近5年廣東省耕地質量時空格局

戴文舉， 劉振杰， 劉 洛， 李建華， 王秋香

(1.廣東省土地開發儲備局，廣東廣州 510075； 2.華南農業大學資源環境學院，廣東廣州 510642；3.廣東省土地利用與整治重點實驗室/華南農業大學，廣東廣州 510642)

耕地作為土地的精華，是人類賴以生存和發展的、最重要的物質基礎。我國作為世界第一農業大國與糧食總產量世界第一大國，正處于人口增長和工業化、城鎮化加速發展時期，糧食需求總量逐年增加，但耕地面積和質量都呈現出下降的趨勢。為促進社會、經濟生態全面協調可持續發展，土地管理工作的重點應是提高耕地質量和生產能力，保持耕地生產能力的動態平衡[1]。耕地質量評價是全面了解耕地資源狀況、實現人地互動的基礎[2-4]。目前，主要的耕地質量相關評價方法主要包括農業生產力評價、耕地潛力評價、適宜性評價、土壤質量環境評價、可持續性評價和分等定級。農業生產力評價主要以糧食產量為標準，體現了耕地的自然與經濟再生產的能力。農業部于1996年開展的《全國耕地類型區耕地地力等級劃分》，把全國劃分為7個耕地類型區和10個耕地地力等級[5]，又于2008年制訂了《全國耕地地力調查與質量評價技術規程》，對農業生產能力的評價進行進一步的修訂和規范[6]。國際上比較成熟的耕地潛力評價方法有聯合國糧食及農業組織(FAO)的農業生態區法(AEZ)、土壤生產力指數模型、土壤潛力模型、邁阿密模型、桑斯威特紀念模型、格斯勒-里斯模型、瓦格寧根模型[7]；國內常用的耕地潛力評價方法為光合生產潛力、光溫生產潛力、氣候生產潛力、經濟生產潛力等[8]。適宜性評價主要關注適宜性與限制性的條件，FAO的《土地評價綱要》對土地適宜性評價的步驟進行闡述[9]，張洪業使用限制性評分法對土地農業適宜性進行分級[10]，馮曉利等使用模糊綜合評價法對四川省原雙流縣的農用地進行適宜性評價[11]。對土壤及環境質量評價，竇磊等使用改進的模糊數學模型對土壤重金屬的污染情況進行評價[12]；王金生使用灰色聚類法對土壤污染進行綜合評價[13]。可持續性評價有DPSIR、PSIR、DSR等模型方法，均基于壓力-狀態-響應(PSR)模型進行修訂后用于可持續性評價[14-15]。分等定級方法從以前的側重自然屬性逐漸過渡到注重自然、經濟、生態綜合屬性。李瑩星等提出了自然產量剝離法進行耕地分等定級，該方法更加客觀且提出了不同區域可以比較的自然產量指標[16]。王曉鵬使用模糊聚類與主成分分析對土地進行分等定級，減少人為因素的影響[17]。聶慶華等提出了農田質量分級的模糊稀疏度與模糊貼近度比較算法模型，減少了農地分等定級成果的主觀標準和人為干預，但尚未解決因子診斷的智能化問題[18]。單勝道等使用耕地模糊綜合定級法對耕地進行評價，該方法可減少評價過程中的繁雜環節，但計算量大，容易出錯，且對專家有一定的要求[19]。吳郁玲等在充分考慮耕地的社會價值與生態價值的基礎上，對已有的分等定級指標體系進行修正[20]。邱龍霞等通過GIS技術以及改善數據、完善評價體系，從而減少了與現實的偏差問題并提高了分等結果的準確性[21]。曹雋雋等通過模糊灰色物元分析綜合表達了耕地質量評價體系中影響因子之間的協調關系，并引入克里格插值法對原農用地分等成果進行更新[22]。

在以往對分等定級的評價方法的研究中，多是通過模型算法優化和綜合技術使用等方面簡化分等定級的流程、提高分等定級的精度，但是難以得到一個具體的、能夠進行多區域綜合評價的評價指標體系。如果僅按照現有方法對廣東省耕地進行分等，容易忽略一些因素而導致某些土種的分等結果出現異常。因此本試驗根據試點經驗和廣東省實際情況，科學合理地提出一套適用于廣東省耕地質量分等定級的研究方法。通過對廣東省及其各區域“十二五”期間各等別耕地的建設占用情況和補充情況進行研究，分析廣東省及其各區域的耕地質量建設占用與補充時空格局以及具體落實情況，從而對廣東省及其各區域“十三五”期間乃至以后科學有效地管理和利用每個質量等別的耕地資源、控制耕地面積與質量在總量上達到平衡，為完善全省耕地占用與補充的機制、糧食安全保障機制和生態環境建設機制提供科學意義。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

廣東省簡稱“粵”，是中國大陸最南部的省份，毗鄰港澳，東鄰福建、西接廣西，北面與江西省、湖南省接壤，西南端隔瓊州海峽與海南省相望。2014年末廣東省常住人口10 724萬人，其中城鎮人口為7 292萬人；地區生產總值為67 809.85億元，居全國第一。全省陸地面積17.826萬km2，現轄21個地級市、21個縣級市、34個縣、3個自治縣、61個市轄區、1 128個市轄鎮、11個鄉、448個街道(辦事處)。總的來說，廣東地理位置優越，經濟發達，人多地少，人口密度高，人地矛盾十分突出。廣東省各地區經濟發展水平不同，也導致了耕地資源的減少具有空間差異性[23]。為了更好地體現區域特點，更有針對性地研究各地區耕地建設占用與補充的情況，因此主要將廣東省分為珠三角平原區(廣州、深圳、珠海、佛山、江門、中山、東莞、肇慶、惠州)、粵東沿海區(汕頭、汕尾、揭陽、潮州)、粵西沿海區(陽江、湛江、茂名)和粵西北山區(清遠、韶關、河源、梅州、云浮)4個研究區域。

1.2 數據來源

本研究采用的基礎數據主要包括土地利用數據、地形高程數據、土壤數據和水文數據。土地利用數據包含2011年初和2014年末2期，該數據以Landsat TM/ETM遙感影像為主要數據源，通過人工目視解譯生成。土地利用類型中的耕地包括耕地、林地、園地、水域、建設用地和其他土地6個一級類型，其中耕地細分為水田、水澆地、旱地和其他農用地4個二級類型。通過野外調查實地驗證以及和二調數據進行精度對比驗證，土地利用類型綜合評價精度達到90.2%以上，基本滿足耕地質量評價空間精度需求[22]。地形高程數據來源于美國奮進號航天飛機的雷達地形測繪(shuttle radar topography mission，SRTM) 數據，SRTM地形數據按精度可以分為SRTM1和SRTM3，分別對應的分辨率精度為30、90 m數據，本研究采用分辨率為90 m數字高程模型(DEM)數據[24]。土壤數據來源于中國第2次土壤普查所形成的廣東省 1 ∶5萬土壤圖，其中土壤的屬性主要包括土層厚度、質地、剖面結構、有機質含量和pH值5種屬性[25]。水文數據主要包含地下水位數據，該數據來源于廣東省地質調查部門。

1.3 研究方法

本研究在水文、土壤、地貌和農田基本建設等4個方面進行理論分析的基礎上，結合試點經驗和實際情況，分不同地貌類型區，采用相關分析法和層次分析法對廣東省的耕地質量進行評價，最終確定剖面構型、表層質地、有機質含量、pH值、灌溉保證率、土壤排水、地下水位、田面坡度、耕作層厚度、有效土層厚度等10個評價因子作為廣東省農用地的分等因素，并進一步確定每一個因素的權重值。首先通過SPSS軟件對耕地自然生產能力和10個評價因子分別作相關性分析，判定兩者之間相關關系的密切程度，并建立數學回歸方程。接著使用層次分析法，通過分別構造目標層(耕地自然質量)與準則層(地形地貌水文地質、土壤基本性狀、土壤管理)以及準則層與指標層(地形坡度、田面坡度、地下水位、有效土層厚度、表層土壤質地、剖面構型、有機質含量、pH值、灌溉保證率、排水條件)的判斷矩陣，再參照相關分析的結果，根據有關專家和廣東省當地的試點經驗，分別對判斷矩陣中的各指標的重要性作出判斷，對層次排序的計算結果進行一致性檢驗，從而獲取各指標因素的權重值(表1)。

表1 分等因素各評價指標權重

在確定分等因素和權重之后，通過量化分等因素，得到分等單元內指定作物的自然質量分(公式1)，結合光溫(氣候)潛力指數和產量比系數，確定評價耕地圖斑各指定作物的自然質量等指數(公式2)，進而獲得評價耕地圖斑的自然質量等指數(公式3)，再結合土地利用系數，進而確定評價耕地圖斑的土地利用等指數(公式4)，最后根據各指數區段的劃分要求確定土地利用等別(圖1)。

(1)

式中：CLij為分等單元指定作物的耕地自然質量分；i為分等單元；j為指定作物；k為分等因素；m為分等因素的總數；fijk為第i個分等單元內第j種指定作物第k個分等因素的指標分值，取值為(0～100]。

Rij=αtj×CLij×βj。

(2)

式中：Rij為第i個分等單元第j種指定作物的自然質量等指數；αtj為第j種作物的光溫(氣候)生產潛力指數；CLij為第i個分等單元內第j種指定作物的耕地自然質量分；βj為第j種作物的產量比系數。

(3)

式中：Ri為第i個分等單元的耕地自然質量等指數。

Yi=Ri×KL。

(4)

式中：Yi為第i個分等單元的耕地利用等指數；Ri為第i個分等單元的耕地自然質量等指數；KL為分等單元所在等值區的綜合土地利用系數。

依據廣東省農用地分等采用的等間距法，以200間距對利用等指數進行劃分，間距區間為上包含，劃分為耕地利用等。

2 結果與分析

2.1 耕地質量現狀

2014年廣東省耕地總面積約262.54萬hm2，全省平均耕地質量5.48等，其中粵東沿海區、粵西沿海區的耕地質量較高，分別為4.97、5.01等，珠江三角洲、粵西北山區的耕地質量較低，分別為5.85、5.82等。全省的優等質量耕地68.05萬hm2，占總量的25.92%，主要分布在粵西沿海區和粵西北山區；高等質量耕地面積184.44萬hm2，占總量的70.25%，主要分布在粵西北山區；中等質量耕地面積10.05萬hm2，占總量的3.83%，主要分布在粵西北山區(圖2、表2)。

2.2 耕地質量時空動態格局

由表3可知，2011—2014年期間全省耕地面積凈增加了6.58萬hm2，而耕地補充的質量比耕地占用的質量平均低0.67等。其中，珠三角平原區和粵東沿海區的情況比較嚴峻，

表2 廣東省耕地質量等別統計情況

珠三角平原區耕地平均等級凈下降1.18等，僅有2個地級市耕地平均質量呈凈上升趨勢，而廣州市耕地質量平均下降最為明顯(2.20等)；粵東沿海區耕地平均等級凈下降1.39等，所有地級市耕地質量均呈下降趨勢，揭陽市的耕地質量凈下降最大，為1.38等；粵西沿海區和粵西北山區的情況也不容樂觀，粵西沿海區耕地平均等級凈下降0.28等，只有湛江市耕地平均等級是凈上升的，茂名市凈下降最大，為1.37等；粵西北山區耕地平均等級凈下降1.12等，所有地級市耕地平均等級是凈下降的，其中梅州市凈下降最大，為2.85等。

表3 2011—2014年廣東省耕地面積變化統計情況

2.2.1 建設占用耕地質量時空動態格局 2011—2014年廣東省建設用地占用耕地總面積約2.51萬hm2，占用優等質量耕地0.62萬hm2，占總量的24.70%；占用高等質量耕地面積1.84萬hm2，占總量的73.31%；占用中等質量耕地面積0.05萬hm2，占總量的1.99%(表4)。珠三角平原區各縣(市、區)建設占用耕地質量主要呈西北、東南高，東北、西南低的態勢；其中，西北和東南區域各縣(市、區)占用耕地等級以 4～6等為主，西南和東北區域各縣(市、區)占用耕地等級以大于6等為主。粵東沿海區各縣(市、區)建設占用耕地質量主要呈西邊低、東邊高的態勢；其中西部區域各縣(市、區)占用耕地等級以4～8等為主，東部區域各縣(市、區)占用耕地等級以<4等為主。粵西沿海區各縣(市、區)建設占用耕地質量主要呈南邊低、北邊高的態勢；其中南部區域各縣(市、區)占用耕地等級以4～8等為主，北部區域有大片占用耕地等級<4等的縣(市、區)。粵西北山區各縣(市、區)建設占用耕地質量主要呈西高東低、北高南低的態勢；其中東部區域和北部區域各縣(市、區)占用耕地等級以<6等為主，西部區域和南部區域各縣(市、區)占用耕地等級以>6等為主(圖3)。

從建設占用耕地等別轉移矩陣表(表5)可見，2011—2014年粵東沿海區建設占用水田、水澆地的平均等別最高，分別為4.02、4.01等；而粵西沿海區建設占用旱地平均等別最高，達5.68等。

2.2.2 補充耕地質量時空動態格局 2011—2014年廣東省補充耕地總面積約為9.09萬hm2，補充優等、高等、中等質量耕地面積分別為1.46萬、7.00萬、0.63萬hm2，比重分別為16.03% 77.02%、6.95%(表6)。從補充耕地等級分布情況分析(圖4)可知，廣東省建設補充耕地質量分布區域特征較為明顯。珠三角平原區各縣(市、區)補充耕地質量主要呈現西北、東南高，東北、西南低的態勢；中部區域存在部分縣(市、區)無補充耕地，西北、東南區域各縣(市、區)補充耕地等別以 4～8等為主，東北、西南區域各縣(市、區)補充耕地等級以>6等為主。粵東沿海區各縣(市、區)總體補充耕地等以4～8等為主。粵西沿海區各縣(市、區)建設補充耕地質量主要呈現南邊高、北邊低的態勢；南部區域各縣(市、區)補充耕地等別以<6等為主，北部區域各縣(市、區)補充耕地等別4～8等為主。粵西北山區各縣(市、區)建設補充耕地質量主要呈現西南低、北邊高的態勢；其中西南部區域有大片補充耕地等別>6等的縣(市、區)，其余區域各縣(市、區)補充耕地等別以4～6等為主。

表4 2011—2014年廣東省建設占用耕地質量等別統計情況

表5 2011—2014年廣東省建設占用耕地質量轉移矩陣

表6 2011—2014年廣東省補充耕地質量等別統計情況

從補充耕地等級轉移矩陣表(表7)可見，2011—2014年水田補充來源主要是林地、園地和其他土地。其中，珠三角平原區林地補充水田質量等級最高，平均等級為4.91等；在其他土地補充水田中，粵西北山區補充的等別明顯高于另外3個區域，為4.49等；園地補充水田的質量等別以粵東沿海區最高，達3.29等。水澆地補充來源主要是林地、園地和其他農用地。在這3種水澆地補充來源中，補充水澆地等別最高的均為粵東沿海區，而粵西北山區補充等級相對較低。旱地補充來源主要是建設用地、林地、園地和其他土地。在這4種轉換類型中，粵東沿海區和粵西沿海區補充的旱地等別相對較高，珠三角平原區和粵西北山區補充的旱地等別相對較低。

表7 2011—2014年廣東省補充耕地質量轉移矩陣

3 結論

本試驗提出了一套適用于廣東省耕地質量分等定級的研究方法，并通過評價“十二五”期間耕地質量分析和研究“十二五”期間廣東省耕地質量的時空格局，主要得出以下結論：(1)廣東省在“十二五”期間補充優等、高等、中等耕地面積與建設占用耕地面積相比均為凈增加，其中高等質量耕地凈增加面積遠高于優等質量耕地凈增加面積。(2)“十二五”期間，廣東省經濟社會發展更快的區域耕地補充潛力不足，較落后的區域是各質量等別耕地凈增加的主要貢獻部分。經濟社會發展最迅猛的珠三角平原區優等耕地和高等耕地的凈增加量較少。經濟情況次之的粵東沿海區優等耕地為凈減少，而高等耕地的凈增加量也較低。在經濟較為落后的粵西沿海區和粵西北山區，各質量等別耕地的凈增加量相對較多。(3)建設用地的經濟效益高于耕地的經濟效益，出于對利益的追求，越來越多的耕地開墾成建設用地，尤其是在經濟最為發達、地勢平坦開闊的珠三角平原區。“十二五”期間，廣東省的4個研究區在建設占用耕地中均以占用土地肥沃、地勢平坦、質量較優的水田居多，而補充的耕地主要為質量較低的旱地，“占優補劣”的情況在廣東省中廣泛分布，情況較為嚴峻。

4 討論

“十二五”期間，廣東省在經濟上始終保持高速發展的勢頭，同時建設用地的經濟效益高于耕地的經濟效益，出于對利益的追求，越來越多的耕地開墾成建設用地，尤其是在經濟最為發達、地勢平坦開闊的珠三角平原區，大片的優質耕地被建設用地所侵占。同時，由于缺乏總體規劃和嚴格管理，不少非農建設項目配置不夠合理，重復建設，亂鋪攤子，消耗了大量土地資源，占用了大量耕地。在城市建設中盲目追求規模，城市“攤大餅”式向外快速擴展，在各類開發區建設過程中“圈多用少，征多建少”十分常見，除此以外許多城鎮沿公路建設、土地利用率低卻占用了大量良田[26-28]。

“十二五”期間廣東省人口持續快速增長，常住人口從2011年的10 515萬人上升至2014年的10 724萬人。為了滿足多人口生活生產對土地的需求，更多的耕地被開發占用，尤其是珠三角平原區大量人口的涌入使得土地的供應愈發緊張，而且建設用地占用耕地大部分在地勢平坦、交通便利的城市周圍，這些耕地大多為優質耕地[23]。

改革開放以來，廣東省高度重視耕地保護與質量建設工作，出臺了一系列的法律法規和政策措施，加大了農田建設的投入力度，調動各級政府用地養地的積極性，并取得了很大的成效，形成了良好的工作局面[29]，這些政策為占補平衡工作的持續開展奠定了堅實的基礎。正因為政策得以堅實落實，使得耕地在被不斷占用的同時能得到補充，維持耕地數量總量上的平衡，但耕地質量急速下降。

本研究根據試點經驗和廣東省耕地實際情況，通過相關分析法和層次分析法科學合理地提出一套適用于廣東省耕地質量分等定級的研究方法，并實證得出有效的評價結果。然而該方法的使用目前僅在廣東省區域范圍得到驗證，在其他區域的應用精度尚未進行檢驗，如何通過改進評價模型方法得到一個具體的、能夠進行多區域綜合評價的評價指標體系仍然需要后續的研究。

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