曲勝秋, 劉艷芳, 銀超慧, 張紫怡

1990—2015年福建省耕地變化的空間格局分析*

曲勝秋, 劉艷芳**, 銀超慧, 張紫怡

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 武漢 430079)

本文從圖斑尺度探究福建省1990—2015年耕地變化的空間格局, 除探討耕地?cái)?shù)量變化的空間特征外, 重點(diǎn)挖掘耕地變化圖斑個體空間屬性特征和環(huán)境特征, 旨在全面反映耕地變化情況, 為政府進(jìn)一步加強(qiáng)耕地保護(hù)提供建議?；谕恋乩脭?shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù), 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和空間分析等方法, 本文從耕地變化整體數(shù)量特征、耕地圖斑變化屬性特征和不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征3個方面開展研究。結(jié)果表明: 1)2015年福建省耕地面積較1990年減少7.12%。從耕地凈變化率空間分布看, 耕地凈流失區(qū)域不斷擴(kuò)大, 但流失強(qiáng)度明顯下降。25年來全省耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度顯著下降, 反映耕地資源的穩(wěn)定性提高; 耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度在空間上呈現(xiàn)東高西低的特點(diǎn)。2)1990—2015年福建省耕地變化圖斑的分布方向一致, 占用耕地圖斑主要集中在東部沿海, 而補(bǔ)充耕地圖斑空間位置有所變化, 逐步轉(zhuǎn)移到東北和東南地區(qū)。占用和補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量上趨于平衡, 面積上存在“占大補(bǔ)小”的問題, 形狀上補(bǔ)充耕地圖斑更規(guī)則。3)1990—2015年福建省耕地資源呈現(xiàn)出“上山” “上坡” “背陽” “遠(yuǎn)水”和“相對集中”的趨勢。綜上, 福建省要繼續(xù)遏制東部沿海地區(qū)的耕地流失, 提高單塊補(bǔ)充耕地的面積, 并采取有效措施對海拔較低、坡度較低、向陽和灌溉條件較好的優(yōu)質(zhì)耕地進(jìn)行保護(hù)。

耕地資源; 耕地變化; 耕地圖斑; 空間格局; 福建省

耕地是國家糧食安全和社會穩(wěn)定的基本保障, 是重要且不可替代的戰(zhàn)略資源, 一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1-4]。改革開放至今, 我國耕地與林地、建設(shè)用地等幾種地類間轉(zhuǎn)換頻繁: 一方面受到城鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)退耕等影響, 我國耕地資源大量流失[5-6]; 另一方面, 我國于1999年頒布《土地管理法》, 開始實(shí)行占用耕地補(bǔ)償制度, 2017年頒布《中共中央國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)耕地保護(hù)和改進(jìn)占補(bǔ)平衡的意見》(中央4號文件), 進(jìn)一步明確了“三位一體”的耕地保護(hù)思路, 一系列政策措施使我國耕地資源流失得到有效遏制; 此外農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和農(nóng)田水利設(shè)施的完善, 也為穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量做出了貢獻(xiàn)[7-8]。

由于我國耕地與其他地類間相互轉(zhuǎn)移的頻繁性和復(fù)雜性, 耕地變化一直是我國學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問題, 主要研究內(nèi)容包括: 變化趨勢與驅(qū)動機(jī)制[9-13]、耕地保護(hù)與管理方法[14-15]、質(zhì)量評價(jià)[16-19]、生態(tài)響應(yīng)[20-21]、空間格局[22-26]等, 研究成果較為豐富。但空間格局研究尚存以下不足: 第一, 研究內(nèi)容更多關(guān)注耕地面積變化的空間異質(zhì)性和耕地景觀格局的變化規(guī)律,對耕地質(zhì)量變化研究和耕地保護(hù)政策調(diào)整的支持有限; 第二, 研究區(qū)多選擇生態(tài)脆弱區(qū)或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份為研究區(qū)域, 對山地丘陵地區(qū)的耕地變化關(guān)注不夠; 第三, 研究尺度較大, 從圖斑尺度開展的研究數(shù)量較少, 少有的圖斑尺度研究主要關(guān)注耕地變化圖譜特征和耕地破碎化空間特征, 對耕地變化圖斑的空間屬性特征和空間環(huán)境特征涉及較少。因此, 本文以福建省為研究區(qū)域, 從圖斑尺度開展耕地變化的空間格局分析, 探討耕地?cái)?shù)量變化空間特征, 并重點(diǎn)挖掘耕地變化圖斑個體空間屬性特征和環(huán)境特征。一方面, 福建省是我國南方典型山地丘陵區(qū)[27], 研究成果可有效豐富山地丘陵地區(qū)的耕地變化空間格局研究, 具有一定理論價(jià)值; 另一方面從圖斑尺度挖掘耕地變化空間特征和環(huán)境特征, 可更為全面地反映耕地變化情況, 山地丘陵地區(qū)耕地的個體屬性和自然環(huán)境直接影響耕地生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率, 進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。研究成果可為耕地質(zhì)量和產(chǎn)量的變化提供參考和論據(jù), 同時為政府進(jìn)一步加強(qiáng)對何種耕地的保護(hù)和補(bǔ)充提供建議。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

福建省位于中國東南部, 與臺灣省隔海相望, 陸地面積約12.4萬km2, 依山傍海, 境內(nèi)以山地丘陵為主, 素有“八山一水一分田”之稱, 福建省地形圖見圖1。福建省水系密布, 河流眾多, 全年雨量充沛, 光照充足, 年平均氣溫17~21 ℃, 平均降雨量1 400~2 000 mm, 氣候條件優(yōu)越, 適宜人類聚居以及多種作物生長, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件好。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本文使用數(shù)據(jù)包括福建省1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年6期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、福建省DEM數(shù)據(jù)和福建省縣級行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心全國土地利用數(shù)據(jù)庫, DEM數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于地理國情監(jiān)測云平臺。首先對6期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格計(jì)算獲得每5年的土地利用變化情況, 生成5個研究時段各縣(區(qū))和全省的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣; 然后利用重分類方法提取研究時段補(bǔ)充耕地(其他地類轉(zhuǎn)為耕地)和占用耕地(耕地轉(zhuǎn)為其他地類)圖層, 并統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)圖層中圖斑個數(shù)和面積; 最后借助ArcGIS 10.3軟件中坡度和坡向工具對DEM數(shù)據(jù)處理得到福建省坡度、坡向圖。

圖1 福建省地形與地理位置示意圖

2 研究框架與方法

2.1 研究框架

本文從圖斑尺度, 選擇耕地變化整體數(shù)量特征、耕地圖斑變化屬性特征和不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征3個方面分析福建省耕地變化的空間格局。耕地變化整體數(shù)量特征按照縣(區(qū))對耕地變化圖斑面積進(jìn)行匯總, 選擇耕地凈變化率和耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度, 旨在反映福建省不同地區(qū)耕地變化的幅度和耕地資源的穩(wěn)定性; 耕地圖斑變化屬性特征選擇變化圖斑的空間位置分布、數(shù)量、平均面積和面積加權(quán)平均形狀指數(shù), 旨在反映福建省耕地變化圖斑的區(qū)位、規(guī)模、面積和形狀特征; 不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征選擇高程、坡度、坡向、與鄰近陸地水源和保留耕地的空間位置關(guān)系, 旨在反映耕地變化圖斑在不同高程、坡度、坡向、鄰水條件和連片情況下的數(shù)量和面積分布情況。

2.2 耕地變化整體數(shù)量特征

2.2.1 耕地凈變化率

耕地凈變化率指研究時段內(nèi)耕地凈變化量占研究期初耕地總量的比例, 該指標(biāo)可反映耕地凈流入或凈流失的幅度。計(jì)算公式為:

式中:表示耕地凈變化率,S表示研究時段內(nèi)補(bǔ)充耕地面積, hm2;S表示研究時段內(nèi)占用耕地面積, hm2;表示研究期初耕地總面積, hm2。

2.2.2 耕地變化動態(tài)度

耕地變化動態(tài)度可以反映耕地資源在研究時段內(nèi)的穩(wěn)定性, 動態(tài)度越高, 說明耕地資源的穩(wěn)定性越差。計(jì)算公式為:

式中:表示研究時段內(nèi)耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度; ?S表示研究時段內(nèi)耕地面積的變化量, 包括凈變化量和交換變化量, hm2;S表示研究期初耕地面積, hm2; ?表示研究時長, 年。

2.3 耕地圖斑變化屬性特征

2.3.1 面積加權(quán)平均中心

平均中心可以識別一組空間要素的地理中心, 用于追蹤要素的空間變化和比較不同類型要素的分布。將圖斑面積作為權(quán)重, 面積加權(quán)平均中心計(jì)算公式為:

2.3.2 面積加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓是空間分析中的重要手段, 通過標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可以了解要素分布的方向和集散程度。將圖斑面積作為權(quán)重, 面積加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓計(jì)算公式為:

式中:為面積加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓,和為圖斑的坐標(biāo)和坐標(biāo),為要素總數(shù),w為圖斑的權(quán)重。

2.3.3 景觀格局指數(shù)計(jì)算方法

參考已有研究[28-30]選擇斑塊個數(shù)、平均斑塊面積、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)來反映耕地變化圖斑的規(guī)模、面積和形狀特征, 借助Fragstats 4.2軟件計(jì)算得到相應(yīng)結(jié)果。

平均斑塊面積是景觀中某類斑塊的總面積與該類斑塊的數(shù)量比值, 數(shù)值越大, 說明單塊斑塊面積越大。計(jì)算公式為:

面積加權(quán)平均形狀指數(shù)反映景觀中某類斑塊的形狀與同等面積矩形的偏差程度, 數(shù)值越小, 說明斑塊整體形狀越規(guī)則。計(jì)算公式為:

式中:為面積加權(quán)平均形狀指數(shù),P為圖斑的周長, km;s為圖斑的面積, km2;為區(qū)域斑塊總面積, km2。

2.4 不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征

借助ArcGIS 10.3軟件, 利用分區(qū)統(tǒng)計(jì)得到耕地變化圖斑的高程、坡度和坡向特征, 利用緩沖區(qū)分析和疊置分析得到不同距離范圍內(nèi)耕地變化圖斑的鄰水特征, 利用近鄰分析得到耕地變化圖斑與保留耕地圖斑的連片特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 1990—2015年福建省耕地變化整體數(shù)量特征

如圖2所示, 1990—2015年福建省耕地面積不斷下降, 2015年全省耕地面積為204.42萬hm2, 較1990年減少7.12%, 其中2000—2005年耕地流失情況最為嚴(yán)重, 耕地面積凈減少8.05萬hm2。2005年后耕地流失速度明顯放緩, 表現(xiàn)為占用和補(bǔ)充耕地面積的差距不斷縮小, 且占用和補(bǔ)充耕地的規(guī)模下降, 均維持在較低水平, 全省耕地資源基本處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

圖2 1990—2015年福建省耕地面積(a)及補(bǔ)充耕地和占用耕地面積(b)的變化

3.1.1 耕地凈變化率特征

從圖3可以看出, 1990—1995年耕地凈流入幅度較大的地區(qū)集中在福建省北部, 而福建省東南沿海和中部部分地區(qū)耕地流失情況較為嚴(yán)重, 全省耕地表現(xiàn)出南減北增的特點(diǎn); 1995年后全省大部分地區(qū)處于耕地凈流失狀態(tài), 其中2000—2005年福建省耕地凈流失情況最為嚴(yán)重。1990—2015年除福建省西北部外全省耕地處于凈流失狀態(tài), 其中大部分地區(qū)耕地凈流失率超過2%?？傮w來看1990—2015年福建省耕地凈流失地區(qū)不斷增加, 耕地變化的幅度有所下降, 東部沿海地區(qū)耕地流失問題始終較為突出。

3.1.2 耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度特征

從圖4可以看出, 1990—1995年除福建省東北部和西南部外, 全省大部分地區(qū)耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度超過3%, 全省耕地轉(zhuǎn)移較為活躍, 1995年開始福建省耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度降低, 全省大部分地區(qū)保持在3%以內(nèi), 并逐漸形成了“東高西低”的空間格局。1990—2015年福建省耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度呈現(xiàn)“南高北低”的特點(diǎn), 東南沿海地區(qū)動態(tài)度最高, 地區(qū)耕地轉(zhuǎn)移非?；钴S。總體來看, 1990—2015年福建省耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度不斷降低并維持在較低水平, 全省耕地資源穩(wěn)定性增強(qiáng), 全省動態(tài)度較高地區(qū)始終位于東部沿海, 耕地資源穩(wěn)定性相對較差。

圖3 1990—2015年福建省耕地凈變化率空間分布

3.2 耕地圖斑變化屬性特征

3.2.1 耕地圖斑變化的分布特征

從圖5可以看出, 1990—2015年耕地變化圖斑的分布方向一致, 1990—2000年表現(xiàn)為“南—北”方向, 2000年后表現(xiàn)為“西南-東北”方向。補(bǔ)充耕地圖斑1990—1995年分布范圍較廣, 全省大部分地區(qū)均有較多補(bǔ)充耕地圖斑出現(xiàn), 1995年后補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量明顯下降, 分布范圍明顯縮小, 并逐漸轉(zhuǎn)移至東北和東南部地區(qū); 占用耕地圖斑1990—2000年分布范圍逐漸由福建省東南沿海擴(kuò)大到全省大部分地區(qū), 2000年后分布范圍縮小并穩(wěn)定集中在東南沿海地區(qū)。由圖5可以看出, 1990—2015年福建省占用耕地圖斑分布的中心位置始終位于東部沿海, 而補(bǔ)充耕地圖斑分布的空間位置有所變化, 中心位置從福建省中部轉(zhuǎn)移至福建省東部?？傮w來看, 1990—2015年福建省補(bǔ)充和占用耕地圖斑的分布范圍雖有波動但總體呈縮小趨勢, 全省大部分地區(qū)耕地資源得到良好保護(hù)。

3.2.2 耕地圖斑變化的規(guī)模與面積特征

如表1所示, 1990—2015年占用和補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量明顯減少, 1995—2015年占用耕地圖斑個數(shù)始終大于補(bǔ)充耕地圖斑個數(shù), 但兩者差值縮小, 補(bǔ)充和占用耕地圖斑的數(shù)量趨于平衡。平均圖斑面積、占用和補(bǔ)充耕地圖斑平均面積25年來均有提高, 但占用耕地圖斑的平均面積始終大于補(bǔ)充耕地圖斑的平均面積, 且占用和補(bǔ)充耕地圖斑的平均圖斑面積差值擴(kuò)大, 說明福建省耕地資源存在“占大補(bǔ)小”的問題。

圖4 1990—2015年福建省耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度變化

3.2.3 耕地圖斑變化的形狀特征

如表1所示, 25年來補(bǔ)充耕地圖斑的面積加權(quán)平均形狀指數(shù)波動下降, 說明耕地補(bǔ)充過程中更加注重補(bǔ)充耕地的形狀規(guī)則性; 而占用耕地圖斑的面積加權(quán)平均形狀指數(shù)波動上升, 說明占用耕地圖斑形狀更加復(fù)雜。對比來看, 25年來除1990—1995年外, 補(bǔ)充耕地圖斑面積加權(quán)平均形狀指數(shù)小于占用耕地圖斑, 說明補(bǔ)充耕地形狀比占用耕地形狀更加規(guī)則。

3.3 不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征

3.3.1 高程環(huán)境下的耕地圖斑變化特征

由表2可以看出, 1990—2015年補(bǔ)充和占用耕地圖斑的海拔平均數(shù)和中位數(shù)波動下降, 說明耕地變化逐漸集中在海拔相對較低地區(qū)。對比來看, 25年來除個別時段外, 占用耕地圖斑海拔平均數(shù)和中位數(shù)均小于補(bǔ)充耕地圖斑, 說明福建省耕地資源呈現(xiàn)出“上山”的趨勢。

按照J(rèn)enks斷點(diǎn)法[31]將高程劃分成0~300 m、300~600 m和600 m以上3個區(qū)間。1990—2015年耕地變化圖斑在0~300 m的數(shù)量和面積比例最大且總體上升, 300~600 m和600 m以上的耕地變化圖斑數(shù)量和面積比例均有不同程度減小。對比來看, 1990—2015年除2010—2015年外占用耕地圖斑在0~300 m的數(shù)量和面積比例均大于同高程下補(bǔ)充耕地圖斑的數(shù)量和面積比例, 說明福建省0~300 m高程的耕地流失情況最為嚴(yán)重。

圖5 1990—2015年福建省變化耕地圖斑空間分布圖

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。AWAC: 面積加權(quán)平均中心; AWSDE: 面積加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land. AWAC: area-weighted average center; AWSDE: area-weighted standard deviation ellipse.

表1 1990—2015年福建省耕地變化圖斑屬性變化特征

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land.

表2 1990—2015年福建省不同高程耕地變化圖斑分布情況

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land.

3.3.2 坡度環(huán)境下的耕地圖斑變化特征

由表3可以看出, 25年來補(bǔ)充和占用耕地圖斑坡度平均值和中位數(shù)均呈下降趨勢, 說明耕地補(bǔ)充更加注意地勢起伏, 同時坡度較低的耕地被占用壓力越來越大。對比來看, 1990—2015年除2010—2015年外福建省占用耕地圖斑的坡度平均數(shù)和中位數(shù)低于補(bǔ)充耕地圖斑, 說明福建省耕地資源呈現(xiàn)“上坡”趨勢。

綜合考慮福建省地形特點(diǎn)和《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》, 將坡度劃分為0°~15°、15°~25°和25°以上3個區(qū)間。1990—2015年耕地變化圖斑在0°~15°坡度的數(shù)量和面積比例最大且明顯上升, 25°以上坡度的數(shù)量和面積比例均有不同程度下降, 而15°~25°坡度的占用耕地圖斑數(shù)量和面積比例小幅提高, 15°~25°坡度的補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量和面積比例明顯下降。對比來看, 1990—2015年除2010—2015年外0°~15°坡度補(bǔ)充耕地圖斑的數(shù)量和面積比例均小于占用耕地圖斑, 說明福建省0°~15°坡度的耕地流失情況最為嚴(yán)重。

表3 1990—2015年福建省不同坡度耕地變化圖斑分布情況

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land.

3.3.3 坡向環(huán)境下的耕地圖斑變化特征

由表4可以看出, 1990—2015年補(bǔ)充和占用耕地圖斑位于陽坡的數(shù)量和面積比例波動上升, 位于陰坡的數(shù)量和面積比例均有不同程度下降。對比來看, 除2010—2015年外25年來補(bǔ)充耕地圖斑位于陽坡的面積和數(shù)量比例均小于占用耕地圖斑, 說明福建省耕地資源呈現(xiàn)“背陽”的趨勢, 陽坡的耕地資源流失情況較為嚴(yán)重。

3.3.4 鄰水環(huán)境下的耕地圖斑變化特征

由表5可以看出, 1990—2015年位于陸地水源500 m、1 000 m和2 000 m范圍內(nèi)的補(bǔ)充和占用耕地圖斑數(shù)量和面積比例均顯著上升, 說明水源附近的耕地變化活動越來越劇烈。對比來看, 25年來除個別時段外位于水源500 m、1 000 m和2 000 m范圍內(nèi)的補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量和面積比例均小于占用耕地圖斑, 說明福建省耕地資源呈現(xiàn)“遠(yuǎn)水”的趨勢。

表4 1990—2015年福建省坡向環(huán)境下耕地圖斑變化特征

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。陽坡范圍: 112.5°~247.5°; 陰坡范圍: 0°~67.5°或292.5°~360°。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land. Range of sunny slope: 112.5°-247.5°; Range of shady slope: 0°-67.5°or 292.5°-360°.

S-CL: 補(bǔ)充耕地; O-CL: 占用耕地。S-CL: supplementary cultivated land; O-CL: occupied cultivated land.

3.3.5 連片環(huán)境下的耕地圖斑變化特征

由圖6可以看出, 1990—2015年新開墾耕地的數(shù)量和面積比例和整塊耕地被占用的數(shù)量和面積比例均呈下降趨勢, 說明耕地補(bǔ)充更傾向于對原有耕地進(jìn)行擴(kuò)大, 耕地占用導(dǎo)致整塊耕地消失的情況在減少。此外新開墾耕地與最鄰近原有耕地的平均距離縮短明顯, 2010— 2015年較1990—1995年縮短176.92 m; 而整塊被占用的耕地與最臨近原有耕地的平均距離波動較大, 2010— 2015年較1990—1995年縮短37.98 m。對比來看, 25年來新開墾耕地與最鄰近耕地的平均距離始終小于整塊被占用耕地與最鄰近保留耕地平均距離, 說明福建省耕地資源分布更加緊湊, 呈現(xiàn)“相對集中”趨勢。

圖6 1990—2015年連片環(huán)境下福建省耕地圖斑變化特征

QP-EOCL: 擴(kuò)大原有耕地?cái)?shù)量比例; QP-NRCL: 新開墾耕地?cái)?shù)量比例; AP-EOCL: 擴(kuò)大原有耕地面積比例; AP-NRCL: 新開墾耕地面積比例; AD(OCL&NRCL): 新開墾耕地與原有耕地平均距離; QP-POCL: 侵占部分原有耕地?cái)?shù)量比例; QP-COCL: 侵占整塊原有耕地?cái)?shù)量比例; AP-POCL: 侵占部分原有耕地面積比例; AP-COCL: 侵占整塊原有耕地面積比例; AD(OCL&COCL): 侵占整塊耕地與原有耕地平均距離。QP-EOCL: the quantitative proportion of expanded original cultivated land; QP-NRCL: the quantitative proportion of new reclaimed cultivated land; AP-EOCL: the area proportion of expanded original cultivated land; AP-NRCL: the area proportion of new reclaimed cultivated land; AD(OCL&NRCL): the average distance between original cultivated land and new reclaimed cultivated land; QP-POCL: the quantitative proportion of partly occupied cultivated land; QP-COCL: the quantitative proportion of completely occupied cultivated land; AP-POCL: the area proportion of partly occupied cultivated land; AP-COCL: the area proportion of completely occupied cultivated land; AD(OCL&COCL): the average distance between original cultivated land and completely occupied cultivated land.

4 結(jié)論

耕地變化研究不應(yīng)只關(guān)注耕地?cái)?shù)量、空間分布和景觀生態(tài)學(xué)上的變化, 耕地個體性質(zhì)和所處自然環(huán)境的變化同樣不可忽視, 這些變化為耕地質(zhì)量和產(chǎn)量變化提供參考和論據(jù), 為今后著重加強(qiáng)何種耕地的保護(hù)、補(bǔ)充耕地時應(yīng)注意那些問題提供了建議。本文在繼承現(xiàn)有耕地變化研究利用土地利用變化揭示耕地整體數(shù)量變化特征及其空間分異規(guī)律的基礎(chǔ)上, 從微觀的圖斑尺度, 利用疊置分析等手段, 還重點(diǎn)關(guān)注了變化耕地圖斑個體屬性和空間環(huán)境特征,這既保證了本文研究方法的可靠性, 又凸顯了先進(jìn)性。本文從耕地變化整體數(shù)量特征、耕地圖斑變化屬性特征和不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征3方面得出以下結(jié)論:

1)耕地變化整體數(shù)量特征方面, 1990—2015年福建省耕地面積持續(xù)下降, 2015年耕地總面積204.42萬hm2,較1990年減少7.12%。雖然全省耕地處于凈流失狀態(tài)的區(qū)域擴(kuò)大, 但大部分地區(qū)耕地凈流失率下降, 耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度維持在較低水平, 基本實(shí)現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡。福建省耕地?cái)?shù)量變化存在明顯的空間異質(zhì)性, 表現(xiàn)出耕地凈變化率“西高東低”和耕地轉(zhuǎn)移動態(tài)度“西低東高”的特點(diǎn), 反映出東部沿海地區(qū)耕地流失較為嚴(yán)重, 耕地資源的穩(wěn)定性相對較差, 東部沿海地區(qū)是福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)較快地區(qū), 受經(jīng)濟(jì)活動、城市擴(kuò)張等因素驅(qū)動, 該區(qū)域耕地流失壓力較大。

2)耕地圖斑變化屬性特征方面, 空間分布上, 25年來耕地變化圖斑的分布方向一致, 分布范圍均有不同程度縮小, 占用耕地圖斑主要分布在東部沿海地區(qū), 而補(bǔ)充耕地圖斑逐步轉(zhuǎn)移至東北和東南地區(qū)。規(guī)模上, 25年來福建省補(bǔ)充耕地圖斑數(shù)量小于占用耕地圖斑, 但兩者差距縮小, 占用和補(bǔ)充耕地圖斑的數(shù)量趨于平衡; 圖斑面積上, 25年來占用耕地圖斑平均面積大于補(bǔ)充耕地圖斑, 說明福建省耕地資源存在“占大補(bǔ)小”的問題; 形狀上, 25年來補(bǔ)充耕地圖斑面積加權(quán)平均形狀指數(shù)小于占用耕地圖斑, 說明耕地補(bǔ)充更注重圖斑形狀的規(guī)則性, 便于開展機(jī)械化耕作。

3)不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征方面, 通過對比耕地變化圖斑在不同環(huán)境下數(shù)量和面積比例, 發(fā)現(xiàn)25年來福建省耕地資源呈現(xiàn)“上山” “上坡” “背陽” “遠(yuǎn)水”和“相對集中”的特點(diǎn)?！吧仙健?“上坡” “背陽”和“遠(yuǎn)水”給耕地生產(chǎn)帶來不利影響: 耕地海拔變高可能會給農(nóng)民下田勞作帶來不便, 并增加灌溉的難度; 耕地坡度變大會增加耕地水土流失風(fēng)險(xiǎn); 位于背陰面的耕地增加, 耕地光照條件變差, 不利于農(nóng)作物的生長, 影響作物產(chǎn)量; 耕地過于遠(yuǎn)離水源會提高耕地灌溉成本, 增加利用地表水灌溉農(nóng)田的難度。而耕地“相對集中”對發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)、開展機(jī)械化作業(yè)和節(jié)約農(nóng)民田間轉(zhuǎn)移的通勤成本等具有積極的影響。

綜上, 福建省耕地保護(hù)工作仍需加強(qiáng), 尤其在東部沿海地區(qū)要協(xié)調(diào)好城市發(fā)展與耕地保護(hù)的關(guān)系, 采取有效措施進(jìn)一步加強(qiáng)對海拔較低、坡度較低、向陽和灌溉條件較好的優(yōu)質(zhì)耕地的保護(hù)。其次在耕地補(bǔ)充中避免“占大補(bǔ)小”的問題, 盡量提高單塊補(bǔ)充耕地的面積, 同時在選址時綜合考慮海拔、坡度、臨水等因素, 保證補(bǔ)充耕地的生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率。

但需要指出本研究仍然存在一定局限性: 第一, 不同環(huán)境下耕地圖斑變化特征主要反映不同環(huán)境下耕地變化圖斑數(shù)量和面積差異, 對變化圖斑在不同環(huán)境下的個體屬性差異關(guān)注不足; 第二, 本研究只考慮自然環(huán)境因素, 今后在環(huán)境特征分析中可加入社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境維度; 第三, 本研究對耕地變化空間格局的成因沒有進(jìn)行探討, 后期要補(bǔ)充對空間格局形成的驅(qū)動力分析。

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Spatial pattern of cultivated land change in Fujian Province from 1990 to 2015*

QU Shengqiu, LIU Yanfang**, YIN Chaohui, ZHANG Ziyi

(College of Resources and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

In order to provide references and arguments for changes in cultivated land quality and yield, and to provide suggestions for the government to further strengthen cultivated land protection, this study examined the spatial patterns of cultivated land change in Fujian Province from 1990 to 2015, at the patch level. In addition to exploring the spatial characteristics of change in cultivated land quantity, this study further explored spatial attribute and environmental characteristics of cultivated land change map spots, aiming to comprehensively describe the changes of cultivated land. This research considered three aspects: the change characteristics of cultivated land quantity, the spatial attribute characteristics of cultivated land change map spots, and the environmental characteristics of cultivated land change map spots. Based on the DEM data and land use data of Fujian Province from 1990 to 2015, mathematical statistical analysis and spatial methods were employed to draw the following conclusions: 1) the area of cultivated land in Fujian Province decreased by 7.12% from 1990 to 2015. In terms of the spatial distribution of net change rate, the number of districts in which cultivated land was at a net loss state in Fujian Province increased during the period of 1990-2015, while the intensity of loss decreased significantly. In addition, from 1990 to 2015, the dynamic degree of cultivated land transferhad been a significant decline, which was reflected in the improvement of the stability of cultivated land resources in Fujian Province. Furthermore, high spots of dynamic degree of cultivated land transfer were distributed in the east, and low spots were distributed in the west. 2) The distribution direction of the occupied and supplemented cultivated land change patches in Fujian Province remained the same during the period of 1990-2015. The occupied cultivated land patches were mainly concentrated in the eastern coastal areas, while the position of the supplementary cultivated land patches changed significantly, gradually shifting to the northeast and southeast regions of Fujian Province. During the period of 1990-2015, the number of occupied and supplemented cultivated land patches in Fujian Province became more balanced. The area of supplementary cultivated land patches was smaller than that of occupied cultivated land patches, while the shape of supplementary cultivated land patches was more regular than that of occupied cultivated land patches. 3) The cultivated land resources in Fujian Province showed trends of “elevation rising” “slope rising” “shifting to shady slope” “away from water” and “relatively concentrated”, during the period of 1990-2015. In summary, the protection of cultivated land in Fujian Province still needs to be strengthened. First of all, the government should further restrict the loss of cultivated land in the eastern part of Fujian Province. Secondly, if conditions permit, the area of each supplementary cultivated land should be increased as much as possible. Finally, the government should take effective measures to protect high-quality cultivated land with lower elevation, lower slope, and better light and irrigation conditions.

Cultivated land resources; Cultivated land change; Cultivated land plaque; Spatial pattern; Fujian Province

F301.2

10.13930/j.cnki.cjea.190653

曲勝秋, 劉艷芳, 銀超慧, 張紫怡. 1990—2015年福建省耕地變化的空間格局分析[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(4):587–598

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* 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFB0503500)資助

劉艷芳, 主要研究方向?yàn)閰^(qū)域規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)地理研究及地理信息應(yīng)用工程研究。E-mail: yfliu610@whu.edu.cn

曲勝秋, 主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源與土地管理。E-mail: qsq1919@163.com

2019-09-25

2020-01-06

* This study was founded by the National Key R&D Program of China (2017YFB0503500).

, E-mail: yfliu610@whu.edu.cn

Sep. 25, 2019;

Jan. 6, 2020