閬中市撂荒耕地的空間格局分異特征探析

唐 瑞，羅 培，樊英豪，陳治至

（西華師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，四川南充 637009）

撂荒地是指受自然地理因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合影響下不再繼續(xù)耕種，任其荒蕪的耕地。我國(guó)人口基數(shù)大，隨著“三孩”政策的開(kāi)放，在未來(lái)一段時(shí)間里人口數(shù)量會(huì)持續(xù)增加，對(duì)糧食安全的壓力有所增大[1]。為了保障糧食安全，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視耕地資源保護(hù)，在2017 年印發(fā)的《全國(guó)國(guó)土規(guī)劃綱要（2016—2030）》指出，2020 年和2030 年耕地保有量分別是18.65 億畝（1 畝=667 m2）和18.25 億畝的目標(biāo)，堅(jiān)決嚴(yán)守18 億畝耕地保護(hù)紅線[2]。通過(guò)對(duì)比第二次、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查前后發(fā)現(xiàn)，一邊是耕地保護(hù)紅線的堅(jiān)守，一邊是耕地撂荒現(xiàn)象的越發(fā)明顯。近年來(lái)，對(duì)撂荒地的研究方興未艾，主要成果集中在以下幾個(gè)方面：就分布空間而言，我國(guó)耕地撂荒主要發(fā)生在西南地區(qū)，其中山地、丘陵地區(qū)分布較為廣泛[3-7]；就分布時(shí)間特征而言，1992—2017 年撂荒地?cái)?shù)量增長(zhǎng)最快[8]；撂荒地的形成原因方面，專家們普遍認(rèn)為城鎮(zhèn)化、勞動(dòng)力遷移、種植成本等是主要因素[9-12]；就撂荒地的影響而言，李雨凌等[13]、徐倩等[14]、肖國(guó)峰等[15]、文星躍等[16]、鄧?yán)返萚17]、張春來(lái)等[18]認(rèn)為撂荒地的空間分布和數(shù)量變化會(huì)對(duì)糧食安全、生態(tài)環(huán)境、土壤生物多樣性等產(chǎn)生一定的影響。目前，對(duì)于四川省撂荒耕地的空間格局分異研究，特別是影響耕地撂荒的自然地理因素等的研究成果較少。

四川省閬中市是川東北地區(qū)典型低山、丘陵地貌區(qū)，撂荒地的研究具有一定的代表性。為給切實(shí)保障糧食安全等提供科學(xué)依據(jù)，本文以閬中市近十年來(lái)撂荒耕地為研究對(duì)象，主要從土地利用類型的變化趨勢(shì)、撂荒地變化情況、地貌分區(qū)差異、坡度分異、耕地撂荒的轉(zhuǎn)移方向等方面，分析撂荒地的空間格局分異特征[19]。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

閬中市位于四川省東北部，嘉陵江中游，東靠南充儀隴、巴中恩陽(yáng)，西鄰廣元?jiǎng)﹂w毗鄰，北接廣元蒼溪，南連南充南部，范圍為東經(jīng)105°41′～106°24′，北緯31°22′～31°51′，面積1 878 km2。構(gòu)造上，閬中市西北方為龍門(mén)山皺褶帶，北部為米倉(cāng)山臺(tái)穹帶，東北與大巴山皺褶帶相接；地勢(shì)上，東北、西北高南部低，地形以低山、丘陵地貌為主，分為東北、西北部低山區(qū)和中南部丘陵區(qū)兩大地貌類型區(qū)，海拔328～888.8 m，相對(duì)高差為560 m（見(jiàn)圖1）；氣候上，屬典型亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，降水豐富；境內(nèi)土壤分布有紫色土、潮土、水稻土、黃壤四大類，土壤質(zhì)地以壤土為主。近十年來(lái)，閬中市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程加快，2019 年總?cè)丝谶_(dá)到831 643 人，其中城市人口292 401 人，農(nóng)村人口539 242人，人口密度達(dá)443.5人·km-2。2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，閬中市有農(nóng)用地155 563.26 hm2，建設(shè)用地16 438.37 hm2，未利用地4 074.89 hm2。

圖1 閬中市地理位置及地勢(shì)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于閬中市自然資源和規(guī)劃局2009年全國(guó)第二次土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、2019年第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、地形圖、遙感影像圖等，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自于《南充市統(tǒng)計(jì)年鑒》《閬中市統(tǒng)計(jì)年鑒》。按照《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T21010-2007），通過(guò)ArcGIS 軟件將土地利用類型分為耕地、種植園用地、林地、其他農(nóng)用地、未利用地、建設(shè)用地7類土地利用類型。將2009年和2019年土地利用圖層疊加，把耕地種植屬性轉(zhuǎn)為未耕種的部分及耕地類型被調(diào)查為草地、林地部分視為撂荒地。研究區(qū)數(shù)字高程模型（DEM）來(lái)源于ASF Date Search，分辨率為12.5 m，研究區(qū)的高程和坡度利用ArcGIS10.2 軟件計(jì)算得來(lái)。

1.3 研究方法

1.3.1 GIS空間分析法

本文利用ArcGIS10.2 軟件，以閬中市2009 年二調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)及2019 年三調(diào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用ArcGIS中的空間查詢與量算、緩沖區(qū)分析、疊加分析、路徑分析、空間插值、統(tǒng)計(jì)分類分析等方法，基于提取的研究數(shù)據(jù)，將不同的空間要素進(jìn)行緩沖和疊加分析，得出不同的撂荒地空間分布特征。

1.3.2 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)分析

單一土地利用動(dòng)態(tài)分析是描述在某一間隔時(shí)期內(nèi)對(duì)研究區(qū)域不同土地利用類型數(shù)量變化速度和幅度特征[20]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式（1）中，K為單一土地利用動(dòng)態(tài)度，Ub表示研究某土地類型末期的面積，Ua表示研究某土地類型初期的面積，T表示研究的間隔時(shí)間段。當(dāng)K為正數(shù)時(shí)，表示該地類面積呈遞增趨勢(shì)；當(dāng)K為負(fù)數(shù)時(shí)，表示該地類面積呈遞減趨勢(shì)。

1.3.3 撂荒率

研究單元的撂荒率是研究單元內(nèi)的撂荒地面積與對(duì)應(yīng)研究單元內(nèi)的總耕地面積之比。該參數(shù)可用來(lái)分析2009—2019年耕地撂荒數(shù)量上的總體變化，也可對(duì)不同地貌區(qū)耕地撂荒情況進(jìn)行比較分析。

1.3.4 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化方面的應(yīng)用，來(lái)源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述，可以反映研究期間土地利用變化特征和轉(zhuǎn)移方向的情況，結(jié)合ArcGIS 的數(shù)據(jù)疊加分析功能和Excel 的數(shù)據(jù)分析功能，可得到土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化特征。轉(zhuǎn)移矩陣的公式為：

式（2）中，n為土地利用類型數(shù)量；Sij為研究時(shí)期內(nèi)土地轉(zhuǎn)移類型i轉(zhuǎn)換為土地轉(zhuǎn)移類型j的百分比。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型變化及其二級(jí)地類分異

根據(jù)“三調(diào)”數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（2019 年底），在所有土地利用類型中，林地面積最大為74 252 hm2，占閬中市土地總面積比例為39.54%，其次是耕地面積，為67 593.33 hm2，占閬中市土地總面積比例為35.99%。通過(guò)與2009年各相應(yīng)地類面積比較，采用土地利用動(dòng)態(tài)分析法可以得出，種植園地動(dòng)態(tài)度最大，為40.17%，這意味著種植園地面積近十年來(lái)增加顯著；而未利用地和耕地動(dòng)態(tài)度為負(fù)數(shù)，分別為-2.79%、-1.96%，表明這兩種地類處于負(fù)增長(zhǎng)狀態(tài)（見(jiàn)表1）。就耕地而言，部分地塊在“三調(diào)”中被調(diào)查為其他未耕種、荒草地或林地等而成為撂荒地。

表1 閬中市2009—2019年土地利用動(dòng)態(tài)度

對(duì)耕地進(jìn)一步細(xì)分發(fā)現(xiàn)，閬中市現(xiàn)有耕地中水田面積為26 606.67 hm2、水澆地為26.67 hm2、旱地為40 960.00 hm2，撂荒總面積達(dá)16 094.70 hm2，從撂荒耕地類型來(lái)看，水田撂荒面積為4 875.85 hm2，撂荒地塊數(shù)量為35 012塊，撂荒率18.33%；旱地撂荒面積為11 442.11 hm2，撂荒地塊數(shù)量為82 661 塊，撂荒率為27.93%。從撂荒塊數(shù)、撂荒面積及撂荒率上看，旱地類型撂荒顯著，水田次之（見(jiàn)圖2、表2）。

表2 閬中市撂荒耕地面積數(shù)量

圖2 閬中市撂荒地空間分布圖

2.2 撂荒耕地空間格局分異

2.2.1 地貌格局分異

現(xiàn)有研究表明，交通條件、城鎮(zhèn)化等是撂荒地形成的主要社會(huì)因素[21]，土地調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同地貌區(qū)對(duì)交通條件優(yōu)劣、城鎮(zhèn)化方向產(chǎn)生很大影響[22-24]。閬中市低山區(qū)包括東北、西北部的老觀、千佛、二龍、文成、思依片區(qū)，保寧片區(qū)大部分和江南、河溪片區(qū)部分地區(qū)；丘陵區(qū)包括中南部的洪山、水觀柏埡片區(qū)和保寧、河溪、江南片區(qū)部分地區(qū)（見(jiàn)圖1）。本研究分別對(duì)山地丘陵兩大地貌區(qū)的耕地面積、撂荒地面積、撂荒率等要素進(jìn)行了對(duì)比分析（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 閬中市低山區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)撂荒面積與撂荒率統(tǒng)計(jì)

圖4 閬中市丘陵區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)撂荒面積與撂荒率統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)低山區(qū)和丘陵區(qū)的撂荒率比較發(fā)現(xiàn)，低山區(qū)撂荒率集中分布在15%～35%，集中在25%左右；丘陵區(qū)撂荒率分布在10%～20%，集中在15%左右。低山地區(qū)耕地撂荒率明顯高于丘陵地區(qū)。

2.2.2 坡度分異

把坡度圖與撂荒地分布圖疊加分析發(fā)現(xiàn)閬中市以15°～25°坡度耕地撂荒最顯著，撂荒面積達(dá)7 880.01 hm2，占比48.96%，其中撂荒為林地最多；小于等于2°坡度耕地撂荒量最小，撂荒面積達(dá)218.74 hm2，占1.36%（見(jiàn)表4）。由此說(shuō)明在選擇撂荒時(shí)，保水保肥能力弱的地塊是主要對(duì)象。

表4 閬中市2009—2019年耕地撂荒情況 單位：hm2

2.3 耕地撂荒轉(zhuǎn)移方向分異

利用ArcGIS10.2將2009年、2019年兩期土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，從耕地撂荒規(guī)模結(jié)構(gòu)看，耕地撂荒轉(zhuǎn)移的主要去向是林地，占撂荒耕地的91.79%，草地最少，共3.66 hm2（見(jiàn)表3）。

表3 閬中市2009—2019年不同坡度耕地撂荒情況單位：hm2

3 結(jié)論

閬中市耕地撂荒具有顯著的空間格局分異特征。本研究利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、GIS 空間分析方法、撂荒率法和單一土地利用動(dòng)態(tài)分析法等方法，對(duì)閬中低山和丘陵區(qū)的2009—2019年撂荒耕地的空間格局分異特征進(jìn)行了分析，結(jié)果認(rèn)為，近十年來(lái)所有地類中種植園地面積增加最快，而未利用地和耕地兩種地類處于負(fù)增長(zhǎng)狀態(tài)，耕地撂荒顯著；空間格局上，低山地區(qū)耕地撂荒率明顯高于丘陵地區(qū)；坡度上，15°～25°坡度耕地撂荒最多；從耕地撂荒轉(zhuǎn)移的方向和規(guī)模來(lái)看，耕地撂荒主要向林地轉(zhuǎn)化。