基于格網(wǎng)的巢湖流域土地整治項(xiàng)目時(shí)空特征分析

肖 武，呂雪嬌，王仕菊，陳佳樂，王啟元

［1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所，北京100083;2.浙江大學(xué)公共管理學(xué)院，浙江杭州310058;3.安徽省土地開發(fā)復(fù)墾整理中心，安徽合肥230093］

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是隨著我國現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，人地矛盾日益突出，大面積的耕地資源遭到損毀和壓占，嚴(yán)重威脅著國家糧食安全［1］。土地整治是解決這一問題的重要抓手［2－4］。自1998年實(shí)施土地整治以來，土地整治從最開始的增數(shù)量到重質(zhì)量［5－6］，近年來，眾多學(xué)者開始對考慮生態(tài)景觀的土地整治理論［7－9］、技術(shù)［10－11］、規(guī)劃［12－13］與 實(shí)施［14－15］展開了 研究。土地整治目標(biāo)由單一的補(bǔ)充耕地延伸為協(xié)調(diào)耕地保護(hù)、城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與鄉(xiāng)村景觀生態(tài)維護(hù)三者之間的關(guān)系［16］?？梢?，土地整治的重點(diǎn)、重心、內(nèi)涵與戰(zhàn)略都在逐步發(fā)生改變，通過對已有土地整治項(xiàng)目的空間分異與格局進(jìn)行研究，系統(tǒng)總結(jié)已實(shí)施的土地整治項(xiàng)目在項(xiàng)目投資數(shù)量、建設(shè)規(guī)模、新增耕地?cái)?shù)量、建設(shè)規(guī)模等方面的時(shí)空差異，特別是剖析土地整治項(xiàng)目的時(shí)空特點(diǎn)與地形地貌等自然地理因素的相關(guān)性與規(guī)律，對土地整治項(xiàng)目布局選址與投資調(diào)整以及戰(zhàn)略修正具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)學(xué)者近幾年來從不同的空間尺度對土地整治投資項(xiàng)目數(shù)量、效益、新增耕地潛力等方面都有研究，但研究內(nèi)容有所差異。楊緒紅等從全國范圍基于縣域尺度分析了土地整治項(xiàng)目空間特征［17］、新增耕地空間差異［18］和新增耕地來源結(jié)構(gòu)［19］;危小建等以湖北省土地整治項(xiàng)目為例，從縣域角度分別對土地整治的空間格局［20］、新增耕地時(shí)空特征及影響因素［21］進(jìn)行了分析。王千等分析了河北省的縣域土地整治項(xiàng)目特征，探討了土地整治項(xiàng)目與地形地貌、人均耕地等7個因子的相關(guān)性與耦合關(guān)系［22］。不難看出，2010—2015年對已經(jīng)開展的土地整治項(xiàng)目空間格局分析與總結(jié)成為研究的熱點(diǎn)，學(xué)者們希望通過對已有項(xiàng)目的時(shí)空特點(diǎn)及內(nèi)在特征進(jìn)行分析，為后續(xù)的土地整治政策與規(guī)劃調(diào)整提供借鑒。從研究方法上看，大多借助地理信息系統(tǒng)(GIS)的空間分析功能與GeoDA等地統(tǒng)計(jì)軟件空間自相關(guān)模型［23］、重心模型定量進(jìn)行分析;從研究的尺度上看，基本以縣域?yàn)閱卧M(jìn)行。由于在國家、省、項(xiàng)目區(qū)等不同研究尺度上，投資規(guī)模、項(xiàng)目設(shè)置、新增耕地率存在較大差異，即便是對于同一縣域來說，由于其地形起伏、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、耕地分布、交通水系等的特點(diǎn)千差萬別，導(dǎo)致土地整治項(xiàng)目的設(shè)置與布局存在很大的空間特點(diǎn)，基于縣域單元尺度進(jìn)行土地整治項(xiàng)目的時(shí)空分析難以從微觀上真正反映其內(nèi)在特征與聯(lián)系。此外，僅僅以縣域?yàn)槌叨冗M(jìn)行分析忽略了所在區(qū)域的自然地理特點(diǎn)，如大流域、山脈等。因此，有必要基于更小的評價(jià)尺度并考慮區(qū)域自然地理分區(qū)建立科學(xué)的方法與粒度水平對土地整治項(xiàng)目的時(shí)空分布與內(nèi)在特征進(jìn)行分析，這將有利于彌補(bǔ)相關(guān)理論研究的不足，為土地整治決策提供科學(xué)依據(jù)。

本研究以巢湖流域14個縣為研究區(qū)范圍，以2000—2013年該區(qū)域?qū)嵤┑耐恋卣雾?xiàng)目臺賬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將所有土地整治點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行空間坐標(biāo)配準(zhǔn)，并建立2 km×2 km的格網(wǎng)單元，分析其項(xiàng)目數(shù)、建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模、新增耕地、單位面積投資的空間分布特點(diǎn)，從微觀尺度上揭示土地整治項(xiàng)目的內(nèi)在特征，以期為確定土地整治戰(zhàn)略分區(qū)和合理布局土地整治項(xiàng)目提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

巢湖流域地處我國安徽省中部地區(qū)，地理坐標(biāo)介于116°24'30″～118°0'0″E、30°58'40″～ 32°6'0″N 之間，轄 14 個縣(市、區(qū))。巢湖是我國第五大淡水湖，居于巢湖流域的中部，涉及巢湖縣、廬江縣、肥東縣、肥西縣和合肥市4縣1市范圍，面積為800 km2，四周有銀屏山、冶父山、大別山等低山丘陵環(huán)繞，地勢西高東低、中間低洼平坦。巢湖區(qū)域氣候溫和濕潤，屬于亞熱帶和暖溫帶過渡性的副熱帶季風(fēng)區(qū)，年平均氣溫為15～16℃，年平均降水量為1 100 mm，夏季降雨量居多，冬季降雨量較少。2000—2013年，安徽省積極開展各類土地整治(含開發(fā)、整理、復(fù)墾)項(xiàng)目3 940個，總投資規(guī)模為222 506.45萬元，建設(shè)總規(guī)模為85 465.31 hm2，新增耕地面積為20 903.49 hm2，巢湖流域的土地整治項(xiàng)目取得了巨大進(jìn)步，研究區(qū)2000—2013年土地整治項(xiàng)目的空間分布與地形地貌見圖1。

2 基于格網(wǎng)表達(dá)的巢湖流域土地整治項(xiàng)目時(shí)空特征分析

2.1 土地整治項(xiàng)目格網(wǎng)化空間分布特征

格網(wǎng)數(shù)據(jù)又稱網(wǎng)格數(shù)據(jù)，是指計(jì)算機(jī)中以柵格結(jié)構(gòu)存貯的內(nèi)部數(shù)據(jù)，被廣泛應(yīng)用于地形、陸面水文模型、人口、土地復(fù)墾模擬等方面的數(shù)據(jù)表達(dá)與模擬分析。格網(wǎng)表達(dá)中最為關(guān)鍵的是格網(wǎng)尺寸的確定，尺寸過大則無法獲取足夠的信息，過小會使數(shù)據(jù)冗余，同時(shí)給可視化帶來一定的障礙。筆者在綜合已有研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)范圍選擇1、2、5 km格網(wǎng)分別進(jìn)行試驗(yàn)(表1)，5 km格網(wǎng)土地整治項(xiàng)目覆蓋整個項(xiàng)目區(qū)的77.32%，但1個格網(wǎng)中含有的項(xiàng)目數(shù)最多達(dá)到25個，會造成單個格網(wǎng)中所統(tǒng)計(jì)的土地整治面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于格網(wǎng)面積，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)失真;1 km格網(wǎng)中單位格網(wǎng)含有的整治項(xiàng)目最多為7個，說明項(xiàng)目在各個格網(wǎng)中分布比較均勻，但無數(shù)據(jù)格網(wǎng)占比為84.17%，無法客觀真實(shí)地反映土地整治項(xiàng)目的空間分布程度;2 km格網(wǎng)土地整治項(xiàng)目覆蓋整個研究區(qū)50%以上的面積，且單位格網(wǎng)中含有的項(xiàng)目數(shù)最多為10個，分布較均勻，因此，本研究最終決定采用空間尺度為2 km的格網(wǎng)作為研究單元。研究區(qū)范圍內(nèi)共涉及格網(wǎng)5 267個，每個格網(wǎng)面積為4 km2。本研究利用GIS的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能，分別統(tǒng)計(jì)每個格網(wǎng)內(nèi)2000—2013年的土地整治項(xiàng)目數(shù)、建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模、新增耕地、單位面積投資5個指標(biāo)，并進(jìn)行分級與可視化表達(dá)，土地整治空間格局見圖2，不同指標(biāo)的含義及計(jì)算方法見表2。

表1 3種空間格網(wǎng)尺度的對比

通過分析5 267個格網(wǎng)，可以看出有數(shù)據(jù)的格網(wǎng)為2 318個，占總體的43%，即土地整治項(xiàng)目涵蓋了巢湖流域近50%的面積范圍。從整體上看，5個指標(biāo)所占的格網(wǎng)的密度與高值范圍大多位于巢湖的西北(XB)、正北(ZB)和正南部(ZN)?？梢钥闯鯴B與ZB區(qū)以合肥市為中心向外擴(kuò)散，從行政區(qū)劃上看，格網(wǎng)涵蓋了肥西縣、長豐縣、肥東縣的大部分區(qū)域。ZN區(qū)主要位于巢湖南部的地勢相對平坦區(qū)域，從行政區(qū)劃上看格網(wǎng)涵蓋了無為縣大部分與廬江縣東部(白湖農(nóng)場所在區(qū)域)。項(xiàng)目數(shù)最大為10個，最小為1個，平均為2個，說明巢湖流域的土地整治項(xiàng)目在空間分布上具有不均衡性。建設(shè)規(guī)模最大為3 772.119 hm2，是2 km格網(wǎng)400 hm2面積的近10倍，通過分析發(fā)現(xiàn)，該格網(wǎng)內(nèi)土地整治項(xiàng)目僅有1個，為安徽省的土地整治重大項(xiàng)目，而建設(shè)規(guī)模最小為0.148 hm2，占2 km格網(wǎng)的3.7%，平均為36.894 hm2，占2 km格網(wǎng)的9.2%，從圖2可以看出，建設(shè)規(guī)模較大的格網(wǎng)即土地整治重大工程分布比較零散，說明此類項(xiàng)目分布較為均衡。投資規(guī)模最大為4 461.24萬元，最小為0.91萬元，平均為96.19萬元。新增耕地與項(xiàng)目數(shù)存在一定的相關(guān)性，最大為118.162 hm2，最小為0.046 hm2，平均為9.07 hm2。單位面積投資額最高為20 128.36元，最低為18.377 元，平均為 3 423.76 元(表3)。

表2 土地整治項(xiàng)目空間特征指標(biāo)含義

表3 土地整治項(xiàng)目指標(biāo)空間特征

2.2 土地整治項(xiàng)目新增耕地?cái)?shù)量來源及分布特征

巢湖流域土地整治新增耕地來源見圖3。巢湖流域2000—2013年新增耕地面積為 20 903.49 hm2，全部來源于土地整理、土地復(fù)墾和土地開發(fā)，三者所占比例分別為23%、44%、33%(圖3－B)。

從圖3中可以看出，2000年土地整治剛開始是以土地整理和土地復(fù)墾為主，之后土地整理所占比例呈下降趨勢，整治的重點(diǎn)集中在土地復(fù)墾和土地開發(fā)上，至2005年，土地開發(fā)和土地復(fù)墾所占比例達(dá)98%，而土地整理僅占2%，因?yàn)?000—2005年期間，土地整治工作剛剛起步，由于國家層面土地整治相關(guān)規(guī)章制度的編制、出臺以及政策的宣傳鼓勵，巢湖流域土地整治處于興起階段，主要目的是補(bǔ)充耕地。從2006年開始新增耕地大規(guī)模增加，至2010年達(dá)到頂峰，且長豐縣、肥東縣、肥西縣、無為縣為整治項(xiàng)目主要施展區(qū)域，2011年新增耕地又有所回落，主要是因?yàn)橥恋卣尾辉賳为?dú)以補(bǔ)充耕地為指標(biāo)，開始以與城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤、整村推進(jìn)為模式，基本實(shí)現(xiàn)占補(bǔ)平衡，使城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展的用地需求壓力得到緩解。2011年開始，國家開始發(fā)展建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田，巢湖流域的土地整治策略也有所改變，新增耕地規(guī)模開始下降。

2.3 土地整治項(xiàng)目的時(shí)間分布特征與空間平衡性

通過基于格網(wǎng)表達(dá)的巢湖流域土地整治項(xiàng)目空間分析，可以看出巢湖流域土地整治項(xiàng)目存在空間差異性。標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)(S)和變異系數(shù)(CV)是研究區(qū)域差異常用的參數(shù)，二者分別從絕對角度和相對角度反映了空間單元土地整治項(xiàng)目的差異和離散程度。變異系數(shù)越小，表示空間單元土地整治項(xiàng)目指標(biāo)參數(shù)的空間差異越小，即土地整治向均衡化方向發(fā)展，變異系數(shù)越大，表示土地整治項(xiàng)目指標(biāo)參數(shù)的空間差異越大，土地整治項(xiàng)目只集中在部分區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)(S)和變異系數(shù)(CV)公式如下:

式中:Yi為第i個空間單元的土地整治觀測值;n為空間單元總數(shù);Y為Yi的平均值。S越大，表明絕對差距越大;CV越大，表明相對差距越大。

通過對研究區(qū)格網(wǎng)尺度標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)的分析，獲得2000—2013年土地整治的項(xiàng)目數(shù)、建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模、新增耕地規(guī)模、單位面積投資5個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)(圖4)。通過分析可以看出，項(xiàng)目數(shù)(圖4－A)、建設(shè)規(guī)模(圖4－B)、投資規(guī)模(圖4－C)、新增耕地規(guī)模(圖4－D)、單位面積投資(圖4－E)的標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)呈波動上升的趨勢，變異系數(shù)呈波動下降的趨勢，表明巢湖流域土地整治的絕對差異在逐步增大，相對差異在逐步減少，總體呈現(xiàn)均衡化發(fā)展趨勢。這主要是因?yàn)樵趪艺叩闹笇?dǎo)下，巢湖流域的土地整治正在積極推進(jìn)，逐步向巢湖流域范圍內(nèi)推廣。2000—2005年期間，標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)波動低而平緩，變異系數(shù)的波動幅度較為劇烈。主要是因?yàn)橥恋卣喂ぷ鲃倓偲鸩?，少有的土地整治?xiàng)目主要集中在合肥市區(qū)及其周邊區(qū)域格網(wǎng)范圍，其他區(qū)域土地整治項(xiàng)目尚未完全開展，各格網(wǎng)單元土地整治的絕對差異較小，但相對差異較明顯，2001年變異系數(shù)達(dá)到最大值，原因主要是2001年實(shí)施的8個土地整治項(xiàng)目中的7個都位于長豐縣范圍內(nèi)的格網(wǎng)中，巢湖流域土地整治分布極不平衡。2006年后，變異系數(shù)波動幅度較小，且呈下降趨勢，標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)開始有大幅度的增加，在隨后的4年間雖小有下降，但總體一直呈增加趨勢，2010年達(dá)到頂峰，主要是因?yàn)?006—2010年是巢湖流域土地整治發(fā)展最快速的時(shí)期，整個巢湖流域土地整治項(xiàng)目、規(guī)模都在逐步加大，但肥東縣、肥西縣、長豐縣、無為縣所屬格網(wǎng)是土地整治的重要區(qū)域，所以，巢湖流域土地整治的絕對差異在增大，而相對差異在逐步減小。2011年標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)與變異系數(shù)均開始有所降低，這主要與當(dāng)?shù)卣e極調(diào)整土地整治策略，開始實(shí)行高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的政策相關(guān)。新增耕地規(guī)模和項(xiàng)目數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)和變異系數(shù)體現(xiàn)出很強(qiáng)的相似性，項(xiàng)目數(shù)與新增耕地規(guī)模存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

3 政策建議與展望

3.1 巢湖流域土地整治的政策建議

結(jié)合巢湖流域土地整治的時(shí)空特征格局與流域地形、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，提出未來土地整治空間格局與戰(zhàn)略部署的幾點(diǎn)建議。(1)消除或減弱巢湖流域土地整治項(xiàng)目的空間不均衡性。巢湖流域土地整治項(xiàng)目的項(xiàng)目數(shù)、投資規(guī)模和建設(shè)規(guī)模在空間分布上具有一致性，未來應(yīng)該將巢湖流域的西南部、東北部和東南部區(qū)域所在格網(wǎng)作為土地整治重點(diǎn)，進(jìn)一步改善農(nóng)村用地結(jié)構(gòu)與規(guī)模，盡量消除或減弱巢湖流域土地整治的不均衡性。(2)深度挖掘開發(fā)低丘緩坡為新增耕地的潛力。為了實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡，保障經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，巢湖流域可將低丘緩坡作為重要的土地后備資源，因地制宜地對其進(jìn)行開發(fā)和合理利用，進(jìn)一步擴(kuò)大新增耕地規(guī)模。(3)根據(jù)巢湖流域土地整治項(xiàng)目單位面積投資的分布特征制定區(qū)域性的工程建設(shè)投資標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 展望

筆者以2 km格網(wǎng)為研究單元，首先分析了巢湖流域2000—2013年來土地整治的總體格局，然后采用標(biāo)準(zhǔn)差指數(shù)、變異系數(shù)研究了巢湖流域土地整治的空間差異，并結(jié)合國家及當(dāng)?shù)卣摺⒁?guī)劃對空間差異進(jìn)行分析。研究結(jié)果有助于深入理解格網(wǎng)尺度巢湖流域14年來土地整治項(xiàng)目的空間特征，探索土地整治項(xiàng)目的發(fā)展?jié)摿?，對未來巢湖流域土地整治?xiàng)目的安排提供借鑒。

本研究雖然基于2 km的格網(wǎng)尺度分析了土地整治項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模、新增耕地、項(xiàng)目數(shù)和單位面積投資5個指標(biāo)的時(shí)空特征與格局特點(diǎn)，也根據(jù)流域的特點(diǎn)給出了未來土地整治的幾點(diǎn)建議。但由于篇幅所限，暫未分析土地整治各指標(biāo)與地形起伏度、人口、經(jīng)濟(jì)等的空間相關(guān)性與內(nèi)在聯(lián)系。在后續(xù)的研究中可考慮空間回歸模型，構(gòu)建土地整治5項(xiàng)指標(biāo)與自然、地理、經(jīng)濟(jì)、人口的內(nèi)在聯(lián)系模型，從而提出更具有針對性的指導(dǎo)與預(yù)測，為土地整治的合理布局與科學(xué)規(guī)劃提供借鑒。