杜國(guó)明，春香，于鳳榮，張燕，趙雅倩，關(guān)桐桐

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院科技情報(bào)研究所，黑龍江 哈爾濱150038）

東北地區(qū)水田分布格局的時(shí)空變化分析

杜國(guó)明1，春香1，于鳳榮2，張燕1，趙雅倩1，關(guān)桐桐1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院科技情報(bào)研究所，黑龍江 哈爾濱150038）

東北地區(qū)是我國(guó)重要的商品糧基地，水稻尤其是粳稻主產(chǎn)區(qū)。本文基于東北地區(qū)2000-2015年水田空間數(shù)據(jù)，結(jié)合河流數(shù)據(jù)，采用GIS空間模型和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析水田分布格局的時(shí)空變化，旨在為耕地資源利用與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究提供依據(jù)。結(jié)果表明：1）東北地區(qū)水田主要集中分布于東北三大平原的沈陽(yáng)-長(zhǎng)春-哈爾濱一線以及主要河流沿岸區(qū)域。2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田由419.15萬(wàn)hm2增加至603.49萬(wàn)hm2，增加了184.34萬(wàn)hm2，年均遞增2.93%。2）遼寧、吉林和黑龍江省水田年均變化率分別為-1.06%、0.11%和6.04%，水田相對(duì)變化率分別為0.36、0.04、2.06，黑龍江省水田變化幅度高于東北地區(qū)平均水平。近15 a東北地區(qū)水田重心由長(zhǎng)春市向北偏東移動(dòng)至哈爾濱市，移動(dòng)距離為159.92 km，移動(dòng)速度為10.66 km/a。3）東北地區(qū)水田變化面積隨著與主要河流距離增加而減少，但水田變化優(yōu)勢(shì)區(qū)在距主要河流35-45 km處。而各省域水田變化河流分異特征也具有一定的差異。

水田；時(shí)空格局；區(qū)域差異；河流分異特征；東北地區(qū)

Abstract：Northeast China is an important grain base for China, especially for rice varieties, like japonica rice. Based on the spatial data of paddy feld from 2000 to 2015 and the data of main rivers in Northeast China and applying the GIS spatial model and mathematical statistics method, this paper analyzed the spatial-temporal patterns of paddy feld change in Northeast China to provide some basic support for the utilization and management of cultivated land resources and research of agricultural modernization. Main results show that: 1) paddy feld of Northeast China are mainly located in the three northeastern plains, including Shenyang, Changchun and Harbin and regions along the rivers. The paddy field in Northeast China increased from 4.191 5 million hm2in 2000 to 6.034 9 million hm2in 2015, increased by 1.843 4 million hm2with an average annual growth rate of 2.93%; 2) the average annual change rates of paddy feld in Liaoning, Jilin, and Heilongjiang were -1.06%, 0.11% and 6.04%, respectively and the relative change degree of paddy feld in Liaoning, Jilin and Heilongjiang were 0.36, 0.04 and 2.06, respectively. The variation range of paddy feld in Heilongjiang Province is higher than that in Northeast China. In recent 15 years, the gravity center of paddy feld in Northeast China moved from Changchun City to Harbin City, with a moving distance of 159.92 km and an average moving speed of 10.66 km/a; and 3) the area change of paddy feld decreased with the increasing distance to rivers and the advantage paddy feld is located at about 35 to 45 km from the rivers. In addition, differences of paddy feld changes exist because of different characteristics of rivers and regions.

Key words：paddy field; spatial-temporal pattern; regional difference; different characteristics of rivers; Northeast China

優(yōu)質(zhì)耕地是實(shí)施“藏糧于地”戰(zhàn)略的物質(zhì)基礎(chǔ)，水田是優(yōu)質(zhì)耕地的重要組成部分。我國(guó)正在大力推進(jìn)“谷物基本自給、口糧絕對(duì)安全”的糧食安全戰(zhàn)略，水稻作為最重要的口糧，一定規(guī)模的水田成為該戰(zhàn)略順利實(shí)施的重要保障。東北地區(qū)是我國(guó)重要的商品糧基地，自2008年提出《國(guó)家糧食安全中長(zhǎng)期規(guī)劃（2008—2020年）》以來(lái)，東北地區(qū)陸續(xù)實(shí)施土地整理重大工程、基本農(nóng)田保護(hù)示范區(qū)和高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)、水利骨干工程建設(shè)等工程及項(xiàng)目，逐漸成為我國(guó)重要的粳稻主產(chǎn)區(qū)和商品糧基地。因此，開(kāi)展東北地區(qū)水田變化研究對(duì)于保障國(guó)家糧食安全、實(shí)施耕地保護(hù)與土地整治工程具有重要意義。

耕地利用變化研究是GLP研究的主要內(nèi)容，也是我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者關(guān)心的重點(diǎn)。近年來(lái)一些學(xué)者專(zhuān)門(mén)針對(duì)中國(guó)[1-3]或區(qū)域[4-5]耕地的時(shí)空格局變化開(kāi)展了系列研究。耕地北移被認(rèn)為是適應(yīng)氣候變化、緩解糧食安全的重要舉措。氣候變暖背景下的東北地區(qū)耕地利用變化研究歷來(lái)受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，內(nèi)容涵蓋耕地時(shí)空格局變化[6-8]、糧食安全[9-11]與生態(tài)安全[12-14]等方面，而這些研究主要針對(duì)耕地，很少對(duì)耕地的單一利用類(lèi)型進(jìn)行研究。因受自然條件、糧食生產(chǎn)需求以及農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r影響，東北地區(qū)水田空間分布不斷變化[8,15]，也有少數(shù)學(xué)者針對(duì)東北地區(qū)區(qū)域水田變化進(jìn)行研究，如杜國(guó)明等[16]探究富錦市區(qū)域水田化過(guò)程中耕地景觀演化的基本規(guī)律；陶軍德等[17]分析黑龍江省水田規(guī)模與分布變化，探討了氣候變化對(duì)水田的影響。這些研究注意到了東北地區(qū)水田快速擴(kuò)張的現(xiàn)象，但缺乏針對(duì)整個(gè)東北地區(qū)水田變化的綜合分析。

本文基于東北地區(qū)水田空間數(shù)據(jù)，針對(duì)其數(shù)量變化、區(qū)域差異，探究其河流時(shí)空分異規(guī)律，闡釋東北地區(qū)水田發(fā)展規(guī)律，以期為東北地區(qū)水田及農(nóng)業(yè)發(fā)展、耕地保護(hù)、土地整治與實(shí)施“藏糧于地”戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣義的東北地區(qū)一般指遼寧、吉林和黑龍江3省以及內(nèi)蒙古東部4個(gè)盟市。由于內(nèi)蒙古東部4個(gè)盟市水田面積較少[3]，本文所述東北地區(qū)為狹義概念，僅包括遼寧、吉林和黑龍江3省，地處38°46′-53°33′N(xiāo)、118°53′-135°05′E，土地總面積為78.73萬(wàn)km2（不包括加格達(dá)奇區(qū)和松嶺區(qū)）。地形以平原、山地為主。研究區(qū)縱跨暖溫帶、中溫帶、寒溫帶，以中溫帶為主，大體屬于溫帶季風(fēng)氣候。區(qū)內(nèi)7、8月份降雨集中，溫度較高，晝夜溫差大，雨熱同季。由三江平原、松嫩平原、遼河平原組成的東北平原居我國(guó)三大平原之首，土壤肥沃、土層深厚，土壤中含有豐富的腐殖質(zhì)，是我國(guó)優(yōu)質(zhì)粳稻的主要產(chǎn)區(qū)。2000-2015年間東北地區(qū)水稻總產(chǎn)量由1.8×104t增加到3.3×104t，增長(zhǎng)率為83.96%，平均單產(chǎn)由7 230 kg/hm2增加到7 947 kg/hm2，增長(zhǎng)率為9.9%。東北地區(qū)主要河流有黑龍江、嫩江、烏蘇里江、松花江、東遼河、西遼河、鴨綠江、洮兒河等眾多河流。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2000年?yáng)|北地區(qū)耕地（包括旱地和水田）空間數(shù)據(jù)、主要河流數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃圖源于中國(guó)科學(xué)院全國(guó)1∶10萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)。該土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)是結(jié)合Landsat TM數(shù)字影像、中巴地球資源衛(wèi)星二號(hào)星（CBERS-2）與環(huán)境1號(hào)衛(wèi)星（HJ-1）的CCD多光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)行人機(jī)交互式判讀，野外勘察，抽樣驗(yàn)證，精度達(dá)到95%以上[18]。本研究中下載了云量較少且覆蓋全境的2015年Landsat 8 OLI遙感影像，選取分辨率為30 m的綠色、紅色、近紅外波段與15 m的全色波段合成15 m分辨率的標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像，經(jīng)過(guò)幾何校正、圖像增強(qiáng)等處理過(guò)程，以2000年的耕地?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源進(jìn)行目視解譯提取2015年耕地?cái)?shù)據(jù)，并通過(guò)野外樣點(diǎn)勘測(cè)檢驗(yàn)，精度不低于94%。

在2期耕地空間分布及行政區(qū)劃、主要河流等數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，首先對(duì)水田變化數(shù)量特征進(jìn)行分析，并采用水田利用動(dòng)態(tài)度和水田利用擴(kuò)展程度綜合指數(shù)分析變化程度與速率；其次，通過(guò)水田相對(duì)變化率與水田重心模型，分析不同省域或地級(jí)市水田相對(duì)變化程度及水田重心變化；最終結(jié)合研究區(qū)主要河流的緩沖區(qū)，采用分布指數(shù)總結(jié)水田在不同沿河距離的變化特征。

2.2 研究方法

2.2.1 水田利用動(dòng)態(tài)度模型 該模型可以描述區(qū)域水田動(dòng)態(tài)變化的程度和速率，計(jì)算公式[19]為：

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)水田利用動(dòng)態(tài)度；Ua、 Ub分別為研究初期和末期水田面積；T為研究時(shí)間間隔，單位為年。

2.2.2 水田利用擴(kuò)展程度綜合指數(shù) 該指標(biāo)不僅兼顧水田年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)和單一的水田動(dòng)態(tài)度的綜合影響，而且較為全面的反映水田擴(kuò)展情況。計(jì)算公式[20]如下：

水田利用擴(kuò)展程度綜合指數(shù)：

式中：K為研究期內(nèi)水田利用動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別為研究初期和末期水田面積；T為研究時(shí)間間隔，單位為年，TU為研究區(qū)土地總面積，LII為水田年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)，β為水田利用擴(kuò)展程度綜合指數(shù)。

2.2.3 水田相對(duì)變化率 該指標(biāo)用于反映水田變化的區(qū)域差異，計(jì)算公式[21]為：

式中：Sa、Sb分別為某省或地級(jí)市研究初期和末期的水田面積，Ca、Cb分別表示整個(gè)東北地區(qū)研究初期和末期的水田面積，R為水田相對(duì)變化率。對(duì)于R來(lái)說(shuō)，若R＞1，表明該省或地級(jí)市水田變化速率超過(guò)研究區(qū)水田平均變化速率，水田變化強(qiáng)烈，且R值越大，其變化強(qiáng)度越明顯；若R＜1，表示該省或地級(jí)市水田變化速率低于研究區(qū)平均變化速率，則該區(qū)是水田變化較穩(wěn)定區(qū)域。黑龍江省大興安嶺地區(qū)研究初期水田面積為零，因此本文不研究大興安嶺地區(qū)水田相對(duì)變化率。

2.2.4 重心模型 用于比較分析不同時(shí)期水田的分布重心，研究其變化情況。不同年份的水田重心計(jì)算公式如下[22]：

式中：Xt、Yt為某一年份水田重心的坐標(biāo)；Cti為該年份任一水田地塊的面積；Xi、Yi為任一水田地塊的重心坐標(biāo)，n為研究區(qū)的水田地塊數(shù)量。

設(shè)Aa(Xa，Ya)、Ab(Xb，Yb)分別為研究初期和末期的東北地區(qū)水田的重心坐標(biāo)，D為水田重心移動(dòng)的距離，則a、b年的水田重心距離D為：

2.2.5 分布指數(shù) 首先利用ArcGIS緩沖區(qū)分析模型對(duì)研究區(qū)主要河流做10個(gè)緩沖區(qū)，并為消除不同緩沖半徑的緩沖區(qū)面積差異的影響，本文利用分布指數(shù)（P）來(lái)描述水田變化的空間分異情況，某緩沖區(qū)內(nèi)的水田分布指數(shù)P的計(jì)算公式[23]如下：

式中：Sie和Se分別為e級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)的水田變化面積與土地總面積；SI和S分別為區(qū)域水田變化面積和土地總面積。當(dāng)P=1時(shí)，表示該區(qū)域水田變化面積占該區(qū)水田總面積的比重與東北地區(qū)水田變化面積占其水田總面積的比重相等；當(dāng)P＞1時(shí)，表示該區(qū)域水田變化面積在該區(qū)的比重大于東北地區(qū)的比重，則該區(qū)是水田變化的優(yōu)勢(shì)區(qū)，P值越大，其優(yōu)勢(shì)度越明顯；當(dāng)P＜1時(shí)，表示該區(qū)域水田變化面積在該區(qū)的比重小于東北地區(qū)的比重，則該區(qū)域是水田變化的非優(yōu)勢(shì)區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 水田變化的總體特征分析

東北地區(qū)水田面積統(tǒng)計(jì)如表1所示。2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田面積由419.15萬(wàn)hm2擴(kuò)張至603.49萬(wàn)hm2，占耕地總面積的比重由14.12%提升至19.39%。其中黑龍江省水田面積占東北地區(qū)的比重最大，15 a內(nèi)由52.33%增加至69.30%；2000年遼寧與吉林省水田面積占東北地區(qū)比重分別為24.35%和23.32%，2015年比重分別降低至14.23%和16.47%，呈相對(duì)減少態(tài)勢(shì)。

表1 2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田面積及變化統(tǒng)計(jì)表Table 1 Paddy feld area and change of Northeast China in 2000-2015

2000-2015年?yáng)|北地區(qū)各省水田變化幅度各不相同。其中黑龍江省占東北地區(qū)水田絕對(duì)變化量的91.77%，而吉林和遼寧省分別占7.46%和0.77%。遼寧省水田面積由102.04萬(wàn)hm2減至85.87萬(wàn)hm2，占本省耕地面積比例降低1.64%。吉林省水田面積稍有增加，但占本省耕地面積比例則降低0.61%。黑龍江省近15 a水田擴(kuò)張最為強(qiáng)烈，由219.34萬(wàn)hm2擴(kuò)張至418.19萬(wàn)hm2，占本省耕地面積比例提高10.37%。

為進(jìn)一步分析東北地區(qū)水田變化程度，對(duì)不同省份水田利用動(dòng)態(tài)度、年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、擴(kuò)展程度綜合指數(shù)及相對(duì)變化率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。就水田面積年均變化率而言，東北地區(qū)為2.93%，黑龍江省則高達(dá)6.04%，吉林和遼寧省分別為0.11%和-1.06%。顯然黑龍江省水田面積變化速率最快，遼寧與吉林省水田面積穩(wěn)定性較強(qiáng)，且遼寧省水田面積呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)與擴(kuò)展程度綜合指數(shù)排序?yàn)椋汉邶埥具|寧＞吉林。就水田相對(duì)變化率R而言，黑龍江省為2.06，遼寧與吉林省分別為0.36和0.04。

表2 2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田變化相關(guān)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Correlation index of paddy feld change of Northeast China in 2000-2015

圖1 東北地區(qū)2000（a）、2015年（b）水田空間分布圖Fig. 1 Paddy feld distribution of Northeast China in 2000 and 2015

從東北地區(qū)水田空間分布特征來(lái)看，主要分布于東北三大平原的沈陽(yáng)-長(zhǎng)春-哈爾濱一線以及主要河流的沿岸區(qū)域（圖1）。黑龍江省水稻主要分布在三江平原，松嫩平原以及哈爾濱市，綏化市。遼寧與吉林省水田主要分布于全省中部地區(qū)。近年來(lái)黑龍江省通過(guò)大力推進(jìn)水利建設(shè)，耕地灌溉面積增加，水田快速發(fā)展，尤其東北部的三江平原；遼河平原，地勢(shì)低平、土壤肥沃、氣候溫和，為遼寧省的糧倉(cāng)，遼寧省水田大多分布于遼河平原。但近15 a其水田面積呈現(xiàn)減少態(tài)勢(shì)，主要原因?yàn)樯鷳B(tài)退耕、建設(shè)用地占用以及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等[24-25]；吉林省地勢(shì)由東南向西北傾斜，呈現(xiàn)明顯的東南高，西北低的特征。東部山區(qū)，半山區(qū)生育期短，冷害發(fā)生率高，不利于水稻生長(zhǎng)，中部地區(qū)地勢(shì)平坦，是臺(tái)地平原區(qū)，適合水稻種植與發(fā)展，也是水田分布的主要區(qū)域。而西部地區(qū)白城市與松原市鹽堿地較多，耕地后備資源豐富。原本不利于水稻發(fā)展的西部通過(guò)實(shí)施土地整理和水利工程建設(shè)重大項(xiàng)目，如引嫩入白、大安灌區(qū)和哈達(dá)山水利樞紐三大水利工程，興建河湖連通，使其出現(xiàn)了“鹽堿地里的稻花香”，且水田有繼續(xù)發(fā)展的潛力與可能性。

3.2 水田變化的區(qū)域差異分析

3.2.1 水田動(dòng)態(tài)變化的市域差異 東北地區(qū)各市域水田數(shù)量變化統(tǒng)計(jì)如表3所示，可見(jiàn)各市近15 a水田變化數(shù)量有明顯的差異。遼寧省多數(shù)地市水田呈負(fù)向變化，減少量最大的為沈陽(yáng)市，減少面積為7.29萬(wàn)hm2，年均減少率為2.02%。正向變化的市域中葫蘆島市水田面積變化量最大，為0.94萬(wàn)hm2，年均變化率為6.59%。吉林省水田年均變化率最高的白城市，為40.61%，變化面積為11.57萬(wàn)hm2，減少量最大的為吉林市，變化量為8.35萬(wàn)hm2，年均減少率為1.88%。而年均減少率最大的白山市，為3.73%。黑龍江省除了七臺(tái)河市和牡丹江市水田面積呈負(fù)向變化外其他地市水田均為正向變化，但變化量與變化率有所差異。其中變化量與年均變化率最大的為三江平原東部的佳木斯市，分別為94.53萬(wàn)hm2和24.44%，哈爾濱市水田年均增加率最低，為0.86%，增加量為7.25萬(wàn)hm2。

表3 2000-2015年?yáng)|北地區(qū)市域水田變化情況統(tǒng)計(jì)表Table 3 Paddy feld area and change of Northeast China in 2000-2015

除了各地市水田數(shù)量變化外，還統(tǒng)計(jì)了其變化速率，即用相對(duì)變化率表示?？梢?jiàn)2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田發(fā)展不平衡，主要表現(xiàn)為：一是不同省域水田相對(duì)變化率高低不同（表2）；二是同一省份不同地級(jí)市水田相對(duì)變化率差異較大（表3）。遼寧省整體水田相對(duì)變化率相對(duì)較低，最高的地級(jí)市為沿海城市葫蘆島，值為2.25；其次為阜新市，為1.07。而其他地級(jí)市水田相對(duì)變化速率均低于整個(gè)東北地區(qū)。吉林省西南部白城市、松原市、四平市與東南部的白山市水田相對(duì)變化率R＞1。其中位于嫩江水稻灌區(qū)與洮兒河沖積扇地下灌區(qū)的白城市R值高達(dá)13.85，水田相對(duì)變化率高居?xùn)|北地區(qū)榜首。黑龍江省各地級(jí)市水田相對(duì)變化率較高，大多地級(jí)市R＞1，其中最高的為佳木斯市，達(dá)到8.33，最低的為哈爾濱市，僅為0.29。佳木斯等地級(jí)市水田相對(duì)變化率較高是由于三江平原東部地區(qū)土地整理重大工程和黑龍江省土地整治示范省建設(shè)等土地整治項(xiàng)目工程所致[26]。

3.2.2 水田重心空間變化過(guò)程 東北地區(qū)幾何重心位于黑龍江省哈爾濱市。經(jīng)計(jì)算，2000-2015年水田重心由吉林市向北偏東移動(dòng)至哈爾濱市，移動(dòng)距離為159.92 km，移動(dòng)速度為10.66 km/a，充分說(shuō)明東北地區(qū)的東北部水田面積增加幅度較快（表4）。

表4 東北地區(qū)水田重心變化情況表Table 4 Gravity center changes of paddy feld in Northeast China

同期，遼寧省水田重心向南偏西移動(dòng)15.94 km，移動(dòng)速度為1.06 km/a。向西南移動(dòng)是因位于西南部沿海城市葫蘆島市水田相對(duì)變化率相對(duì)較高，盤(pán)錦與營(yíng)口的變化幅度較強(qiáng)導(dǎo)致；因吉林省西南部的白城市、松原市與四平市水田相對(duì)變化率較高，其水田重心由吉林市向西偏北移動(dòng)至長(zhǎng)春市，移動(dòng)距離為48.88 km，移動(dòng)速度為3.26 km/a（圖2）；相比其他兩個(gè)省份，黑龍江省水田重心移動(dòng)距離較大，移動(dòng)方向與東北地區(qū)一致。由幾何重心東南部的哈爾濱市向東偏北移動(dòng)88.57 km，至位于三江平原的佳木斯市，移動(dòng)速度為5.90 km/a（圖2）。究其原因，黑龍江省東北部三江平原水田擴(kuò)張較強(qiáng)，尤其位于三江平原的佳木斯市水田相對(duì)變化率最高。

圖2 2000-2015年?yáng)|北地區(qū)水田重心轉(zhuǎn)移示意圖Fig. 2 Movement of the paddy feld gravity center in Northeast China from 2000 to 2015

3.3 不同沿河距離下水田變化特征

為充分反映水田變化對(duì)河流的響應(yīng)特征，利用ArcGIS的空間分析模塊，沿108條主要河流兩側(cè)做緩沖區(qū)，間隔寬度為5 km，設(shè)定最大距離為50 km，并緩沖區(qū)數(shù)據(jù)與水田空間數(shù)據(jù)做疊加后，分析東北地區(qū)及每個(gè)省域河流緩沖區(qū)內(nèi)的水田變化面積與分布指數(shù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，東北地區(qū)2000年和2015年距河流50 km的水田面積為411.43萬(wàn)hm2和589.31萬(wàn)hm2，占東北地區(qū)水田總面積的比例分別為98.16%和97.65%。從每個(gè)緩沖帶來(lái)說(shuō)，水田主要分布在距河流10 km以?xún)?nèi)。2000年距河流0-10 km兩個(gè)緩沖帶水田面積和為256.97萬(wàn)hm2，占東北地區(qū)的61.31%。2015年距河流0-10 km兩個(gè)緩沖帶水田面積和為350.85萬(wàn)hm2，占東北地區(qū)的58.14%。各緩沖帶水田面積隨著緩沖距離增加而減少，且隨著緩沖區(qū)距離增加，水田變化面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。就水田變化面積的分布指數(shù)而言，0-50 km緩沖范圍內(nèi)，分布指數(shù)呈現(xiàn)先增加后下降，再增加再下降的趨勢(shì)。在50 km緩沖范圍內(nèi)，水田變化面積的分布指數(shù)均大于0，其中0-15 km和35-45 km緩沖帶的分布指數(shù)大于1，表明該區(qū)域水田變化優(yōu)勢(shì)度較強(qiáng)，水田變化面積比重大于東北地區(qū)的比重。而15-35 km和45-50 km的緩沖帶分布指數(shù)小于1（圖3），說(shuō)明該區(qū)為水田變化非優(yōu)勢(shì)區(qū)，變化面積比重小于東北地區(qū)的比重。由此可見(jiàn)，東北地區(qū)水田不僅沿著河流兩邊擴(kuò)張，距河流遠(yuǎn)處的水田面積也有所擴(kuò)張。

圖3 河流緩沖區(qū)帶的水田面積變化與分布指數(shù)圖Fig. 3 Area changes and the distribution indices of the paddy felds in the buffer zones of the rivers

不同省域沿河緩沖距離下的水田變化特征具有一定的差異，具體水田變化幅度與分布指數(shù)如表5所示，因遼寧省水田總面積呈減少態(tài)勢(shì)，其正向變化的緩沖帶水田變化分布指數(shù)為負(fù)數(shù)，相反負(fù)向變化的緩沖帶變化面積分布指數(shù)為正數(shù)。近15 a，遼寧省0-25 km緩沖帶水田面積呈現(xiàn)減少態(tài)勢(shì)，且隨著緩沖距離的增加，其變化面積減少。其中0-15 km緩沖帶水田變化面積分布指數(shù)絕對(duì)值大于1，說(shuō)明該區(qū)域水田減少比重大于遼寧省減少比重。而25-50 km緩沖區(qū)水田面積則呈增加態(tài)勢(shì)，但變化面積分布指數(shù)絕對(duì)值小于1，水田變化面積比重小于遼寧省的比重。遼寧省距河流近處水田大面積減少是因老農(nóng)區(qū)水田發(fā)展較早，早期水田面積相對(duì)較多，而2000年以來(lái)因生態(tài)退耕與建設(shè)用地占用以及地下水位下降導(dǎo)致其水田面積有所下降[24,27-28]。

吉林省水田總面積增加量較少導(dǎo)致其水田變化的分布指數(shù)相對(duì)較高，其中離河流最近的2個(gè)緩沖帶水田面積呈現(xiàn)減少態(tài)勢(shì)，其水田變化分布指數(shù)分別為-9.74、-1.49，水田減少比重高于吉林省水田變化比重。除35-40 km緩沖帶的水田減少且變化分布指數(shù)絕對(duì)值低于1外，其他緩沖帶水田均呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，且變化分布指數(shù)絕對(duì)值均大于1，變化比重大于吉林省的比重。吉林省河流近處水田面積減少是因?yàn)榻ㄔO(shè)用地?cái)U(kuò)張與生態(tài)環(huán)境保護(hù)支持退耕還林還濕[8]。

黑龍江省各緩沖帶水田面積均呈增加態(tài)勢(shì)，其變化面積隨著緩沖帶距離的增加而減少，但其水田變化優(yōu)勢(shì)區(qū)域在0-15 km緩沖帶與35-45 km緩沖帶，變化分布指數(shù)均大于1。黑龍江省水田變化優(yōu)勢(shì)度在距河流遠(yuǎn)處主要是因?yàn)橥ㄟ^(guò)以重點(diǎn)灌區(qū)骨干水利工程為基礎(chǔ)的土地整治項(xiàng)目與建設(shè)田間水利配套設(shè)施，完善水利設(shè)施，為距河流較遠(yuǎn)的水田區(qū)域提供了有力的水資源條件。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

1）2000-2015年?yáng)|北水田面積增加了184.34萬(wàn)hm2，年均變化率為2.93%，占耕地面積的比例由14.12%增加至19.39%，增加5.27%。遼寧省、吉林省與黑龍江省年均變化率分別為-1.06%、0.11%和6.04%。年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)與擴(kuò)展程度綜合指數(shù)排序?yàn)椋汉邶埥具|寧＞吉林。水田主要集中于三江平原、松嫩平原與遼河平原，以省會(huì)為中心的沈陽(yáng)-長(zhǎng)春-哈爾濱一線周邊以及主要河流沿岸兩邊分布。

2）東北地區(qū)近15 a各省水田變化存在明顯的區(qū)域差異，遼寧、吉林與黑龍江省水田相對(duì)變化率分別為0.36、0.04和2.06。黑龍江省各地級(jí)市的水田相對(duì)變化率普遍高于其他兩個(gè)省份。東北地區(qū)水田重心由長(zhǎng)春市向北偏東移動(dòng)至哈爾濱市，移動(dòng)距離為159.92 km，移動(dòng)速度為10.66 km/a，移動(dòng)方向與黑龍江省水田重心移動(dòng)方向幾乎一致。

表5 不同省域河流緩沖區(qū)間的水田變化與分布指數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 5 Paddy feld changes and the distribution index in Northeast China

3）東北地區(qū)水田主要分布在距河流50 km以?xún)?nèi)，近15 a東北地區(qū)水田擴(kuò)張面積主要集中于距河流50 km處，距河流35-40 km和40-45 km緩沖區(qū)帶的水田變化分布指數(shù)最高，水田由距河流近處向距河流遠(yuǎn)處發(fā)展且各省域水田河流分異特征也具有一定差異。

4.2 討論

1）通過(guò)本研究可以看出，實(shí)施2009年國(guó)家農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《水稻優(yōu)勢(shì)區(qū)域布局規(guī)劃（2008-2015年）》確實(shí)促進(jìn)了東北地區(qū)82個(gè)糧食生產(chǎn)重點(diǎn)縣水田面積的提升，發(fā)揮了政府引導(dǎo)與調(diào)控作用。該規(guī)劃實(shí)施所積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)為鐮刀灣地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革等提供借鑒[29-30]。

2）東北地區(qū)水田發(fā)展對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的作用，但強(qiáng)烈的水田面積擴(kuò)張必然對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)氣候、水資源利用與糧食產(chǎn)能產(chǎn)生一定影響。水田分布集中并面積急劇擴(kuò)張致使個(gè)別流域超限發(fā)展，局部地下水嚴(yán)重超采，水資源供需矛盾增加，將會(huì)面臨地下水資源枯竭的危險(xiǎn)[31-32]。因此，在水田發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)在對(duì)區(qū)域水資源承載力綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)水土資源利用及其耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行科學(xué)預(yù)警，以科學(xué)合理的實(shí)施水土資源匹配以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

[1] Liu L, Xu X L, Liu J Y, et al. Farmland dataset reconstruction and farmland change analysis in China during 1661-1985[J]. Journal of Geographical Sciences, 2015, 21(9): 1058-1074.

[2] 吳文斌, 楊鵬, 唐華俊, 等. 過(guò)去20年中國(guó)耕地生長(zhǎng)季起始期的時(shí)空變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(4): 1777-1786.

Wu W B, Yang P, Tang H J, et al. Spatio-temporal variations in the starting dates of growing season in China’s cropland over the past 20 years[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(4): 1777-1786.

[3] 關(guān)興良, 方創(chuàng)琳, 魯莎莎. 中國(guó)耕地變化的空間格局與重心曲線動(dòng)態(tài)分析[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2010, 25(12): 1997-2006.

Guan X L, Fang C L, Lu S S. Analysis of spatial distribution and gravity centers curve dynamic cultivated land changes in China[J]. Journal of Natural Resources, 2010, 25(12): 1997-2006.

[4] 鄧楚雄, 李曉青, 向云波, 等. 長(zhǎng)株潭城市群地區(qū)耕地?cái)?shù)量時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2013, 33(6): 142-147.

Deng C X, Li X Q, Xiang Y B, et al. The spatio-temporal change and driving forces of cultivated land quantity in Chang-Zhu-Tan urban agglomeration[J]. Economic Geography, 2013, 33(6): 142-147.

[5] 劉桂林, 張落成, 張倩. 1985—2010年南京市耕地變化軌跡及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 29(6): 688-694.

Liu G L, Zhang L C, Zhang Q. Trajectory and driving forces of change in farmland in Nanjing during the period from 1985 to 2010[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2013, 29(6): 688-694.

[6] 葉瑜, 方修琦, 任玉玉, 等. 東北地區(qū)過(guò)去300年耕地覆蓋變化[J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯: 地球科學(xué)), 2009, 39(3): 340-350.

Ye Y, Fang X Q, Ren Y Y, et al. Northeast cultivated land cover changes over the past 300 years[J]. Science in China: Series D: Earth Sciences, 2009, 39(3): 340-350.

[7] 杜國(guó)明, 李昀, 于鳳榮, 等. 基于遙感的2000-2009年三江平原北部耕地變化特征分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(1): 225-229.

Du G M, Li Y, Yu F R, et al. Change characteristics analysis of farmland in Northern Sanjiang Plain in 2000-2009 based on remote sensing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(1): 225-229.

[8] 滿(mǎn)衛(wèi)東, 王宗明, 劉明月, 等. 1990-2013年?yáng)|北地區(qū)耕地時(shí)空變化遙感分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(7): 1-10.

Man W D, Wang Z M, Liu M Y, et al. Spatio-temporal dynamics analysis of cropland in Northeast China during 1990-2013 based on remote sensing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(7): 1-10.

[9] 何英彬, 陳佑啟, 姚艷敏, 等. 東北三省耕地非農(nóng)化時(shí)空特征及其與糧食生產(chǎn)能力的關(guān)系[J]. 資源科學(xué), 2009, 31(2): 295-302.

He Y B, Chen Y Q, Yao Y M, et al. Temporal and spatial characteristics analysis of relation between arable land nonagriculturalization and food productivity based on GIS technique[J]. Resources Science, 2009, 31(2): 295-302.

[10] 許妍, 吳克寧, 程先軍, 等. 東北地區(qū)耕地產(chǎn)能空間分異規(guī)律及產(chǎn)能提升主導(dǎo)因子分析[J]. 資源科學(xué), 2011, 33(11): 2030-2040.

Xu Y, Wu K N, Cheng X J, et al. Spatial variation in cultivated land production capacity and analysis of main impact factors for promoting production capacity in Northeast China[J]. Resources Science, 2011, 33(11): 2030-2040.

[11] 石淑芹, 陳佑啟, 姚艷敏, 等. 中國(guó)區(qū)域性耕地變化與糧食生產(chǎn)的關(guān)系研究——以東北地區(qū)為例[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2008, 23(3): 361-368.

Shi S Q, Chen Y Q, Yao Y M, et al. Correlation analysis between regional cultivated land change and grain production capacity: A case study in Northeast China[J]. Journal of Natural Resources, 2008, 23(3): 361-368.

[12] 李蓓蓓, 方修琦, 葉瑜, 等. 中國(guó)東北地區(qū)過(guò)去300年耕地開(kāi)墾導(dǎo)致的碳收支[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 2014, 44(9): 1987-1996.

Li B B, Fang X Q, Ye Y, et al. Carbon emissions induced by cropland expansion in Northeast China during the past 300 years[J]. Science in China: Earth Sciences, 2014, 44(9): 1987-1996.

[13] 杜書(shū)立, 葛翠萍, 付微, 等. 三江平原耕地土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空分布特征——以富錦市為例[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2014, 35(6): 810-813.

Du S L, Ge C P, Fu W, et al. Spatial and temporal distribution of soil organic matter in croplands of Sanjiang Plain: A case study at Fujin County[J]. Research of Agricultural Modernization, 2014, 35(6): 810-813.

[14] 楊瑞珍, 陳印軍. 東北地區(qū)耕地質(zhì)量狀況及變化態(tài)勢(shì)分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2014, 35(6): 19-24.

Yang R Z, Chen Y J. Analysis of quality of cultivated land change trend in Northeast Area[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2014, 35(6): 19-24.

[15] 劉彥隨, 彭留英, 陳玉福. 東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)換及其生態(tài)效應(yīng)分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2005, 21(10): 175-178.

Liu Y S, Peng L Y, Chen Y F. Conversion of land use types and ecological effect in Northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2005, 21(10): 175-178.

[16] 杜國(guó)明, 潘濤, 尹哲睿, 等. 水田化進(jìn)程中的富錦市耕地景觀格局演化規(guī)律[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 26(1): 207-214.

Du G M, Pan T, Yin Z R, et al. Cultivated landscape pattern change due to the rice paddy expansion in Northeast China: A case study in Fujin[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(1): 207-214.

[17] 陶軍德, 李艷芳, 曾光建.近30年黑龍江省水田規(guī)模與分布變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J].中國(guó)土地科學(xué), 2011, 25(4): 26-30, 97.

Tao J D, Li Y F, Zeng G J. Scale and distribution variation of paddy fields and its response to climate change in Heilongjiang Province in recent 30 Years[J]. China Land Science, 2011, 25(4): 26-30, 97.

[18] 劉紀(jì)遠(yuǎn), 匡文慧, 張?jiān)鱿? 等. 20世紀(jì)80年代末以來(lái)中國(guó)土地利用變化的基本特征與空間格局[J]. 地理學(xué)報(bào), 2014, 69(1): 3-14.

Liu J Y, Kuang W H, Zhang Z X, et al. Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(1): 3-14.

[19] 宋開(kāi)山, 劉殿偉, 王宗明, 等. 1954年以來(lái)三江平原土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力[J]. 地理學(xué)報(bào), 2008, 63(1): 93-104.

Song K S, Liu D W, Wang Z M, et al. Land use change in Sanjiang Plain and its driving forces analysis since 1954[J]. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(1): 93-104.

[20] 陳學(xué)淵, 唐華俊, 吳永常, 等. 耕地格局時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過(guò)程和差異分析——以浙江安吉為例[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(21): 4302-4313.

Chen X Y, Tang H J, Wu Y C, et al. Analysis on process and difference of cropland dynamics in Anji County of Zhejiang Province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(21): 4302-4313.

[21] 譚雪蘭, 鐘艷英, 段建南, 等. 快速城市化進(jìn)程中農(nóng)村居民點(diǎn)用地變化及驅(qū)動(dòng)力研究——以長(zhǎng)株潭城市群為例[J]. 地理科學(xué), 2014, 34(3): 309-315.

Tan X L, Zhong Y Y, Duan J N, et al. The change and driving forces of rural residential area under the background of rapid urbanization: A case study of the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration[J]. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(3): 309-315.

[22] 楊緒紅, 金曉斌, 管栩, 等. 2006-2012年中國(guó)土地整治項(xiàng)目空間特征分析[J]. 資源科學(xué), 2013, 35(8): 1535-1541.

Yang X H, Jin X B, Guan X, et al. The spatial distribution of land consolidation projects in China from 2006 to 2012[J]. Resources Science, 2013, 35(8): 1535-1541.

[23] 李冬梅, 王冬艷, 李紅, 等. 吉中低山丘陵區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)時(shí)空演變[J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2016, 36(5): 143-151.

Li D M, Wang D Y, Li H, et al. Analysis of spatial-temporal evolution of rural settlements in the low-hilly area of central Jilin Province[J]. Economic Geography, 2016, 36(5): 143-151.

[24] 侯偉, 陳鋒, 楊春露, 等. 遼寧中部城市群土地利用時(shí)空格局遙感分析[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 39(1): 113-115

Hou W, Chen F, Yang C L, et al. Spatial-temporal pattern of land use change in urban agglomeration of middle Liaoning Province based on re-mote sensing[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2011, 39(1): 113-115.

[25] 劉珍環(huán), 楊鵬, 吳文斌, 等. 近30年中國(guó)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)時(shí)空變化分析[J]. 地理學(xué)報(bào), 2016, 71(5): 840-851.

Liu Z H, Yang P, Wu W B, et al. Spatio-temporal changes in Chinese crop patterns over the past three decades[J]. Acta Geographica Sinica, 2016, 71(5): 840-851.

[26] 杜國(guó)明, 張繼心, 于鳳榮, 等. 黑龍江省土地整治項(xiàng)目及新增耕地時(shí)空格局分析[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2016, 37(4): 794-801.

Du G M, Zhang J X, Yu F R, et al. Spatial-temporal pattern of land consolidation programs and newly increased cultivated land in Heilongjiang Province[J]. Research of Agricultural Modernization, 2016, 37(4): 794-801.

[27] 杜國(guó)明, 孫曉兵, 王介勇. 東北地區(qū)土地利用多功能性演化的時(shí)空格局[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2016, 35(2): 232-244.

Du G M, Sun X B, Wang J Y. Spatiotemporal patterns of multifunctionality of land use in Northeast China[J]. Progress in Geography, 2016, 35(2): 232-244.

[28] 王西琴, 張艷會(huì), 張遠(yuǎn). 遼河流域地下水超采的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及治理對(duì)策研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2006, 31(5): 84-87.

Wang X Q, Zhang Y H, Zhang Y. Study on ecological environment effect and countermeasure of excessive mining of underground water in Liaohe Basin[J]. Environmental Science and Management, 2006, 31(5): 84-87.

[29] 劉珍環(huán), 唐鵬欽, 范玲玲, 等. 1980—2010年?yáng)|北地區(qū)種植結(jié)構(gòu)時(shí)空變化特征[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(21): 4107-4119.

Liu Z H, Tang P Q, Fan L L, et al. Spatio-temporal changes of cropping types in Northeast China during 1980-2010[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(21): 4107-4119.

[30] 蔣輝, 張康潔. 糧食供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的當(dāng)前形勢(shì)與政策選擇[J]. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題, 2016, 37(10): 8-17, 110.

Jiang H, Zhang K J, Food supply side structural reforms: The current situation and the main path[J]. Issues in Agricultural Economy, 2016, 37(10): 8-17, 110.

[31] 張兆吉, 雒國(guó)中, 王昭, 等. 華北平原地下水資源可持續(xù)利用研究[J]. 資源科學(xué), 2009, 31(3): 355-360.

Zhang Z J, Luo G Z, Wang Z, et al. Study on sustainable utilization of groundwater in North China Plain[J]. Resources Science, 2009, 31(3): 355-360.

[32] 趙海卿, 張哲寰, 陳艷麗. 松嫩平原地下水位下降與環(huán)境負(fù)效應(yīng)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2010, 24(1): 126-130.

Zhao H Q, Zhang Z H, Chen Y L. Lowering of ground water level and its negative environment effects in the Songnen Plain[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2010, 24(1): 126-130.

（責(zé)任編輯：王育花）

Spatial-temporal patterns of paddy feld change in Northeast China

DU Guo-ming1, CHUN Xiang1, YU Feng-rong2, ZHANG Yan1, ZHAO Ya-qian1, GUAN Tong-tong1
（1. College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030, China; 2. Institute of Scientifc and Technical Information, Heilongjiang Academy of Land Reclamation Region, Harbin, Heilongjiang 150038, China）

F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0275（2017）04-0728-09

10.13872/j.1000-0275.2017.0070

杜國(guó)明, 春香, 于鳳榮, 張燕, 趙雅倩, 關(guān)桐桐. 東北地區(qū)水田分布格局的時(shí)空變化分析[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2017, 38(4): 728-736.

Du G M, Chun X, Yu F R, Zhang Y, Zhao Y Q, Guan T T. Spatial-temporal patterns of paddy feld change in Northeast China[J]. Research of Agricultural Modernization, 2017, 38(4): 728-736.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571167）；黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（D201401）。

杜國(guó)明（1978-），男，內(nèi)蒙古寧城縣人，博士，教授，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源優(yōu)化配置，E-mail：nmgdgm@126.com。

2017-03-20，接受日期：2017-06-28

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (41571167); Provincial Natural Science Foundation Project of Heilongjiang Province(D201401).

Corresponding author: DU Guo-ming, E-mail: nmgdgm@126.com.

Received 20 March, 2017;Accepted 28 June, 2017