平原粮食生产核心区耕地细碎化定量评价

李 玲，张少凯，董洋洋

(河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)



平原粮食生产核心区耕地细碎化定量评价

李 玲，张少凯，董洋洋

(河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

以河南省粮食核心区主体范围内的平原乡镇为研究区域，以行政村为调查和评价单元，探索耕地细碎化定量状况。利用遥感影像、土地利用数据库与实地校核获取研究区域耕地图斑数据，采用层次分析法，选取户均地块数、块均耕地面积、地块密度、景观形状指数、分离度、分维数、土地利用程度、潜在农业人口转移指数8个评价指标构建乡镇尺度的耕地细碎化定量评价体系，进行耕地细碎化量化评价。结果表明：研究区域的耕地细碎化指数CLFI(Cultivated land fragmentation index)为0.769 9，为Ⅲ级，中度细碎化；各行政村耕地细碎化指数CLFI范围在0.689 1～0.980 1，主要分布在0.7～0.8，细碎化等级多属于Ⅲ级，中度细碎化；随着距离乡镇政府所在地白寺村的增加，耕地细碎化指数CLFI逐渐增高，耕地细碎化级别与程度降低；其原因主要是耕地的稀缺性和人口的不断增长，沟渠、道路对耕地的分割，家庭联产承包责任制以及区域经济的发展等。商水县白寺镇耕地细碎化指数CLFI为0.769 9，产权制度下的户均地块数和块均耕地面积对白寺镇耕地细碎化程度的影响较大，户均地块数、地块密度和景观形状指数在总体上限制了CLFI的提高。

耕地细碎化指数；定量评价指标体系；河南；平原粮食生产核心区

随着人口与区域经济的增长、宏观政策的制定和城镇化的快速扩张，土地利用的强度逐年增大，土地利用结构发生了巨大变化，导致土地细碎化程度加剧，而其中耕地细碎化是发展中国家传统农业生产中存在的一个突出特征[1-3]。耕地细碎化导致土地边界的增加以致造成浪费土地、土地权属争议增多、阻碍农业机械化进程、减少农户农业生产性投入[4]，降低粮食生产的规模效应，一定程度上阻碍了土地利用规划及农业技术进步，影响粮食生产安全[5, 6]；另一方面却可以分散自然或市场风险、种植多元化且富有弹性，充分利用劳动力资源，使土地的继承更有弹性、小块土地的买卖出租等比较便利，而且增加生物多样性，避免病虫害大规模传播[7]。KING[8]，KEELER[9]，以及TIN[10]等认为耕地细碎化主要表现为农户经营的土地分散且不相连；中国学者增加了一个条件，即这些地块分布在居住地一定合理距离之内[11]；孙雁等[12]以土地利用呈插花分散无序的状态更形象地表达了耕地细碎化的含义。NIROULA[13]、VAN HUNG[14]、FALCO[15]等分别从人口、生态、土地继承、土地市场以及历史、文化、经济等的角度分析了土地细碎化的原因；谭淑豪等[16]认为目前中国的土地细碎化主要是由供给面因素引起的；李功奎[17]、李庆东等[18]从政治、制度、经济、人口、地理、社会和市场等多角度分析了农地细碎化的驱动因素。并各自针对不同的耕地细碎化原因提出了相应的土地整治、土地流转或耕地保护措施以减缓耕地细碎化的发展。 目前土地细碎化的研究大多是以实地调查数据统计分析法和调查数据与计量经济模型相结合的分析方法[19]；研究内容多集中在土地细碎化与农业生产率、粮食产量、农民收入以及技术生产率之间的关系上[5, 6, 18]；从尺度上看大部分集中在全球或村级尺度上，如提出全球土地细碎化指数GLFI(global land fragmentation index)[20]。国内外学者采用了GIS技术和景观格局指标[10, 21-26]定量分析土地的细碎化。现阶段土地流转和土地整治以乡镇为实施单元居多[27]，耕地细碎化定量评价及综合分级尚需要大量系统的研究。本研究选择第一农业大省、第一粮食生产大省的河南省为研究对象，选择粮食核心区主体范围内平原乡镇为研究区域，构建乡镇尺度的耕地细碎化评价体系，探索适合平原粮食核心区耕地细碎化定量评价，以期为促进土地综合整治、促进土地流转、稳定提高粮食综合生产能力等方面提供参考。

1 研究区域概况与数据处理

1.1 研究区域概况

商水县是河南省以粮食为主的农业大县。白寺镇位于商水县西南部，地理坐标为114°26′23.88″～114°32′15.65″E, 33°24′53.13″～33°32′15.84″N，西邻舒庄乡，北靠汤庄乡，东接姚集乡，南连上蔡县，距离商水县城13.4 km。

研究区域属暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.5 ℃，年降水量758.1 mm，无霜期223 d，年日照时数平均2 094.9 h，全年温度适宜，四季分明。地势平坦，西北高东南低，境内有商水三大河流之一的汾河支流由西向东横穿而过。土壤主要发育在非石灰性湖积物、冲积物和石灰性洪积物之上，主要有潮土和砂姜黑土两大土类，灰潮土、典型砂姜黑土和石灰性砂姜黑土3个亚类，底黏灰小两合土、灰两合土、灰淤土、黏覆砂姜黑土、浅位少量砂姜黑土、深位少量砂姜黑土、青黑土和粘盖石灰性砂姜黑土8个土种。土壤质地包括轻黏、轻壤、中壤和重壤4个类型。浅层地下水充足，影响水质的成分含量较低，很适合人畜饮水和农业灌溉。

商水县白寺镇2010年辖23个行政村，51个自然村，总人口43 280人，其中农业人口42 397人，城镇人口883人。白寺镇处于河南省粮食主产区范围内，农业占据着主导地位。辖区总面积6 227.62 hm2，其中耕地总面积为4 598.07 hm2，土地垦殖率为73.83%；种植制度主要为小麦-玉米一年两熟，耕地复种指数为1.8，小麦单产达7 844 kg·hm-2。其他农业用地为园地和林地，其中园地面积1.24 hm2，占土地总面积的0.02%；林地面积53.87 hm2，占土地总面积的0.87%。

1.2 数据处理

本研究数据主要有2009年商水县白寺镇土地利用现状变更数据库、白寺镇SPOT遥感影像、商水县2010年统计年鉴。在数据处理中以行政村作为调查和评价单元，利用遥感影像图以及土地利用现状变更数据库，提取耕地图斑、权属界线、沟渠与小路等小型线状地物，并根据颜色深浅、纹理走向等解译农户地块界线进行图斑的分割以及野外实地调查校核方法获取地块信息。

遥感影像解译中颜色深浅主要是由于土壤含水量、作物的长势不同导致，与不同的农户耕地管理行为有关，如浇水时间、播种时间、种子类型等；纹理走向主要与农户的种植或耕作方向有关；而沟渠与小路并不是通常认为的土地二次调查中的路与沟渠，这里一般指的是宽度小于2 m的地块间的小路、田埂与田间沟渠，其中小路、田埂一般呈现白色，而田间沟渠因为经常会有水，所以影像呈现黑色或者是非常暗的颜色。实际判读影像的时候需要将3者结合考虑，有的时候甚至会加上对农户其他种植行为的参考。将判读的地块界线，按照行政村进行实地调查校核，由当地人员先在解译的影像图上核查，对有疑问的地块，进行实地调查并在影像图和土地利用变更数据相应的位置进行图斑分割或合并。

白寺镇耕地地块在土地利用现状变更数据库中共有耕地789块，经数据处理及实地校核后为16 506块，地块数量是原来的20.92倍。产生耕地地块数量大幅增加的主要原因是土地利用变更数据库是按照明显线状地物和所有权权属界线土地利用类型进行分割，不考虑农户使用权，而本次地块的划分主要是考虑农户使用权地块，基于区域未来土地整理时地块的整理与合并，提高农业生产率等，在土地利用变更数据库的基础上划分各户地块。然后将处理好的地块数据在ArcGIS下转换为Fragstats景观分析软件所支持的Grid数据格式以便景观评价指标的计算。

2 耕地细碎化评价

在研究区域的遥感影像数据和土地二调现状数据库的基础上，进行内业判读和野外校核的方法划分出农户耕地地块后，借鉴国内外评价方法，构建耕地细碎化评价指标体系时，注意所选指标尽量反映产权分配制度、景观格局以及研究区域的社会经济状况，并采用层次分析法计算各指标权重，根据各指标现状值与理想值计算其标准化值，构建平原粮食生产核心区耕地细碎化定量评价体系，探索区域耕地细碎化程度。

2.1 评价指标体系

目前耕地细碎化指标的选取基本上分为2类独立的体系，1类是基于产权分配制度下的指标，如农户地块数、块均耕地面积等[1,4,11,14]；另1类是基于景观格局分析下的指标，如孙雁等[28]选取了地块面积、地块形状、土地利用程度等7个指标来评价；陈红宇等[29]选取了斑块面积指数、斑块分散指数和斑块形状指数对嘉兴市耕地细碎化进行了测算；国外学者有用地块数量、农场规模、平均地块规模、地块的空间分布、地块粒度分布以及地块形状特征等景观格局指标来衡量细碎化程度[22-24,30]。社会经济的发展对耕地细碎化也有着明显的影响。诸如经济发展水平、人口的增长、城镇的扩张，基础设施的修建以及农业人口数和农业人口的转移等都对耕地细碎化或多或少的产生影响[4,5,14,17]。

在结合国内外土地破碎化评价指标选择的基础上，遵循重要性、稳定性、差异性和数据可获取性的原则，将产权制度因素、景观因素及社会经济因素纳入评价体系中。构建了户均地块数(X1)、块均耕地面积(X2)、地块密度(X3)、景观形状指数(X4)、分离度(X5)、分维数(X6)、土地利用程度(X7)、潜在农业人口转移指数(X8)8个评价指标。

2.2 评价指标与获取

产权分配制度考虑选用户均地块数和块均耕地面积2个指标：户均地块数是基于遥感影像解译分析与实地校核后的地块数，块均耕地面积来反映农户经营地块面积的大小，二者反映现有产权分配制度下农户经营地块的分散程度，户均地块数越多，块均面积越小则说明农户经营的地块越分散，耕地越细碎化。

景观因素下的指标是从景观生态破碎化研究的角度来研究耕地的细碎化，将土地利用的农户地块作为景观分析的基本单元即斑块，考虑选取地块密度、景观形状指数、分离度、分维数4个景观格局指标衡量耕地细碎化程度。

社会经济因素下的指标选取土地利用程度和潜在农业人口转移指数2个指标：土地利用程度越高说明建设用地的比例越大，对耕地的布局及形状都产生负面影响，则耕地细碎化程度越高[31]；土地流转市场与农业劳动力转移有很大关系，城镇化进程中，潜在农业转移人口代表着未来农业人口转向城市人口或者是农业劳动力转移到二三产业的人口数量，潜在农业转移人口越多，则其耕地流转给其他农户的可能性越大，因此可以促进土地流转，缓解耕地细碎化程度。

将耕地细碎化定量评价作为目标层，将影响耕地细碎化的产权制度因素，景观因素，社会经济因素确定为准则层，将8个评价指标作为指标层，运用层次分析法(AHP，analytic hierarchy process)建立层次结构，邀请当地相关部门人员如土地、农业、政府以及村民代表和相关专家等对各层每2个指标之间的重要程度进行判断，构造多因子判断矩阵，对层次单排序和总排序的一致性进行检验，计算特征向量即为各指标权重，具体见表1。

表1 耕地细碎化评价指标体系与权重

评价指标的属性不同则其获取途径不同：如景观形状指数、分离度、分维数等景观指标可以通过地理信息软件和景观分析软件，结合实地调查，在土地利用变更数据库和遥感影像中提取相应的图斑与线状地物得到；户均地块数、块均耕地面积、土地利用程度、潜在农业人口转移指数则需要从土地利用数据库和相关年鉴与统计数据、实地调查中获取资料，然后根据计算公式得出。

2.3 评价指标标准化

由于各评价因子对耕地细碎化的作用方向效应不同，分为正向型和逆向型，正向表示随着指标数值的增大，耕地完整性增大而细碎化程度降低；逆向表示随着指标数值越大，耕地完整性减小而细碎化程度增高。为保证数据的合理和一致性，首先进行数据的去方向效应的标准化处理。将评价因子的状态分为现状值与理想值，建立现状值与理想值的关联函数，得各评价指标的标准化值为Si，现状值与理想值差距越大，其标准化值越小。

(1)

式中：Si为标准化值，xi为指标现状值，ti为指标理想值；当指标为正向型时，其现状值超出理想值时，标准化值为1，现状值小于理想值时按公式计算标准化值；当指标为逆向型时，其现状值小于理想值时，标准化值为1，现状值大于理想值时按公式计算标准化值。

2.4 评价指标理想值的确定

理想值的确定对于耕地细碎化评价来说非常重要，目前理想值的描述多见于开发区土地集约节约评价和建设用地碎化评价中[32-34]。本研究参考借鉴了农场或者是国内外平原土地整理区的最佳状态值。如目前生产力和土地制度下中国户均地块数的理论最优值应该为每户1块耕地[6,17,18]，因此户均地块数理想值为1；耕地地块面积与形状应满足农业机械化作业及灌溉排水的需求，河南省土地开发整理建设工程中规定土地平整和耕作田块建设要因地制宜，根据其所在的地形地貌类型不同，长度由60～600 m不等，宽度由20～300 m不等[35]。台湾地区的农地重划的规模为当前农村耕地规模提供了很好的借鉴，其最小耕作单元为坵块，其长度×宽度为100 m×30 m，或者是100 m×50 m，再大一点可以是150 m×50 m[36]，研究区域是以小农经营为主的平原耕地区，耕地地块的理想长度×宽度确定为100 m×50 m，块均耕地面积为0.5 hm2；景观评价指标主要根据耕地地块的数量、面积、形状、距离等计算出地块与相同面积的规整地块之间的偏离程度、空间分散程度和地块形状的复杂程度；而土地利用程度的理想值采用规范标准参照法进行确定，主要依据商水县以及白寺镇的土地利用总体规划[31,37]确定的各项用地指标进行测算，理想值为3.13。潜在农业人口转移指数的理想值需要结合当前我国农村的发展现状，采用先进经验法和发展趋势法来确定，为了保证该指标理想值的通用性，具体采用区域城市化率[37]的平均水平来表示，则潜在农业人口转移指数理想值为0.47。本研究是在当前平原地区以小农经营为主的耕作方式下评价耕地细碎化程度，因此在理想值的确定上与农场或者是国外土地整理区的最佳指标值上有所区别。各指标状态值计算结果见表2。

表2 白寺镇耕地细碎化评价指标状态值

2.5 耕地细碎化评价

耕地细碎化指数CLFI(cultivated land fragmentation index)，公式表达如下：

(2)

式中：Si为因子标准化值，Wi为各因子权重。耕地细碎化指数CLFI取值范围在0～1：CLFI为1时，符合平原粮食生产核心区目前生产力、土地制度状况下的理想状态；CLFI值越大，耕地细碎化程度越低，耕地趋于规整；CLFI值越小，则耕地细碎化程度越高，耕地趋于破碎化，需要采取一定措施进行土地整治，以利于耕地规模化经营。

3 结果与分析

3.1 耕地细碎化指数

根据商水县白寺镇土地二调数据库、遥感影像解译校核的农户耕地地块及土地利用总体规划等计算各评价指标现状值，对照评价指标理想值计算各指标的标准化值，并将各评价指标的标准化值与其权重加权求和，以此可计算乡镇和各行政村耕地细碎化指数。

商水县白寺镇耕地细碎化指数CLFI为0.769 9，各指标权值的分布中，户均地块数指标权值为0.188 9，块均耕地面积指标权值为0.168 9，地块密度指标权值为0.035 4，景观形状指数指标权值为0.060 5，分离度指标权值为0.059 7，分维数指标权值为0.038 1，土地利用程度指标权值为0.134 6，潜在农业人口转移指数指标权值为0.083 8，具体结果见表3。

结果显示，各行政村耕地细碎化指数CLFI范围在0.689 1～0.980 1，大部分分布在0.7～0.8，见图1。由图1可以看出，以乡镇政府所在地白寺村为中心，耕地细碎化指数CLFI向周围递增，耕地细碎化指数CLFI较低的区域都分布在白寺镇的中部，耕地趋于破碎；CLFI较高的区域分布在白寺镇的北部和南部，耕地趋于规整。白寺村作为白寺镇的镇政府所在地，社会经济较其他行政村要发展更快，同时其影响力也辐射到了周围的一些行政村，而经济的发展可能分割了耕地的完整性，对耕地规整性产生不利的影响，反映在耕地细碎化指数较低。

表3 乡镇耕地细碎化指数

图1 白寺镇各行政村耕地细碎化指数分布

3.2 耕地细碎化分级

根据计算结果，当CLFI为0.6时，其户均地块数为2.44，块均耕地面积约为0.178 hm2，而耕地对农业机械化要求平均地块面积大于0.2 hm2，因此，将CLFI为0.6作为耕地细碎化的一个低限，CLFI在0.6以上采用等距离分级，耕地细碎化程度划分5级，见表4。评价结果显示商水县白寺镇耕地细碎化指数CLFI为0.769 9，细碎化等级属于Ⅲ级，中度细碎化。

各行政村耕地细碎化指数CLFI范围在0.689 1～0.980 1，细碎化等级Ⅳ～Ⅰ级，属于重度细碎化～轻微细碎化；其中大部分行政村属于Ⅲ级，中度细碎化；以乡镇政府所在地白寺村为中心，耕地细碎化程度逐渐降低。

表4 耕地细碎化等级划分与描述

计算各指标权值在CLFI的比重可得到各指标对耕地细碎化指数的贡献率，由图2可以看出最大的为户均地块数，其次为块均耕地面积，然后是土地利用程度，对耕地细碎化贡献率最小的是地块密度和分维数，其次是景观形状指数和分维数。

产权制度下的户均地块数和块均耕地面积2项指标对耕地细碎化指数的贡献率达到46%，社会经济指标的贡献率也达到了28%，而景观分析指标的贡献率为26%。从指标的贡献率上看，产权制度方面的指标对区域耕地细碎化程度的高低起重要作用，社会经济和景观指数对耕地细碎化程度影响基本持平。虽然景观分析指标的权重要大于社会经济指标，但是由于社会经济指标标准化处理后的值都在0.9以上，而景观指标经过标准化处理后，景观形状指数和地块密度的值较低，最终导致景观指标的权值比重与社会经济指标持平。

图2 各指标对耕地细碎化指数的贡献率

为了进一步分析耕地细碎化程度，将各行政村评价指标的现状值与各行政村的耕地细碎化指数CLFI进行回归预测分析，结果显示户均地块数、地块密度、分离度与CLFI呈线性负相关关系，块均耕地面积与CLFI呈线性正相关关系，而景观形状指数、分维数、土地利用程度和潜在农业人口转移指数与CLFI的相关性较小。

图3 部分评价指标与耕地细碎化指数的相关关系

4 结论与讨论

本研究在利用遥感影像、土地利用数据库与实地调查基础上，选取平原粮食生产核心区中商水县白寺镇作为研究区域，在产权制度因素、景观因素及社会经济因素下选取了户均地块数、块均耕地面积、地块密度、景观形状指数、分离度、分维数、土地利用程度、潜在农业人口转移指数8个评价因子构建耕地细碎化评价指标体系，分别计算了乡镇及所辖各行政村耕地细碎化指数CLFI。

(1)商水县白寺镇耕地细碎化指数CLFI为0.769 9，细碎化等级属于Ⅲ级，中度细碎化；各行政村耕地细碎化指数CLFI范围在0.689 1～0.980 1，主要分布在0.7～0.8，细碎化等级多属于Ⅲ级，中度细碎化；耕地细碎化程度随着距离乡镇政府所在地白寺村的增加，耕地细碎化指数CLFI逐渐增高，耕地细碎化级别逐渐降低。

(2)产权制度下的户均地块数和块均耕地面积对白寺镇耕地细碎化程度的影响较大；户均地块数、地块密度和景观形状指数则在总体上限制了CLFI的提高，研究区域的耕地细碎化主要表现在户均地块数较多，地块密度偏大，地块面积偏小，耕地形状趋于复杂。

耕地细碎化受到各因子状态及权重的相互影响，产生耕地细碎化的原因主要有：白寺镇耕地的稀缺性和人口的不断增长，特别是随着农业人口的增长与转移，农户家庭内部的耕地分割，以及沟渠、道路对耕地的分割，导致了耕地细碎化不可避免的产生；而家庭联产承包责任制在实行中按照人口多少、耕地质量优劣、离家远近等平均分配要求以及区域经济的发展对土地的需求等，也加剧了耕地细碎化程度。此外，一些外部因素如所选取的研究区的尺度不同，可能对研究结果造成不同程度的影响。

降低区域耕地破碎化的主要措施主要有：合理控制人口数量；引导农业就业人口向二三产业转移，合理规划布局并严格执行规划，严禁非法占用耕地，积极推进土地整理和农村土地综合整治，改善耕地基础设施，积极推进农地流转，推进土地使用权结构，扶持可持续经营的家庭农场，鼓励农民地块交换或者加入农业合作社，以期减少耕地细碎化，扩大农业生产规模，提高农业生产效率与效益。

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(责任编辑：朱秀英)

Evaluation of cultivated land fragmentation in plain grain-production core region

LI Ling, ZHANG Shaokai, DONG Yangyang

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

This paper conducted research on quantitative fragmentation evaluation of cultivated land in plain grain-production core region, which located in Baisi town, Shangshui county, Henan province. TheCLFIevaluation system was probably convenient and effective to evaluate township-level of grain-production core region in plain, and provide scientific theory supporting for the regional land consolidation in future. The cultivated land fragmentation evaluation index system was constructed to quantitatively measure the fragmentation degree of cultivated land. This evaluation index system combined features with eight properties based on property rights, landscape and social economic element. These eight evaluation indicators were: the plot amount per household, the cultivated land area per block, plots density, landscape shape index, separation, fractal dimension, the degree of land use, and the transfer index of potential agricultural population. Based on interpretation image and field validation by means of the ArcGIS and Fragstats software to calculate indicators of the status quo value and determine the ideal value, combined with the adjusted AHP method to calculate the index weight, evaluate theCLFI(Cultivated land fragmentation index)preliminarily, and to divide fragmentation degree level grade of cultivated land. According to the requirements of arable land for agriculture mechanization and the research stage process result, theCLFI0.6 as the floor level of cultivated land fragmentation. Five fragmentation ranks were divided to express the fragmentation extents with isometric classification method above 0.6 in accordance withCLFIvalue, which were very severe fragmentation, severe fragmentation, moderate fragmentation, mild fragmentation and minor fragmentation. The result showed that theCLFIof town was 0.769 9, the fragmentation grade was Ⅲ, moderate fragmentation; and theCLFIrange of villages from 0.689 1 to 0.980 1, mainly distributed in 0.7 ～ 0.8, mostly belonging to grade Ⅲ, moderate fragmentation. The spatial distribution of villageCLFIreflected the index increased with the increase of the distance from the village to township government, and the degree of cultivated lands fragmentation was reduced, The causes of the research result were mainly included: the scarcity arable land and growing population, the division to arable land by ditches and road, and the implementation of the household contract responsibility system, etc. TheCLFIof Baisi town was 0.769 9. The plot amount per household and the cultivated land area per block had a high level effect on the degree of cultivated land fragmentation under the property system, and in general, the improvement ofCLFIwas limited by the plot amount per household, plots density and landscape shape index.

cultivated land fragmentation index; quantitative evaluation factor system; Henan; plain grain-production core region

2014-06-30

国家自然科学基金项目(41201209)；国家科技基础性工作专项项目(2008FY110600)；国土资源部公益性行业科研专项项目(201011016-5)

李 玲(1973-)，女，河南息县人，副教授，博士，主要从事土地资源管理、资源环境方面的研究。

1000-2340(2015)04-0524-09

F301.21

A