華北集約化農區耕地細碎化特征及其整治模式研究
——以河北曲周為例

孫曉兵，孔祥斌，溫良友，胡瑩潔

（1. 中國農業大學土地科學與技術學院，北京 100193；2.自然資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193）

耕地細碎化是與土地規模經營相對應的土地利用格局，是農業發展過程中存在的主要問題之一[1-2]。中國是一個人多地少、人地矛盾突出的國家，耕地細碎化是農業生產中的突出特征[3]，特別是家庭聯產承包責任制實施以后，以平均主義為主導的分配機制導致農戶耕地呈現分散化和細碎化特征[2,4-5]。雖然耕地細碎化有利于豐富農業種植結構、充分利用勞動力、降低農業市場風險以及提高農戶收入水平，但隨著農業現代化程度的日益深化，耕地細碎化阻礙了農業規模化經營，造成了生產成本增加、生產效率降低等問題[3,6-7]。因此，科學準確地揭示耕地細碎化特征、成因以及探究耕地細碎化整治模式，降低耕地細碎化程度已是耕地資源優化配置研究的重要內容。

耕地細碎化是指由于自然或人為因素導致的耕地呈現零碎、分散、大小不一的斑塊，或是某一耕地利用類型難以集中、連片、規模經營的狀態，耕地細碎化是自然環境、土地制度和社會經濟等多重因素綜合作用的結果[8-9]。耕地細碎化研究已成為國內外學者研究的熱點，國外學者主要針對耕地細碎化概念內涵、形成機理以及量化評價等開展研究[1-2,10-11]，國內學者則從農戶[12-13]、村域[14-15]等微觀尺度以及縣域[8,16]、區域[3,12]等中觀尺度基于統計分析[3,12]、景觀指數[16-17]等方法對耕地細碎化特征進行對比分析，并探究耕地細碎化對耕地利用系統[18]、耕地集約化[7]、農戶生計[13]以及生產效率[19]等的影響以及關聯特征。現有研究通常只針對農戶調研數據或土地利用數據對耕地細碎化特征進行分析，而將其綜合對比以揭示耕地細碎化特征及成因的研究相對較少，且對耕地細碎化整治模式的歸納總結依然不夠完善。

華北集約化農區耕地面積接近全國的1/6，生產全國近60%～80%的小麥和35%～40%的玉米，是中國重要的糧食產區[20]。華北集約化農區村落密集、人口眾多，以平均主義為主導的分配機制導致人均耕地面積相對較小[21]，加之建設用地擴張占用耕地以及道路河流等人為活動與自然活動對田塊的分割，致使其耕地細碎化問題比較突出，如何科學有效地降低耕地細碎化程度是其農業發展面臨的重要問題[22]。因此，本文以位于華北集約化農區的曲周縣為研究區，基于土地利用數據和農戶調研數據，通過選取景觀格局指數和構建農戶細碎化指數兩個角度分別闡釋其耕地細碎化特征，并在揭示華北集約化農區耕地細碎化成因的基礎上，提出耕地細碎化整治模式，以期為華北集約化農區耕地細碎化研究提供理論借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

曲周縣位于河北省南部，邯鄲市東北部，黑龍港流域上游，地處 114°50′30″～115°13′30″E、36°34′45″～36°57′57″N，土地總面積為 6.77 萬 hm2，管轄 10 個鄉鎮，342個行政村。曲周縣地勢由西南向東北傾斜，地勢平坦，屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均氣溫為13.1 ℃，無霜期約為210 d。區域有支漳河、滏陽河和老沙河等河流，年均降水量為556 mm，降水主要集中于7～9月。土壤類型以潮土、鹽土和褐土為主，土壤質地有砂土、砂壤、輕壤、中壤和粘土。隨著鹽堿化綜合治理以及農業種植結構調整，曲周縣農作物以冬小麥、夏玉米和春棉花等為主。2015年曲周縣總人口為51.36萬人，農業產值為23.87億元，糧食總產量達41.89萬t。

1.2 數據來源

研究基礎數據包括土地利用數據、農戶調查數據和統計年鑒數據。土地利用數據來源于曲周縣自然資源局2016年土地變更調查數據，通過提取水澆地和旱地以獲取耕地利用類型。農戶調查數據則是根據各個鄉鎮的耕地利用特征，采用隨機抽樣的方法選取典型村莊和抽取典型農戶進行問卷調查。2018年6—7月，課題組對曲周縣88個村莊的296戶展開問卷調查，村莊抽樣比例為25.73%。調查問卷包括家庭基本特征以及耕地總面積、最大面積、最小面積、細碎化認知狀況與調整意愿等內容。統計年鑒數據則來源于2016年《曲周統計年鑒》。

2 研究方法

2.1 景觀尺度耕地細碎化分析方法

2.1.1 景觀尺度耕地細碎化指標 景觀尺度耕地細碎化是通過借助景觀指數反映耕地細碎化的空間格局特征，根據景觀指數的含義以及已有研究[8,16,23]，本文選取斑塊數量、斑塊密度、邊界密度、平均斑塊面積、面積加權平均斑塊形狀指數、斑塊面積變異系數和聚集度指數等能夠表征耕地面積、形狀與分布的指標綜合表征耕地細碎化特征。

1）斑塊數量（NP）。

式中：NP為耕地景觀的斑塊總數量（個），N為斑塊數量。N的數值越大，耕地的細碎化程度越高。

2）斑塊密度（PD）。

式中：PD為耕地景觀的斑塊密度（個/km2），A為耕地斑塊的總面積（km2）。斑塊密度越大，耕地細碎化程度越大。

3）邊界密度（ED）。

式中：ED為耕地景觀的邊界密度（m/hm2），E為耕地斑塊的邊界總長度（m）。邊界密度越大，耕地細碎化程度越大。

4）平均斑塊面積（MPS）。

式中：MPS為平均斑塊面積（hm2），平均斑塊面積越大，耕地細碎化程度越低。

5）面積加權平均斑塊形狀指數（AWMSI）。式中：AWMSI為面積加權平均斑塊形狀指數，Pij為第i個斑塊類型第j個斑塊周長（m），aij為第i個斑塊類型第j個斑塊的面積（m2）。AWMSI表征耕地景觀形狀的復雜性，其值越大，耕地景觀形狀越復雜，耕地景觀越破碎。

6）聚集度指數（AI）。

式中：AI為聚集度指數（%），0≤AI≤100，gii為根據單一算法類型i相鄰的斑塊數。聚集度指數反映斑塊的空間匹配特征，其值越大，耕地斑塊的連接程度越高，細碎化程度越低。

7）斑塊面積變異系數（PSCOV）。

式中：PSCOV為斑塊面積變異系數，PSSD為斑塊面積標準差，MPS為平均斑塊面積，ai為第i個斑塊的面積（m2），n為斑塊數量。斑塊面積變異系數表征耕地景觀的離散程度，其值越大，耕地斑塊之間的差異性越大。

2.1.2 景觀尺度耕地細碎化評價 為降低各景觀指數的相關性，通過主成分分析方法對耕地細碎化指標進行綜合，以達到降維的目的[16]。本文運用SPSS18.0軟件對耕地細碎化指標進行主成分分析，提取兩個主成分，其累積方差貢獻率為88.839%，能夠代表大部分細碎化指標信息。

根據主成分載荷矩陣可知（表1），第一主成分包括斑塊數量、斑塊密度、邊界密度、平均斑塊面積、聚集度指數和斑塊面積變異系數，第二主成分有面積加權平均斑塊形狀指數。針對第一主成分和第二主成分的對比分析可知，第一主成分主要表征耕地面積和數量的細碎化狀況，第二主成分表征耕地空間形態的細碎化狀況，其可綜合表征耕地面積、數量和空間形態的細碎化程度。

表1 耕地細碎化指標主成分載荷矩陣Table 1 Principal component load matrix of farmland fragmentation index

基于主成分分析提取的兩個主成分，根據因子得分系數矩陣構建主成分和各指標之間的關系（F1和F2），并以因子的方差貢獻率作為權重對指標進行綜合，可對各鄉鎮景觀尺度耕地細碎化程度進行評價（FL）。

2.2 農戶尺度耕地細碎化分析方法

農戶是耕地利用過程的主體，農戶的田塊耕作狀況能夠反映耕地細碎化程度[12]。結合課題組對研究區調研狀況以及已有研究現狀[2-3,12]，本文選擇戶均耕地面積、地塊平均面積、農戶地塊數量和耕地距家距離等指標表征農戶地塊的細碎化狀況。

1）戶均耕地面積。戶均耕地面積是指農戶耕作地塊的總面積，在一定程度上表征農戶耕種的規模。

2）地塊平均面積。地塊平均面積是指農戶耕地總面積和地塊數量的比值，用以衡量農戶耕作單元的大小狀況。地塊平均面積越大，耕地細碎化程度越低；反之，耕地細碎化程度越高。

3）農戶地塊數量。農戶地塊數量表示農戶耕作地塊的數量，表征農戶耕作地塊的細碎化狀況，即在耕地面積一定的條件下，地塊數量越多，耕地細碎化程度越高。

4）耕地距家距離。耕地距家距離，即地塊到農戶家之間的實際距離，表征道路對耕地的分割程度，用以衡量農戶耕作的細碎化程度。本文用耕地距家最遠距離和距家最近距離的平均值表征地塊到農戶家的距離。

根據農戶尺度耕地細碎化指標的內涵，構建以農戶耕地面積、地塊平均面積、農戶地塊數量和耕地距家距離為指標的耕地細碎化評價指標體系，但農戶耕地面積和地塊平均面積與耕地細碎化程度呈現負相關，農戶耕地數量和耕地距家距離與耕地細碎化程度呈現正相關，故運用極差法對各指標進行標準化處理。指標權重應綜合客觀與主觀兩方面，故在熵權法客觀賦權的基礎上，用德爾菲法進行修正，確定各指標權重依次為0.233、0.269、0.286、0.212，并運用綜合指數方法綜合地衡量農戶尺度耕地細碎化狀況。

式中：FH為農戶尺度耕地細碎化程度；qi為第i個耕地細碎化指標的標準化值；wi為第i個耕地細碎化指標的權重，i為耕地細碎化指標的數量。

2.3 變異系數法

變異系數是標準差和平均值的比值，用以衡量兩組或多組數據之間的差異性程度[24]。變異系數越大，數據之間的差異性程度越大；反之，數據之間差異性越小。本文用以測算各鄉鎮以及調研樣本之間不同指標之間的差異性程度。

式中：V為變異系數，為數據的平均值，Xi為第i個數據的值，n為鄉鎮或調研樣本的數量。

3 結果與分析

3.1 景觀尺度耕地細碎化特征

由表2可知，曲周縣各鄉鎮景觀尺度耕地細碎化指標具有顯著差異性，且指標間差異性程度有所不同。曲周鎮斑塊數量最大，而依莊鄉和大河道鄉斑塊數量相對較小；曲周鎮、槐橋鄉、河南疃鎮和第四疃鎮斑塊密度依次遞減且均高于縣域斑塊密度，其余鄉鎮斑塊密度相對較小，其中，大河道鄉斑塊密度僅為0.17個/km2；曲周鎮、白寨鄉和侯村鎮邊界密度均高于縣域邊界密度，其余鄉鎮邊界密度均低于縣域邊界密度值；大河道鄉、安寨鎮、侯村鎮、依莊鄉、南里岳鄉和白寨鄉平均斑塊面積依次遞減且均高于縣域平均斑塊面積，其余鄉鎮平均斑塊面積相對較小，其中，曲周鎮平均斑塊面積僅為49.3 hm2；第四疃鎮面積加權平均斑塊形狀指數最大，其值為11.03，而依莊鄉面積加權平均斑塊形狀指數最小，其值僅為4.93；安寨鎮、依莊鄉、河南疃鎮和南里岳鄉聚集度指數高于縣域集聚度指數，其余鄉鎮低于縣域集聚度指數；曲周鎮斑塊面積變異系數最大，而依莊鄉和大河道鄉斑塊面積變異系數相對較小。

斑塊數量和斑塊密度的變異系數相對較大，其值分別為0.91和0.83，表明各鄉鎮斑塊數量和斑塊密度的差異程度最大，其中，曲周鎮斑塊數量和斑塊密度分別是大河道鄉的17.00倍、8.12倍；平均斑塊面積、斑塊面積變異系數、面積加權平均斑塊形狀指數和邊界密度的變異系數相對較小，其值分別為0.49、0.37、0.21、0.19；聚集度指數的變異系數最小，僅為0.01，表明各鄉鎮聚集度指數的差異性較小。由此可知，斑塊數量、斑塊密度、平均斑塊面積的空間差異性較大，可作為評價曲周縣各鄉鎮耕地細碎化強弱的重要指標，斑塊面積變異系數、面積加權平均斑塊形狀指數、邊界密度和聚集度指數對表征耕地細碎化也具有重要作用。

3.2 農戶尺度耕地細碎化特征

通過分析曲周縣296份農戶調研數據可知，戶均耕地面積為0.69 hm2，農戶耕地面積最大值為5.33 hm2，最小值為0.10 hm2；地塊平均面積為0.16 hm2，最大面積為1.33 hm2，最小面積為0.01 hm2；戶均耕地數量為5.07塊，農戶耕地數量最大值為25塊，最小值為1塊；耕地距家平均距離為875.52 m，距家最遠距離的平均值為1255.74 m，距家最近距離的平均值為495.30 m。然而，耕地距家距離變異系數最大為1.90，農戶地塊數量和戶均耕地面積的變異系數分別為1.69、1.40，地塊平均面積變異系數最小，其值為1.27。

表2 曲周縣各鄉鎮景觀尺度耕地細碎化指標Table 2 Index of farmland fragmentation on landscape scale in each township of Quzhou County

由表3可知，曲周縣各鄉鎮農戶耕地面積均值均低于1 hm2，其中，侯村鎮、依莊鄉和槐橋鄉農戶耕地面積高于縣域平均值，其值分別為0.89 hm2、0.73 hm2、0.69 hm2，其余鄉鎮農戶耕地面積均低于縣域平均值，而白寨鄉農戶耕地面積最小，其值僅為0.43 hm2；侯村鎮和依莊鄉地塊平均面積較大且高于縣域平均值，而槐橋鄉、白寨鄉、河南疃鎮和曲周鎮地塊平均面積均在0.15 hm2以下；河南疃鎮農戶地塊數量最大，其值為6.50塊，而白寨鄉農戶地塊數量最小，其值為3.93塊；依莊鄉、安寨鎮、河南疃鎮和曲周鎮農戶距家平均距離均在900 m以上，而白寨鄉農戶距家平均距離最小，其值為700 m。由此可知，曲周縣農戶耕地距家距離、農戶地塊數量、戶均耕地面積和地塊平均面積變異性程度依次遞減，且各指標均具有顯著的空間差異性。

表3 曲周縣各鄉鎮農戶耕地細碎化指標平均特征Table 3 Average characteristics of farmland fragmentation indicators of farmers in each township of Quzhou County

3.3 耕地細碎化評價與分析

基于景觀尺度和農戶尺度的耕地細碎化特征，結合不同尺度的耕地細碎化評價方法可得曲周縣各鄉鎮耕地細碎化指數，借助ArcGIS10.3軟件采用自然斷點方法，將耕地細碎化程度劃分為高度細碎、較高細碎、中度細碎、較低細碎和低度細碎五個等級，進而闡釋耕地細碎化的總體特征（圖1）。從景觀尺度來看，曲周鎮耕地細碎化程度最高，為高度細碎，依莊鄉和大河道鄉耕地細碎化程度最低，為低度細碎，而耕地細碎化程度較高的鄉鎮主要集中于曲周縣北部，耕地中度細碎和較低細碎的鄉鎮主要集中于曲周縣南部；從農戶尺度來看，曲周鎮和河南疃鎮的細碎化程度為高度細碎，而南里岳鄉和侯村鎮耕地細碎化程度最低，為低度細碎。由此可知，基于景觀尺度和農戶尺度的曲周縣各鄉鎮耕地細碎化程度具有顯著的差異性，但其耕地細碎化程度總體呈現由北向南依次遞減的趨勢，而曲周鎮、河南疃鎮和第四疃鎮耕地細碎化程度較高，依莊鄉耕地細碎化程度較低。

圖1 曲周縣景觀尺度（a）和農戶尺度（b）耕地細碎化空間分布特征Fig. 1 The cultivated land fragmentation characteristics of landscape scale (a) and farm scale (b) of Quzhou County

曲周縣景觀尺度和農戶尺度的耕地細碎化狀況因其自然環境、資源稟賦、社會經濟以及土地制度等的不同而有所差異。景觀尺度主要側重因地形地貌、城鎮村莊及道路河流等要素導致耕地難以集中連片、規模化經營的狀況，其中，地形地貌從宏觀上決定著耕地細碎化狀況，而城鎮村莊與道路河流等要素對耕地斑塊的切割也對耕地細碎化有著重要的影響。曲周縣地處華北集約化農區，地勢平坦，地形對耕地細碎化的影響程度較低，而城鎮村莊與道路河流等因素對耕地細碎化影響程度較大，如曲周鎮作為縣域行政中心，城鎮建設用地擴張致使耕地面積減少，村莊、道路及河流等基礎要素對耕地分割導致其斑塊數量增加，耕地細碎化程度較高，而依莊鄉和大河道鄉的道路和村莊密度相對較低，耕地分割程度較低，耕地細碎化程度不高。農戶尺度主要因以平均主義為主導的土地分配機制所導致的耕作單元的細碎化，即是由于農地產權制度產生的耕地細碎化。曲周縣人地矛盾尖銳，以均等化思想為主的家庭聯產承包造成完整的自然田塊形成細碎化的耕作單元，如河南疃鎮人多地少，人均耕地數量較少，耕地細碎化程度較高，而侯村鎮耕地面積相對較大，人均耕地數量相對較高，耕地細碎化程度較低。由此可知，景觀尺度和農戶尺度耕地細碎化側重視角及其成因的不同導致曲周縣各鄉鎮耕地細碎化程度具有差異性，而科學地探究耕地細碎化成因并采取針對性措施是降低耕地細碎化的關鍵。

3.4 耕地細碎化整治模式研究

耕地細碎化是地理環境、資源稟賦、社會經濟、生產狀況和制度政策等因素綜合作用的結果[4]，即包括自然因素和人為因素兩個方面[12]。自然因素主要包含地形地貌、道路河流、自然災害和耕地質量等，是自然條件下產生的耕地細碎化[4]；人為因素主要有人地關系、土地制度、社會經濟和市場機制等，是由人地矛盾而形成的耕地細碎化[24]，即農地產權產生的耕地細碎化（圖2）。因此，耕地細碎化可細分為自然細碎化和產權細碎化，而如何根據華北集約化農區農業生產實際，基于景觀尺度和農戶尺度耕地細碎化特征及其成因，因地制宜地構建耕地細碎化整治模式是農業可持續發展的重要內容。

本文基于華北集約化農區典型縣域耕地細碎化實地調研，通過對農戶、村干部以及鄉級、縣級等管理部門的座談，結合耕地自然細碎化和人為細碎化特征及其成因，構建以土地綜合整治和土地權屬調整相結合的耕地細碎化整治模式（圖2）。耕地自然細碎化整治應是以政府為主導的農地綜合整治為基礎，通過土地平整工程、農田水利工程和道路交通工程等內容降低因地形、道路、河流等造成的耕地細碎化。耕地人為細碎化則應以農戶和村委會為主導，縣級和鄉級等政府相配合，通過地塊互換、地塊合并以及土地流轉等方式降低耕地細碎化。地塊的互換、合并及流轉均應突出農戶的主體地位，如地塊互換模式是同一集體經濟組織內部的農戶基于自愿的原則，按照“面積不變、位置互換”的方式通過調整土地產權將分散的地塊集中連片，并輔助以道路、溝渠等農業基礎設施修建完善的過程；地塊合并模式是以土地綜合整治為基礎，通過土地平整工程、農田水利工程和道路交通等工程，將零散的耕地地塊進行歸并集中，重新劃分土地經營權，實現規模化經營的過程；土地流轉模式是基于農戶自愿的原則，將細碎化耕地集中形成連片地塊，再以合作社進行專業化耕種，推行“聯耕聯種、合作經營”，實現“增面積、降成本、提效率、升效益”的綜合模式。

圖2 華北集約化農區縣域耕地細碎化整治模式Fig. 2 Farmland fragmentation remediation model in intensive agricultural areas of North China

耕地自然細碎化和產權細碎化成因決定了其表現形式與整治模式的差異性[25]。耕地細碎化整治可先從景觀尺度和農戶尺度評判其自然細碎化和產權細碎化程度，進而基于相應的耕地細碎化特征確定以土地綜合整治或以土地權屬調整為主的耕地細碎化整治方式，但耕地細碎化整治過程中的自然細碎化整治和產權細碎化整治應是相輔相成的，耕地自然細碎化整治伴隨著土地產權調整，耕地人為細碎化整治要以自然細碎化整治為基礎，通過道路、河流、溝渠等生產要素建設以降低耕地細碎化程度。然而，無論何種耕地細碎化整治模式，都要突出農戶的主體性，政府應采用因地制宜的策略，因勢利導地進行耕地細碎化整治，有效降低耕地自然細碎化的同時降低耕地人為細碎化，達到降低耕地細碎化的最終目的。

4 結論與討論

4.1 結論

1）曲周縣各鄉鎮景觀尺度耕地細碎化指標具有顯著差異性，且指標間差異性程度有所不同。斑塊數量、斑塊密度、平均斑塊面積的空間差異性較大，斑塊面積變異系數、面積加權平均斑塊形狀指數、邊界密度和聚集度指數變異性相對較小。

2）曲周縣戶均耕地面積為0.69 hm2，地塊平均面積為0.16 hm2，戶均耕地數量為5.07塊，耕地距家平均距離為875.52 m，且耕地距家距離、農戶地塊數量、戶均耕地面積和地塊平均面積變異性程度依次遞減，且各指標均具有顯著的空間差異性。

3）基于景觀尺度和農戶尺度的曲周縣各鄉鎮耕地細碎化程度具有顯著的差異性，但耕地細碎化程度總體呈現由北向南依次遞減的趨勢，其中，曲周鎮、河南疃鎮和第四疃鎮耕地細碎化程度較高，依莊鄉耕地細碎化程度較低，且耕地細碎化成因不同致使其耕地細碎化程度有所差異。

4）基于自然細碎化和產權細碎化特征及其成因，構建以土地平整、農田水利和道路交通等土地整治工程與地塊互換、地塊合并和土地流轉等土地權屬調整方式為核心的耕地細碎化整治模式；耕地細碎化整治過程中應突出農戶的主體地位，通過中央政府和省級政府的總體控制、縣級政府的指導落實、鄉鎮政府的溝通協調等過程，達到降低耕地細碎化的目的。

4.2 討論

華北集約化農區作為我國重要的糧食產區，也是耕地細碎化比較嚴重的區域[21]。基于曲周縣景觀尺度和農戶尺度耕地細碎化特征、類型及其成因，提出以土地綜合整治和土地權屬調整為基礎的整治模式，可為降低華北集約化農區耕地細碎化程度提供參考。本文的耕地細碎化整治模式以土地綜合整治和土壤權屬調整為核心，但兩者的具體內容及其作用過程具有差異性。土地綜合整治通過調整耕地利用結構和優化耕地利用布局等過程降低自然細碎化[26-28]，但對產權細碎化作用相對較弱，而土地權屬調整可有效地降低產權細碎化。土地綜合整治是以中央、省級和縣級等各級政府為主導的政府行為，且其作用隨行政等級降低逐漸由宏觀控制到具體落實轉變。土地產權調整是通過調整權屬降低耕作單元的細碎化，實施過程應突出農戶的主體地位，充分發揮農民的積極主動性，適時適當的推進地塊互換、合并及流轉，有效地保障農民的合法權益。

此外，通過對華北集約化農區典型縣域的實地調研發現，政府推動的土地綜合整治基本能夠按照項目計劃穩步推進，可通過田塊平整、道路修建和渠系布設等方法有效地降低耕地細碎化，而土地權屬調整難度相對較大。雖然大部分農民逐漸意識到耕地細碎化是生產成本增加以及耕作效率較低的重要原因之一，但土地權屬調整的阻力依然較大，主要是由于耕地的互換地塊質量不同、合并之后田塊重劃易起爭議以及流轉地塊價格難以協調等原因，致使地塊互換、合并及流轉的面積相對較低。因此，耕地細碎化整治應基于細碎化特征、類型及其成因，因地而異地采取針對性的耕地細碎化整治策略。