俄罗斯远东地区后备耕地资源潜力分析

谭晓宇，刘家福，张 柏，付研竹

(1.吉林师范大学 旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000；2.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130102；3.东北农业大学 公共管理与法学院，黑龙江 哈尔滨 150000)

0 引 言

粮食安全是全球所面临问题之一，也因此成为联合国可持续发展目标(SDGs)的重要内容之一[1-3]。耕地资源是维系国家粮食安全、促进社会经济可持续发展的重要保障[4]。我国人均耕地数量小，耕地总体质量较差，后备耕地资源相当有限，人口增长与耕地减少呈现逆向发展的趋势[5-7]。解决粮食安全问题的核心之一就是保证耕地资源安全，而进行后备耕地资源的开发与利用是保证粮食安全与耕地红线的重要手段[8-10]。合理利用有限的耕地资源对于确保粮食安全至关重要，因此开展后备耕地资源研究对保障农业发展具有重要指导意义。

目前对于后备耕地的相关研究主要集中在国内的土地适宜性分析、驱动力研究、耕地的时空演变分析等方面[11-13]。例如：管栩等利用土地整治项目信息，基于中国县域尺度上运用空间自相关法对中国土地整治新增耕地数量及来源结构的空间差异进行分析[14]。关小克等基于土地利用调查数据库，从区域规划的角度对耕地后备资源开发进行性分析[15]。黄厅厅等基于GIS平台运用模糊优选模型，对贵州的耕地质量进行评价及时空演变分析[16]。谷昌军等对缅甸农业土地构建适宜性评价模型并对各分区提出了发展建议[17]。有关中国邻近国家或地区耕地潜力方面涉及较少，而研究中国周边国家或地区的后备耕地资源潜力对维护我国粮食安全问题同样具有重要意义。

俄罗斯远东地区与中国具有特殊地缘关系，在历史上的长久依靠、在地舆上的毗邻使得双方形成了一种相互依赖、相互合作的紧密关系。本文选取俄罗斯远东地区为研究区，从气候、地形、土壤等方面构建评价体系，利用ArcGIS软件平台分析耕地后备资源潜力。本研究结果对维护我国粮食安全问题具有重要意义，且对指导其周边国家发展后备耕地资源具有科学指导意义。

1 研究区域与方法

1.1 研究区概况

俄罗斯远东地区位于俄罗斯东部沿海地区，地理坐标为42°N～67°N，119°E～169°W，行政区划上共有7州、1区(图1)。远东地区土地总面积约310.22万km2，截至2015年末，远东地区人口总数达621.1万人，人均土地面积占比较大。远东地区南北温差大，南部7月气温平均可达20℃以上，北部则只在 0～4 ℃之间。远东地区的主要地貌类型为山地，面积占全区总面积的3/4，土地资源类型主要以林地、草地为主(图1)，其中，林地占比达到了45.4%，草地占比13.3%。夏季适宜的温度，较为肥沃的土壤和地广人稀的优势为远东地区的农业发展奠定了基础。

图1 远东地区土地覆被图Fig.1 Land cover pattern of the Far Eastern Russia

1.2 数据来源

研究所采用的数据主要包括：土地覆被数据，数据源为欧空局发布的全球土地覆被现状数据；地形数据主要包含高程和坡度数据，获取自东北亚资源环境大数据中心(www.igadc.cn/)；气候数据包含年均气温和年均降水数据，数据源为国家气象科学数据中心(http://data.cma.cn/site/index.html)；土壤性质数据包含有机质含量、土壤pH值和土壤类型，数据源为全球土壤数据(https://soilgrids.org /)。数据年份为2015年，空间分辨率为1 km，数据格式为Grid。

1.3 研究方法

本研究采用综合量化打分加权法[18-19]和极限条件相结合的方式，对后备耕地潜力进行综合评价。当某评价单元的生态因子到达一定极限时则采纳极限条件法，该评价单元的适宜性为不适宜，若所有生态因子都未到达极限，则采取量化打分加权法进行潜力评级[20-21]。依据评价指标构建原则与依据环境要素评价出适宜耕种的范围，这样既可以在开垦后保障耕地的质量，也可以确保开发时的适宜性和适宜程度[22-23]。当量化分值为0时，说明指标处于不适宜耕种的范围里。结合专家给出的权重值和加权指数方法，对远东地区耕地进行适宜性评价及后备耕地资源进行潜力分析，并计算分值，具体公式如下：

式中：S为评定单元的耕地适宜性综合评分值；n为评价指数个数；Wk为第k个评价因子的权重；Vk为第k个评价指标的量化分值。

将计算出来的每个评价单元的分值作为适宜性等级划分的依据，对各个评价单元的分布情况进行统计，通过评价单元的分布情况划分出耕地适宜性等级区间，分为非评价区、不适宜区、较不适宜区、一般适宜区和较高适宜区[24-25]。最终得出俄罗斯远东地区后备耕地资源的适宜性评价结果。

自然因素方面，选取影响远东地区后备耕地资源适宜性的评价因子，通过听取专家意见、资料阅读等，筛选以下因子作为后备耕地资源适宜性评价指标，包括气温、降水、海拔、坡度、土壤类型、土壤有机质和pH值[26-27]。远东地区土壤类型众多，但并不是所有都适合进行耕种。将不适宜耕种的土壤类型例如岩石露头、砾质土等，划分为不适宜耕种区。将剩下的土壤类型按照适宜耕种程度划分等级进行打分，增加评价的准确性(表1)。

表1 后备耕地资源的宜耕区域评价指标Table 1 Evaluation index of suitable area for reserved cultivated land resources

权重确定是整个评价过程中最重要的部分，评价分值则反应相同指标对不同等级后备耕地适宜性适宜分数[28]。结合实际情况与已有数据资料，依据评价指标对耕地自然适宜程度的重要性采用经验法确定权重系数[29]。运用主观赋权法，确定评价因子的分级指数[30]。将待确定的指标和相关资料及统一的规则发给预先选定的10～20名专家，将他们给出的结果计算均值后确定指标权重。

远东地区纬度跨度大，当纬度超过55°N时，会出现多年冻土现象，且伴随纬度的不断升高，冻土层的埋藏深度将不停增加。此外，55°N以北地区年均温低于-5 ℃，坡度也相对较高，不适宜作物生长，为不适宜区。在考虑俄罗斯远东地区后备耕地资源潜力分析时，将55°N以北区域直接划为非评价区。

2 结果与分析

2.1 权重与评价分值的确定

依据评价因子对耕地自然适宜的影响度，对各个影响因子进行分级，量化取用定量与定性相结合的方法。如地形坡度因子依据专家给出的意见，根据山区水土保持标准，耕地坡度大于25°为不适宜耕种的临界值，0～25°之间划分为<3°、3°～5°、5°～8°、8°～15°和15°～25°的5个范围，依据适宜耕种程度给予打分。在后备耕地等级适宜性评价过程中，将整个评价区依据各个评价单元的得分情况(表2)进行统计，从而划分适宜性区间将整个评价区域划分为非评价区(等于0)、不适宜区(<50)、较不适宜区(50～60)、一般适宜区(60～75)、较适宜区(75～90)。

表2 后备耕地适宜性评价因子权重、分值、分级指标Table 2 The weights,scores and grading indicators of the suitability evaluation factors of the reserve cultivated land

2.2 评价指标空间格局特征

远东地区降水有明显的地带性，海陆差异明显，南部年降水量多，北部年降水量少，东部降水量大于西部。研究区北部年降水量集中在0～600 mm之间，南部是900 mm～1 200 mm之间。降水量较多的是南部临近滨海地区的萨哈林州、滨海边疆区和勘察加州。远东地区以夏季温暖湿润，冬季寒冷干燥的季风气候为主。由图2(a)远东地区的气候图中可以看出，远东地区北部年平均气温小于-5 ℃，年平均气温大于0 ℃的地区主要集中在55°N南部的一些地区，南北温差较大年平均温差相差15 ℃。

注：(a)气候图：年均降水量、年均气温；(b)地形图：高程、坡度；(c)土壤性质：pH值、有机质含量、土壤类型。Note:(a) Climate map:annual average precipitation,annual average temperature; (b) Topographic map:elevation,slope; (c) Soil properties:pH value,organic matter content,soil types.图2 远东地区影响耕地适宜性指标Fig.2 Indicators for assessing the suitability of potential cultivated land in the Far East Russia

俄罗斯面积广阔，从而形成了复杂的地形条件。图2(b)远东地区地形图中显示，远东地区高程大部分位于400～1 200 m之间，海拔低于200 m的地区仅存在于东北部。相较于西伯利亚地区，远东地区坡度整体较高，坡度大于15°的地区占了远东地区面积的二分之一，小于5°的地区主要集中阿穆尔州、犹太自治州。

由图2(c)远东地区土壤性质图中可知，俄罗斯土壤类型丰富，远东地区主要土壤类型中淋溶土、灰壤和始成土占整个远东地区的50%，有机土、灰化土、黑钙土等占比也相对较多，其余类占比较少。有机质是成土过程中重要的一环，含量影响土壤生态功能的每个过程，有机质是土壤健康程度的体现，是否适合农作物的生长是由肥沃程度决定的，而土壤的肥沃程度又是由有机质决定的。远东地区土壤有机质含量大部分地区小于6 g·kg-1，其次为6～10 g·kg-1之间，主要分布在北部地区。影响土壤肥力的另一个重要因素就是土壤pH值的高低，不同的气候形成了土壤不同的酸碱度。pH值在6.0～8.0之间是适宜农作物生长的正常范围。在这个范围之外，则需要制定科学合理的调节酸碱度的方案。如图2(c)可知远东地区土壤pH值大部分在6.0～7.0之间。

2.3 后备耕地资源潜力总体格局

依据专家打分法的结果以及海拔高度、地形坡度、气温、降水量、土壤类型、有机质、pH值的空间分布进行分析可以看出：俄罗斯远东地区大部分区域位于后备耕地适宜性非评价区内，后备耕地资源适宜性评价区分布在55°N以南地区(图3)。

图3 俄罗斯远东地区评价区分布Fig.3 The distribution of evaluation areas in the Far East Russia

通过对栅格计算得出：远东地区后备耕地资源适宜性评价区总面积为15.6万km2，其中，后备耕地适宜区为8.0万km2，占整个后备耕地资源的51.3%；后备耕地不适宜区面积为7.6万km2，占整个后备耕地资源的48.7%。耕地适宜区中包含较高适宜区1.7万km2，占比10.9%；一般适宜区6.3万km2，占比40.4%；后备耕地不适宜区包含较不适宜区7.1万km2，占比45.5%；不适宜区0.5万km2，占比3.2%(图4)。另外，从空间分布结果来看，俄罗斯远东地区后备耕地资源的适宜区主要分布在评价区的南部和西南部，东部有少量分布。虽然后备耕地适宜区面积所占比例不高，但其相对集中。与中国黑龙江省接壤的地方后备耕地适宜区面积斑块最大，其主要原因是该区地势相对平缓且有黑龙江流经此地，水资源充足。一般适宜区分布在哈巴罗夫斯克边疆区、滨海边疆区、堪察加州三处地势稍低缓地区；较不适宜、不适宜区多分布在地势较高地区，如堪察加州中、东部，哈巴罗夫斯克边疆区北部、西北部。

图4 远东地区后备耕地适宜区分布图Fig.4 Distribution map of suitable areas for reserve arable land in the Far Eastern Russia

从远东地区各行政区耕地适宜性来看，耕地适宜性较高的地区主要集中在哈巴罗夫斯克边疆区的南部、中部和东部地区，面积为2.5万km2；其次是滨海边疆区的西北、西南部地区，面积为2.2万km2。再者是阿穆尔州的南部、中部地区，面积为1.7万km2。其余的堪察加州、萨哈林州、犹太自治州的分布面积均不到1万km2，面积分别为0.8万km2、0.6万km2、0.2万km2(表3)。因此，总体而言远东地区后备耕地资源适宜性整体较高。

表3 俄罗斯远东各行政单元后备耕地适宜区面积Table 3 Suitable area of reserved cultivated land in various administrative units in the Far Eastern Russia

3 讨论与结论

后备耕地潜力是一个国家耕地资源与粮食安全的保障[31]，已有不少研究将生态因子作为土地评价分析的依据。本文依据气温、降水、高程、坡度数据的同时加入土壤pH值、有机质土壤类型共7个指标，进行了俄罗斯远东地区后备耕地面积分布的分析[10]。分析发现，后备耕地适宜区主要分布在降水量为600～1 200 mm、气温为5 ℃～10 ℃的地区，土壤属性适合作物生长的主要适宜范围。但这不是影响后备耕地分布范围的主要原因，影响俄罗斯远东地区后备耕地面积分布的主要原因是下垫面因素，在复杂下垫面控制下气温、降水都会出现明显差异，远东地区的海拔高度大部分位于400～1 200 m之间，坡度在25°以上，海拔升高使气温也随之降低与同纬度地区相比温差可达到5℃左右，坡度高不仅不利于进行农业耕作，也会造成水土流失等一系列问题。通过远东地区后备耕地适宜区分布图可以看出：较高适宜区的分布都位于海拔200～400 m之间，坡度0～5°之间，这也与早期学者的研究结论相匹配[32-33]。

综合考虑自然环境与生态环境因素后，我们得出以下结论：

(1)远东地区后备耕地资源适宜区总面积为8.0万km2，主要分布在远东地区南部的大部分地区包括6个行政区；(2)远东地区后备耕地资源适宜性整体较高，后备耕地适宜区相对集中，面积也较大，俄罗斯远东后备耕地适宜区主要分布在与我国黑龙江省接壤的地方。

我国东北地区与远东地区的农业合作具有地理优势和互补性，对俄罗斯远东地区可开发后备耕地资源与潜力进行评价能够为我国耕地紧张问题提供对策，促进经济战略合作，达成共赢。

本研究仅综合考虑了自然、生态因子，没能考虑研究区的土地利用规划政策和国家对于土地规划的相关条例对后备耕地资源开发的影响，在后续的研究过程中应将政策等外部因素加入到后备耕地的评价指标当中进行完善，使进行潜力评价时能够更加的合理与科学。