俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地資源潛力分析

譚曉宇，劉家福，張 柏，付研竹

(1.吉林師范大學 旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000；2.中國科學院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102；3.東北農(nóng)業(yè)大學 公共管理與法學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引 言

糧食安全是全球所面臨問題之一，也因此成為聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(SDGs)的重要內(nèi)容之一[1-3]。耕地資源是維系國家糧食安全、促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障[4]。我國人均耕地數(shù)量小，耕地總體質(zhì)量較差，后備耕地資源相當有限，人口增長與耕地減少呈現(xiàn)逆向發(fā)展的趨勢[5-7]。解決糧食安全問題的核心之一就是保證耕地資源安全，而進行后備耕地資源的開發(fā)與利用是保證糧食安全與耕地紅線的重要手段[8-10]。合理利用有限的耕地資源對于確保糧食安全至關重要，因此開展后備耕地資源研究對保障農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要指導意義。

目前對于后備耕地的相關研究主要集中在國內(nèi)的土地適宜性分析、驅(qū)動力研究、耕地的時空演變分析等方面[11-13]。例如：管栩等利用土地整治項目信息，基于中國縣域尺度上運用空間自相關法對中國土地整治新增耕地數(shù)量及來源結構的空間差異進行分析[14]。關小克等基于土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫，從區(qū)域規(guī)劃的角度對耕地后備資源開發(fā)進行性分析[15]。黃廳廳等基于GIS平臺運用模糊優(yōu)選模型，對貴州的耕地質(zhì)量進行評價及時空演變分析[16]。谷昌軍等對緬甸農(nóng)業(yè)土地構建適宜性評價模型并對各分區(qū)提出了發(fā)展建議[17]。有關中國鄰近國家或地區(qū)耕地潛力方面涉及較少，而研究中國周邊國家或地區(qū)的后備耕地資源潛力對維護我國糧食安全問題同樣具有重要意義。

俄羅斯遠東地區(qū)與中國具有特殊地緣關系，在歷史上的長久依靠、在地輿上的毗鄰使得雙方形成了一種相互依賴、相互合作的緊密關系。本文選取俄羅斯遠東地區(qū)為研究區(qū)，從氣候、地形、土壤等方面構建評價體系，利用ArcGIS軟件平臺分析耕地后備資源潛力。本研究結果對維護我國糧食安全問題具有重要意義，且對指導其周邊國家發(fā)展后備耕地資源具有科學指導意義。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

俄羅斯遠東地區(qū)位于俄羅斯東部沿海地區(qū)，地理坐標為42°N～67°N，119°E～169°W，行政區(qū)劃上共有7州、1區(qū)(圖1)。遠東地區(qū)土地總面積約310.22萬km2，截至2015年末，遠東地區(qū)人口總數(shù)達621.1萬人，人均土地面積占比較大。遠東地區(qū)南北溫差大，南部7月氣溫平均可達20℃以上，北部則只在 0～4 ℃之間。遠東地區(qū)的主要地貌類型為山地，面積占全區(qū)總面積的3/4，土地資源類型主要以林地、草地為主(圖1)，其中，林地占比達到了45.4%，草地占比13.3%。夏季適宜的溫度，較為肥沃的土壤和地廣人稀的優(yōu)勢為遠東地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定了基礎。

圖1 遠東地區(qū)土地覆被圖Fig.1 Land cover pattern of the Far Eastern Russia

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所采用的數(shù)據(jù)主要包括：土地覆被數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源為歐空局發(fā)布的全球土地覆被現(xiàn)狀數(shù)據(jù)；地形數(shù)據(jù)主要包含高程和坡度數(shù)據(jù)，獲取自東北亞資源環(huán)境大數(shù)據(jù)中心(www.igadc.cn/)；氣候數(shù)據(jù)包含年均氣溫和年均降水數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源為國家氣象科學數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/site/index.html)；土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)包含有機質(zhì)含量、土壤pH值和土壤類型，數(shù)據(jù)源為全球土壤數(shù)據(jù)(https://soilgrids.org /)。數(shù)據(jù)年份為2015年，空間分辨率為1 km，數(shù)據(jù)格式為Grid。

1.3 研究方法

本研究采用綜合量化打分加權法[18-19]和極限條件相結合的方式，對后備耕地潛力進行綜合評價。當某評價單元的生態(tài)因子到達一定極限時則采納極限條件法，該評價單元的適宜性為不適宜，若所有生態(tài)因子都未到達極限，則采取量化打分加權法進行潛力評級[20-21]。依據(jù)評價指標構建原則與依據(jù)環(huán)境要素評價出適宜耕種的范圍，這樣既可以在開墾后保障耕地的質(zhì)量，也可以確保開發(fā)時的適宜性和適宜程度[22-23]。當量化分值為0時，說明指標處于不適宜耕種的范圍里。結合專家給出的權重值和加權指數(shù)方法，對遠東地區(qū)耕地進行適宜性評價及后備耕地資源進行潛力分析，并計算分值，具體公式如下：

式中：S為評定單元的耕地適宜性綜合評分值；n為評價指數(shù)個數(shù)；Wk為第k個評價因子的權重；Vk為第k個評價指標的量化分值。

將計算出來的每個評價單元的分值作為適宜性等級劃分的依據(jù)，對各個評價單元的分布情況進行統(tǒng)計，通過評價單元的分布情況劃分出耕地適宜性等級區(qū)間，分為非評價區(qū)、不適宜區(qū)、較不適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和較高適宜區(qū)[24-25]。最終得出俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地資源的適宜性評價結果。

自然因素方面，選取影響遠東地區(qū)后備耕地資源適宜性的評價因子，通過聽取專家意見、資料閱讀等，篩選以下因子作為后備耕地資源適宜性評價指標，包括氣溫、降水、海拔、坡度、土壤類型、土壤有機質(zhì)和pH值[26-27]。遠東地區(qū)土壤類型眾多，但并不是所有都適合進行耕種。將不適宜耕種的土壤類型例如巖石露頭、礫質(zhì)土等，劃分為不適宜耕種區(qū)。將剩下的土壤類型按照適宜耕種程度劃分等級進行打分，增加評價的準確性(表1)。

表1 后備耕地資源的宜耕區(qū)域評價指標Table 1 Evaluation index of suitable area for reserved cultivated land resources

權重確定是整個評價過程中最重要的部分，評價分值則反應相同指標對不同等級后備耕地適宜性適宜分數(shù)[28]。結合實際情況與已有數(shù)據(jù)資料，依據(jù)評價指標對耕地自然適宜程度的重要性采用經(jīng)驗法確定權重系數(shù)[29]。運用主觀賦權法，確定評價因子的分級指數(shù)[30]。將待確定的指標和相關資料及統(tǒng)一的規(guī)則發(fā)給預先選定的10～20名專家，將他們給出的結果計算均值后確定指標權重。

遠東地區(qū)緯度跨度大，當緯度超過55°N時，會出現(xiàn)多年凍土現(xiàn)象，且伴隨緯度的不斷升高，凍土層的埋藏深度將不停增加。此外，55°N以北地區(qū)年均溫低于-5 ℃，坡度也相對較高，不適宜作物生長，為不適宜區(qū)。在考慮俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地資源潛力分析時，將55°N以北區(qū)域直接劃為非評價區(qū)。

2 結果與分析

2.1 權重與評價分值的確定

依據(jù)評價因子對耕地自然適宜的影響度，對各個影響因子進行分級，量化取用定量與定性相結合的方法。如地形坡度因子依據(jù)專家給出的意見，根據(jù)山區(qū)水土保持標準，耕地坡度大于25°為不適宜耕種的臨界值，0～25°之間劃分為<3°、3°～5°、5°～8°、8°～15°和15°～25°的5個范圍，依據(jù)適宜耕種程度給予打分。在后備耕地等級適宜性評價過程中，將整個評價區(qū)依據(jù)各個評價單元的得分情況(表2)進行統(tǒng)計，從而劃分適宜性區(qū)間將整個評價區(qū)域劃分為非評價區(qū)(等于0)、不適宜區(qū)(<50)、較不適宜區(qū)(50～60)、一般適宜區(qū)(60～75)、較適宜區(qū)(75～90)。

表2 后備耕地適宜性評價因子權重、分值、分級指標Table 2 The weights,scores and grading indicators of the suitability evaluation factors of the reserve cultivated land

2.2 評價指標空間格局特征

遠東地區(qū)降水有明顯的地帶性，海陸差異明顯，南部年降水量多，北部年降水量少，東部降水量大于西部。研究區(qū)北部年降水量集中在0～600 mm之間，南部是900 mm～1 200 mm之間。降水量較多的是南部臨近濱海地區(qū)的薩哈林州、濱海邊疆區(qū)和勘察加州。遠東地區(qū)以夏季溫暖濕潤，冬季寒冷干燥的季風氣候為主。由圖2(a)遠東地區(qū)的氣候圖中可以看出，遠東地區(qū)北部年平均氣溫小于-5 ℃，年平均氣溫大于0 ℃的地區(qū)主要集中在55°N南部的一些地區(qū)，南北溫差較大年平均溫差相差15 ℃。

注：(a)氣候圖：年均降水量、年均氣溫；(b)地形圖：高程、坡度；(c)土壤性質(zhì)：pH值、有機質(zhì)含量、土壤類型。Note:(a) Climate map:annual average precipitation,annual average temperature; (b) Topographic map:elevation,slope; (c) Soil properties:pH value,organic matter content,soil types.圖2 遠東地區(qū)影響耕地適宜性指標Fig.2 Indicators for assessing the suitability of potential cultivated land in the Far East Russia

俄羅斯面積廣闊，從而形成了復雜的地形條件。圖2(b)遠東地區(qū)地形圖中顯示，遠東地區(qū)高程大部分位于400～1 200 m之間，海拔低于200 m的地區(qū)僅存在于東北部。相較于西伯利亞地區(qū)，遠東地區(qū)坡度整體較高，坡度大于15°的地區(qū)占了遠東地區(qū)面積的二分之一，小于5°的地區(qū)主要集中阿穆爾州、猶太自治州。

由圖2(c)遠東地區(qū)土壤性質(zhì)圖中可知，俄羅斯土壤類型豐富，遠東地區(qū)主要土壤類型中淋溶土、灰壤和始成土占整個遠東地區(qū)的50%，有機土、灰化土、黑鈣土等占比也相對較多，其余類占比較少。有機質(zhì)是成土過程中重要的一環(huán)，含量影響土壤生態(tài)功能的每個過程，有機質(zhì)是土壤健康程度的體現(xiàn)，是否適合農(nóng)作物的生長是由肥沃程度決定的，而土壤的肥沃程度又是由有機質(zhì)決定的。遠東地區(qū)土壤有機質(zhì)含量大部分地區(qū)小于6 g·kg-1，其次為6～10 g·kg-1之間，主要分布在北部地區(qū)。影響土壤肥力的另一個重要因素就是土壤pH值的高低，不同的氣候形成了土壤不同的酸堿度。pH值在6.0～8.0之間是適宜農(nóng)作物生長的正常范圍。在這個范圍之外，則需要制定科學合理的調(diào)節(jié)酸堿度的方案。如圖2(c)可知遠東地區(qū)土壤pH值大部分在6.0～7.0之間。

2.3 后備耕地資源潛力總體格局

依據(jù)專家打分法的結果以及海拔高度、地形坡度、氣溫、降水量、土壤類型、有機質(zhì)、pH值的空間分布進行分析可以看出：俄羅斯遠東地區(qū)大部分區(qū)域位于后備耕地適宜性非評價區(qū)內(nèi)，后備耕地資源適宜性評價區(qū)分布在55°N以南地區(qū)(圖3)。

圖3 俄羅斯遠東地區(qū)評價區(qū)分布Fig.3 The distribution of evaluation areas in the Far East Russia

通過對柵格計算得出：遠東地區(qū)后備耕地資源適宜性評價區(qū)總面積為15.6萬km2，其中，后備耕地適宜區(qū)為8.0萬km2，占整個后備耕地資源的51.3%；后備耕地不適宜區(qū)面積為7.6萬km2，占整個后備耕地資源的48.7%。耕地適宜區(qū)中包含較高適宜區(qū)1.7萬km2，占比10.9%；一般適宜區(qū)6.3萬km2，占比40.4%；后備耕地不適宜區(qū)包含較不適宜區(qū)7.1萬km2，占比45.5%；不適宜區(qū)0.5萬km2，占比3.2%(圖4)。另外，從空間分布結果來看，俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地資源的適宜區(qū)主要分布在評價區(qū)的南部和西南部，東部有少量分布。雖然后備耕地適宜區(qū)面積所占比例不高，但其相對集中。與中國黑龍江省接壤的地方后備耕地適宜區(qū)面積斑塊最大，其主要原因是該區(qū)地勢相對平緩且有黑龍江流經(jīng)此地，水資源充足。一般適宜區(qū)分布在哈巴羅夫斯克邊疆區(qū)、濱海邊疆區(qū)、堪察加州三處地勢稍低緩地區(qū)；較不適宜、不適宜區(qū)多分布在地勢較高地區(qū)，如堪察加州中、東部，哈巴羅夫斯克邊疆區(qū)北部、西北部。

圖4 遠東地區(qū)后備耕地適宜區(qū)分布圖Fig.4 Distribution map of suitable areas for reserve arable land in the Far Eastern Russia

從遠東地區(qū)各行政區(qū)耕地適宜性來看，耕地適宜性較高的地區(qū)主要集中在哈巴羅夫斯克邊疆區(qū)的南部、中部和東部地區(qū)，面積為2.5萬km2；其次是濱海邊疆區(qū)的西北、西南部地區(qū)，面積為2.2萬km2。再者是阿穆爾州的南部、中部地區(qū)，面積為1.7萬km2。其余的堪察加州、薩哈林州、猶太自治州的分布面積均不到1萬km2，面積分別為0.8萬km2、0.6萬km2、0.2萬km2(表3)。因此，總體而言遠東地區(qū)后備耕地資源適宜性整體較高。

表3 俄羅斯遠東各行政單元后備耕地適宜區(qū)面積Table 3 Suitable area of reserved cultivated land in various administrative units in the Far Eastern Russia

3 討論與結論

后備耕地潛力是一個國家耕地資源與糧食安全的保障[31]，已有不少研究將生態(tài)因子作為土地評價分析的依據(jù)。本文依據(jù)氣溫、降水、高程、坡度數(shù)據(jù)的同時加入土壤pH值、有機質(zhì)土壤類型共7個指標，進行了俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地面積分布的分析[10]。分析發(fā)現(xiàn)，后備耕地適宜區(qū)主要分布在降水量為600～1 200 mm、氣溫為5 ℃～10 ℃的地區(qū)，土壤屬性適合作物生長的主要適宜范圍。但這不是影響后備耕地分布范圍的主要原因，影響俄羅斯遠東地區(qū)后備耕地面積分布的主要原因是下墊面因素，在復雜下墊面控制下氣溫、降水都會出現(xiàn)明顯差異，遠東地區(qū)的海拔高度大部分位于400～1 200 m之間，坡度在25°以上，海拔升高使氣溫也隨之降低與同緯度地區(qū)相比溫差可達到5℃左右，坡度高不僅不利于進行農(nóng)業(yè)耕作，也會造成水土流失等一系列問題。通過遠東地區(qū)后備耕地適宜區(qū)分布圖可以看出：較高適宜區(qū)的分布都位于海拔200～400 m之間，坡度0～5°之間，這也與早期學者的研究結論相匹配[32-33]。

綜合考慮自然環(huán)境與生態(tài)環(huán)境因素后，我們得出以下結論：

(1)遠東地區(qū)后備耕地資源適宜區(qū)總面積為8.0萬km2，主要分布在遠東地區(qū)南部的大部分地區(qū)包括6個行政區(qū)；(2)遠東地區(qū)后備耕地資源適宜性整體較高，后備耕地適宜區(qū)相對集中，面積也較大，俄羅斯遠東后備耕地適宜區(qū)主要分布在與我國黑龍江省接壤的地方。

我國東北地區(qū)與遠東地區(qū)的農(nóng)業(yè)合作具有地理優(yōu)勢和互補性，對俄羅斯遠東地區(qū)可開發(fā)后備耕地資源與潛力進行評價能夠為我國耕地緊張問題提供對策，促進經(jīng)濟戰(zhàn)略合作，達成共贏。

本研究僅綜合考慮了自然、生態(tài)因子，沒能考慮研究區(qū)的土地利用規(guī)劃政策和國家對于土地規(guī)劃的相關條例對后備耕地資源開發(fā)的影響，在后續(xù)的研究過程中應將政策等外部因素加入到后備耕地的評價指標當中進行完善，使進行潛力評價時能夠更加的合理與科學。