基于县域尺度的耕地利用转型影响因素研究

基于县域尺度的耕地利用转型影响因素研究作者：王明岩袁子华刘潇刘胤玺张鸿森崔云珊夏江龙
来源：《科技资讯》2021年第24期
摘要：隨着城市化和市场经济的发展，在城市扩张和种粮比较效益低下的双重作用下，耕地转型利用普遍存在，严重威胁我国粮食安全。

该文利用ENVI5.3和ArcGIS10.5并结合灰色关联分析法分析了宽城县耕地利用转型的影响因素。

结果表明：耕地利用转型与坡度、坡向和距居民点距离的关系十分密切;影响宽城县耕地利用转型的关键因子依次为机播面积、农业机械总动力、食用坚果产量和农村人均可支配收入。

关键词：耕地转型利用粮食安全 GIS 灰色关联分析
中图分类号：F323.211 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（c）-0057-05
Study on Influencing Factors of Cultivated Land Use Transformation Based on County Scale — Taking Kuancheng County of Hebei Province as an Example
WANG Mingyan1 YUAN Zihua1 LIU Xiao1 LIU Yinxi1 ZHANG Hongsen1 CUI Yunshan2
XIA Jianglong1
（1.School of Public Administration， Hebei University of Economics and Business，Shijiazhuang， Hebei Province， 050061 China; 2.Business School of Beijing Technology and Business University，
Beijing， 100048 China）
Abstract： With the development of urbanization and market economy， under the dual effects of urban expansion and low comparative benefits of grain planting， the transformation and utilization of cultivated land is widespread， which seriously threatens China's food security. This paper analyzes the influencing factors of cultivated land use transformation in Kuancheng County by using ENVI5.3， ArcGIS10.5 and grey correlation analysis. The results show that the transformation of cultivated land use is closely related to slope， slope direction and distance from residential areas; the key factors affecting the transformation of cultivated land use in Kuancheng County are machine sowing area， total power of agricultural machinery， edible nut yield and rural per capita disposable income.
Key Words： Arable land transformation and utilization; Food security; GIS; Grey relational analysis
保护耕地资源，不仅是我国基本国策的题中之义，也是联合国2030年可持续发展目标（SDGs）之一[1]。

随着城市化进程的加快，城区边缘的耕地被大量占用，致使严重的耕地非农化。

同时，种粮的比较效益偏低，导致农民转而种植速生杨或一些经济作物，致使耕地转型利用趋势明显[2]。

可见，研究耕地利用转型对于我国耕地保护和粮食安全具有重要意义。

国内外学者关于耕地利用转型的研究主要集中在转型利用、非农化及耕地撂荒三方面。

李超等研究者认为耕地的转型利用影响耕地质量，应给予高度关注[3]。

许祥云等研究者总结了耕地转型利用的治理实践过程中存在的问题，认为林粮争地矛盾突出[4]。

袁晓妮等研究者认为我国目前耕地非农化研究集中在以全国和省市域为主的宏观地域上，对于微观层面上的研究相对较少[5]。

耕地撂荒现象在我国耕地撂荒已经普遍出现[6]，严重威胁我国粮食安全问题。

史铁丑等研究者通过解译手段，分析了重庆山区耕地撂荒风险，认为高撂荒风险的耕地主要集
中于海拔高且坡度陡的地区[7]。

李升发等研究者基于全国山区抽样调查数据分析了耕地撂荒的空间分布[8]。

目前，对耕地转型利用、非农化的研究相比对耕地撂荒的研究在内容上、方法上存在明显不足，同时对三者的共性影响因素研究较少。

基于此，该文利用ENVI 5.3对2013—2019年宽城县的遥感影像进行解译，运用ArcGIS 10.5分析2013—2019年转型耕地分布与坡度、坡向和距居民点距离的关系，并通过灰色关联分析法分析了宽城县耕地利用转型的影响因素。

1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
宽城满族自治县（40°17′N～40°45′N，118°10′E～119°10′E）是河北省承德市下辖县。

半干旱半湿润大陆性季风型气候，雨热同期、四季分明。

矿产资源丰富，土壤微量元素丰富，适合板栗的生长，种植板栗的投入远远低于务农投入，据不完全统计，宽城县人均板栗收入5 000～6 000元，占全年总收入的6成多。

1.2 数据来源
该研究的数据包括遥感数据、统计数据。

遥感影像数据来源于地理空间数据云中2013—2019年的河北省宽城县Landsat 8 OLI_TIRS卫星产品。

统计数据来源于2014—2020年的《中国县域城市统计年鉴》《河北省农村统计年鉴》《河北省统计年鉴》。

2 研究方法
2.1 遥感影像分析法
利用Envi5.3软件对宽城县2013—2019年的Landsat系列遥感影像数据进行土地利用监督分类，在谷歌地球中建立检验样本，对分类结果进行检验，2013—2019年土地利用分类Kappa 系数依次为0.85、0.91、0.94、0.89、0.86、0.95、0.96，精度可以满足该研究要求。

2.2 GIS分析法
利用ArcGIS10.5分析2013—2019年宽城县耕地转型利用情况，并对宽城县高程数据进行坡度和坡向分析，其中坡度按平坡≤3°、缓坡3°～8°、较缓坡8°～15°、较陡坡15°～25°和陡坡≥25°分为5类，坡向按平坡、半阴坡、阴坡、半阳坡、阳坡分为5类。

将谷歌地球中提取的居民点分布导入ArcGIS10.5中，以500 m为间隔进行多环缓冲区分析，具体情况见图1。

2.3 灰色关联分析
根据已有研究所选取的指标[9-11]，结合宽城县统计资料的可获取性选择指标因子，将转型利用耕地面积作为参考数列;将农业增加值、林业增加值、机耕面积、机播面积、化肥施用量、农药使用量、地膜使用量、食用坚果产量、农用机械总动力、农村人均可支配收入、乡村人口、城镇化率作为比较数列。

根据灰色关联分析建模机理[12-13]计算关联度。

根据相关研究[14]，将关联度大于0.75的因子确定为关键因子。

3 耕地利用转型结果分析
3.1 耕地利用转型面积分布与坡度关系
由图2可以看出，2013—2019年宽城县转型利用耕地主要集中在8°～25°，占转型利用耕地总面积的68.82%，这是因为宽城县地处山区，平地资源缺乏。

耕地转化为建设用地随着坡度的增加而递减，耕地转化为林地在15°以下随着坡度增加而增加，15°以上随着坡度增加而减少。

耕地转化为草地在25°以下随着坡度增加而增加，25°以上随着坡度增加而减少。

耕地转化为水域和裸地随坡度变化并不明显。

3.2 耕地利用转型面积分布与坡向关系
由表1中可以看出，转型利用耕地主要分布在阳坡和半阴坡，占全部转型利用耕地面积的59.22%。

耕地转为建设用地阳坡最多，占耕地转为建设用地总面积的34.91%，在阴坡、半阴坡和半阳坡也较多分布。

耕地转为林地主要分布在半阳坡和陽坡，占耕地转为林地总面积的66.98%。

耕地转为水域主要分布在阳坡，占耕地转为水域总面积的46.66%。

耕地转为草地主要分布在半阴坡，占耕地转为草地总面积的36.83%。

耕地转为裸地主要分布在半阴坡和阳坡，分别占耕地转为裸地总面积的34.58%和38.9%。

3.3 耕地利用转型面积与距居民点距离关系
由图3中可以看出，500～1 500 m之间转型利用耕地面积最多，占转型利用耕地总面积的61.68%，以1 000 m为分界点，小于1 000 m转型利用耕地面积呈递增的趋势，大于1 000 m 呈递减的趋势。

其中，耕地转为建设用地随着距离的增加而减少。

耕地转为林地、草地与转型利用耕地面积总体变化趋势相同。

耕地转为裸地和水域变化趋势并不明显，可知耕地距居民点距离的远近对于耕地转型利用有着非常密切的关系，直接体现了交通通达程度对耕地的影响。

4 耕地利用转型的影响因子分析
由表2可知，宽城县转型利用耕地面积的关键因子依次为机播面积、农业机械总动力、食用坚果产量和农村人均可支配收入。

4.1 机播面积与农用机械总动力
宽城县地处山地丘陵区，山地居多，耕地碎片化严重，因此可机播面积较少，导致人工成本增加，使得种粮的比较成本上升。

4.2 食用坚果产量
宽城县近几年每棵栗子树上车均价在500元左右，人均板栗收入5 000～6 000元，占全年总收入的6成多。

2009年宽城县注册神栗品牌并通过多项国内外权威认证，为板栗种植提供了广阔的国内外市场，使得种粮的比较经济效益低下，人们对耕地的依赖性下降，导致板栗种植侵占了大量耕地。

4.3 农村人均可支配收入
随着经济发展水平的不断提高，农村人均可支配收入由2013年的6 716元增加到2018年的12 806元，这就使得人们对娱乐设施、商业设施及住房的需求增加，同时，由于宽城县城乡建设项目投资建设，房地产投资增加，使建设用地的土地需求增加，必然导致耕地向建设用地转变。

5 结语
该文运用ENVI、ArcGis并结合灰色关联分析分别对影响宽城县耕地利用转型的自然因素及社会经济因素进行了系统分析，分析结果如下。

（1）Gis分析显示，坡度在25°以下时转型利用耕地面积随着坡度增大而增加，坡度在25°以上时转型利用耕地面积随着坡度增大而减少。

转型利用耕地在据居民点1 000 m以内面积随着距离的增加而增加，距居民点1 000 m以外面积随着距离的增加而减少。

同时，转型利用耕地主要分布在阳坡和半阴坡。

另外，耕地不同的转型利用与坡度、坡向和距居民点距离的关系存在差异。

1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
宽城满族自治县（40°17′N～40°45′N，118°10′E～119°10′E）是河北省承德市下辖县。

半干旱半湿润大陆性季风型气候，雨热同期、四季分明。

矿产资源丰富，土壤微量元素丰富，适合板栗的生长，种植板栗的投入远远低于务农投入，据不完全统计，宽城县人均板栗收入5 000～6 000元，占全年总收入的6成多。

1.2 数据来源
该研究的数据包括遥感数据、统计数据。

遥感影像数据来源于地理空间数据云中2013—2019年的河北省宽城县Landsat 8 OLI_TIRS卫星产品。

统计数据来源于2014—2020年的《中国县域城市统计年鉴》《河北省农村统计年鉴》《河北省统计年鉴》。

2 研究方法
2.1 遥感影像分析法
利用Envi5.3软件对宽城县2013—2019年的Landsat系列遥感影像数据进行土地利用监督分类，在谷歌地球中建立检验样本，对分类结果进行检验，2013—2019年土地利用分类Kappa 系数依次为0.85、0.91、0.94、0.89、0.86、0.95、0.96，精度可以满足该研究要求。

2.2 GIS分析法
利用ArcGIS10.5分析2013—2019年宽城县耕地转型利用情况，并对宽城县高程数据进行坡度和坡向分析，其中坡度按平坡≤3°、缓坡3°～8°、较缓坡8°～15°、较陡坡15°～25°和陡坡≥25°分为5类，坡向按平坡、半阴坡、阴坡、半阳坡、阳坡分为5类。

将谷歌地球中提取的居民点分布导入ArcGIS10.5中，以500 m为间隔进行多环缓冲区分析，具体情况见图1。

2.3 灰色关联分析
根据已有研究所选取的指标[9-11]，结合宽城县统计资料的可获取性选择指标因子，将转型利用耕地面积作为参考数列;将农业增加值、林业增加值、机耕面积、机播面积、化肥施用量、农药使用量、地膜使用量、食用坚果产量、农用机械总动力、农村人均可支配收入、乡村人口、城镇化率作为比较数列。

根据灰色关联分析建模机理[12-13]计算关联度。

根据相关研究[14]，将关联度大于0.75的因子确定为关键因子。

3 耕地利用转型结果分析
3.1 耕地利用转型面积分布与坡度关系
由图2可以看出，2013—2019年宽城县转型利用耕地主要集中在8°～25°，占转型利用耕地总面积的68.82%，这是因为宽城县地处山区，平地资源缺乏。

耕地转化为建设用地随着坡度的增加而递减，耕地转化为林地在15°以下随着坡度增加而增加，15°以上隨着坡度增加而减少。

耕地转化为草地在25°以下随着坡度增加而增加，25°以上随着坡度增加而减少。

耕地转化为水域和裸地随坡度变化并不明显。

3.2 耕地利用转型面积分布与坡向关系
由表1中可以看出，转型利用耕地主要分布在阳坡和半阴坡，占全部转型利用耕地面积的59.22%。

耕地转为建设用地阳坡最多，占耕地转为建设用地总面积的34.91%，在阴坡、半阴坡和半阳坡也较多分布。

耕地转为林地主要分布在半阳坡和阳坡，占耕地转为林地总面积的66.98%。

耕地转为水域主要分布在阳坡，占耕地转为水域总面积的46.66%。

耕地转为草地主要分布在半阴坡，占耕地转为草地总面积的36.83%。

耕地转为裸地主要分布在半阴坡和阳坡，分别占耕地转为裸地总面积的34.58%和38.9%。

3.3 耕地利用转型面积与距居民点距离关系
由图3中可以看出，500～1 500 m之间转型利用耕地面积最多，占转型利用耕地总面积的61.68%，以1 000 m为分界点，小于1 000 m转型利用耕地面积呈递增的趋势，大于1 000 m 呈递减的趋势。

其中，耕地转为建设用地随着距离的增加而减少。

耕地转为林地、草地与转型利用耕地面积总体变化趋势相同。

耕地转为裸地和水域变化趋势并不明显，可知耕地距居民点距离的远近对于耕地转型利用有着非常密切的关系，直接体现了交通通达程度对耕地的影响。

4 耕地利用转型的影响因子分析
由表2可知，宽城县转型利用耕地面积的关键因子依次为机播面积、农业机械总动力、食用坚果产量和农村人均可支配收入。

4.1 机播面积与农用机械总动力
宽城县地处山地丘陵区，山地居多，耕地碎片化严重，因此可机播面积较少，导致人工成本增加，使得种粮的比较成本上升。

4.2 食用坚果产量
宽城县近几年每棵栗子树上车均价在500元左右，人均板栗收入5 000～6 000元，占全年总收入的6成多。

2009年宽城县注册神栗品牌并通过多项国内外权威认证，为板栗种植提供了广阔的国内外市场，使得种粮的比较经济效益低下，人们对耕地的依赖性下降，导致板栗种植侵占了大量耕地。

4.3 农村人均可支配收入
随着经济发展水平的不断提高，农村人均可支配收入由2013年的6 716元增加到2018年的12 806元，这就使得人们对娱乐设施、商业设施及住房的需求增加，同时，由于宽城县城乡建设项目投资建设，房地产投资增加，使建设用地的土地需求增加，必然导致耕地向建设用地转变。

5 结语
该文运用ENVI、ArcGis并结合灰色关联分析分别对影响宽城县耕地利用转型的自然因素及社会经济因素进行了系统分析，分析结果如下。

（1）Gis分析显示，坡度在25°以下时转型利用耕地面积随着坡度增大而增加，坡度在25°以上时转型利用耕地面积随着坡度增大而减少。

转型利用耕地在据居民点1 000 m以内面积随着距离的增加而增加，距居民点1 000 m以外面积随着距离的增加而减少。

同时，转型利用耕地主要分布在阳坡和半阴坡。

另外，耕地不同的转型利用与坡度、坡向和距居民点距离的关系存在差异。