平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)

李 玲，張少凱，董洋洋

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002)

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平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)

李 玲，張少凱，董洋洋

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002)

以河南省糧食核心區(qū)主體范圍內(nèi)的平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究區(qū)域，以行政村為調(diào)查和評(píng)價(jià)單元，探索耕地細(xì)碎化定量狀況。利用遙感影像、土地利用數(shù)據(jù)庫與實(shí)地校核獲取研究區(qū)域耕地圖斑數(shù)據(jù)，采用層次分析法，選取戶均地塊數(shù)、塊均耕地面積、地塊密度、景觀形狀指數(shù)、分離度、分維數(shù)、土地利用程度、潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行耕地細(xì)碎化量化評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：研究區(qū)域的耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI(Cultivated land fragmentation index)為0.769 9，為Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化；各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI范圍在0.689 1～0.980 1，主要分布在0.7～0.8，細(xì)碎化等級(jí)多屬于Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化；隨著距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地白寺村的增加，耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI逐漸增高，耕地細(xì)碎化級(jí)別與程度降低；其原因主要是耕地的稀缺性和人口的不斷增長(zhǎng)，溝渠、道路對(duì)耕地的分割，家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等。商水縣白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI為0.769 9，產(chǎn)權(quán)制度下的戶均地塊數(shù)和塊均耕地面積對(duì)白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化程度的影響較大，戶均地塊數(shù)、地塊密度和景觀形狀指數(shù)在總體上限制了CLFI的提高。

耕地細(xì)碎化指數(shù)；定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；河南；平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)

隨著人口與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、宏觀政策的制定和城鎮(zhèn)化的快速擴(kuò)張，土地利用的強(qiáng)度逐年增大，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，導(dǎo)致土地細(xì)碎化程度加劇，而其中耕地細(xì)碎化是發(fā)展中國家傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的一個(gè)突出特征[1-3]。耕地細(xì)碎化導(dǎo)致土地邊界的增加以致造成浪費(fèi)土地、土地權(quán)屬爭(zhēng)議增多、阻礙農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程、減少農(nóng)戶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性投入[4]，降低糧食生產(chǎn)的規(guī)模效應(yīng)，一定程度上阻礙了土地利用規(guī)劃及農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，影響糧食生產(chǎn)安全[5, 6]；另一方面卻可以分散自然或市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、種植多元化且富有彈性，充分利用勞動(dòng)力資源，使土地的繼承更有彈性、小塊土地的買賣出租等比較便利，而且增加生物多樣性，避免病蟲害大規(guī)模傳播[7]。KING[8]，KEELER[9]，以及TIN[10]等認(rèn)為耕地細(xì)碎化主要表現(xiàn)為農(nóng)戶經(jīng)營的土地分散且不相連；中國學(xué)者增加了一個(gè)條件，即這些地塊分布在居住地一定合理距離之內(nèi)[11]；孫雁等[12]以土地利用呈插花分散無序的狀態(tài)更形象地表達(dá)了耕地細(xì)碎化的含義。NIROULA[13]、VAN HUNG[14]、FALCO[15]等分別從人口、生態(tài)、土地繼承、土地市場(chǎng)以及歷史、文化、經(jīng)濟(jì)等的角度分析了土地細(xì)碎化的原因；譚淑豪等[16]認(rèn)為目前中國的土地細(xì)碎化主要是由供給面因素引起的；李功奎[17]、李慶東等[18]從政治、制度、經(jīng)濟(jì)、人口、地理、社會(huì)和市場(chǎng)等多角度分析了農(nóng)地細(xì)碎化的驅(qū)動(dòng)因素。并各自針對(duì)不同的耕地細(xì)碎化原因提出了相應(yīng)的土地整治、土地流轉(zhuǎn)或耕地保護(hù)措施以減緩耕地細(xì)碎化的發(fā)展。 目前土地細(xì)碎化的研究大多是以實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法和調(diào)查數(shù)據(jù)與計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型相結(jié)合的分析方法[19]；研究?jī)?nèi)容多集中在土地細(xì)碎化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、糧食產(chǎn)量、農(nóng)民收入以及技術(shù)生產(chǎn)率之間的關(guān)系上[5, 6, 18]；從尺度上看大部分集中在全球或村級(jí)尺度上，如提出全球土地細(xì)碎化指數(shù)GLFI(global land fragmentation index)[20]。國內(nèi)外學(xué)者采用了GIS技術(shù)和景觀格局指標(biāo)[10, 21-26]定量分析土地的細(xì)碎化?，F(xiàn)階段土地流轉(zhuǎn)和土地整治以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為實(shí)施單元居多[27]，耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)及綜合分級(jí)尚需要大量系統(tǒng)的研究。本研究選擇第一農(nóng)業(yè)大省、第一糧食生產(chǎn)大省的河南省為研究對(duì)象，選擇糧食核心區(qū)主體范圍內(nèi)平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究區(qū)域，構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)體系，探索適合平原糧食核心區(qū)耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)，以期為促進(jìn)土地綜合整治、促進(jìn)土地流轉(zhuǎn)、穩(wěn)定提高糧食綜合生產(chǎn)能力等方面提供參考。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)域概況

商水縣是河南省以糧食為主的農(nóng)業(yè)大縣。白寺鎮(zhèn)位于商水縣西南部，地理坐標(biāo)為114°26′23.88″～114°32′15.65″E, 33°24′53.13″～33°32′15.84″N，西鄰舒莊鄉(xiāng)，北靠湯莊鄉(xiāng)，東接姚集鄉(xiāng)，南連上蔡縣，距離商水縣城13.4 km。

研究區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫14.5 ℃，年降水量758.1 mm，無霜期223 d，年日照時(shí)數(shù)平均2 094.9 h，全年溫度適宜，四季分明。地勢(shì)平坦，西北高東南低，境內(nèi)有商水三大河流之一的汾河支流由西向東橫穿而過。土壤主要發(fā)育在非石灰性湖積物、沖積物和石灰性洪積物之上，主要有潮土和砂姜黑土兩大土類，灰潮土、典型砂姜黑土和石灰性砂姜黑土3個(gè)亞類，底黏灰小兩合土、灰兩合土、灰淤土、黏覆砂姜黑土、淺位少量砂姜黑土、深位少量砂姜黑土、青黑土和粘蓋石灰性砂姜黑土8個(gè)土種。土壤質(zhì)地包括輕黏、輕壤、中壤和重壤4個(gè)類型。淺層地下水充足，影響水質(zhì)的成分含量較低，很適合人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉。

商水縣白寺鎮(zhèn)2010年轄23個(gè)行政村，51個(gè)自然村，總?cè)丝?3 280人，其中農(nóng)業(yè)人口42 397人，城鎮(zhèn)人口883人。白寺鎮(zhèn)處于河南省糧食主產(chǎn)區(qū)范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位。轄區(qū)總面積6 227.62 hm2，其中耕地總面積為4 598.07 hm2，土地墾殖率為73.83%；種植制度主要為小麥-玉米一年兩熟，耕地復(fù)種指數(shù)為1.8，小麥單產(chǎn)達(dá)7 844 kg·hm-2。其他農(nóng)業(yè)用地為園地和林地，其中園地面積1.24 hm2，占土地總面積的0.02%；林地面積53.87 hm2，占土地總面積的0.87%。

1.2 數(shù)據(jù)處理

本研究數(shù)據(jù)主要有2009年商水縣白寺鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)庫、白寺鎮(zhèn)SPOT遙感影像、商水縣2010年統(tǒng)計(jì)年鑒。在數(shù)據(jù)處理中以行政村作為調(diào)查和評(píng)價(jià)單元，利用遙感影像圖以及土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)庫，提取耕地圖斑、權(quán)屬界線、溝渠與小路等小型線狀地物，并根據(jù)顏色深淺、紋理走向等解譯農(nóng)戶地塊界線進(jìn)行圖斑的分割以及野外實(shí)地調(diào)查校核方法獲取地塊信息。

遙感影像解譯中顏色深淺主要是由于土壤含水量、作物的長(zhǎng)勢(shì)不同導(dǎo)致，與不同的農(nóng)戶耕地管理行為有關(guān)，如澆水時(shí)間、播種時(shí)間、種子類型等；紋理走向主要與農(nóng)戶的種植或耕作方向有關(guān)；而溝渠與小路并不是通常認(rèn)為的土地二次調(diào)查中的路與溝渠，這里一般指的是寬度小于2 m的地塊間的小路、田埂與田間溝渠，其中小路、田埂一般呈現(xiàn)白色，而田間溝渠因?yàn)榻?jīng)常會(huì)有水，所以影像呈現(xiàn)黑色或者是非常暗的顏色。實(shí)際判讀影像的時(shí)候需要將3者結(jié)合考慮，有的時(shí)候甚至?xí)由蠈?duì)農(nóng)戶其他種植行為的參考。將判讀的地塊界線，按照行政村進(jìn)行實(shí)地調(diào)查校核，由當(dāng)?shù)厝藛T先在解譯的影像圖上核查，對(duì)有疑問的地塊，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查并在影像圖和土地利用變更數(shù)據(jù)相應(yīng)的位置進(jìn)行圖斑分割或合并。

白寺鎮(zhèn)耕地地塊在土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)庫中共有耕地789塊，經(jīng)數(shù)據(jù)處理及實(shí)地校核后為16 506塊，地塊數(shù)量是原來的20.92倍。產(chǎn)生耕地地塊數(shù)量大幅增加的主要原因是土地利用變更數(shù)據(jù)庫是按照明顯線狀地物和所有權(quán)權(quán)屬界線土地利用類型進(jìn)行分割，不考慮農(nóng)戶使用權(quán)，而本次地塊的劃分主要是考慮農(nóng)戶使用權(quán)地塊，基于區(qū)域未來土地整理時(shí)地塊的整理與合并，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率等，在土地利用變更數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上劃分各戶地塊。然后將處理好的地塊數(shù)據(jù)在ArcGIS下轉(zhuǎn)換為Fragstats景觀分析軟件所支持的Grid數(shù)據(jù)格式以便景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算。

2 耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)

在研究區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)和土地二調(diào)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)行內(nèi)業(yè)判讀和野外校核的方法劃分出農(nóng)戶耕地地塊后，借鑒國內(nèi)外評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，注意所選指標(biāo)盡量反映產(chǎn)權(quán)分配制度、景觀格局以及研究區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，并采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)各指標(biāo)現(xiàn)狀值與理想值計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)化值，構(gòu)建平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)體系，探索區(qū)域耕地細(xì)碎化程度。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前耕地細(xì)碎化指標(biāo)的選取基本上分為2類獨(dú)立的體系，1類是基于產(chǎn)權(quán)分配制度下的指標(biāo)，如農(nóng)戶地塊數(shù)、塊均耕地面積等[1,4,11,14]；另1類是基于景觀格局分析下的指標(biāo)，如孫雁等[28]選取了地塊面積、地塊形狀、土地利用程度等7個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)；陳紅宇等[29]選取了斑塊面積指數(shù)、斑塊分散指數(shù)和斑塊形狀指數(shù)對(duì)嘉興市耕地細(xì)碎化進(jìn)行了測(cè)算；國外學(xué)者有用地塊數(shù)量、農(nóng)場(chǎng)規(guī)模、平均地塊規(guī)模、地塊的空間分布、地塊粒度分布以及地塊形狀特征等景觀格局指標(biāo)來衡量細(xì)碎化程度[22-24,30]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)耕地細(xì)碎化也有著明顯的影響。諸如經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口的增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)的擴(kuò)張，基礎(chǔ)設(shè)施的修建以及農(nóng)業(yè)人口數(shù)和農(nóng)業(yè)人口的轉(zhuǎn)移等都對(duì)耕地細(xì)碎化或多或少的產(chǎn)生影響[4,5,14,17]。

在結(jié)合國內(nèi)外土地破碎化評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的基礎(chǔ)上，遵循重要性、穩(wěn)定性、差異性和數(shù)據(jù)可獲取性的原則，將產(chǎn)權(quán)制度因素、景觀因素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素納入評(píng)價(jià)體系中。構(gòu)建了戶均地塊數(shù)(X1)、塊均耕地面積(X2)、地塊密度(X3)、景觀形狀指數(shù)(X4)、分離度(X5)、分維數(shù)(X6)、土地利用程度(X7)、潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)(X8)8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)與獲取

產(chǎn)權(quán)分配制度考慮選用戶均地塊數(shù)和塊均耕地面積2個(gè)指標(biāo)：戶均地塊數(shù)是基于遙感影像解譯分析與實(shí)地校核后的地塊數(shù)，塊均耕地面積來反映農(nóng)戶經(jīng)營地塊面積的大小，二者反映現(xiàn)有產(chǎn)權(quán)分配制度下農(nóng)戶經(jīng)營地塊的分散程度，戶均地塊數(shù)越多，塊均面積越小則說明農(nóng)戶經(jīng)營的地塊越分散，耕地越細(xì)碎化。

景觀因素下的指標(biāo)是從景觀生態(tài)破碎化研究的角度來研究耕地的細(xì)碎化，將土地利用的農(nóng)戶地塊作為景觀分析的基本單元即斑塊，考慮選取地塊密度、景觀形狀指數(shù)、分離度、分維數(shù)4個(gè)景觀格局指標(biāo)衡量耕地細(xì)碎化程度。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素下的指標(biāo)選取土地利用程度和潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)2個(gè)指標(biāo)：土地利用程度越高說明建設(shè)用地的比例越大，對(duì)耕地的布局及形狀都產(chǎn)生負(fù)面影響，則耕地細(xì)碎化程度越高[31]；土地流轉(zhuǎn)市場(chǎng)與農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移有很大關(guān)系，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，潛在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口代表著未來農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)向城市人口或者是農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到二三產(chǎn)業(yè)的人口數(shù)量，潛在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口越多，則其耕地流轉(zhuǎn)給其他農(nóng)戶的可能性越大，因此可以促進(jìn)土地流轉(zhuǎn)，緩解耕地細(xì)碎化程度。

將耕地細(xì)碎化定量評(píng)價(jià)作為目標(biāo)層，將影響耕地細(xì)碎化的產(chǎn)權(quán)制度因素，景觀因素，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素確定為準(zhǔn)則層，將8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為指標(biāo)層，運(yùn)用層次分析法(AHP，analytic hierarchy process)建立層次結(jié)構(gòu)，邀請(qǐng)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門人員如土地、農(nóng)業(yè)、政府以及村民代表和相關(guān)專家等對(duì)各層每2個(gè)指標(biāo)之間的重要程度進(jìn)行判斷，構(gòu)造多因子判斷矩陣，對(duì)層次單排序和總排序的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算特征向量即為各指標(biāo)權(quán)重，具體見表1。

表1 耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重

評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性不同則其獲取途徑不同：如景觀形狀指數(shù)、分離度、分維數(shù)等景觀指標(biāo)可以通過地理信息軟件和景觀分析軟件，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，在土地利用變更數(shù)據(jù)庫和遙感影像中提取相應(yīng)的圖斑與線狀地物得到；戶均地塊數(shù)、塊均耕地面積、土地利用程度、潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)則需要從土地利用數(shù)據(jù)庫和相關(guān)年鑒與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)地調(diào)查中獲取資料，然后根據(jù)計(jì)算公式得出。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于各評(píng)價(jià)因子對(duì)耕地細(xì)碎化的作用方向效應(yīng)不同，分為正向型和逆向型，正向表示隨著指標(biāo)數(shù)值的增大，耕地完整性增大而細(xì)碎化程度降低；逆向表示隨著指標(biāo)數(shù)值越大，耕地完整性減小而細(xì)碎化程度增高。為保證數(shù)據(jù)的合理和一致性，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的去方向效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。將評(píng)價(jià)因子的狀態(tài)分為現(xiàn)狀值與理想值，建立現(xiàn)狀值與理想值的關(guān)聯(lián)函數(shù)，得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值為Si，現(xiàn)狀值與理想值差距越大，其標(biāo)準(zhǔn)化值越小。

(1)

式中：Si為標(biāo)準(zhǔn)化值，xi為指標(biāo)現(xiàn)狀值，ti為指標(biāo)理想值；當(dāng)指標(biāo)為正向型時(shí)，其現(xiàn)狀值超出理想值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化值為1，現(xiàn)狀值小于理想值時(shí)按公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值；當(dāng)指標(biāo)為逆向型時(shí)，其現(xiàn)狀值小于理想值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化值為1，現(xiàn)狀值大于理想值時(shí)按公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)理想值的確定

理想值的確定對(duì)于耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)來說非常重要，目前理想值的描述多見于開發(fā)區(qū)土地集約節(jié)約評(píng)價(jià)和建設(shè)用地碎化評(píng)價(jià)中[32-34]。本研究參考借鑒了農(nóng)場(chǎng)或者是國內(nèi)外平原土地整理區(qū)的最佳狀態(tài)值。如目前生產(chǎn)力和土地制度下中國戶均地塊數(shù)的理論最優(yōu)值應(yīng)該為每戶1塊耕地[6,17,18]，因此戶均地塊數(shù)理想值為1；耕地地塊面積與形狀應(yīng)滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)及灌溉排水的需求，河南省土地開發(fā)整理建設(shè)工程中規(guī)定土地平整和耕作田塊建設(shè)要因地制宜，根據(jù)其所在的地形地貌類型不同，長(zhǎng)度由60～600 m不等，寬度由20～300 m不等[35]。臺(tái)灣地區(qū)的農(nóng)地重劃的規(guī)模為當(dāng)前農(nóng)村耕地規(guī)模提供了很好的借鑒，其最小耕作單元為坵塊，其長(zhǎng)度×寬度為100 m×30 m，或者是100 m×50 m，再大一點(diǎn)可以是150 m×50 m[36]，研究區(qū)域是以小農(nóng)經(jīng)營為主的平原耕地區(qū)，耕地地塊的理想長(zhǎng)度×寬度確定為100 m×50 m，塊均耕地面積為0.5 hm2；景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)主要根據(jù)耕地地塊的數(shù)量、面積、形狀、距離等計(jì)算出地塊與相同面積的規(guī)整地塊之間的偏離程度、空間分散程度和地塊形狀的復(fù)雜程度；而土地利用程度的理想值采用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)參照法進(jìn)行確定，主要依據(jù)商水縣以及白寺鎮(zhèn)的土地利用總體規(guī)劃[31,37]確定的各項(xiàng)用地指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，理想值為3.13。潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)的理想值需要結(jié)合當(dāng)前我國農(nóng)村的發(fā)展現(xiàn)狀，采用先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)法和發(fā)展趨勢(shì)法來確定，為了保證該指標(biāo)理想值的通用性，具體采用區(qū)域城市化率[37]的平均水平來表示，則潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)理想值為0.47。本研究是在當(dāng)前平原地區(qū)以小農(nóng)經(jīng)營為主的耕作方式下評(píng)價(jià)耕地細(xì)碎化程度，因此在理想值的確定上與農(nóng)場(chǎng)或者是國外土地整理區(qū)的最佳指標(biāo)值上有所區(qū)別。各指標(biāo)狀態(tài)值計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)指標(biāo)狀態(tài)值

2.5 耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)

耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI(cultivated land fragmentation index)，公式表達(dá)如下：

(2)

式中：Si為因子標(biāo)準(zhǔn)化值，Wi為各因子權(quán)重。耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI取值范圍在0～1：CLFI為1時(shí)，符合平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)目前生產(chǎn)力、土地制度狀況下的理想狀態(tài)；CLFI值越大，耕地細(xì)碎化程度越低，耕地趨于規(guī)整；CLFI值越小，則耕地細(xì)碎化程度越高，耕地趨于破碎化，需要采取一定措施進(jìn)行土地整治，以利于耕地規(guī)?；?jīng)營。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地細(xì)碎化指數(shù)

根據(jù)商水縣白寺鎮(zhèn)土地二調(diào)數(shù)據(jù)庫、遙感影像解譯校核的農(nóng)戶耕地地塊及土地利用總體規(guī)劃等計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)現(xiàn)狀值，對(duì)照評(píng)價(jià)指標(biāo)理想值計(jì)算各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，并將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值與其權(quán)重加權(quán)求和，以此可計(jì)算鄉(xiāng)鎮(zhèn)和各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)。

商水縣白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI為0.769 9，各指標(biāo)權(quán)值的分布中，戶均地塊數(shù)指標(biāo)權(quán)值為0.188 9，塊均耕地面積指標(biāo)權(quán)值為0.168 9，地塊密度指標(biāo)權(quán)值為0.035 4，景觀形狀指數(shù)指標(biāo)權(quán)值為0.060 5，分離度指標(biāo)權(quán)值為0.059 7，分維數(shù)指標(biāo)權(quán)值為0.038 1，土地利用程度指標(biāo)權(quán)值為0.134 6，潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)指標(biāo)權(quán)值為0.083 8，具體結(jié)果見表3。

結(jié)果顯示，各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI范圍在0.689 1～0.980 1，大部分分布在0.7～0.8，見圖1。由圖1可以看出，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地白寺村為中心，耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI向周圍遞增，耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI較低的區(qū)域都分布在白寺鎮(zhèn)的中部，耕地趨于破碎；CLFI較高的區(qū)域分布在白寺鎮(zhèn)的北部和南部，耕地趨于規(guī)整。白寺村作為白寺鎮(zhèn)的鎮(zhèn)政府所在地，社會(huì)經(jīng)濟(jì)較其他行政村要發(fā)展更快，同時(shí)其影響力也輻射到了周圍的一些行政村，而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可能分割了耕地的完整性，對(duì)耕地規(guī)整性產(chǎn)生不利的影響，反映在耕地細(xì)碎化指數(shù)較低。

表3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化指數(shù)

圖1 白寺鎮(zhèn)各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)分布

3.2 耕地細(xì)碎化分級(jí)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)CLFI為0.6時(shí)，其戶均地塊數(shù)為2.44，塊均耕地面積約為0.178 hm2，而耕地對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化要求平均地塊面積大于0.2 hm2，因此，將CLFI為0.6作為耕地細(xì)碎化的一個(gè)低限，CLFI在0.6以上采用等距離分級(jí)，耕地細(xì)碎化程度劃分5級(jí)，見表4。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示商水縣白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI為0.769 9，細(xì)碎化等級(jí)屬于Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化。

各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI范圍在0.689 1～0.980 1，細(xì)碎化等級(jí)Ⅳ～Ⅰ級(jí)，屬于重度細(xì)碎化～輕微細(xì)碎化；其中大部分行政村屬于Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化；以鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地白寺村為中心，耕地細(xì)碎化程度逐漸降低。

表4 耕地細(xì)碎化等級(jí)劃分與描述

計(jì)算各指標(biāo)權(quán)值在CLFI的比重可得到各指標(biāo)對(duì)耕地細(xì)碎化指數(shù)的貢獻(xiàn)率，由圖2可以看出最大的為戶均地塊數(shù)，其次為塊均耕地面積，然后是土地利用程度，對(duì)耕地細(xì)碎化貢獻(xiàn)率最小的是地塊密度和分維數(shù)，其次是景觀形狀指數(shù)和分維數(shù)。

產(chǎn)權(quán)制度下的戶均地塊數(shù)和塊均耕地面積2項(xiàng)指標(biāo)對(duì)耕地細(xì)碎化指數(shù)的貢獻(xiàn)率達(dá)到46%，社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率也達(dá)到了28%，而景觀分析指標(biāo)的貢獻(xiàn)率為26%。從指標(biāo)的貢獻(xiàn)率上看，產(chǎn)權(quán)制度方面的指標(biāo)對(duì)區(qū)域耕地細(xì)碎化程度的高低起重要作用，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和景觀指數(shù)對(duì)耕地細(xì)碎化程度影響基本持平。雖然景觀分析指標(biāo)的權(quán)重要大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但是由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值都在0.9以上，而景觀指標(biāo)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，景觀形狀指數(shù)和地塊密度的值較低，最終導(dǎo)致景觀指標(biāo)的權(quán)值比重與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)持平。

圖2 各指標(biāo)對(duì)耕地細(xì)碎化指數(shù)的貢獻(xiàn)率

為了進(jìn)一步分析耕地細(xì)碎化程度，將各行政村評(píng)價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值與各行政村的耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)分析，結(jié)果顯示戶均地塊數(shù)、地塊密度、分離度與CLFI呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，塊均耕地面積與CLFI呈線性正相關(guān)關(guān)系，而景觀形狀指數(shù)、分維數(shù)、土地利用程度和潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)與CLFI的相關(guān)性較小。

圖3 部分評(píng)價(jià)指標(biāo)與耕地細(xì)碎化指數(shù)的相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)論與討論

本研究在利用遙感影像、土地利用數(shù)據(jù)庫與實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，選取平原糧食生產(chǎn)核心區(qū)中商水縣白寺鎮(zhèn)作為研究區(qū)域，在產(chǎn)權(quán)制度因素、景觀因素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素下選取了戶均地塊數(shù)、塊均耕地面積、地塊密度、景觀形狀指數(shù)、分離度、分維數(shù)、土地利用程度、潛在農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移指數(shù)8個(gè)評(píng)價(jià)因子構(gòu)建耕地細(xì)碎化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別計(jì)算了鄉(xiāng)鎮(zhèn)及所轄各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI。

(1)商水縣白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI為0.769 9，細(xì)碎化等級(jí)屬于Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化；各行政村耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI范圍在0.689 1～0.980 1，主要分布在0.7～0.8，細(xì)碎化等級(jí)多屬于Ⅲ級(jí)，中度細(xì)碎化；耕地細(xì)碎化程度隨著距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地白寺村的增加，耕地細(xì)碎化指數(shù)CLFI逐漸增高，耕地細(xì)碎化級(jí)別逐漸降低。

(2)產(chǎn)權(quán)制度下的戶均地塊數(shù)和塊均耕地面積對(duì)白寺鎮(zhèn)耕地細(xì)碎化程度的影響較大；戶均地塊數(shù)、地塊密度和景觀形狀指數(shù)則在總體上限制了CLFI的提高，研究區(qū)域的耕地細(xì)碎化主要表現(xiàn)在戶均地塊數(shù)較多，地塊密度偏大，地塊面積偏小，耕地形狀趨于復(fù)雜。

耕地細(xì)碎化受到各因子狀態(tài)及權(quán)重的相互影響，產(chǎn)生耕地細(xì)碎化的原因主要有：白寺鎮(zhèn)耕地的稀缺性和人口的不斷增長(zhǎng)，特別是隨著農(nóng)業(yè)人口的增長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移，農(nóng)戶家庭內(nèi)部的耕地分割，以及溝渠、道路對(duì)耕地的分割，導(dǎo)致了耕地細(xì)碎化不可避免的產(chǎn)生；而家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制在實(shí)行中按照人口多少、耕地質(zhì)量?jī)?yōu)劣、離家遠(yuǎn)近等平均分配要求以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)土地的需求等，也加劇了耕地細(xì)碎化程度。此外，一些外部因素如所選取的研究區(qū)的尺度不同，可能對(duì)研究結(jié)果造成不同程度的影響。

降低區(qū)域耕地破碎化的主要措施主要有：合理控制人口數(shù)量；引導(dǎo)農(nóng)業(yè)就業(yè)人口向二三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，合理規(guī)劃布局并嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)劃，嚴(yán)禁非法占用耕地，積極推進(jìn)土地整理和農(nóng)村土地綜合整治，改善耕地基礎(chǔ)設(shè)施，積極推進(jìn)農(nóng)地流轉(zhuǎn)，推進(jìn)土地使用權(quán)結(jié)構(gòu)，扶持可持續(xù)經(jīng)營的家庭農(nóng)場(chǎng)，鼓勵(lì)農(nóng)民地塊交換或者加入農(nóng)業(yè)合作社，以期減少耕地細(xì)碎化，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與效益。

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(責(zé)任編輯：朱秀英)

Evaluation of cultivated land fragmentation in plain grain-production core region

LI Ling, ZHANG Shaokai, DONG Yangyang

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

This paper conducted research on quantitative fragmentation evaluation of cultivated land in plain grain-production core region, which located in Baisi town, Shangshui county, Henan province. TheCLFIevaluation system was probably convenient and effective to evaluate township-level of grain-production core region in plain, and provide scientific theory supporting for the regional land consolidation in future. The cultivated land fragmentation evaluation index system was constructed to quantitatively measure the fragmentation degree of cultivated land. This evaluation index system combined features with eight properties based on property rights, landscape and social economic element. These eight evaluation indicators were: the plot amount per household, the cultivated land area per block, plots density, landscape shape index, separation, fractal dimension, the degree of land use, and the transfer index of potential agricultural population. Based on interpretation image and field validation by means of the ArcGIS and Fragstats software to calculate indicators of the status quo value and determine the ideal value, combined with the adjusted AHP method to calculate the index weight, evaluate theCLFI(Cultivated land fragmentation index)preliminarily, and to divide fragmentation degree level grade of cultivated land. According to the requirements of arable land for agriculture mechanization and the research stage process result, theCLFI0.6 as the floor level of cultivated land fragmentation. Five fragmentation ranks were divided to express the fragmentation extents with isometric classification method above 0.6 in accordance withCLFIvalue, which were very severe fragmentation, severe fragmentation, moderate fragmentation, mild fragmentation and minor fragmentation. The result showed that theCLFIof town was 0.769 9, the fragmentation grade was Ⅲ, moderate fragmentation; and theCLFIrange of villages from 0.689 1 to 0.980 1, mainly distributed in 0.7 ～ 0.8, mostly belonging to grade Ⅲ, moderate fragmentation. The spatial distribution of villageCLFIreflected the index increased with the increase of the distance from the village to township government, and the degree of cultivated lands fragmentation was reduced, The causes of the research result were mainly included: the scarcity arable land and growing population, the division to arable land by ditches and road, and the implementation of the household contract responsibility system, etc. TheCLFIof Baisi town was 0.769 9. The plot amount per household and the cultivated land area per block had a high level effect on the degree of cultivated land fragmentation under the property system, and in general, the improvement ofCLFIwas limited by the plot amount per household, plots density and landscape shape index.

cultivated land fragmentation index; quantitative evaluation factor system; Henan; plain grain-production core region

2014-06-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201209)；國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)項(xiàng)目(2008FY110600)；國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201011016-5)

李 玲(1973-)，女，河南息縣人，副教授，博士，主要從事土地資源管理、資源環(huán)境方面的研究。

1000-2340(2015)04-0524-09

F301.21

A