我国主要耕地后备资源时空变化特征及可持续利用战略

摘要： 【目的】耕地是粮食生产的基石，保证耕地数量的稳定，是守住粮食安全战略底线的必要条件。通过分析我国主要耕地后备资源时空演变规律，为科学统筹耕地资源的保护和管理提供理论依据。【方法】中国科学院资源环境数据中心以Landsat 遥感影像数据作为主数据源，通过人工目视解译构建了国家尺度多时期土地利用/土地覆盖专题数据库（CNLUCC）。本研究基于该数据库，将全国分为东北、华北、长江中下游、西北、西南和东南六大区域，运用GIS 空间叠加分析方法，分析了我国2000、2010 和2020 年主要耕地后备资源面积变化和空间分布格局。【结果】2000、2010 和2020 年我国主要耕地后备资源面积分别为11774.57 万hm2、11803.50 万hm2 和12932.22 万hm2，以西北和西南地区面积最大，长江中下游地区最小。2000—2010 年与2010—2020 年间，我国主要耕地后备资源数量全国范围内总体呈增加趋势，其中2010 年比2000 年增加了28.93 万hm2，2020 年比2010 年增加1128.72 万hm2，但不同区域的变化幅度具有较大差异。2000—2010 年间，华北地区和西北地区主要耕地后备资源在减少，西北地区的减少幅度大于华北地区；2010—2020 年间，东南、西北、华北和东北地区均在减少，其中以东北地区减少幅度最大。通过耕地的新增和流失平衡分析，草地和未利用地流向耕地的面积高于耕地流向草地和未利用地的面积，流向建设用地是研究期内耕地净流失的主要原因。【结论】我国耕地保护形势依然严峻，耕地后备资源区域分布极不平衡，占补空间越来越小。因此，需严格统筹规划耕地资源，因地制宜地有序开发利用，加强耕地重点区域和用途的监管。

关键词： 耕地； 耕地后备资源； 空间分布； 转变

耕地资源是国家重要的战略资源，保护好、建设好、利用好耕地资源才能有效坚守住耕地保护红线和粮食安全底线[1]。然而，改革开放以来，我国人口数量日益增长，耕地面积人均占有量持续下降，随着城市化和工业化不断加快，大量耕地被用于住宅、工业和基础设施建设，致使耕地资源数量逐渐减少，耕地资源长期处于紧张态势[2]。此外，由于长期过度耕作、不合理的施肥管理、人为撂荒以及水土流失、荒漠化等因素，导致耕地数量减少、质量下降、肥力减退，严重影响了耕地的可用性和生产力[3]。为破解我国耕地资源禀赋不足，我国建立了严格的耕地保护政策与管理对策，有效守住了耕地数量红线，维护了国家粮食安全[1， 4−5]。随着我国经济社会的快速发展，“非农”建设占用耕地不可避免，即使在实施最严格的耕地保护政策下，全国年均非农建设用地占用耕地量大的情况仍难以控制。我国的粮食安全依然面临着巨大挑战，耕地资源缺口压力持续扩大，当前耕地资源的绝对数量不足，必须依赖耕地后备资源合理开发来实现。耕地后备资源也是国家粮食安全战略保障体系的重要资源，科学利用耕地后备资源能够缓解对当前耕地资源的过度依赖。因此，分析研究耕地后备资源数量和时空变化规律，对保持区域耕地的系统平衡和生产力，协调经济发展与耕地保护的关系具有重要意义[6−7]。

此外，随着农业生产效率和利用强度的提高、经济社会水平的发展、人口增长、城市化进程加快、气候变暖和极端发生频次加剧以及相关政策法规的调整，耕地资源的时空分布和转变均发生显著变化[8−10]。为了解析耕地资源的分布和转变特征，已有大量学者通过文献统计、社会统计数据库和遥感数据库进行研究[11−13]。王鸣雷等[13]基于社会统计数据和遥感数据，利用重心转移模型和区域统计等方法，分析了1980s～1990s、1990s～2000s、2000s～2010s 3 个时段我国北方新增耕地的时空变化及驱动因素；赵乐松等[14]利用社会统计数据库，结合遥感数据，综合运用空间叠加、综合评价及蚁群优化算法分析了广东省肇庆市封开县的耕地空间布局；李圆圆等[15]基于遥感数据，结合社会统计数据，探究了我国1990、2000 和2010 年耕地的空间格局变化。总体而言，前期研究主要集中在耕地资源空间分布变化研究，以及基于省市自治区尺度进行研究，且部分研究结果时间较早。而在耕地资源保护的新要求下，迫切需要深化全国尺度上近年来主要耕地后备资源时空分布和转变特征的综合研究。

尽管较多研究以统计数据库为数据源，且已存在较多的调查数据库，但易受人为因素和时间跨度的影响，而遥感解译数据具有更好的时间和空间上的可比性[16]。因此，本研究以Landsat 遥感影像数据作为主数据源，利用人工交互的方法快速构建土地利用变化遥感数据库，分析我国2000、2010 和2020年主要耕地后备资源的面积变化和空间分布格局以及转变特征，以期为保障我国粮食安全，优化耕地保护利用提供理论依据和指导。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究对象与区域划分

本研究主要对象为我国31 个省、市、自治区，不包括香港、澳门、台湾和南海诸岛。将其分为六大农区[17]，分别为东北地区（黑龙江、吉林、辽宁），华北地区（北京、天津、河北、河南、山东、山西），长江中下游地区（上海、江苏、浙江、安徽、湖北、湖南、江西），西北地区（内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆），西南地区（重庆、四川、贵州、云南、西藏），东南地区（福建、广东、广西、海南区）。根据中国科学院构建的我国1∶10 万土地利用遥感监测数据集中所采用的土地利用分类体系， 土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地，即6 个一级类型[ 1 8 ]。耕地中包括水田和旱地，林地包括林地、灌木林地、疏林地和其它林地，草地包括高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地，水域包括河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩涂地和滩地，建设用地包括城镇用地、农村居民点用地和交通道路、机场、大型工业区等其它建设用地，未利用地包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地和高寒荒漠、苔原等其它土地类型，即25 个二级类型。本研究主要以其它林地、低覆盖度草地、滩涂地、滩地、盐碱地和裸土地可开垦为耕地的土地作为主要耕地后备资源进行分析。

1.2 计算方法

年均变化率主要反映某一区域某一时段研究区或格网内耕地面积变化幅度与速度，即通过监测计算开始和结束时耕地的总面积变化与时间的关系获得，计算公式如下：

式中：W—区域研究时段内耕地面积变化率（%）；Aa—监测开始时耕地面积（hm2）；Ab—监测结束时耕地面积（hm2）；T—研究时间（年）。

1.3 数据来源

土地利用数据来源于中国科学院资源环境数据中心的我国多时期土地利用遥感监测数据集[18]，选取了2000、2010 和2020 年3 个时相。该数据集以Landsat 遥感影像数据作为主信息源，通过人工交互的方法快速提取土地利用变化遥感信息[ 1 8 − 1 9 ]。在ArcGIS Pro 中将格网数据转换成栅格数据，分辨率为1 km×1 km。提取土地利用数据进行耕地空间分布分析，根据耕地利用变化类型图的属性数据表计算不同时期的耕地和其他土地类型空间转换特征[19]。

2 结果与分析

2.1 我国主要耕地后备资源数量与演变规律

通过分析主要耕地后备资源发现，2000 年我国主要耕地后备资源面积为11774.57 万hm2，约占国土陆地面积的12.27%，2010 年主要耕地后备资源面积为11803.50 万hm2，约占国土陆地面积的12.30%（表1），较2000 年增加了28.93 万hm2。2020 年主要耕地后备资源面积为12932.22 万hm2，约占国土陆地面积的13.47%，相比于2010 年增加了1128.72 万hm2。从耕地后备资源类型来看，2000 和2010 年面积排在前三位的是低覆盖度草地、盐碱地和滩地，分别占主要耕地后备资源总面积的78.24% 和77.68% （低覆盖度草地）、11.58% 和11.29% （盐碱地）、4.24% 和4.22% （滩地），2020 年排在前三位的是低覆盖度草地、盐碱地和裸土地，分别占主要耕地后备资源总面积的75.07% （低覆盖度草地）、8.26% （盐碱地）和7.60% （裸土地）。2000—2010 年间，主要耕地后备资源中低覆盖度草地、滩涂地、滩地和盐碱地面积在减少，其它林地和裸土地面积在增加，2010—2020 年间滩涂地和盐碱地面积继续在减少，而其它林地、低覆盖度草地、滩地和裸土地面积出现增加。2010—2020 年间裸土地面积变化很大，年均增加高达23.59%，是2000—2010 年年均变化率（0.059%） 的401.54 倍。

2.2 我国主要耕地后备资源分布特征

耕地后备资源是我国重要的战略后备资源，是国家粮食安全战略保障体系的重要一环。我国31 个省市自治区的主要耕地后备资源数量差异较大（表2），2000、2010 和2020 年均以西北和西南地区主要耕地后备资源面积最大，分别占总面积的68.30% 和22.95% （2000 年）、67.80% 和22.93% （2010 年）、61.51% 和31.15% （2020 年）。2000、2010 和2020 年主要耕地后备资源面积最多的前5 个省（市、自治区） 均为新疆维吾尔自治区、青海省、西藏自治区、内蒙古自治区和甘肃省，其主要耕地后备资源面积均超过700.00 万hm2。2000、2010 和2020 年主要耕地后备资源面积大于1000 万hm2的省（市、自治区） 均为4 个，500 万～1000 万hm2的省 （市、自治区） 有1 个，100 万～500 万hm2 的省 （市、自治区）2000 和2010 年均有6 个，2020 年有4 个，2000 和2010 年低于 100 万hm2 的省（市、自治区） 均有20 个，2020 年有22 个。

2.3 我国不同地区主要耕地后备资源演变规律

从主要耕地后备资源变化幅度来看，2000—2010 年期间东南、长江中下游、西南和东北地区面积均在增加，华北地区和西北地区均在减少，其中以西北地区减少幅度最大，高达38.92 万hm2；而在2010—2020 年期间仅有西南和长江中下游地区主要耕地后备资源面积在增加，其余4 个地区（东南、西北、华北和东北地区） 均在减少（表2，图1）。通过分析31 个省市自治区耕地面积变化幅度发现，2000—2010 年期间31 个省（市、区） 中有19 个省（市、区） 主要耕地后备资源面积在增加，共增加104.48 万 hm2，以广东、广西、福建和江西增加幅度最大，其余12 个省（市、区） 面积在减少，共减少75.55 万 hm2；2010—2020 年期间共有 8 个省（市、区） 主要耕地后备资源面积在增加，共增加1519.13 万 hm2，以西藏自治区、青海省、云南省和湖南省的增加幅度最大，其余23 个省（市、区） 面积在减少，共减少390.41 万 hm2。

2000—2010 年期间，东南和长江中下游地区主要耕地后备资源面积年均变化率较大，分别为2.42%和1.17%。而在2010—2020 年间，西南、东北、华北和长江中下游地区主要耕地后备资源面积年均变化率均较大，分别为4.88%、2.85%、1.66% 和1.52%。同样，通过分析31 个省市自治区主要耕地资源年均变化率，发现2000—2010 年间年均变化率前五位的省（市、自治区） 有江西省、广西壮族自治区、福建省、广东省和湖南省，分别为3 . 9 4 %、3.61%、2.80%、2.74% 和1.90%，而2010—2020 年间前五位的省（市、自治区） 是湖南省、天津市、云南省、西藏自治区和河南省，分别为7.39%、6.99%、6.60%、5.44% 和4.91%。

2.4 我国主要耕地后备资源新增与流失变化

2000—2020 年间，我国耕地的来源和流向一直处于动态变化中（图2、图3）。2000—2010 年间，新增耕地的主要来源为草地、未利用土地和林地，面积分别为115.92 万、58.98 万和32.68 万hm2，耕地流失主要去向为建设用地、草地和林地，流失面积分别为187.18 万、60.87 万和58.27 万hm2，分别占流失耕地总面积的53.84% （建设用地）、17.54% （草地） 和16.79% （林地）。来源于草地和未利用地的耕地面积高于耕地流向草地和未利用地的面积，耕地面积因此净增加55.05 万hm2 （草地） 和58.98 万hm2 （未利用地），而建设用地是耕地净流失的主要去向，净流失187.18 万hm2。2010—2020 年间，新增耕地主要来自于林地、草地和建设用地，新增面积分别为2237.24 万、1689.20 万和884.25 万hm2；流失耕地主要去向也为林地、草地和建设用地，流失面积分别为2273.33 万、1469.04 万和1391.44 万hm2，分别占流失耕地总面积的40.44% （林地）、26.13% （草地） 和24.75% （建设用地）。综合新增和流失，草地和未利用土地的转变新增耕地220.16 万hm2 和102.70万hm2，而建设用地导致耕地净流失507.19 万hm2，且流失面积大于草地和未利用土地带来的新增面积。从时间分布上看，新增耕地和流失耕地动态变化在2000—2010 年间并不大，主要集中在2010—2020年间。从空间分布看，新增的耕地和流失的耕地主要发生在我国南方地区。这些变化主要是由于前期我国经济突飞猛进，城镇化建设也随之加快，新增的建设用地大量占用了优质耕地，后期政策的调整促使耕地流向发生转变。

3 讨论

3.1 我国主要耕地后备资源时空变化与现状

我国作为农业大国，面对人多地少的资源禀赋，耕地后备资源数量的充足与稳定同样是保障国家粮食生产和粮食安全的基础，也是农业可持续发展的重要保障，在确保耕地资源数量中至关重要。守住耕地保护红线，不但要严格实施耕地保护政策，同时合理开发利用耕地后备资源，对于缓解耕地资源紧张局势，弥补耕地占用，实现耕地“占补平衡”，有效保障我国18 亿亩耕地的“红线”。《全国土地利用总体规划纲要（2006—2020）》中指出我国耕地资源后备潜力约为1333.33 万km2，60% 以上分布在水源不足和生态脆弱地区，开发利用的制约因素较多。国土资源部2014 年部署开展的全国耕地后备资源调查结果显示，全国耕地后备资源总面积为535.28 万km2。其中，可开垦土地面积为516.18 万km2，可复垦土地面积为19.10 万km2。其区域主要集中在中西部经济欠发达地区，以新疆、黑龙江、河南、云南、甘肃5 个省份后备资源面积最多。易玲等[7]利用遥感影像数据分析了我国1980s 末、1995、2000、2005、2008 和2010 年共6 期未利用土地（沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地、高寒荒漠、苔原等） 的时空演变，发现研究期内我国未利用土地面积总量持续减少，共净减少了11545.14 km2，2010 年我国未利用土地总面积达到212.57 万km2。张甘霖等[20]利用1：100 万的土壤−地体数据库，分析了牧业地区的低覆盖度草地、非牧业地区的草地、水域（滩地） 及未利用地中盐碱地、沼泽地和裸土地等可开垦耕地后备资源，显示我国有156.31 万km2耕地后备资源，其中56.61 万km2的耕地后备资源具有不同适宜程度的自然质量。本研究的主要耕地后备资源类型中以低覆盖度草地（占后备资源总面积的64.3%）、盐碱地（占12.2%）、内陆滩涂（占8.7%） 和裸地（占8.0%） 为主。其中，2000、2010 和2020 年我国主要耕地后备资源面积分别为11774.57 万、11803.50 万和12932.22 万hm2，主要位于西北和西南地区，而耕地较为紧张的长江中下游地区耕地后备资源面积较少，且研究期内华北地区和西北地区主要耕地后备资源面积在持续减少。以上结果充分说明，我国主要耕地后备资源区域分布极不平衡，占补空间越来越小。不管是全国范围内，还是省域内实现占补平衡越来越难。此外，本研究中我国主要耕地后备资源面积较大，但并不代表均能开发为有效耕地，受到土地利用政策、土地资源质量和自然生态环境等因素制约。尽管耕地后备资源的开发利用可以缓解耕地资源紧张的局势，但仍需始终坚持耕地保护和资源节约的基本国策。

此外，我国耕地一直处于动态变化中，耕地变化主要是由于经济的飞速发展，城镇化建设加快，新增的建设用地大量侵占了优质耕地，导致耕地的流失[19]。本研究发现，耕地流失的主要去向为建设用地，进一步证实了城镇化建设是耕地流失的重要因素。新增耕地和流失耕地间的动态变化在2000—2010 年间并不大，而在2010—2020 年间变化较为集中，主要发生在我国南方地区。南方地区作为我国改革开放最早、经济发展最快的地区，城乡建设的飞速发展大量占用了耕地资源，进而引起了耕地资源的动态减少[19， 21]。然而，受土地资源禀赋所限，后备土地资源不足，新增耕地潜力有限[22]。我国西北地区具有充足的耕地后备资源，随着农业技术的投入，水利设施的完善，实现了耕地面积大幅度增加。前期研究表明，我国1987 年到2010 年的耕地总面积呈南减北增，耕地面积以长江三角洲和珠江三角洲地区减少最为严重，新疆、黑龙江以及内蒙古等地耕地面积增加显著[23]。近年来，政府部门和社会各界通过加强对耕地资源的保护和管理，有效减缓了我国耕地面积的减少，但在动态平衡中新增耕地主要来源于草地和未利用地，分布于生态脆弱区，其适种性和耕地质量无法有效保障，耕地利用保护形势依然严峻。同时，在未来土地利用规划中依然要严格控制建设用地侵占优质耕地，切实加强耕地资源保护。

3.2 我国耕地后备资源合理开发与可持续利用方案

我国正面临着必须为未来30 年内持续增长的人口提供足够食物的重任，同时面临由于耕地面积逐年减少造成食物供应不足，尤其是粮食增产潜力不足的重大压力。守住18 亿亩耕地红线，一方面依靠政府制定并实施严格的耕地保护政策，另一方面是合理开发利用耕地后备资源。鉴于此，开发利用耕地后备资源是实现耕地“占补平衡”、确保18 亿亩耕地红线的重大战略举措。本文就耕地后备资源合理开发与可持续利用提出供参考的治理技术与原则：

1） 生态优先，其他草地资源可持续开发。其他草地是耕地后备资源中可开发利用总面积最大的类型，在不占开发区域林地、湿地、草地以及水面，不占生态保护红线以及相关保护地等前提下，适宜开发相对面积较大，土壤改良代价比较小的地块，结合当地高标准农田建设规划实施，采取平整地块、消除杂草、增施有机肥、种植绿肥、秸秆还田等工程和农艺措施，发展适宜当地气候环境的粮食及经济作物，集中连片打造试点示范区。

2） 以水定地，沙地资源完善水利设施。沙土孔隙结构差，不保水、不保肥，因此土壤有机质含量较为缺乏，土壤贫瘠。沙地资源多集中在西北干旱地区，内蒙古和新疆分布较多，由于风沙天气多发、气候干旱、降水量少，首先要采取加固农田林网建设，阻滞风沙侵蚀农田。其次，完善灌溉水利措施，依托现有水利工程和可供水量，采用滴灌、微喷等技术铺设地面节水管道，以满足灌溉和抗旱的需要。另外，根据治理区土壤实际情况，采用施加农家肥方式进行土壤培肥，维持土壤养分。

3） 综合施策，盐碱地资源分级分类利用。盐碱地面临的障碍因子是综合性的，因此需要坚持改水、改土、改种并重，将工程措施和农业及生物措施相结合，根据不同盐碱地类型采取分区治理。西北干旱半干旱区主要是氯化物和硫酸盐盐化土壤，采用脱硫石膏、种植耐盐作物、施用有机肥、秸秆深还田、掺沙降容等综合技术模式；东北区主要是苏打盐碱土壤，以开发为水稻田为主，旱地为辅；新疆主要是中重度盐碱土，依托暗管排盐等灌排措施，淋洗盐分。

4） 有序开发，裸地资源依开发难度循序渐进。根据裸地资源地理位置，由靠近道路处优先开发，进行土地平整、灌溉沟渠挖筑、田间道路、筑牢埂坎、设置边坡等工程施工。由于常年撂荒，水资源、土壤肥力、土壤结构条件及配套耕种措施缺乏，开发利用难度大，投资高，收益低，因此根据前期投资匡算，适度开发。

除此之外，在耕地后备资源开发利用过程中，应坚持生态环境保护，严守生态红线，严禁以破坏生态环境为代价进行耕地开发。从开发难度和经济效益上看，宜有限开发盐碱地，进行治理和综合利用，其次开发低覆盖度草地。另外，在开发后备耕地的同时，提升现有耕地产能也同等重要。

4 结论

通过对2000—2020 年我国主要耕地后备资源分布与变化特征的分析发现，相比2000—2010 年间，2010—2020 年间我国主要耕地后备资源面积变化更为剧烈。低覆盖度草地和盐碱地是耕地后备资源的重要组成，建设用地是耕地净流失的主要去向，草地和未利用地向耕地的净转变是新增耕地的重要来源。我国主要耕地后备资源主要分布于西北和西南地区，长江中下游地区耕地后备资源面积很少，华北和西北地区耕地后备资源面积处于持续减少中。通过对主要耕地后备资源综合分析，建议有限开发盐碱地，加强其综合治理和利用，其次开发低覆盖度草地，注意有序开发利用，因地制宜，坚持生态环境保护。

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基金项目：中国工程院战略研究与咨询项目（2023-PP-02）；农田智慧施肥项目（20221805）；国家水稻产业技术体系（CARS-01-23）。