山区县优质耕地空间格局及其产生机制——以福建永春县为例

吴双霞

(福建省地质测绘院,福州 350011)

优质耕地，按照现有耕地质量等级调查与评定成果是指等级小于8等的耕地[1]。该成果从自然、利用和经济3个方面对耕地质量进行评定，等级分1～15等，其中1～4等为优等地，5～8等为高等地，9～12等为中等地，13～15等为低等地，等级越高，质量受限因素越多。

当前与优质耕地空间分布相关的研究可以划分为两类，分别是有关耕地空间分布和耕地质量等级空间分布的研究。关于耕地空间分布，有不少研究从全国、省域、县域等不同行政尺度[2-5]和不同局部地理位置[6-7]分析耕地空间分布格局、动态变化及分布特征等，研究发现海拔和坡度是影响耕地分布的主要因子。也有学者从时空变化角度，研究耕地重心的动态演变规律，认为人口和经济发展与耕地重心转移关系密切[8]。对耕地质量等别空间分布的研究，则多为数量空间分布研究[9-11]，如根据研究不同地区等别分布影响因素不同，以云南乌蒙山为例，光热和土壤质地影响较大[12]。

2017年中央四号文件明确指出中国经济发展进入新常态，新型工业化、城镇化建设深入推进，耕地后备资源不断减少，实现耕地占补平衡、占优补优的难度日趋加大，激励约束机制尚不健全，耕地保护面临多重压力。福建省素有“八山一水一分田”的土地利用结构特征，山区面积大但适宜耕作土地少，山区耕地质量成为影响全省耕地质量的关键。对山区而言，摸清优质耕地的空间分布状况，理清分布规律，对于引导实施土地整治项目、保证占优补优潜力，促进国土高效建设、助力乡村振兴具有重要作用。永春县位于福建省东南部，作为全国首批全域旅游示范单位，拥有丰富的“青山绿水”生态资源，新增耕地数量居于全省中上水平，是较为典型的福建山区县。

鉴于此，以福建省永春县为例，采用土地利用变更调查、耕地质量等别评定年度更新等数据获取优质耕地的空间矢量数据，主要利用ArcGIS 9.3软件空间分析功能，探究山区县优质耕地的空间格局及其产生机制，以期对耕地质量建设有一定的引导意义。

1 研究区概况与数据分析

1.1 研究区概况

永春县隶属福建省泉州市，是晋江上游东溪西溪发源地的一个内陆山区县，地处东经117°41′～118°31′，北纬25°13′～25°33′之间。东与仙游县相连，西与漳平县交界，南与安溪、南安县接壤，北与大田、德化县毗邻。全县共辖22个乡镇，209个行政村，27个社区居委会。2015年全县常住人口45.80万，实现地区生产总值为306.02亿元，人均地区生产总值达6.70万元，农民人均纯收入12 549元，城镇居民人均可支配收入26 178元。2015年，全县耕地面积18 842.73 hm2，全县平均国家自然等为7等、利用等为8等、经济等为9等。

1.2 数据来源与处理

源数据主要来自国土部门，主要有2015年度土地利用变更调查成果、2015年度耕地质量等别评定年度更新成果、永春县25 m分辨率DEM数据，主要运用ArcGIS 9.3软件进行空间分析。

1)优质耕地。按照现有耕地质量等级调查与评定成果，优质耕地是指等级小于8等的耕地[1]，而福建省和泉州市耕地质量平均国家自然等别为7等左右，因此将耕地质量等别评定年度更新成果中国家自然等、利用等和经济等均小于等于7等的耕地界定为优质耕地。通过SQL查询分析提取3个等别小于等于7等的耕地。

2)高程坡度。将全县地类、全县耕地、全县优质耕地全部转为点元素，利用永春县DEM数据，运用点插值(Extract Value to Point)功能赋予高程和坡度数据，以备分析。

3)道路。对土地利用变更调查数据库中的地类图斑(DLTB)图层，采用查询分析提取道路用地，将提取的道路面进行转线并提取中心线；为保证道路的连通性，提取部分现状地物(XZDW)图层中道路加以补充；对形成的线状数据图层进行拓扑检查，最终形成含省道、县道、乡道、农村道路的道路数据。

4)居民点。为了找出居民点空间与优质耕地之间是否存在相关性，避免过于分散的居民点对分析产生干扰影响，本研究没有全部提取土地利用变更调查成果中的农村居民点(地类编码203)和城镇(地类编码202)，只提取全县行政村村本部所在地，利用标注形成点图层，以备分析。

5)流域。永春县境内主要河流为桃溪流域，对地类图斑(DLTB)图层采用查询分析提取河流水面，保留桃溪流域主要干流，删除细小支流，避免过于分散的河流对相关性分析的影响。

1.3 研究方法

1.3.1 地形位梯度分布

1) 地形位指数

利用地形位指数，综合考虑高程和坡度2个地形因子与优质耕地分布关系。地形位指数公式如下[13]：

(1)

2) 梯度分级

高程不同梯度分级，将研究区高程数据主要参照自然断点分布(Natural Break)划分为5个等级：≤250 m，250～400 m，400～500 m，500～600 m，>600 m。坡度不同梯度分级，将全县坡度数据按照第二次全国土地调查技术规程[14]，分为5个等级：0°～2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°，>25°。利用公式(1)，计算出上述不同梯度的地形位指数，划分为5个区间：≤0.54,0.54～0.94,0.94～1.41,1.41～1.79，>1.79。

3) 分布指数

为消除面积差异带来的量纲影响,需要引入分布指数来描述优质耕地在地形位梯度上的分布情况，分布指数描述如下[13]:

P=(Sie/Si)/(Se/S)

(2)

式(2)中:Sie为e地形位梯度下优质耕地的面积,Si为研究区优质耕地面积;Se表示研究区第e种地形位梯度的地类面积,S为全县地类面积。

地形位分布指数的意义，不同地形梯度下分布曲线起伏变化大，表明优质耕地对该梯度区间具有较强的偏好性，即这个区间分布较多优质耕地。

1.3.2 可达性分析

可达性分析，主要应用于优质耕地的道路可达性和居住空间与优质耕地分布空间的距离分析。运用最近分析(Near)求得道路与优质耕地之间的距离。运用网络分析(Network Analyst)模块，对行政村村部点，分析不同距离范围内通过现有道路的可达性。根据形成的矢量数据，计算不同可达距离范围内优质耕地的分布面积，以此分析居住空间与优质耕地分布空间相关性。

1.3.3 缓冲区分析

缓冲区分析是空间分析一个常见的分析方法，点、线、面均可自动建立形成一定宽度范围的面状图形。本研究设置不同缓冲宽度，得到桃溪流域不同距离范围内优质耕地面积分布情况，以判断优质耕地是否沿流域分布。

2 优质耕地空间分布特征

2.1 总体布局上呈现“大分散、小集聚”的偏东分布

2015年永春县共有18 842.73 hm2耕地，分布于全县域22个乡镇，其中以达埔镇耕地数量最多，呈祥乡耕地数量相对最少。永春县优质耕地总面积3 329.57 hm2，优质耕地占全县总耕地面积的17.67%，分布于全县域18个乡镇，较为集中分布于县域东半部。从优质耕地数量上看，主要分布在达埔镇、蓬壶镇和石鼓镇3个乡镇，占比均超过10%(图1)，总面积占比达43.98%，占绝对优势，呈小集聚分布；从乡镇空间集聚程度上看，优质耕地呈现了“大分散”于县域范围的整体分布情况和县域偏东方向“小集聚”的局部分布特点，其分布大致可以分为达埔镇和蓬壶镇连片区，吾峰镇、五里街镇和石鼓镇连片区，桃城镇、东平镇和东关镇连片区。

图 1 各乡镇优质耕地面积占比Figure 1 The proportion of high-quality cultivated land in various towns

2.2 沿主要流域相对均衡分布

流域周边以其便利的灌溉条件、相对平坦的地形条件等耕作优势，成为分布耕地的一个优势区域。桃溪流域是永春县境内主要流域，主要在蓬壶镇、达埔镇、石鼓镇、吾峰镇、五里街镇、桃城镇、东平镇和东关镇等乡镇分布。从空间分布上看，与上述优质耕地连片区乡镇分布情况基本一致(图2)。

以流域为空间分析对象，做500 m、1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m缓冲分析，计算不同缓冲区内优质耕地占比情况(图3)。根据分析结果，3 000 m和4 000 m缓冲区内优质耕地面积占比数量相差微小占比分别为73.55%和76.79%，因此认为缓冲分析有效距离为3 000 m；500 m、1 000 m和3 000 m内优质耕地占比约为1/3、1/2和3/4，呈现一定的数量变化关系。从数量占比上看，在一定设定距离内，优质耕地沿主要流域分布。

图 2 优质耕地分布Figure 2 The distribution of high-quality cultivated land

2.3 优质耕地空间与居住空间呈衰减态势

永春县现有耕作通勤方式还是以步行为主，因此以步行通勤方式研究优质耕地的可达性。根据已有研究成果，人的步行速度可设为4.5 km·h-1[15]，将距离空间按每375 m(5 min)一个单位区间设置，通过对比不同距离范围内耕地所占比例，观察优质耕地与居住地的空间关系(图4、图5)。同样地，对全县耕地做一样的分析，以供对比。

根据计算结果，92.35%的优质耕地可在1 h内到达，其中81.69%的优质耕地可在0～40 min之内到达，59.25%优质耕地可在0～20 min以内到达；81.28%的全县耕地可在1 h内到达，其中65.32%的全县耕地可在0～40 min之内到达，36.84%全县耕地可在0～20 min以内到达。为避免过于分散的居民点分布情况给研究造成干扰，只选择行政村村部作为居住空间分析对象，因此造成耕地可达时间距离比实际长。但是根据计算和比较结果，仍然可以得到，耕地空间分布与居住空间具有一定的相关性，随着距离区间增加，耕地面积占比呈下降趋势。

图 3 主要流域不同缓冲区内耕地分布Figure 3 Distribution of cultivated land in different buffer zones in major river basins

图 4 居住空间距离分析示意Figure 4 Schematic diagram of residential space distance analysis

对比全县耕地与优质耕地面积占比变化趋势，两者基本相似。2个研究对象在5～10 min出现一个小波峰，表明这个时间段，耕地分布面积占比最高；在0～20 min之间优质耕地占比明显高于全县耕地面积占比，在20～60 min之间全县耕地占比略高于优质耕地；大于1 h耕地面积占比部分，全县耕地面积占比明显高于优质耕地。综上分析，可得优质耕地空间与居住空间呈衰减态势，对居住空间可达性要求更高。

图 5 不同时间距离内耕地面积占比对比Figure 5 Comparison of cultivated land area ratio in different time distances

3 优质耕地空间格局产生机制

永春县优质耕地空间分布特征在福建省众多山区县中具有普遍性，其空间格局的形成既有自然本底的作用，也受人为干预的影响。

3.1 等别评定因素

耕地质量等别高低的划分主要由评定指标体系决定，不同指标区对应不同评定因素。根据福建省划定，永春县属于江南区东部丘陵山地区，三级指标区又分为丘陵山地区和山间盆地区。其中丘陵山地区参与评定因素的有：表层土壤质地、灌溉保证率、田间道路通达度、有机质含量、有效土层厚度、海拔和地形坡度7个指标；山间盆地区参与评定因素的有：表层土壤质地、灌溉保证率、田间道路通达度、有机质含量、剖面构型和排水条件6个指标。按指标属性，可将这9个指标划分为自然本底和社会影响两大类进行讨论。

3.1.1自然本底

将表层土壤质地、有效土层厚度、剖面构型、海拔和地形坡度5个不易受人为因素影响的指标归类为自然本底。其中包含黏土、壤土和砂土3种类型的表层土壤质地在空间分布上无明显分布规律(图6)，与优质耕地未呈现空间契合；有效土层厚度和剖面构型2个指标分别存在于丘陵山地区和山间盆地区，且互不相容；根据空间分布比对，有效土层厚度无值和剖面构型有值的山间盆地区空间分布与优质耕地分布呈现一定程度的契合(图7)；永春县主要流域分布于山间盆地区。因此本研究着重对海拔和地形坡度2个重要地形指标进行空间比对分析。

图 6 不同类型表层土壤质地空间分布Figure 6 Spatial distribution of different types of surface soil texture

3.1.2 社会影响

将田间道路通达度、灌溉保证率、排水条件和有机质含量4个受人为干预影响的指标归类为社会影响。根据人类农业生产活动和土地整治经验，田间道路通达度为4个指标之重，道路通达为后续的灌溉排水和施肥培肥，提供了可能和便利。其中人类居住空间与耕地的通达性影响对耕作的投入，进而影响耕地质量。因此本研究着重对道路的通达性指标进行空间比对分析。

3.2 优质耕地与地形梯度空间分布高度相关

3.2.1 高程

按照上述高程梯度分级，将全县优质耕地、全县耕地和全县土地高程划分成5个等级。通过对比3个研究对象的各个等级占比情况可看出，优质耕地高程主要集中在1级(≤250 m)；全县耕地高程分布相对均衡，其中5级(>600 m)占比数量相对较大；全县土地高程分布中，5级(>600 m)占比数量优势明显(图8)。通过数量占比分析，可以初步判断优质耕地空间分布受县域高程一定的影响，主要分布于高程低区域。

3.2.2 坡度

按照上述坡度梯度分级，将全县优质耕地、全县耕地和全县土地坡度划分成5个等级(表1)。通过对比3个研究对象的各个等级占比情况可看出，优质耕地坡度主要集中在1～3级(0～15°)；全县耕地坡度主要分布于3～4级(6～25°)；全县土地坡度主要分布于4～5级(>15°)。通过数量占比分析，可以初步判断优质耕地空间分布受县域坡度一定的影响，主要分布于坡度小的区域。

图 8 不同梯度高程、坡度耕地面积占比情况对比Figure 8 Comparison of the proportion of cultivated land area with different gradient elevation and slope

表 1 不同梯度级别耕地分布指数对比 Table 1 Comparison of cultivated land distribution index of different gradient levels

项目1级优质全县2级优质全县3级优质全县4级优质全县5级优质全县高程6.361.741.621.410.291.030.270.940.010.69 坡度9.432.156.652.971.742.250.250.830.020.13 地形位11.642.406.962.791.151.910.070.86 —0.20

3.2.3 地形梯度

根据上述公式(1)和公式(2)，为增加对比分析，分别计算优质耕地和全县耕地在高程、坡度和地形位在不同梯度等级上的分布指数。根据计算结果，可以看出分布指数大体随着级别增加而下降，数据具有可信性。优质耕地高程分布指数优势级别分布于1级和2级，其中以1级指数最高达6.36；坡度和地形位分布指数优势级别分布于1～3级，其中1级指数最高达9.43和11.64。全县耕地高程、坡度和地形位分布指数优势级别都分布于1～3级；高程以1级指数最高为1.74；坡度和地形位以2级指数最高分别为2.97和2.79。

根据数量对比分析，可以得到：地形位指数能够反映高程和坡度两个地形因子对优质耕地分布的影响；优质耕地多分布于高程小于250 m，坡度小于等于2°；全县耕地多分布于250～400 m，坡度2～6°；优质耕地相较于全县耕地更明显分布于高程更低、坡度更小的区域。根据上述分析，可得出优质耕地与地形梯度空间分布呈高度相关性。

3.3 优质耕地空间分布与道路通达性密切正相关

道路通达性是影响耕作的重要因素之一，耕地空间分布与道路通达性关系理论上应该呈正相关性。为进一步探求优质耕地与道路通达性的关系，本研究对优质耕地道路通达情况和全县耕地道路通达情况分别作了空间分析。

图 9 不同道路类型耕地面积占比对比Figure 9 Comparison of cultivated land area ratio of different road types

运用距离最近分析(Near)，将耕地转化为点元素，求取点到线之间的距离，以此分析耕地道路通达性。根据分析结果，永春县全县耕地距离道路50 m内的面积为13 416.99 hm2，占所有耕地面积的71.21%，50 m以上随着距离的增加，所达耕地面积呈逐步下降趋势。对比优质耕地道路通达情况，与全县耕地道路通达情况相似，50 m内通达道路的耕地面积为2 754.53 hm2，占比82.73%，不同之处在于优质耕地最大道路距离为500 m以内。因此可得，优质耕地空间分布与道路通达性密切正相关(图9)。

本研究分析道路类型包括省道、县道、乡道和农村道路，高速作为封闭性道路对耕作不具有可达意义因此不纳入研究对象。省道、县道、乡道和农村道路与耕地分布都呈现正相关，通过单独对4种道路类型进行分析，探究其相关性程度。根据500 m内耕地面积占比，可得出4种道路类型与优质耕地的相关性排名：农村道路>乡道>省道>县道。相关性排名结果，一是与四类道路密度排名有关，因此农村道路和乡道相关性相对更大；二是省道主要沿整个县城较为平坦的居民聚落分布，与为实现全县交通连贯性的县道相比较，与优质耕地的相关性略强一些。

3.4 优质耕地分布与土地整理范围空间重叠

根据永春县历年耕地质量等别年度更新数据，2010—2016年永春县参与等别更新的土地整理项目共计22个。根据空间比对，优质耕地图斑中与其中12个土地整理项目整理范围存在空间重叠，项目分布率为55%。土地整理工程措施主要有：平缓田面坡度和改良土壤(增施有机肥和客土回填)的土地平整工程；改善灌溉排水条件的灌溉与排水工程；改善耕作道路通达性的田间道路工程等。上述工程措施可影响到地形坡度、有机质含量、表层土壤质地、灌溉保证率、排水条件和田间道路通达度等耕地等别评定指标。

这一现象说明，优质耕地与土地整理之间存在相辅相成的关系，土地整理项目一般选址于较为集中连片，道路通达性较好，成本投入较小、质量提升潜力较大的耕地分布区；而实施土地整理项目通过各种设施建设促进耕地质量等别提升。

3.5 优质耕地分布的产生机制

图 10 优质耕地分布的产生机制Figure 10 The mechanism of high quality cultivated land distribution

综上所述，优质耕地空间分布格局受多重因素影响。在限定的评定标准背景下，通过因素排除和空间比对分析，可获得影响其空间分布的主次影响因素。其中由高程和坡度构成的地貌因素是影响优质耕地空间分布的主要因素，导致其形成“大分散、小集聚”的整体空间格局，及沿主要流域分布的空间分布特征；以道路通达性为主的人为因素是影响优质耕地空间分布的次要因素，可解释其与居住空间呈衰减态势(图10)。

近年来土地管理部门积极探索和推进旨在提升耕地质量的土地整治政策，例如有助于促进生态环境保护的耕地提质改造等，对优质耕地空间分布的影响也将日益明显。另外，随着机构改革进程的不断推进，耕地质量评定工作的不断完善，耕地质量评定标准将影响优质耕地的认定。

4 结论、讨论与政策启示

通过定量计算，本研究分析了优质耕地的空间分布影响因素，得到以下结论：以永春县为例的福建山区的优质耕地呈现“大分散、小集聚”的空间格局。“小集聚”体现在，优质耕地小范围地集中分布在乡镇的某个区域，或者乡镇之间呈现小范围的连片。“小集聚”的空间格局，主要与居民点和流域的空间分布呈现一定的相关性，表现为对居住空间的可达性具有一定的要求，优质耕地主要分布在0～20 min时空距离范围内，随着区间距离增加，面积占比呈下降趋势；主要优质耕地沿县域主要流域分布。探其产生机制，一是与高程和坡度组合而成的地形位梯度分布呈现高度相关，与全县耕地相比，呈现更为明显的“低高程、小坡度”的区域分布特征，地势平缓靠近居民点和流域，从而解释了主要优质耕地沿流域和一定距离居民点分布；二是道路通达度的相关性，与全县耕地分布呈现基本一致的态势，耕地以绝对优势比例分布于0～50 m以内，优质耕地面积占比又高于全县耕地面积占比，呈现更大的相关性，从而解释优质耕地对居住空间可达性的要求。

优质耕地与全县耕地空间分布的对比分析中，两者在高程和坡度组合的地形位这个因素上数量相差最大。对福建山区而言，高程和坡度确实是影响耕地分布、农民耕作意愿的重要地形因素。因此高程和坡度应该成为选址重要的考虑因素。

经过数据分析，阐述了几个可能影响优质耕地空间分布的因素，以期对土地整治项目的选址提供参考，新增更多的优质耕地。以永春县为例，优质耕地数量仅占全县耕地面积的不足20%，找出其存在的障碍因素，推动福建省山区现有数量庞大的耕地向优质耕地靠拢，助力乡村振兴，将是一个意义非凡的研究课题。