環渤海地區耕地資源的時空特征研究

楊 慧

一、前言

土地是人類生存與發展過程中的最重要的自然資源和生產資料，耕地則是土地利用方式中最重要的類型之一，事關國家糧食安全和農業可持續發展。由于近些年工業化、城鎮化的發展，生態退耕工程的深入，我國對建設用地和生態用地的需求增加，大量耕地資源流出[1]，造成耕地保護壓力驟增。人口持續增長和居民消費水平的提升在對農產品提出更高要求的同時，增加了對耕地資源的需求，使得耕地資源問題越來越受到人們的重視。2020 年新實施的《土地管理法》對耕地質量保護提出了要求，2021 年重新修訂的《土地中華人民共和國土地管理法實施條例》提出對耕地實行特殊保護，針對永久基本農田、耕地“非農化”、“非糧化”等焦點，加強制度化、法律化保護。同年的中央1 號文件提出要落實最嚴格的耕地保護制度，中央農村工作會議明確“18 億畝耕地必須實至名歸，農田就是農田，而且必須是良田”，提出要落實藏糧于地、藏糧于技戰略，加強耕地保護和質量建設的要求。

區域是土地利用變化研究的基本單元，目前國內外學者在區域性耕地資源研究成果主要集中在幾個方面：從研究區來看，分為自然景觀區劃、行政區劃和經濟區劃[2-4]；遙感數據集中于Landsat TM/ETM+、HJ1A/1B 等遙感數據進行耕地變化監測與分析[5-6]；研究方法多運用主成分分析法、回歸分析、灰色關聯度分析等方法[7-9]。當前，研究在不同尺度下的耕地資源變化時，多用省市等中大尺度數據，對縣域微觀數據涉及少；基于GlobeLand30 地表覆蓋數據進行耕地資源研究的文獻也不多見。

二、研究區概況

環渤海地區是指環繞著渤海全部沿岸地區，涵蓋北京、天津、河北、遼寧、山東三省二市的廣大區域，位于北緯34°22′-43°26′，東經113°04′-125°46′，地處東部沿海經濟發達地區，海陸空交通方便；2020 年GDP 占全國的18.17%，經濟實力雄厚。

環渤海地區農耕歷史悠久，是全國耕地主要聚集區之一，耕地面積占全國的14.63%；2019 年農林牧漁業總產值約為全國的16.01%；糧食產量約占全國的17.74%。隨著二、三產業發展和新型產業崛起，耕地資源數量下行壓力增大。根據2015 年統計結果，環渤海地區優等地僅有0.39 萬畝，耕地質量加權平均等級為9.09 等低于東部地區（8.19 等）和中部地區（7.98 等），耕地資源質量不容樂觀。

三、數據來源與研究方法

（一）數據來源

空間矢量數據來自于GlobeLand30 地表覆蓋數據，調查統計數據來自于2001 年至2020 年《中國縣域統計年鑒》以及三省二市的統計年鑒。

（二）研究方法

1.耕地變化動態度。耕地變化動態度可以反應這段時期內耕地變化的總體特征和趨勢。其計算公式為：

M表示T 時間段內耕地變化的動態度；Da、D 分別表示終止年耕地面積和起始年耕地面積；T 為年間隔。

2.耕地相對變化率。在耕地數量變化的基礎上，將局部地區的耕地變化與全區的耕地變化進行比較。

R＞1,表示局部土地利用變化幅度大于整體的變化幅度；R＜1,表示局部土地利用變化幅度小于整體土地利用變化幅度。

3.土地利用轉移矩陣。土地利用轉移矩陣能夠反映某一區域某一時段期初和期末各土地利用類型面積之間相互轉化的動態過程[10]，通用形式如下：

S 代表面積；n 代表轉移前后的土地利用類型數；i、j 分別代表轉移前與轉移后的土地利用類型；Sij代表轉移前的i 地類轉換為轉移后的j 地類的面積。

四、結果與分析

（一）耕地數量分布情況

利用GIS 提取三期的耕地數據，計算得到2000-2020年的平均耕地數量見圖1。研究區內耕地資源主要集中在河北的西北部、遼寧北部平原和山東丘陵地區，其中阜新蒙古族自治縣、昌圖縣是研究區內耕地資源數量最多的縣。

圖1 環渤海地區2000-2020 年平均耕地分布圖

（二）數量變化情況

1.數量的變化。研究區內耕地資源總體呈下降的趨勢，環渤海地區耕地數量由32.17x104km2減少到了28.39x104km2。位于黃河入海口的河口區和墾利區耕地下降量達到了774.91km2和549.29km2。

圖2 環渤海地區2000-2020 年耕地資源數量變化分布圖

2.區域差異。根據計算結果研究區劃分為耕地資源減少區（M ≤-1），耕地資源平緩區（-1 ＜M ≤0），耕地資源增加區（M ＜0）。研究區內總體上為下降趨勢，北京周圍地區、遼寧的凌源市、建昌縣和山東中部地區是顯著下降區域。

圖3 環渤海地區2000-2020 年耕地動態度分布圖

3.變動幅度。依據耕地相對變化率計算公式，將研究區內耕地資源變動幅度情況劃分平衡區（R ≤1），浮動區（1 ＜R ≤2），劇烈區（2 ＜R），由計算結果可得黃河流域、北京附近區域耕地變化幅度同樣劇烈，遼河流域上游山地地區和入海口耕地變化幅度明顯高于周圍地區。

圖4 環渤海地區2000-2020 年耕地相對變化率分布圖

4.土地利用轉移矩陣。土地利用類型轉移方向主要表現為三點：

（1）耕地占比最多，下降幅度高達10.15%；海域、濕地都呈下降趨勢；苔原、裸地的大幅度上升。

（2）耕地轉化為其他土地利用類型為48.95x104km2，而由其他土地利用類型轉化為耕地的有16771.37km2，其中濕地和水體轉化為耕地的數量為562.49km2和2242.44km2，各自占到轉化總數的23.80%和20.03%這就使得研究區內的耕地資源明顯減少。

（3）森林、耕地和苔原地區在研究期內不變面積達到80%以上；濕地主要向水體和耕地轉化，裸地向草地和森林轉化，這說明我國生態保護工作頗有成效，耕地保護政策落地起效。

五、結語

結合各類空間分布，從耕地變化速度、幅度、轉移方向和程度方面，系統分析耕地資源對人類活動程度響應關系是一種較為科學的手段和有效方式。采用耕地動態指標反映研究區內耕地利用變化速度;土地利用動態耕地相對變化率反映研究區域范圍內各樣本區耕地變化的劇烈程度。土地利用轉移矩陣反映研究區土地利用類型變化方向，借助遙感和地理信息系統技術所提供的空間信息，不僅更能清晰地反映出土地利用變化對人類活動響應速度、轉移方向和程度的空間差異性;而且對環渤海地區土地利用時空變化規律的認識具有重要實際意義。

（一）2000-2020 年間，環渤海地區各縣域平均耕地資源數量多，且聚集分布在遼寧與河北北部，遼寧和山東的沿海、山東的中部地區，反映了耕地資源在環渤海地區土地利用類型中占據主導地位，對其時空變化規律的合理認識有助于指導規劃研究區的經濟發展。

（二）相比于2000-2010 年，2010-2020 年期間耕地資源數量的下降的范圍和程度明顯有所增長。耕地變化幅度大的地區主要集中于經濟發展程度高和生態環區，這反映了人類活動是造成耕地資源數量變化的主要影響因素。

（三）2000-2020 年，人類活動對環渤海地區影響方式主要表現為耕地、林地和草地土地利用類型之間的空間轉換。