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    粮食安全视角下长三角耕地利用格局变化及预测分析

    时间：2023-07-01 19:30:07来源：百花范文网本文已影响人

    曹宗龙 刘锦洋

    （1江苏苏地仁合土地房地产资产评估测绘造价咨询有限公司，江苏南京 210000；
    2安徽师范大学地理与旅游学院，安徽芜湖 241000）

    “十三五”规划提出，坚持最严格的耕地保护制度，坚守耕地红线，实施“藏粮于地、藏粮于技”战略[1]。耕地是保障国家粮食安全的基石，一方面要保证耕地的数量，另一方面要提高耕地的质量[2]。中国的耕地变化一直以来备受关注[3]，国内外学者基于遥感影像、“3S”技术等[4]，将耕地保护与利用与景观格局、生态脆弱性、生物多样性、耕地破碎性、耕地生态安全[5]等领域相交互，通过构建预测模型、驱动力分析[6]等，形成了相对完善的评价体系[7]。作为六大世界级城市群之一的长三角，不仅是参与国际竞争的重要平台，也是重要的粮食基地，但当前对于长三角耕地变化的研究仍相对较少。本文从面积、形态、类型、格局、预测对长三角耕地进行研究，为长三角粮食安全、耕地保护等相关政策制定提供支撑。

    1.1 研究区概况

    长江三角洲城市群（简称长三角城市群），位于长江入海之前的冲积平原。长三角城市群面积仅占全国总面积2.3%，却拥有2.25亿人口，并贡献了全国25%左右的GDP。

    长三角城市群是“一带一路”与长江经济带的重要交汇地带，在中国国家现代化建设大局和开放格局中具有举足轻重的战略地位。

    长三角作为六大世界级城市群之一，是中国参与国际竞争的重要平台、经济社会发展的重要引擎。长三角城市群要建设面向全球、辐射亚太、引领全国的世界级城市群，建成最具经济活力的资源配置中心、具有全球影响力的科技创新高地、全球重要的现代服务业和先进制造业中心、亚太地区重要国际门户、全国新一轮改革开放排头兵、美丽中国建设示范区。

    1.2 数据来源

    该研究采用GLOBELAND 30数据，对长三角2000、2010、2020年土地利用数据进行拼接、裁剪、融合等相关处理（图1）。

    图1 长三角2000、2010、2020年土地利用

    2.1 耕地利用动态度

    耕地动态度可表征某个时段研究区或格网内耕地变化幅度与速度[8]。计算公式：

    式中，Sa、Sb分别为研究期初与期末的耕地面积（km2）；
    T为研究时间,当T设定为年时，K为研究时段的耕地面积动态度。

    2.2 景观格局指数法

    利用景观分析软件Fragstats 3.3软件从景观水平对土地利用景观格局进行分析，得出不同时期的土地利用景观格局和变化趋势[9]。选用6种具有代表性的景观指数：景观面积（TA）、拼块所占景观面积的比例（PLAND）、最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、平均分维数（FRAC_MN）、分离度（SHLIT）、聚合度（AI）。

    （1）拼块类型面积（TA），单位：hm2，范围：TA＞0。

    描述：TA等于一个景观的总面积，除以10 000后转化为hm2。

    （2）拼块所占景观面积的比例（PLAND），单位：%，范围：0＜PLAND≤100。

    描述：PLAND等于1个街区类型的总面积占总景观面积的百分比。当其值趋近于0时，表明该地块类型在景观中非常罕见。当其值为100时，表示整个景观仅由1种地块构成。

    （3）最大斑块所占景观面积的比例（LPI），单位：百分比，范围：0＜LPI≤100。

    描述：LPI等于斑块类型中最大斑块所占景观总面积的百分比。

    （4）平均分维数（FRAC_MN），单位：无，范围：1.0≤FRAC_MN≤2.0。

    公式描述：D=2ln(P/4)/ln(A)，D表示分维数，P为斑块周长，A为斑块面积。D值越小，表明斑块形状越简单，D值的理论范围为1.0～2.0，1.0代表形状最简单的正方形斑块，2.0表示等面积下周边最复杂的斑块。

    （5）分离度（SHLIT），单位：%，范围：0＜SHLIT≤100。

    描述：SPLIT等于景观面积的平方除以所有斑块面积的平方之和，其中这些斑块属于相关斑块类型。

    （6）聚合度（AI），单位：%，范围：0＜AI≤100。

    描述：AI等于分裂类似邻接的所有类型，包括相关的块类相似的邻接的最大数量可能包括相关的地块类型，乘以之和的比例值的这种类型的景观组成，最后乘以100%。

    3.1 长三角耕地利用变化分析

    由表1可知，长三角2000年耕地总面积为19 764 321 hm2，2010年为19 131 997 hm2，2020年为17 571 185 hm2。从2000年至2010年长三角耕地减少632 324 hm2，而自2010年到2020年长三角耕地减少1 560 812 hm2，由此可见。2000—2020年，长三角耕地数量持续减少，尤其2010—2020年，长三角耕地数量大幅度减少。

    结合表1、图2、图3可知，2000年安徽省耕地总面积为8 326 144 hm2，2010年为8 201 182 hm2，2000—2010年安徽省的耕地动态度为-1.50%，而2020年安徽省的耕地数量为7 952 145 hm2，2010—2020年安徽省的耕地动态度为-3.04%。安徽省作为长三角中耕地面积的最大的省份，对粮食安全起到重要的作用。整体上来看，安徽省耕地数量虽然持续下降，但下降幅度变化不大，耕地利用动态度呈低强度减少。耕地在空间上的变化主要体现为城市扩张，耕地减少（图4）。

    图4 安徽省3期耕地分布

    表1 长三角耕地数量 单位：hm2

    图2 2000—2010年耕地利用动态度

    图3 2010—2020年耕地利用动态度

    江苏省2000年耕地总面积为7 511 408 hm2，2010年江苏省耕总面积为7 237 584 hm2，2000—2010年江苏省的耕地动态度为-3.65%，而2020年江苏省的耕地数量为6 482 350 hm2，2010—2020年江苏省的耕地动态度为-10.43%。整体上看，江苏省耕地数量不断下降（图5），且2010—2020年耕地数量减少较大，耕地利用动态度呈中强度减少。

    图5 江苏省3期耕地分布

    浙江省2000年耕地总面积为3 465 255 hm2，2010年浙江省耕总面积为3 309 669 hm2，2000—2010年浙江省的耕地动态度为-4.49%，而2020年浙江省的耕地数量为2 811 009 hm2，2010—2020年浙江省的耕地动态度为-15.07%。整体上看，浙江省耕地数量不断下降（图6），耕地利用动态度呈不断扩大趋势，2010—2020年耕地数量减少十分明显，耕地利用动态度呈高强度减少。

    图6 浙江省3期耕地分布

    上海市2000年耕地总面积为461 514 hm2，2010年上海市耕地总面积为383 562 hm2，2020年上海市耕地总面积为325 681 hm2。上海市耕地数量较少，主要承载经济功能。整体上看，上海市耕地数量减少（图7），但耕地利用动态度呈微强度增加。

    图7 上海市3期耕地分布

    由图8可知，耕地的减少形态主要有以下方面：以上海市为首的耕地炸裂式减少；
    以长江经济带临岸城市，沿长江呈带状式减少；
    以快速发展的合肥市、宁波市为首的耕地星状式减少。这可以看出耕地的减少形态主要与经济的发展息息相关。2000—2020年，耕地的减少主要集中在长江沿岸、沿海城市以及掌握优质资源快速发展的城市，发展导致城市扩张，耕地减少。

    图8 长三角耕地变化

    3.2 长三角耕地转移矩阵分析

    2000—2010年，长三角耕地未发生变化的面积为18 007 381 hm2，耕地主要向建设用地、林地、水域方面转移。同时，林地、水域、建设用地向耕地转移的数量也较大。通过转入转出的数据进行对比，林地、草地、建设用地由耕地转出数量大于转入耕地数量。水域、未利用地转入数量大于转出数量。整体上看，林地、草地、未利用地，转入和转出量基本趋于平衡。水域转入耕地数量较大于转出数量，而耕地转入建设用地数量明显大于建设用地转入数量，差额为665 187 hm2，转移数量显著。由此可见，2000—2010年，主要是由耕地向建设用地方面转移，具体见表2。

    表2 2000—2010年耕地转入转出 单位：hm2

    2010—2020年长三角耕地未发生变化的面积为16 297 373 hm2，耕地主要向建设用地、水域、林地、草地方面转移。建设用地、林地、水域向耕地转移的数量也较大。通过转入转出的数据进行对比，林地、草地、水域、建设用地，由耕地转出数量大于转入耕地数量。仅未利用地转入耕地数量大于转出数量，且数量较少，这也体现了耕地整体向其他地类转移，意味着耕地数量大幅度减少。整体上看，草地、未利用地，转入和转出量基本趋于平衡。林地、水域、建设用地由耕地转出数量均较明显大于转入耕地数量。尤其是建设用地，差额为1 306 391 hm2，较2000—2010年的净转出量也明显提升。由此可见，2000—2020年，主要是由耕地向建设用地方面转移。尤其是2010—2020年，转移数量十分明显，具体见表3。

    表3 2010—2020年耕地转入转出单位：hm2

    3.3 长三角耕地景观格局分析

    基于GLOBELAND 30中2000、2010、2020年3期土地利用数据，将其放到Fragstats 3.3中class层级进行处理，选用6种具有代表性的景观指数：景观面积（TA）、拼块所占景观面积的比例（PLAND）、最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、平均分维数（FRAC_MN）、分离度（SHLIT）、聚合度（AI）[5]，得到2000、2010、2020年关于耕地的相关景观指数。

    耕地景观规模主要是研究景观面积（TA）、拼块所占景观面积的比例（PLAND）、最大斑块所占景观面积的比例（LPI）。从表4可以看出，2000—2020年长三角耕地景观面积（TA）、拼块所占景观面积的比例（PLAND）都在不断下降，耕地景观数量减少，同时所占比例减少。最大斑块所占景观面积的比例（LPI）也在不断下降。这表现为长三角耕地的规模经营正在不断削弱，集约利用耕地、保护利用耕地有待加强。

    耕地景观分离度主要是研究分离度（SHLIT）、聚合度（AI）。从表4可以看出，2000—2020年长三角耕地聚合度（AI）不断下降，而分离度（SHLIT）正不断上升。这表现为长三角耕地的细碎化程度不断上升，耕地正在被拆分为更细小的地块，耕地处于不断离散状态。

    景观形状指数主要研究平均分维数（FRAC_MN）。从表4可以看出，2000—2020年长三角耕地平均分维数（FRAC_MN）不断下降，逐渐向1.0趋近，这表明长三角耕地的形状特征变得更加简单，耕地斑块向正方形斑块趋近。

    表4 耕地景观格局变化

    3.4 长三角耕地预测分析

    根据2000、2010、2020年长三角耕地分布数据，对长三角3期耕地进行质心提取，2000年长三角的耕地质心在南京市的建邺区，位于长江以南。2010年长三角耕地重心转移至南京市浦口区中东部边缘，并由长江以南转向长江以北。2020年继续向西北部转移，转移至南京市浦口区中部。根据2000、2010、2020年3期数据进行二阶拟合分析，得到2030年耕地重心的经度为118.463 631°，纬度为32.121 696°（图9）。

    图9 长三角耕地预测

    预测2030年长三角耕地重心可能转移至安徽省滁州市南谯区（图10）。整体上看，长三角耕地重心一直向西北方向转移，由长江以南转移至长江以北。至2030年长三角耕地重心可能由江苏省转移至安徽省，由南京市转移至滁州市。东南方向耕地减少较快，导致整个耕地格局不断向西北方向进行转移，并跨过长江。

    图10 长三角耕地重心转移

    4.1 结论

    长三角耕地呈北方高、南方低的格局，与长三角地形分布格局基本一致；
    主要是由耕地转向建设用地，耕地利用动态度呈先增加后减少的变化趋势。耕地减少形态主要分为炸裂式、带状式、星状式。耕地规模经营减弱，碎片化程度不断上升，但耕地形状变得更加简单、规整。耕地重心由长江以南转向长江以北，从南京建邺区转向浦口区，未来可能会由江苏省南京市转向安徽省滁州市。

    4.2 建议

    长三角耕地数量不断减少，今后应更加严格征地政策，平衡好城市扩张、经济发展与粮食安全的关系。加强耕地的规模经营，使耕地更加集约利用，减少经营成本。未来的耕地重心可能会由江苏省南京市转向安徽省滁州市，耕地重心向西北方移动，安徽省和江苏省作为粮食大省，加强耕地保护尤其重要。

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