我國東部地區耕地等別空間分布特征

蔡興冉， 黃志英， 梁彥慶， 邢美玲， 葛京鳳， 潘佩佩

(1.河北師范大學資源與環境科學學院/河北省環境演變與生態建設實驗室，河北石家莊 050024；2.河北地質大學土地資源與城鄉規劃學院，河北石家莊 050031)

耕地是人類賴以生存的基本資源，在人類生產和社會發展中具有重要作用，不同的耕地質量所提供的糧食生產能力不同。近年來，隨著社會經濟的快速發展，尤其是大城市的擴張，建設用地不斷增加，城市周邊優質耕地不斷被占用，從而引起耕地質量降低，因此關于耕地質量等別成果空間差異性特征分析的研究日益重要。在全國(區域)尺度上，王洪波等采用標準畝的概念，以全國1等地為基準核算我國標準耕地總量，分析我國耕地等別分異特性[1]；孔祥斌等采用面積加權平均法分析我國西部耕地等別空間分布特征[2]；魏洪斌等基于ArcGIS空間統計分析，應用加權平均法分析我國中部糧食主產區耕地等別空間分布特征[3]；王鳳嬌等對西北五省(區)耕地質量等別差異性進行分析[4]；李鵬山等分析了京津冀地區耕地質量等別的空間差異[5]；馬龍泉等分析了三江平原耕地質量等別空間分異特征[6]；陳建龍等分析了松嫩平原耕地等別空間分異特征[7]。在省(市)域尺度上，晏蔚楠等分析了四川省耕地等別的空間分布特征[8]；羅洋洋分析了武漢市黃陂區耕地質量空間分布特征[9]；張青璞等分析了重慶市國家級農用地分等匯總前后等別的分布規律[10]；紅格爾對內蒙古農用地等別分布特點及差異性進行了研究[11]；賈建松對廊坊市耕地質量等別空間分布特征進行了研究[12]。在縣域尺度上，陳鏡宇等分析了云南烏蒙山片區耕地自然質量等空間分布特征[13]；緱武龍等研究了廣東省新興縣耕地數量、質量及時空變化[14]；施冰臣等對云南省瀾滄江流域耕地自然質量空間分布特征進行了研究[15]。

我國東部地區人口密度大，作為我國經濟的龍頭，其經濟占我國經濟總量的50%以上。2015年上半年，我國工業生產總值排前5位的省份，中東部地區占據4席，分別是江蘇省、廣東省、山東省和浙江省，作為整個中國經濟穩定的“大盤”，其工業增加值增速均超過全國平均水平。東部地區經濟快速增長的同時，城市用地不斷擴張，耕地尤其是城市周邊優質耕地面積不斷減少，因此分析東部地區耕地等別空間分布特征對于耕地保護具有現實意義。目前，關于區域尺度上的耕地等別研究主要集中在西部和中部地區，且研究內容主要集中在等別判定方法和成果應用方面，而對于我國東部地區耕地等別空間差異性分析的研究較少。基于2015年耕地等別省域年度更新數據，采用面積加權平均法和等別方差法對我國東部地區耕地等別進行空間差異性研究，深入分析東部地區各省(市)耕地等別狀況，以期為城市的健康發展、區域耕地的保護及土地的整治提供科學依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

根據我國各地區的自然狀況、社會經濟發展狀況、土地利用現狀以及土地利用特點等方面的差異，《全國土地利用總體規劃綱要(2006—2020年)》將全國劃分為西部地區、東部地區、中部地區以及東北地區，其中東部地區包括北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等10個省(市)(圖1)。根據2016年《中國國土資源統計年鑒》可知，東部地區耕地總面積為2 635.29萬hm2，約占全國耕地面積的20%。東部地區光熱充足，水土資源條件較好，面積廣闊，地形以平原、丘陵為主，地勢低平，區內的小部分山地主要為南嶺、武夷山脈等。總體上看，東部地區耕地面積相對較少，生態環境南北差異較大，在自然與社會多方面因素的影響下，區域內耕地質量存在空間上的差異性。

1.2 數據來源

數據基礎為2015年我國東部地區10個省(市)農用地分等國家級匯總成果，比例尺為1 ∶50萬；經濟數據來源于各省(市)城市統計年鑒。

2 研究方法

根據GB/T 28407—2012《農用地質量分等規程》以及《全國土地利用總體規劃綱要(2006—2020年)》，以省(市)為研究單元，首先采用面積加權平均法計算東部地區各省(市)的耕地平均等別，分析區域內耕地等別空間的分異特征；并在此基礎上采用等別方差法計算東部地區各省(市)耕地等別的離散程度，以進一步反映耕地質量的可改善程度。

2.1 面積加權平均法

面積加權平均法[16]可用以計算評價區域耕地質量的整體平均水平。本研究采用面積加權平均法計算我國東部地區各省(市)耕地的平均等別，進而分析該地區耕地等別空間分異特征，具體計算公式為

(1)

式中：Y為某省(市)耕地等別平均值；i為該省(市)耕地等別；imax為該省(市)耕地等別的最大值；imin為該省(市)耕地等別的最小值；S表示各省(市)；Si為該省(市)i等耕地的面積；S總為該省(市)的總耕地面積。

2.2 等別方差法

采用等別方差表示東部地區各省(市)耕地質量等別的離散程度，進一步反映耕地質量的可改善程度。等別方差的計算公式為

(2)

式中：Y(x)為某省(市)耕地等別的方差；N為S區域等別個數。

3 結果與分析

3.1 耕地等別數量分布特征

根據農用地分等匯總成果，全國的耕地質量等別被劃分為15等，等別范圍為1～15等，其中1等地質量最好，15等地質量最差。東部地區的耕地質量等別以6～10等為主，面積加權平均等別為8.19等，比全國平均等別(9.96等)高1.77個等別。

按照1～4等、5～8等、9～12等、13～15等將我國耕地質量劃分為優等地、高等地、中等地和低等地。由圖2可知，東部地區優等地面積為76.72萬hm2，占其耕地總面積的 2.91%；高等地面積為1 456.56萬hm2，占其耕地總面積的 55.27%；中等地面積為910.93萬hm2，占其耕地總面積的 34.57%；低等地面積為191.08萬hm2，占其耕地總面積的7.25%。

3.2 耕地等別省域分布特征

由表1可知，東部地區的耕地等別分布情況差異較大，其中上海、江蘇、廣東等南方省(市)的耕地等別較高，主要為 5～6等；而海南省雖然也位于南方，但因自然因素的限制，耕地等別主要為6～8等，比上海、江蘇、廣東等省(市)的耕地等別低；北方的天津市耕地等別較低，主要為9～12等；北京市的耕地等別處在高等地與中等地之間，主要為8～10等；河北省無優等地，耕地等別主要為8～14等；浙江省、福建省、山東省的耕地等別也較低，主要為7～10等。

總體來看，東部地區大部分省(市)耕地以高等地和中等地主，只有廣東省的優等地所占比例較大。從優等地、高等地、中等地和低等地水平來看，在東部地區10個省(市)中，優等地分布于7個省(市)，面積共76.57萬hm2，占東部地區農用地評定總面積的2.91%，其中廣東省的優等地面積最大，為68.08萬hm2，浙江省的優等地面積為6.17萬hm2，山東省的優等地面積最小，為0.03萬hm2，福建省、上海市、江蘇省的優等地面積稍大于山東省，分別為1.10萬、0.40萬、0.31萬hm2。高等地分布于9個省(市)，面積共 1 456.54萬hm2，占東部地區農用地評定總面積的55.27%，其中江蘇省、山東省、廣東省、河北省的高等地面積較大，分別為457.43萬、444.13萬、183.93萬、119.76萬hm2，占東部地區農用地評定總面積的45.74%；天津市沒有高等地分布。中等地分布于8個省(市)，面積共910.91萬hm2，占東部地區農用地評定總面積的34.57%，其中河北省、山東省、浙江省的中等地面積較大，分別為346.02萬、318.40萬、98.91萬hm2， 占東部地區農用地評定總面積的28.97%； 上海市和江蘇省沒有中等地分布。低等地分布于4個省(市)，面積共191.09萬hm2，占東部地區農用地評定總面積的7.25%，其中河北省的低等地面積最大，為188.75hm2；北京、天津、山東、上海、江蘇、廣東等6個省(市)沒有低等地分布。

表1 東部地區10個省(市)耕地等別構成

根據面積加權平均法計算得出東部地區各省(市)耕地的平均等別，由表1可知，耕地平均等別最高的省(市)是廣東省、上海市、江蘇省，分別為5.50、5.80、6.10等；最低的省(市)是河北省、天津市，分別為10.80、10.30等。耕地平均等別最高的廣東省比最低的河北省高5.3等。各省(市)之間耕地等別的差異性表現為南方地區的上海、江蘇、浙江、海南、廣東等省(市)的耕地質量較好，平均等別主要為5、6、8等；北方地區的北京、天津、河北等省(市)的耕地質量相對于南方地區較差，平均等別主要為8、10等。

3.3 耕地等別土地利用區分布特征

《全國土地利用總體規劃綱要(2006—2020年)》將東部地區劃分為京津冀魯區、蘇浙滬區、閩粵瓊區等3個土地利用區。由圖3可知，閩粵瓊區的耕地等別明顯高于京津冀魯區和蘇浙滬區。從3個土地利用區等別分布范圍來看，京津冀魯區耕地等別范圍為4～15等，其中8等、9等地分布范圍較多；蘇浙滬區耕地等別范圍為2～13等，其中6等地分布范圍較多；閩粵瓊區耕地等別范圍為1～14等，其中5等、6等地分布范圍較多。

京津冀魯區耕地面積為1 482.87萬hm2，由圖4可知，其耕地等別以中等地為主，中等地面積占其總耕地面積的48.35%，其次為高等地，占其總耕地面積的38.92%，低等地面積為188.75 hm2，占其總耕地面積的12.73%。蘇浙滬區、閩粵瓊區耕地面積分別為 683.39萬、469.03萬hm2，耕地等別均以高等地為主，分別占其總耕地面積的84.51%、64.37%，其次為中等地，分別占其總耕地面積的14.47%、20.27%。此外，在閩粵瓊區還有少量優等地分布，占其總耕地面積的14.87%。

根據面積加權平均方法計算得到三大土地利用區的耕地平均等別，由圖4可知，在三大土地利用區中，京津冀魯區耕地平均等別最低，為9.50等，與東部地區耕地平均等別(8.19等)相比低1.31等，但與全國等地平均等別(9.96等)相比則高0.46等，基本上持平；蘇浙滬區和閩粵瓊區耕地平均等別均為6.70等，比京津冀魯區平均等別高2.80等，比東部地區耕地平均等別高1.49等，比全國耕地平均等別高3.26等。

3.4 耕地等別復種類型分布特征

復種指數是指在一定時期內同一地塊耕地面積上種植農作物的平均次數，復種程度可反映不同地區、年份以及生產單位之間耕地的利用狀況[17-20]。復種指數的高低受到當地熱量、水分、土壤、勞動力等條件的約束，其中熱量條件好、無霜期長、水分充足的區域復種指數較高，耕地生產能力也較大。在自然環境的影響下，東部地區存在多種耕作制度，耕地生產能力差異性顯著。依據農用地分等規程，東部地區10個省(市)可被劃為5個耕作制度一級區，分別是黃淮海區、長江中下游區、江南區、華南區、內蒙古高原及長城沿線區。按照復種類型劃分東部地區各指標區，并通過面積加權平均法計算各耕作制度一級區的平均等別。

通過統計分析可知，東部地區各耕作制度一級區復種類型差異顯著，耕地平均等別由一年一熟、一年兩熟到一年三熟遞增。在5個耕作制度一級區中，僅內蒙區高原及長江沿線區是一年一熟區，耕地平均等別為10.76等，與其他復種類型相比明顯偏低，且比全國耕地等別低0.80等；黃淮海區和長江中下游區是一年兩熟區，2個區耕地平均等別為9.23等，比全國平均等別高0.73等；江南區和華南區是一年三熟區，耕地平均等別較高，2個區等別的平均值為6.71等，比全國平均等別高3.25等。

3.5 耕地等別經濟發展區分布特征

根據《中國區域經濟發展報告》(2015—2016年)分析了2015年東部地區省級行政級別的經濟增長分化態勢，由表2可以看出，天津市、福建省的經濟增長速度較快，分別為9.3%、9.0%；江蘇省、廣東省、山東省、浙江省、海南省的經濟增長速度高于全國平均水平，均大于7.7%；上海市、北京市、河北省的經濟增長速度等于或低于全國平均水平。按經濟增長速度將東部地區各省(市)分為高速發展區(天津市、福建省)、快速發展區(江蘇省、廣東省、山東省、浙江省、海南省)與平穩發展區(上海市、北京市、河北省)等3個經濟區。

根據農用地分等結果，對東部地區三大經濟發展區的耕地等別進行分析。從表3可以看出，快速發展區耕地等別較高，高速發展區耕地等別次之，平穩發展區耕地等別較低。從各經濟發展區的耕地等別來看，高速發展區的耕地等別為 3～13 等，主要為8～10等；快速發展區的耕地等別為1～14等，主要集中在6～8等；平穩發展區的耕地等別為4～15等，主要為8～14等，各經濟發展區耕地等別集中分布差異明顯。高速發展區耕地以中等地和高等地為主，分別占其總耕地面積的55.83%、43.21%，優等地和低等地分布較少，分別占0.65%、0.31%；快速發展區耕地以高等地為主，占其耕地總面積的69.71%，其次為中等地，占25.94%，優等地和低等地耕地較少，分別占4.27%、0.10%；平穩發展區耕地以中等地和低等地為主，分別占其耕地總面積的51.02%、27.14%，其次為高等地，占21.79%，優等地面積最少，占比約為0.06%。

表2 2015年東部地區10個省(市)經濟總量與增速情況

表3 東部地區經濟分區耕地等別空間分布

用面積加權平均法計算得出耕地平均等別，由圖5可知，快速發展區耕地平均等別最高，為7.31等，比全國耕地平均等別高2.65等；高速發展區耕地平均等別較高，為8.71等，比全國耕地平均等別高1.25等；平穩發展區耕地平均等別最低，為10.62等，比全國耕地平均等別低0.66等。

3.6 耕地等別離散程度分析

基于東部地區耕地平均等別，采用等別方差法計算其耕地等別的離散程度，并采用自然斷點分級法對耕地等別方差進行分類，以此反映區域耕地可改善提高的程度。

由表4可知，耕地質量等別離散程度可分為5級，分別為高程度(10.64～12.56)、較高程度(8.35～10.63)、 適中程度(5.17～8.34)、較低程度(2.09～5.16)、低程度(2.01～2.08)。高程度與較高程度的有浙江省、河北省、廣東省、海南省，其中廣東省、浙江省、海南省的耕地等別較高，區域內均有優等地分布，耕地可改善程度較高；河北省耕地等別范圍為5～15等，無優等地分布，高等地與中等地面積較多，少量低等地分布，耕地可改善程度也較高。適中程度的有山東省和福建省，2個省耕地面積較大，占東部地區耕地總面積的34%，以中等地和高等地為主，耕地可改善程度適中。較低程度和低程度的有北京市、天津市、上海市、江蘇省，4個省(市)耕地面積占東部地區耕地總面積的比例較少，僅為21%，耕地質量平均等別處于中等水平，且其耕地可改善程度低于東部地區其他省(市)。

表4 東部地區10個省(市)耕地等別的方差

5 結論與討論

從東部地區整體角度出發，綜合應用東部地區10省(市)的省級耕地質量更新數據庫成果，全面分析東部地區耕地等別特征，揭示區域整體耕地等別空間分布差異性。東部地區耕地等別總體水平較好，其耕地平均等別為8.19等，比全國耕地平均等別(9.96等)高1.77等；耕地以高等地和中等地為主，其面積占東部地區評定總面積的89.84%。在土地利用區中，耕地等別存在明顯的差異性，蘇浙滬區和閩粵瓊區耕地平均等別相等，均高于京津冀魯區。在標準耕作制度一級區中，不同復種類型的耕地等別不同，總體上復種次數越多，耕地平均等別越高。在經濟發展分區中，耕地等別隨經濟發展速度的不同而不同，主要表現為快速發展區較高，高速發展區次之，平穩發展區最低。采用等別方差法可分析耕地等別離散程度，東部地區各省(市)耕地等別離散程度差異較大，與北方地區相比，南方地區耕地等別離散程度整體略高，耕地可改善程度較高。

從東部地區整體出發，通過數量結構、省域分布、土地利用區、復種類型以及經濟分區分析耕地等別分布范圍、分布結構以及平均狀況，結果顯示，耕地等別空間分布具有明顯的差異性。由于研究地區的特殊性，從經濟分區角度揭示經濟發展與耕地等別質量的關系、基于耕地等別離散程度反映區域耕地可改善、提高的程度，具有一定的新穎性。本研究只分析了東部地區耕地等別的空間分布特征，而對于反映耕地等別的影響要素、空間分布差異性原因以及耕地質量的保護等研究可作為進一步研究的重點。