1980－2015年云南坡耕地资源时空分布及演变特征分析

陈正发，史东梅，何 伟，夏建荣，金慧芳，娄义宝

1980－2015年云南坡耕地资源时空分布及演变特征分析

陈正发1,2，史东梅1※，何 伟2，夏建荣2，金慧芳1，娄义宝1

（1. 西南大学资源环境学院，重庆 400715； 2. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051）

坡耕地资源作为山丘区耕地的重要组成部分，分析坡耕地时空分布及演变特征对合理规划利用坡耕地资源、开展区域坡耕地水土生态环境治理具有重要意义。该文利用1980－2015年7个时相土地利用数据，采用土地利用转移矩阵、动态度模型、核密度分析和景观指数模型对云南坡耕地时空分布及演变特征进行分析。结果表明：1）云南坡耕地面积为472.55万hm2，占耕地面积的比例为69.79%，平均坡度为15.62°，不同分区坡耕地空间分布差异显著。2）近35年坡耕地与林地、草地、水田等土地利用类型发生了显著的动态转移过程，但转出与转入总体均衡，转移过程中坡耕地面积呈小幅增加趋势。3）大部分坡耕地坡度大于8°，其中＞15°坡耕地比例高达78.54%，近35年来各坡度分级坡耕地均处于动态演变过程，坡度＜15°的坡耕地面积呈增加趋势，而坡度＞15°的坡耕地面积呈减小趋势，不同坡度分级坡耕地面积存在“减小→增大→减小”或“减小→增大→减小→增大”的动态变化过程，＞25°坡耕地动态变化的波动幅度最大。4）近35年坡耕地核密度分布呈小幅度变化趋势，大部分区域坡耕地分布处于低密度区，高密度区面积占比最小，坡耕地分布呈现出4个显著的聚集分布带。5）坡耕地景观优势度在8种土地利用类型中处于中间位置，而破碎化特征则在8种土地利用类型中最为显著，近35年坡耕地景观破碎化程度减小，坡耕地集中连片程度得到加强。

土地利用；GIS；模型；坡耕地；时空分布；核密度估计；云南

0 引 言

耕地是最宝贵的自然资源之一，具有生产、空间承载以及环境保护等多种功能[1]。作为耕地的重要组成部分，坡耕地是山丘区农业生产的基础性资源[2-3]。坡耕地指分布在山坡上地面平整度差、跑水跑土跑肥严重、作物产量较低的旱作耕地[4]。坡耕地是中国耕地资源的重要组成部分，坡耕地数量、质量与山丘区粮食安全密切相关[5]。中国中西部山地丘陵区坡耕地在耕地结构中占有较大比重，是农业生产的重要基础资源[6]。坡耕地也是水土流失和面源污染最为严重的地类之一，坡耕地水土流失导致的土壤流失和养分流失是造成生态环境恶化、生产力低下的根本原因[7]。研究坡耕地时空分布及演变特征对合理利用坡耕地资源、开展坡耕地水土生态环境保护具有重要意义。

随着人口的增长、耕地面积锐减，农业可持续发展首先要确保耕地的数量和质量[8]，耕地数量分布演变和质量提升成为国内外学者研究的热点课题[9]。耕地分布演变方面，国内外研究主要集中在区域耕地时空动态变化[10]、耕地景观演变及生态环境效应[11-12]、耕地动态变化的驱动力[13]、耕地系统安全预警[14-15]等方面。在耕地质量方面，国内外研究主要集中在耕地质量评价[9]、耕地质量预警[16]、耕地质量管理[17]、耕地质量空间差异性及基本农田划定[18]等方面。而针对坡耕地的研究则主要集中在土壤侵蚀上，在坡耕地时空分布演变及驱动力变化等方面国内外研究报道均较少。根据原国土资源部《关于第二次全国土地调查主要数据成果的公报》，在全国1.35亿hm2耕地资源中，坡耕地占27%[19]。随着学者对坡耕地在农业生产、粮食安全等方面的重要性认识不断深入，针对坡耕地分布演变及其生态环境效应方面的研究逐步得到关注。坡耕地分布方面，Xu等[20]研究指出中国中东部地区以坡度＜15°耕地为主，15°以上坡耕地较少，而西南地区坡耕地占比高达74.68%。坡耕地景观格局方面，Yan[21]认为中国西南地区由于受自然条件和人类活动的强烈影响，包括坡耕地在内的各生态景观易碎度强。Benjamin等[22]研究认为，作为人地系统耦合的结果，坡耕地在不同生态环境、历史条件下形成具有明显时空差异的农业景观格局。近年来，坡耕地利用的生态环境效应得到了很多学者的关注。和继军等[23]研究指出，坡耕地作为中国水蚀区重要的耕地资源，是水土流失的重要策源地，水蚀区坡耕地水土流失量占该区总流失量的50%～60%。Yao等[24]对黄土高原坡耕地农业生产力效应进行了研究，结果表明研究区1998－2004年农业全要素生产力（TFP）增长了15.8%。罗光杰等[25]对贵州岩溶区坡耕地生态系统服务价值（ESV）进行了研究，表明2000年以来贵州岩溶地区坡耕地退耕产生了良好的生态效应。Rao等[26]的研究表明，西南地区实施陡坡地退耕还林还草等措施后，坡耕地土壤侵蚀减小，生态系统服务价值得到了提升。

近年来国内外针对坡耕地土壤侵蚀及生态环境效应方面进行了大量研究，但作为耕地的特殊组成部分，在坡耕地分布演变及其驱动力、坡耕地景观格局及效应等方面的研究成果还较少。云南作为典型高原山地区，地势起伏变化大，坡耕地是区域农业活动和粮食生产的重要资源。基于此，本研究以云南坡耕地为研究对象，利用1980－2015年7个时相土地利用数据，基于GIS分析技术，引入土地利用转移矩阵、动态度模型、核密度分析和景观指数模型，对云南坡耕地时空分布及演变特征进行系统分析，旨在为云南坡耕地资源合理规划利用、区域坡耕地水土生态环境保护提供科学依据。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

云南地处中国西南边陲、云贵高原西南部，面积39万km2，处于东亚季风和南亚季风交汇区域。地形分布上表现为北高南低，其中滇西北为云贵高原向青藏高原的过渡带，海拔为全省最高。区域内84%为山区，丘陵仅占总面积的10%，地形由山地向喀斯特地貌逐渐演变。由于生态环境演变及人类活动的共同影响，中度生态脆弱类型区面积占了总面积的32.02%，强度和极强脆弱类型区面积占总面积的53.63%[27-28]。云南降雨充沛，河流众多，但在时空分布上严重不均。多年平均参考作物蒸发量（ET0）分布在786.3～1511.6 mm之间，均值为1 090.4 mm[29]。根据2015年遥感调查数据，云南林地、草地、水域、建设用地、未利用地、耕地面积分别为2181.56万，878.46万，34.10万，29.31万，21.07万，679.60万hm2。主要土壤类型为红壤、赤红壤和紫色土。由于地处山地高原区，云南大部分耕地为坡度大于3°的坡耕地，坡耕地在云南农业活动中占有重要地位。云南高程分布和土地利用现状图（2015年）如图1所示。

a. 高程a. Elevationb. 土地利用类型b. Land use type

1.2 数据来源及研究分区

研究区DEM 数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn），数据空间分辨率为30m，该数据集利用ASTER GDEM第一版本的数据进行加工得来，是全球空间分辨率为30m的数字高程数据产品。1980－2015年7个时点云南土地利用数据来源于中国科学院资源环境数据云平台（http://www.resdc.cn），数据空间分辨率为30 m；该土地利用数据基于各期Landsat TM/ETM中高分辨率遥感影像为主要数据源，通过人机交互的目视解译方法生成；土地利用分类包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地6个一级类型以及25个二级类型；7个时点土地利用数据总体解译准确率大于95%。为使坡耕地时空分布演变研究与区域农业活动保持一致性，本研究参照云南省综合农业区划[30]，将云南划分为7个分区，7个分区范围详见图2。

图2 研究区综合农业分区范围示意图

2 研究方法

2.1 坡耕地提取方法及精度验证

目前还没有形成统一的坡耕地概念，本研究明确坡耕地范围为：坡度＞3°的旱地，不包括水田（梯田）和水浇地。根据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），将坡耕地坡度分为5个等级，分别为：3°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、＞25°。基于土地利用图（1980～2015年间共7个时点）、DEM图等基础数据，利用Arc GIS 10.2软件的空间分析功能，建立土地利用转移矩阵，提取不同时点坡耕地面积、斑块数、周长、坡度等信息。为确保数据提取精度，将所有栅格数据统一到30 m×30 m的栅格，并转换为相同的地理坐标系。为验证坡耕地提取精度，以位于云南滇中典型区域的马龙县王家庄小流域1:1万地形图和土地利用图为基础，将30 m精度DEM图、土地利用图提取的坡耕地面积与1:1万地形图、土地利用图提取的坡耕地面积进行对比。经对比验证，不同时点30 m DEM、土地利用图提取的坡耕地面积精度总体在95%以上。

2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵表示同一区域内不同时间段各种土地利用类型间的转入转出方式，是研究土地利用格局的基本方法，通常用二维表的形式来表达土地利用类型之间的相互转化关系[31]。土地利用转移矩阵如下

式中代表土地面积（104hm2），代表转移前后的土地利用类型数，、分别代表转移前与转移后的土地利用类型。

2.3 景观指数模型

为反映坡耕地及主要转化地类空间格局变化特征，选取斑块所占景观面积比例（）、景观破碎度（）、斑块边界密度指数（）、斑块密度（）、平均斑块面积（）5个景观指数，各景观指数表征的涵义及计算公式如下[11,14,32]：

1）斑块所占景观面积比例（percent of landscape,）：表示某一斑块类型占整个景观面积的比例，是确定优势景观元素的方法之一。值趋于0时，说明景观中此类斑块类型变得十分稀少；值为100时，说明整个景观只由一类斑块组成。指数计算公式如下

式中a为斑块、的面积，hm2；为所有景观类型的总面积，hm2。

2）景观破碎度（landscape fragmentation,）：表征景观分割破碎程度，在一定程度上体现了人类活动对景观的干扰程度，指数计算公式如下

式中N为景观的斑块数，A为景观的总面积，104hm2。值越大，代表景观破碎化程度越高。

3）斑块边界密度指数（edge density, ED）：其值越大表明单位面积上斑块类型拥有的边界长度越大，斑块被分割的程度越高，斑块的破碎化程度也越高，计算公式如下

式中E为评价范围内第种斑块类型的边界总长度，km。

4）斑块密度patch density,）：评价单元内某斑块类型在单位土地面积上拥有的斑块数量，其值越大表明斑块的破碎化程度越高，计算公式如下

5）平均斑块面积（mean patch size, MPS）：作为反映景观异质性的关键指标，MPS值越小，斑块破碎化程度越高，计算公式如下

2.4 坡耕地演变的动态度模型

为表征坡耕地动态变化的强度大小，采用土地利用动态度模型分时段研究坡耕地变化特征[33]。坡耕地动态度（）计算公式如下

式中A、A分别为研究初期及研究末期土地利用类型面积，hm2；为研究时段末期和初期相间隔时间，年。

2.5 核密度估计模型

核密度估计（kemel density estimation，KDE）作为一种探测数据空间分布特征的研究方法，适用于分析点状地理要素空间聚集特征，可反映地理现象空间扩散的距离衰减规律[34-35]。核密度估计表达式为

式中为数据个数，为阈值，()为核密度方程；(−)是估计点到事件的距离。

基于Arc GIS10.2软件的Create Fishnet网格划分功能，按照10 km×10 km网格对研究区域进行网格划分，采用分区统计（zonal statistics table）功能，统计每个网格内的坡耕地数量，据此开展坡耕地分布的核密度分析。KDE估计中，带宽对计算结果影响较大，随着的增加，空间上点密度表现得更加光滑，但会掩盖密度的结构；减小时，估计点密度变化显得突兀不平[35]。在ArcGIS的KDE分析模块中，会自动生成一个默认带宽。本文以自动生成的30 000 m带宽为基础，并分别设置20 000、40 000和50 000 m带宽进行对比研究，据此比选最优带宽。

3 结果与分析

3.1 坡耕地空间分布特征

以2015年的土地利用图代表现状土地利用数据，可计算得到云南坡耕地分布面积为472.55万hm2，占耕地的面积比例为69.79%，表明云南坡耕地占耕地的面积比重较大，坡耕地在云南农业生产中具有重要地位。图3为云南坡耕地空间分布图，从图中可看出，云南不同区域均有坡耕地分布，但空间分布不均匀，滇西南区、滇东北区坡耕地分布较为密集，滇西北区坡耕地分布相对较少；从坡耕地空间格局来看，坡耕地空间分布呈现出明显的破碎化分布特征，空间分布集中连片效应较差。

图3 云南坡耕空间分布图

耕地、旱地和坡耕地作为既有紧密联系又有本质区别的土地利用概念，反映人类以耕作为目的的土地利用特征。耕地为土地利用一级分类，旱地为耕地的二级分类，坡耕地则为旱地的进一步细分。分析区域耕地-旱地-坡耕地的面积和坡度变化关系，有助于从宏观层面识别区域耕地、旱地和坡耕地的空间耦合特征。图4为2015年云南耕地-旱地-坡耕地面积和平均坡度变化特征曲线。从图中可看出，在耕地→旱地→坡耕地的变化过程中，不同地类的面积、平均坡度变化呈现出相反的变化趋势。其中，面积分布表现为递减趋势，由耕地面积676.99万hm2到旱地面积517.39万hm2，进一步递减为坡耕地面积472.55万hm2；而坡度则表现为递增趋势，由耕地平均坡度12.68°增加到旱地平均坡度14.41°，并进一步递增为坡耕地的平均坡度15.62°。

图4 云南耕地-旱地-坡耕地面积和平均坡度变化特征

表1为2015年云南不同农业分区耕地-旱地-坡耕地分布面积及平均坡度变化。从表中可看出，7个农业分区耕地→旱地→坡耕地的变化过程中，分布面积和平均坡度均表现为相反的变化趋势：面积分布表现为递减趋势，而坡度则表现为递增趋势。从7个农业分区坡耕地分布面积变化来看，不同分区坡耕地面积分布差异显著，面积分布在23.34～114.80万hm2之间，其大小关系为：滇中区＞滇西南区＞南部边缘区＞滇东南区＞滇西区＞滇东北区＞滇西北区。从坡耕地面积占耕地面积的比例来看，不同分区坡耕地占耕地面积比例分布在61.14%～85.71%之间，其大小关系为：滇西南区＞滇东北区＞滇西北区＞南部边缘区＞滇西区＞滇东南区＞滇中区；滇西南区、滇东北区、滇西北区地势起伏变化较大，坡耕地面积比例也较大，而滇东南区、滇中区地势起伏变化相对较小，坡耕地面积比例也相对较小。不同分区坡耕地平均坡度分布在13.20～20.97°之间，各分区坡耕地平均坡度均大于10°，平均坡度的大小关系为：滇西北区＞滇西南区＞滇东北区＞滇西区＞南部边缘区＞滇东南区＞滇中区。

3.2 坡耕地空间转移特征

从2015年云南土地利用空间格局来看，林地面积占比最大，达到57.42%；其次为草地，面积占比达到22.48%。林地和草地在云南景观格局中处在核心地位，是维持良好生态环境、保持生物多样性的基础。耕地面积占比17.79%，其中水田占比4.22%，旱地占比13.57%。可将旱地进一步划分为坡度≤3°旱地和坡耕地（坡度＞3°），坡度≤3°旱地面积占比仅为1.16%，而坡耕地面积占比达12.41%。水域、建设用地、未利用地等地类面积占比均较小。

坡耕地作为是山丘区耕地资源的重要组成部分，其分布演变受到人为耕作活动的强烈影响。在以人为因素为主导的驱动力作用下，坡耕地与其他土地利用类型发生空间转移，使坡耕地利用处于动态演变之中。为识别坡耕地转移特征，基于1980年和2015年土地利用图和GIS空间转移分析技术，建立1980－2015年云南土地利用转移矩阵（见表2）。为反映坡耕地转移特征，表2中除将耕地进一步划分为水田、坡度≤3°旱地和坡耕地外，其他地类均按一级地类进行划分，共划分为8种土地利用类型。从表中可看出，1980－2015年8种土地利用类型分布面积均发生了不同程度的转移变化，但整体转移变化幅度较小，表明云南土地利用空间格局总体保持稳定。在土地利用转移过程中，坡耕地总面积由1980年的471.29万hm2增加为2015年的472.55万hm2，土地利用转移过程中坡耕地面积呈小幅增长趋势。从土地利用转移过程来看，近35年分别有158.25万hm2林地、87.34万hm2草地、18.68万hm2水田转化为坡耕地，林地、草地、水田成为坡耕地转入的主要来源；与此同时，分别有167.58万hm2坡耕地转化为林地，85.56万hm2坡耕地转化为草地，16.05万hm2坡耕地转化为水田，林地、草地、水田成为近35年坡耕地转出的主要土地利用类型；其中林地转出大于转入，而草地、水田则转入大于转出。上述结果表明，1980－2015年云南坡耕地发生了显著的动态转移过程，坡耕地转入与转出较为活跃，但转出与转入总体均衡稳定，这也是云南坡耕地分布面积总体呈现出稳定变化的根本原因。

表2 1980－2015年云南土地利用转移矩阵

3.3 坡耕地坡度分级演变特征

具有一定的坡度属性是坡耕地区别于其他耕地类型的本质特征[4]。坡耕地坡度越大，土壤侵蚀导致的土壤、水分、养分流失量越大，从而导致坡耕地质量降低，同时也会给区域水土保持生态环境建设带来不利影响[23-26]。表3为2015年云南不同农业分区坡耕地坡度分级数据。从表中可看出，云南坡耕地坡度集中分布在＞15～25°范围，分布面积为164.00万hm2；其次为坡度8～15°范围的坡耕地，分布面积为143.78万hm2；分布面积最小的坡度范围为＞3～5°，分布面积仅为38.30万hm2。在坡度分级中，坡度＞25°的坡耕地面积也较大，分布面积达65.37万hm2，占总坡耕地面积的13.83%。上述分析表明，云南大部分坡耕地坡度大于8°，其中坡度＞15°的坡耕地所占面积比例为78.54%，坡度＞25°的不合理陡坡耕作现象仍较为严重。

表3 2015年不同分区坡耕地坡度分级特征

注：为便于比较，表中列出了0～3°坡度范围的耕地面积（包括水田）。

Note: For comparison purposes, the table shows the area of cultivated land (including paddy fields) with slope in the range of 0 to 3°.

图5为1980－2015年共7个时点不同坡度分级坡耕地面积变化过程曲线。

图5 1980－2015年不同坡度分级坡耕地面积变化曲线

从图5a可看出，近35年云南坡耕地面积均处于动态变化之中，除1995年坡耕地分布面积出现明显减小外，其他各年份变化幅度较小。1995年时点坡耕地面积发生显著减小，这与1990－1995年云南发生区域性极端干旱导致坡耕地大面积弃耕，以及国家大力推行退耕还林还草政策有关。1995年后随着农村经济发展需求的驱动，部分弃耕的坡耕地又重新被开垦利用。与1980年相比，2015年时点的坡耕地面积仅增加了1.26万hm2，增加幅度仅为0.27%，呈较小幅度增加。从图5b可看出，不同坡度分级坡耕地面积也处于动态变化之中，除1995年外，其余各时点不同坡度分级坡耕地面积变化幅度较小；与1980年相比，2015年坡耕地面积均处于增加的坡度分级为3～5°、＞5～8°、＞8～15°，面积呈减小的坡度分级为＞15～25°、＞25°。上述结果表明，在坡耕地动态演变过程中，坡度＜15°坡耕地面积呈现出小幅增加趋势，而坡度＞15°坡耕地面积呈现出小幅减小趋势，坡耕地坡度分级演变向着有利于坡耕地利用的方向变化。与1980－2000年时段相比，2000－2015年时段＞15～25°、＞25°坡耕地面积呈现出显著的减小趋势，这与2000年后国家进一步加大陡坡耕地的生态退耕力度有关。

动态度指数表征不同时段耕地动态变化的方向和强度大小[25,33]。图6为1980－2015年坡耕地演变的动态度变化柱状图。从图中可看出，1980－2015年不同坡度坡耕地动态度均处在波动过程，既有正向变化过程（为正值代表面积减小），也有负向变化过程（为负值代表面积增加）。动态度值在−0.026～0.024之间波动，不同坡度分级坡耕地在动态变化过程中存在“减小→增大→减小”或“减小→增大→减小→增大”的演变趋势。这种动态变化相比单一增大或减小的变化过程更为复杂，体现出云南坡耕地动态演变的复杂性。从图中还可看出，1990－1995年、1995－2000年两个时段坡耕地动态度存在显著的波动过程，其余各时段的动态度变化幅度较小，这是由于1995年时点上不同坡度分级坡耕地面积存在一个较为明显的减小过程。从不同坡度分级坡耕地面积动态度变化来看，除1980－1990年外，＞25°坡耕地动态度变化幅度均为最大，成为坡耕地动态变化过程中较为敏感的坡度分级，这与＞25°坡耕地生态退耕政策及实施情况密切相关。

图6 1980－2015年坡耕地演变的动态度变化过程

3.4 坡耕地分布的核密度估计

为反映不同时点坡耕地分布的空间集聚特性，基于30m精度坡耕地分布栅格数据，建立10 km×10 km网格的坡耕地面积点状空间分布图，据此进行坡耕地分布核密度估计。在核密度估计中，通过比选确定最优带宽。经对比分析，以50 000 m带宽的核密度中心及各等级区域更加完整地覆盖坡耕地的空间分布，因此选取50 000 m带宽来研究云南地区坡耕地面积分布的空间格局特征。

图7为1980年、2015年两个时点坡耕地面积核密度分布。

图7 1980－2015年坡耕地分布的核密度估计

从图7中可看出，坡耕地分布的核密度值分布在0～39之间，1980－2015年随着坡耕地时空分布的演变，坡耕地核密度分布也发生了动态变化，但整体上核密度变化幅度较小，1980、2015年坡耕地分布的核密度分布差异总体较小。根据核密度值大小，采用自然断点法，将坡耕地面积分布密度划分为3个等级区：核密度值＜12为低密度区，核密度值12～24为中密度区，核密度值＞24为高密度区。按照上述划分标准，云南大部分区域坡耕地分布处于低密度区，其次为中密度区，高密度区所占面积比例最小。从图7中还可看出，坡耕地面积分布的聚集区呈现为4个显著的分布带，分别为：临沧地区分布带、临沧-西双版纳地区分布带、普洱地区分布带和昭通地区分布带，这4个区域为云南坡耕地分布最为集中的区域。

3.5 坡耕地分布的景观格局变化

表4为1980－2015年云南不同土地利用类型景观指数变化。从表中可看出，1980－2015年云南不同土地利用景观格局均处于动态变化过程，除建设用地表现为显著的面积扩张、景观优势度增长、破碎度降低外（建设用地的面积从1980年的16.47万hm2增长为2015年的29.29万hm2，景观优势度从1980年的0.43%增长为2015年的0.77%），其他土地利用类型景观格局总体稳定。从不同土地利用类型景观优势度（）大小变化来看，1980－2015年除建设用地指数显著增加外，其他土地利用类型的指数变化较小；林地、草地在整个土地利用格局中的景观优势度相对较大，建设用地、未利用地的景观优势度相对较小，坡耕地在土地利用景观优势度中居于中间位置。从反映景观破碎化程度的景观破碎度（）、斑块边界密度指数（ED）、斑块密度（PD）、平均斑块面积（MPS）指数变化来看，在8种土地利用类型中，均表现为坡耕地景观破碎化程度最大，表明坡耕地景观格局破碎化特征最为显著。从1980－2015年景观指数变化来看，坡耕地景观优势度呈小幅增加趋势，而景观破碎化程度则呈小幅减小趋势，表明近35年来坡耕地景观破碎化程度减小，坡耕地面积小幅增加，坡耕地集中连片利用程度得到加强。

表4 1980－2015年云南不同土地利用类型景观指数变化

注：、、ED、PD、MPS分别代表斑块所占景观面积的比例、景观破碎度、斑块边界密度、斑块密度和平均斑块面积。

Noote:,, ED, PD, andMPS represent the percent of landscape, landscape fragmentation, edge density, patch density and mean patch size.

4 讨 论

陡坡地退耕还林还草是水土保持生态环境建设的重要举措之一。中国《水土保持法》明确规定，严禁在坡度大于25°的坡地开垦种植农作物。为巩固退耕还林还草工程成果，2014年中央一号文件再次提出“继续在陡坡耕地、严重沙化耕地、重要水源地实施退耕还林还草”，并批准实施《新一轮退耕还林还草总体方案》[36]。云南作为实施生态退耕政策的重要省份之一，2007－2010年完成了35.03万hm2陡坡地退耕还林任务[37]。近年来云南持续推进陡坡地退耕还林还草，2014－2017年国家累计安排退耕还林还草任务45.34万hm2[38]。从本研究来看，2015年时点上坡度＞25°的坡耕地面积仍有65.37万hm2，面积占比达13.83%。下一步还应持续推行退耕还林还草、坡耕地综合整治、石漠化治理、植被生态恢复、流域生态建设工程等陡坡地治理措施，以实现区域坡耕地整治及水土生态重建的目标。

在土地利用/覆盖变化（LUCC）空间格局演变过程中，坡耕地与林地、耕地等土地利用类型处于动态转移过程。田光进等[39]研究表明，从全国土地利用格局来看，在新增耕地中，草地新开垦为耕地的比重最大；而云南新开耕地以林地转化为主。刘美玲等[40]研究表明，云南边境地区土地利用/覆盖变化的主要方向是林地向裸地和耕地转化。李晓琴等[41]基于3S技术的云南石屏县土地利用动态变化研究结果表明，石屏县林地转化为耕地是新增耕地的主要来源。从本研究来看，1980－2015年土地利用转移过程中，林地转化为坡耕地的面积远大于其他土地利用类型，说明云南大部分新垦坡耕地来源于林地；而坡耕地作为耕地的主要组成部分，土地利用转移过程中增加的耕地主要为坡耕地，该结论与上述针对云南耕地转化的研究结论一致。

耕地作为人地系统耦合结果，对陆地景观具有重塑作用，从而形成差异化的农业景观格局[22]。受多重因素的影响，耕地景观在空间上往往呈现出显著的破碎化特征[21]。耕地破碎化是制约农业发展的重要因素，它阻碍农业机械的使用，影响农业生产率的提高[35]。坡耕地作为受人类活动影响较为强烈的土地利用类型，景观破碎化特征更为明显。本研究表明，云南坡耕地破碎化程度在8中景观类型中最大，这与云南特殊的地形地貌特征密切相关。坡耕地分布的破碎化特征给耕地资源高效利用带来了障碍，坡耕地利用难以形成集约化、机械化、规模化效应，阻碍了区域农业现代化的发展进程。

针对云南坡耕地分布存在面积比重大、坡度陡、破碎化显著的特征，提出坡耕地合理利用和保护的建议如下：1）制定并实施区域坡耕地合理利用及保护专项规划。在区域土地利用调整规划、耕地资源占补平衡、坡耕地资源调查和质量评价、坡耕地水土流失监测等基础上，结合区域农业发展规划，统筹制定坡耕地资源合理利用及保护规划，明确不同分区坡耕地利用强度、优化模式和保护措施，为不同分区坡耕地利用和保护提供指导。2）完善坡耕地合理利用和保护的政策支持体系。结合国家精准扶贫政策和乡村振兴战略的实施，扶持农村产业结构调整，降低坡耕地利用压力；引导坡耕地集中连片治理和高产经营，提高坡耕地集约利用水平；开展坡耕地质量评价，促进坡耕地质量提升；持续推进生态退耕战略实施，坡度＞25°的坡耕地全面实施退耕还林还草。3）推广坡耕地水土流失治理的“水-土-作物”综合调控模式。坡耕地水土流失治理应充分考虑区域坡耕地土壤侵蚀过程中自然和人为因素的差异性，以坡耕地土壤侵蚀控制和坡耕地质量提升为目标，实施“水-土-作物”综合调控模式，统筹实施耕作措施、坡面径流调控措施、林草措施、土壤培肥措施和优化种植模式等措施体系，建立从坡面到流域、从流域到区域的水土保持生态环境治理体系，降低坡耕地土壤侵蚀。

5 结 论

1）云南坡耕地面积为472.55万hm2，占耕地面积比例为69.79%，平均坡度为15.62°。不同分区坡耕地占耕地面积比例大小关系为：滇西南区＞滇东北区＞滇西北区＞南部边缘区＞滇西区＞滇东南区＞滇中区。

2）近35年坡耕地与林地、草地、水田等土地利用类型发生了显著动态转移，但转出与转入过程总体均衡稳定，土地利用转移过程中坡耕地面积呈现小幅增加趋势。

3）大部分坡耕地坡度大于8°，其中坡度＞15°的坡耕地比例达到78.54%。近35 a来不同坡度分级坡耕地面积均处于动态变化之中，坡度＜15°的坡耕地面积呈增加趋势，而坡度＞15°的坡耕地面积呈减小趋势。不同坡度分级坡耕地存在“减小→增大→减小”或“减小→增大→减小→增大”的动态变化过程，＞25°坡耕地动态变化的波动幅度最大。

4）近35 a来坡耕地核密度分布发生了动态变化，但变化幅度较小，坡耕地分布聚集区呈现为4个显著的分布带：临沧地区分布带、临沧-西双版纳地区分布带、普洱地区分布带和昭通地区分布带。

5）近35 a不同土地利用景观格局均处于动态变化之中，在8种土地利用中，坡耕地土地利用景观优势度中居于中间位置，而破碎化特征在所有土地利用类型中最为显著。近35 a坡耕地景观破碎化程度减小，坡耕地面积小幅增加，坡耕地集中连片利用程度得到加强。

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Spatio-temporal distribution and evolution characteristics of slope farmland resources in Yunnan from 1980 to 2015

Chen Zhengfa1,2, Shi Dongmei1※, He Wei2, Xia Jianrong2, Jin Huifang1, Lou Yibao1

(1.,,400715,; 2.,650051,)

Slope farmland is an important part of cultivated land resources in hilly areas of China. Identifying the spatio-temporal distribution and evolution characteristics of slope farmland resources is of great significance for rational planning and utilization of slope farmland resources and water and soil ecological environment construction. In this paper, using the land use data for 7 time points from 1980 to 2015, based on GIS spatial analysis technology, dynamic degree model, kemel density estimation and landscape pattern index model, the spatio-temporal distribution pattern and evolution law of slope farmland in Yunnan for nearly 35 years were quantitatively analyzed. The results showed that: 1) the area of slope farmland in Yunnan was 472.55×104hm2, accounting for 69.79% of the cultivated land area, and the average slope was 15.62°. The relationship between the area ratio of slope farmland in different agricultural divisions was: Southwestern Yunnan>Northeastern Yunnan>Northwestern Yunnan>Southern fringe>Western Yunnan> Southeastern Yunnan>Central Yunnan, and the average slope size relationship was: Northwestern Yunnan>Southwestern Yunnan>Northeastern Yunnan>Western Yunnan> Southern fringe >Southeastern Yunnan > Central Yunnan. 2) In the past 35 years, significant dynamic transfers had occurred in slope farmland, forest land, grassland and paddy fields, but the process of transfer in and out was generally balanced, and the area of slope farmland has a slight increase trend during the process of land use transfer. 3) The slope of most slope farmland was more than 8°, and the proportion of slope farmland with slope >15° was 78.54%. The area of slope farmland with different slopes in the past 35 years had a dynamic process. It showed an increasing trend for the slope farmland area with slope <15°, while decreasing trend for the slope farmland area with slope >15°. The area of slope farmland with different slopes has the dynamic process of “decreased→increased→decreased” or “decreased→increased→ decreased→increased”, and the fluctuation degree of >25° slope farmland was the largest. 4) With the evolution of spatio-temporal distribution of slope farmland in the past 35 years, the distribution characteristics of kemel density value in slope farmland have changed, but the change range was small. The distribution of slope farmland in most areas was in low-density value, and the area of high-density value was the smallest. Slope farmland distribution clusters were represented by four significant distribution zones: the Lincang distribution zone, the Lincang-Xishuangbanna distribution zone, the Pu’er distribution zone and the Zhaotong distribution zone. 5) Among the eight types of land use, the landscape dominance of slope farmland was in the middle position, and the fragmentation characteristics of slope farmland were the most significant among all land use types. In the past 35 years, the degree of fragmentation of slope farmland landscape has decreased, and the degree of contiguous use of slope farmland has been strengthened. The research results can provide theoretical support for the rational planning and utilization of sloping farmland and soil and water ecological environment protection in Yunnan.

land use; GIS; model; slope farmland; spatio-temporal distribution; kemel density estimation; Yunnan

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.032

TP79; S127; F301.21

A

1002-6819(2019)-15-0256-10

2019-01-06

2019-07-08

公益性行业（农业）科研专项“坡耕地合理耕层评价指标体系建立（201503119-01-01）”

陈正发，博士生，主要从事水土生态工程方面的研究。Email：chenzhengfa2013@126.com

史东梅，博士，教授，博士生导师，主要从事水土生态工程、土壤侵蚀与水土保持研究。Email：shidm_1970@126.com

陈正发，史东梅，何 伟，夏建荣，金慧芳，娄义宝. 1980－2015年云南坡耕地资源时空分布及演变特征分析[J]. 农业工程学报，2019，35(15)：256－265. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.032 http://www.tcsae.org

Chen Zhengfa, Shi Dongmei, He Wei, Xia Jianrong, Jin Huifang, Lou Yibao. Spatio-temporal distribution and evolution characteristics of slope farmland resources in Yunnan from 1980 to 2015[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 256－265. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.032 http://www.tcsae.org