黑龙江省耕地后备资源宜耕性评价与空间分异特征研究

周浩，雷国平，路昌，张康康

（东北大学土地管理研究所，辽宁 沈阳 110004）

黑龙江省耕地后备资源宜耕性评价与空间分异特征研究

周浩，雷国平*，路昌，张康康

（东北大学土地管理研究所，辽宁 沈阳 110004）

耕地后备资源开发是补充耕地被建设占用的重要途径，为摸清黑龙江省耕地后备资源储量及分布特征，该文基于多源数据，从生态、立地、气候和区位4方面构建宜耕性评价指标体系，采用“限制因子”法对黑龙江省耕地后备资源进行评价，并分析各县（区）空间自相关格局特征。结果发现：黑龙江省耕地后备资源总量为110.55×104hm2，且以可开垦的其他草地、沼泽地、内陆滩涂和盐碱地为主，主要集中于大庆市、黑河市、绥化市和佳木斯市；耕地后备资源表现出显著的空间集聚性，高-高集聚区多分布于大庆市及周边县（区），低-低集聚县（区）基本为市区或者郊区，低-高集聚较为零散，不存在高-低集聚县（区）。不同后备资源来源用地的集聚特征差异大。黑龙江省今后耕地后备资源开发可重点关注大庆市及其周边地区。

耕地后备资源；宜耕性；评价；空间自相关；空间分布；黑龙江省

周浩， 雷国平， 路昌， 张康康. 黑龙江省耕地后备资源宜耕性评价与空间分异特征研究［J］. 农业现代化研究， 2016， 37（5）: 840-847.

Zhou H， Lei G P， Lu C， Zhang K K. Suitability assessment of arable land reserve and its spatial differentiation in Heilongjiang Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（5）: 840-847.

随着我国人口数量的不断增长和城镇化进程的加快，耕地被大量占用，“紧平衡”将成为我国粮食供求的长期态势。为了保障国家粮食安全，实现耕地的总量动态平衡，执行“占一补一”的耕地保护政策仍显重要［1-3］。而耕地后备资源开发是补充耕地被建设占用的重要途径，进行耕地后备资源的宜耕性评价是保障粮食持续性生产的重要方面［1］。黑龙江省作为我国重要的农业大省，其农业生产和粮食生产具有明显的优势［4］。黑龙江省耕地后备资源丰富，分布着全国26.98%的沼泽地［5］，是我国最主要的耕地补充来源省份，近年来，在全国耕地面积减少的背景下，其在国家粮食安全中的战略地位日益提升［6］。摸清黑龙江省不同限制条件下的耕地后备资源数量、类型及空间分布特征［7-9］，掌握新增耕地开发潜力［10］，对国家18亿亩耕地保护目标实现及国家粮食安全具有重要的现实意义。

国内政府及学者对耕地后备资源本底调查非常重视。政府层面上，2014年国土资源部组织开展新一轮的耕地后备资源调查与评价工作，主要包括可开垦土地及可复垦采矿用地等进行摸底调查、补充开展二调中“不稳定耕地”调查和新增耕地的调查与评价三个方面进行开展。近年来，国内学者对后备资源的开发利用、实现占补平衡、开发时序等方面做了一系列工作［2，3，11-14］，如肖林林等［2］从自然适宜和生态安全角度提取和评价了江南四省（湖南、江西、浙江和福建）耕地后备资源；高星等［3］从县域耕地占补平衡角度构建了数量与质量并重的耕地后备资源补充能力测算方法，对湖南省阮江市规划期内耕地占补平衡的能力进行了分析；严长青等［11］以投入产出为基础，通过构建耕地后备资源开发时序模型研究江苏省耕地后备资源的建设开发时序。然而，耕地后备资源作为一种地理实体，其在空间上必然存在一定的分布规律，以往研究仅多单纯从数量的空间分布进行体现，但“Tobler”地理学“第一定律”认为，任何事物之间都是相互联系的，而离的较近的事物总比离的较远的事物联系度高［15-16］，该定律决定了耕地后备资源空间自相关存在的客观性。耕地后备资源作为耕地的补充来源用地，对其实际的开发利用往往具有区域的集聚性，通过测度耕地后备资源的空间相关分异特征，可为其合理开发利用提供新视角。

因此，本文利用多源数据，在对黑龙江省现有耕地后备资源宜耕性评价的基础上，分析现有耕地后备资源储量，并采用地统计学中的空间自相关性分析方法，对耕地后备资源进行空间关联描述性研究，揭示耕地后备资源集聚性分布特征，以期指导黑龙江省耕地后备资源的有序合理开发与利用。

1　研究区概况

黑龙江省地理坐标为121°11′-135°05′E，43°26′-53°33′N，所辖哈尔滨等12个地级市和1个地区（大兴安岭地区），面积约47.3×104hm2。属温带大陆性季风气候，60%-70%的年降水量集中在农作物生长期，太阳辐射资源比较丰富，雨热条件可满足一熟制农作物需要。境内山地、丘陵和平原相间分布，海拔高度介于50-250 m之间，有利于农业生产用地的集约分布和专业化利用。耕地资源丰富，耕地总量居全国首位，人均耕地面积约为全国平均水平的4倍，后备耕地资源约占全国的20%。土壤比较肥沃，黑土等优质土壤占耕地总量的67.5%。优越的自然条件奠定了黑龙江省成为中国大粮仓的重要地位。

2　研究方法

2.1耕地后备资源宜耕性评价

2.1.1评价原则 耕地后备资源是指在当前的技术条件下，能够通过开发、复垦等措施改变成为耕地的未利用地和毁损废弃地等，耕地后备资源作为耕地的补充来源用地，可通过可开垦土地和可复垦采矿用地的宜耕性评价实现。以反映土地质量的全面性、代表性和评价因子的稳定性、区域差异性和资料的可获取性为基本评价原则，进行耕地后备资源宜耕性评价。

2.1.2评价指标选取 耕地开发需综合考虑生态、立地、气候和区位4方面因素综合影响，生态条件主要体现在对生态保护区的保护上，对生态保护区内耕地开发将导致土地退化和地质灾害。生态保护区主要包括风景旅游区、生态环境安全控制区和自然文化遗产保护区，同时部分面积较大（≥100 hm2）的滩涂用地应同时划为保护区；立地条件主要反映在土壤、田间排水状况和地形条件上，具体可表现为土壤污染状况、土层厚度、母质条件、盐渍化程度、土壤质地和土壤pH值的综合影响作用；水资源和温度条件常被认为是北方农业最主要的环境限制性因子，选取降水量和积温2个影响因素予以体现；区位条件反映耕作的实现程度，可借助耕作便利度进行体现。各评价指标数据主要来源于土地利用总体规划、农用地分等定级数据、第二次土地利用调查数据、土壤资料等，具体指标对应数据来源见表1。

2.1.3宜耕性评价 宜耕性评价中，评价单元确定为图斑，但评价图斑属性需保持相对一致，若图斑中某一指标评价结果不同，则需要进一步细分图斑，不满足上图要求的图斑可综合到相邻的评价单元中，若周边无可合并的图斑，则可将其删除。其次，根据形成的评价单元，采取“限制性因子”评价法，对评价单元进行评价。评价单元参评指标中，有任何指标项不符合宜耕条件的，划分为不宜耕，其余为耕地后备资源。

综合考虑黑龙江省土地利用实际情况，确定后备资源来源用地评价对象为：其他草地、内陆滩涂、盐碱地、沼泽地、沙地、裸地、采矿用地和历史遗留采矿用地8种类型。调查评价时间点为2015年，调查对象底图评价完成后，将不宜耕作地块和耕地后备资源与实际影像进行对比，并组织土地、农业等部门有关专家对评价成果进行确认，确保耕地后备资源调查评价结果与实际相符。

表1　黑龙江省耕地后备资源提取标准Table 1　Assessment standard for arable land reserves in Heilongjiang

2.2空间关联描述分析

2.2.1全局空间自相关 全局空间自相关是用来描述整个研究区域的空间分布模式和度量属性值在整个区域的分布态势，常用全局空间自相关统计量Moran’s I指数，其值域范围为-1≤I≤1，指数为正则表示空间正相关，指数为负表示空间负相关，等于零为空间不相关，其值越大，表示观测值在空间分布上的关联性越大，集聚性越强。

Moran’s I指数需进行显著性检验，一般采用Z值进行检验，当Z〈-1.96或Z〉1.96时，P〈0.05，即置信度大于95%。

2.2.2局部空间自相关 在进行空间自相关分析中，全局Moran’s I指数作为一种总体统计指标，只能显示某一区域与周边区域空间差异的平均程度，在一定程度上掩盖了区域的局部空间特征，不能全面反映后备资源的空间关系。空间关联局域指标（local indicators of spatial association，LISA）用来衡量观测单元属性值与周边单元属性值的相近（正相关）或差异（负相关）程度，其结果可采用地图可视化手段来表达。LISA指数被定义为：

一般来讲，其值大于0则表示该区域单元周围相似值（高值或低值）在空间上的集聚，小于0则表示非相似值在空间上的集聚。

3　结果与分析

3.1耕地后备资源储量

图1　黑龙江省耕地后备资源空间数量分布特征Fig. 1　Spatial and quantitative distributions of arable land reserves in Heilongjiang

黑龙江省122个县（区）中耕地后备资源评价来源用地面积共339.62×104hm2，其中可开垦的耕地后备资源总量为110.55×104hm2。各县（区）耕地后备资源面积差异非常大（图1）。位于松嫩平原区西南部的杜蒙县后备资源面积达到最高的9.01×104hm2，其次为肇源县，面积6.36×104hm2。部分县（区）后备资源数量非常少，如大兴安岭地区的漠河县、松嫩平原区的青冈县以及部分地级市的市区。黑龙江省县（区）耕地后备资源分布表现较强的区域性，西南部为耕地后备资源分布热点区，该地区后备资源多且集中，呼玛县以南、北安县以北的纬度较高的县（区）耕地后备资源面积整体偏大，但分布较为零散。三江平原地区耕地开发程度高，部分县（区）可开垦的未利用地已基本开发殆尽，评价结果显示该地区仅密山市和抚远县拥有较为丰富的耕地后备资源，其他县（区）数量较少。

表2反映了13个地区（包括12个地级市和1个大兴安岭地区）后备资源来源用地及其可开垦状况，可以发现，黑龙江省各地区间耕地后备资源数量和后备资源的来源用地可开垦比例差异较大，主要体现在：大庆市、黑河市、绥化市和佳木斯市为黑龙江省耕地后备资源主要集中区域，四者占后备资源总量的67.48%，其中，大庆市盐碱地、裸地等未利用地资源丰富，地势较为平坦，开发条件相对优越，耕地后备资源数量达到最高的26.59×104hm2，占全省的24.07%，七台河市未利用地非常少，耕地后备资源面积仅2.04×104hm2，占比0.66%。可开发程度上，尽管伊春市后备资源来源用地面积较小，为8.29×104hm2，但其立地条件优越，可开发程度高，达到83.30%。绥化市可开垦比例仅次于伊春市，为64.18%。黑河市和大兴安岭地区纬度较高，粮食作物种植条件较差，土地开发活动较为滞后，尽管该地区后备资源来源用地面积大，分别达到了73.00×104hm2和59.06×104hm2，但其可开垦比例仅为25.62%和4.54%。

耕地后备资源结构上，黑龙江省以可开垦的其他草地、沼泽地、内陆滩涂和盐碱地为主，其中可开垦的其他草地面积达到43.98×104hm2，为最主要的耕地后备资源类型，其次为可开垦的沼泽用地，其面积为23.44×104hm2，可开垦的内陆滩涂和盐碱地面积分别为19.46×104hm2和18.54×104hm2。分布类型结构上（图2），以后备资源数量主要分布地区为例：大庆市后备资源以盐碱地和草地为主，二者占到该市后备资源总量的77.20%，其他草地和采矿用地面积相当，分别只占到了10.66%和8.78%，其余类型用地面积则非常小；黑河市其他草地后备资源占到58.18%，其次是沼泽地（27.97%），内陆滩涂占比为11.34%；其他草地和盐碱地是绥化市耕地后备资源主要构成部分：其他草地占到了绥化市后备资源总量的58.76%，其次是盐碱地，占到29.04%，其余用地类型面积之和仅12.20%；佳木斯市耕地后备资源结构以其他草地和内陆滩涂为主，其面积比例依次为53.93%和29.79%。

表2　黑龙江省13个地市耕地后备资源数量统计Table 2　Statistics of arable land reserve for 13 cities/ counties/districts in Heilongjiang Province

3.2耕地后备资源空间分布特征

图2　黑龙江省各地市耕地后备资源构成情况Fig. 2　Composition of arable land reserves for 13 cities/counties/districts in Heilongjiang Province

3.2.1全局空间自相关 以县（区）为单元，将耕地后备资源面积及各构成部分（其他草地、内陆滩涂、盐碱地、沼泽地、沙地、裸地、采矿用地和历史遗留采矿用地）作为观测变量，选用基于邻接的“Queen”规则，计算Moran’s I估计值。考虑到各县（区）面积大小差异，其暗含的稳定性假设可能被比率的内在方差不稳定性所推翻，方差的不稳定性可能导致Moran’s I的错误推断，为了纠正，本文采用经验贝叶斯标准化方法对耕地后备资源及各构成部分面积进行标准化处理，利用标准化后的数据进行全局空间自相关分析，并验证其全局空间自相关的显著性程度（表3）。

表3　全局空间自相关分析显著性检验表Table 3　Significance test for Moran’s I of arable land reserves

从表3可知：黑龙江省耕地后备资源Moran’s I值为0.240，p值为0.001，因此可以拒绝零假设，即黑龙江省耕地后备资源表现出极显著的空间集聚性，县（区）之间存在非常显著的空间正相关关系，后备资源多（少）的县（区）周边县（区）的后备资源数量也多（少）。耕地后备资源各单一构成类型上，其他草地、盐碱地、沼泽地、沙地、裸地和采矿用地都存在正效应的空间相关性，且其他草地和盐碱地的正相关效应高于沼泽地、沙地和裸地的正相关效应，这说明黑龙江省耕地后备资源构成中尤以其他草地和盐碱地集聚性最好。内陆滩涂和历史遗留采矿用地均未通过一致性检验，不存在正或负效应的空间相关性，表明二者空间分布较为随机，格局特征不明显。

3.2.2局部空间自相关特征 全局Moran’s I指数表明了黑龙江各县（区）耕地后备资源存在显著的空间自相关性，除内陆滩涂和历史遗留采矿用地外，单一构成后备资源类型也表现出显著的县（区）集聚性。为进一步解释县（区）与邻近县（区）的相近（正相关）和相异（负相关）及其可信度大小，本文采用GeoDA软件，分别计算耕地后备资源及其构成的单一地类Local Moran’s I指数，绘制对应的LISA集聚图，并最终运用ArcGIS软件绘制成图（图3）。

在综合耕地后备资源集聚性上，高-高集聚区大部分为大庆市及周边范围内的县（区），如泰来县、林甸县、杜蒙县、肇源县、大同区等，反映该地区耕地后备资源分布极为集中，为黑龙江省耕地后备资源分布的热点区域，同时，双鸭山市内的饶河县和黑河市内的孙吴县也表现为高-高集聚，周边县（区）后备资源丰富，未来黑龙江省耕地后备资源开发可重点围绕该地区开展；低-低集聚县（区）基本上为市区或者郊区，如哈尔滨市的香坊区和道外区、鸡西市的滴道区和梨树区、伊春市的羌溪区等，该地区土地利用开发程度高，未利用地资源较少，耕地后备资源极其匮乏，实施占补平衡条件差；呼玛县、克东县、肇州县以及齐齐哈尔市的铁锋区和大庆市的龙凤区表现为低-高集聚，反映了该县（区）耕地后备资源较少，而周边县（区）多；黑龙江省耕地后备资源不存在集聚特性为高-低的县（区），即域内耕地后备资源丰富而周边较为匮乏。

耕地后备资源来源的单一构成类型上，其他草地主要表现为高-高和低-高的集聚特性，其中高-高集聚主要集中于黑河市（孙吴县、逊克县、五大连池市和北安市）以及三江平原地区的饶河县和同江县，该地区及周边县（区）的其他草地资源丰富，而其他集聚特性（如低-低和低-高）的县（区）分布零散；盐碱地的集聚特性主要表现为高-高，多集中于大庆市及其周边县域（泰来县、肇东县和安达县）；沼泽地和采矿用地相同集聚特性的县（区）分布较为随机，农业种植是黑龙江省主要的产业经济来源，近几十年来的耕地开垦导致沼泽地退化严重，但由于开垦程度的区域差异和地区原有沼泽分布面积差异，导致目前可开垦的沼泽地分布少且不规律。各县（区）中仅大庆市的让胡路区和萨尔图区表现为高-高集聚，肇东市、双城市、密山市、伊春市的南岔区和齐齐哈尔的富拉尔基区均表现为低-低集聚，林甸县、大庆市的龙凤区和红岗区表现为低-高集聚；杜蒙县和肇源县易受风蚀影响，土地荒漠化现象严重，沙地上表现为高-高集聚，但其周边的如泰来县、肇州县、肇东市和大同区等县（区）表现为低-高的集聚特性。裸地上，大兴安岭周边的呼玛县、爱辉区和嫩江县表现为高-高集聚，其附近县（区）（漠河县、孙吴县、逊克县、讷河市和北安市）主要表现为低-高集聚；内陆滩涂和历史遗留采矿用地未通过Moran’s I指数检验，集聚性特征不显著。未来黑龙江省可依据不同的耕地后备资源空间分异格局进行有侧重性和针对性的耕地后备资源开发活动。

图3　黑龙江省各县（区）耕地后备资源集聚图（LISA）Fig. 3　Local spatial autocorrelation of arable land reserves of each city/county/district in Heilongjiang Province

4　结论

1）黑龙江现有耕地后备资源110.55×104hm2，主要集中于松嫩平原西南部，高纬度县（区）后备资源面积整体偏大；后备资源结构上，以可开垦的其他草地、沼泽地、内陆滩涂和盐碱地为主，其中大庆市盐碱地和草地占其后备资源总量的77.20%。

2）黑龙江耕地后备资源表现出极显著的空间集聚性，县（区）之间存在非常显著的空间正相关关系。单一构成类型上，以其他草地和盐碱地集聚性最好，内陆滩涂和历史遗留采矿用地空间分布较为随机，格局特征不明显。

3）综合集聚性上，高-高集聚多为大庆市及周边县（区），低-低集聚基本以市区或近郊为主，呼玛县、克东县、肇州县、铁锋区和龙凤区表现低-高集聚，不存在集聚特征为高-低的县（区）；单一构成类型上，其他草地主要表现高-高和低-高特征，盐碱地主要为高-高，多集中于大庆市及周边县（区），沼泽地和采矿用地集聚分布较为随机。杜蒙县和肇源县的沙地表现高-高特征，其周边县（区）主要表现低-高特征。裸地主要集中于呼玛县、爱辉区和嫩江县，表现高-高特征，其附近县（区）主要为低-高。耕地后备资源开发需有侧重有序的进行开发，未来可重点关注大庆市及其周边地区。

5　讨论

黑龙江省由于其特有的作物种植气候条件、农业基础设施条件和产业结构定位，与南方省份相比，其在国家粮食战略中的地位更显重要，特别是近些年来，在全国各省耕地数量普遍下降的背景下，黑龙江省耕地面积不降反升［4］，除地方耕地数量统计口径类型不一致原因外（如将河滩不稳定耕地归为耕地），该地区相对较为丰富的耕地后备资源是保障耕地“占补平衡”政策较好执行的重要条件。但随着近年来资源本底、开发利用状况和社会经济发展模式都发生了显著的变化，及时准确摸清黑龙江省最新耕地后备资源数量及空间分布情况显得尤为必要。

本文从生态、立地、气候和区位4方面构建黑龙江省宜耕性评价指标体系，通过对评价图斑的筛选处理确定评价单元，采用“限制性因子”法，对耕地后备资源的宜耕性进行评价，最终通过实际影像的比对处理和调查以提高评价结果的准确性，并借助地统计学中的空间自相关分析，对黑龙江省的耕地后备资源格局空间分异特征进行研究，可确定未来黑龙江省耕地后备资源的重点开发区域。研究成果可为黑龙江省耕地后备资源开发提供依据。

耕地后备资源的开发在保证了粮食产量的不断增长、满足不断增加的人口以及不断发展的经济所产生巨大需求方面具有重要意义［5］。耕地后备资源开发是补充耕地被建设占用的重要途径，尽管土地利用总体规划明确了耕地保有量指标，但并未将耕地后备资源开发利用规划纳入其中，并且在其补充耕地能力上长期存在偏主观、重数量等情况，造成“占多补少”，“占优补劣”等问题［3］，后续可从评价耕地后备资源的耕地补充能力角度出发研究，为耕地“占补平衡”的科学开展提供借鉴。

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（责任编辑：王育花）

Suitability assessment of arable land reserve and its spatial differentiation in Heilongjiang Province

ZHOU Hao， LEI Guo-ping， LU Chang， ZHANG Kang-kang
（Land Management Institute， Northeastern University， Shenyang， Liaoning 110004， China）

The development of arable land reserves is an important way to alleviate the land overtaken problem by construction. In order to find out the distribution characteristics of arable land reserves in Heilongjiang Province，this paper applied the multi-source data to construct a suitability assessment index system from the perspective of ecological conditions， site conditions， climate conditions， and locations， to evaluate the suitability of arable land reserves in Heilongjiang Province. Results show that the amount of arable land reserves in Heilongjiang Province is 110.55×104hectares， and arable land reserves are dominated by other grasslands， marshes， beaches， and saline land， and mainly concentrated in Daqing， Heihe， Suihua and Jiamusi. Arable land reserves showed significant spatial clustering characteristics. Daqing and its surrounding counties or districts showed the high-high type of aggregation and urban or suburban areas show the low-low type of aggregation. While the low-high type of aggregation is more fragmented and there is no high-low type of aggregation in Heilongjiang Province. Aggregation characteristics of arable land reserves showed obvious homogeneity. In the future， the Government should focus on Daqing City and its surrounding areas to develop arable land reserves in Heilongjiang Province.

arable land reserves； cultivation suitability； assessment； spatial autocorrelation； spatial distribution；Heilongjiang Province

Land Resources Scientific Research Project of Heilongjiang.

LEI Guo-ping， E-mail: guopinglei@126.com.

13 April， 2016；Accepted 22 June， 2016

F301； P964

A

1000-0275（2016）05-0840-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0089

黑龙江省国土资源科研项目（黑国土科研201414）。

周浩（1990-），男，安徽安庆人，博士研究生，主要从事土地资源利用方面的研究，E-mail: zhouhao7404@163.com；通讯作者：雷国平（1963-），男，黑龙江青冈人，教授，博士生导师，主要从事土地利用与规划方面的研究，E-mail: guopinglei@126.com。

2016-04-13，接受日期：2016-06-22