基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响-陈东湘.pdf
( 4.5 )《基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响-陈东湘.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响-陈东湘.pdf（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第 33 卷 第 13 期 农 业 工 程 学 报 Vol.33 No.13 264 2017 年 7 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2017 基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响陈东湘1,2，周生路2，吴绍华2（1. 南京大学金陵学院，南京 210089； 2. 南京大学地理与海洋科学学院，南京 210023） 摘 要：快速的城市化过程占用大量的优质耕地资源，引发耕地质量下降和产能损失已成为中国耕地保护面临的重要问题。该文利用遥感影像和耕地质量等级数据评价了近 30
2、a 来江苏城市扩展对耕地质量和产能的综合影响。研究发现江苏的城市扩张迅速，因城市建设引起的耕地损失约占耕地总量的 7%。其中被占用耕地中以优质耕地为主，一、二、 三等级耕地约占 60%。从质量等级结构上来看，耕地质量结构有恶化的趋势，表现在一、二、三等优质耕地比例下降 1.5%，而四、五、六、七等劣质耕地同比例上升。耕地数量和质量的同步降低引起生产能力下降 14%。城市占用农地对耕地质量和生产能力的综合影响应该给予足够的重视。 关键词：遥感；耕地质量；土地利用；城市扩张；生产能力 doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.13.035 中图分类号：F301.21
3、文献标志码：A 文章编号：1002 -6819(2017)-13-0264-06 陈东湘，周生路，吴绍华. 基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响J. 农业工程学报，2017，33(13)：264269 . doi：10.11975/j.issn.1002 -6819.2017.13.035 http:/www.tcsae.org Chen Dongxiang, Zhou Shenglu, Wu Shaohua. Impacts of urban sprawl on agricultural land quality grade structure and potential pr
4、oduction based on remote sensingJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(13): 264 269. (in Chinese with English abstract) doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.13.035 http:/www.tcsae.org 0 引 言随着全球城市化水平的提高，城市扩张引起耕地的减少成为一个全球性的问题。全球约有 0.43%的土
5、地因建设覆盖而丧失了生产能力1-2，美国约 3%的土地被城市占用3。中国的人口众多，正处于快速城市化与工业化的发展阶段，城市占用耕地问题比全球其他国家严峻4-5。据第二次全国土地调查， 1996 年至 2009 年，全国因建设占用、生态退耕、结构调整和灾毁减少耕地超过 1 300 hm2，其中大多数是优质耕地，仅山东、江苏、浙江、福建、广东东南沿海 5 省就减少水田 120 hm26。城市扩张与耕地资源变化的耦合关系、资源损失数量估算及空间格局变化等方面已成为相关研究的热点7-11。 城市扩张占用耕地不仅仅是一个数量减少的问题，还关系到耕地质量变化。城市化对耕地质量及生产能力的影响逐渐引起重视
6、12-14。城市周边地区地势、水利、交通等条件优越，城市扩张占用的往往是优质耕地15-17。美国城市占用的土地中 55%以上是生产能力处于中高等级的农地3。谈明洪等18估算了 20 世纪 90 年代中国大中城市建设用地扩张及其对耕地的占用，城市扩展占用耕地的比例大，平均高达 70.0%。刘纪远等19评估了 20 世纪 90 年代土地利用变化过程对中国农田光温生产潜力的收稿日期： 2017-01-10 修 订日期： 2017-04-11 基金项目：国家自然科学基金（ 41671085） ；中央高校基本科研业务费专项资金（ 020914380046） 作者简介：陈东湘，女，讲师，主要研究方向为土地
7、资源管理。 南京 南京大学金陵学院， 210089。Email ： 通信作者： 吴绍华，男，副教授，主要研究方向为土地利用与生态环境效应。 南京 南京大学地理与海洋科学学院，210023。Email : 影响，指出农田损失使全国农田光温生产潜力总量净减少 5713 万t ， 占全国农田光温生产潜力总量 2.4%。 Zhang等20评估了南京市 1984 年来由于城市扩张引起南京土壤数量的损失，发现城市占用土地中 61.5%属于一、二等级的优质土壤资源。尽管当前中国对城市扩张占用耕地数量已经开展了许多的研究21-26，但占用耕地的质量变化及影响方面研究相对较少。尤其是大尺度的研究很少见，而国家
8、和省域尺度才能足够反映一个区域城市占用引起耕地质量等级整体变化趋势。为此，开展城市建设占用耕地对耕地质量等级的影响评估有重要的现实意义。随着遥感技术应用的深入以及全国农用地质量分等工作的完成，开展大尺度的研究城市占用土地对耕地质量等级的影响成为可能。本文以江苏为例，综合利用遥感数据、土地利用变更调查数据和江苏农用地地分等数据库，评价城市占用土地对耕地质量等级结构的影响，以期为耕地资源的保护管理与决策提供参考。 1 研究区概况与方法 1.1 研究区概况 江苏省地处长江、淮河下游，介于 1161812157E， 30453520N 。土地面积 10.67104 km2，其中耕地面积 458104
9、hm2，占土地面积的 43%。境内地形以平原、水面为主，自然、经济条件优越，农业利用历史悠久，土地开发程度较高，农用地资源自然质量较好。根据江苏农用地质量评价结果，一等地、二等地、三等地分别占耕地的 2.79%，13.48% 和 22.47%，前三等地共占 38.8%20。改革开发以来江苏的经济发展快速，但区域差异明显，经济发展水平形成明显的苏南- 苏中- 苏北梯土地整理工程 万方数据第 13 期 陈东湘等：基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响 265 度。城市化发展快速，城市水平由 20 世纪 80 年代初 17%上升到 2015 年的 65%。城市土地的扩张对江苏的耕地数量和
10、质量产生巨大影响。 1.2 数据来源 本文选取了 20 世纪 80 年代中期、 90 年代中期、 2005年度 3 期的遥感解译数据和 2015 年度的土地利用变更调查数据，其中城市土地包括城镇与工矿用地。遥感数据来自国家地球系统科学数据共享平台，该数据以陆地卫星TM 或ETM +、 CBERS等遥感数据为信息源建设完成的，空间栅格尺度为 100 m100 m27。农用地耕地质量数据来自江苏省农用地分等数据库，分等单元制图比例尺为1:100 000，耕地 质量由高到低 共分为七等级28。为了建立产量与耕地质量等级之间的关系，2010 年调查了江苏省范围内覆盖农用地不同质量等级的 159 个样地
11、的水稻产量（见图 1），水稻单产在 611.3 t/hm2之间波动，平均值为 8.91 t/hm2，标准差为 1.02 t/hm2。 图 1 研究区与调查样点 Fig.1 Research area and investigation points 1.3 研究方法 为了反映城市占用对耕地质量等级的影响，本文提出耕地等级质量结构变化指数与耕地生产能力损失 2 个指标。 1.3.1 质量结构变化指数 质量结构变化指数（Qi）的含义为被占用的某等级耕地在占用耕地总面积的比例与原区域内该等级耕地在总耕地面积的比例的比值。如果Qi=1 表明质量结构没有变化， Qi1 表明该等级耕地损失比例大于原耕地质
12、量等级，Qi 1 表明该等级耕地损失比例小于原耕地质量等级，计算公式为： iniiiiniiCACAQAA=（1 ） 式中 i为耕地等级， n为耕地等级类别总数， CAi表示被占用 i等级耕地的面积 ， hm2； Ai为原区域内 i等级耕地的面积，hm2。 1.3.2 生产能力损失指数 粮食生产能力是耕地数量和质量的综合反映，因此生产能力损失能揭示建设占用耕地的效应，可作为耕地质量变化的综合指标。一定范围内，指定地作物粮食单产与耕地质量呈正比关系，因此，可以建立起不同耕地质量等级与作物单产之间的线性函数关系 iiP ax b= + （2 ） 式中Pi表示 i等级耕地的粮食单产 ，t/hm2；x
13、i表示 i等级耕地质量指数，a 、 b为回归系数。以上方程建立起了耕地质量与粮食单产的关系，结合城市建设占用的耕地即可评估粮食生产能力损失量 niiiLoss CA P= （3 ） 2 结果与分析 2.1 江苏城市扩张与耕地数量损失时空特征 随着人口、经济的快速发展，江苏的城市扩张快速，城市建设用地面积由 20 世纪八十年代的 3 242 km2上升到 2015 年的 6 833 km2，增长超过一倍。城市用地占土地总面积的比例由原来的 3.1%上升到现在 6.3%。城市建设用地的扩张速率随着江苏社会经济发展的时空变化显著（见图 2）。城市用地的扩张是城市化和工业化驱动的结果。 19 世纪 8
14、0 年代中期是城市化的稳定发展阶段，城市用地面积年均增长 6 700 hm2，城市化水平由 17%上升到1995 年的 27.3%；19952005 年间，城市建设用地加速增长，年均增长 7 900 hm2，总面积达到 4 700 km2，城市化水平上升到 50%；20052015 年城市用地高速扩张，平均增长率高于前 20 a，这与段时间城市用地的快速扩张与房地产发展、新区开发建设相关。 图 2 近 30 a 江苏城市用地扩张 Fig.2 Urban sprawl of Jiangsu in latest three decades 与城市快速扩张相对应，耕 地资源被占用而快速减少，近三十年
15、因城市建设占用耕地达到约为 3 500 km2，约占总耕地面积的 7%。耕地资源的损失在空间分布上表现出明显的区域差异。江苏的经济发展水平具有明显的万方数据农业工程学报（http:/www.tcsae.org ） 2017 年 266 苏南 -苏 北 的递减梯度，正是这种经济水平的梯度差异造成了江苏城市建设占用耕地状况区域差异明显。过去近三十年间，苏南因城市占用耕地丧失约 20%，苏中苏北分别为 3.6%和 3.1%，各时间段苏南苏中苏北的耕地丧失比例见图 3。从城市建设占用引起的耕地丧失速率来看，苏南地区远远高于苏中和苏北，1995 年以来苏南的年均耕地丧失率约 1%，是苏中和苏北的 5 倍
16、，到 2005 年后苏北的耕地损失速率超过了苏中。随着时间的变化苏中和苏北年均耕地丧失量均在不断的增加。这说明近年来江苏的建设占用耕地量的速度还在增加，城市建设占用大量耕地的局面在短期内还难以逆转，耕地保护的形势严峻。 图 3 耕地数量损失比例的区域差异 Fig.3 Quantity loss ratio of agricultural land in different regions 2.2 耕地质量评价与不同质量等级耕地的损失 利用城市占用耕地图与耕地质量等级图进行空间叠置，即可获得每个耕地损失图斑的质量等级信息。城市建设占用不同等级耕地空间分布见图 4。结果具有出 2 个基本特征：1
17、）苏南地区占用优质耕地的比例大； 2）被占用的耕地中靠近中心城区的往往是优质耕地。 图 4 不同质量等级耕地被占用空间分布 Fig.4 Spatial distribution of difference quality land occupied by urban 为了更细致的观察江苏不同区域的不同等级耕地的占用情况，本文统计了苏南、苏中、苏北及全省不同等级耕地的丧失比例，见图 5a。苏南地区丧失的耕地以一、二 、三等级为主，苏中以二、三、四等级地为主，而苏北以二、三等级地为主，这主要以不同区域的不同等级耕地分布有关。就全省整体来看，不同等级耕地的丧失比例，呈指数函数递减（见图 5b），这定
18、量说明了全省来看城市占用耕地主要以占用优质耕地为主。 图 5 1985 2015 年不同质量等级耕地损失比例 Fig.5 Proportion of agricultural land loss in difference quality levels from1985 to 2015 2.3 城市扩张引起耕地质量结构的变化 以一、二、三等地为优质耕地，近三十年来江苏省各市的优质耕地质量结构变化指数见图 6a。除扬州、镇江、泰州、盐城四市外，其余九市的耕地质量结构变化指数均大于 1，说明大部分地区优质耕地损失比例大，耕地质量等级结构呈恶化态势。扬州、镇江、泰州、盐城四市耕地质量变化指数小于 1
19、，说明现有的耕地质量结构没有恶化，主要原因是以上 4 个市处在沿江或沿海位置，城市或新区的建设往沿江沿海方向发展，而沿江沿海的耕地质量相对较差，因此被占用的耕地往往质量等级较低。然而宿迁、淮安，徐州耕地质量大于 1.2，主要是由于这些区域原本优质耕地的比例就相对较低，优质耕地被占用对整体质量结构影响敏感。 图 6 质量变化指数及耕地产能损失的空间差异 Fig.6 Spatial distribution for index of land quality changes and potential production losses 万方数据第 13 期 陈东湘等：基于遥感评价城市扩张对耕地质
20、量等级结构及产能的影响 267 就全省而言，与基准年各等级耕地的质量相比近 30 a来江苏各耕地质量等级变化情况见图 7a。一、二、三等优质耕地比例下降 1.5%，而四五六七等地同比升高 1.5%。这说明由于城市建设占用优质耕地，不仅导致耕地数量下降，优质耕地的丧失导致耕地整体质量有所下降，进而改变了全省耕地质量等级结构。 图 7 江苏耕地质量等级的变化率以及耕地质量等级与 水稻单产关系 Fig.7 Change ratio of land quality level in Jiangsu and relationships between land quality level and per
21、 unit rice yield 2.4 城市占用引起粮食生产能力损失评估 利用 2010 年调查的水稻单产数据，与耕地质量等级进行线性回归，如图 7b 所示，水稻单产与耕地质量等级之间有显著的负相关性（n =159， r=0.78， P0.001）。随着质量等级降低，单产下降。耕地质量与水稻单产之间的关系为： y=0.41x+10.55 （4 ） 式中 x为耕地质量等级，y 为粮食单产（ t/hm2）。根据耕地质量与水稻单产的方程，即可求得被城市占用的各等级耕地的单产，单产乘以被占用耕地播种面积就可求得损失的粮食产量。江苏省因城市占用耕地导致粮食总产量损失达到 504 万t ，约 占 201
22、5 年江苏粮食总产量的 14%，说明耕地数量和质量的同步下降对粮食总产量损失严重。 城市占用耕地减少的产能区域差异明显（见图 6b），影响最大的苏州和南京，其次是无锡和常州，这 4 个市是江苏耕地资源质量最好的区域也是城市占用耕地面积的大市，而且粮食单产高，因此生产能力损失最大。 中国尽管实施耕地占补平衡制度，但如果只重视的数量的平衡，缺少考虑质量变化，这将会导致中国耕地的整体质量水平下降29-31。因此，根据耕地质量等级进行占补平衡，势在必行。本研究仅根据农用地分等结果与水稻单产进行初略的估算，存在一定不确定性。需要进一步比较农用地分等结果与耕地质量等级国标评价结果的差异，同时开展不同作物类
23、型的单产与耕地质量的关系，准确的评价建设占用耕地对耕地生产能力的影响。 3 结 论 本文提出了耕地质量变化指数和耕地生产能力损失作为定量评价一个区域耕地质量结构的变化的指标，能揭示建设占用耕地引起的耕地质量等级结构变化，而生产能力的损失则能揭示建设占用耕地数量和质量的综合影响。利用遥感数据评估了近三十年来城市扩张对不同等级耕地占用的比例，以及对耕地质量等级结构和生产能力的而影响。研究表明近三十年来江苏的城市扩展迅速优质耕地损失量大，其中一、二、三等级的耕地占了60%以上。大部分地区耕地质量结构有进一步恶化的趋势。城市建设占用耕地导致耕地数量和质量等级的同步降低，引起耕地生产能力下明显下降。因此
- 配套讲稿：
如PPT文件的首页显示word图标，表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制：
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片，仅作为作品整体效果示例展示，禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词：
- 基于 遥感 评价 城市 扩张 耕地 质量 等级 结构 产能 影响 陈东湘
淘文阁 - 分享文档赚钱的网站所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
限制150内