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。     

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"三生"空间优化的城乡交错区土地整治功能单元划定

为提升城乡交错区土地整治精细化管理水平,统筹发挥空间生产、生活、生态功能,开展土地整治功能单元划定研究。该文明确了土地整治功能单元内涵,以北京市海淀区为例,根据"明确功能区—确定评价单元—评价单元功能—确定功能单元"的划定思路,综合运用图层叠置法、区位商法、特尔斐法、多指标综合评价法和距离法,确定了5类整治功能,共计54个土地整治功能单元:1个农业生产提质增效类、3个产业园区节地类、28个乡村人居环境提升类单元集中分布在北部,17个城镇更新类单元集中分布在南部,5个山水林田湖综合整治类单元分散在中部和北部。通过单元划定指导整治工程有序推进,土地综合整治的空间优化功能可得到充分发挥:空间结构有效优化,农业生产空间将增加975 hm~2,3 061 hm~2乡村生活空间和308 hm~2城镇生活空间将得到改善,617 hm~2的集体产业园区将完成改造升级;空间发展质量得以保障,农田提高1.4个等级,农业规模化和产业化水平约提高3.7%,单位国内生产总值建设用地面积将年均降低8%。结果充分体现了海淀区"三生"空间优化的差异化需求,可为基于功能导向的土地综合整治差异化设计提供方法借鉴。     

基于ArcGIS的耕地整治潜力测算与分级研究——以湖北省房县为例

土地整治工作是一项综合性的系统工程,潜力测算与分级是土地整治工作的前提和基础。以ArcGIS软件为平台,采用基于新增耕地系数的数量潜力测算方法,通过调查待整治耕地面积,确定新增耕地系数,测算出房县的耕地整治数量潜力为1 210.18 hm²;质量潜力测算采用基于农用地分等定级成果和产能核算理论的方法,通过计算耕地现实单产和最高单产,分别计算出待整治耕地提升产能和新增耕地产能,得出房县耕地整治的质量潜力为9 485.38万kg;最后以质量潜力测算后的耕地总产能作为潜力分级标准,将整治潜力划分为三个级别,并绘制了以乡（镇）为单元的潜力分级图。根据潜力级别划分结果,结合各乡镇的地形地貌、经济发展水平、农民整治意愿等条件,将一级潜力区、二级潜力区和三级潜力区按照整治时序分别确定为房县耕地近期重点整治区、中期适宜整治区、远期一般整治区。     

利用网格法确定县域农田整治优先度

为了科学测算农田整治难度系数,合理确定不同评价单元整治的优先次序,该文根据研究区域农田整治特点,以江苏省宝应县为例,以规则网格为评价单元,从土地利用结构、农田空间格局、可提高生产能力、土壤环境质量、人口社会因素等5个影响因素,构建农田整治优先度评价指标体系。对研究区按1′×1′的经纬度网格划分的532个网格评价单元进行农田整治优先度测算,并根据计算结果,按整治优先顺序将整个研究区划分为近期、中期和远期网格单元,分别占42%、31%和27%。远期网格单元分布在宝应县中部和南部的平原区,该区域农田的连片性、细碎度和质量等别等优于其他区域。研究结果表明,该文提出的区域农田整治优先度评价方法,有助于确定农田整治先后顺序,明确优先开展整治区域和方向。该方法为区域土地整治规划提供支撑,也为中国各县市开展高标准基本农田建设提供科学参考。     

基于空间聚类的平原旱作农区土地平整单元区划分方法

平整工程是土地整治项目的重要组成部分,其工程量和投资都占整个项目的很大比例,平整过程中通过合理规划土地平整单元区可以有效降低工程投资,并最大限度地满足农业生产需求。该文提出通过空间聚类划分平整单元区的方法,并基于工程量、平整度和单元区斑块规则度构建了用于确定最佳分区数及其平整单元区分布的目标函数。采用该方法对研究区进行平整单元区划分并计算相应评价参数,结果表明:随着分区数的增加工程量逐渐降低、分区间高程差升高,平整度下降、分区形状指数减小规则度升高,目标函数值随分区数增加呈现先降低后升高的趋势,根据目标函数的低谷可确定最优分区数目;相对于经验法,空间聚类法的工程量下降24%,高程极差下降11%,对于平整后项目区的平整工程量和平整度有较大地改善,但分区斑块形状指数增大11%,分区规则性降低,因此在实践中可将空间聚类法划分结果作为基础,再依靠专家经验对方案进行调整,以充分发挥2种方法各自的优势。     

汪清县农村居民点用地整治潜力评价研究

科学合理地测算汪清县农村居民点用地整治潜力,是为汪清县农村居民点用地整治工作的开展提供理论依据。以汪清县9个乡镇为评价单元,采用人均建设用地标准法测算汪清县农村居民点用地整治理论潜力,并选取整治意愿、整治能力和景观细碎化因素,构建腾退潜力综合修正指标体系,对理论潜力进行综合修正。然后综合考虑自然、区位和土地利用结构因素,构建综合评价指标体系进行适宜性评价,基于ArcGIS 10.2软件平台生成Voronoi图,测算汪清县各乡镇新增耕地潜力和新增耕地系数,最后以新增耕地潜力作为潜力分级标准,运用聚类分析法将整治潜力划分为4个级别。结果表明:（1）汪清县农村居民点用地Voronoi图的C_v值为134.82%,空间分布类型属于集群性;（2）汪清县农村居民点用地整治新增耕地潜力为265.06 hm²,新增耕地系数为6.33%;（3）各乡镇综合修正系数介于0.15~0.65之间,东光镇综合修正系数最高,为0.65,天桥岭镇最低,为0.15;（4）建议将Ⅰ级和Ⅱ级潜力区作为整治重点区域,实施重点挖潜,合理有序地推进汪清县农村居民点用地整治工作。     

基于产能与健康综合评价的北京大兴区耕地整治分区

耕地整治是增加耕地数量、提升耕地质量的重要措施,是国家实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径。目前,耕地整治主要关注耕地质量与耕地产能提升,而对耕地健康关注不足。该文利用逐级修正法对耕地产能进行评价,用K-means聚类方法将影响大兴区耕地产能的限制因素进行聚类;利用最小限制因子法进行耕地健康诊断;将限制因素与健康诊断结果进行综合分析,划分耕地整治类型区。结果表明:大兴区耕地产能提升的影响因素类型组合共有15种;大兴区轻度亚健康、中度亚健康和重度亚健康的耕地面积分别为17 924.31、6 629.28和16 260.97 hm~2。从整治类型区划分看,产能提升型重点整治区耕地面积共13 582.40 hm~2,占耕地总面积的33.28%;产能提升型一般整治区面积为10 971.20 hm~2,占耕地总面积的26.88%;生态涵养型休耕整治区面积为16 260.98 hm~2,占耕地总面积的39.84%;根据不同的整治类型,提出了差异化的耕地整治策略。基于限制因素和健康诊断的耕地整治分区研究,为当前国土空间综合整治和耕地资源整体保护、系统修复、综合治理提供科学借鉴。     

基于Ward系统聚类的中国农用地整治实施状况分析

为科学分析当前中国农用地整治的实施特征和空间格局特点,厘清实施状态与规划目标的协调状态,该文基于土地整治项目管理信息,以县域为研究单元,通过整治强度、整治潜力和整治难度3项指标,采用Ward系统聚类法,对2006-2012年中国农用地整治实施状况进行综合分区,并结合既定的规划目标,对实施状态进行了定量分析,得出以下结论:1)高整治强度区主要位于华北平原、三江平原、长江三角洲等传统农区;高整治潜力区主要位于青甘农牧区、黄土高原区等半湿润半干旱地区;高整治难度区主要位于秦巴山地和云贵高原等地形较为复杂的地区。2)研究期内中国农用地整治实施状态可划分为"中高-低-中"(Ⅰ类)、"中-中低-中"(Ⅱ类)、"中高-中高-中高"(Ⅲ类)、"低-中-高"(Ⅳ类)和"高-中低-中"(Ⅴ类)等5种类型,其中以Ⅲ类最为集中,Ⅰ类和Ⅱ类次之,Ⅳ类、Ⅴ类数量较少且分布零散。3)从实施状态与整治规划的协调性看,实施现状与规划确定的农用地整治重点区域、高标准基本农田建设示范县,以及基本农田整治重大工程等重点任务,均存在一定偏差;从与表征经济发展、粮食生产、土地整治活动的分区对比来看,区域差异不甚明显,整治重点尚不突出。该研究成果可为中国土地整治规划评价和宏观制度设计提供参考。     

基于生态位理论的东北黑土区耕地整治适宜性评价——以公主岭市为例

耕地整治是保护耕地的重要举措,耕地整治适宜性评价则是开展耕地整治的重要前提和基础。本研究以生态位理论为基础,以吉林省公主岭市为例,从自然条件、基础设施条件、生态可持续性和空间稳定性4个维度选取14个指标,采用Delphi与AHP相结合的方法确定指标权重,在评判影响耕地整治的各项指标实际值(现实生态位)与耕地整治在理想条件下各项指标能够达到的最佳状态(最适生态位)的贴近程度的基础上,确定了3种类型指标的评价模型,并通过加权求和模型计算各评价单元耕地整治生态位适宜度,最终通过Ward聚类法将公主岭市耕地整治适宜性划分为4个等级,同时引入障碍性因素模型,定量确定不同等级区域耕地整治的障碍性因素,并提出整治的方向和对策。研究结果表明,研究区可分为4个整治区,Ⅰ级高度适宜区生态位适宜度大于0.75,耕地面积13 799.89 hm2,占总耕地面积的4.16%,主要障碍性因素为农田防护林覆盖率、道路通达度和田块规整度;Ⅱ级中度适宜区生态位适宜度在0.70到0.75之间,耕地面积77 754.36 hm2,占总耕地面积的23.41%,主要障碍性因素为灌溉条件、道路通达度和农田防护林覆盖率;Ⅲ级轻度适宜区生态位适宜度在0.61到0.70之间,耕地面积177 192.38 hm2,占总耕地面积的53.36%,主要障碍性因素为土壤有机质含量、距主交通干线距离和土壤pH;Ⅳ级不适宜区生态位适宜度小于0.61,耕地面积63 325.61 hm2,占总耕地面积的19.07%,主要障碍性因素为土壤质地、灌溉条件和耕层厚度。研究基于生态位适宜度模型对耕地整治适宜性进行评价,丰富了耕地整治适宜性评价方法,同时评价结果为耕地整治分区建设以及整治方向提供了科学依据。     

综合适宜性与迫切性的非粮化耕地整治分区方法

非粮化耕地治理是实现田块复耕复种的重要措施。科学确定非粮化耕地整治的优先次序及分区对提高非粮化耕地复耕复种治理工程空间布局的合理性具有重要意义。该研究以行政村为评价单元,从立地、耕作和利用状态3个维度建立了非粮化耕地整治适宜性评价模型,以功能管制区内非粮化比率建立了非粮化耕地整治迫切性评价模型,利用四象限分区法,构建了综合整治适宜性和迫切性的非粮化耕地整治分区方法体系,并以陵水县为案例区开展了非粮化耕地整治分区划定和整治策略研究。结果表明：1）恢复耕地用于粮食作物耕作,提高稳定利用耕地规模和质量,满足区域耕地保护任务和保障粮食供给是非粮化耕地整治的核心。2）通过整治适宜性评价筛选出优质耕作地块,利用整治迫切性评价明确整治的优先次序,两者的综合能有效明确复耕复种的工作指向;3）陵水县非粮化耕地整治可分了4个区,即优先整治区、重点整治区、后备整治区和限制整治区,建议基于耕作状态、自然地貌和利用条件的组合差异,制定差别化的非粮化耕地整治策略。研究结果可为编制耕地保护专项规划及引导耕地“进出平衡”空间布局提供科学依据。     

基于“质量-产出-效率”的辽宁省耕地利用分区

耕地利用分区是引导区域耕地未来发展方向的重要依据,保证区片空间的连通是增强耕地利用分区管理可实施性的关键。以辽宁省为研究区,采用两维图论聚类和GIS空间分析相结合的方法,基于耕地利用"质量-产出-效率"的分区指标进行耕地利用综合分区,并探究各分区耕地利用方向。结果表明:1)研究区各县(市)耕地自然质量、产出水平和利用效率之间存在一定空间差异,高值区主要分布于辽宁中部和北部地区,低值区主要分布在辽宁东部和南部,西部地区耕地利用状况参差不齐;2)将辽宁省划分为辽西粮食生产及生态保护区、辽中耕地综合开发先导区、辽东水田及特色农业种植区、辽南耕地效率及产能挖掘区和辽中南耕地利用转型升级区5个耕地利用区;3)两维图论聚类和GIS空间分析相结合的分区方法有效保证了耕地利用分区相邻单元空间上的连通性和行政区界的完整性,对于耕地利用分区具有较好的适用性。研究结果有利于耕地利用分区的统一管理和实施,对综合引导区域耕地利用方向具有一定参考作用。     

中国“三生”空间功能异质性评价、时空演变及分区调控

科学识别生产、生活、生态空间时空演化特征及其内在相互关系,对实现国土空间优化布局和可持续发展具有重要意义。该研究结合多源时空数据,对2000—2020年中国陆域“三生”空间功能进行异质性评价与时空演变分析,揭示了中国市域“三生”空间的聚集性与协调性特征,并据此提出了相应分区调控方案。结果表明：1）中国生产空间功能整体呈现“东高西低、大聚集小分散”的空间格局;生活空间功能呈现沿胡焕庸线两侧东高西低的空间格局;生态空间功能呈现“腹地高沿海低”的格局。2）2000—2020年间中国市域“三生”空间功能呈现较强的聚集性分布特点,且正相关类型以集群形式出现,负相关类型多零星分布于各地。3）2000—2020年间中国市域“三生”空间功能耦合协调度整体沿胡焕庸线呈现自西向东有序发展的格局,其时空演变具有波动特征。此外,该研究根据2020年中国市域“三生”空间聚集性及协调性特征,提出了两种针对性的分区管控方案并进行对比分析,能够为中国国土空间优化与高质量发展提供参考。     

基于地理空间适宜性指数自相关的农村居民点整理分区

农村居民点整理是提高建设用地节约集约利用水平的重要手段,为研究基于地理空间属性的区域农村居民点差异化整理方向和模式,提高整理效率,该文以甘肃省临夏县北塬地区为例,从农村居民点地理环境、空间区位、空间分布和空间形态4个方面构建居民点整理地理空间适宜性评价指标体系,通过对各指标标准化值加权求和并进行空间自相关分析,获取适宜性程度的空间聚集特征并结合各行政村超标可整理面积进行农村居民点整理分区,针对不同分区特征提出差异化的整理方向和模式。结果表明：1）地理空间适宜性值为32.093～85.226,空间分异明显,指标体系可较好地反映区域农村居民点地理空间属性差异;2）全局Moran指数为0.66,在0.01显著水平上极显著,呈显著正空间自相关性,LISA 图显示只存在显著高高、低低聚集,与全局分析一致;3）分区划为优先整理区、次级整理区、并点整理区和选择性整理区,包含空间聚集特征,可较好地识别居民点整理适宜性和整理效益差异。研究可为农村居民点整理实践作参考,为农村居民点整理分区研究提供新的思路和方法。     

基于GIS与灰色星座聚类的巢湖流域土地整治分区

土地整治分区是土地综合整治与规划有效进行的前提和基础。该文以巢湖流域为例,从自然条件、区位优势、社会经济和土地利用4个方面因素考虑,构建分区指标体系,利用熵值法确定权重,采用GIS空间数据可视化对指标体系空间分布特征进行分析,在此基础上,运用灰色星座聚类法将研究区划分为4种整治类型区,根据综合指标值的排序和最大相似性原理、自然空间连续性对分区结果进行调整。研究认为,Ⅰ区(生态涵养型土地整治区)应着重低丘缓坡开发利用整治模式;Ⅱ区(城镇发展型土地整治区)应依据城市发展需求以服务城市的郊野公园生态化土地整治模式为主;Ⅲ区(基本农田型土地整治区)应以提高耕地数量提高耕地质量的高标准基本农田建设模式为主;Ⅳ区(综合整治型土地整治区)应以迁村并点、内部挖潜为主进行农用地与建设用地的综合土地整治。研究结果可为巢湖流域制定土地整治规划提供科学合理的依据。     

基于限制因子的粤北丘陵山区耕地宜机化整治分区

耕地宜机化整治是推进丘陵山区农业机械化的重要途径。该研究以粤北为研究区,以行政村为评价单元,基于限制因子可改良程度,运用加权求和法和改进障碍度模型确定整治潜力和难度,进而运用四象限法划定耕地宜机化整治分区。结果表明：1）高潜力整治区主要分布在丘陵山地,低潜力整治区主要分布于盆地。2）机耕道建设数量不足,地块较为分散,地块形状不规整是制约研究区耕地宜机化的主要原因。3）按整治潜力和难度,分为优先整治区、稍加整治区、全面整治区和后备整治区,面积占比分别为10.48%、46.57%、34.52%和4.80%。4）制定耕地宜机化整治专项规划,出台相关技术标准,因地制宜,建设为互联互通地块、水平条田、水平梯田、缓坡旱地、梯台旱地等不同类型宜机化耕地。基于整治潜力和整治难度的耕地宜机化整治分区方法能够用于耕地宜机化整治规划,利于后续耕地宜机化整治决策,研究结果在一定程度上指导耕地宜机化整治时序安排。     

中国土地整理工程发展回顾与展望 ——基于《农业工程学报》"土地整理工程"专栏2002—2020年刊载文献的计量学分析

土地整理工程是保障国家粮食安全与生态安全的重要手段。为了促进土地整理工程学术交流与科技创新,《农业工程学报》自2002年开始开设"土地整理工程"专栏,随着土地整理工程研究领域和内涵的不断拓展,2020年5月第9期开始,"土地整理工程"专栏更名为"土地保障与生态安全"。该文基于文献计量方法对《农业工程学报》"土地整理工程"专栏2002—2020年期间刊发的论文进行统计分析,并对不同研究方向的研究进展进行总结,提出未来土地资源保障与国土生态安全领域的研究重点,以期为中国的粮食安全与生态安全战略提供支撑。研究发现:土地整理工程主要研究方向包括土地利用、土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术、工矿废弃地复垦、农村居民点整理、土地生态、土地修复、基本农田建设与保护、节约用地、乡村空间格局与发展、耕地开发、市地整理等方向;土地评价、农地整理和耕地质量与安全是学者们比较关注的热点,发文量分别占比10.52%、10.16%和8.51%;围绕土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术和工矿废弃地复垦等方向,"土地整理工程专栏"形成了10个在全国处于领先研究地位的作者合作网络组团,以及5个关键词聚类;"土地整理工程专栏"刊发论文覆盖了土地整理工程的各个方向,近年来学者们更加关注生态化土地整治,基于景观生态学等理论来构建土地利用安全格局、分析土地整治的生态效应,同时关注土地整治单项工程的生态化设计与修复技术、农村居民点的格局演变与布局优化等内容。未来土地资源保障与国土生态安全研究将更注重"系统化、生态化、信息化和智能化",研究区域生态系统保护修复的理论、方法和机理,实现"山-水-林-田-湖-草"的"整体保护、统一修复、综合治理";借助基础信息大数据,开展自然资源一张图智能化管理研究,构建国土生态安全格局。