华北集约化农区耕地细碎化特征及其整治模式研究——以河北曲周为例

孙晓兵，孔祥斌，温良友，胡莹洁

（1. 中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193；2.自然资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193）

耕地细碎化是与土地规模经营相对应的土地利用格局，是农业发展过程中存在的主要问题之一[1-2]。中国是一个人多地少、人地矛盾突出的国家，耕地细碎化是农业生产中的突出特征[3]，特别是家庭联产承包责任制实施以后，以平均主义为主导的分配机制导致农户耕地呈现分散化和细碎化特征[2,4-5]。虽然耕地细碎化有利于丰富农业种植结构、充分利用劳动力、降低农业市场风险以及提高农户收入水平，但随着农业现代化程度的日益深化，耕地细碎化阻碍了农业规模化经营，造成了生产成本增加、生产效率降低等问题[3,6-7]。因此，科学准确地揭示耕地细碎化特征、成因以及探究耕地细碎化整治模式，降低耕地细碎化程度已是耕地资源优化配置研究的重要内容。

耕地细碎化是指由于自然或人为因素导致的耕地呈现零碎、分散、大小不一的斑块，或是某一耕地利用类型难以集中、连片、规模经营的状态，耕地细碎化是自然环境、土地制度和社会经济等多重因素综合作用的结果[8-9]。耕地细碎化研究已成为国内外学者研究的热点，国外学者主要针对耕地细碎化概念内涵、形成机理以及量化评价等开展研究[1-2,10-11]，国内学者则从农户[12-13]、村域[14-15]等微观尺度以及县域[8,16]、区域[3,12]等中观尺度基于统计分析[3,12]、景观指数[16-17]等方法对耕地细碎化特征进行对比分析，并探究耕地细碎化对耕地利用系统[18]、耕地集约化[7]、农户生计[13]以及生产效率[19]等的影响以及关联特征。现有研究通常只针对农户调研数据或土地利用数据对耕地细碎化特征进行分析，而将其综合对比以揭示耕地细碎化特征及成因的研究相对较少，且对耕地细碎化整治模式的归纳总结依然不够完善。

华北集约化农区耕地面积接近全国的1/6，生产全国近60%～80%的小麦和35%～40%的玉米，是中国重要的粮食产区[20]。华北集约化农区村落密集、人口众多，以平均主义为主导的分配机制导致人均耕地面积相对较小[21]，加之建设用地扩张占用耕地以及道路河流等人为活动与自然活动对田块的分割，致使其耕地细碎化问题比较突出，如何科学有效地降低耕地细碎化程度是其农业发展面临的重要问题[22]。因此，本文以位于华北集约化农区的曲周县为研究区，基于土地利用数据和农户调研数据，通过选取景观格局指数和构建农户细碎化指数两个角度分别阐释其耕地细碎化特征，并在揭示华北集约化农区耕地细碎化成因的基础上，提出耕地细碎化整治模式，以期为华北集约化农区耕地细碎化研究提供理论借鉴。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

曲周县位于河北省南部，邯郸市东北部，黑龙港流域上游，地处 114°50′30″～115°13′30″E、36°34′45″～36°57′57″N，土地总面积为 6.77 万 hm2，管辖 10 个乡镇，342个行政村。曲周县地势由西南向东北倾斜，地势平坦，属温带半湿润大陆性季风气候，年均气温为13.1 ℃，无霜期约为210 d。区域有支漳河、滏阳河和老沙河等河流，年均降水量为556 mm，降水主要集中于7～9月。土壤类型以潮土、盐土和褐土为主，土壤质地有砂土、砂壤、轻壤、中壤和粘土。随着盐碱化综合治理以及农业种植结构调整，曲周县农作物以冬小麦、夏玉米和春棉花等为主。2015年曲周县总人口为51.36万人，农业产值为23.87亿元，粮食总产量达41.89万t。

1.2 数据来源

研究基础数据包括土地利用数据、农户调查数据和统计年鉴数据。土地利用数据来源于曲周县自然资源局2016年土地变更调查数据，通过提取水浇地和旱地以获取耕地利用类型。农户调查数据则是根据各个乡镇的耕地利用特征，采用随机抽样的方法选取典型村庄和抽取典型农户进行问卷调查。2018年6—7月，课题组对曲周县88个村庄的296户展开问卷调查，村庄抽样比例为25.73%。调查问卷包括家庭基本特征以及耕地总面积、最大面积、最小面积、细碎化认知状况与调整意愿等内容。统计年鉴数据则来源于2016年《曲周统计年鉴》。

2 研究方法

2.1 景观尺度耕地细碎化分析方法

2.1.1 景观尺度耕地细碎化指标 景观尺度耕地细碎化是通过借助景观指数反映耕地细碎化的空间格局特征，根据景观指数的含义以及已有研究[8,16,23]，本文选取斑块数量、斑块密度、边界密度、平均斑块面积、面积加权平均斑块形状指数、斑块面积变异系数和聚集度指数等能够表征耕地面积、形状与分布的指标综合表征耕地细碎化特征。

1）斑块数量（NP）。

式中：NP为耕地景观的斑块总数量（个），N为斑块数量。N的数值越大，耕地的细碎化程度越高。

2）斑块密度（PD）。

式中：PD为耕地景观的斑块密度（个/km2），A为耕地斑块的总面积（km2）。斑块密度越大，耕地细碎化程度越大。

3）边界密度（ED）。

式中：ED为耕地景观的边界密度（m/hm2），E为耕地斑块的边界总长度（m）。边界密度越大，耕地细碎化程度越大。

4）平均斑块面积（MPS）。

式中：MPS为平均斑块面积（hm2），平均斑块面积越大，耕地细碎化程度越低。

5）面积加权平均斑块形状指数（AWMSI）。式中：AWMSI为面积加权平均斑块形状指数，Pij为第i个斑块类型第j个斑块周长（m），aij为第i个斑块类型第j个斑块的面积（m2）。AWMSI表征耕地景观形状的复杂性，其值越大，耕地景观形状越复杂，耕地景观越破碎。

6）聚集度指数（AI）。

式中：AI为聚集度指数（%），0≤AI≤100，gii为根据单一算法类型i相邻的斑块数。聚集度指数反映斑块的空间匹配特征，其值越大，耕地斑块的连接程度越高，细碎化程度越低。

7）斑块面积变异系数（PSCOV）。

式中：PSCOV为斑块面积变异系数，PSSD为斑块面积标准差，MPS为平均斑块面积，ai为第i个斑块的面积（m2），n为斑块数量。斑块面积变异系数表征耕地景观的离散程度，其值越大，耕地斑块之间的差异性越大。

2.1.2 景观尺度耕地细碎化评价 为降低各景观指数的相关性，通过主成分分析方法对耕地细碎化指标进行综合，以达到降维的目的[16]。本文运用SPSS18.0软件对耕地细碎化指标进行主成分分析，提取两个主成分，其累积方差贡献率为88.839%，能够代表大部分细碎化指标信息。

根据主成分载荷矩阵可知（表1），第一主成分包括斑块数量、斑块密度、边界密度、平均斑块面积、聚集度指数和斑块面积变异系数，第二主成分有面积加权平均斑块形状指数。针对第一主成分和第二主成分的对比分析可知，第一主成分主要表征耕地面积和数量的细碎化状况，第二主成分表征耕地空间形态的细碎化状况，其可综合表征耕地面积、数量和空间形态的细碎化程度。

表1 耕地细碎化指标主成分载荷矩阵Table 1 Principal component load matrix of farmland fragmentation index

基于主成分分析提取的两个主成分，根据因子得分系数矩阵构建主成分和各指标之间的关系（F1和F2），并以因子的方差贡献率作为权重对指标进行综合，可对各乡镇景观尺度耕地细碎化程度进行评价（FL）。

2.2 农户尺度耕地细碎化分析方法

农户是耕地利用过程的主体，农户的田块耕作状况能够反映耕地细碎化程度[12]。结合课题组对研究区调研状况以及已有研究现状[2-3,12]，本文选择户均耕地面积、地块平均面积、农户地块数量和耕地距家距离等指标表征农户地块的细碎化状况。

1）户均耕地面积。户均耕地面积是指农户耕作地块的总面积，在一定程度上表征农户耕种的规模。

2）地块平均面积。地块平均面积是指农户耕地总面积和地块数量的比值，用以衡量农户耕作单元的大小状况。地块平均面积越大，耕地细碎化程度越低；反之，耕地细碎化程度越高。

3）农户地块数量。农户地块数量表示农户耕作地块的数量，表征农户耕作地块的细碎化状况，即在耕地面积一定的条件下，地块数量越多，耕地细碎化程度越高。

4）耕地距家距离。耕地距家距离，即地块到农户家之间的实际距离，表征道路对耕地的分割程度，用以衡量农户耕作的细碎化程度。本文用耕地距家最远距离和距家最近距离的平均值表征地块到农户家的距离。

根据农户尺度耕地细碎化指标的内涵，构建以农户耕地面积、地块平均面积、农户地块数量和耕地距家距离为指标的耕地细碎化评价指标体系，但农户耕地面积和地块平均面积与耕地细碎化程度呈现负相关，农户耕地数量和耕地距家距离与耕地细碎化程度呈现正相关，故运用极差法对各指标进行标准化处理。指标权重应综合客观与主观两方面，故在熵权法客观赋权的基础上，用德尔菲法进行修正，确定各指标权重依次为0.233、0.269、0.286、0.212，并运用综合指数方法综合地衡量农户尺度耕地细碎化状况。

式中：FH为农户尺度耕地细碎化程度；qi为第i个耕地细碎化指标的标准化值；wi为第i个耕地细碎化指标的权重，i为耕地细碎化指标的数量。

2.3 变异系数法

变异系数是标准差和平均值的比值，用以衡量两组或多组数据之间的差异性程度[24]。变异系数越大，数据之间的差异性程度越大；反之，数据之间差异性越小。本文用以测算各乡镇以及调研样本之间不同指标之间的差异性程度。

式中：V为变异系数，为数据的平均值，Xi为第i个数据的值，n为乡镇或调研样本的数量。

3 结果与分析

3.1 景观尺度耕地细碎化特征

由表2可知，曲周县各乡镇景观尺度耕地细碎化指标具有显著差异性，且指标间差异性程度有所不同。曲周镇斑块数量最大，而依庄乡和大河道乡斑块数量相对较小；曲周镇、槐桥乡、河南疃镇和第四疃镇斑块密度依次递减且均高于县域斑块密度，其余乡镇斑块密度相对较小，其中，大河道乡斑块密度仅为0.17个/km2；曲周镇、白寨乡和侯村镇边界密度均高于县域边界密度，其余乡镇边界密度均低于县域边界密度值；大河道乡、安寨镇、侯村镇、依庄乡、南里岳乡和白寨乡平均斑块面积依次递减且均高于县域平均斑块面积，其余乡镇平均斑块面积相对较小，其中，曲周镇平均斑块面积仅为49.3 hm2；第四疃镇面积加权平均斑块形状指数最大，其值为11.03，而依庄乡面积加权平均斑块形状指数最小，其值仅为4.93；安寨镇、依庄乡、河南疃镇和南里岳乡聚集度指数高于县域集聚度指数，其余乡镇低于县域集聚度指数；曲周镇斑块面积变异系数最大，而依庄乡和大河道乡斑块面积变异系数相对较小。

斑块数量和斑块密度的变异系数相对较大，其值分别为0.91和0.83，表明各乡镇斑块数量和斑块密度的差异程度最大，其中，曲周镇斑块数量和斑块密度分别是大河道乡的17.00倍、8.12倍；平均斑块面积、斑块面积变异系数、面积加权平均斑块形状指数和边界密度的变异系数相对较小，其值分别为0.49、0.37、0.21、0.19；聚集度指数的变异系数最小，仅为0.01，表明各乡镇聚集度指数的差异性较小。由此可知，斑块数量、斑块密度、平均斑块面积的空间差异性较大，可作为评价曲周县各乡镇耕地细碎化强弱的重要指标，斑块面积变异系数、面积加权平均斑块形状指数、边界密度和聚集度指数对表征耕地细碎化也具有重要作用。

3.2 农户尺度耕地细碎化特征

通过分析曲周县296份农户调研数据可知，户均耕地面积为0.69 hm2，农户耕地面积最大值为5.33 hm2，最小值为0.10 hm2；地块平均面积为0.16 hm2，最大面积为1.33 hm2，最小面积为0.01 hm2；户均耕地数量为5.07块，农户耕地数量最大值为25块，最小值为1块；耕地距家平均距离为875.52 m，距家最远距离的平均值为1255.74 m，距家最近距离的平均值为495.30 m。然而，耕地距家距离变异系数最大为1.90，农户地块数量和户均耕地面积的变异系数分别为1.69、1.40，地块平均面积变异系数最小，其值为1.27。

表2 曲周县各乡镇景观尺度耕地细碎化指标Table 2 Index of farmland fragmentation on landscape scale in each township of Quzhou County

由表3可知，曲周县各乡镇农户耕地面积均值均低于1 hm2，其中，侯村镇、依庄乡和槐桥乡农户耕地面积高于县域平均值，其值分别为0.89 hm2、0.73 hm2、0.69 hm2，其余乡镇农户耕地面积均低于县域平均值，而白寨乡农户耕地面积最小，其值仅为0.43 hm2；侯村镇和依庄乡地块平均面积较大且高于县域平均值，而槐桥乡、白寨乡、河南疃镇和曲周镇地块平均面积均在0.15 hm2以下；河南疃镇农户地块数量最大，其值为6.50块，而白寨乡农户地块数量最小，其值为3.93块；依庄乡、安寨镇、河南疃镇和曲周镇农户距家平均距离均在900 m以上，而白寨乡农户距家平均距离最小，其值为700 m。由此可知，曲周县农户耕地距家距离、农户地块数量、户均耕地面积和地块平均面积变异性程度依次递减，且各指标均具有显著的空间差异性。

表3 曲周县各乡镇农户耕地细碎化指标平均特征Table 3 Average characteristics of farmland fragmentation indicators of farmers in each township of Quzhou County

3.3 耕地细碎化评价与分析

基于景观尺度和农户尺度的耕地细碎化特征，结合不同尺度的耕地细碎化评价方法可得曲周县各乡镇耕地细碎化指数，借助ArcGIS10.3软件采用自然断点方法，将耕地细碎化程度划分为高度细碎、较高细碎、中度细碎、较低细碎和低度细碎五个等级，进而阐释耕地细碎化的总体特征（图1）。从景观尺度来看，曲周镇耕地细碎化程度最高，为高度细碎，依庄乡和大河道乡耕地细碎化程度最低，为低度细碎，而耕地细碎化程度较高的乡镇主要集中于曲周县北部，耕地中度细碎和较低细碎的乡镇主要集中于曲周县南部；从农户尺度来看，曲周镇和河南疃镇的细碎化程度为高度细碎，而南里岳乡和侯村镇耕地细碎化程度最低，为低度细碎。由此可知，基于景观尺度和农户尺度的曲周县各乡镇耕地细碎化程度具有显著的差异性，但其耕地细碎化程度总体呈现由北向南依次递减的趋势，而曲周镇、河南疃镇和第四疃镇耕地细碎化程度较高，依庄乡耕地细碎化程度较低。

图1 曲周县景观尺度（a）和农户尺度（b）耕地细碎化空间分布特征Fig. 1 The cultivated land fragmentation characteristics of landscape scale (a) and farm scale (b) of Quzhou County

曲周县景观尺度和农户尺度的耕地细碎化状况因其自然环境、资源禀赋、社会经济以及土地制度等的不同而有所差异。景观尺度主要侧重因地形地貌、城镇村庄及道路河流等要素导致耕地难以集中连片、规模化经营的状况，其中，地形地貌从宏观上决定着耕地细碎化状况，而城镇村庄与道路河流等要素对耕地斑块的切割也对耕地细碎化有着重要的影响。曲周县地处华北集约化农区，地势平坦，地形对耕地细碎化的影响程度较低，而城镇村庄与道路河流等因素对耕地细碎化影响程度较大，如曲周镇作为县域行政中心，城镇建设用地扩张致使耕地面积减少，村庄、道路及河流等基础要素对耕地分割导致其斑块数量增加，耕地细碎化程度较高，而依庄乡和大河道乡的道路和村庄密度相对较低，耕地分割程度较低，耕地细碎化程度不高。农户尺度主要因以平均主义为主导的土地分配机制所导致的耕作单元的细碎化，即是由于农地产权制度产生的耕地细碎化。曲周县人地矛盾尖锐，以均等化思想为主的家庭联产承包造成完整的自然田块形成细碎化的耕作单元，如河南疃镇人多地少，人均耕地数量较少，耕地细碎化程度较高，而侯村镇耕地面积相对较大，人均耕地数量相对较高，耕地细碎化程度较低。由此可知，景观尺度和农户尺度耕地细碎化侧重视角及其成因的不同导致曲周县各乡镇耕地细碎化程度具有差异性，而科学地探究耕地细碎化成因并采取针对性措施是降低耕地细碎化的关键。

3.4 耕地细碎化整治模式研究

耕地细碎化是地理环境、资源禀赋、社会经济、生产状况和制度政策等因素综合作用的结果[4]，即包括自然因素和人为因素两个方面[12]。自然因素主要包含地形地貌、道路河流、自然灾害和耕地质量等，是自然条件下产生的耕地细碎化[4]；人为因素主要有人地关系、土地制度、社会经济和市场机制等，是由人地矛盾而形成的耕地细碎化[24]，即农地产权产生的耕地细碎化（图2）。因此，耕地细碎化可细分为自然细碎化和产权细碎化，而如何根据华北集约化农区农业生产实际，基于景观尺度和农户尺度耕地细碎化特征及其成因，因地制宜地构建耕地细碎化整治模式是农业可持续发展的重要内容。

本文基于华北集约化农区典型县域耕地细碎化实地调研，通过对农户、村干部以及乡级、县级等管理部门的座谈，结合耕地自然细碎化和人为细碎化特征及其成因，构建以土地综合整治和土地权属调整相结合的耕地细碎化整治模式（图2）。耕地自然细碎化整治应是以政府为主导的农地综合整治为基础，通过土地平整工程、农田水利工程和道路交通工程等内容降低因地形、道路、河流等造成的耕地细碎化。耕地人为细碎化则应以农户和村委会为主导，县级和乡级等政府相配合，通过地块互换、地块合并以及土地流转等方式降低耕地细碎化。地块的互换、合并及流转均应突出农户的主体地位，如地块互换模式是同一集体经济组织内部的农户基于自愿的原则，按照“面积不变、位置互换”的方式通过调整土地产权将分散的地块集中连片，并辅助以道路、沟渠等农业基础设施修建完善的过程；地块合并模式是以土地综合整治为基础，通过土地平整工程、农田水利工程和道路交通等工程，将零散的耕地地块进行归并集中，重新划分土地经营权，实现规模化经营的过程；土地流转模式是基于农户自愿的原则，将细碎化耕地集中形成连片地块，再以合作社进行专业化耕种，推行“联耕联种、合作经营”，实现“增面积、降成本、提效率、升效益”的综合模式。

图2 华北集约化农区县域耕地细碎化整治模式Fig. 2 Farmland fragmentation remediation model in intensive agricultural areas of North China

耕地自然细碎化和产权细碎化成因决定了其表现形式与整治模式的差异性[25]。耕地细碎化整治可先从景观尺度和农户尺度评判其自然细碎化和产权细碎化程度，进而基于相应的耕地细碎化特征确定以土地综合整治或以土地权属调整为主的耕地细碎化整治方式，但耕地细碎化整治过程中的自然细碎化整治和产权细碎化整治应是相辅相成的，耕地自然细碎化整治伴随着土地产权调整，耕地人为细碎化整治要以自然细碎化整治为基础，通过道路、河流、沟渠等生产要素建设以降低耕地细碎化程度。然而，无论何种耕地细碎化整治模式，都要突出农户的主体性，政府应采用因地制宜的策略，因势利导地进行耕地细碎化整治，有效降低耕地自然细碎化的同时降低耕地人为细碎化，达到降低耕地细碎化的最终目的。

4 结论与讨论

4.1 结论

1）曲周县各乡镇景观尺度耕地细碎化指标具有显著差异性，且指标间差异性程度有所不同。斑块数量、斑块密度、平均斑块面积的空间差异性较大，斑块面积变异系数、面积加权平均斑块形状指数、边界密度和聚集度指数变异性相对较小。

2）曲周县户均耕地面积为0.69 hm2，地块平均面积为0.16 hm2，户均耕地数量为5.07块，耕地距家平均距离为875.52 m，且耕地距家距离、农户地块数量、户均耕地面积和地块平均面积变异性程度依次递减，且各指标均具有显著的空间差异性。

3）基于景观尺度和农户尺度的曲周县各乡镇耕地细碎化程度具有显著的差异性，但耕地细碎化程度总体呈现由北向南依次递减的趋势，其中，曲周镇、河南疃镇和第四疃镇耕地细碎化程度较高，依庄乡耕地细碎化程度较低，且耕地细碎化成因不同致使其耕地细碎化程度有所差异。

4）基于自然细碎化和产权细碎化特征及其成因，构建以土地平整、农田水利和道路交通等土地整治工程与地块互换、地块合并和土地流转等土地权属调整方式为核心的耕地细碎化整治模式；耕地细碎化整治过程中应突出农户的主体地位，通过中央政府和省级政府的总体控制、县级政府的指导落实、乡镇政府的沟通协调等过程，达到降低耕地细碎化的目的。

4.2 讨论

华北集约化农区作为我国重要的粮食产区，也是耕地细碎化比较严重的区域[21]。基于曲周县景观尺度和农户尺度耕地细碎化特征、类型及其成因，提出以土地综合整治和土地权属调整为基础的整治模式，可为降低华北集约化农区耕地细碎化程度提供参考。本文的耕地细碎化整治模式以土地综合整治和土壤权属调整为核心，但两者的具体内容及其作用过程具有差异性。土地综合整治通过调整耕地利用结构和优化耕地利用布局等过程降低自然细碎化[26-28]，但对产权细碎化作用相对较弱，而土地权属调整可有效地降低产权细碎化。土地综合整治是以中央、省级和县级等各级政府为主导的政府行为，且其作用随行政等级降低逐渐由宏观控制到具体落实转变。土地产权调整是通过调整权属降低耕作单元的细碎化，实施过程应突出农户的主体地位，充分发挥农民的积极主动性，适时适当的推进地块互换、合并及流转，有效地保障农民的合法权益。

此外，通过对华北集约化农区典型县域的实地调研发现，政府推动的土地综合整治基本能够按照项目计划稳步推进，可通过田块平整、道路修建和渠系布设等方法有效地降低耕地细碎化，而土地权属调整难度相对较大。虽然大部分农民逐渐意识到耕地细碎化是生产成本增加以及耕作效率较低的重要原因之一，但土地权属调整的阻力依然较大，主要是由于耕地的互换地块质量不同、合并之后田块重划易起争议以及流转地块价格难以协调等原因，致使地块互换、合并及流转的面积相对较低。因此，耕地细碎化整治应基于细碎化特征、类型及其成因，因地而异地采取针对性的耕地细碎化整治策略。