中國第二次土地調查以來省域耕地利用時空變化

趙育恒， 譚永忠

(1.浙江大學 公共管理學院 土地管理系， 浙江 杭州 310058； 2.浙江大學 土地與國家發展研究院， 浙江 杭州 310058)

土地利用/土地覆被變化(LUCC)是人類活動與自然地理環境相互作用與過程最直接的表現形式，同時也是人類活動與地球陸表自然生態系統相互反饋與作用的直接體現[1]。作為人類賴以生存和發展的基礎性土地資源[2]和重要的人為土地利用景觀[3-4]，耕地的利用與變化狀況反映著人類活動對土地利用的干預狀況。伴隨城鎮化和工業化進程的快速推進，建設用地大量占用耕地，以管理學和經濟學角度深層次分析耕地利用狀況，結合地理學視角深刻挖掘耕地利用時空變化格局隱含的規律和過程，逐漸成為學術界重要的研究課題，也是面向國家戰略需求，契合糧食安全與耕地保護等政策實施與評估參考[5]，以發揮現實綜合研究價值的重要領域[6-7]。

通過對國內外已有研究的綜合梳理和分析，基于耕地利用的特殊性和基礎保障性重要作用[2]，不同的學者主要借助于3S技術、遙感影像及社會經濟統計數據等資料，立足于不同區域尺度、差異性時間序列間的對比分析進行系統研究，從而對耕地資源的利用和變化進行針對性的解釋和政策解讀。①從土地利用/土地覆被變化(LUCC)[8-9]的角度入手，將耕地利用變化和景觀格局[10]置于土地利用變化的范疇，結合地理學理論綜合運用GIS、遙感解譯數據等手段研究經濟快速發展背后土地利用變化的空間/時間格局特征和過程[1,11-15]，是土地利用覆被研究的重要內容[16]； ②著眼于耕地資源的利用，分析耕地資源的數量和質量變化，以計量經濟與統計學為紐帶研究人類活動如社會經濟因素[17-18]和自然因素如氣候變化等[3,19]對耕地資源變化的驅動機制[5,20-21]與耦合影響機理，致力于耕地保護和可持續協調利用[22-23]； ③從政策變遷和耕地保護的視角，通過社會學的思維比較分析耕地資源變化情況[24]和政策實施效果，尋求政策制定邏輯及行為演變過程和耕地現實狀況與數量質量之間的關系及平衡動態影響[2,25-27]。

總體來看，基于遙感、GIS等技術手段和社會經濟統計方法，圍繞耕地為核心的保護[28]、利用等空間格局[29]、時間動態[30]、時空演變特征[4, 6, 16, 31]和指數模型方法研究[32]，輔以耕地保護政策的思考，國內外學者已取得豐富成果。然而從目前的研究進展來看，近年來針對強大耕地保護政策背景下省域單元的耕地資源利用與變化研究有所欠缺，尤其是在全國第二次土地調查的階段性數據更新以來，統一標度下較新時段針對政策演變效果等耕地資源狀況的響應尚需進一步完善。雖然一些研究通過中低分辨率遙感圖像的土地利用數據開展了一定程度的研究，但遙感數據存在能直接解譯內容有限、分辨率不同、人工解譯誤差等局限[33]，且對耕地內部類型(水田、水澆地、旱地)的細分誤差更甚；此外很少有研究使用來自國家土地調查的準確可靠的數據，特別是2009年的第二次全國土地調查，并遵循土地利用變化調查，重點關注國家規模的土地變化和省域耕地利用[5]。由此，對中國耕地隨時間變化規律的認識及其空間分布變化趨勢的把握成為重要的研究內容，且對于研究區域耕地保護與統籌認識、糧食安全和區域可持續發展也有重要的指導意義[28, 31]。

中國實行全世界最嚴格的耕地保護制度[2]，耕地合理利用與科學保護至關重要[20, 34]，而耕地變化的動態監測及其時空格局變化過程識別也受到廣泛關注[18, 21, 35]。鑒于此，筆者利用統一標度下2009—2016年耕地利用統計數據，從全國省域尺度[36]入手分析，在GIS技術的支持下闡述和揭示現有嚴格耕地保護政策要求下，中國第二次土地調查以來耕地利用的時空特征和變化過程[23]，重點討論人類活動背景下時空維度上的耕地利用面積、分布、規模等的變化規律，以期尋求促進耕地資源可持續利用的針對性政策改進措施與差別化建議。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文研究所用的數據主要包括全國第二次土地調查以來(2009—2016年)各省級尺度(不含中國香港、澳門和臺灣)土地利用數據，同時包含全國省域單元的矢量中國地圖數據。其中，土地利用變化數據取自基于“第二次全國土地調查和年度全國土地變更調查”成果更新的“土地調查成果共享應用服務平臺”，輔以《中國環境統計年鑒》核準校對；中國省級尺度矢量地圖數據通過“中國地圖出版社”獲取。需要說明的是，本文綜合選定第二次全國土地調查以來(2009—2016年)的同尺度標準耕地數據作為目標研究數據，是基于以下考慮：①全國第二次土地調查于2007年7月1日全面啟動，于2009年完成，采用了不同的土地利用現狀分類體系；②調查手段與技術有所革新，在時隔4 a后調查成果數據公布時與此前數據有較大差異，尤其是耕地面積的“增加”[24, 36]，數據之間沒有可比性[27]。耕地資源數量變化不僅是準確刻畫中國土地利用與覆被變化必不可少的內容，同時也是關系到中國耕地安全與糧食安全的重大問題[37]，因此為保證數據的準確性、連續性與可比性，選定2009年全國第二次土地調查以來的數據成果。

1.2 研究方法

1.2.1 耕地利用變化分析

(1) 耕地動態度與相對變化率。動態度可以反映土地利用變化速率的區域差異，定量描述土地利用的年變化[12, 16]。鑒于耕地關系到區域糧食安全而具有的重要戰略意義[25, 38]備受研究關注，為了有針對性的反映“二調”以來耕地面積的變化幅度與變化速度及區域土地利用變化中的類型差異，本文采用單一土地利用類型耕地動態度描述2009—2016年研究時段內耕地面積的變化結果[32]。

(1)

式中：K為研究時段內耕地動態度；Ua，Ub為研究區初期(2009年)及末期(2016年)耕地利用的面積(hm2)；T為研究時段，當設定為年時，模型結果表示該區域耕地利用的年變化率。本文在具體計算過程中，以全國省域尺度為計算單元。

動態度可以直觀地反映耕地變化的幅度與速度[28]，是比較簡單和常用的指數分析模型。為體現區域差異并對耕地的空間形式作進一步分析，采用土地利用類型的相對變化率[32]。相對變化率通過將局部地區的類型變化率與全區的類型變化率比較分析，用以反映研究區內特定土地利用類型變化的區域差異[21]。

(2)

式中：Ka，Kb為局部區域耕地研究期初及期末的面積(hm2)；Ca，Cb為全研究區耕地研究期初及期末的面積(hm2)。通過對耕地面積差值取絕對值從而屏蔽變化方向帶來的混亂，便于局部區域間的比較，以揭示耕地變化的區域差異。

(2) 空間分區。耕地具有極其重要的基礎保障作用，近年來有關耕地利用與保護的省際政策不斷加強。為更好體現耕地利用與變化區域特征及差異[11]，本文將全國31個省/直轄市/自治區分為華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北7大區域[24]進行分析。需要注意的是，當前無論是省域研究單元還是對中國華東地區、華南地區等“七大分區”的劃分均未包括中國香港、中國澳門和中國臺灣，這3個地區經濟社會發展具有特殊性且數據來源受限故被單列。(七大地理分區：華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北，不含中國香港、中國澳門、中國臺灣。華北地區包括北京、天津、河北、山西、內蒙古；東北地區包括遼寧、吉林、黑龍江；華東地區包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、山東；華中地區包括河南、湖北、湖南；華南地區包括廣東、廣西、海南；西南地區包括重慶、四川、貴州、云南、西藏；西北地區包括陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆。)

1.2.2 ESDA空間分析 空間分析是對地理空間現象的定量研究[34]，探索性空間數據分析(ESDA)則是地理學在空間數據處理與分析的重要應用，是衡量自然或社會經濟現象空間關聯性的重要方法[39]。GIS空間分析技術為開展區域耕地利用變化的空間分析提供了強有力的技術支持。利用ArcGIS空間探索性數據分析，主要對全國各省域單元耕地面積和分布進行數據處理和空間表達。通過省域單元空間尺度的行政區劃代碼和名稱將處理的耕地面積數據，利用關聯分析方法與相應的空間數據建立連接，實現空間區劃單元與統計屬性數據的一體化[24, 36]；借助ArcGIS 10.2操作平臺進一步對耕地的利用和變化情況實現空間分析與可視化表達。

2 結果與分析

2.1 耕地利用變化面積分析

全國第二次土地調查以來，2009年全國耕地總面積為1.353 8×108hm2，2016年全國耕地總面積為1.349 2×108hm2(見表1)。研究期間全國耕地總面積呈持續減少趨勢，共減少耕地4.64×105hm2，耕地面積減少下降比率為0.34%。

從省域單元上分析，31個省/直轄市/自治區(不含中國香港、澳門、臺灣)中有22個省域單元耕地面積呈減少下降趨勢，占全國總數的一半以上[6]；9個省級單位耕地面積略有增加，主要集中于經濟發展欠發達和耕地占補平衡異地轉移的目標地區如內蒙古、西藏、新疆等。值得注意的是，經濟最為發達的上海市和廣東省在2009—2016年期間耕地總面積略有增加，這與當地推行的耕地保護政策和保障措施息息相關，尤其是廣東省自下而上耕地保護經濟補償實踐與上海市各級政府耕地保護目標責任書共同責任體系的落實。

從中國傳統的七大地理分區[24]的變化上看，華北、東北、華東、華中、西南5個地區耕地面積減少，僅有華南和西北地區耕地面積相對維持穩定。期間華東地區減少耕地面積最多，共減少耕地1.66×105hm2，約占全國耕地減少總面積的1/3；減少耕地速率和幅度最劇烈的是華中地區，其耕地動態度為0.10%，相對變化率為2.40。華南與西北地區耕地增加的速率差異較小，但基于自然本底原始耕地面積差異，華南地區耕地的相對變化較西南更為劇烈。

表1 中國2009-2016年間耕地面積變化情況

注：括號內數據分別是各大地理分區的總體耕地動態度與總體相對變化率。

從耕地變化的幅度和速度分析，耕地動態度K和相對變化率R定量反映了耕地利用的變化狀況(見表1)。省域單元尺度中，北京、天津和重慶是耕地減少變化最快的地區，耕地動態度分別為0.60%，0.29%和0.29%，遠超全國平均水平0.04%；作為直轄市，具有優越的經濟、政治發展條件和政策先行優勢，社會經濟快速發展和城鎮化迅猛推進的背后無疑對耕地造成了大量的侵占。然而，作為經濟發展較發達的廣東省，其耕地動態度為0.37%，卻成為了耕地面積增長變化最快的省域，是增長速度次快卻經濟發展落后的新疆維吾爾自治區(0.23%)的1.5倍之多，其背后的原因和機理值得進一步深入研究，可能的原因在于：一是地區性的基本農田保護補貼機制，諸如激勵性耕地保護和基本農田保護優惠政策等耕地保護措施的貫徹執行，對耕地利用的經濟補償性措施使得基本農田得以有效保護并促進了耕地質量的維持；二是土地利用效率的提高與耕地監察保護體制機制的健全完善，政府的主動作為與土地要素的投入發揮了不可替代的作用。此外，相對變化率R則指示出華東和華中地區是耕地面積相對變化幅度最快的地區，北京市和廣東省則是耕地面積相對變化幅度最快的省域單元，基于自然本底耕地資源稟賦的差異和耕地變化速度的影響，不同的區域相對變化幅度具有較為顯著的差異性特征，為耕地資源利用變化的研究提供了有效的借鑒和參考。

2.2 耕地利用變化類型分析

從耕地利用類型的構成[31]和指數模型的分析結果來看，不同的省域單元與區域耕地面積變化呈現地區差異化的特征。2009—2016年期間，全國尺度耕地類型中的旱地是唯一減少的耕地類型，共減少8.19×105hm2；水田和水澆地則分別增加2.41×105hm2和1.15×105hm2，其增長幅度遠小于旱地減少幅度，最終引致全國耕地面積的減少(見表2)。

其中，東北是“貢獻”旱地減少最多的地區，達8.33×105hm2；有趣的是，東北也是“貢獻”水田增長最多的地區，達7.28×105hm2。這表明，“二調”以來，東北是耕地內部利用類型變化和轉換最為劇烈和頻繁的地區，伴隨著早期不健全不完善的跨省“省際間異地占補平衡(耕地占補平衡指標跨省交易)”政策實施，東北地區憑借其耕地資源稟賦無疑成為了經濟發達地區的政策實施目標導向區；與此同時，東北地區經濟發展和城鎮化建設的推進，該區耕地被建設用地的占用發展壓力和跨省占補平衡的市場交易推力使得東北地區在市場經濟[40]的調節與激勵下，受比較利益的驅動，耕地利用類型逐漸由市場價值較低的旱地逐步轉變為市場交易價值較高的水田；此外，政府為了農民增收的政績效果也有意政策引導，符合多方共同利益，由此造成了人為市場定向激勵耕地內部利用類型的轉換，導致耕地內部結構類型變化的不均衡[41]。

與此同時，在引進耐寒稻種和農田水利設施保障前提下，局部區域也因種植結構調整使得水田旱地互轉和水田墾造面積增加，成為近年來東北地區耕地變化較為明顯的區域特征[6,42]，這與劉紀遠等[1,11]通過遙感數據分析的結果相一致。值得反思的是，在帶來東北地區“糧倉(水稻)”等糧食產量提高的同時，一方面糧食重心的潛在轉移進一步凸顯耕地保護和糧食安全的戰略高度[36,43]，且需要對此變化引起進一步的關注警覺和科學研究；另一方面，耕地內部類型的人為干預定向轉換無疑也為東北地區不均衡的水源條件供給和生態保護等帶來莫大的隱患和巨大的不協調性承載壓力[24,27,41,43]。

表2 中國2009-2016年區域耕地類型變化

2.3 耕地利用變化時空分析

從時空兩個維度上分析2009—2016年全國省域耕地資源分布的變化。全國第二次土地調查以來，雖然耕地面積總體上呈逐年減少的趨勢，但廣域上呈現不顯著狀態，且并未影響總體的耕地資源分布格局。耕地的空間分布主要受環境因素的影響，不同地理環境下耕地變化的劇烈程度也不同[16]；中國目前的有效耕地利用資源在空間上主要分布于東北、華北地區以及華中、華東的部分省域(河南、山東省等)，依托于天然的流域水源、平原地勢等地理環境優勢，上述地區構成了中國主要的耕地資源利用空間分區；同時與中國省域耕地資源“東高西低，北高南低”的ESDA趨勢面[34, 44]地理分布空間分異結果相對應，在保障全國和區域性糧食供給和糧食安全方面具有重要作用。2009—2016年期間，中國耕地面積總體變化不大，基于嚴格耕地保護政策的執行與耕地保護紅線的壓力，中國“二調”以來除部分省域出現一定的耕地資源減少外總體上呈現出一定的穩定性(表1—2)；一定程度上遏制了耕地資源的急劇減少[11]，發揮了一定的政策效果。制度和政策是造成耕地利用時間變化和空間分布格局的重要調控因素[23]。

從時間序列角度分析全國內部省域單元耕地的變化幅度差異性，2009—2016年除少數省份耕地面積增加外，31個省域單元絕大部分呈現耕地面積減少的趨勢和結果，且不同區域和空間行政單元之間呈現出較強的地區差異化特征(見表3)。

研究期間，新疆增加耕地面積最多，共增加耕地面積9.34×104hm2，受當地綠洲農業的發展，周邊耕地大量開墾，且開墾強度和面積遠大于西部地區中退耕還林還草工程的強度和范圍，因此研究期間新疆耕地呈現大幅增加的特征[11]；其次分別為廣東省(7.54×104hm2)和內蒙古自治區(6.87×104hm2)。而耕地面積減少位居前三的分別是華中地區的河南省8.10×104hm2，湖北省7.78×104hm2和東北地區的遼寧省6.74×104hm2，累計減少耕地面積占研究期間全國耕地減少總面積的50%左右。分析得知，研究期間減少最多的華中地區耕地減少主要是受“中部崛起”戰略及產業承接轉移和國家生態保護工程實施，以及農業結構調整的影響，建設用地大規模擴張和退耕還林還草占用大量耕地所致[11, 16]；東北地區則是基于原始耕地資源稟賦受早期不均衡的耕地占補轉移和政策調控影響。

表3 中國2009-2016年時期內耕地面積增減變化 104 hm2

較為特殊和值得關注的是，除耕地面積持續增加或保持的省份外，研究期間在耕地面積減少的省份中，部分省份耕地面積并非連續性的一直減少，尤其是在2012—2013年和2014—2015年時間段則出現了短暫性的耕地維持甚至少許增加(見表3)，耕地減少的趨勢一定程度上得以減弱。進一步分析可知，2012年黨的十八大以來，耕地保護工作制度化、科學化和信息化管理水平明顯提升，形成了以用途管制為核心，以永久基本農田特殊保護、土地整治和高標準農田建設、農用地轉用和土地征收為主要內容的耕地保護制度體系[2]；尤其是2012年國土資源部發布的《關于提升耕地保護水平全面加強耕地質量建設與管理的通知》標志著中國耕地保護政策正式進入數量管控、質量管理和生態管護“三位一體”階段。此外，高標準基本農田建設、重大工程和示范省建設、耕地質量管護、耕保補償機制建設、占補平衡動態管理、經濟激勵措施、共同責任機制創新等耕地保護新機制的建立與完善[16]，探索出一條“管控性、建設性和激勵性保護”多措并舉的耕保之路，對加強耕地保護和嚴守耕地紅線發揮了至關重要的作用；政策調控成為導致中國耕地利用變化及其時空差異的重要原因[5-6,37]。

3 討 論

本文利用全國和省級年度耕地利用現狀數據，著眼于全國第二次土地調查的實施社會背景，對2009—2016年全國和省域耕地面積和利用的時空變化特征進行了分析，更加科學和準確地揭示了強大耕地保護政策要求下中國的耕地利用現狀及變化規律。相比已有研究，更進一步突出“二調”新階段新數據社會背景下耕地利用的時序變化特征和空間格局的變化。

(1) 由于篇幅和數據的限制，本文僅從宏觀視角對全國省域尺度耕地分布格局及時空變化進行了分析，未能具體進一步細化到微觀市域和縣域空間行政單元的耕地變化，這也是后期將繼續的研究；與此同時，隨著政策的完善和進步，自然條件影響下的耕地質量和地力維持也愈發重要，耕地利用數量質量雙重管控成為重要的趨勢。當然，立足于廣域“二調”宏觀政策背景下的耕地變化時空格局分析，特別是耕地變化動態監測受到廣泛關注[21]，本研究對省域單元的耕地利用變化和全域政策參考分析、產業協調布局仍然具有重要的參考價值和借鑒意義。受人類活動和定向干預布局的影響，研究期間耕地格局“北增南減”，違背自然稟賦分布格局，這是不正常的現象，有悖于區域水熱自然條件與耕地利用的資源匹配性，關系耕地合理利用的廣域分布格局和長久的區域發展可持續性，因此準確分析耕地資源在省域上的變化特征意義重大。

(2) 本文揭示出政策調控對耕地利用時空變化的調控影響，但政策的實施效果和制度設計仍有待完善。例如在省域耕地保護中，耕地“占補平衡”制度[25]尚需進一步加強科學化設計以調整并解決耕地空間格局與分布的不協調性及在生態保護、經濟發展等方面的區域均衡性問題等[5,31]；與此同時，針對異質省域間呈現的耕地利用變化時序差異性、變動性特征，及時跟進耕地動態變化規律適時調控區域性政策以引導耕地合理利用。隨著耕地保護制度的不斷完善和發展，越來越多的學者逐漸認可和青睞于永久基本農田保護制度體系的研究，以永久基本農田的管控實現耕地資源的保護[30]，由相對態“占補平衡”到絕對態“基本農田”，從而健全耕地保護制度體系，完善制度設計。

4 結論與建議

(1) 耕地是糧食生產的重要約束性資源，耕地數量安全是糧食安全的基本保障，得益于適時動態地政策調控，中國耕地面積總體保持穩定。研究結果表明，2009—2016年期間耕地數量逐漸減少，全國耕地面積由2009年的1.353 8×108hm2減至2016年的1.349 2×108hm2，共減少4.64×105hm2，平均每年減少耕地面積5.80×104hm2。中國第二次土地調查以來，得益于技術工具的改進使得中國對全國及各省域的耕地資源數量、規模、分布、變化等有了較為準確和明晰的統計與認識，從而可以有針對性和戰略性的采取一定的耕地保護政策和調控措施，抑制耕地急劇減少趨勢、保證合理的耕地資源數量和分布。

(2) 中國耕地面積的增減變化和耕地資源的分布具有較為明顯的空間性，二者局部呈現較強的區域差異性，總體則呈現一定的趨同性。結果表明，中國第二次土地調查以來，耕地面積的減少主要集中于華中地區如湖北、河南等省份和東北地區如遼寧省等，而耕地面積的短期增加則主要集中在內蒙古、新疆和廣東等省域。在耕地資源的空間分布上，全國耕地資源集中于華北、東北地區及部分華中、華東區域，內蒙古自治區、黑龍江、吉林省等則是耕地面積最多的省域。分析發現，耕地面積減少最多的省域多半是耕地面積集中的區域，且上述區域承擔著龐大的糧食生產和供給保障壓力，但與地域水熱資源并不匹配，并面臨資源逐步減少的風險，對耕地資源的數量、質量及生態環境造成了較為嚴重的不良影響，配合糧食生產布局與重心的潛在轉移，耕地利用亟需科學優化引導和調整布局管控。

(3) 耕地利用與保護政策的施行需要進一步完善的制度設計與結構優化。研究結果顯示，政策的施行對耕地資源分布和利用起到了一定的作用，一定程度上抑制了耕地資源的持續和急劇減少，對耕地保護發揮了一定的政策效果。然而隨著時間推移，耕地面積的減少趨勢呈現反彈，最終難以有效遏制和解決耕地減少的問題；與此同時，受政策調控影響，在空間上基于省域間的耕地占補平衡使得耕地資源的分布格局差異和矛盾進一步顯化，有悖于區域均衡發展和生態安全保護。因此，要積極把控跟進耕地動態變化特征和區域差異，采取差別化的政策引導措施；耕地利用方式亟待由短期過度性利用向長久保護型利用轉變；著力促進耕地集約節約利用，進一步科學優化耕地保護決策和政策實施。

耕地保護是關系國計民生的頭等大事，耕地保護政策在耕地保護中發揮著重要的保障作用。中國第二次土地調查以來，在強大嚴格的政策體系和制度壓力下，中國的耕地保護取得了一定的政策效果，但從長遠來看中國耕地利用和資源的空間分布異質性格局、時間變化波動性趨勢依然嚴峻、不容樂觀?！岸{”作為工具、政策作為手段，無論從“二調”實施的社會背景還是耕地保護政策制訂的初衷出發，歸根結底服務于耕地資源利用和保護的效果。唯有不斷完善制度設計，在準確把控耕地動態變化特征差異和規律的基礎上，制定差別化的區域政策與管理策略，協調糧食安全(耕地利用與保護)與生態安全(資源匹配性)，依托于技術的進步，相輔相成、互為補充，才能最終達成耕地保護和維持的目標，也才能實現耕地資源可持續利用、人類社會經濟可持續發展的愿景。