基于两维图论聚类的辽宁省土地利用多功能性分区

辽宁省土地利用功能间的矛盾相对突出,明晰区域土地利用多功能的现状、进行土地利用多功能性分区可为促进区域土地利用功能的协调发展提供依据。选取2017年辽宁省县域土地利用生活、生产、生态方面22个典型指标构建区域土地利用多功能性评价指标体系,运用熵权法和两维图论聚类法进行土地利用多功能性评价及分区研究。研究发现:1)研究区生活功能高值区于中部呈斜"X"状分布,生产功能值主要呈现以沈阳为中心的"环状"递减蔓延结构,生态功能值由外至内逐渐减少。2)区域县域生产功能和生活功能呈显著正相关,生产功能和生态功能呈显著负相关。3)根据区域土地利用多功能值和两维图论聚类法可将研究区划分为辽东生态功能优势区、辽北功能欠协调区、辽南功能相对均衡区以及辽西功能欠发展区。研究结果可为县域尺度国土空间规划的制定与实施等提供技术支撑和科学依据。     

集成"质量-格局-功能"的中国耕地整治潜力综合分区

面向新时期耕地资源多功能综合保护的新要求,科学评价耕地整治潜力,合理确定整治分区是聚焦"新三农"、服务国土综合整治的有力抓手。该研究围绕耕地自然资源禀赋、空间格局、要素功能等3方面,构建了集成"质量-格局-功能"的耕地整治潜力评价指标体系,在对全国耕地进行整治潜力综合评价的基础上,采用k-means聚类方法划定耕地整治潜力综合分区,得到以下主要研究结果:1)通过构建集成"质量-格局-功能"的耕地整治潜力评价框架,采用"一级区-二级区-三级区"3个层级的潜力分区体系,并结合"聚类区域+农业格局+整治类型"的分区方法开展耕地整治潜力综合分区,对因地制宜布局农业生产格局、差别化开展新时期国土综合整治具有积极作用;2)中国耕地资源整治潜力在质量、格局及功能之间存在显著的空间分异,质量改善潜力区主要分布于长江流域、海河流域和淮河流域等地区;格局优化潜力区主要集中于黄河流域、东南诸河流域、内陆河流域及长江中下游等地区;功能提升潜力区主要分布于长江流域、珠江流域及内陆河流域等地区;3)采用k-means空间聚类分析方法,从整治潜力视角将中国耕地资源划分为7个一级分区、38个二级分区和409个三级类型区。研究结果有利于因地制宜推进以全要素整合为核心的耕地综合整治,提高耕地资源供给服务能力及区域农业资源配置效率。     

基于局部空间自相关的思茅区耕地利用保护综合分区

对耕地质量在空间上分布的规律研究,是进行耕地质量保护与制定合适土地政策的基础。使用Moran指数的局部空间自相关为研究方法,以思茅区为例,对思茅区内所有耕地图斑进行聚类分析,并依据分析结果对耕地进行利用保护分区。结果表明:(1)思茅区内耕地质量在空间上呈现较强的聚类,耕地质量高分聚集的优质耕地主要分布在城区与六顺镇的周围,低分聚集的劣质耕地主要分布在思茅区的西北部高山峡谷地区。只有少量区域的耕地质量存在负相关或不显著相关,分散分布于思茅区内;(2)根据耕地自然等指数与利用等指数的局部空间自相关的聚类差异,将耕地分为优先保护集约利用区、重点保护高效利用区、提质改良潜力利用区与综合改良低效利用区4个区域,并对分区提出相应的耕地利用保护策略。该研究结果客观反映了思茅区耕地的自然与利用状况,为研究区内优化产业布局与基本农田保护区的划定提供参考。     

辽宁省耕地分区利用及其高标准农田建设分区研究

高标准农田建设是保障我国粮食安全的关键措施之一,剖析其建设过程中的限制因素对合理安排建设布局的影响就尤为重要。基于对辽宁省耕地地力评价基础数据的分析,本研究构建了包括自然条件、立地条件、土壤管理、耕层理化性状和耕层养分状况等5类15项因素的辽宁省耕地分区利用指标体系,并运用K-means聚类分析法对辽宁省耕地进行了分区,共得到5个Ⅰ级区,10个Ⅱ级区。此外,考虑到当前区域经济发展水平和工程建设的可行性,本研究从中选出3类11项指标作为高标准农田建设分区的限制因素,采用层次分析法确定了各限制因素的权重,利用限制因素组合法和加权求和法确定了各限制因素高、中、低的限制等级,并结合高标准农田建设分区标准将各耕地利用分区中的高标准农田划分为重点、一般、勉强和不宜建设区。研究结果表明,辽宁省高标准农田建设重点宜放在高限制因素较少的辽宁中部和沿海地区,而建设难度较大的辽宁东部和西部地区可适当控制高标准农田建设的投入,注重生态屏障的保护。     

江苏省域耕地后备资源潜力空间分布与开发组合研究

耕地后备资源的开发利用是补充耕地、确保耕地总量动态平衡与国家粮食安全的重要措施。本文在农用地分等成果基础上,采用GIS支持的空间图形分析和两维图论聚类等方法,对江苏省域耕地后备资源潜力空间分布与开发组合进行了研究,揭示该省耕地后备资源的质量潜力区域分异明显,其中农地整理类潜力苏北＞苏中＞苏南,而其他三类（农村建设用地整理、土地复垦、未利用地开发）则苏南＞苏中＞苏北;以县级行政区为单元,根据地域潜力相似性等建立了全省耕地后备资源的开发组合序列,为该省耕地后备资源的合理开发利用尤其是优先开发区域的确定提供了科学依据。     

多情景模拟下城市周边耕地功能分区

科学划定耕地功能分区有助于制定区域差别化的耕地保护措施,是协调耕地保护与经济发展,维护城市粮食安全的重要手段。以常州市主城区为例,综合运用斑块生成土地利用模拟（patch-generating land use simulation model,PLUS）模型、热点分析、k-means 空间聚类等方法,系统分析自然发展、耕地保护、可持续发展3种情景下未来耕地变化冷热点区域与现状耕地综合适宜性,在可持续发展情景下耦合两类分析结果,规划耕地功能分区。结果表明：1）在不同情景下,研究区各用地类型整体空间分布格局保持稳定,未来不稳定耕地冷热点分布具有差异性;2）基于生产适宜性、空间集聚性、区位便利性指标综合评价,按聚类结果初步将研究区划分为4类,耕地面积占比分别为38.71%、32.73%、19.80%、8.76%;3）结合两类评价结果,组合不同层次特征,将研究区耕地归并划分为粮食主产区、都市农业区、农地改善区、城乡过渡区,因地制宜地提出相应管控措施。研究结果可以为中国类似城市周边耕地分区分类利用与保护提供参考。     

耕地质量多维评价与利用分区——以黄骅市为例

耕地利用分区对于未来区域空间的有序开发利用具有指导意义,对耕地质量进行多维度解析评价是拓展传统耕地质量评价理论的重要途径,是保证分区工作“落地”的关键。以“三位一体”统一质量观为理论依据,以河北省黄骅市为研究区,在构建集成“空间—功能—环境”的耕地质量三维解析评价框架的基础上,运用Spearman秩相关系数和G^*热点分析工具表征三维质量的空间相关性,最后基于以上成果进行耕地利用分区,提出差别化管理建议。结果表明:(1)黄骅市各维度耕地质量分值存在空间分异。高值区主要分布于黄骅市西部和北部,低值区则主要分布于黄骅市西南部。(2)黄骅市各维度耕地质量之间存在强烈的空间关联效应。自然环境与社会环境呈现强权衡关系,空间特征与规模、物质生产功能呈现强协同关系; 不同维度质量的冷热点分布格局可能相似,同一维度质量的却可能存在空间冲突。(3)将黄骅市划分为生产优势保护区、休闲农业发展区、规模效益提升区、休耕整治区和潜在功能挖掘区5个区域,各耕地利用区特点各异,应因地制宜进行耕地差别化利用与管护。研究结果对于增强耕地利用分区的可操作性具有实践意义,为优化耕地利用保护路径提供参考。     

矿区耕地整治潜力评价与整治分区

探索矿区耕地整治潜力评价方法,为新时期矿区耕地整治的实施提供科学依据。该研究以山西省长河流域为例,从耕地的利用低效利用度、生态脆弱度和土地损毁度3个维度构建矿区耕地整治潜力指标体系,在进行分项测度的基础上,结合地形和社会经济因素进行修正,集成测算了耕地整治潜力,并利用自组织双重聚类和DB指数(Davies-Bouldin Index)确定耕地整治分区和整治策略。结果表明:1)长河流域耕地低效利用度、生态脆弱度、土地损毁度及整治潜力的空间分异显著;2)长河流域划分为健康利用提升区、耕地资源整理区、重点生态修复区、损毁土地复垦区、土地治理优配区和综合土地整治区6类分区,并据此制订差异化的整治策略;3)基于自组织双重聚类划定的耕地整治项目区空间连片性较高,利于耕地整治的全域覆盖,研究为同类区域开展耕地整治潜力评价提供借鉴,也为新时期矿区土地整治规划提供指导。     

基于空间分析与两维图论聚类的湖南水稻遥感估产分区

为了提高水稻遥感估产精度,该文在分析湖南省水稻种植制度及地形等特征的基础上,进行水稻遥感估产分区研究。选择水稻种植制度、稻土比、水稻单产水平、平原面积占总面积比、以及空间位置作为分区因子,采用基于GIS技术的空间分析与两维图论树相结合的方法。分区结果显示,湖南省共分为2个一级区,即一季稻区与双季稻区;在一级分区的基础上得到5个二级区,即2个一季稻区二级分区,3个双季稻区二级分区。此分区结果保持了区块的连续性与行政区划的完整性,以及分区内自然与经济条件的相对一致性;同时各分区之间在种植结构、水稻单产、地形等方面又存在着独立性,此分区结果有利于进行水稻遥感估产研究。     

东北典型黑土区耕地有机质与pH的空间分布规律及其相互关系

为了解东北黑土地有机质下降和酸化状况,明确有机质和pH区域分布规律及其相互关系,以东北典型黑土区耕地作为研究对象,利用GIS空间插值法和相关性统计分析方法,探讨了该区域耕地有机质和pH的空间分布规律及其相关关系。结果表明:研究区耕地有机质平均值为26.57 g·kg~(-1),总体呈现由北向南、由东向西递减的趋势;耕地pH平均值为6.42,研究区由东向西pH呈现逐渐增加趋势,而南北方向并未呈现出明显的规律性;东北典型黑土区有机质和pH总体呈极显著负相关性,但局部趋势不同,其中黑龙江省呈极显著负相关,辽宁省和吉林省呈极显著正相关,表明有机质和pH这两个因素在局部的作用关系还受到其他因素的影响。研究表明,在不同区域耕地质量保护和管理中要重视多因素耦合关联分析,这对区域耕地资源合理利用的评估具有重要科学意义。     

广东省耕地利用质量评价、时空跃迁及障碍因子诊断

耕地利用质量是区域多种因素综合作用的结果，耕地利用质量提升是实现中国式现代化的重要粮食安全保障。该研究运用压力—状态—响应（pressure-state-response, PSR）框架、探索性时空数据分析（exploratory spatial temporal data analysis, ESTDA）与障碍度模型揭示2005—2020年广东省县域耕地利用质量的时空特征及诊断其障碍因子。研究表明：1）2005—2020年广东省耕地利用质量指数年均增长率为1.03%，说明区域耕地开发、利用与保护成效较好，并且耕地利用质量指数从高到低依次为山区、珠三角、东翼、西翼，而耕地利用质量指数增速从快到慢依次为珠三角、西翼、东翼、山区；2）珠三角、西翼与山区的部分县区耕地利用质量的空间结构波动较大，整体上耕地利用质量的空间结构具备较强的时空依赖性并兼具跃迁惰性与活性；3）人均农业产值、地形分布指数与地均农业产值是影响广东省耕地利用质量排名前3的障碍因子，充分表明资源禀赋依赖与社会经济结构是决定耕地利用质量的关键因素。为实现广东农业布局现代化与高质量发展，该研究提出持续推进现代农业产业园建设以充分发挥农业典型示范效应，遵循耕地资源的空间结构差异以有序推进耕地“非粮化”治理，以及依托全域国土综合整治积极探索承包地细碎化试点等政策建议。     

中国省际耕地利用效率时空格局分异与机制分析

科学剖析省际耕地资源利用效率时空格局分异及机制,对推进省际耕地资源集约利用具有重要的理论及实践意义。该文以中国省域(除港、澳、台)作为研究案例区,从投入和产出2个维度构建指标体系,运用改进DEA(data envelopment analysis)模型测度1994—2012年中国省域单元耕地利用效率值;综合利用ESDA(exploratory spatial data analysis)关联模型、R/S(rescaled range analysis)分形模型等方法分析省际耕地利用效率时空格局分异特征,并通过Tobit回归模型揭示效率时空分异的驱动机制。结果表明:1994—2012年中国省际耕地利用效率DEA最优比例相对较小,空间表征出东部高、中西部低的分布格局;东部沿海、北部沿海、东北地区综合效率较高,呈上升发展趋势,技术效率与综合效率变化较相似,而规模效率呈现先上升后下降态势;全局上省际耕地利用效率呈现空间正自相关,以空间集聚为主要分布模式;局部上可划分4种类型:H-H(high-high)效率区、H-L(high-low)效率区、L-H(low-high)效率区、L-L(low-low)效率区,其中H-H效率区主要分布在长三角、京津地区,并逐渐向珠三角演化,而L-L效率区主要集聚在中国西北地区;未来省际耕地利用效率将表现出继续增长的分形特征,且增长高值区集聚在中国东部、北部沿海;经济发展水平、农业科技进步是影响效率空间分异的重要因素,自然环境条件是效率发展差异的基础因素,而农户自身特征也会对效率时空分异产生一定冲击;最后,从推动技术进步、调整产业结构、耕地整理流转、补偿激励机制等方面提出省际耕地集约利用政策建议。     

考虑碳排放的粮食主产区耕地利用效率区域差异与变化

为系统考察中国粮食主产区耕地利用效率的分布特征。该研究将耕地利用碳排放作为非期望产出纳入耕地利用效率的测度框架中,以中国粮食主产区2000—2016年数据为支撑,综合运用SBM-Undesirable模型和核密度估计方法对粮食主产区耕地利用效率的空间格局及演进特征进行定量刻画。结果表明:1)粮食主产区整体和各省份耕地利用碳排放都表现出不同幅度的增长态势,其中河南的绝对增长量最大,由2000年的487.40万t变化至2016年的806.99万t,净增长319.59万t,其次是内蒙古和黑龙江,江西的绝对增长量最低,研究期内共增长了59.64万t;2)考虑碳排放后,粮食主产区整体和各省份耕地利用效率明显降低,2000年和2016年,不考虑耕地利用碳排放时,粮食主产区平均耕地利用效率分别为0.774 4和0.917 9,而考虑碳排放后,平均效率指数分别为0.639 4和0.843 8;3)粮食主产区耕地利用效率表现出明显的区域差异,根据SBM-Undesirable模型测度结果可将13个粮食主产区分为耕地利用效率优势区、平缓区和劣势区3种类型;4)从核密度估计结果来看,粮食主产区整体和不同类型区耕地利用效率都表现出明显的偏态分布及不同程度的极化特征,而且,与2000年相比,粮食主产区整体、平缓区和劣势区2016年密度曲线的变化区间明显变小,表明耕地利用效率的地区差距有所缓解,但优势区的区间变化幅度并不明显。该研究可以为粮食主产区耕地资源高效、低碳利用提供科学依据和决策参考。     

考虑"资源-资产-资本"属性的云南山区耕地质量评价与管理分区

市场经济体制下树立耕地"资源-资产-资本"属性观并开展耕地"三资"管理实践是实现耕地高效利用和配置的重要手段。本研究按照属性分析-质量评价-分区管理的基本思路，归纳总结了耕地"三资"属性内涵，并以此为依据运用多源数据构建了云南山区典型农业县寻甸县的耕地"三资"质量评价体系，通过耕地质量评价结果空间集聚特征，划定寻甸县耕地"三资"管理分区，提出了针对性管理措施。结果表明：1）耕地资源属性指耕地在一定的光温水土气热自然条件下进行农业生产活动获取农产品的属性；资产属性指处于社会关系中的耕地资源，通过法律制度确定权属，可以为产权主体带来收益的属性；资本属性指耕地在市场中进行交易和流通以获得高额利润的属性。耕地的"三资"属性相互影响，逐渐递进，是耕地资源价值化的必经之路。2）寻甸县耕地"三资"质量分布和空间格局存在差异。耕地资源质量较资产、资本质量变异特征较小，分布稳定。而在空间格局上资源质量呈现出"东西高，中部低"的空间格局，而资产和资本质量分别呈现出"向城镇中心梯度递减"和"东南高，西北低"的空间格局。3）以行政村为单位，将寻甸县划分为市场化建设先行区、市场化发展培育区、高效利用提升区和整治修复集中区4个耕地管理分区，并提出差异化的分区管理措施。该研究成果可对寻甸县耕地保护和发展建设提供指导，并对云南山区耕地管理实践工作提供科学借鉴。     

南方红壤丘陵区耕地生态问题识别与修复分区

农业空间生态修复是国土空间生态修复的重要内容之一,耕地作为农业空间的重要载体,精准识别耕地生态问题并对其系统分区,是新时期耕地高质量发展与科学高效开展国土空间生态修复的重要前提。该研究以南方红壤低山丘陵区耕地生态修复为研究对象,以江西省为例,针对国土空间规划中耕地生态修复的景观连通性、矿山生态负面影响,恢复退化土地生态功能和农业开发对生态空间胁迫程度四大方面,识别了江西省耕地的破碎化、矿山损毁、水土流失以及与生态用地冲突四大生态问题,采用基于修正的通用水土流失方程（RUSLE）模型、景观指数、土地利用转移矩阵和GIS空间分析等方法对各生态问题的指标程度进行定量化分析;基于组合权重构建了生态修复综合指数,依据流域、主要生态问题与修复程度分区方法,对全省耕地生态修复进行了综合分区。结果表明：1）2000-2018年间,江西省耕地水土流失主要以轻度侵蚀为主,水土流失总面积减少50.98%,赣江上游流域和鄱阳湖环湖区等水土流失现象加重;耕地斑块密度、破碎度趋于增加,聚集度趋于离散;耕地占用林地、水域与湿地等生态用地面积共计739.15 km2;建材及砖瓦黏土类和稀有稀土金属等废弃矿山累计破坏耕地的面积为13.18 km2。2）江西省耕地生态修复综合指数空间差异化明显,按照划分标准,将江西省共划分为8个流域大区,38个小区,包括水土保持重点修复、矿山生态重点修复、生态用地重点修复和耕地连通重点提升四个方向的修复内容。研究可为国土空间规划中农业空间的耕地高质量发展提供方法支撑,为江西省农业空间生态修复布局提供科学依据。     

基于主成分分析法和GIS的土地利用综合分区研究——以黑龙江省红兴隆垦区五九七农场为例

对黑龙江省农垦总局五九七农场进行土地利用综合分区研究,旨在为土地规划、农业区域规划提供依据,实现土地资源的可持续利用。利用综合评价法从土地资源利用的结构、投入、产出、生态和动态5个方面对土地综合利用程度进行评价,并结合空间聚类分析对研究区进行管制分区。结果表明:五九七农场土地利用的综合水平在空间上存在明显差异。按照研究区域土地利用综合水平的空间分异特征将其划分为4个综合分区,分别为:西南城镇发展区、完达山北麓林牧业土地利用区、三江平原中部农业土地利用区、三江平原南缘湿地土地利用区,并根据分区结果制定差别化土地管理方案。     

考虑耕地质量差异影响的江苏省耕地集约利用评价

为了耕地集约利用评价在不同区域间具有可比性,该研究首先阐释了耕地集约利用评价的可比性问题,然后利用耕地可实现产能利用强度指标消除耕地质量差异对粮食产出的影响,分析江苏省不同地区耕地可实现生产能力的发挥程度,在此基础上评价了江苏省的耕地集约利用水平。研究结果表明：耕地质量较优的苏南地区耕地可实现产能利用强度普遍较低,苏中、苏北部分耕地质量较差地区较高;江苏省耕地集约利用水平一般,苏中地区耕地集约度高于苏南和苏北,集约度较高的地区主要集中在沿江、环太湖及盐城、徐州的部分地区。耕地集约利用水平较均衡的是南京、常州、淮安等市,差异较大的是无锡、苏州、盐城等市,苏南各地耕地集约利用水平相比苏中、苏北更不均衡。