基于田塊特征的農(nóng)村耕地分類互換研究

王夢銳，畢如田

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷030801）

0 引言

耕地細碎化不僅包括耕地自然斑塊的細碎化，還包括耕地經(jīng)營權屬的細碎化[1-2]。耕地自然斑塊的細碎化又叫耕地自然細碎化，它是由于耕地受到農(nóng)業(yè)資源、氣候災害、地形條件等因素的影響，使得耕地出現(xiàn)地塊大小不一，質量不等，數(shù)目較多，地塊分散的問題[3]。耕地經(jīng)營權屬的細碎化又叫耕地經(jīng)營細碎化，是社會經(jīng)濟、人文地理、科學技術等各種因素綜合影響的結果，耕地受農(nóng)戶耕作權屬影響，將一塊自然斑塊耕地人為分割成了面積不同的幾個田塊，一般情況下，每個農(nóng)戶的耕地田塊分散，但分布在一定空間范圍內[4-6]。尤其中國實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制以來，極大地促進了中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，激發(fā)了農(nóng)民生產(chǎn)熱情，然而該制度下耕地平均分配原則使耕地細碎化進一步加深[7]，造成耕地浪費、規(guī)模化生產(chǎn)受阻[10-11]和生產(chǎn)效率低下[12-14]等問題。19世紀人們才開始研究耕地細碎化對農(nóng)業(yè)的影響，直到20世紀初，解決耕地細碎化問題的研究正式起步[13]。國外對耕地細碎化的定義雖然沒有中國的權威，但國外在這方面的研究早于中國很多年，其中在耕地細碎化定義方面，Binns[14]認為耕地細碎化是在農(nóng)場等較大范圍內，很多單個面積較小且不相連的地塊空間分布呈現(xiàn)出來的狀態(tài)；Papageorgiou和Tin Nguyen等[15-16]則強調地塊間的距離和多于一塊離散地塊的經(jīng)營產(chǎn)權；Dovring[17]把同一塊自然斑塊耕地上有不同的經(jīng)營產(chǎn)權和相同產(chǎn)權地塊不在同一個自然斑塊的地塊定義為土地細碎化；Bellon[18]強調耕地細碎化是耕地經(jīng)營產(chǎn)權的分散。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，Schultz[19]認為土地的細碎化是農(nóng)場中土地低效率利用、管理不合理的體現(xiàn)；Jabarin等和Hazarika等[20-21]的研究表明地塊破碎度越高生產(chǎn)成本越高，地塊越大對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高越明顯。在中國，譚淑豪[22]教授分別從耕作地塊大小、經(jīng)營產(chǎn)權分散、地塊間距離定義耕地細碎化；李功奎[2]認為耕地細碎化能夠提供多元化種植，有效發(fā)揮剩余勞動力；萬廣華、蘇旭霞等[8-9]調查指出耕地細碎化限制了農(nóng)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)；呂挺、紀月清等[23]的研究顯示地塊面積對水稻的單產(chǎn)無差異，但面積較大的地塊生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本尤其是勞動成本較低。

在中國偏遠山區(qū)，受自然條件、社會基礎設施等影響較大，加上家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制的影響，大多只能實行傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式，生產(chǎn)水平較低。因此明晰耕地空間分布規(guī)律，對耕地質量重新分類，調整村落內部耕地承包經(jīng)營權，改善小面積、低效率的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；鹘?jīng)營，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率等成為丘陵地區(qū)耕地流轉問題的關鍵。目前耕地質量評價分級方面的研究有很多，但基于農(nóng)村田塊特征的耕地分類及實現(xiàn)同類地塊間承包經(jīng)營權調整的研究較少。筆者以山西省太谷縣溫莊村為例，基于研究區(qū)田塊特征，對耕地進行重新分類，通過調整村落內部耕地承包經(jīng)營權，為解決耕地細碎化問題，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

溫莊村地處山西省太谷縣范村鎮(zhèn)東北部，距離太谷縣縣城32 km，北與坪上村相接，西鄰上安村，東接下寨村。研究區(qū)位于丘陵地帶，屬暖溫帶大陸性氣候，全村約有耕地32 hm2，戶數(shù)31戶，人均年收入2000元。全年降水季節(jié)分布不均勻，作物生長靠人工灌溉來促進；土壤呈微堿性，并且侵蝕較為嚴重；植被種類豐富，玉米和棗樹為主要的農(nóng)作物，經(jīng)濟來源以農(nóng)業(yè)為主，占農(nóng)民收入的70%。研究區(qū)為典型的丘陵地貌，常住人口稀少，經(jīng)濟發(fā)展速度緩慢，全村耕地分布在山區(qū)和平地的地塊數(shù)目均衡，且地塊形狀各異，面積大小和便捷程度不同，相同承包經(jīng)營權的耕地空間分布散亂、耕地細碎化現(xiàn)象嚴重，該村地塊特征對研究欠發(fā)達地區(qū)村內耕地經(jīng)營權調整、解決耕地細碎化問題具有一定的代表性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

矢量數(shù)據(jù)來源于2017年太谷縣農(nóng)村土地承包經(jīng)營權數(shù)據(jù)庫，經(jīng)ArcGIS提取、投影轉換獲取耕地數(shù)據(jù)；收集DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)裁剪、投影轉換為與耕地數(shù)據(jù)一致坐標系的柵格數(shù)據(jù)；道路矢量數(shù)據(jù)根據(jù)太谷縣1:2000正射影像，并結合田間實地調查繪制獲得；田塊屬性數(shù)據(jù)及產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過實地調查訪問獲得。

2 研究方法

2.1 村落尺度耕地質量影響因子的選取與計算

本研究選取了地塊面積、地塊坡度、地塊形狀指數(shù)、地塊連片性、地塊規(guī)整度、耕作通達度、耕作遠距離及地塊產(chǎn)量等8個丘陵區(qū)耕地細碎化的影響因子，并在在各因素的影響下分別對研究區(qū)地塊進行分類，分析地塊的空間分布特征。

（1）地塊面積。地塊面積是衡量耕地細碎化的一項重要指標，地塊面積大小與農(nóng)戶對地塊的成本投入、經(jīng)營方式及產(chǎn)出利益有一定的關系[24]。研究區(qū)地塊屬性數(shù)據(jù)提取自2017年太谷縣農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權數(shù)據(jù)庫，其中包括地塊面積，地塊周長，地塊經(jīng)營權屬以及農(nóng)戶的家庭情況等，通過地塊面積的提取發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)地塊面積最大為0.56 hm2，最小為0.01 hm2，反映出耕地的細碎化較為嚴重，可見地塊面積可作為影響耕地細碎化的一個重要影響因素。

（2）地塊坡度。地形地貌是影響耕地細碎化的重要因子，反映在地塊屬性上即為地塊的坡度，地塊坡度影響著耕地的綜合價值，坡度越平緩耕作越便利，坡度較大的耕地養(yǎng)分流失會比較嚴重故不適合耕種。根據(jù)研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)提取坡度值，并通過計算地塊的平均坡度值確定地塊坡度大小。

（3）地塊形狀指數(shù)。地塊形狀指數(shù)用來衡量地塊的復雜程度，是反映地塊耕作形狀的重要指標，往往地塊形狀越接近規(guī)則的矩形，農(nóng)戶耕作起來會更加方便，農(nóng)戶也更加傾向于規(guī)則的地塊。計算方法見公式(1)。

式中S為地塊的形狀指數(shù)，Li為第i個地塊的周長，ai為第i個地塊的面積，0.25為正方形矯正常數(shù)，S值為1表示地塊的形狀為正方形，S值越大，地塊形狀越不規(guī)則。

（4）地塊連片性。地塊的連片性反應的是耕地在空間分布上的細碎化，指同一類型或同一耕作等級的地塊在空間分布上的連接程度[25]，地塊連片性由公式(2)計算可得。

式中P為地塊連片性，Si為連片面積現(xiàn)狀值，Smin為連片面積中地塊的最小值，Smax為連片面積中地塊的最大值，其中地塊連片度P的取值范圍為[0，1]。

（5）地塊規(guī)整度。地塊規(guī)整度是評價地塊質量的一個重要因素,更是農(nóng)戶對地塊價值進行評價時參考的一個重要的影響因素。地塊規(guī)整度計算見公式(3)。

式中K為地塊規(guī)整度，Si為第i個地塊的面積，Li為第i個地塊的周長。K值越小表示地塊的形狀越規(guī)則，K值越大則地塊的形狀越復雜。

（6）耕作通達度。耕作通達度是在基礎設施方面影響耕地細碎化的一個重要因子，是指各地塊到道路的最短距離，耕作通達度在很大程度上決定了耕地的綜合價值，在實際耕作中農(nóng)戶更加傾向于通達度較好的耕地，所以較好通達度的自然地塊被經(jīng)營權屬分割的更加細碎化。耕地通達度通過ArcGIS軟件工具箱里的near工具計算各地塊的幾何中心到可通農(nóng)用車輛道路的最近距離。

（7）耕作距離。耕作距離是指耕地到居民區(qū)的距離，距離越近，農(nóng)戶耕作越方便，耕作距離也是衡量耕地綜合質量的重要因素。耕作距離根據(jù)ArcGIS軟件的鄰近分析得出，將研究區(qū)地塊和居民區(qū)的幾何中心進行鄰近分析得出每塊耕地到居民區(qū)的距離。

（8）地塊產(chǎn)量。家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制下的耕地平均分配不僅包括田塊數(shù)量上的平均分配，還包括地塊肥田瘦地的平均分配，即在農(nóng)村土地承包責任制度下，村集體結合耕地肥瘦按人口或勞動力平均分配給每個農(nóng)戶。而地塊產(chǎn)量是對耕地肥瘦情況最直觀的反映，因此，地塊產(chǎn)量是研究影響耕地細碎化的一項重要指標，在耕地承包經(jīng)營權調整的過程中農(nóng)戶將傾向于地塊產(chǎn)量較高的田塊。

2.2 聚類分析

利用統(tǒng)計軟件SPSS中的系統(tǒng)聚類分析法，采用歐氏距離和組平均法進行耕地分類。根據(jù)分類結果，將地塊的空間分布情況在ArcGIS軟件中顯示。

3 結果與分析

3.1 單因子影響的地塊分布

本研究選取太谷縣溫莊村，該村經(jīng)濟來源以農(nóng)業(yè)為主，經(jīng)濟條件相對較差。區(qū)域內的耕地地塊較均勻的分布在平原和山區(qū)，且細碎化問題較為嚴重，對研究欠發(fā)達地區(qū)耕地細碎化問題以及通過調整地塊承包經(jīng)營權實現(xiàn)村集體內部耕地規(guī)?；a(chǎn)具有特殊意義。

分析8項田塊空間數(shù)據(jù)對耕地分類影響，其中地塊面積分類根據(jù)地塊面積由小到大分成了5個區(qū)間；地塊坡度根據(jù)國土第二次調查耕地坡度分級標準將地塊坡度分為四類：≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°和＞25°；地塊形狀指數(shù)、地塊連片性、地塊規(guī)整度、耕作通達度及耕作距離等數(shù)據(jù)通過地塊數(shù)據(jù)矢量化，利用ArcGIS軟件分析計算得到，將計算結果值由小到大分為5個區(qū)間；將實際訪問調查獲得的產(chǎn)量數(shù)據(jù)由高產(chǎn)到低產(chǎn)分為四類。結果見圖1。

圖1 單因子影響下地塊分類示意圖

由圖1和表1可知：（1）研究區(qū)地塊面積在第Ⅰ類的地塊最多為124塊，面積區(qū)間為0.01～0.12 hm2，該區(qū)間田塊面積為7.10 hm2；田塊面積在第Ⅱ類的面積區(qū)間為 0.12～0.23 hm2，地塊數(shù)目為 61 塊，總面積為9.91 hm2；隨著地塊面積的增大，地塊的數(shù)目在逐漸減小，可以看出研究區(qū)的地塊面積普遍較小，耕地經(jīng)營細碎化比較嚴重。（2）研究區(qū)地塊坡度在6°～15°之間的地塊最多為111塊，面積也最大為14.75 hm2，占到該研究區(qū)總面積的60.99%，其次地塊坡度在2°～6°數(shù)目較多有83塊，面積達到8.35 hm2，占該研究區(qū)總面積的34.51%?？梢娧芯繀^(qū)耕地坡度較緩集中在2°～15°之間。（3）研究區(qū)地塊形狀指數(shù)在第Ⅰ類的地塊較多有121塊，其面積占到研究區(qū)面積的69.35%，其次為第Ⅱ類，地塊面積占到總面積26.44%，研究區(qū)地塊形狀較為規(guī)則。（4）研究區(qū)耕地地塊的連片程度較低，連片性在第Ⅱ類的地塊數(shù)目最多，統(tǒng)計后為125塊，面積占到了研究區(qū)耕地面積的60.08%，研究區(qū)耕地連片性較差。（5）地塊的規(guī)整度在第Ⅳ類的地塊較多為64塊，面積占到研究區(qū)耕地面積的36.24%，第Ⅲ類中地塊僅次于第Ⅳ類有58塊，面積達到總面積的30.98%，研究區(qū)耕作情況較為復雜。（6）研究區(qū)耕作通達度在第Ⅰ類的耕地數(shù)量最多為103塊，面積為10.70 hm2，占總面積的44.25%，第Ⅱ類的地塊數(shù)相對較多為73塊，面積為9.38 hm2，占全部耕地面積的38.79%，由此可見該地區(qū)的耕地通達度較好。其中耕地到道路的最小距離為2.98 m，最大距離為214.26 m。（7）耕作距離在第Ⅰ類的地塊數(shù)目較多為92塊，面積為7.75 hm2，占到研究區(qū)耕地總面積的32.02%，耕作距離在第Ⅱ類的耕地數(shù)目雖然不多，但地塊面積最大，達到9.50 hm2，占到研究區(qū)耕地總面積的39.26%，隨著耕作距離的漸遠，耕作便利度下降，地塊的數(shù)目也隨著減少。（8）地塊產(chǎn)量在第Ⅰ類的地塊數(shù)目較多，通過計算有97塊，面積達到9.49 hm2，占總面積的39.22%，產(chǎn)量較高的地塊分布在居民區(qū)周圍的平地，產(chǎn)量較低的耕地分布距離居民區(qū)較遠。

3.2 系統(tǒng)聚類分析結果

由于單因子影響村落耕地經(jīng)營細碎化的程度存在差異，使耕地重新分類結果各不相同，為了減少耕地分類結果的差異，實現(xiàn)村落內部耕地經(jīng)營權調整，研究8項單因子對耕地經(jīng)營細碎化的綜合影響，采用系統(tǒng)聚類法對所選因子數(shù)據(jù)在統(tǒng)計軟件中進行分析，并對研究區(qū)地塊進行分類，聚類結果如圖2所示。

表1 單因子影響下地塊分類結果

圖2 聚類分析結果示意圖

從圖2可以看出，聚類分析下地塊分類結果以居民區(qū)為中心成環(huán)形分成了5類，其中第Ⅰ類和第Ⅱ類地塊面積相對較大，分別為9.21 hm2和9.81 hm2，兩類地塊總面積占到全村耕地面積的78.61%，且從圖中可以看出第Ⅰ類和第Ⅱ類地塊距離居民區(qū)相對較近，距離居民區(qū)較遠的第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類地塊分散且數(shù)目較少，三類地塊面積為5.17 hm2，占全村耕地面積21.40%。通過系統(tǒng)聚類法后耕地分類結果，同類地塊可以根據(jù)地塊產(chǎn)量系數(shù)進行田塊承包經(jīng)營權的調整，不同類地塊依據(jù)農(nóng)戶意愿參考田塊產(chǎn)量系數(shù)進行互換，將擁有相同承包經(jīng)營權的耕地在空間分布上盡量集中在一起，使農(nóng)戶田塊數(shù)量由多變少且保持原有人均耕地質量均衡或不變，降低耕地經(jīng)營細碎化，實現(xiàn)耕地集中連片經(jīng)營，便于機械化耕作，同時降低運輸成本和減少勞作時間，提高生產(chǎn)效率。

表2 聚類分析后地塊數(shù)目與面積

4 結論與討論

本文基于田塊特征選取了地塊面積、地塊坡度、地塊形狀指數(shù)、地塊連片性、地塊規(guī)整度、耕作通達度、耕作距離和地塊產(chǎn)量等8個因素來對研究區(qū)耕地的經(jīng)營細碎化進行研究，并將8項影響因子數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)聚類分析。對系統(tǒng)聚類后的分類結果進行分析得出同類地塊以居民區(qū)為中心呈環(huán)形的方式分布在居民區(qū)周圍，相近區(qū)間的耕作距離和地塊坡度的耕地地塊屬于同一個類中，且同一個類中的地塊具有相似的連片性和地塊產(chǎn)量，而同一類中地塊具有不同的地塊面積、耕作通達度、地塊形狀指數(shù)和地塊規(guī)整度?；诙嘁蛩叵到y(tǒng)聚類分析法對耕地進行重新分類的方法適用于農(nóng)村內部耕地承包經(jīng)營權的調整，為農(nóng)村內部耕地互換，解決耕地細碎化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提供了一種新思路。

本研究選取的研究區(qū)域較小，地貌類型僅為丘陵山區(qū)，不同地貌下的耕地經(jīng)營細碎化影響因素還有待研究。