別主要為6～8等，比上海、江蘇、廣東等省(市)的耕地等別低；北方的天津市耕地等別較低，主要為9～12等；北京市的耕地等別處在高等地與中等地之間，主要為8～10等；河北省無優(yōu)等地，耕地等別主要為8～14等；浙江省、福建省、山東省的耕地等別也較低，主要為7～10等。

總體來看，東部地區(qū)大部分省(市)耕地以高等地和中等地主，只有廣東省的優(yōu)等地所占比例較大。從優(yōu)等地、高等地、中等地和低等地水平來看，在東部地區(qū)10個省(市)中，優(yōu)等地分布于7個省(市)，面積共76.57萬hm2，占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的2.91%，其中廣東省的優(yōu)等地面積最大，為68.08萬hm2，浙江省的優(yōu)等地面積為6.17萬hm2，山東省的優(yōu)等地面積最小，為0.03萬hm2，福建省、上海市、江蘇省的優(yōu)等地面積稍大于山東省，分別為1.10萬、0.40萬、0.31萬hm2。高等地分布于9個省(市)，面積共 1 456.54萬hm2，占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的55.27%，其中江蘇省、山東省、廣東省、河北省的高等地面積較大，分別為457.43萬、444.13萬、183.93萬、119.76萬hm2，占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的45.74%；天津市沒有高等地分布。中等地分布于8個省(市)，面積共910.91萬hm2，占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的34.57%，其中河北省、山東省、浙江省的中等地面積較大，分別為346.02萬、318.40萬、98.91萬hm2， 占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的28.97%； 上海市和江蘇省沒有中等地分布。低等地分布于4個省(市)，面積共191.09萬hm2，占東部地區(qū)農(nóng)用地評定總面積的7.25%，其中河北省的低等地面積最大，為188.75hm2；北京、天津、山東、上海、江蘇、廣東等6個省(市)沒有低等地分布。

表1 東部地區(qū)10個省(市)耕地等別構(gòu)成

根據(jù)面積加權(quán)平均法計(jì)算得出東部地區(qū)各省(市)耕地的平均等別，由表1可知，耕地平均等別最高的省(市)是廣東省、上海市、江蘇省，分別為5.50、5.80、6.10等；最低的省(市)是河北省、天津市，分別為10.80、10.30等。耕地平均等別最高的廣東省比最低的河北省高5.3等。各省(市)之間耕地等別的差異性表現(xiàn)為南方地區(qū)的上海、江蘇、浙江、海南、廣東等省(市)的耕地質(zhì)量較好，平均等別主要為5、6、8等；北方地區(qū)的北京、天津、河北等省(市)的耕地質(zhì)量相對于南方地區(qū)較差，平均等別主要為8、10等。

3.3 耕地等別土地利用區(qū)分布特征

《全國土地利用總體規(guī)劃綱要(2006—2020年)》將東部地區(qū)劃分為京津冀魯區(qū)、蘇浙滬區(qū)、閩粵瓊區(qū)等3個土地利用區(qū)。由圖3可知，閩粵瓊區(qū)的耕地等別明顯高于京津冀魯區(qū)和蘇浙滬區(qū)。從3個土地利用區(qū)等別分布范圍來看，京津冀魯區(qū)耕地等別范圍為4～15等，其中8等、9等地分布范圍較多；蘇浙滬區(qū)耕地等別范圍為2～13等，其中6等地分布范圍較多；閩粵瓊區(qū)耕地等別范圍為1～14等，其中5等、6等地分布范圍較多。

京津冀魯區(qū)耕地面積為1 482.87萬hm2，由圖4可知，其耕地等別以中等地為主，中等地面積占其總耕地面積的48.35%，其次為高等地，占其總耕地面積的38.92%，低等地面積為188.75 hm2，占其總耕地面積的12.73%。蘇浙滬區(qū)、閩粵瓊區(qū)耕地面積分別為 683.39萬、469.03萬hm2，耕地等別均以高等地為主，分別占其總耕地面積的84.51%、64.37%，其次為中等地，分別占其總耕地面積的14.47%、20.27%。此外，在閩粵瓊區(qū)還有少量優(yōu)等地分布，占其總耕地面積的14.87%。

根據(jù)面積加權(quán)平均方法計(jì)算得到三大土地利用區(qū)的耕地平均等別，由圖4可知，在三大土地利用區(qū)中，京津冀魯區(qū)耕地平均等別最低，為9.50等，與東部地區(qū)耕地平均等別(8.19等)相比低1.31等，但與全國等地平均等別(9.96等)相比則高0.46等，基本上持平；蘇浙滬區(qū)和閩粵瓊區(qū)耕地平均等別均為6.70等，比京津冀魯區(qū)平均等別高2.80等，比東部地區(qū)耕地平均等別高1.49等，比全國耕地平均等別高3.26等。

3.4 耕地等別復(fù)種類型分布特征

復(fù)種指數(shù)是指在一定時期內(nèi)同一地塊耕地面積上種植農(nóng)作物的平均次數(shù)，復(fù)種程度可反映不同地區(qū)、年份以及生產(chǎn)單位之間耕地的利用狀況[17-20]。復(fù)種指數(shù)的高低受到當(dāng)?shù)責(zé)崃俊⑺?、土壤、勞動力等條件的約束，其中熱量條件好、無霜期長、水分充足的區(qū)域復(fù)種指數(shù)較高，耕地生產(chǎn)能力也較大。在自然環(huán)境的影響下，東部地區(qū)存在多種耕作制度，耕地生產(chǎn)能力差異性顯著。依據(jù)農(nóng)用地分等規(guī)程，東部地區(qū)10個省(市)可被劃為5個耕作制度一級區(qū)，分別是黃淮海區(qū)、長江中下游區(qū)、江南區(qū)、華南區(qū)、內(nèi)蒙古高原及長城沿線區(qū)。按照復(fù)種類型劃分東部地區(qū)各指標(biāo)區(qū)，并通過面積加權(quán)平均法計(jì)算各耕作制度一級區(qū)的平均等別。

通過統(tǒng)計(jì)分析可知，東部地區(qū)各耕作制度一級區(qū)復(fù)種類型差異顯著，耕地平均等別由一年一熟、一年兩熟到一年三熟遞增。在5個耕作制度一級區(qū)中，僅內(nèi)蒙區(qū)高原及長江沿線區(qū)是一年一熟區(qū)，耕地平均等別為10.76等，與其他復(fù)種類型相比明顯偏低，且比全國耕地等別低0.80等；黃淮海區(qū)和長江中下游區(qū)是一年兩熟區(qū)，2個區(qū)耕地平均等別為9.23等，比全國平均等別高0.73等；江南區(qū)和華南區(qū)是一年三熟區(qū)，耕地平均等別較高，2個區(qū)等別的平均值為6.71等，比全國平均等別高3.25等。

3.5 耕地等別經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)分布特征

根據(jù)《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展報(bào)告》(2015—2016年)分析了2015年東部地區(qū)省級行政級別的經(jīng)濟(jì)增長分化態(tài)勢，由表2可以看出，天津市、福建省的經(jīng)濟(jì)增長速度較快，分別為9.3%、9.0%；江蘇省、廣東省、山東省、浙江省、海南省的經(jīng)濟(jì)增長速度高于全國平均水平，均大于7.7%；上海市、北京市、河北省的經(jīng)濟(jì)增長速度等于或低于全國平均水平。按經(jīng)濟(jì)增長速度將東部地區(qū)各省(市)分為高速發(fā)展區(qū)(天津市、福建省)、快速發(fā)展區(qū)(江蘇省、廣東省、山東省、浙江省、海南省)與平穩(wěn)發(fā)展區(qū)(上海市、北京市、河北省)等3個經(jīng)濟(jì)區(qū)。

根據(jù)農(nóng)用地分等結(jié)果，對東部地區(qū)三大經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)的耕地等別進(jìn)行分析。從表3可以看出，快速發(fā)展區(qū)耕地等別較高，高速發(fā)展區(qū)耕地等別次之，平穩(wěn)發(fā)展區(qū)耕地等別較低。從各經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)的耕地等別來看，高速發(fā)展區(qū)的耕地等別為 3～13 等，主要為8～10等；快速發(fā)展區(qū)的耕地等別為1～14等，主要集中在6～8等；平穩(wěn)發(fā)展區(qū)的耕地等別為4～15等，主要為8～14等，各經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)耕地等別集中分布差異明顯。高速發(fā)展區(qū)耕地以中等地和高等地為主，分別占其總耕地面積的55.83%、43.21%，優(yōu)等地和低等地分布較少，分別占0.65%、0.31%；快速發(fā)展區(qū)耕地以高等地為主，占其耕地總面積的69.71%，其次為中等地，占25.94%，優(yōu)等地和低等地耕地較少，分別占4.27%、0.10%；平穩(wěn)發(fā)展區(qū)耕地以中等地和低等地為主，分別占其耕地總面積的51.02%、27.14%，其次為高等地，占21.79%，優(yōu)等地面積最少，占比約為0.06%。

表2 2015年東部地區(qū)10個省(市)經(jīng)濟(jì)總量與增速情況

表3 東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)分區(qū)耕地等別空間分布

用面積加權(quán)平均法計(jì)算得出耕地平均等別，由圖5可知，快速發(fā)展區(qū)耕地平均等別最高，為7.31等，比全國耕地平均等別高2.65等；高速發(fā)展區(qū)耕地平均等別較高，為8.71等，比全國耕地平均等別高1.25等；平穩(wěn)發(fā)展區(qū)耕地平均等別最低，為10.62等，比全國耕地平均等別低0.66等。

3.6 耕地等別離散程度分析

基于東部地區(qū)耕地平均等別，采用等別方差法計(jì)算其耕地等別的離散程度，并采用自然斷點(diǎn)分級法對耕地等別方差進(jìn)行分類，以此反映區(qū)域耕地可改善提高的程度。

由表4可知，耕地質(zhì)量等別離散程度可分為5級，分別為高程度(10.64～12.56)、較高程度(8.35～10.63)、 適中程度(5.17～8.34)、較低程度(2.09～5.16)、低程度(2.01～2.08)。高程度與較高程度的有浙江省、河北省、廣東省、海南省，其中廣東省、浙江省、海南省的耕地等別較高，區(qū)域內(nèi)均有優(yōu)等地分布，耕地可改善程度較高；河北省耕地等別范圍為5～15等，無優(yōu)等地分布，高等地與中等地面積較多，少量低等地分布，耕地可改善程度也較高。適中程度的有山東省和福建省，2個省耕地面積較大，占東部地區(qū)耕地總面積的34%，以中等地和高等地為主，耕地可改善程度適中。較低程度和低程度的有北京市、天津市、上海市、江蘇省，4個省(市)耕地面積占東部地區(qū)耕地總面積的比例較少，僅為21%，耕地質(zhì)量平均等別處于中等水平，且其耕地可改善程度低于東部地區(qū)其他省(市)。

表4 東部地區(qū)10個省(市)耕地等別的方差

5 結(jié)論與討論

從東部地區(qū)整體角度出發(fā)，綜合應(yīng)用東部地區(qū)10省(市)的省級耕地質(zhì)量更新數(shù)據(jù)庫成果，全面分析東部地區(qū)耕地等別特征，揭示區(qū)域整體耕地等別空間分布差異性。東部地區(qū)耕地等別總體水平較好，其耕地平均等別為8.19等，比全國耕地平均等別(9.96等)高1.77等；耕地以高等地和中等地為主，其面積占東部地區(qū)評定總面積的89.84%。在土地利用區(qū)中，耕地等別存在明顯的差異性，蘇浙滬區(qū)和閩粵瓊區(qū)耕地平均等別相等，均高于京津冀魯區(qū)。在標(biāo)準(zhǔn)耕作制度一級區(qū)中，不同復(fù)種類型的耕地等別不同，總體上復(fù)種次數(shù)越多，耕地平均等別越高。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展分區(qū)中，耕地等別隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不同而不同，主要表現(xiàn)為快速發(fā)展區(qū)較高，高速發(fā)展區(qū)次之，平穩(wěn)發(fā)展區(qū)最低。采用等別方差法可分析耕地等別離散程度，東部地區(qū)各省(市)耕地等別離散程度差異較大，與北方地區(qū)相比，南方地區(qū)耕地等別離散程度整體略高，耕地可改善程度較高。

從東部地區(qū)整體出發(fā)，通過數(shù)量結(jié)構(gòu)、省域分布、土地利用區(qū)、復(fù)種類型以及經(jīng)濟(jì)分區(qū)分析耕地等別分布范圍、分布結(jié)構(gòu)以及平均狀況，結(jié)果顯示，耕地等別空間分布具有明顯的差異性。由于研究地區(qū)的特殊性，從經(jīng)濟(jì)分區(qū)角度揭示經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地等別質(zhì)量的關(guān)系、基于耕地等別離散程度反映區(qū)域耕地可改善、提高的程度，具有一定的新穎性。本研究只分析了東部地區(qū)耕地等別的空間分布特征，而對于反映耕地等別的影響要素、空間分布差異性原因以及耕地質(zhì)量的保護(hù)等研究可作為進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。