分类型下三峡库区耕地资源“三位”时空演变轨迹及特征——以重庆市江津区为例

文可可，张仕超，2*，赵浣玎，熊 熙，刘竞宇

(1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 401331；2.三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室，重庆 401331)

【研究意义】随着我国的经济发展迈入新台阶，新型工业化、城镇化建设进一步加快，耕地作为我国宝贵的后备资源在不断减少，耕地保护面临多重压力。为进一步加强耕地保护和改进占补平衡工作，党中央国务院历来高度重视土地管理工作，2021年发布了《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》，明确提出落实最严格的耕地保护制度从而全面推进乡村振兴的发展[1]。2017年发布《关于加强耕地保护和改进占补平衡意见》，要求严格控制建设占用耕地，推进耕地质量提升和保护，提出像保护大熊猫一样保护耕地，着力加强耕地数量、质量、生态“三位一体”保护，这表明中国的耕地保护已经走向新的台阶。党的十九大提出着力加快构建现代化耕地保护体系，以守住耕地红线和永久基本农田控制线为目标，以不断开创耕地保护新手段、新机制为动力，坚持目标导向和问题导向，强化制度体系的系统性、协调性、先进性，推进耕地保护的科学化、制度化、现代化，着力坚守最严格的耕地保护制度和最严格的节约用地制度，着力坚定守住耕地红线，构建数量、质量、生态“三位一体”的耕地保护新格局[2]。在重视“三位一体”的协同发展的同时进行差别化的耕地保护措施，不仅重视在耕地地域上的差异性，也要关注耕地类型下及耕地结构上的差异性保护。【前人研究进展】目前国内学者对耕地资源空间分布格局的研究较为丰富。从时空尺度上，张丽娟等采用土地利用动态度模型研究了1982—2011年全球耕地的时空变化特征[3]；耕地数量上，李秀彬利用三级行政单位的普查数据分析了我国近20年的耕地面积变化的总体趋势[4]；耕地质量上，熊昌盛等基于空间自相关分析法从多个视角对耕地质量空间分布特征进行分析[5]。耕地生态上，李政等构建生态安全评价指标体系，运用GIS空间分析法等对耕地生态安全时空格局进行分析[6]；耕地变化及驱动力上，王芳等利用Logistic回归模型及CLUE-S模型研究方法对太湖流域的建设用地与耕地的景观时空演变特征做了分析[7]；耕地保护的差异性上，宋敏等提出差别化生态保护的补偿机制，从尺度依赖和空间差异两个方面提出差别化耕地生态保护[8]。三峡库区研究上，邹欣怡等对三峡库区重庆段研究了生态系统服务价值空间分布关系及土地利用与生态价值间的空间响应特征[9]。马世五等基于“基础-结构-效益-胁迫”框架构建了土地生态状况评估指标体系，结合多种方法分析了2000—2014年研究区域土地生态状况的时空演化规律[10]。【本研究切入点】新时期随着耕地保护工作的逐步发展与深入，耕地保护研究也从最初注重数量保护到数量保护、质量管理、生态修复的多角度研究转变，绝大多数研究者对数量、质量或生态进行侧重研究导致三者之间割裂，少有学者对重庆库区分类型下耕地差异性的时空演变特征进行探究。【拟解决的关键问题】本文以重庆市江津区为例，基于2009、2012、2015、2018年江津区土地利用现状数据和耕地质量等级评估数据，运用核密度计算、景观格局指数法等分析方法，凸显分类型耕地的差异性，研究不同阶段水田和旱地“数量、质量和生态”三位时空特征及演变轨迹，以期为耕地资源的差别保护提供参考。

1 研究区概况

江津区(28°28′～29°28′N，105°49′～106°38′E)位于重庆西南部，面积3217.80 km2，共辖27个乡镇(街道)，地势呈南高北低，长江横贯东西。地形以丘陵兼低中山为主，属亚热带季风性湿润气候，气候温和且四季分明，降雨量充沛。土壤类型有水稻土、冲积土、紫色土和黄壤土，富硒资源充足，主要作物包括玉米、土豆、水稻、小麦。2019年区内农村人口77.05万人，占全区总人口的51%；农村常住居民人均可支配收入18 248元；全年农业总产值129.7亿元，总量居重庆市区县级第一位。该区为重庆市城乡统筹发展示范基地，并获得全国农业产业化示范基地、统筹城乡集中示范区称誉。

重庆库区位于三峡库区且具有生态位的特殊性，人类活动强烈，水土流失较严重，生态保护与发展的矛盾较突出[11]。三峡蓄水后易造成突发性生态环境污染及耕地淹没建设占用等人地矛盾问题，耕地“三位一体”保护压力大，作为长江上游重要的生态功能区，如何强化江津区耕地生态系统数量质量生态“三位一体”保护的措施，对三峡库区及长江流域社会经济发展与生态安全意义重大[12]。

2 材料与方法

2.1 数据来源

本次研究采用的数据包括江津区1∶10 000土地利用现状数据、区县耕地质量等级评估数据。其中江津区2009、2012、2015、2018年土地利用现状数据来自重庆市江津区规划和自然资源局,区域质量等级评估数据来自江津区国土资源和房屋管理局，SRTM 90m Digital Elevation Data数据来源于国家地理信息中心，社会经济数据来源于江津区统计年鉴。

2.2 研究方法

2.2.1 核密度 核密度(Kernel density estimation，KDE)是经过输入单个要素数据从而计算整个研究区数据是否聚集，产生一个由数据聚集而形成的维度表面，再通过可视化表达出数据的聚集程度，实际上是离散采样点进行表面内插的过程[13]。通常在越靠近样方中心的要素数据权重越高，远离中心则权重越低。单个样点x的值通过Rosenblatt-Parzen核测算模型来预测总体[14]。计算公式如下：

表1 景观格局指数及其生态意义

(1)

2.2.2 标准差椭圆 标准差椭圆(Standard deviational ellipse，SDE)标准差椭圆主要由转角θ、主轴(长轴)与沿辅轴(短轴)的标准差构成，是描述地理要素空间分布和演化规律的一种方法，可识别耕地中心位置变化及迁移趋势，可以更加直观地反映耕地空间演变趋势[15]。中心位置的计算公式为[16]：

(2)

(3)

转角θ的计算公式为：

(4)

2.2.3 景观格局指数法 景观格局指数(landscape pattern metrics，LPM)景观格局指大小形状各不相同的景观要素以不同的方式在空间上排列组合，这种自由组合的种类、数量及其空间分布构成了其多样的生态意义[17]。景观指数描述景观要素及格局变化，建立景观要素变化过程与格局的联系，是反映空间分布和结构组成的简单定量化指标[18]。景观格局指数又分为斑块水平、斑块类型水平、景观水平，由于斑块水平指数的生态意义不足，通过对江津区实际景观状况衡量及对前人研究经验的借鉴[19-21]，在斑块类型水平上选取斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、聚集度指数(AI)、景观分离度(DIVISION)为指标，表1为各景观指数及其生态意义。

3 结果与分析

3.1 耕地数量时空演变特征

3.1.1 数量时间变化 2009—2018年江津区耕地总量持续减少，旱地由2009年67 291.18 hm2减至2018年64 009.97 hm2；水田由2009年72 771.74 hm2减至2018年70 746.29 hm2，耕地共计减少5306.66 hm2，约占2009年耕地总量的3.8%。2009年起江津区实施农业园区规划，农业结构调整导致耕地数量下降。2015年政府继续实施在农用地总量略有减少的基础上大力进行土地整治，通过土地整理、复垦，增加耕地的有效面积和提升耕地质量。

3.1.2 数量空间变化 从镇域尺度来看，慈云镇、先锋镇、李市镇等为建设农业生产发展示范区，耕地资源聚集性显著。水旱地数量，白沙镇、石蟆镇、李市镇、西湖镇、永兴镇、朱杨镇分布较多，德感街道办事处、几江街道办事处、双福街道办事处、四面山镇、塘河镇、广兴镇分布较少；耕地资源拥有量以白沙镇、石蟆镇最多，双福街道办事处、几江街道办事处最少(图1)。

3.1.3 耕地数量时空转移 采用标准差椭圆方法对江津区2009—2012、2012—2015、2015—2018年3个不同阶段中旱地、水田数量变化进行可视化表达(图2)，以追踪2009—2018年以来江津区水旱地数量的空间格局演变路径。

由图2分析可知，旱地、水田分布路径整体向江津区腹地进一步扩张，旱地分布整体上呈现出先西北后东南的方向变化，水田分布整体上呈现先西南后东南方向分布。2009—2012年阶段因江津区政府实施规划农业园区，旱地标准差椭圆向西北方向移动，长轴缩短、短轴变长，椭圆的覆盖面积缩小；水田标准差椭圆重心向西南方向移动，长轴缩短、短轴无明显变化而椭圆的覆盖面积缩小。表明在这一阶段中因政府政策实施，旱地、水田向以慈云镇为核心的江津区腹地聚集。2012—2015年阶段江津区旱地、水田数量变化趋于稳定，旱地标准差椭圆略向西南方向移动，长短轴无明显变化，椭圆覆盖范围无明显差异且长短轴长度相近；水田标准差椭圆略向东南方向移动，长短轴无明显变化，椭圆覆盖范围接近且长短轴长度相近。表明在该阶段中旱地、水田分布更加均衡稳定。2015—2018年阶段，旱地标准差椭圆略向东南方向移动，长轴略长，短轴无明显变化，椭圆覆盖范围无明显差异；水田标准差椭圆略向东南方向移动，长轴变长、短轴无明显变化，椭圆覆盖范围变大。

图1 江津区各镇(街道)2009—2018年旱地、水田分布Fig.1 Dry land and paddy field distribution in towns (streets) of Jiangjin district from 2009-2018

图2 江津区2009—2018年旱地、水田数量演变标准差Fig.2 Standard deviation of dry land and paddy field quantity evolution in Jiangjin district from 2009-2018

表2 江津区旱地经济等级、利用等级、自然等级2009—2018年分布情况

表3 江津区水田经济等级、利用等级、自然等级2009—2018年分布情况

3.2 耕地质量时空演变特征

3.2.1 耕地质量时间变化 从表2～3可以看出，江津区旱地、水田质量等别整体上呈逐年提升趋势，2009—2018年旱地的经济等和利用等都分布在7～12等，自然等分布在8～12等，11等土地最多，其次是10等，分布最少的是7等。按照国家级耕地质量分级考核标准(1～4等为优等地，5～8等为高等地，9～12等为中等地，13～15等为低等地划分)，江津区耕地资源中旱地总体质量等级属中等水平。对比2009—2018年，江津区旱地增加的经济等集中在7和8等，增加的利用等集中在7和8等，增加的自然等集中在8等，均属于高等地；减少的经济等集中在11和12等，减少的利用等集中在11和12等，减少的自然等集中在12等，均属中等地。

2009—2018年水田的经济等和利用等皆分布在6～12等，自然等分布在8～11等，分布最多的是8等，分布最少的是12等，江津区水田总体质量等级属中高等水平。对比2009—2018年，江津区水田增加的经济等集中在6等，增加的利用等集中在6等和7等，增加的自然等集中在8等，均属高等地；减少的经济等集中在8等和11等，减少的利用等集中在9等和10等，自然等无明显减少。

3.2.2 耕地质量空间变化 根据面积加权平均法计算出江津区各镇2009、2012、2015、2018年旱地、水田的经济等、利用等、自然等等别，求出四年平均值，进一步分析旱地、水田在不同年份中不同等别的变化情况。

由图3可见，江津区各镇中旱地、水田平均经济等、利用等、自然等变化较为稳定，呈现出自中西部向南北两端等别逐渐降低的趋势。旱地中平均经济等别最高的是石门镇和朱杨镇；平均利用等别最高的是石门镇和慈云镇；平均自然等别最高的是朱杨镇和白沙镇。水田中平均经济等别最高的是慈云镇和朱杨镇；平均利用等别最高的是慈云镇和石门镇；平均自然等别最高的是朱杨镇和石门镇。石门镇、朱杨镇、慈云镇、白沙镇处于江津区中部和西北部，土地平坦，土壤条件好利于水分保持，土地富含硒元素加上雨热同期、光照充足，农田灌溉发展迅速且石门镇、朱杨镇、白沙镇地处长江沿岸富有冲积土和河滩地致使旱地和水田质量等别都相对较高。旱地中平均经济等别最低的是四面山镇和柏林镇；平均利用等别最低的是四面山镇和中山镇；平均自然等别最低的是中山镇和嘉平镇。水田中平均经济等别最低的是柏林镇和四面山镇；平均利用等别最低的是柏林镇和四面山镇；平均自然等别最低的是四面山镇和塘河镇。四面山镇、中山镇、柏林镇、嘉平镇、塘河镇分布在江津区南部及西南部，地形大多以山地为主，南部设有四面山国家级风景名胜区，生态保护相对完善，种植业水平较低，耕地质量相对较低。相较于前三年，2018年旱地中双福街道办事处经济等、利用等等别下降。水田中珞璜镇经济等、支坪街道办事处经济等、珞璜镇利用等、双福街道办事处利用等、永兴镇利用等、珞璜镇自然等、中山镇自然等等别下降，余下各镇等别不变或略有提升，由于国家推行的大规模高标准农田的建设重庆地区积极响应号召进行土地整治，整体上旱地和水田质量有所提升。支坪街道办事处、双福街道办事处、珞璜镇因江津区工业发展占用部分优质耕地，导致耕地质量下降。永兴镇、中山镇重点发展旅游资源和生态保护，城镇建设导致耕地资源的部分丧失也引起耕地质量下降。总的来说，在空间上江津区旱地、水田各质量等别呈现中部地区>西北部地区>东北部地区>南部地区。

图3 江津区2009—2018年各镇水旱地质量平均等变化Fig.3 The average equal change of the dryland paddy field in each town in Jiangjin district from 2009-2018

3.2.3 耕地质量时空转移 通过对江津区2009—2018年中水旱地质量变化进行可视化表达(图4～5)，明晰江津区水旱地质量的空间格局演变。

图4 江津区2009—2018年旱地各质量等别时空变化Fig.4 The temporal and spatial changes of various quality grades of dry land in Jiangjin district from 2009-2018

图5 江津区2009—2018年水田各质量等别时空变化Fig.5 Spatio-temporal changes of various quality grades of paddy fields in Jiangjin district from 2009-2018

表4 江津区旱地水田类型水平景观指数

2009—2015年旱地整体经济等、利用等都呈现出质量提升的趋势，2005—2018年自然等呈现局部地区的质量提升与下降。水田除2009—2015年中经济等、利用等呈质量提升的趋势外，其余阶段都呈局部地区的质量提升与下降。在2009—2015年中旱地经济、利用、自然等质量提升显著地区为白沙镇、嘉平镇、龙华镇、慈云镇等。2015—2018年明显提升地区为李市镇、石蟆镇、广兴镇、慈云镇，下降显著地区为双福街道办事处、德感街道办事处、珞璜镇、蔡家镇等；在2009—2015年中水田经济和利用等提升显著地区为白沙镇、先锋镇、龙华镇、李市镇、塘河镇，2015—2018年中提升显著地区为李市镇、石蟆镇、吴滩镇、广兴镇、先锋镇等，下降显著地区为珞璜镇、双福街道办事处；2009—2018年自然下降的显著地区为白沙镇、珞璜镇、双福街道办事处。质量等级提升地区大都集中在新农业园区，说明水旱地整体质量提升以中部地区为主，农业园区的集中规划对耕地质量提升有一定的促进作用。

3.3 耕地资源生态格局分布特征

采用Fragstats 4.0软件对江津区景观格局指数进行计算，通过对类型水平和景观水平生态相关指标的计算从而分析生态格局特征。

由表4可知，2009—2018年旱地、水田NP值出现增长，旱地整体NP值大于水田NP值，2009—2012年NP值增长较为显著，2012—2018年NP值处于相对稳定的阶段；PD值在2009—2012年中旱地、水田都出现大幅度增长，2012—2018年小幅增减处于相对稳定状态，对比旱地与水田PD值可知旱地斑块类型的密度更大；旱地LPI值大于水田且旱地和水田的LPI值都出现显著的减少后在2018年有所回升，说明江津区以旱地为主要景观类型，受到人类活动的影响旱地和水田两种斑块类型破碎化程度在提升，优势斑块受到影响，新规划土地整治展开后旱地、水田生态开始改善。2009—2015年旱地、水田LSI值增加，2015—2018年LSI值小幅下降，说明旱地、水田形状复杂程度增加。DIVISION值上升与AI值下降表明2009—2015年旱地和水田都出现不同程度的分离度上升聚集度下降导致连通性降低。总体上2009—2015年农业园区规划导致旱地、水田受到人类干扰影响加深，地类破碎复杂，新土地整治的政策下2018年旱地和水田生态格局有所改善。

图6 江津区2009—2018年旱地核密度Fig.6 Dryland core density in Jiangjin District from 2009-2018

3.4 水旱地聚集性分析

3.4.1 旱地核密度分析 为进一步了解旱地的格局分布特征，利用ArcGIS10.4软件中的核密度工具对2009—2018年中旱地斑块进行点状数据的转换，并根据自然间距法把2009—2018年核密度值分等级。从图6可以看出，旱地核密度的空间分布有如下特征：①整体上2009—2018年旱地核密度测算的最大值和最小值等级出现明显变化，旱地的空间分布数量增加，测算值呈现西北高东北低的特征，低值区以林地、库区、森林为主呈现南北两端集中分布的特点。②2009—2018年旱地核密度的高值区大多都集中在西北部及部分中南部地区，包括石蟆镇、白沙镇、慈云镇、石门镇、朱杨镇、李市镇、蔡家镇、嘉平镇；中值区大多集中在中东部包括夏坝镇、贾嗣镇、杜市镇、西湖镇、广兴镇等；低值区则主要集中在南、北部两端，包括几江街道办事处、德感街道办事处、双福街道办事处、中山镇、四面山镇。

3.4.2 水田核密度分析 为了解水田的格局分布特征将2009—2018年核密度值分为九个等级。从图7可以看出，水田核密度的空间分布有如下特征：①从整体来看2009—2018年水田核密度测算的最大值和最小值等级都没有变化，核密度测算值呈现高值区由西北部向东北部扩张的趋势及以乡村为中心逐渐向南部蔓延，低值区以林地、库区、森林为主呈现南北两端集中分布的特点。②2009—2018年水田核密度的高值区大多都集中在西北部地区，包括石蟆镇、白沙镇、慈云镇、石门镇、吴滩镇。中值区大多集中在中东部包括李市镇、贾嗣镇、杜市镇、西湖镇等。而低值区则主要集中在南、北部两端，包括几江街道办事处、德感街道办事处、中山镇、四面山镇。

图7 江津区2009—2018年水田核密度Fig.7 Paddy field nuclear density in Jiangjin District from 2009-2018

4 讨 论

本文利用重庆市江津区土地利用数据等对研究区旱地、水田“三位一体”时空分布特征进行研究，概述了2009—2018年旱地、水田时空变化特征。江津区水田、旱地在空间上分布呈现出南北低、中部显著聚集的特征。南部以旅游景点区域及生态保护区为主，自然资源保护完善，地形以山地为主，北部建设有工业园区，地势平坦，位于三峡库区、长江港口、火车站点，交通便利，因此在江津区南北两地耕地资源分布较少，2009年江津区规划农业园区位于江津腹地，包括龙华、慈云、先锋、李市镇等为建设农业生产发展示范区，中部耕地资源聚集性显著。

江津区水田、旱地数量2009—2018年整体呈现逐年递减的趋势。随着我国城市化进程的不断加快，城市人口的增加必然需要土地的供给，这也导致了部分耕地的占用[22]。由2009—2018年水田、旱地数量变化来看，耕地下降趋势开始逐年变缓，全国土地利用总体规划纲要(2006—2020年)的制定在很大程度上缓解了耕地逐年放缓的趋势[23]。江津区地形以丘陵为主，属亚热带湿润气候，光照充足但水土流失严重，地面坡度大，多种植水稻、玉米、土豆。水田、旱地的质量等级总体偏低，在各项指标中水田的总体质量等级要高于旱地的总体质量等级，从农作物的种植，灌溉条件，土壤养分及耕作情况来看江津区都更利于水田耕作。2009—2018年水田、旱地不同指标区间的高等地数量都明显增加，中等地逐年减少，其中水田的高等地增加多于旱地。在此阶段政府在《重庆市江津区土地利用总体规划(2006—2020)》中提出在农用地总量略有减少的基础上大力进行土地整治，通过土地整理、复垦，增加耕地的有效面积和提升耕地质量。2009—2015年根据“十二五”时期国家提出的《全国土地整治规划(2011—2015年)》，期间土地整治目标基本完成，高标准基本农田建设后耕地质量平均提升1.2个等别，最高达到2个等别，这一阶段中水田、旱地不同指标区间的高等地呈现增长态势，中等地减少；而在2015—2018年“十三五”新时期，在新的思想和理念下国家大规模地推进高标准基本农田的建设[24]。在这一时期，水田、旱地不同指标区间的高等地相较于前一个阶段增长更加显著，中等地也出现大幅度减少。但经济发展人类活动对江津区生态造成了一定干扰，景观格局的破碎化、连通性、多样性都体现出研究区生态环境受影响程度大，2009年江津区农业园区政策实行，在2009—2012年阶段生态影响程度最为强烈也因此政府开始注重生态与农业发展并重，引导发展生态农业示范区调整农业经济结构使得经济发展与土地生态改善双管齐下，形成用地与养地共进的新模式[25]，而江津区南北两端受生态保护区影响林地分布广泛，多为山地且坡度大，故农业发展相对滞后，耕地地力保护机制不完善。

总的来说，水田、旱地的空间分布是一个不断发展、变化的过程，不同时期的自然、社会人文、土地政策、耕作者自身耕作文化、社会经济对水田、旱地的空间分布差异影响明显。厘清耕地类型下水田、旱地的空间分布格局及其特征有利于决策者在时代发展的大背景下进行更恰当的农业结构调整实施土地政策也帮助和引导农耕居民做出更正确的选择。由于影响机制差异明显，想更加精确、动态地了解研究区不同耕地资源分布格局及特征还需进一步探索和研究。

5 结 论

(1)江津区水田、旱地在空间格局上具有显著聚集性的分布特征，旱地数量分布呈现中高北低，水田分布呈现西北高、东南低的特征。白沙镇和石蟆镇是江津区各镇中旱地水田资源数量拥有最多的区域，而双福街道办事处、几江街道办事处是各镇中水田旱地资源数量拥有最少的区域；旱地分布整体上呈现出先西北后东南的方向变化，水田分布整体上呈现先西南后东南方向变化；旱地、水田数量演变轨迹呈现向江津区腹地扩张趋势。

(2)江津区水旱地质量等别(经济等、利用等、自然等)总体偏低，旱地经济等、利用等、自然等以10～11等中等地为主，水田自然等、利用等、经济等都以8～9等中高等地为主，水田整体质量等别要高于旱地整体质量等别。江津区各镇中旱地、水田平均经济等、利用等、自然等变化较为稳定，呈现出自中西部向南北两端等别逐渐降低的趋势。

(3)江津区耕地景观以旱地为主，水旱地地类破碎化显著，连通性低，优势斑块不显著。

(4)旱地密度呈现西北高东北低的特征，水田呈现由西北部向东北部扩张的趋势及以乡村为中心逐渐向南部蔓延，水旱地密度低值区以林地、库区、森林为主呈现南北两端集中分布的特点。