糧食安全視角下長三角耕地利用格局變化及預測分析

曹宗龍 劉錦洋

（1江蘇蘇地仁合土地房地產(chǎn)資產(chǎn)評估測繪造價咨詢有限公司，江蘇南京 210000；2安徽師范大學地理與旅游學院，安徽蕪湖 241000）

“十三五”規(guī)劃提出，堅持最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地紅線，實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略[1]。耕地是保障國家糧食安全的基石，一方面要保證耕地的數(shù)量，另一方面要提高耕地的質(zhì)量[2]。中國的耕地變化一直以來備受關(guān)注[3]，國內(nèi)外學者基于遙感影像、“3S”技術(shù)等[4]，將耕地保護與利用與景觀格局、生態(tài)脆弱性、生物多樣性、耕地破碎性、耕地生態(tài)安全[5]等領(lǐng)域相交互，通過構(gòu)建預測模型、驅(qū)動力分析[6]等，形成了相對完善的評價體系[7]。作為六大世界級城市群之一的長三角，不僅是參與國際競爭的重要平臺，也是重要的糧食基地，但當前對于長三角耕地變化的研究仍相對較少。本文從面積、形態(tài)、類型、格局、預測對長三角耕地進行研究，為長三角糧食安全、耕地保護等相關(guān)政策制定提供支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

長江三角洲城市群（簡稱長三角城市群），位于長江入海之前的沖積平原。長三角城市群面積僅占全國總面積2.3%，卻擁有2.25億人口，并貢獻了全國25%左右的GDP。

長三角城市群是“一帶一路”與長江經(jīng)濟帶的重要交匯地帶，在中國國家現(xiàn)代化建設(shè)大局和開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。

長三角作為六大世界級城市群之一，是中國參與國際競爭的重要平臺、經(jīng)濟社會發(fā)展的重要引擎。長三角城市群要建設(shè)面向全球、輻射亞太、引領(lǐng)全國的世界級城市群，建成最具經(jīng)濟活力的資源配置中心、具有全球影響力的科技創(chuàng)新高地、全球重要的現(xiàn)代服務業(yè)和先進制造業(yè)中心、亞太地區(qū)重要國際門戶、全國新一輪改革開放排頭兵、美麗中國建設(shè)示范區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該研究采用GLOBELAND 30數(shù)據(jù)，對長三角2000、2010、2020年土地利用數(shù)據(jù)進行拼接、裁剪、融合等相關(guān)處理（圖1）。

圖1 長三角2000、2010、2020年土地利用

2 方法與模型

2.1 耕地利用動態(tài)度

耕地動態(tài)度可表征某個時段研究區(qū)或格網(wǎng)內(nèi)耕地變化幅度與速度[8]。計算公式：

式中，Sa、Sb分別為研究期初與期末的耕地面積（km2）；T為研究時間,當T設(shè)定為年時，K為研究時段的耕地面積動態(tài)度。

2.2 景觀格局指數(shù)法

利用景觀分析軟件Fragstats 3.3軟件從景觀水平對土地利用景觀格局進行分析，得出不同時期的土地利用景觀格局和變化趨勢[9]。選用6種具有代表性的景觀指數(shù)：景觀面積（TA）、拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）、最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、分離度（SHLIT）、聚合度（AI）。

（1）拼塊類型面積（TA），單位：hm2，范圍：TA＞0。

描述：TA等于一個景觀的總面積，除以10 000后轉(zhuǎn)化為hm2。

（2）拼塊所占景觀面積的比例（PLAND），單位：%，范圍：0＜PLAND≤100。

描述：PLAND等于1個街區(qū)類型的總面積占總景觀面積的百分比。當其值趨近于0時，表明該地塊類型在景觀中非常罕見。當其值為100時，表示整個景觀僅由1種地塊構(gòu)成。

（3）最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI），單位：百分比，范圍：0＜LPI≤100。

描述：LPI等于斑塊類型中最大斑塊所占景觀總面積的百分比。

（4）平均分維數(shù)（FRAC_MN），單位：無，范圍：1.0≤FRAC_MN≤2.0。

公式描述：D=2ln(P/4)/ln(A)，D表示分維數(shù)，P為斑塊周長，A為斑塊面積。D值越小，表明斑塊形狀越簡單，D值的理論范圍為1.0～2.0，1.0代表形狀最簡單的正方形斑塊，2.0表示等面積下周邊最復雜的斑塊。

（5）分離度（SHLIT），單位：%，范圍：0＜SHLIT≤100。

描述：SPLIT等于景觀面積的平方除以所有斑塊面積的平方之和，其中這些斑塊屬于相關(guān)斑塊類型。

（6）聚合度（AI），單位：%，范圍：0＜AI≤100。

描述：AI等于分裂類似鄰接的所有類型，包括相關(guān)的塊類相似的鄰接的最大數(shù)量可能包括相關(guān)的地塊類型，乘以之和的比例值的這種類型的景觀組成，最后乘以100%。

3 結(jié)果與分析

3.1 長三角耕地利用變化分析

由表1可知，長三角2000年耕地總面積為19 764 321 hm2，2010年為19 131 997 hm2，2020年為17 571 185 hm2。從2000年至2010年長三角耕地減少632 324 hm2，而自2010年到2020年長三角耕地減少1 560 812 hm2，由此可見。2000—2020年，長三角耕地數(shù)量持續(xù)減少，尤其2010—2020年，長三角耕地數(shù)量大幅度減少。

結(jié)合表1、圖2、圖3可知，2000年安徽省耕地總面積為8 326 144 hm2，2010年為8 201 182 hm2，2000—2010年安徽省的耕地動態(tài)度為-1.50%，而2020年安徽省的耕地數(shù)量為7 952 145 hm2，2010—2020年安徽省的耕地動態(tài)度為-3.04%。安徽省作為長三角中耕地面積的最大的省份，對糧食安全起到重要的作用。整體上來看，安徽省耕地數(shù)量雖然持續(xù)下降，但下降幅度變化不大，耕地利用動態(tài)度呈低強度減少。耕地在空間上的變化主要體現(xiàn)為城市擴張，耕地減少（圖4）。

圖4 安徽省3期耕地分布

表1 長三角耕地數(shù)量 單位：hm2

圖2 2000—2010年耕地利用動態(tài)度

圖3 2010—2020年耕地利用動態(tài)度

江蘇省2000年耕地總面積為7 511 408 hm2，2010年江蘇省耕總面積為7 237 584 hm2，2000—2010年江蘇省的耕地動態(tài)度為-3.65%，而2020年江蘇省的耕地數(shù)量為6 482 350 hm2，2010—2020年江蘇省的耕地動態(tài)度為-10.43%。整體上看，江蘇省耕地數(shù)量不斷下降（圖5），且2010—2020年耕地數(shù)量減少較大，耕地利用動態(tài)度呈中強度減少。

圖5 江蘇省3期耕地分布

浙江省2000年耕地總面積為3 465 255 hm2，2010年浙江省耕總面積為3 309 669 hm2，2000—2010年浙江省的耕地動態(tài)度為-4.49%，而2020年浙江省的耕地數(shù)量為2 811 009 hm2，2010—2020年浙江省的耕地動態(tài)度為-15.07%。整體上看，浙江省耕地數(shù)量不斷下降（圖6），耕地利用動態(tài)度呈不斷擴大趨勢，2010—2020年耕地數(shù)量減少十分明顯，耕地利用動態(tài)度呈高強度減少。

圖6 浙江省3期耕地分布

上海市2000年耕地總面積為461 514 hm2，2010年上海市耕地總面積為383 562 hm2，2020年上海市耕地總面積為325 681 hm2。上海市耕地數(shù)量較少，主要承載經(jīng)濟功能。整體上看，上海市耕地數(shù)量減少（圖7），但耕地利用動態(tài)度呈微強度增加。

圖7 上海市3期耕地分布

由圖8可知，耕地的減少形態(tài)主要有以下方面：以上海市為首的耕地炸裂式減少；以長江經(jīng)濟帶臨岸城市，沿長江呈帶狀式減少；以快速發(fā)展的合肥市、寧波市為首的耕地星狀式減少。這可以看出耕地的減少形態(tài)主要與經(jīng)濟的發(fā)展息息相關(guān)。2000—2020年，耕地的減少主要集中在長江沿岸、沿海城市以及掌握優(yōu)質(zhì)資源快速發(fā)展的城市，發(fā)展導致城市擴張，耕地減少。

圖8 長三角耕地變化

3.2 長三角耕地轉(zhuǎn)移矩陣分析

2000—2010年，長三角耕地未發(fā)生變化的面積為18 007 381 hm2，耕地主要向建設(shè)用地、林地、水域方面轉(zhuǎn)移。同時，林地、水域、建設(shè)用地向耕地轉(zhuǎn)移的數(shù)量也較大。通過轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)進行對比，林地、草地、建設(shè)用地由耕地轉(zhuǎn)出數(shù)量大于轉(zhuǎn)入耕地數(shù)量。水域、未利用地轉(zhuǎn)入數(shù)量大于轉(zhuǎn)出數(shù)量。整體上看，林地、草地、未利用地，轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出量基本趨于平衡。水域轉(zhuǎn)入耕地數(shù)量較大于轉(zhuǎn)出數(shù)量，而耕地轉(zhuǎn)入建設(shè)用地數(shù)量明顯大于建設(shè)用地轉(zhuǎn)入數(shù)量，差額為665 187 hm2，轉(zhuǎn)移數(shù)量顯著。由此可見，2000—2010年，主要是由耕地向建設(shè)用地方面轉(zhuǎn)移，具體見表2。

表2 2000—2010年耕地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出 單位：hm2

2010—2020年長三角耕地未發(fā)生變化的面積為16 297 373 hm2，耕地主要向建設(shè)用地、水域、林地、草地方面轉(zhuǎn)移。建設(shè)用地、林地、水域向耕地轉(zhuǎn)移的數(shù)量也較大。通過轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)進行對比，林地、草地、水域、建設(shè)用地，由耕地轉(zhuǎn)出數(shù)量大于轉(zhuǎn)入耕地數(shù)量。僅未利用地轉(zhuǎn)入耕地數(shù)量大于轉(zhuǎn)出數(shù)量，且數(shù)量較少，這也體現(xiàn)了耕地整體向其他地類轉(zhuǎn)移，意味著耕地數(shù)量大幅度減少。整體上看，草地、未利用地，轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出量基本趨于平衡。林地、水域、建設(shè)用地由耕地轉(zhuǎn)出數(shù)量均較明顯大于轉(zhuǎn)入耕地數(shù)量。尤其是建設(shè)用地，差額為1 306 391 hm2，較2000—2010年的凈轉(zhuǎn)出量也明顯提升。由此可見，2000—2020年，主要是由耕地向建設(shè)用地方面轉(zhuǎn)移。尤其是2010—2020年，轉(zhuǎn)移數(shù)量十分明顯，具體見表3。

表3 2010—2020年耕地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出單位：hm2

3.3 長三角耕地景觀格局分析

基于GLOBELAND 30中2000、2010、2020年3期土地利用數(shù)據(jù)，將其放到Fragstats 3.3中class層級進行處理，選用6種具有代表性的景觀指數(shù)：景觀面積（TA）、拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）、最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、分離度（SHLIT）、聚合度（AI）[5]，得到2000、2010、2020年關(guān)于耕地的相關(guān)景觀指數(shù)。

耕地景觀規(guī)模主要是研究景觀面積（TA）、拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）、最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）。從表4可以看出，2000—2020年長三角耕地景觀面積（TA）、拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）都在不斷下降，耕地景觀數(shù)量減少，同時所占比例減少。最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）也在不斷下降。這表現(xiàn)為長三角耕地的規(guī)模經(jīng)營正在不斷削弱，集約利用耕地、保護利用耕地有待加強。

耕地景觀分離度主要是研究分離度（SHLIT）、聚合度（AI）。從表4可以看出，2000—2020年長三角耕地聚合度（AI）不斷下降，而分離度（SHLIT）正不斷上升。這表現(xiàn)為長三角耕地的細碎化程度不斷上升，耕地正在被拆分為更細小的地塊，耕地處于不斷離散狀態(tài)。

景觀形狀指數(shù)主要研究平均分維數(shù)（FRAC_MN）。從表4可以看出，2000—2020年長三角耕地平均分維數(shù)（FRAC_MN）不斷下降，逐漸向1.0趨近，這表明長三角耕地的形狀特征變得更加簡單，耕地斑塊向正方形斑塊趨近。

表4 耕地景觀格局變化

3.4 長三角耕地預測分析

根據(jù)2000、2010、2020年長三角耕地分布數(shù)據(jù)，對長三角3期耕地進行質(zhì)心提取，2000年長三角的耕地質(zhì)心在南京市的建鄴區(qū)，位于長江以南。2010年長三角耕地重心轉(zhuǎn)移至南京市浦口區(qū)中東部邊緣，并由長江以南轉(zhuǎn)向長江以北。2020年繼續(xù)向西北部轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移至南京市浦口區(qū)中部。根據(jù)2000、2010、2020年3期數(shù)據(jù)進行二階擬合分析，得到2030年耕地重心的經(jīng)度為118.463 631°，緯度為32.121 696°（圖9）。

圖9 長三角耕地預測

預測2030年長三角耕地重心可能轉(zhuǎn)移至安徽省滁州市南譙區(qū)（圖10）。整體上看，長三角耕地重心一直向西北方向轉(zhuǎn)移，由長江以南轉(zhuǎn)移至長江以北。至2030年長三角耕地重心可能由江蘇省轉(zhuǎn)移至安徽省，由南京市轉(zhuǎn)移至滁州市。東南方向耕地減少較快，導致整個耕地格局不斷向西北方向進行轉(zhuǎn)移，并跨過長江。

圖10 長三角耕地重心轉(zhuǎn)移

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

長三角耕地呈北方高、南方低的格局，與長三角地形分布格局基本一致；主要是由耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，耕地利用動態(tài)度呈先增加后減少的變化趨勢。耕地減少形態(tài)主要分為炸裂式、帶狀式、星狀式。耕地規(guī)模經(jīng)營減弱，碎片化程度不斷上升，但耕地形狀變得更加簡單、規(guī)整。耕地重心由長江以南轉(zhuǎn)向長江以北，從南京建鄴區(qū)轉(zhuǎn)向浦口區(qū)，未來可能會由江蘇省南京市轉(zhuǎn)向安徽省滁州市。

4.2 建議

長三角耕地數(shù)量不斷減少，今后應更加嚴格征地政策，平衡好城市擴張、經(jīng)濟發(fā)展與糧食安全的關(guān)系。加強耕地的規(guī)模經(jīng)營，使耕地更加集約利用，減少經(jīng)營成本。未來的耕地重心可能會由江蘇省南京市轉(zhuǎn)向安徽省滁州市，耕地重心向西北方移動，安徽省和江蘇省作為糧食大省，加強耕地保護尤其重要。