陜北榆林毛烏素沙地新開墾耕地空間分布特征

摘要 毛烏素沙地的開墾一方面增加了耕地資源保證了糧食安全，另一方面也造成了生態(tài)環(huán)境破壞、環(huán)境承載能力下降、資源分布不合理等現(xiàn)象，對新開墾耕地空間分布進行分析研究對于耕地空間分布優(yōu)化和可持續(xù)利用具有重要意義。利用2010—2020年遙感影像獲取陜北榆林毛烏素沙地新開墾耕地數(shù)據(jù)，并結合自然劃分的地理空間地類數(shù)據(jù)等，分析新開墾耕地地理空間分布、影響因素及空間優(yōu)化分布。研究表明，從地理空間來看，靖邊縣新開墾耕地空間分布特征及模式區(qū)域差異顯著，北部地區(qū)新增耕地密度大，空間分布均勻;南部地區(qū)新增耕地密度小，空間分布較為集中;新開墾耕地分布受到政策、自然和社會三重因素影響?？臻g規(guī)劃上要以北部毛烏素沙地重點開發(fā)，南部山區(qū)限制開發(fā)，引導農(nóng)民合理有序進行土地開墾;要加強土地整治工程及高標準農(nóng)田建設，對已開墾耕地運用工程建設措施，提高耕地集約節(jié)約化發(fā)展，達到改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活和生態(tài)環(huán)境的目的。

關鍵詞 毛烏素沙地;新開墾耕地;空間分布;靖邊縣

中圖分類號 F 301.24? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）21-0079-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Spatial Distribution Characteristics of Newly Reclaimed Cultivated Land in Mu Us Sandy Land of Yulin， Northern Shaanxi—A Case Study of Jingbian County

LI He

（Weibei Branch of Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.， Xianyang， Shaanxi 712000）

Abstract On the one hand， the reclamation of Mu Us sandy land increases the cultivated land resources and ensures the food security， on the other hand， it also causes the ecological environment damage， the decline of environmental carrying capacity， the unreasonable distribution of resources and other phenomena. It is of great significance to analyze the spatial distribution of newly reclaimed cultivated land for the optimization of spatial distribution and sustainable utilization of cultivated land. In this paper， remote sensing images from 2010 to 2020 were used to obtain the data of newly reclaimed land in Mu Us sandy land of Yulin， Northern Shaanxi Province. Combined with the data of natural geographical spatial classification， the geographical spatial distribution， influencing factors and spatial optimization of newly reclaimed cultivated land were analyzed. The results show that from the perspective of geographical space， the spatial distribution characteristics and patterns of new reclaimed cultivated land in Jingbian County are significantly different， and the density of new reclaimed cultivated land in the north is large， and the spatial distribution is uniform; the density of new reclaimed cultivated land in the south is small and the spatial distribution is relatively concentrated; the distribution of new reclaimed cultivated land is affected by policy， nature and society. In terms of spatial planning， we should focus on the development of Mu Us sandy land in the north and restrict the development of mountainous areas in the south， so as to guide farmers to carry out land reclamation reasonably and orderly; it is necessary to strengthen the land consolidation project and the construction of high standard farmland， apply engineering construction measures to the cultivated land， improve the intensive and economical development of cultivated land， and achieve the purpose of improving agricultural production， farmers life and ecological environment.

Key words Mu Us sandy land;Newly reclaimed cultivated land;Spatial distribution;Jingbian County

基金項目 陜西省技術創(chuàng)新引導項目專項基金（2021CGBX-03）;陜西省土地工程建設集團內(nèi)部科研項目（DJNY2021-15）。

作者簡介 李河（1990—），男，河南南陽人，工程師，碩士，從事土地經(jīng)濟與管理研究。

收稿日期 2021-06-24

靖邊縣位于毛烏素沙地附近的風沙草灘區(qū)，是陜西省耕地占補平衡耕地資源補充的重要來源地。然而，由于靖邊縣毛烏素沙地風沙草灘區(qū)屬于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和敏感區(qū)，一方面，此區(qū)域土壤類型為沙壤土，主要由黏粒、粉粒、砂粒組成，其有機質、有效磷、速效鉀等含量較低[1]，新開墾耕地一般采用推土機將沙丘推平，形成大面積平坦農(nóng)田，但會破壞土壤表層，同時不科學的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動也使土壤有機質、氮素含量降低。另一方面，大量開墾耕地需要開采地下水源，近幾年陜北毛烏素沙地地下水源水位也出現(xiàn)了急劇下降的趨勢，同時耕地灌溉和大量農(nóng)藥化肥的使用也導致了地下水污染[2]。當?shù)厝碎L期追求經(jīng)濟效益，再加上對耕地資源的不合理利用，導致土壤質量整體下降[3]，生態(tài)脆弱性偏高。耕地資源的可持續(xù)利用包含了耕地的需求與限制的雙重要求，體現(xiàn)了人、經(jīng)濟與社會的協(xié)調發(fā)展[4]。因此，研究毛烏素沙地區(qū)域新開墾耕地的空間分布特征、影響因素和規(guī)劃優(yōu)化對資源的保護及其可持續(xù)利用具有重要意義。筆者以毛烏素沙地典型區(qū)域——靖邊縣為研究對象，對新開墾耕地進行空間分布、影響因素及優(yōu)化分布分析，以期為毛烏素沙地生態(tài)脆弱區(qū)耕地開墾的適度、科學和合理規(guī)劃提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

靖邊縣位于陜西省西北部，榆林市西南部，地處毛烏素沙漠南緣，位于108°17′15″～109°20′15″E，36°58′45″～38°03′15″N，南北最長為116.2 km，東西最寬為91.3 km，總面積5 088 km2。靖邊縣按地形地貌分為3個區(qū)域，即北部風沙灘區(qū)、中部梁峁?jié)緟^(qū)、南部丘陵溝壑區(qū)。

利用2010—2020年遙感影像，對靖邊縣海則灘鎮(zhèn)耕地進行解析提取，并結合二調數(shù)據(jù)庫，得出耕地變化趨勢及空間分布情況。根據(jù)中國土地利用分類方法，將土地利用類型分為林地、草地、耕地、水體、城鄉(xiāng)及獨立工礦建設用地和未利用地6種，根據(jù)海則灘土地利用類型，一級類型將土地利用類型再細分為有林地、灌木林地、其他林地、草地城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地、工交建設用地、沙地、戈壁、鹽堿地等。

1.2 研究方法

新開墾耕地在大尺度地理空間上可以抽象化為點狀地理事物，因此新開墾耕地的空間分布模式可以看作區(qū)域內(nèi)一系列點的組合。設Si=（xi，yi）是第i 個新開墾耕地的空間位置。理論上，點的空間分布模式雖有千變?nèi)f化，始終不可能超出從均勻到集中分布的空間模式，客觀地理事物抽象點的空間分布有3種基本類型：隨機分布、聚集分布、均勻分布[5-6]。因此，該研究采用定量化的方法分析新開墾耕地空間分布特征，以揭示其內(nèi)在規(guī)律，為土地整治及土地管理提供參考意見。

最鄰近距離法是使用最鄰近的點對之間的距離描述點的空間分布模式。首先計算相鄰的村莊點對之間的平均距離，并與隨機模式之間相似性進行比較。如果觀測模式的最鄰近平均距離大于隨機分布的最鄰近距離，則觀測點趨于均勻;如果觀測模式的最鄰近距離小于隨機分布模式的最鄰近距離，則趨向于聚集分布[7]。計算過程如下：

（1）計算任意一點到最鄰近點的距離（dmin）。

（2）對所有的dmin按照統(tǒng)計區(qū)域中點的數(shù)量n，求平均距離（min），即

min=1nni=1dmin（Si）（1）

式中，Si為研究區(qū)域中的事件;n為新開墾耕地數(shù)量。

（3）在隨機分布模式中得到平均的最鄰近距離，其期望為E（dmin），定義最鄰近指數(shù)R為：

R=minE（dmin）（2）

依據(jù)理論研究，在隨機分布模式中平均最鄰近距離與研究區(qū)的面積A和村莊點數(shù)量n有關。

E（min）=12n/A（3）

考慮邊界修正時，計算模型改為：

E（min）=12An+（0.054 1+0.041n）pn（4）

式中，p為研究區(qū)邊長。當R= 新開墾耕地分布為隨機空間分布;當R< 新開墾耕地空間分布距離在空間上相互鄰近，屬于空間聚集模式;當R=0，為極端聚集的狀態(tài)，所有點聚集分布同一位置上;當R> 新開墾耕地之間最鄰近距離大于隨機分布過程的最鄰近距離，研究區(qū)中的新開墾耕地空間分布趨向于均勻分布。

2 結果與分析

2.1 新開墾耕地空間分布特征

靖邊縣土地資源十分豐富，人均土地面積2.07 hm 是陜西省平均值的3.3倍，有農(nóng)耕地資源11.20萬hm 人均耕地0.33 hm 其中水澆地0.07 hm 居陜北前列[8-9]。靖邊縣按地形地貌分為3個區(qū)域，即北部風沙灘區(qū)、中部梁峁?jié)緟^(qū)、南部丘陵溝壑區(qū)[10-11]，地域差異顯著。新增耕地分布主要有以下幾個特征：①存在明顯南北差異，新開墾耕地空間上高度集中于北部地區(qū)，由北部紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)，中部東坑鎮(zhèn)為主。②新開墾耕地主要位于毛烏素沙漠周邊及腹地，通過建設防風林帶、沙地綠化等工程有效地改善了當?shù)丨h(huán)境，使陜西北部80%的毛烏素沙地得到了有效治理，加之充足的降水及穩(wěn)定的地下水位，許多沙地經(jīng)過農(nóng)民開墾成為良田。③新開墾耕地地類來源明顯，經(jīng)對比2010—2020年土地利用數(shù)據(jù)庫，靖邊縣新開墾耕地來源主要有沙地、灌木林地、有林地、天然牧草地等，分別約占總面積的32.6%、25.3%、18.8%、9.3%。④新開墾耕地與原有耕地空間位置上存在明顯相關性，新開墾耕地主要位于原有耕地臨近位置，可合并耕作，利于規(guī)?；?jīng)營，方便農(nóng)戶經(jīng)營生產(chǎn)。⑤由于丘陵溝壑地形、人口分布密度以及地下水資源等條件限制和約束，靖邊南部地區(qū)周河鎮(zhèn)、中山澗鎮(zhèn)、楊米澗鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)新增耕地極少。

2.2 新開墾耕地空間分布分析

在空間位置上，新開墾耕地占據(jù)一定空間并具有相應內(nèi)部組織結構，將其抽象為系列耕地點后，可以揭示新開墾耕地的空間分布模式。借助Arcgis軟件平臺，利用最鄰近平均距離和理想隨機分布的理論距離進行R指數(shù)的綜合測評，以縣域矢量邊界進行R指數(shù)的空間分布模式定量統(tǒng)計。參考前人研究結果[12]：R<0.6為聚集分布;R>1.5為均勻分布;當R介于0.6～1.5，按照等距細分為3類，即0.6≤R<0.9 為集聚-隨機分布，0.9≤R<1.2 為隨機分布，1.2≤R≤1.5為隨機離散分布。

由圖1可知，整體上，靖邊新開墾耕地空間北部地區(qū)R指數(shù)普遍高于南部，北部地區(qū)新開墾耕地趨向于隨機、分散模式，南部地區(qū)新開墾耕地趨向于聚集分布。①空間R指數(shù)<0.6的地區(qū)主要有王渠則鎮(zhèn)、天賜灣鎮(zhèn)、張家畔鎮(zhèn)、龍州鎮(zhèn)、青陽岔鎮(zhèn)、鎮(zhèn)靖鎮(zhèn)、小河鎮(zhèn)7個鎮(zhèn)，為聚集分布;王渠則鎮(zhèn)、天賜灣鎮(zhèn)、小河鎮(zhèn)、青陽岔鎮(zhèn)、鎮(zhèn)靖鎮(zhèn)、龍州鎮(zhèn)由于地處南部山區(qū)，大部分土地難以開墾為耕地，少量地區(qū)地勢相對平坦具有開墾為耕地的條件，因此其新開墾耕地呈現(xiàn)聚集分布。②空間指數(shù)0.6

2.3 新開墾耕地分布特征影響因素分析

新開墾耕地分布受到政策、自然和社會三重因子綜合影響。政策因素在新開墾耕地空間分布中起到?jīng)Q定性主導作用，退耕還林政策的實施使自留地非法開墾、非法占有林地等問題得到了嚴肅查處，林業(yè)主管部門的執(zhí)法監(jiān)督嚴厲打擊了相關違法行為，切實保護了林地等生態(tài)紅線，林業(yè)等相關政策對靖邊縣新開墾耕地的空間分布起到了決定性主導作用。由于受到地形坡度、可利用水利資源、土壤類型等自然條件限制，自然因素對靖邊縣新開墾耕地空間分布起到了基礎性決定作用。農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展對新開墾耕地空間分布起到重要作用，農(nóng)民對生態(tài)環(huán)境改善的認知及農(nóng)業(yè)機械化水平的提高也加速了農(nóng)戶開墾耕地的趨勢。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）靖邊縣新開墾耕地空間分布特征及模式區(qū)域差異顯著，主要體現(xiàn)在靖邊縣北部-南部差異。整體上靖邊縣北部新增耕地密度大于南部地區(qū)，密度最大的鎮(zhèn)主要有紅墩界鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)。由于北部地區(qū)為風沙灘區(qū)，地勢較為平坦，新開墾耕地高密度分布，空間上呈現(xiàn)隨機、均勻分布。

（2）不同地域類型新開墾耕地空間分布模式特征各異。北部地區(qū)的新開墾耕地空間分布密集，呈現(xiàn)高密度分布形態(tài)，空間分布模式以隨機、均勻為主，新開墾耕地之間鄰近距離較近。南部山區(qū)新開墾耕地空間分布密度極低，鄰近距離偏大，空間分布相對聚集。南部北部交匯過渡地帶新開墾耕地空間分布密度較大，空間分布模式偏向隨機分布。

（3）新開墾耕地分布受到政策、自然和社會三重因子影響，政策影響因素發(fā)揮決定性作用。區(qū)域地形、土壤條件、水資源條件對新開墾耕地起到限制性作用。社會因素作用不斷加強，經(jīng)濟發(fā)展、交通條件、農(nóng)業(yè)機械化現(xiàn)代化發(fā)展對新開墾耕地的空間分布模式也產(chǎn)生較大影響。

3.2 建議

（1）對可開墾耕地資源進行合理規(guī)劃及空間管制。耕地資源的規(guī)劃應首要考慮地域自然條件，再充分與村莊分布相結合，依照中心村-自然村由大到小的空間體系分布。自然條件中，在北部地勢相對平坦、自然基質基本相同地區(qū)，新開墾耕地應按照中心地理論優(yōu)先集中于中心村，其次可分布于自然村，使耕地在空間上均勻分布。南部山區(qū)由于地形限制，在未來新開墾耕地規(guī)劃時，應最大程度圍繞中心村，也可沿山腳或河流走廊式分布。

（2）要加強土地整治工程及高標準農(nóng)田建設工作。利用土地整治工程及高標準農(nóng)田建設中的工程措施，通過對農(nóng)田、灌溉系統(tǒng)、道路及林網(wǎng)的建設，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加便利、農(nóng)村生活更加美好和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境不斷改善。工程措施中重要基礎農(nóng)業(yè)設施和公共農(nóng)業(yè)服務應以村莊為中心對耕地全面覆蓋到達最大服務半徑，使新開墾耕地盡量聚集分布。

參考文獻

[1] 田光進，周全斌，趙曉麗，等.中國新開墾耕地資源空間分布特征及生態(tài)背景研究[J].資源科學，200 24（6）：1-6.

[2] 石輝，劉秀花，陳占飛，等.陜北榆林毛烏素沙地大規(guī)模土地整治開發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題及其對策[J].生態(tài)學雜志，2019，38（7）：2228-2235.

[3] 夏利恒，劉京，尉芳，等.陜西渭北旱塬區(qū)耕地時空格局變化分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報，202 37（5）：256-264.

[4] 李昊，李世平，銀敏華.中國土地生態(tài)安全研究進展與展望[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30（9）：50-56.

[5] 鄭謝彬.戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新空間格局及影響因素研究：以湖南省為例[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報，202 21（1）：118-124.

[6] 褚永彬.地理空間認知驅動下的空間分析與推理[D].成都：成都理工大學，2008.

[7] 王雪芹，戚偉，劉盛和.中國小城鎮(zhèn)空間分布特征及其相關因素[J].地理研究，2020，39（2）：319-336.

[8] 董思，任志遠，魏倩倩.生態(tài)脆弱區(qū)土地綜合承載力時空差異分析：以榆林市為例[J].水土保持研究，2017，24（6）：286-29 299.

[9] [西部開發(fā)]西部大開發(fā) 靖邊大發(fā)展 - 見證陜西[EB/OL].[2021-02-05].http：//www.jzsx.org/.

[10] 鞏雪嬌.靖邊地區(qū)全新世以來的環(huán)境演變研究[D].石家莊：河北地質大學，2020.

[11] 劉文浩，仲金虎，范天來，等.陜北石油產(chǎn)區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展研究：以靖邊縣為例[J].國土與自然資源研究，2013（5）：58-61.

[12] 楊忍，劉彥隨，龍花樓，等.中國村莊空間分布特征及空間優(yōu)化重組解析[J].地理科學，2016，36（2）：170-179.