我國主要耕地后備資源時空變化特征及可持續利用戰略

摘要： 【目的】耕地是糧食生產的基石，保證耕地數量的穩定，是守住糧食安全戰略底線的必要條件。通過分析我國主要耕地后備資源時空演變規律，為科學統籌耕地資源的保護和管理提供理論依據?！痉椒ā恐袊茖W院資源環境數據中心以Landsat 遙感影像數據作為主數據源，通過人工目視解譯構建了國家尺度多時期土地利用/土地覆蓋專題數據庫（CNLUCC）。本研究基于該數據庫，將全國分為東北、華北、長江中下游、西北、西南和東南六大區域，運用GIS 空間疊加分析方法，分析了我國2000、2010 和2020 年主要耕地后備資源面積變化和空間分布格局。【結果】2000、2010 和2020 年我國主要耕地后備資源面積分別為11774.57 萬hm2、11803.50 萬hm2 和12932.22 萬hm2，以西北和西南地區面積最大，長江中下游地區最小。2000—2010 年與2010—2020 年間，我國主要耕地后備資源數量全國范圍內總體呈增加趨勢，其中2010 年比2000 年增加了28.93 萬hm2，2020 年比2010 年增加1128.72 萬hm2，但不同區域的變化幅度具有較大差異。2000—2010 年間，華北地區和西北地區主要耕地后備資源在減少，西北地區的減少幅度大于華北地區；2010—2020 年間，東南、西北、華北和東北地區均在減少，其中以東北地區減少幅度最大。通過耕地的新增和流失平衡分析，草地和未利用地流向耕地的面積高于耕地流向草地和未利用地的面積，流向建設用地是研究期內耕地凈流失的主要原因?！窘Y論】我國耕地保護形勢依然嚴峻，耕地后備資源區域分布極不平衡，占補空間越來越小。因此，需嚴格統籌規劃耕地資源，因地制宜地有序開發利用，加強耕地重點區域和用途的監管。

關鍵詞： 耕地； 耕地后備資源； 空間分布； 轉變

耕地資源是國家重要的戰略資源，保護好、建設好、利用好耕地資源才能有效堅守住耕地保護紅線和糧食安全底線[1]。然而，改革開放以來，我國人口數量日益增長，耕地面積人均占有量持續下降，隨著城市化和工業化不斷加快，大量耕地被用于住宅、工業和基礎設施建設，致使耕地資源數量逐漸減少，耕地資源長期處于緊張態勢[2]。此外，由于長期過度耕作、不合理的施肥管理、人為撂荒以及水土流失、荒漠化等因素，導致耕地數量減少、質量下降、肥力減退，嚴重影響了耕地的可用性和生產力[3]。為破解我國耕地資源稟賦不足，我國建立了嚴格的耕地保護政策與管理對策，有效守住了耕地數量紅線，維護了國家糧食安全[1， 4?5]。隨著我國經濟社會的快速發展，“非農”建設占用耕地不可避免，即使在實施最嚴格的耕地保護政策下，全國年均非農建設用地占用耕地量大的情況仍難以控制。我國的糧食安全依然面臨著巨大挑戰，耕地資源缺口壓力持續擴大，當前耕地資源的絕對數量不足，必須依賴耕地后備資源合理開發來實現。耕地后備資源也是國家糧食安全戰略保障體系的重要資源，科學利用耕地后備資源能夠緩解對當前耕地資源的過度依賴。因此，分析研究耕地后備資源數量和時空變化規律，對保持區域耕地的系統平衡和生產力，協調經濟發展與耕地保護的關系具有重要意義[6?7]。

此外，隨著農業生產效率和利用強度的提高、經濟社會水平的發展、人口增長、城市化進程加快、氣候變暖和極端發生頻次加劇以及相關政策法規的調整，耕地資源的時空分布和轉變均發生顯著變化[8?10]。為了解析耕地資源的分布和轉變特征，已有大量學者通過文獻統計、社會統計數據庫和遙感數據庫進行研究[11?13]。王鳴雷等[13]基于社會統計數據和遙感數據，利用重心轉移模型和區域統計等方法，分析了1980s～1990s、1990s～2000s、2000s～2010s 3 個時段我國北方新增耕地的時空變化及驅動因素；趙樂松等[14]利用社會統計數據庫，結合遙感數據，綜合運用空間疊加、綜合評價及蟻群優化算法分析了廣東省肇慶市封開縣的耕地空間布局；李圓圓等[15]基于遙感數據，結合社會統計數據，探究了我國1990、2000 和2010 年耕地的空間格局變化。總體而言，前期研究主要集中在耕地資源空間分布變化研究，以及基于省市自治區尺度進行研究，且部分研究結果時間較早。而在耕地資源保護的新要求下，迫切需要深化全國尺度上近年來主要耕地后備資源時空分布和轉變特征的綜合研究。

盡管較多研究以統計數據庫為數據源，且已存在較多的調查數據庫，但易受人為因素和時間跨度的影響，而遙感解譯數據具有更好的時間和空間上的可比性[16]。因此，本研究以Landsat 遙感影像數據作為主數據源，利用人工交互的方法快速構建土地利用變化遙感數據庫，分析我國2000、2010 和2020年主要耕地后備資源的面積變化和空間分布格局以及轉變特征，以期為保障我國糧食安全，優化耕地保護利用提供理論依據和指導。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究對象與區域劃分

本研究主要對象為我國31 個省、市、自治區，不包括香港、澳門、臺灣和南海諸島。將其分為六大農區[17]，分別為東北地區（黑龍江、吉林、遼寧），華北地區（北京、天津、河北、河南、山東、山西），長江中下游地區（上海、江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南、江西），西北地區（內蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆），西南地區（重慶、四川、貴州、云南、西藏），東南地區（福建、廣東、廣西、海南區）。根據中國科學院構建的我國1∶10 萬土地利用遙感監測數據集中所采用的土地利用分類體系， 土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地，即6 個一級類型[ 1 8 ]。耕地中包括水田和旱地，林地包括林地、灌木林地、疏林地和其它林地，草地包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地和低覆蓋度草地，水域包括河渠、湖泊、水庫坑塘、永久性冰川雪地、灘涂地和灘地，建設用地包括城鎮用地、農村居民點用地和交通道路、機場、大型工業區等其它建設用地，未利用地包括沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地、裸巖石質地和高寒荒漠、苔原等其它土地類型，即25 個二級類型。本研究主要以其它林地、低覆蓋度草地、灘涂地、灘地、鹽堿地和裸土地可開墾為耕地的土地作為主要耕地后備資源進行分析。

1.2 計算方法

年均變化率主要反映某一區域某一時段研究區或格網內耕地面積變化幅度與速度，即通過監測計算開始和結束時耕地的總面積變化與時間的關系獲得，計算公式如下：

式中：W—區域研究時段內耕地面積變化率（%）；Aa—監測開始時耕地面積（hm2）；Ab—監測結束時耕地面積（hm2）；T—研究時間（年）。

1.3 數據來源

土地利用數據來源于中國科學院資源環境數據中心的我國多時期土地利用遙感監測數據集[18]，選取了2000、2010 和2020 年3 個時相。該數據集以Landsat 遙感影像數據作為主信息源，通過人工交互的方法快速提取土地利用變化遙感信息[ 1 8 ? 1 9 ]。在ArcGIS Pro 中將格網數據轉換成柵格數據，分辨率為1 km×1 km。提取土地利用數據進行耕地空間分布分析，根據耕地利用變化類型圖的屬性數據表計算不同時期的耕地和其他土地類型空間轉換特征[19]。

2 結果與分析

2.1 我國主要耕地后備資源數量與演變規律

通過分析主要耕地后備資源發現，2000 年我國主要耕地后備資源面積為11774.57 萬hm2，約占國土陸地面積的12.27%，2010 年主要耕地后備資源面積為11803.50 萬hm2，約占國土陸地面積的12.30%（表1），較2000 年增加了28.93 萬hm2。2020 年主要耕地后備資源面積為12932.22 萬hm2，約占國土陸地面積的13.47%，相比于2010 年增加了1128.72 萬hm2。從耕地后備資源類型來看，2000 和2010 年面積排在前三位的是低覆蓋度草地、鹽堿地和灘地，分別占主要耕地后備資源總面積的78.24% 和77.68% （低覆蓋度草地）、11.58% 和11.29% （鹽堿地）、4.24% 和4.22% （灘地），2020 年排在前三位的是低覆蓋度草地、鹽堿地和裸土地，分別占主要耕地后備資源總面積的75.07% （低覆蓋度草地）、8.26% （鹽堿地）和7.60% （裸土地）。2000—2010 年間，主要耕地后備資源中低覆蓋度草地、灘涂地、灘地和鹽堿地面積在減少，其它林地和裸土地面積在增加，2010—2020 年間灘涂地和鹽堿地面積繼續在減少，而其它林地、低覆蓋度草地、灘地和裸土地面積出現增加。2010—2020 年間裸土地面積變化很大，年均增加高達23.59%，是2000—2010 年年均變化率（0.059%） 的401.54 倍。

2.2 我國主要耕地后備資源分布特征

耕地后備資源是我國重要的戰略后備資源，是國家糧食安全戰略保障體系的重要一環。我國31 個省市自治區的主要耕地后備資源數量差異較大（表2），2000、2010 和2020 年均以西北和西南地區主要耕地后備資源面積最大，分別占總面積的68.30% 和22.95% （2000 年）、67.80% 和22.93% （2010 年）、61.51% 和31.15% （2020 年）。2000、2010 和2020 年主要耕地后備資源面積最多的前5 個?。ㄊ小⒆灾螀^） 均為新疆維吾爾自治區、青海省、西藏自治區、內蒙古自治區和甘肅省，其主要耕地后備資源面積均超過700.00 萬hm2。2000、2010 和2020 年主要耕地后備資源面積大于1000 萬hm2的?。ㄊ?、自治區） 均為4 個，500 萬～1000 萬hm2的省 （市、自治區） 有1 個，100 萬～500 萬hm2 的省 （市、自治區）2000 和2010 年均有6 個，2020 年有4 個，2000 和2010 年低于 100 萬hm2 的省（市、自治區） 均有20 個，2020 年有22 個。

2.3 我國不同地區主要耕地后備資源演變規律

從主要耕地后備資源變化幅度來看，2000—2010 年期間東南、長江中下游、西南和東北地區面積均在增加，華北地區和西北地區均在減少，其中以西北地區減少幅度最大，高達38.92 萬hm2；而在2010—2020 年期間僅有西南和長江中下游地區主要耕地后備資源面積在增加，其余4 個地區（東南、西北、華北和東北地區） 均在減少（表2，圖1）。通過分析31 個省市自治區耕地面積變化幅度發現，2000—2010 年期間31 個?。ㄊ?、區） 中有19 個?。ㄊ?、區） 主要耕地后備資源面積在增加，共增加104.48 萬 hm2，以廣東、廣西、福建和江西增加幅度最大，其余12 個省（市、區） 面積在減少，共減少75.55 萬 hm2；2010—2020 年期間共有 8 個省（市、區） 主要耕地后備資源面積在增加，共增加1519.13 萬 hm2，以西藏自治區、青海省、云南省和湖南省的增加幅度最大，其余23 個?。ㄊ?、區） 面積在減少，共減少390.41 萬 hm2。

2000—2010 年期間，東南和長江中下游地區主要耕地后備資源面積年均變化率較大，分別為2.42%和1.17%。而在2010—2020 年間，西南、東北、華北和長江中下游地區主要耕地后備資源面積年均變化率均較大，分別為4.88%、2.85%、1.66% 和1.52%。同樣，通過分析31 個省市自治區主要耕地資源年均變化率，發現2000—2010 年間年均變化率前五位的省（市、自治區） 有江西省、廣西壯族自治區、福建省、廣東省和湖南省，分別為3 . 9 4 %、3.61%、2.80%、2.74% 和1.90%，而2010—2020 年間前五位的省（市、自治區） 是湖南省、天津市、云南省、西藏自治區和河南省，分別為7.39%、6.99%、6.60%、5.44% 和4.91%。

2.4 我國主要耕地后備資源新增與流失變化

2000—2020 年間，我國耕地的來源和流向一直處于動態變化中（圖2、圖3）。2000—2010 年間，新增耕地的主要來源為草地、未利用土地和林地，面積分別為115.92 萬、58.98 萬和32.68 萬hm2，耕地流失主要去向為建設用地、草地和林地，流失面積分別為187.18 萬、60.87 萬和58.27 萬hm2，分別占流失耕地總面積的53.84% （建設用地）、17.54% （草地） 和16.79% （林地）。來源于草地和未利用地的耕地面積高于耕地流向草地和未利用地的面積，耕地面積因此凈增加55.05 萬hm2 （草地） 和58.98 萬hm2 （未利用地），而建設用地是耕地凈流失的主要去向，凈流失187.18 萬hm2。2010—2020 年間，新增耕地主要來自于林地、草地和建設用地，新增面積分別為2237.24 萬、1689.20 萬和884.25 萬hm2；流失耕地主要去向也為林地、草地和建設用地，流失面積分別為2273.33 萬、1469.04 萬和1391.44 萬hm2，分別占流失耕地總面積的40.44% （林地）、26.13% （草地） 和24.75% （建設用地）。綜合新增和流失，草地和未利用土地的轉變新增耕地220.16 萬hm2 和102.70萬hm2，而建設用地導致耕地凈流失507.19 萬hm2，且流失面積大于草地和未利用土地帶來的新增面積。從時間分布上看，新增耕地和流失耕地動態變化在2000—2010 年間并不大，主要集中在2010—2020年間。從空間分布看，新增的耕地和流失的耕地主要發生在我國南方地區。這些變化主要是由于前期我國經濟突飛猛進，城鎮化建設也隨之加快，新增的建設用地大量占用了優質耕地，后期政策的調整促使耕地流向發生轉變。

3 討論

3.1 我國主要耕地后備資源時空變化與現狀

我國作為農業大國，面對人多地少的資源稟賦，耕地后備資源數量的充足與穩定同樣是保障國家糧食生產和糧食安全的基礎，也是農業可持續發展的重要保障，在確保耕地資源數量中至關重要。守住耕地保護紅線，不但要嚴格實施耕地保護政策，同時合理開發利用耕地后備資源，對于緩解耕地資源緊張局勢，彌補耕地占用，實現耕地“占補平衡”，有效保障我國18 億畝耕地的“紅線”?！度珖恋乩每傮w規劃綱要（2006—2020）》中指出我國耕地資源后備潛力約為1333.33 萬km2，60% 以上分布在水源不足和生態脆弱地區，開發利用的制約因素較多。國土資源部2014 年部署開展的全國耕地后備資源調查結果顯示，全國耕地后備資源總面積為535.28 萬km2。其中，可開墾土地面積為516.18 萬km2，可復墾土地面積為19.10 萬km2。其區域主要集中在中西部經濟欠發達地區，以新疆、黑龍江、河南、云南、甘肅5 個省份后備資源面積最多。易玲等[7]利用遙感影像數據分析了我國1980s 末、1995、2000、2005、2008 和2010 年共6 期未利用土地（沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地、裸巖石礫地、高寒荒漠、苔原等） 的時空演變，發現研究期內我國未利用土地面積總量持續減少，共凈減少了11545.14 km2，2010 年我國未利用土地總面積達到212.57 萬km2。張甘霖等[20]利用1：100 萬的土壤?地體數據庫，分析了牧業地區的低覆蓋度草地、非牧業地區的草地、水域（灘地） 及未利用地中鹽堿地、沼澤地和裸土地等可開墾耕地后備資源，顯示我國有156.31 萬km2耕地后備資源，其中56.61 萬km2的耕地后備資源具有不同適宜程度的自然質量。本研究的主要耕地后備資源類型中以低覆蓋度草地（占后備資源總面積的64.3%）、鹽堿地（占12.2%）、內陸灘涂（占8.7%） 和裸地（占8.0%） 為主。其中，2000、2010 和2020 年我國主要耕地后備資源面積分別為11774.57 萬、11803.50 萬和12932.22 萬hm2，主要位于西北和西南地區，而耕地較為緊張的長江中下游地區耕地后備資源面積較少，且研究期內華北地區和西北地區主要耕地后備資源面積在持續減少。以上結果充分說明，我國主要耕地后備資源區域分布極不平衡，占補空間越來越小。不管是全國范圍內，還是省域內實現占補平衡越來越難。此外，本研究中我國主要耕地后備資源面積較大，但并不代表均能開發為有效耕地，受到土地利用政策、土地資源質量和自然生態環境等因素制約。盡管耕地后備資源的開發利用可以緩解耕地資源緊張的局勢，但仍需始終堅持耕地保護和資源節約的基本國策。

此外，我國耕地一直處于動態變化中，耕地變化主要是由于經濟的飛速發展，城鎮化建設加快，新增的建設用地大量侵占了優質耕地，導致耕地的流失[19]。本研究發現，耕地流失的主要去向為建設用地，進一步證實了城鎮化建設是耕地流失的重要因素。新增耕地和流失耕地間的動態變化在2000—2010 年間并不大，而在2010—2020 年間變化較為集中，主要發生在我國南方地區。南方地區作為我國改革開放最早、經濟發展最快的地區，城鄉建設的飛速發展大量占用了耕地資源，進而引起了耕地資源的動態減少[19， 21]。然而，受土地資源稟賦所限，后備土地資源不足，新增耕地潛力有限[22]。我國西北地區具有充足的耕地后備資源，隨著農業技術的投入，水利設施的完善，實現了耕地面積大幅度增加。前期研究表明，我國1987 年到2010 年的耕地總面積呈南減北增，耕地面積以長江三角洲和珠江三角洲地區減少最為嚴重，新疆、黑龍江以及內蒙古等地耕地面積增加顯著[23]。近年來，政府部門和社會各界通過加強對耕地資源的保護和管理，有效減緩了我國耕地面積的減少，但在動態平衡中新增耕地主要來源于草地和未利用地，分布于生態脆弱區，其適種性和耕地質量無法有效保障，耕地利用保護形勢依然嚴峻。同時，在未來土地利用規劃中依然要嚴格控制建設用地侵占優質耕地，切實加強耕地資源保護。

3.2 我國耕地后備資源合理開發與可持續利用方案

我國正面臨著必須為未來30 年內持續增長的人口提供足夠食物的重任，同時面臨由于耕地面積逐年減少造成食物供應不足，尤其是糧食增產潛力不足的重大壓力。守住18 億畝耕地紅線，一方面依靠政府制定并實施嚴格的耕地保護政策，另一方面是合理開發利用耕地后備資源。鑒于此，開發利用耕地后備資源是實現耕地“占補平衡”、確保18 億畝耕地紅線的重大戰略舉措。本文就耕地后備資源合理開發與可持續利用提出供參考的治理技術與原則：

1） 生態優先，其他草地資源可持續開發。其他草地是耕地后備資源中可開發利用總面積最大的類型，在不占開發區域林地、濕地、草地以及水面，不占生態保護紅線以及相關保護地等前提下，適宜開發相對面積較大，土壤改良代價比較小的地塊，結合當地高標準農田建設規劃實施，采取平整地塊、消除雜草、增施有機肥、種植綠肥、秸稈還田等工程和農藝措施，發展適宜當地氣候環境的糧食及經濟作物，集中連片打造試點示范區。

2） 以水定地，沙地資源完善水利設施。沙土孔隙結構差，不保水、不保肥，因此土壤有機質含量較為缺乏，土壤貧瘠。沙地資源多集中在西北干旱地區，內蒙古和新疆分布較多，由于風沙天氣多發、氣候干旱、降水量少，首先要采取加固農田林網建設，阻滯風沙侵蝕農田。其次，完善灌溉水利措施，依托現有水利工程和可供水量，采用滴灌、微噴等技術鋪設地面節水管道，以滿足灌溉和抗旱的需要。另外，根據治理區土壤實際情況，采用施加農家肥方式進行土壤培肥，維持土壤養分。

3） 綜合施策，鹽堿地資源分級分類利用。鹽堿地面臨的障礙因子是綜合性的，因此需要堅持改水、改土、改種并重，將工程措施和農業及生物措施相結合，根據不同鹽堿地類型采取分區治理。西北干旱半干旱區主要是氯化物和硫酸鹽鹽化土壤，采用脫硫石膏、種植耐鹽作物、施用有機肥、秸稈深還田、摻沙降容等綜合技術模式；東北區主要是蘇打鹽堿土壤，以開發為水稻田為主，旱地為輔；新疆主要是中重度鹽堿土，依托暗管排鹽等灌排措施，淋洗鹽分。

4） 有序開發，裸地資源依開發難度循序漸進。根據裸地資源地理位置，由靠近道路處優先開發，進行土地平整、灌溉溝渠挖筑、田間道路、筑牢埂坎、設置邊坡等工程施工。由于常年撂荒，水資源、土壤肥力、土壤結構條件及配套耕種措施缺乏，開發利用難度大，投資高，收益低，因此根據前期投資匡算，適度開發。

除此之外，在耕地后備資源開發利用過程中，應堅持生態環境保護，嚴守生態紅線，嚴禁以破壞生態環境為代價進行耕地開發。從開發難度和經濟效益上看，宜有限開發鹽堿地，進行治理和綜合利用，其次開發低覆蓋度草地。另外，在開發后備耕地的同時，提升現有耕地產能也同等重要。

4 結論

通過對2000—2020 年我國主要耕地后備資源分布與變化特征的分析發現，相比2000—2010 年間，2010—2020 年間我國主要耕地后備資源面積變化更為劇烈。低覆蓋度草地和鹽堿地是耕地后備資源的重要組成，建設用地是耕地凈流失的主要去向，草地和未利用地向耕地的凈轉變是新增耕地的重要來源。我國主要耕地后備資源主要分布于西北和西南地區，長江中下游地區耕地后備資源面積很少，華北和西北地區耕地后備資源面積處于持續減少中。通過對主要耕地后備資源綜合分析，建議有限開發鹽堿地，加強其綜合治理和利用，其次開發低覆蓋度草地，注意有序開發利用，因地制宜，堅持生態環境保護。

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基金項目：中國工程院戰略研究與咨詢項目（2023-PP-02）；農田智慧施肥項目（20221805）；國家水稻產業技術體系（CARS-01-23）。