基于GIS的漳州市耕地三位一體保護(hù)研究

黃 姮

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350011)

糧食安全直接關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)政治穩(wěn)定。為保障糧食安全，我國(guó)實(shí)行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度。耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量和生態(tài)是耕地評(píng)價(jià)的三個(gè)維度[1]。耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量和生態(tài)功能彼此之間相互關(guān)聯(lián)，共同發(fā)揮作用。即耕地?cái)?shù)量保護(hù)是質(zhì)量保護(hù)的前提，耕地質(zhì)量保護(hù)是數(shù)量保護(hù)的保障，而耕地生態(tài)保護(hù)是數(shù)量、質(zhì)量保護(hù)的基礎(chǔ)[2]。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)界對(duì)耕地“三位一體”保護(hù)的理論研究和各地的方法實(shí)踐[3-9]都還處于起步階段。此研究對(duì)漳州市2009～2018年間耕地面積、耕地平均質(zhì)量等別和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值三個(gè)維度分析評(píng)價(jià)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)的時(shí)空變化，剖析當(dāng)前耕地保護(hù)存在的問(wèn)題，并提出對(duì)策建議。為各地深化耕地保護(hù)，促進(jìn)耕地資源可持續(xù)利用提供方法思路。

1 研究區(qū)概況

漳州市全市陸地面積為1.28萬(wàn)km2，海域面積為1.86萬(wàn)km2。2021年行政區(qū)劃調(diào)整后，形成4個(gè)區(qū)、7個(gè)縣格局。漳州地處漳州平原中心地帶，地勢(shì)由西北向東南傾斜。九龍江分2條干流橫貫全境。漳州屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫 21.1℃，年日照 2 000 h，全年雨量充沛，年平均降雨量1 500 mm左右。擁有“花果、魚米之鄉(xiāng)”的美稱，是國(guó)家外向型農(nóng)業(yè)示范區(qū)。2019年GDP產(chǎn)值4 741.83億元[10]，常住人口505萬(wàn)[11]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與利用

此次研究使用到的數(shù)據(jù)主要有漳州市各縣(區(qū))2009年第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、2010～2018年各年度土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、2014～2018年各年度耕地質(zhì)量等別更新數(shù)據(jù)庫(kù)。提取各縣(區(qū))2009年～2018年土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的耕地圖斑用于分析匯總各年度耕地面積數(shù)據(jù)；提取各縣(區(qū))2014～2018年耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫(kù)中的耕地圖斑面積與等別，計(jì)算區(qū)域的平均質(zhì)量等別。從中獲取2009～2018各年份糧食產(chǎn)量和價(jià)格，計(jì)算耕地單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值量，進(jìn)而估算耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[12]。

2.2 研究方法

2.2.1 GIS空間分析法

GIS空間分析法是基于GIS軟件對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，獲取派生信息和新知識(shí)的方法。是對(duì)一個(gè)或多個(gè)空間數(shù)據(jù)圖層通過(guò)集合運(yùn)算產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的過(guò)程。研究利用ArcGIS_10.2空間分析工具包進(jìn)行基于年度、區(qū)域、地類的統(tǒng)計(jì)分析，獲得研究區(qū)基于時(shí)空的耕地分類面積；通過(guò)疊加融合分析獲得新增耕地和減少耕地的位置、去向、面積、類型等信息。

2.2.2 加權(quán)平均法

在耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，采用面積加權(quán)法計(jì)算區(qū)域平均等別，即在統(tǒng)計(jì)各等別面積和基礎(chǔ)上進(jìn)行各等別面積加權(quán)。某域平均等別計(jì)算公式如下。

式中：Di為第i年市域平均利用等別；Fij為第i年第j個(gè)縣的耕地平均質(zhì)量等別；Fjmin為等別最小值，F(xiàn)jmax為等別最大值；Sij為第i年第j縣的耕地面積和，Si為第i年市域耕地總面積。

2.2.3 生態(tài)服務(wù)價(jià)值ESV估算法

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV)估算采用目前國(guó)內(nèi)比較權(quán)威的研究方法。謝高地等[13]以Costanza等1997年的研究成果為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)200位生態(tài)學(xué)者問(wèn)卷調(diào)查，制定出比較符合我國(guó)國(guó)情的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表。此次研究取其中農(nóng)田系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子作為研究區(qū)耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子；并且根據(jù)謝高地等關(guān)于生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與生物量呈線性關(guān)系的假設(shè)[14]，取福建省生物量因子1.56作為校正系數(shù)，計(jì)算得到食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、生物多樣性維持等9類生態(tài)服務(wù)功能的服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子，計(jì)算結(jié)果(表1)。耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量估算公式如下。

式中：Vi為第i年1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量(元/km2)；Yi為第i年1 km2糧食產(chǎn)量；Pi為第i年1 kg糧食收購(gòu)價(jià)格。

從“漳州統(tǒng)計(jì)年鑒”中獲取相應(yīng)年份糧食作物產(chǎn)量和價(jià)格(表2)，計(jì)算出相應(yīng)年份1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，進(jìn)而得到漳州市耕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值量。以單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為基礎(chǔ)，計(jì)算2008～2019年各年度耕地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，計(jì)算公式如下。

式中，ESVi為第i年耕地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值(元)；Vij為第i年第j項(xiàng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值(元/km2)；Si為第i年耕地總面積(km2)。

表1 耕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)

表2 2009～2018年漳州市單位面積糧食產(chǎn)量及收購(gòu)價(jià)格

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地?cái)?shù)量變化分析

3.1.1 2009～2018年耕地?cái)?shù)量變化情況

2018年漳州市耕地面積為1 788.53 km2，占土地總面積13.88%。全市耕地主要分布在龍海區(qū)、南靖縣、漳浦縣、平和縣和詔安縣，占全市耕地總量75.13%。全市耕地類型以水田為主，面積為1 418.02 km2，占比為79.28%；旱地和水澆地面積占比分別為14.24%、6.48%。旱地主要分布在漳浦和詔安2縣；水澆地主要集中在漳浦和南靖。各縣(區(qū))耕地結(jié)構(gòu)圖(圖1)。

圖1 2018年漳州各縣(區(qū))耕地結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of all counties (districts) in Zhangzhou in 2018

2009～2018年間全市耕地面積減少15.61 km2，年均減少為1.73 km2。除了2011年耕地增加，其余年份耕地均減少。其中2014年減少最多。從二級(jí)類變化來(lái)看，水田、水澆地持續(xù)減少，水田共減少32.34 km2，水澆地減少7.66 km2；相反旱地面積持續(xù)增加，合計(jì)增加24.39 km2。由此反映出建設(shè)占用的主要是水田，而補(bǔ)充的耕地多為旱地(表3)。

表3 漳州市2010～2018年歷年耕地變化及新增耕地面積統(tǒng)計(jì)(單位：km2)

3.1.2 2010～2018年新增耕地情況

2010～2018年間，漳州新增耕地面積為83.06 km2，其中通過(guò)土地開(kāi)發(fā)方式新增耕地45.38 km2，占全市新增耕地總量54.6%，是補(bǔ)充耕地的主要來(lái)源。土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)發(fā)未利用地、荒草地等資源補(bǔ)充耕地，通常受地形、地理位置等條件限制，開(kāi)發(fā)為旱地的比例高。2011年土地開(kāi)發(fā)規(guī)模達(dá)到頂峰，而后隨著時(shí)間推移，土地開(kāi)發(fā)數(shù)量逐漸減少，反映出耕地后備資源漸趨枯竭。土地整理項(xiàng)目通過(guò)改善現(xiàn)有耕地的基礎(chǔ)設(shè)施條件，增加有效耕地面積，提高土地利用率和產(chǎn)出率。通過(guò)該方式新增耕地33.06 km2，占比39.8%；土地整理的規(guī)模呈現(xiàn)一定周期性，2012年土地整理規(guī)模最大。舊村復(fù)墾通過(guò)拆除廢棄或低效農(nóng)村居民點(diǎn)用地進(jìn)行復(fù)墾來(lái)達(dá)到新增耕地的目標(biāo)。一方面補(bǔ)充耕地，減少建設(shè)用地；另一方面城鎮(zhèn)土地的部分收益轉(zhuǎn)移到農(nóng)村，實(shí)現(xiàn)城市反哺農(nóng)村，促進(jìn)了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展。通過(guò)該方式補(bǔ)充耕地4.62 km2，占5.56%，復(fù)墾規(guī)模逐年增加。

3.2 耕地質(zhì)量等別變化分析

3.2.1 耕地質(zhì)量等別情況

此次研究以全國(guó)統(tǒng)一可比的耕地質(zhì)量等別為依據(jù)，按照1～4、5～8、9～12、13～15將等別區(qū)間劃分為優(yōu)、高、中、低4個(gè)等級(jí)地[15]。根據(jù)耕地質(zhì)量等別評(píng)定成果，通過(guò)加權(quán)計(jì)算，漳州市2018年耕地平均質(zhì)量等別為7.47，在空間分布上呈現(xiàn)東南沿海地區(qū)較低，西部山區(qū)較高的特點(diǎn)。其中平均質(zhì)量等別最低的是長(zhǎng)泰區(qū)，為5.99。最高的是東山縣，為10.72，究其原因是因?yàn)闁|山縣為海島縣，耕地面積少，圖斑破碎，耕地類型以旱地為主，全縣除了3.58%的高等地外，96.42%的耕地均為中等地。全市耕地總體質(zhì)量較好，高等地占耕地總面積比例達(dá)62.63%，僅薌城、龍文2區(qū)及東山、平和、華安3縣高等地比例低于全市平均水平；其次是中等地，占比為28.95%，其中東山縣和華安縣中等地比例較高；全市優(yōu)等地和低等地占比都比較低，分別為6.18%和2.24%。分縣(區(qū))而言，優(yōu)等地主要分布在長(zhǎng)泰區(qū)、詔安縣和龍海區(qū)；低等地全部位于南靖縣，且占南靖縣耕地面積的15.12%。漳州市各縣(區(qū))耕地質(zhì)量結(jié)構(gòu)及質(zhì)量等別變化情況(表4)。

表4 漳州市各縣(區(qū))耕地質(zhì)量結(jié)構(gòu)及質(zhì)量等別變化統(tǒng)計(jì)(單位：km2)

3.2.2 2014～2018年耕地質(zhì)量等別變化情況

通過(guò)對(duì)2014年、2018年前后2個(gè)年度地類圖斑層的空間分析，可以獲得新增耕地與減少耕地的圖形及相關(guān)屬性信息，并以此為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)增減耕地的數(shù)量和平均質(zhì)量等別(表5)，全市新增耕地平均質(zhì)量等別為9.06，中等地比例超過(guò)60%。其中南靖縣新增耕地平均質(zhì)量等別最高，接近于12。減少耕地平均質(zhì)量等別為6.78，除了東山縣外，其余10個(gè)縣(區(qū))減少的耕地平均質(zhì)量等別都低于8，其中龍海區(qū)減少耕地的質(zhì)量最好，等別為5.63。全市新增耕地與減少耕地平均質(zhì)量等別級(jí)差為2.27，南靖縣的級(jí)差為5.16，存在嚴(yán)重的占補(bǔ)質(zhì)量不平衡現(xiàn)象。從數(shù)量上看，全市減少耕地?cái)?shù)量多于補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量，新增耕地主要分布于西部丘陵山地區(qū)以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主的平和縣、華安縣；而東南沿海龍海區(qū)與漳浦縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，建設(shè)占用耕地需求大，減少耕地?cái)?shù)量遠(yuǎn)大于新增耕地?cái)?shù)量?？傮w呈現(xiàn)補(bǔ)充耕地任務(wù)向山區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。

表5 2014～2018年漳州市各縣(區(qū))新增耕地和減少耕地的數(shù)量與質(zhì)量對(duì)比統(tǒng)計(jì)(單位：km2)

3.3 耕地ESV變化分析

根據(jù)修正后漳州市單位面積耕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，套用謝高地等的研究算法估算耕地ESV(表6)，耕地ESV主要受到糧食產(chǎn)量、糧食收購(gòu)價(jià)格及耕地總面積的影響。2009～2018年間研究區(qū)耕地ESV總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中2010～2013年出現(xiàn)較快增長(zhǎng)，同比增長(zhǎng)率均超過(guò)7%，說(shuō)明在耕地總面積逐年減少的情況下，糧食產(chǎn)量增加和糧食收購(gòu)價(jià)格上漲幅度超過(guò)耕地面積減少的影響，主要是政府各項(xiàng)惠農(nóng)政策產(chǎn)生積極作用。2017～2018年，耕地ESV有明顯下降，主要是耕地面積持續(xù)減少和糧食價(jià)格降低造成。從各分項(xiàng)價(jià)值量看，耕地在廢棄物處理、土壤保持和食物生產(chǎn)方面發(fā)揮的作用較大，在原材料生產(chǎn)和景觀愉悅功能方面作用較小。

表6 漳州市2009～2018年間耕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值量統(tǒng)計(jì)(單位：億元)

3.4 基于“三位一體”的耕地保護(hù)分區(qū)

根據(jù)2018年漳州市耕地?cái)?shù)量和耕地質(zhì)量構(gòu)成分級(jí)結(jié)果，以縣(區(qū))為單元，對(duì)漳州市耕地進(jìn)行保護(hù)分區(qū)劃分(圖2a、b)。將區(qū)域內(nèi)耕地?cái)?shù)量大于100 km2，優(yōu)等地與高等地占比大于75%的縣(區(qū))劃為核心保護(hù)區(qū)，主要分布在龍海區(qū)、長(zhǎng)泰區(qū)、詔安縣、云霄縣；將耕地?cái)?shù)量少于30 km2或質(zhì)量不高，優(yōu)等地與高等地占比低于10%的縣(區(qū))，劃為一般耕地保護(hù)區(qū)，主要分布在東山縣、薌城區(qū)、龍文區(qū)。其余縣(區(qū))，耕地?cái)?shù)量大于100 km2，優(yōu)等地與高等地占比低于75%，但區(qū)域內(nèi)以高等地與中等地為主，耕地后備資源潛力較大，劃為重點(diǎn)耕地保護(hù)區(qū)，主要分布在漳浦縣、平和縣、南靖縣、華安縣。

圖2 2018年漳州市耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量結(jié)構(gòu)分布圖(a)及耕地保護(hù)分區(qū)圖(b)Fig.2 Distribution map of Quantity and quality structure of Cultivated land (A) and Cultivated Land Protection Zone (b) in Zhangzhou city in 2018

4 結(jié)語(yǔ)

(1)漳州市耕地?cái)?shù)量逐年小幅減少，補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量少于減少耕地?cái)?shù)量。耕地質(zhì)量總體較好，平均質(zhì)量等別7.47，略有下降。減少的耕地以高等地為主，補(bǔ)充的耕地主要為中等地。補(bǔ)充耕地質(zhì)量低于減少耕地質(zhì)量。補(bǔ)充耕地主要集中在西部丘陵山地區(qū)，減少耕地相對(duì)集中在東南平原區(qū)。

(2)漳州市耕地ESV總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但2018年出現(xiàn)較明顯下降。因此，要對(duì)耕地保護(hù)分區(qū)實(shí)行差異化管控。對(duì)于核心保護(hù)區(qū)，在維持現(xiàn)有耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量基礎(chǔ)上，強(qiáng)化耕地保護(hù)；對(duì)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，加強(qiáng)耕地后備資源潛力分析及開(kāi)發(fā)利用，推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)及耕地改造工程，提升耕地質(zhì)量。

(3)全面加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，促進(jìn)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提升。根據(jù)各縣(區(qū))資源本底及土地環(huán)境質(zhì)量狀況，分階段、分步驟推進(jìn)全域土地綜合整治，實(shí)現(xiàn)漳州市耕地?cái)?shù)量增加、質(zhì)量提高、生態(tài)改善的新格局，繼而實(shí)現(xiàn)耕地之于糧食安全的關(guān)鍵意義。