基于兩維圖論的縣域尺度耕地后備資源利用分區研究

周 浩 雷國平 楊雪昕 張康康

(東北大學土地管理研究所， 沈陽 110169)

基于兩維圖論的縣域尺度耕地后備資源利用分區研究

周 浩 雷國平 楊雪昕 張康康

(東北大學土地管理研究所， 沈陽 110169)

耕地后備資源需在區域不同的資源條件與利用方向基礎上，進行針對性的差異化保護與開發管理，以發揮資金投入的最佳效益，實現開發區域的協調發展。以黑龍江省為研究區，綜合考慮耕地后備資源集聚條件、資源投入意愿和資源開發潛力，運用空間分析和兩維圖論算法進行縣域尺度下耕地后備資源利用分區，確定不同的調控方向。分區結果表明：兩維圖論聚類法較好實現了耕地后備資源利用分區之間的獨立性及分區內部一致性；將黑龍江省分為潛力開發、生態環境建設、重點開發、生態環境保護、開發利用管控和適度開發6個耕地后備資源利用類型區，針對不同利用類型實施差別化的保護與開發管理戰略。

耕地后備資源； 分區； 兩維圖論聚類法； 縣域尺度； 黑龍江省

引言

隨著我國人口數量不斷增長和城鎮化進程的加快，耕地被大量占用，“緊平衡”將成為我國糧食供求的長期態勢[1]。為了確保我國經濟發展過程中的糧食安全，一方面要保護現有耕地的數量和質量[2]，另一方面，耕地后備資源開發是補充建設占用耕地的重要途徑，需要適度、適量地開發一部分耕地后備資源，以彌補經濟發展和生態環境建設所引起的耕地面積減少[3-5]。黑龍江省是我國重要的農業大省，其農業生產和糧食生產具有明顯的優勢[6]。黑龍江省耕地后備資源豐富，分布著我國26.98%的沼澤地[7]，是我國最主要的耕地補充來源省份。20世紀50—70年代的北大荒建設拉開了黑龍江省耕地后備資源開發的序幕，然而近年來該地區對濕地功能的重新認識和保護意識的增強，放慢了沼澤地墾殖為耕地的步伐，但部分地區(如大慶市周邊縣域)仍存在較大面積的可開發鹽堿地、荒草地等耕地后備資源[1]，同時作為我國重要的能源工業基地，煤炭、石油等工礦廢棄現象嚴重。因此，仍需科學合理地了解黑龍江省耕地后備資源狀況，并根據各區域特點制定差別化開發利用目標，從而采取更有針對性的政策，發揮資金投入的最佳效益，對國家18億畝耕地保護目標實現及國家糧食安全具有重要的戰略意義[8]。

國內政府及學者對耕地后備資源開發利用非常重視。政府層面上，國土資源部多次開展各省耕地后備資源調查與評價工作，如2014年的新一輪工作部署中，主要包括可開墾土地及可復墾采礦用地等摸底調查、補充開展二調中“不穩定耕地”調查和新增耕地的調查與評價3方面工作；近年來，國內學者圍繞耕地后備資源的宜耕性調查、開發利用評價、實現占補平衡、開發時序和開發組合等方面開展了一系列研究[4,5,9-12]，研究成果豐富。但是我國耕地后備資源開發與利用存在地域遼闊、區域差異顯著等特點，尤其是黑龍江省，需要在研究區域差異化的開發與利用方向基礎上，明晰開發目標與功能定位，避免出現“一刀切”利用情形[13-14]，而關于耕地后備資源差別化空間開發與管理方面研究較為匱乏。

分區一般是指根據地域分異規律和利用條件的相似性與差異性進行區域劃分，對于耕地后備資源而言，即根據耕地后備資源綜合開發條件的差異性進行針對性開發管理，為耕地后備資源科學利用提供依據，分區一般采用疊加或聚類分析進行，其中聚類分析又稱群分析，是研究樣本或指標分類問題的一種多元統計方法。如何在現有分區方法基礎上，解決好分區中的空間連通性與行政區界完整性問題是耕地后備資源科學分區的關鍵所在，而基于樹形結構的兩維圖論算法能夠很好的解決以上問題[13]。因此，本文以黑龍江省為研究區，在現有耕地后備資源調查評價的基礎上，以縣域為單元，運用空間分析和兩維圖論算法進行黑龍江省耕地后備資源利用分區，提出差別化的管理策略。

1 研究區概況

1.1 基本自然要素特征

黑龍江省地理坐標為121°11′～135°05′ E、43°26′～53°33′ N，所轄哈爾濱等12個地級市和1個地區(大興安嶺地區)，面積約4.73×107hm2。屬溫帶大陸性季風氣候，60%～70%的年降水量集中在農作物生長期，太陽輻射資源比較豐富，雨熱條件可滿足一熟制農作物需要。境內山地、丘陵和平原相間分布，基本地形特征如圖1所示，有利于農業生產用地的集約分布和專業化利用。耕地資源豐富，耕地總量居我國首位，人均耕地面積約為我國平均水平的4倍，耕地后備資源約占我國的20%。土壤肥沃，黑土等優質土壤占耕地總量的67.5%。優越的自然條件奠定了黑龍江省成為我國大糧倉的重要地位。

圖1 黑龍江省基本地理要素及行政概況Fig.1 Basic geographical elements and administrative situation of Heilongjiang Province

1.2 耕地后備資源概況

耕地后備資源作為耕地的補充來源用地，其數量調查通過可開墾土地與可復墾采礦用地的宜耕性調查與評價實現。從生態、立地、氣候和區位4方面確定宜耕性評價因子，綜合考慮土地利用實際狀況，確定耕地后備資源來源用地對象，通過實地調查(2015年)與最終專家評價成果的確認，形成黑龍江省耕地后備資源評價成果數據(圖2)，文獻[1]對詳細評價過程有具體闡述。

圖2 黑龍江省耕地后備資源空間數量分布特征Fig.2 Spatial and quantity distributions of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province

黑龍江省耕地后備資源評價來源用地面積共3.40×106hm2，其中可開墾的耕地后備資源總量為1.11×106hm2，耕地后備資源分布表現出較強的區域性：市域尺度上，大慶市、黑河市、綏化市和佳木斯市為耕地后備資源主要分布區域，四者占全省總面積的67.48%，其中，大慶市鹽堿地、裸地等未利用地資源豐富，地勢較為平坦，開發條件優越，耕地后備資源數量占總面積的24.07%，七臺河市未利用較少，僅占0.66%；縣域尺度上，西南部為耕地后備資源分布熱點區(杜蒙縣耕地后備資源面積最大，達9.01×104hm2)，該地區耕地后備資源豐富且較為聚集，呼瑪縣以南、北安縣以北的高緯度縣域耕地后備資源面積整體偏大，但分布較為零散。三江平原地區耕地開發程度高，部分縣域可開墾未利用地已開發殆盡，僅密山市和撫遠縣擁有較豐富的耕地后備資源，其他縣域數量較少。黑龍江省地域遼闊，耕地后備資源區域差異顯著，需根據各縣域的耕地后備資源狀況進行分區以實現資金投入的最佳效益，最終達到差別化開發利用與管理的目的。

2 研究方法

2.1 分區思路

耕地后備資源利用需綜合考慮資源的豐盈程度及可開發潛力，同時，作為執行“占一補一”耕地保護政策的保障性來源用地，耕地后備資源利用往往需要大量工程型投資，而政府投資是其中最主要的資金來源。因此，為全面分析黑龍江省耕地后備資源的可開發性，本文以縣域為研究單元，定義了資源集聚條件指數(X1)、資源開發潛力指數(X2)和資源投入意愿指數(X3)3項表征耕地后備資源利用分區的評價指標，以其作為分區因子，運用空間分析和兩維圖論算法對黑龍江省耕地后備資源進行綜合利用分區，從宏觀上對比分析黑龍江省耕地后備資源的差異性開發特點。

2.2 分區指標

2.2.1 資源集聚條件

耕地后備資源的豐盈程度及空間關聯特征綜合表征資源集聚條件。豐盈程度利用各縣域單元的耕地后備資源面積進行定量反映；考慮到耕地后備資源作為耕地的補充來源用地，對其實際開發利用需要大量的工程型投資，耕地后備資源集聚性強的地區常作為優先開發對象。通過檢驗縣域間耕地后備資源面積的空間自相關特征(包括高-高、高-低、低-高、低-低和不顯著5種特征)反映空間關聯特征[15-16]。最終基于耕地后備資源的豐盈程度與集聚條件，構建能綜合反映資源集聚條件X1的計算公式

X1=100[ηpmin-max+(1-η)qmin-max]

(1)

式中η、1-η——耕地后備資源集聚性條件指數p和面積q的權重系數，η取0.5

pmin-max、qmin-max——p、q經min-max離差標準化處理后的對應值

p為對不同關聯特征進行二次賦值處理后的值(以上5種空間自相關特征依次賦值為4、2、2、1、3)。

2.2.2 資源開發潛力

本文采用黑龍江省耕地后備資源潛力評價結果來表征其開發潛力指數(X2)，主要包括待開發耕地后備資源(指目前尚未利用，但可以開發為耕地的土地)和待復墾耕地后備資源(指通過采取工程或生物措施，可恢復耕種的損毀廢棄地)潛力評價。挖損塌陷破壞地、廢棄壓占破壞地、自然災害損毀地的宜耕性由最差因素決定，本文運用極限條件限制法進行宜耕性評價，即如果某一指標值低于限制指標值，即認定為不宜耕。

待開發耕地后備資源評價上，由于濕潤地區降水充足，參評因素(圖3)選取中不考慮年降水量和灌溉條件，半干旱和半濕潤區則將灌溉條件作為參評因素，寒冷地區則需考慮熱量條件，在山地丘陵地區，坡度是明顯的限制條件，土層厚度可以不予以考慮，平原地區開發利用較早，需將土層厚度和有機質含量作為參評因素，低平原地區還要考慮排水狀況。最終通過宜耕性評價確定出不同縣域單元耕地增加面積。

圖3 黑龍江省待開發耕地后備資源潛力評價指標體系Fig.3 Potential evaluation index system of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province

待復墾耕地后備資源評價主要分為挖損塌陷破壞地、廢棄壓占破壞地和自然災毀地開發潛力評價：

(1)挖損塌陷破壞地評價

挖損地和塌陷地破壞方式相近，耕作的主要限制因素為由于挖掘塌陷引起的表層土壤流失、覆蓋或地面下陷，造成地表坡度條件惡化，導致土壤肥力下降甚至喪失、排水不暢、內澇滯水和土壤遭受污染等問題。因此，選擇損毀后地面坡度、挖掘深度、積水深度、覆土來源保障程度、水源保證程度和地下水水位6個因素評價挖損塌陷破壞地宜耕性(表1)。

表1 挖損塌陷破壞地潛力評價限制因素

(2)廢棄壓占破壞地評價

對于廢棄壓占破壞地，耕作的主要限制因素為外來堆積物長期壓占土地，對原耕作層土壤造成污染甚至破壞，并造成地面的起伏不平，影響蓄水、排水。選擇堆積量、堆積物有害物質影響、堆積地面坡度、堆積地面有效土層厚度和復墾水源保證程度5個因素(表2)作為宜耕性評價因子。

表2 廢棄壓占破壞地潛力評價限制因素

(3)自然災毀地評價

黑龍江省自然災害損毀地的耕作主要限制因素為由于自然災害(如水災)引起的土層被剝蝕、砂石堆積在土地表層等，影響耕種條件，同時坡度過大容易導致水土流失。選擇坡度、土層剝蝕厚度、砂石堆積厚度、覆土來源保證率、水源保證率和地下水水位6個因素(表3)進行宜耕性評價。

表3 自然災害損毀地潛力評價限制因素

2.2.3 資源投入意愿

耕地后備資源開發耗資巨大，需要大量的資金投入，政府投資是其中最主要的資金來源。資源投入意愿指數(X3)采用多年政府投入資金強度進行表征，即單位面積資金預算總額(萬元/km2)。

2.3 兩維圖論聚類

對區域樣本而言，通過聚類分析得到的分類結果在空間上表現為不同的類型區，可作為區域劃分的依據。由于耕地后備資源利用分區要求各分區內部自然、經濟條件具有相對一致性，又要保持空間上的連通性與行政區界的完整性，如果采用普通的聚類方法，難以使分類結果滿足分區的原則。樹形結構是一種在科學研究中廣泛應用的抽象表達和理論模型，將GIS的空間分析與圖論的樹算法相結合的兩維圖論聚類法能夠很好地解決分區聚類中的空間連通性和完整性問題[14,17]。

圖論認為，圖是空間上的點與連接這些點的線的集合，即G={V，E}，其中V表示點的集合，E表示邊的集合。分區即為對要劃分的區域對象求子割集的過程，若分區用無向圖來表示，則V是各分區單元集合，E是各單元鄰接關系集合。分區中不僅要考慮空間鄰接性，而且要考慮各分區單元之間的內在相似性，因此，分區需用加權連通圖來表示，即G={V，E，D}，其中D表示各點之間的權值，分區中運用各分區單元間的鄰接關系來構造鄰接矩陣E。分區即為加權連通圖G={V，E，D}的合理割集，即首先采用圖論最小樹算法求得一個最小生成樹，然后根據區內分異小、區間分異大的原則，選擇適當的分割變量值，將最小生成樹分割成m個子樹，即將研究區域分成m個子劃分區。利用GIS的空間分析手段與圖論的樹算法相結合的方法進行黑龍江省耕地后備資源分區研究，具體技術路線見圖4。

圖4 黑龍江省耕地后備資源分區技術路線Fig.4 Technical roadmap of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province

3 結果與分析

3.1 分項評價結果

在ArcGIS 10.2中分別以X1、X2和X3為分類字段，運用自然斷點法進行分項評價結果的等級劃分(分為高、中高、中、中低和低5個級別)并繪制對應開發潛力狀況圖(圖5)。

圖5 黑龍江省耕地后備資源分區分項評價結果Fig.5 Results of sub regional evaluation of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province

3.1.1 資源集聚條件

研究期內，黑龍江省各縣域耕地后備資源集聚條件指數范圍為0.49～85.29，平均資源集聚條件指數為30.85，集聚條件的高值區(X1>39.35)主要分布在黑龍江省西南部、北部地區，具體包括：肇源縣、杜蒙縣、遜克縣、大慶市轄區、北安市、富裕縣、德都縣、鐵力市、撫遠縣、密山市、黑河市、伊春市、虎林縣和安達市14個縣域；低值區(X1<12.56)主要位于黑龍江省西北部、東南部以及中部地區，其中西北部的大興安嶺地區和東南部張廣才嶺-老爺嶺地區以山地丘陵區為主，耕作坡度條件差，而中部地區為傳統農業產區，土地開發程度高，可墾殖的未利用地非常少，具體包括阿城市、賓縣、尚志市、穆棱縣、樺南縣、巴彥縣和齊齊哈爾市轄區的7個縣域。

3.1.2 資源開發潛力

研究期內，黑龍江省各縣域耕地后備資源開發潛力指數范圍為0～0.86，平均開發潛力指數為0.31，開發潛力高值區(X2>0.39)共有26個縣域，以三江平原地區、松嫩平原西部以及南部的部分縣域和牡丹江地區為主要分布地區，其中克山縣、呼蘭縣和肇東市潛力值均超過0.80；低值區(X3<0.11)共16個縣域，以漠河縣、五大連池市和慶安縣最為典型，資源開發潛力指數均不足0.01，低潛力區分布相對零散，耕地后備資源開發條件差。

3.1.3 資源投入意愿

研究期內，黑龍江省各縣域資源投入意愿指數范圍為0～34.72 萬元/km2，其中平均資源投入意愿指數為4.69萬元/km2，投入意愿高值區(X3>8.56萬元/km2)多零星分布于三江平原和松嫩平原地區，包括：齊齊哈爾市轄區、蘿北縣、同江市、五大連池市、富裕縣、密山市、泰來縣、饒河縣、樺川縣和綏化市10個縣域；低值區(X2<1.96萬元/km2)基本呈現西北—東南走向的分布態勢，主要包括大興安嶺地區、伊春地區和張廣才嶺-老爺嶺地區的共29個縣域。

3.2 綜合分區結果

以(X1，X2，X3)作為分區因子，依次對各因子進行Z-score標準化處理，運用兩維圖論聚類方法進行聚類，圖論樹結果如圖6所示。根據各縣域在圖論樹中的分布，將位于同一主干上的各分支歸為同一分區，綜合黑龍江省實際狀況，分別以嫩江縣-訥河市、綏棱縣-綏化市、木蘭縣-通河縣、依蘭縣-林口縣和寶清縣-七臺河市轄區為界，將黑龍江省分割成6個區(圖7)，根據各分區的基本地理方位、地形特征以及耕地后備資源管控目標，分別命名為：黑西北—大小興安嶺山地丘陵—潛力開發區(Ⅰ區)、黑西—松嫩平原、臺地—生態環境建設區(Ⅱ區)、黑南—松嫩平原、臺地—重點開發區(Ⅲ區)、黑中北—小興安嶺山地丘陵—生態環境保護區(Ⅳ區)、黑東南—張廣才、老爺嶺山地丘陵—開發利用管控區(Ⅴ區)和黑東北—三江、興凱平原—適度開發區(Ⅵ區)。對比分析黑龍江省自然特征和社會經濟狀況(表4)，Ⅰ區處于黑龍江省最北端，為大小興安嶺及其余脈區，墾殖條件差，Ⅱ區為松嫩平原西部，生態環境問題突出，Ⅲ區位于黑龍江南部的經濟核心帶，氣候要素等自然條件優越，耕地后備資源開發利用潛力高，Ⅳ區毗鄰Ⅰ區，為小興安嶺低山丘陵區，氣候條件明顯優于Ⅰ區，Ⅴ區主要為牡丹江地區，多為山地丘陵帶，自然要素條件一般，需進行開發利用管控，Ⅵ區是黑龍江省主要的商品糧輸出基地，該地區地勢相對平坦，農業機械化程度高，分布大量的國營農場，但由于長期的耕地墾殖開發，耕地后備資源數量有限，需進行適度開發。因此，基于空間分析與兩維圖論聚類相結合的耕地后備資源分區方法較好地達到了分區之間的獨立性及分區內部一致性目標。

圖6 黑龍江省耕地后備資源利用兩維圖論樹Fig.6 Two-dimensional optimal tree cluster of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province

(1)Ⅰ區(中-中低-中低)：該類型區因子的平均指數為(38.12，2.27，0.18)，在特征上表現為中等資源集聚條件、中等偏低的資金投入意愿和中等偏低的資源開發潛力，共10個縣域單元。該類型區氣候要素和耕地坡度條件較差，土地利用開發程度低。盡管該類型區耕地后備資源豐富，但政府投入強度低，隨著抗寒品種作物的培育研發和農業科技水平的逐年提升，未來Ⅰ區的耕地后備資源將存在一定的開發潛力，可作為黑龍江省耕地后備資源潛力開發區。

圖7 黑龍江省耕地后備資源利用分區結果Fig.7 Result of utilization zoning of reserve resources for cultivated land of Heilongjiang Province

(2)Ⅱ區(中低-中-中高)：該類型區因子的平均指數為(28.55，5.73，0.39)，在特征上表現為中等偏低資源集聚條件、中等資金投入意愿和中等偏高的資源開發潛力，14個縣域單元。該類型區位于松嫩平原西北部，境內土地開發歷史較早，是國家重要的商品糧基地之一。該類型區土質較為松軟，以臺地、崗地分布為主，耕地坡度大，且地處半濕潤地區，水土流失嚴重。同時，土地沙化問題突出，其中甘南、龍江、泰來等縣的三角形地區處在土地沙化高度敏感區，濕地萎縮加劇，生態系統結構脆弱。未來該類型區耕地后備資源開發利用中，應注重耕地后備資源的生態環境建設，可將其作為黑龍江省耕地后備資源生態環境建設區。

(3)Ⅲ區(中低-中低-中)：該類型分區因子的平均指數為(29.70，3.94，0.25)，特征上表現為中等偏低資源集聚條件、中等偏低的資金投入意愿和中等資源開發潛力，22個縣域單元。該類型區是黑龍江省核心經濟帶，西部、中部位于松嫩平原境內，是我國最大的蘇打鹽漬化土壤分布區，杜蒙、安達等地區荒草地分布較廣，該類型區已成為黑龍江省耕地后備資源的主要分布區之一。境內分布有哈爾濱、大慶等大中型城市，工業和第三產業發達，具備反哺農業的經濟基礎和技術條件，農業進一步發展的潛力較大。該類型區東部的部分地區為山地丘陵地帶，森林覆蓋率和林木生長率均較高。未來應將該類型區作為黑龍江省耕地后備資源的重點開發區。

(4)Ⅳ區(中-中低-中)：該類型區因子的平均指數為(36.70，2.69，0.26)，特征上表現為中等資源集聚條件、中等偏低的資金投入意愿和中等資源開發潛力，8個縣域單元。該類型區毗鄰Ⅰ區，屬小興安嶺低山丘陵地帶，但其熱量條件明顯優于Ⅰ區。兩維圖論結果顯示，伊春市、鐵力市與Ⅰ區的遜克市、北安市連通性差，耕地后備資源開發利用異質性明顯，Ⅳ區林業較為發達，生態環境優良。在開發該類型區的耕地后備資源時需重點保護當地生態環境，可將其設為黑龍江省耕地后備資源生態環境保護區。

(5)Ⅴ區(中低-低-中高)：該類型區因子的平均指數為(24.71，1.42，0.41)，特征上表現為中等偏低的資源集聚條件、低等的資金投入意愿和中等偏高的資源開發潛力，11個縣域單元。該類型區為張廣才-老爺嶺山地丘陵區，土壤以暗棕壤為主，一旦墾殖為耕地后，因坡度較大，抗蝕力差，水土流失現象十分普遍。該類型區城鎮、工礦企業分布集中，人口壓力大，土壤污染問題突出，耕地退化嚴重，存在大量的撂荒情形。未來在適當弱化該類型區耕地后備資源開發投入力度上，強化當地生態環境保護與建設，可將該區設為黑龍江省耕地后備資源開發利用管控區。

(6)Ⅵ區(中-中-中)：該類型區因子的平均指數為(31.68，8.11，0.36)，特征上表現為中等資源集聚條件、中等資金投入意愿和中等資源開發潛力，14個縣域單元。該類型區為三江-興凱湖平原區，境內地勢普遍較低，水資源豐富，耕作條件優良，是我國重要的商品糧輸出基地。進入21世紀以來，隨著“兩江一湖”改造和“高標準基本農田建設”等農田工程措施的陸續實施，政府對該地區資源投入意愿強烈。該類型區未利用地、濕地資源數量較多，但由于當地政府對生態功能用地保護力度的逐漸加大，實際可墾殖的未利用地、濕地面積較少。然而該分區境內煤炭資源豐富，是我國重要的煤炭基地，工礦廢棄現象十分嚴重，可復墾的歷史遺留工礦用地和采礦面積較大。未來應適度開發當地的耕地后備資源，在保護生態功能型用地面積不減少的前提下，適當開發未利用地資源，復墾廢棄工礦用地，保障國家糧食安全。因此，可將該類型區設為黑龍江省耕地后備資源適度開發區。

表4 黑龍江省耕地后備資源利用分區屬性

4 討論

為了保障國家糧食安全，實現耕地的總量動態平衡，執行“占一補一”的耕地保護政策仍顯重要[18]。我國耕地后備資源總體呈持續減少態勢，部分地區耕地后備面積急劇下降，區位條件好、開發成本低、生態影響小的耕地后備資源已基本開發殆盡，同時，較大比例的耕地后備資源已植樹造林，致使可開發部分更少。對于黑龍江省而言，可開墾的耕地后備資源數量多，在我國處于耕地因經濟發展、生態建設等原因被大量占用的大背景下，黑龍江省在我國糧食生產中的戰略地位更加凸顯。未來，生態文明建設對耕地后備資源開發利用的驅動作用將加大，需加強生態保護，建立科學的耕地后備資源開發管理機制。黑龍江省部分地區耕地后備資源位于生態脆弱帶，例如杜蒙縣，該地區存在大量的荒草地耕地后備資源，墾殖過程中如稍有不慎，將會導致當地生態環境遭到破壞，風沙侵蝕嚴重。黨的十八大報告明確提出要守住“生態紅線”，將生態文明建設提升到一個新的高度。未來社會對耕地后備資源開發中的生態安全的關注度會持續上升，生態系統服務功能將會得到進一步的認可和強化。耕地后備資源利用分區中，需將生態文明建設納入其中，本文將黑龍江省分為潛力開發、生態環境建設、重點開發、生態環境保護、開發利用管控和適度開發6個耕地后備資源利用類型區，而非單純耕地后備資源開發與利用；同時需加大科技投入，提升補充耕地質量，實現真正的耕地“占補平衡”戰略目標，提高補充耕地的質量等級，探索更加合理的跨區域補充耕地機制和占補平衡指標市場化交易機制；耕地后備資源開發是一項耗資巨大的工程，需要有大量資金保障，政府投資是一項重要的資金來源，但財政資金畢竟有限，應針對具體的開發項目，按照市場規律，在開發利用建設及經營過程中，吸引社會資本投入，采用市場機制充分調動社會各界參與的積極性，吸引社會資本，完善耕地后備資源開發利益分配機制。

5 結束語

目前，黑龍江省乃至我國普遍存在耕地后備資源開發利用無序與混亂的特點。隨著新常態概念的提出，未來耕地后備資源需轉變其開發利用模式，提高利用效率和生態價值，以保障國家糧食安全，因此對耕地后備資源差別化的空間開發與管理方面研究顯得尤為重要。為保證耕地后備資源開發利用中各類型分區的內部自然、經濟條件相對一致性，并確保空間上的連通性與行政區界的完整性，本文在現有耕地后備資源調查評價的基礎上，以縣域為研究單元，定義了資源集聚條件、資源開發潛力和資源投入意愿3項表征耕地后備資源利用分區的評價指標，將其作為分區因子，運用空間分析和兩維圖論算法，最終將黑龍江省分為黑西北—大小興安嶺山地丘陵—潛力開發區(Ⅰ區)、黑西—松嫩平原、臺地—生態環境建設區(Ⅱ區)、黑南—松嫩平原、臺地—潛力開發區(Ⅲ區)、黑中北—小興安嶺山地丘陵—生態環境保護區(Ⅳ區)、黑東南—張廣才、老爺嶺山地丘陵區—開發利用管控區(Ⅴ區)和黑東北—三江、興凱平原—適度開發區(Ⅵ區)6個耕地后備資源利用類型區。通過分析發現，該方法較好地做到了耕地后備資源開發利用分區之間的獨立性及分區內部一致性。本文首次運用兩維圖論法進行耕地后備資源分區，將為黑龍江省乃至我國耕地后備資源開發利用與管理提供決策支持。

1 周浩, 雷國平, 路昌, 等. 黑龍江省耕地后備資源宜耕性評價與空間分異特征研究[J]. 農業現代化研究, 2016, 37(5): 840-847. ZHOU Hao, LEI Guoping, LU Chang, et al. Suitability assessment of arable land reserve and its spatial differentiation in Heilongjiang Province[J]. Research of Agricultural Modernization, 2016, 37(5): 840-847. (in Chinese)

2 張甘霖, 吳運金, 趙玉國. 基于SOTER的中國耕地后備資源自然質量適宜性評價[J]. 農業工程學報, 2010, 26(4): 1-8. ZHANG Ganlin, WU Yunjin, ZHAO Yuguo. Physical suitability evaluation of reserve resources of cultivated land in China based on SOTER[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(4): 1-8. (in Chinese)

3 關小克, 張鳳榮, 李樂, 等. 北京市耕地后備資源開發適宜性評價[J]. 農業工程學報, 2010, 26(12): 304-310. GUAN Xiaoke, ZHANG Fengrong, LI Le, et al. Suitability evaluation of reserve resources of cultivated land development in Beijing[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(12): 304-310. (in Chinese)

4 肖林林, 楊小喚, 陳思旭, 等. 江南四省耕地后備資源調查與評價[J]. 資源科學, 2015, 37(10): 2030-2038. XIAO Linlin, YANG Xiaohuan, CHEN Sixu, et al. Suitability assessment of reserve cultivated land resources south of the Yangtze River[J]. Resources Science, 2015, 37(10): 2030-2038. (in Chinese)

5 高星, 吳克寧, 鄖文聚, 等. 縣域耕地后備資源與規劃期內數量質量并重的占補平衡分析[J]. 農業工程學報, 2015, 31(12): 213-219. GAO Xing, WU Kening, YUN Wenju, et al. Analysis on county based reserved resource for cultivated land and quality-quantity requisition-compensation balance in planning period[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(12): 213-219. (in Chinese)

6 杜國明, 劉彥隨, 劉閣. 黑龍江省近30年來糧食生產變化及增產因素分析[J]. 農業現代化研究, 2014, 35(5): 519-524. DU Guoming, LIU Yansui, LIU Ge. The analysis of changes in grain production and driving factors in Heilongjiang Province recent 30 years[J]. Research of Agricultural Modernization, 2014, 35(5): 519-524. (in Chinese)

7 易玲, 張增祥, 汪瀟, 等. 近30年中國主要耕地后備資源的時空變化[J]. 農業工程學報, 2013, 29(6): 1-12. YI Ling, ZHANG Zengxiang, WANG Xiao, et al. Spatial-temporal change of major reserve resources of cultivated land in China in recent 30 years[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(6): 1-12. (in Chinese)

8 王亞坤, 周生路, 張紅富, 等. 江蘇省域耕地后備資源潛力空間分布與開發組合研究[J]. 土壤, 2010, 42(3): 492-496. WANG Yakun, ZHOU Shenglu, ZHANG Hongfu, et al. Spatial distribution and exploitation combination of potentiality of cultivated land reserve resources in Jiangsu Province[J]. Soils, 2010, 42(3): 492-496. (in Chinese)

9 嚴長清, 袁林旺, 李滿春. 江蘇省耕地后備資源的空間分異及開發時序模型研究[J]. 地理與地理信息科學, 2005, 21(2): 58-61,73. YAN Changqing, YUAN Linwang, LI Manchun. Study on space differential of reserving cultivatable land resources in Jiangsu Province and the model of exploiting priority scheduling[J]. Geography and Geo-Information Science, 2005, 21(2): 58-61,73. (in Chinese)

10 張世全, 王家耀, 潘元慶. 基于遙感和GIS技術的河南省黃河灘區耕地后備資源調查研究[J]. 地域研究與開發, 2008, 27(6): 120-123. ZHANG Shiquan, WANG Jiayao, PAN Yuanqing. Researches of the Yellow River farm land reserve resources in Henan Province based on remote rensing and GIS technology[J]. Areal Research and Development, 2008, 27(6): 120-123. (in Chinese)

11 王瀟, 汪景寬, 李雙異, 等. 遼北低山丘陵區耕地后備資源評價體系的初步研究[J]. 中國人口資源與環境, 2010, 20(3): 112-114. WANG Xiao, WANG Jingkuan, LI Shuangyi, et al. Establishment of evaluation system of reserved resources for cultivated land in the north hilly areas of Liaoning Province[J]. China Population Resources and Environment, 2010, 20(3): 112-114. (in Chinese)

12 劉康, 陳偉, 吳群. 沿海灘涂耕地后備資源開發適宜性評價: 以江蘇省鹽城市城市為例[J]. 農業現代化研究, 2014, 35(4): 430-436. LIU Kang, CHEN Wei, WU Qun. Suitability of reserved coastal mudflat for land development: a case study in Yancheng, Jiangsu Province[J]. Research of Agricultural Modernization, 2014, 35(4): 430-436. (in Chinese)

13 黃海霞, 胡月明. 基于兩維圖論聚類法的耕地后備資源開發組合分析：以陽山縣為例[J]. 經濟地理, 2013, 33(4): 139-143. HUANG Haixia, HU Yueming. Reserving cultivatable land resources exploitation combination based on two-dimensional graph theory clustering method in Yangshan County[J]. Economic Geography, 2013, 33(4): 139-143. (in Chinese)

14 楊永俠, 施彥如, 孫婷, 等. 基于空間聚類的西藏耕地后備資源開發組合模型[J/OL]. 農業機械學報, 2016, 47(4): 239-247.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160432&flag=1.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2016.04.032. YANG Yongxia, SHI Yanru, SUN Ting, et al. Spatial clustering-based model of exploitation combination for reserved cultivated land resources in Tibet[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(4): 239-247. (in Chinese)

15 陳麗, 郝晉珉, 艾東, 等. 黃淮海平原糧食均衡增產潛力及空間分異[J]. 農業工程學報, 2015, 31(2): 288-297. CHEN Li, HAO Jinmin, AI Dong, et al. Balanced yield increasing potential of grain and its spatial differentiation in Huang-Huai-Hai Plain[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(2): 288-297. (in Chinese)

16 谷建立, 張海濤, 陳家贏, 等. 基于DEM的縣域土地利用空間自相關格局分析[J]. 農業工程學報, 2012, 28(23): 216-224. GU Jianli, ZHANG Haitao, CHEN Jiaying, et al. Analysis of land use spatial autocorrelation patterns based on DEM data[J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28(23): 216-224. (in Chinese)

17 陳永剛, 湯孟平, 楊春菊, 等. 天然毛竹林競爭空間關系分析[J]. 植物生態學報, 2015, 39(7): 726-735. CHEN Yonggang, TANG Mengping, YANG Chunju, et al. Spatial analysis of competition in naturalPhyllostachyseduliscommunity[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2015, 39(7): 726-735. (in Chinese)

18 張超, 喬敏, 鄖文聚, 等. 耕地數量、質量、生態三位一體綜合監管體系研究[J/OL]. 農業機械學報, 2017, 48(1): 1-6. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20170101&flag=1.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.001. ZHANG Chao, QIAO Min, YUN Wenju, et al. Trinity comprehensive regulatory system about quantity, quality and ecology of cultivated land[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(1): 1-6. (in Chinese)

Utilization Zoning of Reserve Resources for Cultivated Land Based on Two-dimensional Graph Theory Clustering Method at County Scale

ZHOU Hao LEI Guoping YANG Xuexin ZHANG Kangkang

(LandManagementInstitute,NortheasternUniversity,Shenyang110169,China)

The reserve resources for cultivated land should be targeted to differentiated protection and development management on the basis of different resource conditions and utilization direction, so as to realize the best benefit of capital investment, and then achieve the ultimate goal of coordinated development in research area. Heilongjiang Province was the main grain production area and the most important agriculture province in China. Its grain production and agriculture had obvious advantages. Heilongjiang Province owned large area of reserve resources for cultivated land, which was the most important province in farmland supplement. Taking Heilongjiang Province as the research area, the conditions of resource reserve, resource investment and resource development potential were considered. The spatial analysis and two-dimensional graph theory clustering method were used to study the land use zoning and determine the direction of regulation. The results showed that the two-dimensional graph theory clustering method can achieve the goal of ensuring the independence of the reserve land use resources and the internal consistency of the zoning. Heilongjiang Province was divided into potential development zone, ecological environment construction zone, key development zone, ecological environment protection zone, development and utilization of control zone and the appropriate development zone, all the six partitions results were serving for the Heilongjiang Province reserve resources for cultivated land. And then different development management strategies were adopted for different zone types, and management strategy was formulated. The research can provide decision support for the development and utilization of reserve resources for cultivated land in Heilongjiang Province.

reserve resources for cultivated land; partition; two-dimensional graph theory clustering method; county scale; Heilongjiang Province

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.015

2017-04-11

2017-04-28

國家自然科學基金項目(41671520)和黑龍江省國土資源科研項目(黑國土科研201414)

周浩(1990—)，男，博士生，主要從事土地利用與規劃研究，E-mail: zhouhao7404@163.com

雷國平(1963—)，男，教授，博士生導師，主要從事土地利用規劃與土地管理研究，E-mail: guopinglei@126.com

F301.2

A

1000-1298(2017)06-0116-09