基于格网的巢湖流域土地整治项目时空特征分析

肖 武，吕雪娇，王仕菊，陈佳乐，王启元

［1.中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所，北京100083;2.浙江大学公共管理学院，浙江杭州310058;3.安徽省土地开发复垦整理中心，安徽合肥230093］

土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础，但是随着我国现代化、城镇化、工业化进程的不断加快，人地矛盾日益突出，大面积的耕地资源遭到损毁和压占，严重威胁着国家粮食安全［1］。土地整治是解决这一问题的重要抓手［2－4］。自1998年实施土地整治以来，土地整治从最开始的增数量到重质量［5－6］，近年来，众多学者开始对考虑生态景观的土地整治理论［7－9］、技术［10－11］、规划［12－13］与 实施［14－15］展开了 研究。土地整治目标由单一的补充耕地延伸为协调耕地保护、城乡经济发展与乡村景观生态维护三者之间的关系［16］。可见，土地整治的重点、重心、内涵与战略都在逐步发生改变，通过对已有土地整治项目的空间分异与格局进行研究，系统总结已实施的土地整治项目在项目投资数量、建设规模、新增耕地数量、建设规模等方面的时空差异，特别是剖析土地整治项目的时空特点与地形地貌等自然地理因素的相关性与规律，对土地整治项目布局选址与投资调整以及战略修正具有很好的现实意义。国内学者近几年来从不同的空间尺度对土地整治投资项目数量、效益、新增耕地潜力等方面都有研究，但研究内容有所差异。杨绪红等从全国范围基于县域尺度分析了土地整治项目空间特征［17］、新增耕地空间差异［18］和新增耕地来源结构［19］;危小建等以湖北省土地整治项目为例，从县域角度分别对土地整治的空间格局［20］、新增耕地时空特征及影响因素［21］进行了分析。王千等分析了河北省的县域土地整治项目特征，探讨了土地整治项目与地形地貌、人均耕地等7个因子的相关性与耦合关系［22］。不难看出，2010—2015年对已经开展的土地整治项目空间格局分析与总结成为研究的热点，学者们希望通过对已有项目的时空特点及内在特征进行分析，为后续的土地整治政策与规划调整提供借鉴。从研究方法上看，大多借助地理信息系统(GIS)的空间分析功能与GeoDA等地统计软件空间自相关模型［23］、重心模型定量进行分析;从研究的尺度上看，基本以县域为单元进行。由于在国家、省、项目区等不同研究尺度上，投资规模、项目设置、新增耕地率存在较大差异，即便是对于同一县域来说，由于其地形起伏、经济发达程度、耕地分布、交通水系等的特点千差万别，导致土地整治项目的设置与布局存在很大的空间特点，基于县域单元尺度进行土地整治项目的时空分析难以从微观上真正反映其内在特征与联系。此外，仅仅以县域为尺度进行分析忽略了所在区域的自然地理特点，如大流域、山脉等。因此，有必要基于更小的评价尺度并考虑区域自然地理分区建立科学的方法与粒度水平对土地整治项目的时空分布与内在特征进行分析，这将有利于弥补相关理论研究的不足，为土地整治决策提供科学依据。

本研究以巢湖流域14个县为研究区范围，以2000—2013年该区域实施的土地整治项目台账数据为基础，将所有土地整治点项目进行空间坐标配准，并建立2 km×2 km的格网单元，分析其项目数、建设规模、投资规模、新增耕地、单位面积投资的空间分布特点，从微观尺度上揭示土地整治项目的内在特征，以期为确定土地整治战略分区和合理布局土地整治项目提供依据。

1 研究区概况

巢湖流域地处我国安徽省中部地区，地理坐标介于116°24'30″～118°0'0″E、30°58'40″～ 32°6'0″N 之间，辖 14 个县(市、区)。巢湖是我国第五大淡水湖，居于巢湖流域的中部，涉及巢湖县、庐江县、肥东县、肥西县和合肥市4县1市范围，面积为800 km2，四周有银屏山、冶父山、大别山等低山丘陵环绕，地势西高东低、中间低洼平坦。巢湖区域气候温和湿润，属于亚热带和暖温带过渡性的副热带季风区，年平均气温为15～16℃，年平均降水量为1 100 mm，夏季降雨量居多，冬季降雨量较少。2000—2013年，安徽省积极开展各类土地整治(含开发、整理、复垦)项目3 940个，总投资规模为222 506.45万元，建设总规模为85 465.31 hm2，新增耕地面积为20 903.49 hm2，巢湖流域的土地整治项目取得了巨大进步，研究区2000—2013年土地整治项目的空间分布与地形地貌见图1。

2 基于格网表达的巢湖流域土地整治项目时空特征分析

2.1 土地整治项目格网化空间分布特征

格网数据又称网格数据，是指计算机中以栅格结构存贮的内部数据，被广泛应用于地形、陆面水文模型、人口、土地复垦模拟等方面的数据表达与模拟分析。格网表达中最为关键的是格网尺寸的确定，尺寸过大则无法获取足够的信息，过小会使数据冗余，同时给可视化带来一定的障碍。笔者在综合已有研究的基础上，根据研究区范围选择1、2、5 km格网分别进行试验(表1)，5 km格网土地整治项目覆盖整个项目区的77.32%，但1个格网中含有的项目数最多达到25个，会造成单个格网中所统计的土地整治面积远远大于格网面积，导致统计数据失真;1 km格网中单位格网含有的整治项目最多为7个，说明项目在各个格网中分布比较均匀，但无数据格网占比为84.17%，无法客观真实地反映土地整治项目的空间分布程度;2 km格网土地整治项目覆盖整个研究区50%以上的面积，且单位格网中含有的项目数最多为10个，分布较均匀，因此，本研究最终决定采用空间尺度为2 km的格网作为研究单元。研究区范围内共涉及格网5 267个，每个格网面积为4 km2。本研究利用GIS的区域统计功能，分别统计每个格网内2000—2013年的土地整治项目数、建设规模、投资规模、新增耕地、单位面积投资5个指标，并进行分级与可视化表达，土地整治空间格局见图2，不同指标的含义及计算方法见表2。

表1 3种空间格网尺度的对比

通过分析5 267个格网，可以看出有数据的格网为2 318个，占总体的43%，即土地整治项目涵盖了巢湖流域近50%的面积范围。从整体上看，5个指标所占的格网的密度与高值范围大多位于巢湖的西北(XB)、正北(ZB)和正南部(ZN)。可以看出XB与ZB区以合肥市为中心向外扩散，从行政区划上看，格网涵盖了肥西县、长丰县、肥东县的大部分区域。ZN区主要位于巢湖南部的地势相对平坦区域，从行政区划上看格网涵盖了无为县大部分与庐江县东部(白湖农场所在区域)。项目数最大为10个，最小为1个，平均为2个，说明巢湖流域的土地整治项目在空间分布上具有不均衡性。建设规模最大为3 772.119 hm2，是2 km格网400 hm2面积的近10倍，通过分析发现，该格网内土地整治项目仅有1个，为安徽省的土地整治重大项目，而建设规模最小为0.148 hm2，占2 km格网的3.7%，平均为36.894 hm2，占2 km格网的9.2%，从图2可以看出，建设规模较大的格网即土地整治重大工程分布比较零散，说明此类项目分布较为均衡。投资规模最大为4 461.24万元，最小为0.91万元，平均为96.19万元。新增耕地与项目数存在一定的相关性，最大为118.162 hm2，最小为0.046 hm2，平均为9.07 hm2。单位面积投资额最高为20 128.36元，最低为18.377 元，平均为 3 423.76 元(表3)。

表2 土地整治项目空间特征指标含义

表3 土地整治项目指标空间特征

2.2 土地整治项目新增耕地数量来源及分布特征

巢湖流域土地整治新增耕地来源见图3。巢湖流域2000—2013年新增耕地面积为 20 903.49 hm2，全部来源于土地整理、土地复垦和土地开发，三者所占比例分别为23%、44%、33%(图3－B)。

从图3中可以看出，2000年土地整治刚开始是以土地整理和土地复垦为主，之后土地整理所占比例呈下降趋势，整治的重点集中在土地复垦和土地开发上，至2005年，土地开发和土地复垦所占比例达98%，而土地整理仅占2%，因为2000—2005年期间，土地整治工作刚刚起步，由于国家层面土地整治相关规章制度的编制、出台以及政策的宣传鼓励，巢湖流域土地整治处于兴起阶段，主要目的是补充耕地。从2006年开始新增耕地大规模增加，至2010年达到顶峰，且长丰县、肥东县、肥西县、无为县为整治项目主要施展区域，2011年新增耕地又有所回落，主要是因为土地整治不再单独以补充耕地为指标，开始以与城乡建设用地增减挂钩、整村推进为模式，基本实现占补平衡，使城镇化、工业化发展的用地需求压力得到缓解。2011年开始，国家开始发展建设高标准基本农田，巢湖流域的土地整治策略也有所改变，新增耕地规模开始下降。

2.3 土地整治项目的时间分布特征与空间平衡性

通过基于格网表达的巢湖流域土地整治项目空间分析，可以看出巢湖流域土地整治项目存在空间差异性。标准差指数(S)和变异系数(CV)是研究区域差异常用的参数，二者分别从绝对角度和相对角度反映了空间单元土地整治项目的差异和离散程度。变异系数越小，表示空间单元土地整治项目指标参数的空间差异越小，即土地整治向均衡化方向发展，变异系数越大，表示土地整治项目指标参数的空间差异越大，土地整治项目只集中在部分区域。标准差指数(S)和变异系数(CV)公式如下:

式中:Yi为第i个空间单元的土地整治观测值;n为空间单元总数;Y为Yi的平均值。S越大，表明绝对差距越大;CV越大，表明相对差距越大。

通过对研究区格网尺度标准差与变异系数的分析，获得2000—2013年土地整治的项目数、建设规模、投资规模、新增耕地规模、单位面积投资5个指标的标准差与变异系数(图4)。通过分析可以看出，项目数(图4－A)、建设规模(图4－B)、投资规模(图4－C)、新增耕地规模(图4－D)、单位面积投资(图4－E)的标准差指数呈波动上升的趋势，变异系数呈波动下降的趋势，表明巢湖流域土地整治的绝对差异在逐步增大，相对差异在逐步减少，总体呈现均衡化发展趋势。这主要是因为在国家政策的指导下，巢湖流域的土地整治正在积极推进，逐步向巢湖流域范围内推广。2000—2005年期间，标准差指数波动低而平缓，变异系数的波动幅度较为剧烈。主要是因为土地整治工作刚刚起步，少有的土地整治项目主要集中在合肥市区及其周边区域格网范围，其他区域土地整治项目尚未完全开展，各格网单元土地整治的绝对差异较小，但相对差异较明显，2001年变异系数达到最大值，原因主要是2001年实施的8个土地整治项目中的7个都位于长丰县范围内的格网中，巢湖流域土地整治分布极不平衡。2006年后，变异系数波动幅度较小，且呈下降趋势，标准差指数开始有大幅度的增加，在随后的4年间虽小有下降，但总体一直呈增加趋势，2010年达到顶峰，主要是因为2006—2010年是巢湖流域土地整治发展最快速的时期，整个巢湖流域土地整治项目、规模都在逐步加大，但肥东县、肥西县、长丰县、无为县所属格网是土地整治的重要区域，所以，巢湖流域土地整治的绝对差异在增大，而相对差异在逐步减小。2011年标准差指数与变异系数均开始有所降低，这主要与当地政府积极调整土地整治策略，开始实行高标准基本农田建设的政策相关。新增耕地规模和项目数的标准差指数和变异系数体现出很强的相似性，项目数与新增耕地规模存在较强的相关性。

3 政策建议与展望

3.1 巢湖流域土地整治的政策建议

结合巢湖流域土地整治的时空特征格局与流域地形、经济特点，提出未来土地整治空间格局与战略部署的几点建议。(1)消除或减弱巢湖流域土地整治项目的空间不均衡性。巢湖流域土地整治项目的项目数、投资规模和建设规模在空间分布上具有一致性，未来应该将巢湖流域的西南部、东北部和东南部区域所在格网作为土地整治重点，进一步改善农村用地结构与规模，尽量消除或减弱巢湖流域土地整治的不均衡性。(2)深度挖掘开发低丘缓坡为新增耕地的潜力。为了实现耕地占补平衡，保障经济社会发展，巢湖流域可将低丘缓坡作为重要的土地后备资源，因地制宜地对其进行开发和合理利用，进一步扩大新增耕地规模。(3)根据巢湖流域土地整治项目单位面积投资的分布特征制定区域性的工程建设投资标准。

3.2 展望

笔者以2 km格网为研究单元，首先分析了巢湖流域2000—2013年来土地整治的总体格局，然后采用标准差指数、变异系数研究了巢湖流域土地整治的空间差异，并结合国家及当地政策、规划对空间差异进行分析。研究结果有助于深入理解格网尺度巢湖流域14年来土地整治项目的空间特征，探索土地整治项目的发展潜力，对未来巢湖流域土地整治项目的安排提供借鉴。

本研究虽然基于2 km的格网尺度分析了土地整治项目建设规模、投资规模、新增耕地、项目数和单位面积投资5个指标的时空特征与格局特点，也根据流域的特点给出了未来土地整治的几点建议。但由于篇幅所限，暂未分析土地整治各指标与地形起伏度、人口、经济等的空间相关性与内在联系。在后续的研究中可考虑空间回归模型，构建土地整治5项指标与自然、地理、经济、人口的内在联系模型，从而提出更具有针对性的指导与预测，为土地整治的合理布局与科学规划提供借鉴。