现代化农区耕地利用形态转型研究*

2018-04-16杜国明马敬盼

中国农业资源与区划 2018年3期

杜国明，马敬盼，春香

(东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030)

0 引言

转型是对我国当前时代背景的高度浓缩[1]。传统农业向现代化农业转型进程中，常常伴随着区域农业生产要素的重组和产业的重构[1-3]。耕地作为农业生产活动的空间载体，耕地利用变化是对农业发展阶段的一种反馈[4-6]，目前正处于由地块零散化向规模化、由区域混杂化向专业化、由功能单一化向多元化转型的关键时期[2， 7]。研究耕地利用转型是推进乡村转型，构建乡村生产、生活、生态空间的理论基础[6， 23]。转型过程中，耕地利用受国家、区域政策影响十分突出[8]。故开展耕地利用转型研究能更好地为区域耕地管理、土地整治和城乡规划提供理论支撑，为区域耕地资源优化配置提供科学依据。

土地利用转型是研究并认识土地利用/覆被变化的新途径、新方法[13-14]。最初由Grainger基于森林转型[9]假说提出，是指国家/区域土地利用形态或某一地类土地利用形态在时间序列上的变化过程，通常与社会经济发展阶段相对应[10-12]。土地利用形态从表现形式上分为空间与非空间两种[15]，其空间表现形式通过土地利用图呈现；从属性差异上分为显性形态与隐性形态[16]，其显性形态主要指土地利用类型所具有的数量结构与空间结构二重属性[17]。由于我国人—地关系的特殊性，耕地利用转型作为土地利用转型的核心内容，耕地利用转型研究在国内已受到高度重视[18-19]。目前，国内已有耕地利用转型研究主要涉及：从土地管理现实需求分析，耕地利用转型与土地整理目标具有一致性，使得开展土地整理工作能有效实现区域耕地转型[20]，而探究耕地转型阶段可为土地整理工作提供理论指导；从限于耕地利用转型过程的长期性，选取不同区域进行样带式横向对比分析是目前研究耕地利用转型的重要手段[21-22]。

黑龙江省垦区建三江管理局是建国后特别是改革开放后大规模开发建设的农业地区，现在已经成为我国农业现代化水平最高的区域。在较短的时间内，耕地利用形态经历了十分显著的变化[24-27]。文章以农场为研究单元，利用1976～2014年耕地利用遥感解译数据，对建三江垦区耕地利用形态转型进行分析，以期厘清现代化农区耕地利用形态转型的一般规律。

1 研究区概况

黑龙江省垦区建三江分局地处黑龙江省东部三江平原腹地，坐落于富锦、同江、抚远、饶河等市县，素有“小三江”之称。位于132°31′26″E～134°22′26″ E，46°49′47″N～48°12′58″ N，区域总面积为124万hm2，占黑龙江省垦区面积的22%。该区域地势西高东低，总趋势由西南向东北倾斜，海拔高度在60～620m之间，属中温带湿润、半湿润大陆性季风气候区，年平均气温约在2.3℃左右，有效积温在2 300～2 500 ℃之间。全年日照时数为2 260～2 449h，年平均降水量在550～600mm左右，无霜期为139～142d。建三江分局始建于1976年，到1988年形成了八五九、胜利、勤得利、大兴、青龙山、前进、创业、红卫、前哨、前锋、洪河、鸭绿河、二道河、浓江等15个大中型国营农场。进入21世纪以来，建三江垦区已形成了交通网络便利、农田水利基础设施完善的现代化农业生产基地。该区域利用累积增温条件，耕地面积持续增加、内部结构不断调整、粮食产量快速提升，成为了我国重要的粳稻主产区和商品粮基地[28-29]。截止2014年，区域总人口数为24.6万，农业生产总值高达212.61亿元。

2 数据来源与方法

耕地利用形态通过耕地数量、结构及空间布局在长时间序列下的变化呈现出来。耕地利用形态转型是指耕地利用由一种稳定形态向另一种稳定形态的演进，发生形态转变的时点为转型点，历经的形态变化时期称为耕地利用形态的转型期，而转型点所呈现出的状态则为典型形态。

2.1 数据源介绍

该文中的5期耕地利用数据源于建三江土地利用数据库。该土地利用数据库结合了1976年MSS影像， 1986年、1996年Landsat TM影像， 2006年中巴地球资源卫星二号星(CBERS-2)的CCD(charge coupled device)影像及2014年Landsat 8 OLI影像，分辨率分别为80m、30m、20m、15m。数据库制作中，首先对遥感数据进行影像融合、几何校正、图像增强等处理，将土地利用类型主要划分为耕地(旱地、水田)、林地、草地、水域、城乡建设用地及未利用地(沼泽地)六大类，采用逆时相人机交互目视判读、结合辅助数据、实地勘察等手段获取土地利用信息，从而形成1976年、1986年、1996年、2006年及2014年耕地利用现状分布图。采用高分辨遥感影像数据及实地踏勘， 2014年土地利用数据综合精度达95%以上。

2.2 研究方法

建三江垦区是以农业发展为核心的区域，区域社会形态、经济发展水平通常可在区域耕地利用形态变化上得以体现。该文以时序倒推的方式获取5期基于农场为单元的耕地利用数据，并运用耕地利用动态度、区域差异指数、景观指数计算得出研究区内耕地变化速率、耕地内部结构变化趋势、耕地景观格局。

(1)耕地利用动态度

对于比较耕地利用变化的区域差异和预测未来耕地利用变化趋势有积极作用。耕地利用动态度表达的是研究区在一定时间范围内其数量的变化情况[26-27]。

(1)

式(1)中，KT为研究期内耕地利用动态度；Ua为研究初期耕地的面积；Ub为研究末期耕地的面积；T为研究时间间隔，单位为年。

(2)耕地利用区域差异指数

基于耕地利用动态度，将研究区内各农场的耕地利用动态度与全区的耕地利用动态度相比较，用以分析研究区范围内耕地利用变化的区域差异与耕地变化的热点区域。

(2)

式(2)中，Ka，Kb分别表示研究期初期和末期的研究区内各农场的耕地面积；Ca，Cb分别表示研究期初期和末期整个研究区的耕地面积。若R>1，则表明该区域耕地利用的变化程度大于区域平均水平；反之亦然。

(3)耕地景观格局变化表征模型

利用Fragstats 3.4软件，采用标准法，选取景观类型水平上的景观指标：斑块个数(number of patches NP)、斑块密度(patch density PD)、最大斑块所占景观面积的比例(largest patch index LPI)和景观类型斑块面积指数(mean patch size MPS)4个指标，分别从耕地地块数量变化、耕地景观破碎度、旱地与水田的优势度、耕地类型平均斑块面积4个方面对耕地利用空间形态转型过程进一步加以定量描述[29-30]。

3 结果分析

3.1 耕地利用数量形态转型分析

3.1.1 耕地利用形态划分

图1 建三江垦区土地垦殖率变化

从研究区域的垦殖率变化规律来看(图1)，建三江垦区耕地利用形态可归纳为4种，即耕地散布态(1976年)、耕地密布态(1986年)、耕地连布态(2006年)和耕地满布态(2014年)。

近40年来，建三江垦区耕地面积由1976年的23.007 7万hm2增加到2014年的95.892 0万hm2，增加了72.884 4万hm2，平均每年增加1.868 8万hm2，动态度为8.34%，垦殖率由18.55%升至77.33%。其中， 1976～1986年，改革开放后建三江垦区耕地面积迅猛扩张，垦殖率快速增长到45.96%； 1986～2006年，受国家政策及生态环境影响，耕地数量稳中有增，垦殖率变化相对平缓；在2006～2014年期间，现代化农业全面发展建设阶段，建三江垦区农业种植结构大规模调整，耕地面积大幅度增长，垦殖率升至77.33%，其中以水田面积增加为主，面积占比随之显著提升。

图2 建三江垦区各时期耕地利用的空间格局

3.1.2 耕地利用形态转型过程分析

1976～1986年的10年间，耕地面积大幅度增加，由23.007 7万hm2增加到56.996 0万hm2，增加了33.988 3万hm2，其动态度为14.77%，区域垦殖率达到了45.96%。其中， 1986年旱地面积达到了54.983 2万hm2，是1976年旱地面积的2.39倍；同期，水田面积增加了2.012 8万hm2。在此时间段内，研究区处于大规模开垦期，耕地分布散乱，旱地是耕地的主要表现类型，其主要来源于对未利用地(沼泽地)、草地及林地的开垦，耕地利用形态由散布态向密布态转型，为旱地拓张期。

在1986～1996年间，建三江垦区内的耕地空间分布相对密集，且面积持续增长，共计增长了4 025hm2，但旱地面积略微减少，水田面积仍表现为净增长。结果表明，在此期间旱地的减少，主要因为五大造林工程及生态退耕政策的实施，大量的旱地转化为草地、林地，加之农业生产条件受限、涉农资金匮乏且水田种植成本较低，故大面积沼泽地逐步向水田转化，为水田萌发期。1996～2006年期间，耕地增幅较为明显，垦殖率由46.29%增加到57.99%，处于连片集中分布时期。主要因为国家政策对农业发展的扶植、农田水利基础设施日渐完善，大型农业机械的应用，使得建三江垦区垦殖速度明显提升，为水田拓张期。在此20年间，研究区垦殖率增加速度相对平缓，处于对水田的“零星”开发阶段，耕地利用形态由密布态向连布态转型。

2006～2014年的8年间，建三江垦区耕地面积仍持续增长，增幅达33.36%，共计增加了23.984 8万hm2，这一时期耕地利用形态表现为连布态向满布态的转型，为旱—水转换期。其中，旱地大规模减少，相反水田呈大幅度上涨趋势，共增加56.377 5万hm2，是水田种植得以全速发展阶段。主要因为建三江分局大面积实施旱田改水田的种植业结构调整政策，开始注重培养提升农业种植技术、加大对农业资金投入力度及对自然条件优越、交通网发达且人口密度大的区域的再开发。在8年内，沼泽地、林地及草地面积骤减，分别减少了14.073 2万hm2、6.970 2万hm2、3.653 4万hm2。其中沼泽地转化为水田面积达7.437 8万hm2，占比为52.85%；林地与草地转化为水田面积比分别为94.99%、93.67%。

由此可以看出，建三江垦区耕地主要来源于对生态用地的过度开发，且不同时期耕地利用规模随社会经济条件、社会发展需求的变化而有所变化。由5期4阶段的研究区耕地利用数量变化可看出耕地利用数量形态转型过程。其中， 1986年、2006年前后均发生了转折性变化。这一趋势性变化，不仅进一步夯实了建三江垦区粳稻主产区和商品粮种植基地的重要地位，也为水田由“破碎化”走向“聚集化”利用之路奠定了坚实的基础。

3.2 耕地利用形态转型中的结构变化分析

3.2.1 耕地利用结构形态转型过程分析

建三江垦区耕地类型可主要划分为旱地与水田。其中，旱地总面积由1976年的23.007 67万hm2缩减至2014年的18.318 951万hm2，净减少4.688 719万hm2，平均每年减少1 233.87hm2，动态度为-0.54%；区域水田面积占比一直呈现上升趋势，截止2014年，水田面积比为区域耕地总面积的80.90%。通过GIS统计分析可知，旱地减少量主要转化为水田、林地及城乡建设用地，水田比重的增加量除来源于旱地外，还源自未利用地(沼泽地)、草地以及林地。

表2 1976～2014年期间不同时期建三江垦区耕地利用类型结构变化

年份统计类型旱地水田耕地1976面积(万hm2)2300767000023007670比例(%)100—1986面积(万hm2)54983233201277356996006比例(%)96473531996面积(万hm2)53595364380318657398550比例(%)93376632006面积(万hm2)507116812119557271907253比例(%)705229482014面积(万hm2)183189517757307795892029比例(%)191080901976～1986变化总量(万hm2)31975563201277333988336年均变化量(万hm2)31975560201277动态度(%)1390—14771986～1996变化总量(万hm2)-138786917904130402545年均变化量(万hm2)-01387870179041动态度(%)-0258900071996～2006变化总量(万hm2)-28836831739238614508703年均变化量(万hm2)-02883681739239动态度(%)-05445732532006～2014变化总量(万hm2)-323927305637750523984776年均变化量(万hm2)-40490887047188动态度(%)-79833254171976～2014变化总量(万hm2)-46887197757307772884359年均变化量(万hm2)-01233872047188动态度(%)-054—834

3.2.2 耕地利用结构变化的区域差异

在1976～2014年的38年间，建三江垦区内各农场的耕地增加量按创业农场、红卫农场、青龙山农场、胜利农场、鸭绿河农场、浓江农场、大兴农场、二道河农场、勤得利农场、前哨农场、七星农场、洪河农场、前进农场、八五九农场、前锋农场的次序依次增加。耕地增加量相对较多的农场主要集中在研究区广布林草、沼泽的东北部，逐渐向黑龙江和乌苏里江等水源区靠近。

由图3可知， 2014年建三江垦区各农场耕地的组成结构中，水田面积占比最多达96.71%，最少也为60.81%，在耕地组成中占有绝对优势。相较于1976年水田所占比重，耕地组成结构发生了重大的变化。当地水田作物(粳稻)产量普遍高于旱地农作物(玉米、大豆、小麦)，收入更有保障、更稳定，农民种植意愿的不断增强。在全球气候变暖、积温线北移等自然因素的影响下，农业种植结构不断调整，水田面积得以迅速扩张。但由于各个农场的地形地貌、土壤等自然条件以及经济发展水平、交通区位等社会经济条件的差异，各个农场耕地结构变化呈现异速性和区域差异性。

图3 2014年建三江垦区各农场耕地利用结构

3.3 耕地利用形态转型中的景观变化分析

从耕地利用的景观格局变化来看(图4)，黑龙江省垦区建三江分局在38年间耕地斑块数目持续增长，主要源于耕地新增斑块的增加，以及斑块的破碎化，通过耕地斑块密度的变化趋势也可印证这一点。其中，旱地斑块数目增幅286.40%，景观破碎程度加深，水田斑块数目降幅11.19%，景观完整程度上升。1976～2006年期间，黑龙江省垦区建三江分局农作物种植结构经不断调整后，区域内水田面积、斑块个数与斑块密度大幅度加，平均斑块面积与最大斑块所占景观面积的比例稍有增长，说明水田种植优势性得以提升，但景观破碎度较高。在此期间，旱地斑块个数、斑块密度持续增长，而平均斑块面积与最大斑块所占景观面积的比例持续下降，说明旱地优势性明显减弱，但仍是区域内耕地的主要表现类型。2006～2014年间，旱地面积大幅度降低，斑块个数增幅明显，而水田面积迅猛增加，斑块个数降幅明显，最大斑块占景观面积比由0.37%猛增至72.73%，旱地与水田最大斑块面积比变为1： 37.09，水田优势性更加凸显，而旱地优势性几乎消失，说明在此阶段连通性呈现水田增加、旱地减少的情形，水田的空间分布呈现出高聚集度态势，旱地呈现零星点状镶嵌于黑龙江垦区建三江垦区内部。由此可见，研究区内耕地景观格局于2006年前后发生趋势性变化。

图4 建三江垦区耕地斑块类型水平上的景观格局指数

4 结论

依据建三江垦区开发史及耕地空间分布特征，耕地利用形态可划分4种典型形态：耕地散布态(1976 年)、耕地密布态(1986 年)、耕地连布态(2006年)、耕地满布态(2014年)。

(1)耕地散布态(1976年)时耕地以旱地为主，空间呈零散分布。1976～1986年为旱地拓张期，是耕地散布态向密布态转型的时期。区域垦殖率由18.55%猛增至45.96%，其中旱地占土地总面积比例由18.55%增加到44.34%。旱地景观集聚度升高，水田出现并零星镶嵌于研究区内部，旱地斑块密度大幅度降低，最大斑块所占景观面积比例由17.73%猛增至76.03%。

(2)耕地密布态(1986年)时耕地仍以旱地为主，空间呈密集分布。1986～1996年为水田萌发期，区域垦殖率由45.96%小幅增至46.29%，其中水田增加了1.790 4万hm2，占耕地比重由3.53%增加到6.63%。水田斑块个与斑块数密均有所增加，水田景观破碎度较高。1996～2006年为水田拓张期，区域垦殖率由46.29%升至57.99%，新增耕地以水田为主，水田占耕地比重增加到29.48%，动态度高达45.73%。耕地景观集聚度增高，水田种植优势性逐渐显露。

(3)耕地连布态(2006年)时耕地利用空间布局呈现出区域耕地连片的态势。2006～2014年为旱—水转换期，该时期垦殖率由57.99%增加到77.33%，水田面积占比由29.48%上升至80.90%，水田斑块个数急剧下降，最大斑块占景观面积比由0.37%猛增至72.73%，水田景观集聚度上升，旱地则呈零星镶嵌于研究区内部，此时水田占据绝对优势地位，是水田由“破碎化”转向“聚集化”的时期。

(4)耕地满布态(2014年)时耕地利用形态有趋于稳定的态势，空间分布呈现出高度集聚化。

(5)气候变暖、地貌适宜、经济效益是该区域耕地利用转型的重要原因，但地形地貌、土壤等自然条件以及发展水平、交通区位等社会经济条件的差异，使得耕地利用转型具有区域差异性。

黑龙江省垦区建三江分局作为三江平原核心区，在全球气候变暖和国家粮食安全战略背景下，其耕地利用形态随农业转型升级而不断转型，其本质是农业生产投入规模和强度的提升，具有一定的历史必然性。但垦区实行土地国家所有制，其耕地管理制度与实行集体土地所有制的广大农村具有显著差异[27]。因此，垦区耕地利用转型的过程及动力机制与农村区域存在差异。今后需要开展更多的比较研究，以完善耕地利用转型理论，为耕地资源利用与调控提供更多依据。

[1] 蔡运龙.中国农村转型与耕地保护机制.地理科学， 2001, 21(1): 1～6

[2] 宋伟. 1998～2007年中国耕地数量及其结构变化研究.经济地理， 2011, 31(10): 1698～1702

[3] 刘永强，龙花楼.黄淮海平原农区土地利用转型及其动力机制.地理学报， 2016, 71(4): 666～679

[4] 李裕瑞，刘彦随，龙花楼.黄淮海典型地区村域转型发展的特征与机理.地理学报， 2012, 67(6): 771～782

[5] 龙花楼. 区域土地利用转型与土地整理.地理科学进展， 2003, 22(2): 133～140

[6] 周杨武，柳杰.我国耕地集约利用水平地区差异研究——基于投影寻踪模型的面板数据分析.中国农业资源与区划， 2015, 36(1): 22～30

[7] 杜国明，刘彦随，于凤荣，等.耕地质量观的演变与再认识.农业工程学报， 2016, 32(14): 243～249

[8] 刘成武，李秀彬.1980年以来中国农地利用变化的区域差异.地理学报， 2006, 61(2): 139～145

[9] Mather A S.The forest transition.The Royal Geographical Society(with the Institute of British Geographers)， 1992, 24(4): 367～379

[10]陈志强，陈健飞，韦素琼.闽台耕地转型对比研究.吉林师范大学学报(自然科学版)， 2007, 5(3): 58～60

[11]龙花楼，李秀彬.区域土地利用转型分析——以长江沿线样带为例.自然资源学报， 2002, 17(2): 144～149

[12]龙花楼. 土地利用转型——土地利用/覆被变化综合研究的新途径.地理与地理信息科学， 2003, 19(1): 87～90