耕地空间格局变化的影响分析——以阆中江南地区为例

樊英豪，罗 培，陈治至，付雪颖

(西华师范大学 地理科学学院，四川 南充 637000)

1 引言

粮食安全关于国家安全战略。党的“十九大”中指出，要确保国家粮食安全，把中国人的饭碗掌握在自己手里[1]。中国是世界粮食生产大国，同时也是世界粮食消费大国，在面对世界粮食发展与安全格局新变化的全新命题，合理利用与保护耕地资源，是应对国际新形势新挑战的重中之重。

关于中国耕地资源的变化问题，国内学者已进行了广泛的研究。部分学者认为保护耕地资源是关系国计民生的头等大事，耕地保护政策在保护耕地资源中发挥着重要的保障作用[2～6]，并且实施耕地质量保护与乡村振兴和社会经济可持续发展密切相关[7～9]。部分地区仍旧存在耕地资源严重紧缺，耕地后备资源不足等情况。从耕地方面来看，工业化、城镇化对耕地的占用，一定程度上造成了耕地数量的减少，同时在耕地占补平衡上以次充好，用劣地、坡地、生地来置换好地的现象仍然存在，造成耕地质量亏空[10～12]。同时有研究表明，农地确权有利于推进耕地资源保护，特别是补贴与秸秆禁烧等政策对耕地的保护尤为显著。建立耕地保护补偿机制或多重耕地保护补贴方式来提高耕地价值，有利于推进耕地质量保护行为[13]。导致耕地变化的的因素是多元的，其中有学者发现耕地资源变化同人口因素呈正相关[14]；也有研究表明人口增长、二三产业比重变化和城市化水平提高均对耕地面积变化起到了显著作用，而人均GDP与耕地面积则没有显著相关性[15，16]；耕地减少的主要原因是建设占用和农业结构调整，耕地增加主要是由于农业结构调整和土地开发[17]。综合不同区域的耕地去向，一般情况下建设用地所占比例最大。在低山地区，主要受到坡度、土层厚度等自然条件的限制，建设用地造成的耕地减少比例较小，而转化为林地的比例较大；道路通达度以及表征生态退耕政策和土地利用管制政策等社会经济因素对耕地时空分异呈正向影响[18]。坡度、地形地貌等自然因素对耕地时空分异的影响均为负向；经研究发现人口、GDP、道路等社会经济因素和高程、水域等自然环境因子是影响耕地变化的主要驱动力[19～22]。

2 数据来源与研究方法

2．1 研究区概况

阆中地处四川盆地北缘，嘉陵江中游，位于东经105°41′～106°24′，北纬31°22′～31°51′之间。境内南北狭而东西广，东靠巴中市，仪陇县，南邻南部县，西接剑阁县，北连苍溪县。构造上位于川东地台区、川北台陷区和川中台拱之间，地质构造简单，褶皱平缓，裂隙不发育，出露地层有诛罗系上统及白垩系下统，沿嘉陵江岸有第四系分布。江南街道办事处位于阆中中部，地处嘉陵江南岸，坐落锦屏山脚，幅员面积近113.01 km2，2020年总人口达到45047人，其中城市人口18928人，农村人口26119人。2020年统计数据表明该街道办事处耕地面积为49.98 km2，其中旱地面积为34.85 km2，水田面积为15.13 km2。气候上属亚热带季风湿润气候区，四季分明，降水丰富；境内土壤包含紫色土、潮土、水稻土、黄壤四大类，土壤质地以壤土为主。

2．2 数据来源

研究区数据主要来源于阆中市自然资源和规划局2009年全国第二次土地利用调查数据库、2019年第三次全国国土调查数据库、地形图、遥感影像图等，统计数据来自于《南充市统计年鉴》和《阆中市统计年鉴》。按《土地利用现状分类标准》(GB/T21010-2007)规定，将土地利用类型分为耕地、种植园用地、林地、草地、水域、建设用地共计6类。

2．3 研究方法

2．3．1 GIS空间分析法

本文利用ArcGIS10.6软件，以阆中市2009年二调数据库以及2019年三调数据为基础，综合运用ArcGIS中的空间查询、空间量算、叠加分析、缓冲区分析、路径分析、空间插值、统计分类分析等多种空间分析方法，基于提取的研究数据，将不同的空间要素进行缓冲和叠加分析，得出该区域耕地空间格局变化特征。

2．3．2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵通常用以反映某一区域内各种不同土地利用类型在某一时间段内相互转移的情况，同时可以清晰的展现出某一时间段内土地利用类型的结构特征，通过构建土地利用转移矩阵，可以更加精确地进行定量分析，从而深入了解不同土地利用类型的转入转出情况，对各种土地利用类型的转入转出量进行具体分析，从而得到各种土地利用类型的来源与演变。其数学表达形式为：

(1)

式(1)中，Bij为土地利用类型i在研究期内向土地利用类型j转化的面积；n为土地利用的类型数量；i、j分别为研究初期与末期的土地利用类型。

2．3．3 坡度计算模型

绘制基于DEM数据的坡度图，运用ArcGIS10.6软件中的坡度计算功能。其数学表达形式为：

(2)

表1 坡度分级情况

3 结果与分析

3．1 土地利用变化分析

为了更进一步揭示土地利用类型的交互变化，利用GIS叠加分析将2015、2019两期土地利用空间分布图进行叠置，获得2015～2019年土地利用转移矩阵(表2)。由表2可知，在此期间，耕地的面积变化最为显著，共减少10850.74 km2。面积增加最多的为林地，共增加5277.79 km2。变化比例最大的为种植园地，其比例高达54.97%。耕地资源总量在减少，其中大部分的转化为了林地、建设用地及种植园地。

表2 2015～2019年阆中江南地区土地利用转移矩阵

3．2 不同坡度耕地面积变化分析

将耕地与坡度进行叠加(表3)，以此分析江南街道办事处不同坡度条件下耕地面积的变化。从2015～2019年间，位于15°～25°的耕地面积减少最多，高达23655.29 km2。面积增加最多的为位于6°～15°的耕地，其增加面积为10978.83 km2。其中坡度在15°～25°的耕地水土保持情况较差，水土流失严重，须采取工程或生物等综合措施来防治水土流失。

表3 2015～2019年阆中江南地区不同坡度耕地面积变化 km2

3．3 水系分布对耕地影响分析

结合研究区实际情况，以耕地距水系500 m为半径建立缓冲区，对研究区水系数据进行缓冲处理，将缓冲后的图层与耕地层进行叠加分析，由此得到江南街道办事处在2015～2019年间耕地增减变化(表4)，以探究水系分布对耕地面积变化的影响。从2015年到2019年间，所有减少的耕地面积里，在水系500 m缓冲区内的耕地面积减少要小于缓冲区之外的耕地，其中水系缓冲区内耕地共计减少3749.91 km2，位于缓冲区以外的耕地共计减少7100.83 km2。

表4 2015～2019年阆中江南地区水系分布对耕地面积变化 km2

3．4 道路分布对耕地影响分析

根据研究区实际情况，以耕地距道路100 m为半径建立缓冲区，对研究区道路数据进行缓冲处理，将缓冲后的图层与耕地层进行叠加分析，由此得到江南街道办事处在2015～2019年间耕地增减变化(表5)，以探究不同交通条件对耕地面积变化的影响。从2015年到2019年间，在研究区内耕地总量呈减少趋势的背景下，位于道路100 m范围内的耕地面积呈增加趋势，共计增加5606.54 km2。而位于缓冲区以外的耕地则不断减少，共计16457.28 km2。

表5 2015～2019年阆中江南地区道路分布对耕地面积变化 km2

4 结语

本文以江南街道办事处为研究区，运用土地利用转移矩阵、坡度计算模型以及GIS空间分析等方法来研究2015～2019年见区域内耕地资源空间格局变化并探究地貌条件对空间格局变化的影响。发现2015～2019年以来，江南街道办事处耕地增加的最多为坡度6°～15°地区，而位于15°～25°坡度地区的耕地在逐渐减少。在有着较好的水资源条件且交通便利的区域，更有利于现代化农业的发展。结果表明：经土地利用结构调整后，江南街道办事处的耕地资源利用效率有所提高。该研究可为进一步完善江南街道办事处耕地管理和保护措施提供参考，对促进该区域耕地资源可持续利用发展具有积极作用。