吳　飛，于　婧*，聶　艷，鄧文勝

（1.湖北大學　資源環(huán)境學院，湖北　武漢　430062；2.華中師范大學　城市與環(huán)境科學學院，湖北　武漢　430079）

基于產(chǎn)能核算的崇陽縣耕地利用分區(qū)研究

吳飛1，于婧*1，聶艷2，鄧文勝1

（1.湖北大學資源環(huán)境學院，湖北武漢430062；
2.華中師范大學城市與環(huán)境科學學院，湖北武漢430079）

摘要：在耕地分區(qū)的基礎(chǔ)上明確其利用的重點和方向，是優(yōu)化區(qū)域耕地資源利用的必要工作。以崇陽縣為研究區(qū)域，基于耕地產(chǎn)能核算成果，引入景觀格局分析和規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)法，從耕地產(chǎn)能潛力、空間分布格局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率3個角度，構(gòu)建了耕地利用分區(qū)指標體系；并運用加權(quán)系統(tǒng)聚類法對崇陽縣的耕地進行了分區(qū)，分析了各分區(qū)耕地的利用現(xiàn)狀與發(fā)展方向。結(jié)果表明，崇陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地利用差異明顯，地形是造成其分異的主控因素；崇陽縣耕地利用可劃為3個類型區(qū)，其中：集約利用區(qū)應加強耕地的集約和規(guī)模利用；優(yōu)化提升區(qū)要整合資源、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率；協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)應注重優(yōu)質(zhì)耕地保護和生態(tài)特色農(nóng)業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：利用分區(qū)；耕地；產(chǎn)能；崇陽縣

耕地是糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其數(shù)量和質(zhì)量狀況對我國的糧食安全和社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展有重大影響。從其資源稟賦和生產(chǎn)條件來看，耕地在數(shù)量、質(zhì)量和利用狀況等方面都存在著顯著差異［1］?；趨^(qū)域耕地資源的利用狀況進行分區(qū)，進而采取差別化的開發(fā)、利用與保護模式，對明確區(qū)域耕地保護重點和優(yōu)化農(nóng)業(yè)發(fā)展格局具有重要意義［2-3］。目前的土地利用分區(qū)中，多以服務于土地利用總體規(guī)劃的用途分區(qū)、建設(shè)用地管制分區(qū)等為主，但這種以土地主導用途為主的分區(qū)無法揭示耕地內(nèi)部利用條件的差異和共性［4］。針對這一問題，部分研究者從耕地景觀格局、耕地地力等方面開展了耕地利用分區(qū)研究［2，5-7］，然而這些研究的尺度多以省域和流域等為主［6］，且對耕地利用影響因素的綜合性考慮不足。

耕地產(chǎn)能核算作為耕地分等的延續(xù)和深化，其成果為落實耕地占補平衡、基本農(nóng)田建設(shè)和耕地動態(tài)監(jiān)測等工作提供了有力支撐［2］，但將其引入到耕地利用分區(qū)的研究還比較少見。事實上，耕地產(chǎn)能核算成果能夠精確地、綜合地反映耕地的質(zhì)量和利用狀況［8］，且其成果的覆蓋面廣，不同地域間具有一定的可比性，若能將其成果應用于耕地利用分區(qū)與管理，一方面可以提高分區(qū)及管理措施的科學性和針對性，另一方面也可以拓寬耕地產(chǎn)能核算成果的應用范疇。

基于上述分析，筆者以湖北省崇陽縣為研究區(qū)域，充分考慮對耕地利用產(chǎn)生影響的關(guān)鍵要素，將產(chǎn)能核算成果引入到耕地利用分區(qū)工作中，并嘗試架構(gòu)“產(chǎn)能－格局－效率”組成的耕地利用分區(qū)指標體系，進而提出針對耕地內(nèi)部利用條件差異和可直接用于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的分區(qū)方法。

1　研究區(qū)概況

崇陽縣位于湖北省南部，居湘、鄂、贛3省交界處，屬亞熱帶季風氣候，無霜期較長。全縣地貌為山環(huán)狀結(jié)構(gòu)，中西部以平原為主，其外圍則為低山丘陵，耕作區(qū)土層深厚，土壤多以壤、砂土為主。崇陽縣現(xiàn)轄12個鎮(zhèn)，縣域面積約19. 68×104hm2。崇陽是湖北省糧食主產(chǎn)區(qū)重點縣，但其耕地利用程度還有待提高，耕地產(chǎn)出水平低、粗放利用的現(xiàn)象在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)長期存在。根據(jù)2010年度崇陽縣耕地產(chǎn)能核算數(shù)據(jù)，全縣耕地面積為3. 31×104hm2，理論產(chǎn)能、可實現(xiàn)產(chǎn)能和實際產(chǎn)能分別為48. 90×104、41. 76×104和38. 06×104t。

2　數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

空間數(shù)據(jù)來源于崇陽縣耕地產(chǎn)能核算成果數(shù)據(jù)庫中的分等單元產(chǎn)能核算和鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)能分布圖層；屬性數(shù)據(jù)主要來源于崇陽縣耕地產(chǎn)能核算成果數(shù)據(jù)表（2010）、耕地產(chǎn)能核算技術(shù)報告（2010）、咸寧統(tǒng)計年鑒（2011）和崇陽縣統(tǒng)計年鑒（2011）。崇陽縣耕地產(chǎn)能核算是在耕地質(zhì)量等級補充完善的基礎(chǔ)上進行的，其標準耕作制度為一年兩熟，基準作物為中稻，本研究中的相關(guān)計算也基于此前提。

2.2研究方法

2.2.1規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)區(qū)域耕地規(guī)模是形成耕地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，對耕地規(guī)模優(yōu)勢進行分析是判別區(qū)域耕地利用分異的一個重要前提。此處運用改進的規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)法對各評價單元的耕地規(guī)模優(yōu)勢進行分析［2，9］，其方法為：

式（1）中，SAI表示某鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)，Si表示某鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積，Sj表示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地平均面積。

2.2.2景觀格局分析法景觀格局是景觀要素在空間內(nèi)的配置、組合方式，耕地作為景觀要素的一種，可以借用景觀格局分析來研究其空間分布格局和特征［10］。由于此處只考慮耕地資源的集中程度和地塊大小對耕地機械化、規(guī)?；盟斐傻挠绊懀灾灰氚邏K面積指數(shù)和斑塊集聚度指數(shù)進行計算。

1）斑塊面積指數(shù)。斑塊面積指數(shù)表示地塊平均面積大小，用來表征耕地的細碎化程度，計算方法為：

式（2）中，AI為斑塊面積指數(shù)，n為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)的斑塊數(shù)，ai為第i斑塊的面積。AI越大，地塊平均面積也越大，越利于規(guī)模化經(jīng)營。

2）斑塊集聚度指數(shù)。斑塊集聚度可以反映地塊分布的空間緊湊度。由于景觀分析中的集聚度指數(shù)是反映不同類型斑塊聚集程度的，而筆者只對耕地斑塊進行分析，故其不適用于此研究，此處使用景觀分離度的倒數(shù)作為其斑塊集聚度指數(shù)［10］。計算公式為：

式（3）中，CI為斑塊集聚度指數(shù)，Ai和A分別為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積和區(qū)域總面積，n為耕地斑塊數(shù)。CI值越大，地塊集聚度就越高，也越利于規(guī)模經(jīng)營。

2.2.3加權(quán)系統(tǒng)聚類法系統(tǒng)聚類法的核心思想是按最小距離原則對樣本進行逐級合并聚類，它能定量研究地理事物的分類問題。傳統(tǒng)的系統(tǒng)聚類法將樣本的所有指標視為同等重要，但在對耕地利用產(chǎn)生影響的諸要素中，每一要素的作用程度并不完全相同。如果直接采用系統(tǒng)聚類法進行耕地利用分區(qū)，可能會出現(xiàn)分區(qū)結(jié)果和實際不符的狀況。因此，此處采用能賦予指標不同權(quán)重的加權(quán)系統(tǒng)聚類法進行聚類分區(qū)［11］，定義加權(quán)距離系數(shù)為：

式（4）中，wk為第k項指標權(quán)重，xik和xjk分別為i、j兩個樣本中第k項指標值。

3　崇陽縣耕地利用分區(qū)評價與分析

3.1基于“產(chǎn)能－格局－效率”的分區(qū)指標體系

充分挖掘耕地產(chǎn)能是耕地利用的核心任務，農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)和生產(chǎn)利用效率等因素是耕地利用效益的轉(zhuǎn)化條件［12］，而耕地的數(shù)量和形態(tài)分布格局反映了一定自然和社會條件下的耕地利用狀況，也是未來發(fā)展規(guī)?；?、機械化農(nóng)業(yè)的重要影響因素［10］。在此思路下，立足于耕地產(chǎn)能潛力、耕地分布格局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率3方面來選取耕地利用分區(qū)評價指標。

耕地產(chǎn)能潛力是耕地利用的基礎(chǔ)，反映了耕地的質(zhì)量狀況［9］，同時也影響著其邊際效益［3，10］。耕地產(chǎn)能核算中的可實現(xiàn)潛力和理論潛力精確地反映了一定質(zhì)量基礎(chǔ)上耕地的可利用開發(fā)程度。因此，將可實現(xiàn)潛力和理論潛力分別作為近期、遠期耕地產(chǎn)能潛力指標。

耕地分布格局刻畫了區(qū)域耕地資源的分布狀況和地塊細碎化程度［10］，二者是制訂區(qū)域耕地保護對策和生產(chǎn)模式所要考慮的現(xiàn)實條件。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，耕地拋荒、細碎化是崇陽縣耕地利用中的重要制約因素，提高耕地規(guī)?；?jīng)營程度是耕地利用和挖掘生產(chǎn)潛力的主導方向。因此用耕地規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)、斑塊面積指數(shù)、斑塊集聚度指數(shù)來闡明耕地數(shù)量和分布形態(tài)對其生產(chǎn)利用的影響。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率反映了生產(chǎn)者的投入產(chǎn)出狀況［2-3，12］，指示著耕地利用效益。生產(chǎn)者對耕地的投入涉及經(jīng)濟、科技、人力等因素，但這些因素均通過勞動生產(chǎn)率得以體現(xiàn)，因此用農(nóng)業(yè)全員勞動生產(chǎn)率表征投入項。為了衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)出效果，用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值來衡量耕地產(chǎn)出狀況。

基于以上分析，通過征詢湖北省國土資源廳、崇陽縣國土資源局及武漢部分高校共計12位專家的意見，從耕地產(chǎn)能潛力、耕地分布格局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率3個方面構(gòu)建了耕地利用分區(qū)指標體系（表1）。

表1　耕地利用分區(qū)指標體系Tab. 1 Index system of cultivated land utilization zoning

3.2評價單元選擇與指標權(quán)重確定

評價單元的選擇決定研究精度。評價單元過大，不利于體現(xiàn)耕地利用條件的內(nèi)部差異；而評價單元過小，容易導致分區(qū)細碎化，難以滿足區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的需求。筆者綜合考慮了崇陽縣的耕地利用現(xiàn)狀與社會經(jīng)濟發(fā)展需求，確定以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評價單元進行耕地利用分區(qū)。

根據(jù)表1中所述指標屬性獲取方法，分別獲取各指標的屬性值。為反映各指標對耕地利用的客觀作用，首先對各指標進行因子分析，通過球形檢驗（KMO >0. 70）和單側(cè)檢驗后，根據(jù)主成分提取的原則（累計方差大于85％）提取前4個主成分（累計方差為90. 29％），各指標的公因子方差依次為0. 96、0. 89、0. 86、0. 93、0. 87、0. 99、0. 87，其數(shù)值的大小表示了該項指標對耕地利用總體變異的貢獻，將其進行歸一化處理后的數(shù)值作為各項指標權(quán)重［13］，見表2。

表2　耕地利用分區(qū)指標權(quán)重及屬性值Tab. 2 Attribute value and weight of index of cultivated land utilization zoning

3.3耕地利用分異結(jié)果與分析

采用極大值標準化方法將表2中各項指標值進行處理［10］，以各單元指標的標準化值繪制柱狀圖（圖1），以此表征崇陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)在耕地利用方面存在的差異。

圖1　崇陽縣耕地利用分異狀況Fig. 1 Difference of cultivated land utilization in Chongyang County

首先，從耕地產(chǎn)能潛力看，近期產(chǎn)能潛力以銅鐘、路口、石城等鎮(zhèn)較大，遠期以石城、青山、桂花泉等鎮(zhèn)較大。由于耕地產(chǎn)能是建立在對自然條件的利用之上的，崇陽縣中部低平、四周低丘環(huán)布的地形是區(qū)域內(nèi)水、熱、土壤結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成等條件的控制性因素，因而中部地區(qū)耕地的自然基礎(chǔ)較好，其生產(chǎn)潛力也基本呈中部高、四周低的分布。

其次，從耕地分布格局看，白霓、青山、石城等鎮(zhèn)的耕地規(guī)模優(yōu)勢明顯，陸水沿岸的肖嶺、天城等鎮(zhèn)斑塊面積指數(shù)較大，而其余地區(qū)的斑塊面積指數(shù)較低且差異不大。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的斑塊集聚度指數(shù)以高枧、金塘和桂花泉等鎮(zhèn)較小，結(jié)合地形坡度和耕地分布圖斑發(fā)現(xiàn)，高枧、金塘是由于地形的分割作用造成地塊分散，桂花泉鎮(zhèn)耕地的破碎化則主要由于多種地類交錯分布而造成?？梢?，耕地細碎化不僅受地形控制，臨近地塊的利用方式也會對其造成影響。

再次，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率看，青山、白霓和天城鎮(zhèn)的生產(chǎn)效率較高，沙坪、桂花泉和港口等鎮(zhèn)的投入較大而農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值較小。造成這種現(xiàn)象的原因除了耕地面積因素之外，也體現(xiàn)了區(qū)域自然基礎(chǔ)對交通、技術(shù)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的影響，農(nóng)業(yè)全員勞動生產(chǎn)率較高的地區(qū)一般是地勢平坦的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而地形條件差的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（如高枧鎮(zhèn)），由于交通不便、機械普及率不高造成生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值均較低。

3.4基于加權(quán)系統(tǒng)聚類法的耕地利用分區(qū)結(jié)果與分析

為了顯示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)在耕地利用方面的共性，明確其耕地利用的重點方向，根據(jù)式（4）將各指標的權(quán)重賦予其標準化值［12］，運用SPSS 17. 0采用組間連接方法實現(xiàn)加權(quán)系統(tǒng)聚類，最終將研究區(qū)劃分為3個耕地利用類型區(qū)（圖2）。

圖2　崇陽縣耕地利用類型區(qū)分布圖Fig. 2 Distribution map of utilization types of cultivated land in Chongyang County

3.4.1集約利用區(qū)包括銅鐘、青山、天城、路口、白霓和石城鎮(zhèn)，耕地面積2. 29×104hm2，占全縣耕地的69. 06％。該區(qū)位于崇陽縣中部平坦地帶，其近遠期產(chǎn)能潛力、耕地集中度指數(shù)、規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)、全員勞動生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值等各項指數(shù)都較大，而耕地斑塊面積指數(shù)僅處于全縣的平均水平。因此，該區(qū)是全縣的優(yōu)質(zhì)耕地集中分布區(qū)，目前耕地利用中的主要問題是耕地細碎化。此外，該區(qū)社會經(jīng)濟狀況較好，可以逐步采用先進的農(nóng)業(yè)技術(shù)和優(yōu)化管理措施，通過集約經(jīng)營挖掘其產(chǎn)能潛力。此區(qū)為崇陽縣耕地核心保護區(qū)，對其耕地應實行重點保護，嚴格控制其非農(nóng)化轉(zhuǎn)用，今后應在耕地規(guī)模經(jīng)營和集約利用上下功夫，發(fā)展規(guī)?；?、機械化和集約化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。

3.4.2優(yōu)化提升區(qū)包括肖嶺鎮(zhèn)和沙坪鎮(zhèn)，其耕地面積共0. 55×104hm2，為耕地總量的16. 66％。從全縣來看，該區(qū)耕地產(chǎn)能潛力和耕地分布格局中的各項指數(shù)處于中等或較高水平。但從其全員勞動生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值來看，其耕地利用存在著投入較高但產(chǎn)出水平較低的問題。從基礎(chǔ)條件看，該區(qū)的地形比較平坦，耕地具備一定的規(guī)模和生產(chǎn)潛能，但其利用中仍存在諸如障礙土層和灌排條件等限制性因素。因此，該區(qū)應將工作重點放在優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件上，注重整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源和農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化、利用，同時通過加大農(nóng)田水利基本建設(shè)和中低產(chǎn)田改造建設(shè)力度等措施來提高耕地的產(chǎn)出率。3.4.3協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)包括桂花泉、港口、高枧和金塘4鎮(zhèn)，耕地面積共0. 47×104hm2，約為全縣耕地的14. 28％。該區(qū)主要分布于崇陽縣南部和北部低山丘陵區(qū)，其耕地土壤肥力和耕作條件較差，落后的交通和經(jīng)濟條件造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率不高，因此耕地利用的各項指標指數(shù)均處于較低水平。在此條件下，耕地的主糧產(chǎn)出水平不高，但其特色農(nóng)業(yè)和林業(yè)發(fā)展已經(jīng)初具基礎(chǔ)。因此，今后該區(qū)應通過地力培肥提升耕地背景質(zhì)量［4］，必要時可對質(zhì)量較差的耕地實行退耕。同時，要抓住幕阜山生態(tài)旅游和扶貧開發(fā)的機遇，培育集生態(tài)保護和特色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)于一體的生態(tài)特色農(nóng)業(yè)，通過發(fā)展生產(chǎn)基礎(chǔ)較好的土豆、紅薯等特色糧食作物來實現(xiàn)耕地利用效益和生態(tài)保護的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

4　討論

在耕地產(chǎn)能核算成果的基礎(chǔ)上引入景觀格局分析等方法，綜合考慮耕地資源在質(zhì)量、數(shù)量、分布和生產(chǎn)效率等方面的差異，構(gòu)建了“產(chǎn)能－格局－效率”三位一體的耕地利用分區(qū)指標體系，并以加權(quán)系統(tǒng)聚類法對崇陽縣耕地利用類型區(qū)進行了劃分。研究表明，地形基礎(chǔ)是造成崇陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用差異的主要原因。通過對其耕地產(chǎn)能狀況、分布格局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的分析，將崇陽縣的耕地劃分為集約利用區(qū)、優(yōu)化提升區(qū)和協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)，各區(qū)今后耕地利用的重點分別為：耕地規(guī)?；图s化經(jīng)營、優(yōu)化耕地投入產(chǎn)出水平、保護優(yōu)質(zhì)耕地并發(fā)展生態(tài)特色農(nóng)業(yè)。

本研究對區(qū)域耕地利用涉及的關(guān)鍵因素進行了分析，在此基礎(chǔ)上運用產(chǎn)能核算成果進行耕地利用分區(qū)，不僅比較全面地揭示了區(qū)域耕地資源的利用實際和差異，而且明確了不同區(qū)域耕地利用中的限制條件和建設(shè)方向，增強了研究結(jié)果的可操作性。可見，將產(chǎn)能核算成果應用于耕地利用與保護分區(qū)是一個可行思路。但由于耕地利用涉及因素的廣泛性和耕地自身功能的多樣性，如何最大限度地挖掘耕地產(chǎn)能核算成果的科學內(nèi)涵，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建更科學、更為全面的耕地利用分區(qū)指標體系還有待于進一步探討。

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（責任編輯：陳曠）

Cultivated Land Utilization Zoning Based on Productivity Calculation in Chongyang County

WU Fei1，YU Jing*1，NIE Yan2，DENG Wensheng1
（1. College of Resources and Environment，Hubei University，Wuhan 430062，Hubei，China；2. College of Urban and Environment Science，Huazhong Normal University，Wuhan 430079，Hubei，China）

Abstract：Based on the partition of cultivated land，making clear the key point and direction of utiliza?tion，it is the necessary work of optimization of cultivated land resources utilization. Taking the Chong?yang County as studying area，based on cultivated land productivity calculation，introducing the methods of landscape pattern analysis and scale advantage index，builds up the index system of cultivated land utilization zoning，from 3 angles which are cultivated land productivity potentiality，spatial distribution pattern and agricultural production efficiency. A weighted system of clustering method is used to divide the cultivated land in Chongyang County，points out the present situation and the developing direction of cultivated land in each partition. The results show that the difference of cultivated land utilization are ob?vious in each area，the terrain is the main factor for this difference. The cultivated land utilization in Chongyang County can be divided into 3 types：to strengthen intensive and scale utilization in the inten?sive utilization area，to integrate resources and optimize agricultural production efficiency in the opti?mized area，to pay attention to protection of high quality cultivated land and development of ecological agriculture in the coordinate development area.

Keywords：utilization zoning；cultivated land；productivity；Chongyang County

*通訊作者：于婧（1982—），女，副教授，博士，研究方向：土地規(guī)劃與評價。E-mail：yjing@hubu. edu. cn

作者簡介：吳飛（1988—），男，碩士生，研究方向：土地規(guī)劃與評價。

基金項目：湖北省教育廳科學技術(shù)研究重點項目（D20131008）；“數(shù)字制圖與國土信息應用工程”國家測繪地理信息局重點實驗室2014年度開放研究基金（GCWD201407）

收稿日期：2014-11-03

DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.01.016

中圖分類號：K926.3；F323.1

文獻標志碼：A

文章編號：1673-0143（2015）01-0091-06