摘 要： 为进一步认识陕西省耕地质量的空间格局及分布特征,以期为耕地质量保护提供理论支持,以2016年陕西省县域农用地分等成果为数据源,使用多空间尺度定量方法分析了耕地质量空间分布特征,并基于ArcGIS 10.2进行了空间数据表达。结果表明:(1)陕西省耕地质量整体偏低,综合等别为11.33等,以中、低等地为主,占全省耕地的82.70%;(2)全省耕地质量空间差异明显,总体上呈关中>陕南>陕北,耕地质量综合等别依次为9.68等、13.34等和11.28等;(3)从县域尺度看,48个县耕地质量高于全省平均水平,56个县低于全省平均水平,空间分布差异突出;(4)省级分等指标区内,耕地质量关中渭河平原区>陕南低山平坝区>陕南秦巴中高山区>渭北黄土旱塬区>商洛山地丘陵区>陕北黄土丘陵沟壑区>陕北长城沿线风沙区,一级指标区内,耕地等别同资源本底要素一致,复种熟制越高,等别越小;总体上,海拔越高,耕地质量越低。
关键词： 土地利用; 耕地质量; 分等指标区; 空间分布; 陕西省;
Abstract： In order to deeply understand the spatial pattern and distribution characteristics of cultivated land quality in Shaanxi Province, and to provide theoretical support for the protection of cultivated land quality, based on the results of county agricultural land classification in Shaanxi Province in 2016, we quantitatively analyzed the spatial distribution characteristics of cultivated land quality, and utilized ArcGIS 10.2 to express spatial data. The results showed that:(1) the average grade of cultivated land quality in Shaanxi Province was 11.33, which was generally low; the cultivated land mainly belonged to the moderate or lower classes, accounting for 82.70% of the cultivated land of the whole province;(2) the spatial differences of cultivated land quality in the whole province were obvious; the cultivated land quality in Guanzhong was the best, followed by southern Shaanxi, and the cultivated land quality in northern Shaanxi was the worst, and the average grades of cultivated land qualities in Guanzhong, southern Shaanxi and northern Shaanxi was 9.68, 11.28 and 13.34, respectively;(3) in terms of county scale, the cultivated land qualities of 48 counties were higher than the average level of the whole province, and the cultivated land qualities of 56 counties were lower than the average level of the whole province, differences of prominent spatial distribution were significant;(4) in the provincial classing index areas, cultivated land quality rank decreased in the order: Guanzhong—Weiheplain area>Low mountains and hills in southern Shaanxi>Qinba mountains in southern Shaanxi>Weibei loess upland area>Shangluo mountain hilly area>Loess hilly and gully region of northern Shaanxi>sandstorm along the Great Wall in northern Shaanxi; in the first-level index areas, the grade of cultivated land was consistent with the background elements of resources; the higher the multiple cropping was, the smaller the grade was; in general, the higher the altitude is, the lower the quality of cultivated land is.
Keyword： land use; cultivated land quality; classing index area; spatial distribution; Shaanxi Province;
耕地是粮食生产的载体,其数量和质量直接关系着粮食安全,是社会稳定的重要保障[1,2]。在耕地数量日益减少的背景下,加强对耕地质量的保护尤为重要。当前,保障粮食安全的重要途径就是提升耕地质量以增加耕地的产能。为此,我国于1999—2009年在全国范围内以省为单位开展了农用地分等调查评价工作,并于2009年底完成[3,4,5],其成果对于研究耕地质量的空间分异规律及耕地质量的动态检测都具有重要意义。在耕地资源的保护过程中,基本农田调整与划定、耕地质量提升区确定以及高标准基本农田建设,都以耕地质量为基础。所以,掌握耕地质量的空间分布特征及规律,对于基本农田保护与建设优先区[6]确定、建设用地征地补偿标准制定[7]以及土地利用类型转换区、利用强度降低区、持续利用保护区的确定都可以提供理论支持[8]。
耕地质量等别的空间分布研究也一直是国内外学者关注的热点问题。目前,国内学者多以大区域[9]、粮食主产区[8,9,10]、特定经济划分区[11]以及省域[11,12,13,14,15,16]为单位的空间尺度研究耕地质量等别的空间分布规律。其中,孔祥斌等[9]以西部地区12个省(市)为研究对象,分析了耕地等别的空间分布特征;魏洪斌等[8,9,10]以粮食主产区为研究对象,从省域、国家一级标准制度耕作区等多空间尺度研究了粮食主产区的耕地等别空间分布;韩宗伟等[12]基于遥感影像数据,以贵州省为研究单位,运用GIS空间分析技术和CA-Markov模型对贵州省的耕地质量等别以及变化趋势进行研究;汪延彬等[14]运用克里格空间插值法对甘肃省耕地质量利用等、经济等、自然等的空间分布特征进行了多尺度研究;高星等[7]以翔安新区三县为研究单位,揭示了雄安新区的耕地质量空间分布特征,并对建设用地占用耕地推荐分区进行了评价;孙聪康等[17]基于空间自相关模型探讨了崇义县县级、乡镇级与村级空间尺度下耕地自然质量、利用质量与经济质量的空间相互作用和分布规律。在陕西省耕地质量研究方面,卫新东等[18]对陕西省2005—2015年耕地资源数量和质量的时空变化特征进行了分析;薄征等[19]从生态环境分区的空间尺度对陕西省耕地质量空间分布进行了研究。综上所述,当前关于耕地质量等别空间分布特征的研究空间尺度多为国家标准耕作制度一级指标区、省、市等;但在省域范围内,少有研究分析省、市、县、地貌区等多尺度的耕地质量等别空间分布。
陕西省地处我国西北地区,近10 a来耕地质量整体变化不明显[18]。研究基于2016年陕西省县域农用地分等定级成果数据,运用耕地质量综合等别分析法、空间统计分析法等,从省、地理区域、分等指标区、市、县等多空间尺度分析陕西省耕地质量空间分布特征,以期为陕西省耕地资源保护、耕地质量提升、占补平衡、基本农田划定等耕地管理提供理论支持。
1 、研究区概况
陕西省地处中国内陆腹地,居于连接中、东部和西北、西南地区的重要位置。截至2016年底,陕西省常住人口3 813万人;GDP为19 399.59亿元,占全国2.7%。陕西省南北跨度878 km,地域狭长;地势南北高,中间低,由西向东倾斜,呈“两山夹一川”的地貌格局,地貌差异巨大,由南向北分为秦巴山区、关中平原和陕北高原三大地貌区;地形复杂,平均海拔为1 127 m。陕西地跨北温带和亚热带,横跨3个气候带,气候差异明显,但整体属大陆季风性气候,全省年平均气温9～16℃,由北向南、自西向东递增;年平均降水量340～1 240 mm,南多北少。受地形地貌、气候和水文等自然条件影响,陕西省土壤主要类型为黄绵土、黄棕壤、棕壤、褐土等。黄绵土广泛分布于陕北黄土高原地区,黄棕壤主要分布在汉中、安康等地,宝鸡、秦巴山地有少量分布;棕壤主要分布在关中平原两侧及商洛的低山丘陵区。
陕西省拥有多种土地利用类型,耕地质量水平差异大。耕地中以旱地为主,截至2016年底,耕地总面积399.62万hm2,其中旱地面积为278万hm2,水浇地面积为106.1万hm2,水田面积为15.52万hm2,分别占耕地总面积的69.57%,26.55%和3.88%,反映陕西省的粮食种植以旱作物为主的显着特点。
2 、数据来源及研究方法
2.1 、数据来源
耕地质量数据来源于国土资源部(现自然资源部)2016年1∶10 000陕西省县级耕地质量等别年度更新数据(耕地质量利用等数据);土地分类数据及利用现状数据来自于《陕西省土地利用总体规划》;陕西省自然、社会、经济等统计数据均来自于2016年《陕西省统计年鉴》。
2.2 、研究方法
(1) 耕地质量综合等别分析法。
为了更加直观了解区域整体耕地质量情况,按照研究区内各等别的耕地比重求和,可得到此区域的综合质量等别,具体公式如下:
式中:i为耕地质量等别;Si为某区域i等耕地的面积(hm2);S总为该区域的耕地总面积(hm2);N为选取区域的综合质量等别。
(2) 空间统计分析法。
以陕西省县级耕地质量等别(利用等)数据为基础,运用SPSS 22.0软件进行统计分析,并基于ArcGIS 10.2软件实现各类结果在空间上的表达,直观呈现了陕西省耕地质量在空间上的分布特征与分异规律。
3、 结果与分析
3.1、 全省耕地等别数量结构特征
依据中国耕地质量分等定级成果,将中国耕地划分为1～15等,1等耕地质量最高,15等耕地质量最低[3]。截至2016年底,陕西省耕地面积为399.62万hm2,耕地质量等别分布于4～14等,耕地质量综合等别为11.33等,高于全国平均等9.8等。
依据《中国耕地质量等级调查与评定(全国卷)》,将1～4等耕地划分为优等地、5～8等为高等地、9～12等为中等地、13～15等为低等地[20,21]。陕西省耕地以中等地和低等地为主,其中,中等地面积165.60万hm2,低等地164.88万hm2,分别占全省耕地面积的41.44%和41.26%;高等地面积为68.67万hm2,占17.18%,优等地面积很少为0.47万hm2,只占0.12%(图1)。
图1 陕西省耕地质量等别结构
3.2、 各市(区)耕地等别分布特征
从各类耕地质量等别在地区尺度分布情况来看(图2),关中地区耕地质量最优,为9.68等,高于全省1.65个等别;陕南地区耕地质量略高于全省平均水平,为11.28等;陕北地区耕地等别低于全省平均水平2.01个等别,为13.34等。其中,高等地主要集中于关中地区,占全省高等地面积的89.64%,为61.55万hm2,陕北无高等地分布,陕南高等地面积为7.11万hm2;中等地于关中地区最多,为81.28万hm2,陕南次之,为62.89万hm2,陕北最少,为21.43万hm2;低等地主要分布于陕北地区,占全省低等地面积的72.96%,为120.30万hm2,关中和陕南低等地面积较少,分别为24.74万hm2,19.84万hm2;全省仅有的0.47万hm2优等地,分布于关中地区。
图2 陕西省各区耕地质量利用等别结构
注:陕西省优等地分布在关中地区,面积为0.47万hm2。
从市(区)尺度来看(表1),杨凌区耕地综合质量最高为7.81等,榆林最低为13.49等,除此之外,西安、咸阳、渭南、宝鸡、汉中高于全省平均水平,铜川、安康、商洛、延安则低于全省平均水平,其中,铜川、延安、榆林、商洛等地只有中等地和低等地,且铜川、延安和榆林低等地占比都在80%左右。总体来看,高等地主要分布于西安、咸阳、渭南等地,其中,渭南高等地面积最多,为18.30万hm2,西安高等地面积比例最大,占全市耕地面积58.06%;中等地主要分布于渭南、汉中、安康等地,其中,渭南中等地面积最多,为34.77万hm2,但安康中等地面积占本市比例最大,为91.20%;低等地则最主要集中于延安和榆林地区,榆林低等地面积及比例均最大,分别为91.16万hm2,87.09%。
3.3、 各分等因素指标区耕地等别分布特征
根据2010年度陕西省耕地质量等别成果补充完善工作采用的参数体系,在国家标准耕作制度二级指标区划分的基础上(国家标准耕作制度一级分区在陕分布只有黄土高原区和四川盆地区),陕西全省由北向南划分为7个分等因素指标区,分别为陕北长城沿线风沙区(I)、陕北黄土丘陵沟壑区(Ⅱ)、渭北黄土旱塬区(Ⅲ)、关中渭河平原区(Ⅳ)、陕南秦巴中高山区(Ⅴ)、商洛山地丘陵区(Ⅵ)及陕南低山平坝区(Ⅶ)(图3)。
表1 陕西省各市(区)耕地等别构成
图3 陕西省各分等指标区耕地质量等别结构
陕西省各指标区耕地质量等别有明显的差异。总体来看,关中渭河平原区和陕南低山平坝区耕地质量较高,分别为8.50等和9.41等,高于全省平均水平;其余五大指标区耕地质量均低于全省平均水平,其中陕北长城沿线风沙区和陕北黄土丘陵沟壑区较低,分别为13.47等和13.40等;渭北黄土旱塬区、陕南秦巴中高山区和商洛山地丘陵区耕地质量等别相近,分别为12.09等、12.08等和12.20等。
具体来看:关中渭河平原区耕地质量等别分布在4～13等,以高等地和中等地为主,面积分别为61.53万hm2,51.65万hm2,分别占全省高等地和中等地面积的89.61%和31.19%,有少量优等地和低等地;陕北长城沿线风沙区和陕北黄土丘陵沟壑区耕地质量等别均分布在11～14等,均以低等地为主,面积分别为63.47万hm2,55.32万hm2,分别占全省低等地的38.49%和33.55%,二者中等地面积都较少,分别为10.89万hm2,3.25万hm2;渭北黄土旱塬区分布在8～14等,中等地和低等地面积为36.45万hm2,24.92万hm2,分别占全省的22.01%和15.12%;陕南秦巴中高山区分布在9～14等,以中等地为主,面积为40.29万hm2,占全省中等地的24.33%;陕南低山平坝区分布在6～12等,以中等地为主,面积为19.72万hm2,高等地面积7.11万hm2,分别占全省11.91%和10.36%;商洛山地丘陵区耕地面积较少,分布在10～13等,中等地和低等地面积分别为3.36万hm2,1.14万hm2;总体上,高等地集中于关中渭河平原区,中等地在渭北黄土旱塬区、关中渭河平原区和陕南秦巴中高山区均有分布,共占全省中等地面积的77.43%,低等地主要集中于陕北长城沿线风沙区和陕北黄土丘陵沟壑区,共占全省低等地面积的42.04%。
3.4、 全省各县(区)耕地等别分布特征
从县域尺度耕地质量综合等别来看,陕西省耕地质量等别存在明显的空间分异特征(图4)。总体来看,在全省107个县(区)当中(西安市新城区、碑林区、莲湖区无耕地分布),有46个县耕地综合质量等别小于全省平均等别,其余58个县大于全省平均等别(表2)。空间分布上,在“陇县—千阳—麟游—永寿—淳化—耀州—白水—澄城—合阳”一线以北县区、“洛南—商州—柞水—镇安—旬阳—平利—岚皋”一线东南侧的县区和陕南低山丘陵区的边界“宁强—略阳—凤县—留坝—太白—佛坪—石泉—镇巴”8县耕地质量综合等别整体大于全省平均等别;关中平原地区、陕南低山丘陵地区以及渭河流域和汉江流域的部分地区耕地质量综合等别总体上小于全省平均等别。
图4 陕西省各县(区)耕地质量综合等别分布
具体来看,全省各县耕地质量综合等别在5.58～13.92等之间,阎良区耕地质量全省最高,为5.58等,清涧县最低,为13.92等。全省耕地质量综合等别小于9等的县(区)有24个,集中于关中渭河平原和汉江流域上游部分地区;介于9等到全省平均等别11.33等之间的县(区)有22个,集中分布于渭河上游以及陕南低山丘陵区的部分地区;介于全省平均等别到13等的区县最多,共有41个,主要分布在渭北黄土旱塬区和陕南中高山地区;全省高于耕地质量综合等别大于13等的县(区)共有17个,集中分布在陕北长城沿线和黄土丘陵沟壑区(图4和表2)。
3.5、 耕地质量等别同耕地资源本底要素的关系
耕地质量直接受到地貌、地形、气候等因素的直接影响,从而使得耕地质量等别在不同的耕作制度和海拔高度间存在着空间分布差异。
复种类型间接反映了光热因素对于耕地生产能力的影响,研究通过统计计算得到各一级指标区不同复种类型区域的耕地质量综合等别。由表3可以看出,陕西省黄土高原区包括一年一熟、两年三熟和一年两熟3种复种类型,四川盆地区则包括一年一熟和一年两熟两种复种类型。在同一指标区内,熟制越高,耕地质量综合等别越高。分布于黄土高原区的一年一熟制等别低于四川盆地区,一年两熟黄土高原区则高于四川盆地区;两年三熟的耕地只存在于黄土高原区,平均为12.15等。
表2 陕西省各县耕地质量综合等别结构
地形地貌等因素直接影响到耕地的光、温、水、土等因素的再分配,从而影响到耕地质量。研究根据陕西省农用地分等成果,统计计算得到了不同海拔高度下陕西省各分等因素指标区的耕地质量综合等别。同一指标区内,总体上,低海拔地区耕地质量要优于高海拔地区,渭北黄土旱塬区和陕南秦巴中高山区差异较为明显;在海拔≤1 000 m时,各指标区耕地等别变化较大,表现为随着海拔的升高,耕地质量下降;在海拔>1 000 m时,各指标区耕地等别变化减小,随着海拔的升高,陕北长城沿线风沙区、陕北黄土丘陵沟壑区和渭北黄土旱塬区的耕地质量反而提升,但是随着海拔的继续升高,耕地质量又呈现下降趋势(表3)。在同一海拔高度范围内,耕地质量平原区>丘陵区>山地区,这一规律在低海拔地区较为明显,在海拔较高的地区差异则较小。
4、 结论与讨论
在数量结构特点方面,陕西省耕地质量等别总体偏低为11.33等,低于全国平均水平,耕地以中等地和低等地为主。在空间分布方面,陕西省耕地质量等别空间分布差异明显,总体上呈“中间高两边低”的特点;全省高等地主要集中在西安、咸阳、渭南等地,中等地主要分布在渭南、汉中、安康等地,低等地主要集中分布在陕北的延安和榆林两地;以全省耕地质量平均等别为基准,陕西省各县耕地质量综合等别空间分异显着,具有明显的“分界线”,陇县—千阳—麟游—永寿—淳化—耀州—白水—澄城—合阳”一线以北、陕南低山丘陵区的边界“宁强—略阳—凤县—留坝—太白—佛坪—石泉—镇巴”8县和“洛南—商州—柞水—镇安—旬阳—平利—岚皋”一线东南侧耕地质量要低于全省平均水平。
表3 陕西省各分等指标区不同海拔高度、复种类型下耕地质量综合等别
注:“—”表示该区域无对应类型耕地。
耕地等别在7个基于国家二级标准耕作制度的分等指标区中,关中渭河平原区和陕南低山平坝区耕地质量综合等别最小,陕北长城沿线风沙区和陕北黄土丘陵沟壑区耕地质量综合等别最大,渭北黄土旱塬区、陕南秦巴中高山区和商洛山地丘陵区耕地质量等别相近。在国家标准耕作制度一级分区中,复种类型熟制越高,耕地质量越高;在海拔≤1 000 m的地区,随着海拔的升高,耕地质量下降明显,在海拔>1 000 m时,耕地质量先升高后降低。
本研究系统地从省、市、标准耕作制度分区以及县域尺度对陕西省耕地等别空间分布特征进行了分析,对于制定土地利用总体规划,尤其在基本农田划定、低标准农用地提升、耕地占补平衡等方面意义突出。但是,耕地质量受地貌地形、土壤、气候等多种因素的影响,在研究耕地质量同其影响因子以及提升方法方面还有待更加深入的研究,耕地质量也不再是耕地利用效率的单一体现,更应该综合分析耕地的生态质量,尤其是关于耕地质量同生态脆弱因子的关系研究还有待加强。此外,耕地质量处于动态的变化过程,建立有效的耕地质量动态监测体系以及耕地生产力评价体系对于耕地质量的保护与提升也具有重要的意义。
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