基于“质量-产出-效率”的辽宁省耕地利用分区

张红梅，宋 戈，王思琢

基于“质量-产出-效率”的辽宁省耕地利用分区

张红梅，宋 戈※，王思琢

（东北大学 文法学院土地管理研究所，沈阳 110169）

耕地利用分区是引导区域耕地未来发展方向的重要依据，保证区片空间的连通是增强耕地利用分区管理可实施性的关键。以辽宁省为研究区，采用两维图论聚类和GIS空间分析相结合的方法，基于耕地利用“质量-产出-效率”的分区指标进行耕地利用综合分区，并探究各分区耕地利用方向。结果表明：1）研究区各县（市）耕地自然质量、产出水平和利用效率之间存在一定空间差异，高值区主要分布于辽宁中部和北部地区，低值区主要分布在辽宁东部和南部，西部地区耕地利用状况参差不齐；2）将辽宁省划分为辽西粮食生产及生态保护区、辽中耕地综合开发先导区、辽东水田及特色农业种植区、辽南耕地效率及产能挖掘区和辽中南耕地利用转型升级区5个耕地利用区；3）两维图论聚类和GIS空间分析相结合的分区方法有效保证了耕地利用分区相邻单元空间上的连通性和行政区界的完整性，对于耕地利用分区具有较好的适用性。研究结果有利于耕地利用分区的统一管理和实施，对综合引导区域耕地利用方向具有一定参考作用。

土地利用；分区；耕地；两维图论聚类；辽宁省

0 引 言

耕地分区利用是中国土地利用管理的关键内容，是国土空间规划编制和耕地利用政策差别化实施的重要依据[1]。耕地作为人类赖以生存的稀缺资源，对于保障中国粮食安全和社会稳定具有重要战略地位，特别是对于东北粮食主产区而言，耕地的科学利用与管理显得尤为重要。受气候、政策、开垦的综合作用影响，东北地区耕地利用表现出区域内的相似性和区域间的差异性特点[2-3]。实施耕地的差别化和统一化管理对于耕地提质增效具有重要意义，而分区是实现该目标的重要手段之一。科学确定耕地利用分区，因地制宜地引导不同区域耕地利用方向，对于缓解耕地保护压力、提升耕地价值、指导区域空间有序开发等[4]具有一定现实意义。

耕地利用分区是指根据耕地利用在某些方面表现出的差异性和相似性，以特定目标为导向对一定区域内耕地利用进行分区划分的过程。目前，耕地利用分区相关研究主要集中于耕地集约利用分区[5-6]、耕地后备资源利用分区[7]、耕地利用类型分区[8]、耕地保护分区[9-11]以及基于耕地质量[12-14]、耕地产能[15]和耕地生产力[16]的耕地利用分区等，多侧重于从耕地利用集约度、质量、数量、产能等要素入手进行分区。在研究方法上，一般运用熵值法、层次分析法、模糊数学法、综合指数法或多因素综合评判法等针对某目标进行耕地利用评价，以多指标的评价量化结果为分区基础，结合区域特征进行分区，或基于量化结果运用叠加分析法、比较分析法、聚类分析法、空间自相关分析法和神经网络算法等确定耕地利用分区。已有研究多侧重于对耕地利用分区要素及指标的选择，往往忽略了耕地利用分区单元之间的空间连通性，保证分区空间的连续性和行政区划的完整性是决定分区结果好坏的关键因素[17]，直接影响耕地利用分区管理效果，如何采用科学的分区方法兼顾分区单元之间的差异性、相似性和空间连通是亟待解决的问题。基于图论最小树法的两维图论聚类分区方法在考虑分区单元之间差异性和一致性的同时，有效保证分区单元的邻接性，使分区空间的连通成为可能，对于耕地利用分区的统一管理十分必要，该方法在土地利用管理[18]、作物估产[19]、农村居民点整合[20]和交通分区[21]方面均有体现，但将两维图论聚类运用于耕地利用分区的研究尚不多见。县（市）是中国土地利用管理与规划的基层行政单位，是保证耕地利用政策有效实施的最直接操作层[22]，以县（市）为耕地利用单元的两维图论聚类分区可充分考虑相邻县（市）的空间关联性和区片效应，有利于耕地利用的统一管理。鉴于此，本文以辽宁省为研究区，以县（市）为耕地利用分区单元，从多层次角度选取分区要素，运用两维图论聚类和GIS空间分析相结合的方法进行耕地利用分区，并结合辽宁省主体功能区规划成果，对各耕地利用分区发展方向提出宏观性战略指导，对于增强耕地利用分区的综合性和可实施性具有重要实践意义。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

辽宁省位于中国东北地区南部，介于东经118°53'至125°46'，北纬38°43'至43°26'之间，土地总面积为14.84×104km2。2015年，辽宁省耕地总面积为49 774.04 km2，占土地总面积的33.54%，人均占有耕地约0.113 6 hm2。辽宁省地貌分异明显，地势呈自北向南，自东西两侧向中部倾斜特点，东部和西部地区为山地丘陵区，中部为下辽河平原区，3个区地貌界线清楚，耕地利用区域差异显著。受地形影响，辽宁省耕地集中分布于中部平原地区，零星分布于西部和东部山地丘陵地区。其中旱地、水田和水浇地占耕地总面积比例依次为82.96%、13.53%和3.51%。水田集中分布于辽宁中部和东南部平原地区，旱地集中分布于辽宁中部和南部平原地区。

辽宁省是中国重要的粮食主产区和经济、交通枢纽，是东北振兴战略的关键着力点。随着城镇化进程不断加快，城市开发建设与耕地保护之间的矛盾加大，耕地供给和需求之间存在一定的不平衡，为有效缓解耕地与建设用地之间的矛盾，需对辽宁省耕地利用进行科学分区，引导区域耕地利用发展方向，实现耕地的高效和持续利用。

1.2 数据来源与处理

本文数据来源主要为2016年《辽宁统计年鉴》、2012年辽宁省耕地分等数据和调查数据和辽宁省主体功能区规划成果图（2014年）。其中，2016年《辽宁统计年鉴》主要用于获取粮食产量及耕地各项投入产出数据等；2012年辽宁省农用地分等数据主要用于获取耕地质量数据，本文主要使用2012年辽宁省农用地分等定级数据中的农用地自然质量等指数，短时期内耕地作物的光温生产潜力几乎不变，农用地自然质量等指数变动不大，因此将2012年农用地自然质量等指数近似为2015年使用；辽宁省主体功能区规划成果图与耕地利用分区结果相结合，用于最终确定各耕地利用分区名称及耕地利用发展方向。综合辽宁省所辖各个行政区耕地分布情况和数据可获得性，最终选取78个县（市）为研究单元进行分区。

2 研究方法

2.1 耕地利用分区指标

耕地利用分区指标的选取需关注反映耕地利用状况的关键性因子，揭示耕地利用的深层次问题，并对耕地利用与管理具有指导作用。本文构建基于“质量-产出-效率”的耕地利用分区指标体系，从不同层次揭示耕地利用状况，进行耕地利用的综合分区。其中“质量”指耕地自然质量，是耕地利用的基础条件，反映在最优土地利用水平和最有利经济条件下，耕地所能实现的最大可能单产水平，代表了耕地的“本底”产量水平[23]，决定了耕地的可持续生产能力[24]，是引导耕地开发利用的重要指标；“产出”指耕地产出水平，是在一定自然条件基础上耕地生产能力的直接表现，反映耕地现实的产出情况和耕地利用水平，体现由于区域耕地利用的基础设施条件、耕地投入和经营管理等差异造成的不同耕地利用效果；“效率”指耕地利用效率，是在一定的技术条件和发展水平下单位耕地面积所能实现最优产出的程度，反映耕地利用投入与产出之间的关系，体现耕地可持续利用及发展能力。在一定耕地自然质量条件下进行生产资料及技术等投入即得到耕地实际产出，通过比较耕地自然质量与实际产出水平的标准化差值可反映耕地利用潜力，指导区域耕地潜力开发。量化耕地的投入-产出关系可得到耕地利用效率，通过比较耕地产出水平与利用效率的标准化差值可揭示区域耕地利用程度，指导区域耕地的集约高效利用[25]。为进一步明确各分区的耕地利用发展方向，将分区结果与主体功能区规划成果图叠加，确定耕地利用分区名称及发展方向（图1）。

图1 耕地利用分区指标体系构建框架图

2.1.1 耕地自然质量

本文运用耕地分等数据和调查数据中的耕地自然质量等指数表示耕地自然质量。耕地自然质量等指数是指在自然质量条件下，耕地上的各指定作物所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数，可解释为在最优土地利用水平和最有利经济条件下，分等评价单元内的耕地所能实现的最大可能单产水平，也称为耕地的“本底”产量水平，本文采用面积加权平均法计算各分区单元内耕地的平均自然等指数[10]（式1）。

式中R为第个行政区的平均耕地自然等指数；R为第个行政区第个分等单元的耕地自然等指数；S为第个行政区耕地分等单元总面积。

2.1.2 耕地产出水平

耕地产出可分为社会和经济产出2种，通常以单位耕地面积上农作物的产量或产值表示，而耕地作物产值受产量与价格共同影响，价格受市场影响具有波动性，相比之下，单位耕地面积上农作物产量能直接反映耕地生产水平。辽宁省耕地种植的农作物主要为粮食作物，73.56%的耕地用于种植粮食，单位耕地面积上的粮食产量在一定程度上表示了区域耕地产出水平，因此本文以粮食单产表征耕地产出水平。

2.1.3 耕地利用效率

为了更加客观的评价耕地利用效率，本文考虑耕地利用对环境的影响，即耕地利用的非期望产出，运用SBM（slacks-based measure）模型对耕地利用效率进行测算。

1）耕地利用效率指标体系构建

耕地生产离不开土地、劳动和资本三大要素，选取主要农作物播种面积、第一产业从业人员、化肥施用折纯量和农用机械总动力作为耕地利用的投入指标。耕地利用产出分为期望产出和非期望产出两种，选取粮食总产量作为耕地利用期望产出指标，耕地利用碳排放量作为耕地利用非期望产出指标（表1）。其中，耕地利用碳排放量从农业翻耕、机械化作业、化肥、农药、农膜使用和耕地灌溉几方面考虑，通过获取耕地利用主要碳源的碳排放系数和各类碳源总量进行乘积求和得到，具体算法借鉴李波等[26]的研究成果，在此不做赘述。

表1 耕地利用效率指标体系

Table.1 Index system of cultivated land utilization efficiency

2）耕地利用效率测度模型

2.2 耕地利用分区两维图论聚类法

2.2.1 两维图论聚类的原理

聚类分析法是将一批样本或变量按照其在性质上的亲疏和相似程度进行分类的一种多元统计方法，类是指相似元素的集合。两维图论聚类算法是聚类分析的一种，可通过构造基于位置关系的无向加权图，在一般聚类方法的基础上，充分考虑聚类单元之间的空间邻接性，使只有相邻的单元相连接。耕地利用分区需根据耕地利用的多种空间分布特征，在考虑各分区单元之间的内在差异性和相似性的同时，保证相邻单元之间空间上的连通性和行政区界的完整性，运用此方法进行耕地利用分区划分，满足耕地利用分区要求，优于一般聚类方法。

在图论中，将图定义为空间中点与连接点的线的集合，即=(，)，其中为点的集合，为边的集合。分区需同时考虑各分区单元之间的邻接性和内在相似性，因此需构造加权连通图，即=(，，)，在无向加权图中，是各分区单元集合，是各单元邻接关系集合，是图论树算法中各点之间连接边的权值（图2）。图论聚类分区是求加权连通图的合理割集，即通过图论最小树法求得一个最小生成树，并根据区内分异小、区间分异大的原则，适当的将最小生成树分割成个子树，将研究区域分成个耕地利用区。其中，空间邻接性表示各单元的地理位置信息，两维图论聚类需利用GIS的空间分析手段提取分区单元的经纬度位置信息，具体分区技术路线见图3。

注：V1~V4为不同的分区单元；Eij为分区单元i和j之间的连接边；D(Eij)为分区单元i和j之间的连接边的权值。

图3 耕地利用分区技术路线图

2.2.2 连接边的权值及分区单元合并

在构造各耕地利用分区单元基于位置关系的无向加权图过程中，需通过各分区单元间亲疏程度的数量指标表示各连接边的权值，并通过权值大小选取一定的阈值进行连接边分割，将大于这一阈值的最小支撑树连接边移去形成独立的森林，森林中连通的对象合并形成分区[21]。距离法可将各分区单元作为维空间（个变量）的一个点，在维空间中定义距离，通过距离的远近表示各分区单元间的亲疏程度，距离较近的点归为同一类，距离较远的点归为不同类。欧氏距离在聚类分析中被广泛运用，本文运用欧氏距离表示各分区单元之间的亲疏程度（式3），即最小生成树对应边的权值，距离越大则关系越疏远，距离越小则关系越亲密。结合分区单元实际情况和分区需要，选取合适的阈值进行连接边分割和分区。

式中(E)为各分区单元连接边的权值；d为各分区单元间的欧氏距离；x、x分别为第和个分区单元的第个分区指标。

3 结果与分析

3.1 耕地利用状况空间分布特征

运用ArcGIS10.2软件将研究区各单元耕地自然质量、产出水平和利用效率进行空间矢量化，运用自然断点法[29]将各指标从高到低依次划分为高、中高、中、中低和低5个级别（图4、表2）。

辽宁省各县（区）耕地自然质量、产出水平和利用效率之间存在一定空间分异。其中耕地自然质量表现为中部地区较高，自中部向西部、东部两侧分别呈阶梯型逐渐降低，受辽宁地形因素的影响，其耕地的自然质量大体呈现中间高两边低的特点；耕地产出水平表现为中部地区较高，东部地区一般，南部地区较低，西部地区耕地产出水平参差不齐；耕地利用效率高值区集中分布于中部和北部地区，耕地利用效率低值区集中分布于南部地区，西部地区耕地利用效率参差不齐。各耕地利用要素不同级别分布情况存在一定差异，分别从不同层次反映了耕地利用的区域特点，对于耕地利用状况的表达和耕地利用发展方向的指导各有侧重，综合考虑耕地自然质量、产出水平和利用效率3个要素对耕地利用进行综合分区，对于耕地利用状况表达更加全面客观，便于综合指导耕地利用及开发方向。

3.2 耕地利用分区结果

对研究区各单元耕地利用“质量-产出-效率”3个指标因子进行标准化处理，结合质心经纬度数据，运用两维图论聚类进行聚类分析，最终得到两维图论聚类树图（图5）。78个分区单元共产生77个无回路的连接边，各聚类树连接边权值范围为0.207 3~2.947 4，权值越大说明分区单元间欧氏距离越大，相似性越低，因此从高值向低值逐渐移去连接边，结合各分区单元实际特点选取合适的阈值进行两维图论聚类树分割。在分割过程中，完全按照移除大于某一阈值连接边的方法得到的分区过于细碎，通过提取细碎分区发现，主要由于个别分区单元之间耕地面积相差较大，且存在区域职能差异，导致欧氏距离较大，例如：龙港区和兴城市、双台子区和台安县、清河门区和北票市，而龙岗区、双台子区和清河门区耕地面积相对兴城市、台安县和北票市很小，且在职能上更多承担了城市建设和发展的作用，为保证分区的集中连片可忽略此类差异，直接将此类面积单元就近划入相应分区。考虑耕地利用分区结果中各分区间面积相差不能过大，最终选择1.237 2为阈值进行分割，将大于等于此权值的连接边移除，共得到5个耕地利用区。根据各分区耕地利用相关指标特点，结合辽宁省主体功能区规划成果，将5个分区分别命名为辽西粮食生产及生态保护区（Ⅰ区）、辽中耕地综合开发先导区（Ⅱ区）、辽东水田及特色农业种植区（Ⅲ区）、辽南耕地效率及产能挖掘区（Ⅳ区）和辽中南耕地利用转型升级区（Ⅴ区）（图6）。

图4 辽宁省耕地自然质量、产出水平及利用效率空间分布

表2 辽宁省耕地自然质量、产出水平及利用效率情况

注：2个县（市）之间的数值为分区单元连接边的权值，数值大小表示各分区单元间的亲疏程度。Ⅰ区辽西粮食生产及生态保护区 (中-中低-中低)；Ⅱ区辽中耕地综合开发先导区（中高-中高-中高）；Ⅲ区辽东水田及特色农业种植区（中低-中高-中）；Ⅳ区辽南耕地效率及产能挖掘区（中低-中低-低）；Ⅴ区辽中南耕地利用转型升级区（中-中-中）。下同。

Ⅰ区-辽西粮食生产及生态保护区（中-中低-中低），位于辽宁西部山地丘陵地带，包括凌海市、龙城区、朝阳县等19个县（区）耕地总面积1 406 169.52 hm2，占该类型区土地总面积的33.21%，占辽宁省耕地总面积的28.25%。耕地自然质量一般，耕地自然质量等指数均值为1 709.52；耕地产出水平较低，粮食单产均值为3 793.23 kg/hm2；耕地利用效率较低，均值为0.273 2。该类型区内部分区单元之间的耕地产出水平和利用效率在空间上表现出相对集聚的特点，耕地产出水平及利用效率较低的单元互相邻近，而耕地自然质量的这一特点主要集中体现在该分区西部。该分区耕地面积相对较大，适于粮食作物的集中生产，但耕地产能具有一定的可提升空间，耕地利用开发程度有待提升。在辽宁省主体功能区规划中，该类型区位于省级重点水土保持型生态功能区，水资源相对匮乏，生态系统脆弱性偏高。综合来看，将该类型区作为辽西粮食生产及耕地生态保护区，需在保障其粮食种植面积不减少的同时，调整耕地作物种植结构，适当进行作物轮作，加强耕地水土保持，关注对耕地的生态保护。

Ⅱ区-辽中耕地综合开发先导区（中高-中高-中高），位于辽宁中部平原地带，包括北镇市、彰武县、兴隆台区等23个县（区）耕地总面积2 104 471.3 hm2，占该类型区土地总面积的56.83%，占辽宁省耕地总面积的42.28%。耕地自然质量较高，耕地自然质量等指数均值为2 051.47；耕地产出水平较高，粮食单产均值为8 020.41 kg/hm2；耕地利用效率较高，均值为0.670 7。该类型区内部分区单元之间的耕地自然质量、产出水平和利用效率在空间上均表现为较强的集聚现象，耕地自然质量、产出水平及利用效率较高的单元互相邻近。该分区耕地集中连片，耕地资源禀赋高，耕地生产水平较高，是耕地利用较成熟区域，且占据有利的区位优势，经济发展水平较高，农产品生产与城市开发建设并重。在辽宁省农业战略格局中，该类型区大部分位于粮油和畜牧业区、粮食畜牧精品农业区。综合来看，将该类型区作为辽中耕地综合开发先导区，可重点结合区位优势和区域发展战略对其耕地进行综合开发利用，利用该区域耕地资源禀赋优势，大力发展农地规模经营，创新农业生产经营模式，并依托其区位优势，优先发展农村一、二、三产业融合，发展特色农业和休闲农业等，对其他类型区耕地利用起到先导和示范的作用。

Ⅲ区-辽东水田及特色农业种植区（中低-中高-中），位于辽宁东部山地丘陵地带，包括抚顺县、新宾县、清原县等17个县（区）。耕地总面积569 413.07 hm2，占该类型区土地总面积的15.68%，占辽宁省耕地总面积的11.44%。耕地自然质量较低，耕地自然质量等指数均值为1 563.61；耕地产出水平较高，粮食单产均值为6 550.85 kg/hm2；耕地利用效率一般，均值为0.396 8。该类型区内部分区单元之间的耕地自然质量和产出水平在空间上表现出较强的集聚特点，耕地自然质量较低的单元互相邻近，而耕地产出水平较高的单元互相邻近。该分区耕地自然质量较低，产出水平较高，耕地产能可提升潜力较小，耕地开发利用程度提升空间一般。在辽宁省主体功能区规划中，该类型区位于林业及特色农业区，且大部分位于省级重点水源涵养性生态功能区，森林覆盖率大，水资源丰富，生态系统重要性程度高。综合来看，将该类型区作为辽东水田及特色农业种植区，重点借助该地区水资源和森林资源禀赋优势，重点发展水田和特色种植业，并通过实行农田平整、修筑沟渠、坡地改梯田等措施，改善该区生产条件，提升耕地利用效率，实现耕地利用价值的综合提升。

图6 基于两维图论聚类的辽宁省耕地利用分区结果

Ⅳ区-辽南耕地效率及产能挖掘区（中低-中低-低），位于辽宁南部沿海平原-丘陵地带，包括金州区、长海县、庄河市等7个县（区）。耕地总面积415 422.37 hm2，占该类型区土地总面积的30.73%，占辽宁省耕地总面积的8.35%。耕地自然质量较低，耕地自然质量等指数均值为1 634.16；耕地产出水平较低，粮食单产均值为3 037.81 kg/hm2；耕地利用效率低，均值为0.117 4。该类型区内部分区单元之间的耕地自然质量、产出水平和利用效率在空间上均表现出极强的集聚特点，耕地自然质量、产出水平和利用效率低的单元互相邻近。该分区耕地面积相对较小，耕地生产水平低，耕地产能可挖掘空间大，是耕地利用效率的重点提升地区。在辽宁省主体功能区规划中，该类型区位于省级重点和国家级优先开发区并处于辽宁沿海经济带。综合来看，将该类型区作为辽南耕地效率及产能挖掘区，需优化耕地生产要素投入结构，提升耕地开发利用程度，进而增加耕地产能，协调该类型区城市开发建设与耕地保护之间的用地矛盾问题将成为未来该地区耕地利用管理的难点。

Ⅴ区-辽中南耕地利用转型升级区（中-中-中），位于辽宁中南部山地-丘陵-平原交错地带，包括千山区、岫岩县、老边区等12个县（区）。耕地总面积438 909.66 hm2，占该类型区土地总面积的26.41%，占辽宁省耕地总面积的8.82%。耕地自然质量一般，耕地自然质量等指数均值为1 881.40；耕地产出水平一般，粮食单产均值为6 231.52 kg/hm2；耕地利用效率一般，均值为0.439 8。该类型区在空间上处于耕地自然质量、产出水平和利用效率由高-高集聚到低-低集聚的过渡区，各分区单元之间耕地利用各指标的集聚性不明显。该分区耕地面积相对较小，耕地自然质量、产出水平和利用效率状况仅次于Ⅱ区，处于辽宁南部平原、丘陵和山地交错地带，地形比较复杂。在辽宁省主体功能区规划中，该类型区位于省级重点开发区、国家级优先开发区、省级重点生态功能区和辽宁沿海经济带交错地带。综合来看，将该类型区作为辽中南耕地利用转型升级区，借助耕地资源禀赋和利用状况优势，并结合其区位优势，依托乡村振兴战略，优先发展质量兴农、绿色兴农计划，提升该类型区农产品的绿色化、优质化、特色化和品牌化水平，并提高设施农业发展水平，提升农产品质量、促进农业转型升级是该类型区耕地利用的重点发展方向。

4 讨 论

耕地利用分区指标的选择直接影响分区结果的科学合理性，本文选取耕地自然质量、产出水平和利用效率三个反映耕地利用状况的关键性指标进行耕地利用分区，并结合主体功能区规划确定未来耕地利用方向，对于综合指导区域耕地利用及开发具有一定实践参考价值。耕地利用在空间上具有一定关联性，保证分区单元空间上的连通性和行政区界的完整性有助于耕地利用分区的统一管理和实施，两维图论聚类法对于耕地利用分区具有一定适用性，可在一定程度上缓解相邻行政单位间由于耕地界线模糊和局部差别化管理导致的纠纷问题。但集中连片的分区结果在一定程度上忽略了个别分区内部单元之间的差异性，例如，辽西粮食生产及生态保护区的建平县与其他单元耕地自然质量、产出水平和利用效率存在一定差异，但为实现空间连通的分区效果不得不忽略这一差异，为更好的实现耕地分区利用，还需根据各分区实际情况制定差别化的耕地利用引导政策和保障机制，确保各分区内耕地利用管理的有效实施。此外，地域分异理论、统筹区域协调发展理论等是分区研究的重要理论依据[30]，耕地利用分区研究需进一步结合分区理论探索耕地利用中人口、经济、城市建设和资源环境的协调性问题，以更好的实现耕地可持续利用和社会的协调发展，如何从可持续发展和协调发展视角选取并识别耕地利用分区的关键性因素，将耕地利用的自然生态和人文要素等相结合进行耕地利用分区仍有待进一步探讨。

5 结 论

本文以辽宁省县（区）为分区单元，基于耕地利用“质量-产出-效率”的耕地利用分区指标，运用两维图论聚类法和GIS空间分析技术，结合主体功能区规划成果进行耕地利用综合分区，并探究各分区耕地利用发展方向，得出以下主要结论：

1）研究区各县（区）耕地利用产出、潜力和效率之间存在一定空间分异，高值区主要分布在辽宁中部和北部地区，低值区主要分布在辽宁东部和南部，西部地区耕地利用状况参差不齐。同时考虑耕地利用产出、潜力和效率3个不同层次要素对耕地利用进行综合分区，有利于全面表达耕地利用状况。

2）将研究区分为辽西粮食生产及生态保护区（Ⅰ区）、辽中耕地综合开发先导区（Ⅱ区）、辽东水田及特色农业种植区（Ⅲ区）、辽南耕地效率及产能挖掘区（Ⅳ区）和辽中南耕地利用转型升级区（Ⅴ区）5个耕地利用区。其中Ⅰ区和Ⅱ区耕地所占比重大，耕地资源禀赋较高，并处于国家级农产品主产区，是辽宁耕地利用核心区域，应在保证该区域耕地面积不减少和质量不降低的同时，结合战略目标对其耕地进行综合开发利用。Ⅲ区和Ⅴ区处于山地丘陵地区，耕地所占比重较小，应结合资源禀赋优势发展特色农业、提升农产品质量、促进农业转型升级，以提升区域优势和农业竞争力。Ⅳ区处于沿海平原丘陵地区，经济较发达，耕地利用潜力较大，需在协调其建设发展与耕地保护矛盾的同时挖掘耕地产能。

3）两维图论聚类与GIS空间分析相结合的分区方法，能够在考虑分区多指标相似性和差异性特征的同时，兼顾相邻单元空间上的连通性，对耕地利用分区具有较好的适用性，可缓解相邻行政单位间由于耕地界线模糊和局部差别化管理导致的纠纷问题，有利于耕地利用的统一管理，增强耕地利用管理的可实施性。

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Zoning of cultivated land use in Liaoning Province based on "quality-output-efficiency"

Zhang Hongmei, Song Ge※, Wang Sizhuo

(110169,)

Cultivated land use zoning is an important part of China's land use management, and it is an important basis for guiding the future development of cultivated land in the region. It is the key to enhance the feasibility of the management of cultivated land use. Most studies have focused on the selection of zoning elements and indicators for cultivated land use, often overlooking the spatial connectivity between the cultivated land use partition units and the integrity of administrative divisions, directly affecting the zoning management effect of cultivated land use. How to adopt the scientific zoning method, and take into account the differences, similarities and spatial connectivity between partitioned units is an urgent problem to be solved. In order to guide the orderly development of regional space according to local conditions, alleviate the pressure of cultivated land protection and enhance the value of cultivated land, in this paper, Liaoning Province was taken as research area, and two-dimensional graph theory clustering and GIS spatial analysis were adopted. Based on the zoning indicators of cultivated land use quality, output and efficiency, the comprehensive zoning of cultivated land use was carried out, and the utilization direction of cultivated land in each district was explored. The results showed that: 1) There were some spatial differences in the natural quality, output level and use efficiency of cultivated land among the counties (cities) in the study area. The high-value areas were mainly distributed in the central and northern areas of Liaoning. The low-value areas were mainly distributed in the east and south of Liaoning Province, while the western areas were uneven. 2) The research area was divided into five cultivated land use areas: Grain production and ecological protection area in western Liaoning, pilot area of comprehensive development of cultivated land in central Liaoning, paddy field and characteristic agricultural planting area in eastern Liaoning, potential tapping area of cultivated land efficiency and productivity in southern Liaoning and transformation and upgrading area of cultivated land utilization in central and Southern Liaoning. 3) The zoning method combining two-dimensional graph theory clustering and GIS spatial analysis effectively guaranteed the connectivity of the adjacent unit space of the cultivated land and the integrity of the administrative boundary, which has good applicability to the cultivated land use zoning; it was conducive to the unified management and implementation of the use of cultivated land. This paper selected the cultivated land use quality, output level and utilization efficiency as key indicators to reflect the status of cultivated land use, and to divide cultivated land into different utilization areas, and combined with the main functional area planning to determine the future direction of cultivated land use, it has certain practical reference value for comprehensive guidance of regional cultivated land use and development. The cultivated land use zoning results neglect the difference between the internal units of individual zoning to some extent, but this difference has to be neglected in order to achieve spatial connectivity. To better realize the cultivated land use, it is necessary to formulate differentiated cultivated land use guidance policies and guarantee mechanisms according to the actual conditions of each area to ensure the effective implementation of cultivated land use management.

land use; zoning; cultivated land; two dimensional graph theory clustering; Liaoning Province

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.028

F301.2

A

1002-6819(2019)-13-0234-9

2019-01-14

2019-03-29

国家自然科学基金面上项目（41571165，41071346）；辽宁省自然资源科技创新项目（19LNZRZY28）

张红梅，博士生，主要研究方向为土地利用。Email：18640553575@163.com

宋 戈，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为土地利用与管理。Email：songgelaoshi@163.com

张红梅，宋 戈，王思琢.基于“质量-产出-效率”的辽宁省耕地利用分区[J]. 农业工程学报，2019，35(13)：234－242. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.028 http://www.tcsae.org

Zhang Hongmei, Song Ge, Wang Sizhuo.Zoning of cultivated land use in Liaoning Province based on "quality-output-efficiency" [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 234－242. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.028 http://www.tcsae.org