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\     

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。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

基于地貌分区的河北省近10年耕地时空变化分析

地貌可以制约地表水分和热量的分配,对耕地质量具有决定性的意义。该研究基于土地利用现状、地貌区划和降水等数据,利用空间分析、单一地类流向分析等方法,分3个时段从地貌分区的角度研究了河北省2009－2018年耕地时空变化情况。结果表明：1）近10年耕地面积基本保持稳定。耕地共减少2.91万hm2,平均每年减少0.32万hm2;平原和盆地耕地减少,丘陵、山地和高原耕地增加。2）耕地重心向北移动,耕地“上山”现象明显。2009－2012、2012－2015、2015－2018这3个时段内流入耕地较流出耕地平均海拔分别升高了321.89、120.25、102.78 m;流入耕地重心较流出耕地重心向分别向西北、东北、北方向移动了78.19、38.05、18.06 km。3）耕地向降水少、气温低的区域转移。流入耕地平均降水和气温低于流出耕地。降水量小于400 mm的区域耕地面积增加1.57万hm2,降水量大于400 mm的区域耕地面积减少4.48万hm2;平均气温大于8 ℃的区域耕地面积减少5.06万hm2,平均气温低于8 ℃的区域耕地面积增加2.15万hm2。4）流入耕地的主要来源为未利用地,流出耕地的主要去向为建设用地,村庄建设占用是最主要的去向。研究结果可为完善耕地占补平衡政策和耕地后期监管提供决策支撑。     

基于村域耕地质量均匀度的高标农田建设时序分区

高标准基本农田建设是实现耕地数量管控、质量管理和生态管护的重要手段.为探究方便高标准基本农田建设决策及实施的以行政村为决策单元的耕地质量评价和建设分区方法,该文以曲周县土地综合整治项目区为例,构建基于区域最优耕地质量水平的村域耕地质量均匀度评价模型并基于新的耕地质量观从地力质量、工程质量、空间质量、生态环境质量和美学质量5个方面构建村域耕地质量均匀度评价指标体系,通过对各指标分级赋值、加权求和计算村域耕地质量均匀度,分析区域耕地质量差异及障碍因素指标限制性,按照先易后难的原则进行高标准基本农田建设时序分区.结果显示:项目区各行政村耕地质量均匀度值处于7.03~22.40之间,行政村之间差异明显;项目区限制性较强的障碍因素多为中等和低改造难度指标,局部存在高改造难度指标.将项目区划分为重点建设区(710.11 hm2)、次级建设区(2199.04 hm2)、一般建设区(975.47 hm2)和有条件建设区(1101.07 hm2)4部分,建设难度由易到难;评价模型和指标体系可以满足对村域耕地质量的评价和障碍因素诊断,可方便后续建设决策,该研究可以为高标准基本农田建设实践作参考,为相关研究提供新的思路和方法.     

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。     

基于功能分区与多聚类算法集成的耕地细碎化评价及整治

基于图斑尺度的耕地细碎化评价及整治有利于耕地布局优化,促进农业规模化与集约化发展。该研究以耕地图斑为基本评价单元,引入聚合分析来量化图斑间空间位置关系,围绕耕地细碎化内涵选取评价指标;运用热点分析和二步聚类算法来对研究区功能分区,在功能分区基础上,基于带轮廓系数的k-means聚类算法,评价耕地图斑的细碎化程度。结果表明：1）根据功能分区的聚类结果,新北区被划分为不显著区、连片规整区、离散复杂区;2）评价结果将新北区耕地图斑分为3类：类别一,离散破碎类,包含图斑17 332块,平均图斑面积过小,连片度低,图斑面积集中在0～10 000 m2,面积占比21.98%,连片度集中在1～4,主要分布在新北区中心区域;类别二,形状复杂类,包含图斑4 535 块,图斑形状复杂不规整,面积占比9.65%,形状指数集中在1.5～2.5,均匀分布在全区;类别三,连片规整类,包含图斑4 091 块,图斑集中连片、形态规整,面积占比68.37%,连片度集中在5～10,形状指数集中在1～1.5,主要分布在外围区域;并基于各类别耕地细碎化属性差异,提出相应的优化模式和整治意见。研究结果可以为耕地细碎化整治提供一定参考。     

考虑耕地利用条件的黄土丘陵沟壑区农村居民点整理分区及利用对策

农村居民点整理是改善农村生产生活条件和实现耕地总量动态平衡的重要措施,耕地对未来西部经济欠发达地区农村居民点农业生产功能的发挥十分重要。选取具有黄土丘陵沟壑区典型地貌特征的子长县为研究对象,以农村居民点图斑为研究单元,基于核密度估计、GIS空间分析、多因素综合评价等方法,结合区域农村居民点用地适宜性、耕地利用条件及两者的空间组合特征划分4种整理区域并提出了差异化的土地利用对策。结果表明:集聚发展区应引导农户的集中居住,加强耕地的规模化利用;内部改造区应立足于自身的挖潜,加强土地的综合整治,通过改善基础设施,提高生活的便利性,并完善农业基础设施,提高耕地质量;合并组建区应引导农村居民点跨界迁移和撤并,并引导耕地的集中流转和规模化经营;生态迁移区农村居民点应采取整体搬迁的形式进行整理,耕地利用过程中注重生态环境的保护。分区结果和差异化利用对策对于农村居民点的合理布局和耕地的高效利用具有重要作用。     

河北省耕地功能供需转型时空演变及利用分区

[目的]以河北省县域为研究单元,测算耕地多功能供需转型的幅度与速度,探寻耕地多功能利用的优化路径。[方法]基于土地利用现状数据及社会经济数据,采用价值量法测算2000年、2010年、2018年各单元耕地功能供需水平,利用四象限模型实现河北省县域耕地利用分区。[结果]研究期内,河北省绝大部分县域耕地功能供给量和需求量增加,耕地功能供给量分布为东高西低; 耕地功能需求量集中分布于环京津的沧州市、廊坊市和唐山市。河北省耕地功能供给转型幅度高值区为承德市、秦皇岛市和唐山市,耕地功能需求转型幅度高值区为京津周边的沧州市、廊坊市和唐山市; 河北省大多县域耕地功能供需转型速度逐步提升,从空间分布看承德市耕地功能供给转型速度快,廊坊市和唐山市耕地功能需求转型速度快。[结论]河北省耕地功能供需匹配由盈余转为赤字,耕地利用分区研究为高供给高需求、高供给低需求、低供给高需求和低供给低需求4类耕地功能区提供优化路径。     

基于多元主体协同的县域耕地质量调控模式与整治时序分区

基于耕地利用与保护过程中多元主体协同的综合视角构建耕地质量调控模式,探索耕地质量整治时序分区及其具体应用模式,对合理有序地开展耕地资源整治与建设具有重要意义。该研究以华北集约化农区曲周县为研究区,在耕地质量评价的基础上,运用生态位障碍因子诊断模型识别耕地质量障碍因子,并结合耕地质量建设主体动力特征,从主体和客体协同视角构建耕地质量调控模式,进而基于耕地质量空间分布特征划分耕地质量整治分区,探索不同分区耕地质量调控模式的具体应用及其整治时序。结果表明:1)曲周县耕地质量以高等和中等为主,共占耕地总面积的77.42%,平均等级为2.54,总体处于高等质量和中等质量之间,但耕地质量局部呈现显著的正向集聚性;2)曲周县耕地质量各个指标不同障碍度等级的面积特征具有显著的差异性,耕地质量的主要障碍因子为有机质含量、地下水埋深、灌溉保证率、土壤阳离子交换量、全氮、有效磷和土体构型;3)基于政府、农户、村集体、企业、高校等不同主体建设动力,以耕地质量主要障碍因子整治为基本导向,从主导、核心、参与、指导、纽带等角度分析政府、农户、企业、高校、村集体等主体在生长条件、肥力水平、生产条件、水盐状况等不同维度...     

基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量评价

耕地利用方式变化下耕地质量的变化研究意义重大。该文以浙江省耕地质量监测试点松阳县为例,以变化向量凸显耕地利用方式变化,探讨基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量变化的快速评价方法。充分考虑各特征向量之间的联系以及不同意义不同量纲元素间的共同作用问题,选择典型相关分析CCA(canonical correlation analysis)构建变化向量;采用CCA为基础的多元变化检测MAD(multivariate alteration detection)最大限度的消除相关性影响,以方差最大的形式凸显耕地利用方式变化下耕地质量的变化;选择基于高斯混合模型(GMM)的期望最大化算法(EM)快速评价耕地利用方式变化下耕地质量的变化情况。重点分析基于快速评价的耕地利用方式变化下耕地质量变化区域的空间分布及其和传统因素法的对比分析。结果表明:基于变化向量法得到的耕地质量变化结果与传统的因素法在监测耕地质量水平不变的吻合度在80%~100%以上,耕地质量水平提高的吻合度在16.6%~50%,耕地质量水平下降的吻合度在66.7%~100%。提出的基于变化向量法的耕地质量变化评价模型能对耕地利用方式变化下耕地的质量变化做出正确的评价,评价方法科学、合理、易操作推广,为合理优化配置耕地利用方式提供定量数据支撑。     

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。     

湖北省耕地压力的区域差异及动态演进分析

为充分认识湖北省耕地压力区域差异、动态演进规律,以保障湖北省的粮食安全,该文用修正耕地压力指数测度湖北省及其17个城市耕地压力大小,从时序和空间两方面分析湖北省区域内耕地压力变动差异,并利用核密度估计方法分析湖北省区域内耕地压力演变规律。结果表明:1)2000-2016年,湖北省平均耕地压力为警报压力,区域内人均所需最小耕地面积与实际人均供给面积差距较小,能够实现湖北省区域内粮食安全有效供给。2)2000-2016年,湖北省区域内耕地压力变化不一,其中鄂东区域耕地压力最大,鄂中区域耕地压力最低。3)耕地压力的总体水平在2000-2016年间逐渐减小,但是地区差距也不断加剧,极化现象十分明显。4)分区域看,鄂东地区的耕地压力总体水平不断减小,地区差距较大,两极化现象较突出;鄂中耕地压力水平低,地区差距不大,两极分化不明显;鄂西耕地压力水平居中,存在地区差距,两极分化没有鄂东地区明显。     

基于耕地发展权价值测算的陕西省耕地保护补偿研究

基于耕地发展权价值视角测算耕地保护补偿价值,建立耕地保护补偿机制,有利于明确耕地保护权责、调动耕地保护主体的积极性、促进各区域经济发展和耕地保护的均衡和谐。因此,为准确测量耕地发展权价值,建立起融合耕地发展权价值在内的耕地保护补偿机制,该文以陕西省为例,基于耕地发展权价值测算视角,构建耕地发展权价值测算方法体系,测算了耕地盈亏平衡和耕地发展权价值,最终依据该价值确定出相应的补给和受偿情况。研究结果表明:1)2015年陕西省总体处于耕地亏损区,总赤字面积为39.52×10~4 hm~2,人均耕地赤字面积为0.0136 hm~2,耕地总面积赤字率为9.89%;2)在省级层面,陕西省现实耕地发展权价值为50.57元/m~2,考虑到陕西省耕地盈亏量,陕西省总体耕地发展权价值处于亏损状态,因此在国家未给予政策优惠的情况下实际需要支付1998.50亿元的耕地发展权资金;3)在地级市层面,西安市、汉中市、商洛市、延安市、安康市和铜川市6市(亏损程度从重到轻排序)处于耕地发展权价值补给区域,而榆林市、渭南市、宝鸡市和咸阳市4市(盈余程度从高到低排序)则处于耕地发展权价值受偿区域。     

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。     

基于多层级指标的省域耕地质量评价体系构建

为了更好表征耕地质量的空间差异,服务耕地的保护与管理,合理的耕地质量评价体系更为重要。省域尺度耕地质量评价现有思路与方法的改进,能够科学量化省域内耕地质量的分布,实现耕地质量省级统筹可比。该研究试图建立以表征气候影响的熟制为控制轴,以土地条件和工程条件为评价轴的评价体系,并且构建级别评价三维魔方,创新评价结果查询模式。选择河北省内丘县为研究区进行试点评价,评价结果显示,1级地9 681.30 hm~2,占全县耕地总面积的31.88%;2级地11 708.28 hm~2,占38.56%;3级地6 739.46 hm~2,占22.19%;4级地2 112.59 hm~2,占6.96%;5级地123.55 hm~2,占0.41%,多层级指标方法评价结果对内丘县域内耕地质量的分布规律有较好的表达,与县域自然地貌条件分布趋势基本一致。评价结果与农用地分等定级成果对比分析表明,多层级指标方法技术操作简捷,显化了整治工程因素,实现了省域耕地质量可比,可为土地整治、耕地占补平衡、基本农田保护及其他有关土地管理工作提供依据。     

基于能值理论的中国耕地利用集约度时空变化分析

为揭示1990－2011年中国耕地利用集约度的时空变化特征,采用能值理论的研究方法,将耕地利用集约度分解为生产要素集约度和复种指数2个指标的乘积,剖析了中国农业机械、化肥、农药、农膜、劳动力等五大生产要素集约度和复种指数的时空变化规律。结果表明：1990－2011年,包括农业机械、化肥、农药和农膜 4种生产要素的工业辅助能集约度呈线性增长趋势,而劳动集约度则呈现显著的线性下降趋势,1996年工业辅助能集约度在生产要素集约度中所占比例首次超过50%,表明20世纪90年代中期中国开始进入现代农业发展阶段;期间复种指数增长率为0.1794,其对于耕地利用集约度的提高起到了关键性作用;1996年劳动集约度高的主要是处于传统农业生产阶段中的西部农业省份,而工业辅助能集约度高的大都是初步或基本进入现代农业发展阶段的经济发展水平高或工业基础好的省份;1996－2008年,沿海经济发达区、西部地区和部分粮食主产区劳动集约度下降幅度较大而工业辅助能集约度上升幅度大;1996－2008年,复种指数下降是导致南方水稻主产区耕地利用集约度下降的主要原因,而绝大多数北方地区耕地利用集约度增长也主要是由于复种指数的增长。     

耕地集约利用研究进展与展望

耕地集约利用关乎国家粮食安全,对国内外相关研究进行回顾和展望,有助于把握当前研究的侧重点和薄弱点和相关研究的进一步深化.本文在回顾国内外土地集约利用、耕地集约利用等方面已有研究成果的基础上,立足于我国国情,总结出未来研究展望:①在研究视角上,应着重展开多学科交叉研究,积极开展生态型耕地集约利用研究;②在研究尺度上,应加强多层次、分区域,尤其是大区域的耕地集约利用研究;③在研究内容上,耕地集约利用评价指标体系、驱动机制、时空变化规律和未来变化趋势等应加强研究;④在研究方法上,应进一步强化定量研究,引入GIS、RS等现代技术和数学模型来进行深层次的评价.