基于立地条件与地化特征的黑土区城郊耕地质量变化研究

发布时间：2020-06-22 05:22

【摘要】：城镇化影响下的耕地资源非农化利用是城市发展与农业生产争夺土地空间的主要表现。在土地城镇化进程中,耕地资源除在数量上表现出快速流失的趋势外,由于内部属性与利用环境的改变,耕地质量同时受到影响,成为阻碍近郊耕地利用与土地资源高效配置的一项重要因素。因此,掌握土地城镇化进程中近郊耕地的质量变化规律以及依据耕地质量与耕地环境适时视情地调整近郊耕地利用显得尤为必要。本研究以典型黑土区城市近郊区(长春市宽城区近郊)为研究区,以耕地立地条件与土壤地球化学特征两项受土地城镇化影响的易变因素为主要研究对象。在掌握区域土地利用结构演化与耕地自然质量因素差异的基础上,采用空间自回归与空间关联规则挖掘等分析方法,深入剖析了以立地条件与地化特征为代表的近郊耕地资源质量在土地城镇化影响下的变化规律及其成因;得出耕地资源稳定性与质量因素影响下近郊耕地利用风险的空间分布关系,并探讨了耕地质量与资源稳定性下降对于黑土区近郊耕地资源利用的影响。旨在为快速城镇化进程中黑土区耕地资源的利用与保护提供理论依据。得出主要研究结论如下:(1)2004-2014年间研究区土地城镇化直接侵占耕地资源4046.74ha,占期初耕地资源的26.82%,并且在存有闲置未利用土地的情况下,土地城镇化规模持续增长。耕地自然质量评价结果显示,2004-2014年间研究区耕地资源的自然质量因素变化主要以部分城镇化区域的土壤酸化与表层土壤有机质含量下降为主,其余自然质量因素变化相对较不明显。2004年研究区以IV级耕地分布为主,占研究区耕地总量的66.33%;至2014年,研究区IV级耕地面积占研究区耕地总量的68.6%,且V级耕地面积占比增长至10.21%。在土地城镇化影响下,耕地自然质量整体呈现下降趋势。(2)基于LESA体系中对于城郊优质农田的立地条件评价方法,结合研究区实际土地利用类型划分标准,选择耕地形状指数、面积指数、连片指数与交通便捷度、灌溉保证度、耕作距离、城镇化风险、生态环境指数构建近郊耕地立地条件评价模型。评价结果显示在2004-2014年研究区土地城镇化进程中耕地资源立地条件等级整体呈现下降趋势。土地城镇化占用了大量的具备优质立地条件的耕地资源,而新增耕地的立地条件普遍较差;不同时段均有超过25%的未转换耕地资源显示出立地条件评价等级下降,且其空间分布更加不均衡。(3)在土地城镇化影响下,研究区耕地表层土壤地化特征于2004-2014年期间发生明显的改变。其中以土地城镇化程度较高区域耕地土壤N、P、Ca、Se、S等元素浓度的明显降低,以及研究区各个工业商业发展区域附近的耕地资源出现以Cr、Ni为代表的表层元素富集现象为主要变化趋势。空间自回归分析结果显示,耕地表层土壤元素除受到自然环境和农业活动的作用外,土地利用及其时空转换因素对区域土壤元素地化特征存在一定影响。局部耕地资源肥力元素流失、土地城镇化与潜在污染地表水源灌溉造成的土壤污染现象是近郊耕地资源利用的主要地球化学限制因素。(4)2004-2014年间自然质量评价、立地条件评价、土壤肥力地化评估与土壤环境地化评估等级下降耕地面积分别为3388.69ha、4035.58ha、365.19ha与233.63ha,与期间耕地资源的直接流失量相比,占比分别达到83.74%,99.72%,9.02%与5.77%,由近郊耕地质量下降导致耕地资源间接损失不容忽视。另一方面,基于约束性Logistic-CA模型估算城镇化影响下5年与10年内研究区潜在流失耕地资源分别达到1632.88ha与3611.99ha,近郊区耕地资源稳定性持续下降;同时基于Apriori算法对于未来城市扩张发展情景中潜在流失的耕地资源与存在产能降低风险(耕地自然质量评价与耕地土壤肥力地化评估)、农产品质量安全风险(耕地土壤环境地化评估)和低效利用风险(耕地立地条件评价)的耕地资源进行空间关联规则挖掘,结果表明,城镇化影响下的稳定性较低的近郊耕地资源通常伴随产能下降与低效利用的风险。(5)耕地立地条件的改变是土地城镇化影响耕地质量的显性变化,表征近郊耕地形态特征的破碎化与各种土地要素空间配置关系的改变,其对于近郊耕地资源利用存在间接影响,即可能导致近郊耕地资源的低效利用;土壤地球化学特征的重分布是在土地城镇化影响耕地质量的隐性变化,但其对于近郊耕地资源利用的影响较为直接明显:如城镇化影响下的土壤酸化、表层有机质含量下降与土壤肥力元素水平降低会导致近郊耕地资源的产能降低风险;而土壤重金属潜在污染现象则会导致农产品质量安全风险。与此同时,近郊耕地资源面临较大的城镇化侵占压力,稳定性不断下降,并且在立地条件恶化的双重影响下,耕地重用轻养的现象将进一步加大其产能降低风险。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.51;P618.41
【图文】：

示意图,平衡机制,示意图

图 1.1 耕地占卜平衡机制示意图（Wu et al., 2017）为遏制城市的无序扩张和进一步维护耕地的数量安全，我国虽已陆续实行基本农田保护区划定与耕地占卜平衡机制（图 1.1），但多数研究表明其未能有效地保护耕地资源（Wu et al., 2017; Liu et al., 2015; Song and Pijanowski, 2014）。因为后备资源补充耕地的质量与城市发展侵占耕地资源的质量相差巨大，耕地数量的相对平衡掩盖了整体耕地质量下降的事实。孔祥斌教授曾于《Nature》期刊呼吁中国亟待加强对于优质耕地特别是城郊区域优质耕地的保护措施。尽管全国粮食年产量持续增长，但其仍表示对优质耕地资源不断流失、而适宜开发的后备耕地资源殆尽现象的担忧（Kong, 2014）。优劣耕地的置换导致的整体耕地质量下降成为城镇化影响耕地资源的一项重要表现。1.2.2 耕地质量内涵及其动态变化研究

东北三省,主要城市,黑土资源,城镇化

第 1 章绪论真正地对于城市发展起到很好的支撑作用，而对于黑土区耕地资源来讲，则是一种不可逆的破坏与资源灭失。虽然一些地区已开展对于城市建设区域占用黑土资源的表土剥离工作，但有研究指出其收效甚微，并不能有效地遏制城镇化背景下的黑土资源直接流失现象（韩廷耕, 2016; 牛光辉等, 2014）。与此同时，参照城镇化背景下城乡交错带土地要素空间重构过程对于耕地资源质量的影响，东北地区的城市建成区面向近郊地区的超需、低密度扩张对于近郊农业发展与耕地资源利用将形成巨大阻碍。

【参考文献】