基于GIS的漳州市耕地三位一体保护研究

黄 姮

(福建省地质测绘院，福州，350011)

粮食安全直接关系国民经济发展和社会政治稳定。为保障粮食安全，我国实行最严格的耕地保护制度。耕地数量、质量和生态是耕地评价的三个维度[1]。耕地数量、质量和生态功能彼此之间相互关联，共同发挥作用。即耕地数量保护是质量保护的前提，耕地质量保护是数量保护的保障，而耕地生态保护是数量、质量保护的基础[2]。目前，国内学界对耕地“三位一体”保护的理论研究和各地的方法实践[3-9]都还处于起步阶段。此研究对漳州市2009～2018年间耕地面积、耕地平均质量等别和生态系统服务价值三个维度分析评价耕地数量、质量、生态的时空变化，剖析当前耕地保护存在的问题，并提出对策建议。为各地深化耕地保护，促进耕地资源可持续利用提供方法思路。

1 研究区概况

漳州市全市陆地面积为1.28万km2，海域面积为1.86万km2。2021年行政区划调整后，形成4个区、7个县格局。漳州地处漳州平原中心地带，地势由西北向东南倾斜。九龙江分2条干流横贯全境。漳州属于亚热带季风性湿润气候，年平均气温 21.1℃，年日照 2 000 h，全年雨量充沛，年平均降雨量1 500 mm左右。拥有“花果、鱼米之乡”的美称，是国家外向型农业示范区。2019年GDP产值4 741.83亿元[10]，常住人口505万[11]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与利用

此次研究使用到的数据主要有漳州市各县(区)2009年第二次全国土地调查数据库、2010～2018年各年度土地利用变更调查数据库、2014～2018年各年度耕地质量等别更新数据库。提取各县(区)2009年～2018年土地数据库中的耕地图斑用于分析汇总各年度耕地面积数据；提取各县(区)2014～2018年耕地质量等别数据库中的耕地图斑面积与等别，计算区域的平均质量等别。从中获取2009～2018各年份粮食产量和价格，计算耕地单位面积生态服务价值量，进而估算耕地生态系统的生态服务价值[12]。

2.2 研究方法

2.2.1 GIS空间分析法

GIS空间分析法是基于GIS软件对地理空间数据进行数据分析与数据挖掘，获取派生信息和新知识的方法。是对一个或多个空间数据图层通过集合运算产生新数据的过程。研究利用ArcGIS_10.2空间分析工具包进行基于年度、区域、地类的统计分析，获得研究区基于时空的耕地分类面积；通过叠加融合分析获得新增耕地和减少耕地的位置、去向、面积、类型等信息。

2.2.2 加权平均法

在耕地质量等别数据库基础上，采用面积加权法计算区域平均等别，即在统计各等别面积和基础上进行各等别面积加权。某域平均等别计算公式如下。

式中：Di为第i年市域平均利用等别；Fij为第i年第j个县的耕地平均质量等别；Fjmin为等别最小值，Fjmax为等别最大值；Sij为第i年第j县的耕地面积和，Si为第i年市域耕地总面积。

2.2.3 生态服务价值ESV估算法

生态系统生态服务价值(ESV)估算采用目前国内比较权威的研究方法。谢高地等[13]以Costanza等1997年的研究成果为基础，通过对国内200位生态学者问卷调查，制定出比较符合我国国情的生态系统服务价值当量因子表。此次研究取其中农田系统生态服务价值当量因子作为研究区耕地生态服务价值当量因子；并且根据谢高地等关于生态服务功能强度与生物量呈线性关系的假设[14]，取福建省生物量因子1.56作为校正系数，计算得到食物生产、原材料生产、生物多样性维持等9类生态服务功能的服务价值当量因子，计算结果(表1)。耕地生态系统的生态服务价值当量因子的经济价值量估算公式如下。

式中：Vi为第i年1个生态服务价值当量因子的经济价值量(元/km2)；Yi为第i年1 km2粮食产量；Pi为第i年1 kg粮食收购价格。

从“漳州统计年鉴”中获取相应年份粮食作物产量和价格(表2)，计算出相应年份1个生态服务价值当量因子的经济价值量，进而得到漳州市耕地生态系统单位面积生态服务价值量。以单位面积生态服务价值量为基础，计算2008～2019年各年度耕地生态服务功能价值，计算公式如下。

式中，ESVi为第i年耕地生态服务功能价值(元)；Vij为第i年第j项服务功能单位面积价值(元/km2)；Si为第i年耕地总面积(km2)。

表1 耕地生态系统单位面积生态服务价值系数

表2 2009～2018年漳州市单位面积粮食产量及收购价格

3 结果与分析

3.1 耕地数量变化分析

3.1.1 2009～2018年耕地数量变化情况

2018年漳州市耕地面积为1 788.53 km2，占土地总面积13.88%。全市耕地主要分布在龙海区、南靖县、漳浦县、平和县和诏安县，占全市耕地总量75.13%。全市耕地类型以水田为主，面积为1 418.02 km2，占比为79.28%；旱地和水浇地面积占比分别为14.24%、6.48%。旱地主要分布在漳浦和诏安2县；水浇地主要集中在漳浦和南靖。各县(区)耕地结构图(图1)。

图1 2018年漳州各县(区)耕地结构图Fig.1 Structure diagram of all counties (districts) in Zhangzhou in 2018

2009～2018年间全市耕地面积减少15.61 km2，年均减少为1.73 km2。除了2011年耕地增加，其余年份耕地均减少。其中2014年减少最多。从二级类变化来看，水田、水浇地持续减少，水田共减少32.34 km2，水浇地减少7.66 km2；相反旱地面积持续增加，合计增加24.39 km2。由此反映出建设占用的主要是水田，而补充的耕地多为旱地(表3)。

表3 漳州市2010～2018年历年耕地变化及新增耕地面积统计(单位：km2)

3.1.2 2010～2018年新增耕地情况

2010～2018年间，漳州新增耕地面积为83.06 km2，其中通过土地开发方式新增耕地45.38 km2，占全市新增耕地总量54.6%，是补充耕地的主要来源。土地开发项目通过开发未利用地、荒草地等资源补充耕地，通常受地形、地理位置等条件限制，开发为旱地的比例高。2011年土地开发规模达到顶峰，而后随着时间推移，土地开发数量逐渐减少，反映出耕地后备资源渐趋枯竭。土地整理项目通过改善现有耕地的基础设施条件，增加有效耕地面积，提高土地利用率和产出率。通过该方式新增耕地33.06 km2，占比39.8%；土地整理的规模呈现一定周期性，2012年土地整理规模最大。旧村复垦通过拆除废弃或低效农村居民点用地进行复垦来达到新增耕地的目标。一方面补充耕地，减少建设用地；另一方面城镇土地的部分收益转移到农村，实现城市反哺农村，促进了城乡统筹协调发展。通过该方式补充耕地4.62 km2，占5.56%，复垦规模逐年增加。

3.2 耕地质量等别变化分析

3.2.1 耕地质量等别情况

此次研究以全国统一可比的耕地质量等别为依据，按照1～4、5～8、9～12、13～15将等别区间划分为优、高、中、低4个等级地[15]。根据耕地质量等别评定成果，通过加权计算，漳州市2018年耕地平均质量等别为7.47，在空间分布上呈现东南沿海地区较低，西部山区较高的特点。其中平均质量等别最低的是长泰区，为5.99。最高的是东山县，为10.72，究其原因是因为东山县为海岛县，耕地面积少，图斑破碎，耕地类型以旱地为主，全县除了3.58%的高等地外，96.42%的耕地均为中等地。全市耕地总体质量较好，高等地占耕地总面积比例达62.63%，仅芗城、龙文2区及东山、平和、华安3县高等地比例低于全市平均水平；其次是中等地，占比为28.95%，其中东山县和华安县中等地比例较高；全市优等地和低等地占比都比较低，分别为6.18%和2.24%。分县(区)而言，优等地主要分布在长泰区、诏安县和龙海区；低等地全部位于南靖县，且占南靖县耕地面积的15.12%。漳州市各县(区)耕地质量结构及质量等别变化情况(表4)。

表4 漳州市各县(区)耕地质量结构及质量等别变化统计(单位：km2)

3.2.2 2014～2018年耕地质量等别变化情况

通过对2014年、2018年前后2个年度地类图斑层的空间分析，可以获得新增耕地与减少耕地的图形及相关属性信息，并以此为基础，统计增减耕地的数量和平均质量等别(表5)，全市新增耕地平均质量等别为9.06，中等地比例超过60%。其中南靖县新增耕地平均质量等别最高，接近于12。减少耕地平均质量等别为6.78，除了东山县外，其余10个县(区)减少的耕地平均质量等别都低于8，其中龙海区减少耕地的质量最好，等别为5.63。全市新增耕地与减少耕地平均质量等别级差为2.27，南靖县的级差为5.16，存在严重的占补质量不平衡现象。从数量上看，全市减少耕地数量多于补充耕地数量，新增耕地主要分布于西部丘陵山地区以农业发展为主的平和县、华安县；而东南沿海龙海区与漳浦县经济发展快，建设占用耕地需求大，减少耕地数量远大于新增耕地数量。总体呈现补充耕地任务向山区转移的趋势。

表5 2014～2018年漳州市各县(区)新增耕地和减少耕地的数量与质量对比统计(单位：km2)

3.3 耕地ESV变化分析

根据修正后漳州市单位面积耕地生态系统生态服务价值系数，套用谢高地等的研究算法估算耕地ESV(表6)，耕地ESV主要受到粮食产量、粮食收购价格及耕地总面积的影响。2009～2018年间研究区耕地ESV总体呈现上升趋势，其中2010～2013年出现较快增长，同比增长率均超过7%，说明在耕地总面积逐年减少的情况下，粮食产量增加和粮食收购价格上涨幅度超过耕地面积减少的影响，主要是政府各项惠农政策产生积极作用。2017～2018年，耕地ESV有明显下降，主要是耕地面积持续减少和粮食价格降低造成。从各分项价值量看，耕地在废弃物处理、土壤保持和食物生产方面发挥的作用较大，在原材料生产和景观愉悦功能方面作用较小。

表6 漳州市2009～2018年间耕地生态系统生态服务价值量统计(单位：亿元)

3.4 基于“三位一体”的耕地保护分区

根据2018年漳州市耕地数量和耕地质量构成分级结果，以县(区)为单元，对漳州市耕地进行保护分区划分(图2a、b)。将区域内耕地数量大于100 km2，优等地与高等地占比大于75%的县(区)划为核心保护区，主要分布在龙海区、长泰区、诏安县、云霄县；将耕地数量少于30 km2或质量不高，优等地与高等地占比低于10%的县(区)，划为一般耕地保护区，主要分布在东山县、芗城区、龙文区。其余县(区)，耕地数量大于100 km2，优等地与高等地占比低于75%，但区域内以高等地与中等地为主，耕地后备资源潜力较大，划为重点耕地保护区，主要分布在漳浦县、平和县、南靖县、华安县。

图2 2018年漳州市耕地数量与质量结构分布图(a)及耕地保护分区图(b)Fig.2 Distribution map of Quantity and quality structure of Cultivated land (A) and Cultivated Land Protection Zone (b) in Zhangzhou city in 2018

4 结语

(1)漳州市耕地数量逐年小幅减少，补充耕地数量少于减少耕地数量。耕地质量总体较好，平均质量等别7.47，略有下降。减少的耕地以高等地为主，补充的耕地主要为中等地。补充耕地质量低于减少耕地质量。补充耕地主要集中在西部丘陵山地区，减少耕地相对集中在东南平原区。

(2)漳州市耕地ESV总体呈现上升趋势，但2018年出现较明显下降。因此，要对耕地保护分区实行差异化管控。对于核心保护区，在维持现有耕地数量、质量基础上，强化耕地保护；对重点保护区，加强耕地后备资源潜力分析及开发利用，推进高标准农田建设及耕地改造工程，提升耕地质量。

(3)全面加强生态保护与建设，促进耕地生态系统服务价值提升。根据各县(区)资源本底及土地环境质量状况，分阶段、分步骤推进全域土地综合整治，实现漳州市耕地数量增加、质量提高、生态改善的新格局，继而实现耕地之于粮食安全的关键意义。