基于数字技术的浙江省耕地复种指数监测研究

徐璟 张育斌

(宁波财经学院，浙江 宁波 315175)

引言

人类的生存与发展都离不开土地这个重要的自然资源，土地资源中的精华——耕地，则是人类社会活动最基本物质基础，是粮食生产的重要载体。耕地数量稳定，粮食生产才能有保障，守住耕地面积红线、稳定粮食播种面积、加强耕地质量建设是新时期中央文件明确提出的要求。2019年，中央的一号文件提出了要坚持农业农村优先发展的总方针，文件要求“严守18亿亩耕地红线，全面落实永久基本农田特殊保护制度，确保永久基本农田保持在15.46亿亩以上”[1]。2020年，中央一号文件则进一步强调，要稳定粮食播种面积、加强耕地质量建设[2]。2021年一号文件提出，严格控制耕地转为林地、园地等其他类型农用地，强化土地流转过程中的用途监管，确保耕地数量不减少、质量有提高[3]。

在人口快速增长、经济快速发展的影响下，我国耕地数量、质量呈逐年下降[4]。随着种植技术的发展，粮食的单产水平不断提高，现已接近理论上限[5]。因此，在耕地数量有限、作物单产水平受限的情况下，提高耕地的复种指数被认为是最为行之有效的增加粮食产量的方法[6]。

复种指数值由全年作物播种面积除以耕地面积得出，通常用其表示耕地复种程度的高低，在农业生态系统模拟[7]、粮食估产[8]和耕地利用强度评价[9]等应用领域中起到了至关重要的作用。传统的复种指数计算数据基于统计资料，时效性较差，未考虑统计单元内部空存在的异质性[10]。随着数字技术和硬件的飞速发展，遥感技术、大数据、云计算、传感器在复种指数监测中不断应用。本文在前人研究的基础上，调研浙江省统计年鉴中复种指数相关数据，提取土地利用遥感数据，计算并分析2010—2020年浙江省各市复种指数变化情况，提出对策建议。

1 研究现状

1.1 耕地资源利用现状

我国目前正处于工业化和城镇化快速发展时期，在经济高速发展的同时伴随着一系列资源利用和环境问题，其中耕地的利用、开发、保护和管理方面的问题尤为凸显。随着城市大规模扩张，导致我国大部分地区耕地面积明显下降，1996年第一次全国农业普查数据显示，当时我国耕地面积为1.3亿hm2，第二次农业普查时下降到了1.22亿hm2左右，10a间锐减了667万hm2以上，且耕地储备缺乏，不少地区因生态保护需要，逐步实行生态退耕，粮食产量受到严重影响。

我国耕地利用效率不高，农户承包零碎、集中化利用程度不高，道路建设、抛荒撂荒破坏耕地资源的完整性，为了短期经济利益盲目扩大城市发展规模，造成耕地资源被破坏，土地资源的浪费现象比较严重。在提升经济效益的过程中忽视了生态保护，耕地周围生态环境恶化，降低了耕地生产力和农产品质量。

1.2 复种指数变化研究现状

随着我国经济发展，工业化、城镇化进程使得耕地面积大幅减少，且将成为长期的发展趋势，耕地的集约化利用程度对提高粮食产量尤为重要。复种是耕地集约化利用的重要体现之一，复种程度高低对农业生产具有重要意义。不少文献研究认为，提高复种指数有利于粮食增产，保障社会稳定。

1.2.1 耕地复种指数变化趋势研究

郭柏林结合新中国成立以来各时期的历史数据，根据我国各地区复种指数的变化，详细分析了复种指数的特征、效益和潜力，认为自新中国成立以来，农业生产条件得到了不断改善，耕作制度进行了有效改革，我国耕地复种指数有了较为明显的提高。耕地复种指数的大幅度增加给我国农业生产和国民经济带来了巨大效益[11]。谢花林等基于传统的复种指数计算公式，得出了1998—2012年我国耕地复种指数的变化趋势呈逐年增长的结论。闫慧敏等通过峰值特征点检测法，应用多时相NOAA/AVHRR遥感观测数据，并详细分析了我国各地区从改革开放初期到20世纪90年代末近20a耕地复种指数的时空变化情况，结果验证了全国复种指数整体增加的假设。徐昔保等基于遥感图像的分析发现，1995—2010年我国太湖流域的复种指数降幅明显，15a间持续下降了22%，空间分布呈北高南低的格局，上海、浙江降幅较大，粮食耕种时空格局呈现以一年两熟为主，一年一熟比例持续增长[12]。

1.2.2 耕地复种指数时空差异研究

闫慧敏等认为,相对于耕地复种指数在全国层面上的增加，有的耕地出现复种指数大幅增加掩盖了部分耕地复种指数正在下降的事实的现象更加值得关注。实际上，我国有高达15%的耕地复种指数呈下降趋势，这在生产力高的平原地区尤为显著，其中长江中下游平原占50%之多。复种指数的降低表明了实际粮食播种面积在减少，其中优质农田的复种指数的降低，对粮食生产的影响更为不利。谢花林等发现,我国中部地区复种指数最高，东北地区最低；而复种指数增长速度则正好相符，东北地区最快，而中部地区却最慢，东部地区呈下降趋势；31个省份之间复种指数差距大，其中，增长最快的省份是新疆、宁夏和云南[8]。丁明军等认为,耕地复种指数虽然在全国层面上有所增加，但是增加的空间差异明显，河北、北京、天津交界地区、安徽中部、四川的成都平原等地区的耕地出现复种指数显著降低，约占全国耕地面积3%。甘肃东部、渭河平原、山西西部、河北、山东和天津的交界处、山东半岛及江汉平原等处复种指数显著上升，约占耕地总面积的20%[13]。

1.2.3 耕地复种指数监测方法研究

复种指数监测的核心是所采用的监测方法，使用不同的监测方法，其监测结果也有所不同，将不同程度地影响结果的准确性和合理性。在20a多的发展过程中，复种指数遥感监测方法不断涌现，更新和完善了复种指数遥感监测方法体系，如特征时相分离法、生长周期判断法、曲线特征对比法、连续小波变换法、时间序列分箱法、峰值点探测法、线性混合模型法、层次训练法等类别[14]。这些方法在不同的研究中加以应用，且被验证有效。

2 耕地数据的提取

本项目在前人研究基础上，以浙江省为例，分析浙江省各县市区耕地复种指数变化情况，具体方法：2010—2020年10a间每隔1a提取浙江省土地利用遥感数据(其中，2010年、2012年数据来源于Landsat7ETM，2014—2020年数据来源于Landsat8OLI)，经辐射、大气矫正波段融合、镶嵌与裁剪等一系列预处理，如图1、图2所示。

利用ArcGIS软件(新一代地理信息系统软件，由美国环境系统研究所开发，GIS是geographic information system的缩写)对土地利用现状图进行数字化，用相关命令转化为栅格，采用常用的地理坐标投影，提取出浙江省耕地分布图，如图3所示。

图3 2010—2020年浙江省耕地分布图

结合浙江省行政区划图，提取出浙江省市级耕地分布图，如图4所示。

3 复种指数的计算

复种指数等于全年总收获面积除以耕地面积，公式[15]：

图4 2010—2020年浙江省市级耕地分布图

通过遥感图像所得数据，结合统计年鉴数据，根据以上方法得到浙江省2010—2020年期间各地的复种指数，将这些数据与浙江省行政区划图相结合，利用ArcGIS软件进行处理得到2010—2020年浙江省各地复种指数分布图见图5。

由图5可知，浙江省复种指数区域变化比较明显，2010—2012年浙江省复种指数西南高于东北；2014年起，浙江省大部分地区复种指数明显下降，由浙江省历年统计年鉴可知，这主要是因为几大主要城市其人口与经济在这几年内相对于西南地区各市有较快速的增长，导致耕地面积逐年呈缩小趋势，农作物播种面积则逐年下降，耕地复种指数随之下降。

图5 2010—2020年浙江省各地复种指数分布图

近几年，浙江省委省政府对粮食生产高度重视，规范耕地使用，2020年共清理腾退“非粮化”面积1.09万hm2，完成新建高标准农田4.13万hm2，提标改造粮食生产功能区3.6万hm2有余[16]。因此，2020年浙江省各市复种指数较前几年有显著提高。

4 讨论及对策

1993年，刘巽浩依据水分、地貌、热量、耕作及熟制特点、作物类型等条件，将全国耕作制度分为3个带，浙江省全省均属于三熟带[17]。浙江省各市区复种指数值普遍偏低，还有相当大的发展潜力。

浙江省人均耕地少、耕地后备资源不足，耕地保护形势仍然十分严峻。保护耕地、提高土地利用率，提升复种指数可以从以下几方面着手：落实政策保障，压实保护责任，各级地方党委、政府严格落实耕地保护制度，切实明确耕地保护责任，严守耕地保护红线，从而保障粮食安全；坚持系统观念，加强顶层设计，完善政府引导的土地开发政策体系，因地制宜，提高土地开发利用效率，统筹生态建设，推动存量用地的开发利用，推广节地模式；严查占用耕地，规范用地行为，严厉查处违法占用耕地、改变耕地用途的行为，规范用地，从严控制将耕地转为其他农用地，完善耕地占补平衡；加强技术保障，加快科技推广，加强农村农业的科技推广工作，提升农业科技园区带动能力，加大农村农业科普知识宣传和农村劳动技能培训工作，激发农民发展农业的积极性，降低农业发展成本，进行农业套种和多季种植，实现土地充分利用发展循环农业，将数字技术应用于复种指数遥感监测，能及时获取监测数据，并提高监测结果的准确性。