耕地空間格局變化的影響分析
——以閬中江南地區為例

樊英豪，羅 培，陳治至，付雪穎

(西華師范大學 地理科學學院，四川 南充 637000)

1 引言

糧食安全關于國家安全戰略。黨的“十九大”中指出，要確保國家糧食安全，把中國人的飯碗掌握在自己手里[1]。中國是世界糧食生產大國，同時也是世界糧食消費大國，在面對世界糧食發展與安全格局新變化的全新命題，合理利用與保護耕地資源，是應對國際新形勢新挑戰的重中之重。

關于中國耕地資源的變化問題，國內學者已進行了廣泛的研究。部分學者認為保護耕地資源是關系國計民生的頭等大事，耕地保護政策在保護耕地資源中發揮著重要的保障作用[2～6]，并且實施耕地質量保護與鄉村振興和社會經濟可持續發展密切相關[7～9]。部分地區仍舊存在耕地資源嚴重緊缺，耕地后備資源不足等情況。從耕地方面來看，工業化、城鎮化對耕地的占用，一定程度上造成了耕地數量的減少，同時在耕地占補平衡上以次充好，用劣地、坡地、生地來置換好地的現象仍然存在，造成耕地質量虧空[10～12]。同時有研究表明，農地確權有利于推進耕地資源保護，特別是補貼與秸稈禁燒等政策對耕地的保護尤為顯著。建立耕地保護補償機制或多重耕地保護補貼方式來提高耕地價值，有利于推進耕地質量保護行為[13]。導致耕地變化的的因素是多元的，其中有學者發現耕地資源變化同人口因素呈正相關[14]；也有研究表明人口增長、二三產業比重變化和城市化水平提高均對耕地面積變化起到了顯著作用，而人均GDP與耕地面積則沒有顯著相關性[15，16]；耕地減少的主要原因是建設占用和農業結構調整，耕地增加主要是由于農業結構調整和土地開發[17]。綜合不同區域的耕地去向，一般情況下建設用地所占比例最大。在低山地區，主要受到坡度、土層厚度等自然條件的限制，建設用地造成的耕地減少比例較小，而轉化為林地的比例較大；道路通達度以及表征生態退耕政策和土地利用管制政策等社會經濟因素對耕地時空分異呈正向影響[18]。坡度、地形地貌等自然因素對耕地時空分異的影響均為負向；經研究發現人口、GDP、道路等社會經濟因素和高程、水域等自然環境因子是影響耕地變化的主要驅動力[19～22]。

2 數據來源與研究方法

2．1 研究區概況

閬中地處四川盆地北緣，嘉陵江中游，位于東經105°41′～106°24′，北緯31°22′～31°51′之間。境內南北狹而東西廣，東靠巴中市，儀隴縣，南鄰南部縣，西接劍閣縣，北連蒼溪縣。構造上位于川東地臺區、川北臺陷區和川中臺拱之間，地質構造簡單，褶皺平緩，裂隙不發育，出露地層有誅羅系上統及白堊系下統，沿嘉陵江岸有第四系分布。江南街道辦事處位于閬中中部，地處嘉陵江南岸，坐落錦屏山腳，幅員面積近113.01 km2，2020年總人口達到45047人，其中城市人口18928人，農村人口26119人。2020年統計數據表明該街道辦事處耕地面積為49.98 km2，其中旱地面積為34.85 km2，水田面積為15.13 km2。氣候上屬亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明，降水豐富；境內土壤包含紫色土、潮土、水稻土、黃壤四大類，土壤質地以壤土為主。

2．2 數據來源

研究區數據主要來源于閬中市自然資源和規劃局2009年全國第二次土地利用調查數據庫、2019年第三次全國國土調查數據庫、地形圖、遙感影像圖等，統計數據來自于《南充市統計年鑒》和《閬中市統計年鑒》。按《土地利用現狀分類標準》(GB/T21010-2007)規定，將土地利用類型分為耕地、種植園用地、林地、草地、水域、建設用地共計6類。

2．3 研究方法

2．3．1 GIS空間分析法

本文利用ArcGIS10.6軟件，以閬中市2009年二調數據庫以及2019年三調數據為基礎，綜合運用ArcGIS中的空間查詢、空間量算、疊加分析、緩沖區分析、路徑分析、空間插值、統計分類分析等多種空間分析方法，基于提取的研究數據，將不同的空間要素進行緩沖和疊加分析，得出該區域耕地空間格局變化特征。

2．3．2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣通常用以反映某一區域內各種不同土地利用類型在某一時間段內相互轉移的情況，同時可以清晰的展現出某一時間段內土地利用類型的結構特征，通過構建土地利用轉移矩陣，可以更加精確地進行定量分析，從而深入了解不同土地利用類型的轉入轉出情況，對各種土地利用類型的轉入轉出量進行具體分析，從而得到各種土地利用類型的來源與演變。其數學表達形式為：

(1)

式(1)中，Bij為土地利用類型i在研究期內向土地利用類型j轉化的面積；n為土地利用的類型數量；i、j分別為研究初期與末期的土地利用類型。

2．3．3 坡度計算模型

繪制基于DEM數據的坡度圖，運用ArcGIS10.6軟件中的坡度計算功能。其數學表達形式為：

(2)

表1 坡度分級情況

3 結果與分析

3．1 土地利用變化分析

為了更進一步揭示土地利用類型的交互變化，利用GIS疊加分析將2015、2019兩期土地利用空間分布圖進行疊置，獲得2015～2019年土地利用轉移矩陣(表2)。由表2可知，在此期間，耕地的面積變化最為顯著，共減少10850.74 km2。面積增加最多的為林地，共增加5277.79 km2。變化比例最大的為種植園地，其比例高達54.97%。耕地資源總量在減少，其中大部分的轉化為了林地、建設用地及種植園地。

表2 2015～2019年閬中江南地區土地利用轉移矩陣

3．2 不同坡度耕地面積變化分析

將耕地與坡度進行疊加(表3)，以此分析江南街道辦事處不同坡度條件下耕地面積的變化。從2015～2019年間，位于15°～25°的耕地面積減少最多，高達23655.29 km2。面積增加最多的為位于6°～15°的耕地，其增加面積為10978.83 km2。其中坡度在15°～25°的耕地水土保持情況較差，水土流失嚴重，須采取工程或生物等綜合措施來防治水土流失。

表3 2015～2019年閬中江南地區不同坡度耕地面積變化 km2

3．3 水系分布對耕地影響分析

結合研究區實際情況，以耕地距水系500 m為半徑建立緩沖區，對研究區水系數據進行緩沖處理，將緩沖后的圖層與耕地層進行疊加分析，由此得到江南街道辦事處在2015～2019年間耕地增減變化(表4)，以探究水系分布對耕地面積變化的影響。從2015年到2019年間，所有減少的耕地面積里，在水系500 m緩沖區內的耕地面積減少要小于緩沖區之外的耕地，其中水系緩沖區內耕地共計減少3749.91 km2，位于緩沖區以外的耕地共計減少7100.83 km2。

表4 2015～2019年閬中江南地區水系分布對耕地面積變化 km2

3．4 道路分布對耕地影響分析

根據研究區實際情況，以耕地距道路100 m為半徑建立緩沖區，對研究區道路數據進行緩沖處理，將緩沖后的圖層與耕地層進行疊加分析，由此得到江南街道辦事處在2015～2019年間耕地增減變化(表5)，以探究不同交通條件對耕地面積變化的影響。從2015年到2019年間，在研究區內耕地總量呈減少趨勢的背景下，位于道路100 m范圍內的耕地面積呈增加趨勢，共計增加5606.54 km2。而位于緩沖區以外的耕地則不斷減少，共計16457.28 km2。

表5 2015～2019年閬中江南地區道路分布對耕地面積變化 km2

4 結語

本文以江南街道辦事處為研究區，運用土地利用轉移矩陣、坡度計算模型以及GIS空間分析等方法來研究2015～2019年見區域內耕地資源空間格局變化并探究地貌條件對空間格局變化的影響。發現2015～2019年以來，江南街道辦事處耕地增加的最多為坡度6°～15°地區，而位于15°～25°坡度地區的耕地在逐漸減少。在有著較好的水資源條件且交通便利的區域，更有利于現代化農業的發展。結果表明：經土地利用結構調整后，江南街道辦事處的耕地資源利用效率有所提高。該研究可為進一步完善江南街道辦事處耕地管理和保護措施提供參考，對促進該區域耕地資源可持續利用發展具有積極作用。