黑龙江省耕地多功能时空演变研究_李珍珍.pdf

安徽农学通报2023年05期土地 土壤 耕作黑龙江省耕地多功能时空演变研究李珍珍孙丽娜（黑龙江大学政府管理学院，黑龙江哈尔滨 150080）摘要耕地多功能时空演变研究对于揭示耕地利用变化规律、实现耕地资源可持续利用、保障国家粮食安全具有重要意义。本文以黑龙江省为研究区，以多期遥感影像解译土地利用数据和统计年鉴数据为数据源，从耕地农业生产保障功能、社会经济保障功能、生态安全保障功能和景观美学功能构建耕地多功能评价体系，以地市级为评价单元，采用熵权法对19902015年间黑龙江省各地市耕地多功能时空演变特征进行定量评价。结果表明，25年间黑龙江省各地市耕地数量持续增加，耕地多功能及分功能时空分异明显，耕地数量与耕地多功能不协同。因此，应协调有序利用耕地，维系耕地多功能之间的平衡与协调，从而可持续利用耕地，发挥耕地多功能综合功能。关键词耕地；多功能评价；熵权法；时空演变；黑龙江省中图分类号F32.6.11文献标识号A文章编号1007-7731（2023）05-0104-12耕地多功能这一概念是由农业多功能演变而来，而后被引申到农业发展、生态系统管理、景观管理和土地利用等多个领域1-2，作为人类赖以生存的自然资源，耕地资源的粮食生产功能对于保障国家粮食安全十分重要。随着人们对耕地功能认识的逐渐深入，耕地的社会、生态、景观等功能逐渐被人们所关注。国外学者集中探讨了农业多功能对社会经济、生态环境等的影响3-5，国内学者对耕地多功能的研究也较为深入。例如，朱小青等6-7梳理了耕地多功能相关研究，提出了耕地多功能融合模式，为后续耕地多功能研究提供借鉴；范业婷等8-22构建了耕地多功能评价体系，分析了耕地多功能的空间分异规律，为土地优化配置、可持续发展提供建议；朱从谋等11-12从耕地多功能价值入手，分析了耕地各功能价值在空间上的分异与时间上的演变，为促进耕地多功能协同利用、提升耕地资源价值提供科学依据。已有研究多集中于区级与市域尺度，而对省级尺度耕地多功能的空间分异规律研究较少。黑龙江省是全国最大的商品粮生产基地，耕地总量位居全国第一，切实保护耕地对保障国家粮食安全、构建国家生态安全屏障具有重要意义。本文通过构建耕地多功能评价指标体系对黑龙江耕地多功能进行评价，分析黑龙江省耕地多功能时空变异情况，以期为合理利用黑土地，提高粮食产量提供合理改革措施及意见。1研究区概况黑龙江省（1211113505 E、43265333 N）地处中国东北部，北、东部与俄罗斯隔江相望，西部与内蒙古相邻，南部与吉林省接壤，是中国最北端以及陆地最东端的省级行政区。辖区总面积47.3105km2，居全国第6位，占全国土地总面积的4.9%。黑龙江省地貌特征为“五山一水一草三分田”。19902015年黑龙江耕地面积总体呈上升趋势，2015年黑龙江省耕地总面积为1.58105km2（见图1），其中齐齐哈尔市、哈尔滨市、绥化市面积分别为2.98104、2.37104、2.10104km2，居黑龙江省耕地面积前3位。图12015年黑龙江省耕地资源分布收稿日期2022-05-19-104DOI:10.16377/ki.issn1007-7731.2023.05.0422研究方法与数据来源2.1研究方法2.1.1土地利用转移矩阵。耕地年际间数量变化的确定对于研究耕地多功能性演变具有十分重要的影响。本文基于ArcGIS平台，得出19902015年黑龙江省土地利用转移矩阵，并分析耕地数量变化情况。2.1.2耕地多功能评价指标体系建立。耕地是人工与自然相结合的复合系统，其功能因人类利用而存在，耕地功能利用不仅受自身资源禀赋影响，同时也受当地生态系统和社会经济、当地政策等因素影响。本文从农业生产保障功能、社会经济保障功能、生态安全保障功能和景观美学功能等4个方面构建耕地多功能评价指标体系，共设置15个评价指标（表1）。表1耕地多功能评价指标体系目标层耕地多功能准则层农业生产保障功能社会经济保障功能生态安全保障功能景观美学功能指标层单位面积粮食产量耕地地均产值人均耕地面积土地垦殖率第一产业增加值农业贡献率第一产业就业比人均粮食保证率固碳释氧量农田生态系统多样性指数单位耕地化肥负荷耕地景观面积比（PLAND）景观多样性指数（SIDI）景观均匀性指数（SIEI）指标解释粮食总产量/粮食作物播种面积耕地总产值/实际耕地面积耕地面积/区域总人口地区耕地面积/地区土地总面积统计年鉴获得农业产值国内生产总值第一产业从业人员/劳动人口数粮食产量/（常住人口400 kg）15（CO2吸收量+O2释放量）/耕地面积香浓指数化肥使用量/耕地面积Fragstats软件计算Fragstats软件计算Fragstats软件计算性质+-+2.1.3指标标准化。采用极差法进行特征指标标准化，经过极差变换，各评价指标无量纲化到（0，100）23。极差标准化法公式如下。正向指标：rij=(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)100（1）负向指标：rij=(xjmax-xij)/(xjmax-xjmin)100（2）式中，xij为第i个市在第j项指标下的实际值；rij为实际指标值标准化后的数值；xjmax为第j项指标的最大值；xjmin为第j项指标的最小值。2.1.4指标权重确定。采用熵值法确定权重19。熵权法是一种客观赋权方法，根据指标变异性的大小来确定客观权重，指标的变异程度越小，所反映的信息量也越少，其对应的权值也应该越低。熵权法可以避免权重赋予的时候的主观性，计算出的权重更加客观。熵值法公式如下。指标j熵值计算：ej=-a1nqijln(qij)（3）其中，ej 0，a 0，a=1ln(n)；qij=rijj=1mrij，当qij=0时，qij=ln(qij)=0。指标j权重计算：wj=fjj=1mfj（4）其中，1 j m,j=1mfj=1，Ee=j=1mej，fj=1-ejm-Ee。2.1.5耕地多功能分值确定。采用加权求和法计算耕地各功能分值，采用等权值算术平均法计算耕地多功能综合分值。计算公式分别如下：Ab=j=1mwj Aij，(b=1,2,3，M)（5）式中，Ab为耕地各功能分值；Aij为各指标标准值；wij为各指标权重；M为耕地功能个数。A=b=1MAbM，(b=1,2,3，M)（6）式中，A为耕地多功能综合分值；Ab为耕地各功能分值；M为耕地功能个数。2.1.6评价标准划分。本文在前人研究成果的基础上，确立了耕地多功能分级评价标准16：具体李珍珍等：黑龙江省耕地多功能时空演变研究-105安徽农学通报2023年05期土地 土壤 耕作将将耕地多功能分级标准划分为 5 个区间，分值在 0，20）区间，其功能等级为弱，分值在 20，40）区间，其功能等级为较弱，分值在 40，60）区间，其功能等级为一般，分值在 60，80）区间，其功能等级为较强，分值在 80，100）区间，其功能等级为强。2.2数据来源与处理本研究所使用基础数据及其说明见表2，土地利用数据采用投影坐标为Albers_Conic_Equal_Area，地理坐标为D_Krasovsky_1940，分辨率为1 km1 km。农业生产数据及社会经济统计数据由各年中国县域统计年鉴获取并做处理。表2数据来源及说明数据类型土地利用数据农业生产数据社会经济统计数据NPP数据产品土地利用变更数据中国县域统计年鉴中国县域统计年鉴glass系列数据来源中国科学院地理科学与研究所国家统计局国家统计局NASA官网空间分辨率1 km县级县级1 km3结果与分析3.119902015年黑龙江省耕地数量变化分析19902015年黑龙江省耕地总量为上升的发展趋势，从其变化过程来看，黑龙江省耕地面积由1990年的1.42105km2增加至2015年的1.63105km2。黑龙江省耕地数量的增加主要来自林地、草地以及未利用地，林地、草地、未利用地分别向耕地转移了1.82104、9.94103、9.92103km2（表3）。耕地的增加主要来自于土地开垦，包括砍伐森林、侵占草地，以及对未利用地的开荒。19902015年期间，由于国家对土地利用政策的调整以及对生态环境的保护，砍伐森林、侵占草地以增加耕地面积这类行为逐渐减少。表319902015年黑龙江省耕地数量转移矩阵单位：km21990年土地利用类型面积耕地林地草地水域建设用地未利用地总计流入面积2015年土地利用类型面积耕地118 29118 1849 9402 1595 4149 924163 91245 621林地8 981181 92910 8049254253 091206 15524 226草地3 44310 86214 6297442321 85831 76817 139水域1 50176749710 30614570513 9213 615建设用地5 4705683601292 1952588 9806 785未利用地4 0043 6731 52878424316 62426 85610 232总计141 690215 98337 75815 0478 65432 460451 592流出面积23 39934 05423 1294 7416 45915 83619902015 年间各地市耕地数量变化表明：20102015年间牡丹江市、七台河市耕地数量有少量下降，其余各地市耕地面积在25年间持续增长，其中，佳木斯市耕地面积增加最大，增加了4.73103km2；其次为黑河市、齐齐哈尔市，分别增加4.46103、3.18103km2；再次为鸡西市、哈尔滨市、双鸭山市、大庆市，分别增加2.25103、1.88103、1.80103、1.15103km2（表4）。19902015 年其余各地市耕地面积增加都在 1103km2以下（图2）。表4黑龙江省各市耕地面积单位：(*103km2)齐齐哈尔市26.7129.3629.6229.893.18地区1990年 2000年 2010年 2015年19902015年增加量哈尔滨市绥化市佳木斯市黑河市双鸭山市鸡西市牡丹江市大庆市鹤岗市伊春市七台河市大兴安岭地区21.8820.5615.0711.919.768.358.917.625.762.192.440.6223.7120.8917.0516.2111.3910.459.708.536.552.932.920.7023.7621.0317.9416.2411.4410.499.618.726.552.952.920.7023.7721.0719.8116.3711.5610.609.608.776.622.962.910.821.880.524.734.461.802.250.701.150.860.770.470.20续表4黑龙江省各市耕地面积地区1990年 2000年 2010年 2015年19902015年增加量-106图219902015年黑龙江省各地市耕地数量变化人均耕地面积一定程度上能反映出耕地动态变化情况，19902015年黑龙江省耕地面积逐步增加，人口也在缓慢增加，人均耕地面积呈逐年上升趋势，由1990年的2533.33m2/人上升到2015年的4 160 m2/人，2015年人均耕地面积是1990年的1.64倍。3.219902015年黑龙江省耕地多功能评价结果分析3.2.1耕地多功能时空分异规律。19902015年黑龙江省耕地多功能时空分布差异显著，具体演变特征如表5所示。在时间上，1990年，绥化市耕地多功能为强，分值达到82.31，耕地多功能为较强的城市有齐齐哈尔市、佳木斯市、哈尔滨市；耕地多功能为一般的城市为黑河市、牡丹江市、双鸭山市、七台河市、鸡西市、鹤岗市、大庆市；耕地多功能较弱的城市为伊春市；大兴安岭地区耕地多功能为弱。2000年，黑龙江省各地市耕地多功能无强功能，绥化市耕地多功能为较强，哈尔滨市、齐齐哈尔市耕地多功能仍为较强，但齐齐哈尔市其得分值有所下降，分值降幅分别为6.96；哈尔滨市耕地多功能得分有所上升，分值增幅达3.07；耕地多功能为一般的城市有佳木斯市、鸡西市、