耕地北移加剧了1980–2020年中国耕地分布与自然地理条件(Natural Geographic Conditions, NGCs)的不匹配程度

《Annals of GIS》：Cropland’s northward shift widened the mismatch between cropland distribution and natural geographic conditions in China from 1980–2020

　　

近年来，中国耕地资源的非合理性流转加剧了耕地资源与自然地理条件（Natural Geographic Conditions, NGCs）之间的不匹配，对国家粮食安全构成威胁。本文通过利用土地利用数据探讨NGCs的空间分布格局，综合研究1980–2020年耕地资源的变异特征，并细致分析耕地资源与NGCs的匹配状况及变化趋势。结果表明：（1）不同自然区之间NGCs存在显著差异，中国华南与华东地区的自然条件远优于北方与西北地区；（2）耕地逐渐从湿热南方地区流向温干北方地区，且耕地质量下降——1980–2020年东北区和西北区耕地共增加87,183 km2，而华南区、长江中下游区及黄淮海区耕地共减少57,362 km2，耕地重心整体向西北偏移82.2 km；（3）耕地分布与NGCs分布不一致，且随耕地变化不匹配程度进一步加剧。研究建议严格的耕地占用与补偿政策规范应考虑区域NGCs特征，并应在自然区或十大区域内维持耕地资源的可持续平衡，这对保护耕地资源的数量与质量具有重要意义。

《Cropland's northward shift widened the mismatch between cropland distribution and natural geographic conditions in China from 1980–2020》论文解读

一、研究背景与意义

中国快速城镇化与工业化大量占用优质平原耕地，虽实施了"耕地占补平衡（Balanced Policy of Cropland Requisition and Compensation, BPCRC）"政策以维持耕地数量动态平衡，却普遍存在"占优补劣、占水田补旱地"现象，导致耕地由水热条件优越的南方、东部向水热受限的北方、西部边际土地转移。既有研究多聚焦耕地数量变化或单一环境因子影响，缺乏在综合自然地理适宜性评价框架下系统评估耕地再分配与环境适宜性空间格局一致性的研究。为此，研究人员引入自然地理条件指数（Natural Geographic Condition Index, NGCI），基于第三次全国土地资源调查划分的49个自然区（进一步聚合为10个大区）量化农业综合适宜性，评估1980–2020年耕地资源与NGCs的空间匹配关系及演变趋势。该研究为耕地占补平衡政策从数量平衡向"数量—质量—适宜性"平衡转变提供理论支撑，论文发表于《Annals of GIS》。

二、主要技术方法

研究人员采用中国科学院资源与环境科学数据中心（RESDC）提供的1980、1990、1995、2000、2005、2010、2015及2020年时相1 km空间分辨率Landsat TM/ETM土地利用/覆被变化（Land Use/Cover Change, LUCC）数据、多年平均累积降水（Multiyear Average Cumulative Precipitation, MACP）、≥10℃积温（Accumulated Temperature ≥10℃, AT₁₀）、数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）及熟制（Cropping System, CS）数据，辅以49个自然区矢量边界（基于郑度生态地理区划与熟制区划整合）。主要方法包括：①地理探测器（Geodetector）因子探测分析NGCs在自然区间的空间分层异质性（Spatially Stratified Heterogeneity, SSH）；②全局与局部空间自相关（Global/Local Moran's I及LISA聚类）揭示NGCs聚集特征；③耕地重心模型计算各时期耕地加权平均中心坐标及移动距离；④构建NGCI（AT₁₀、MACP权重各0.45，海拔逆归一化权重0.10，CS不参与计算），通过各自然区与全国单位面积耕地水热要素均值差异（Inequity值）判定水热条件匹配/错配（耕地过载或欠载）。

三、研究结果

（1）中国自然地理条件（NGCs）的空间格局

地理探测器q值均>0.896（p<0.001），表明49个自然区内NGCs高度相似、区间差异显著，具强空间分层异质性。全局Moran's I显著为正，LISA显示≥10℃积温高—高集聚于华南、低—低集聚于青藏高原；MACP高—高集聚于东南、低—低集聚于西北及内蒙古高原；海拔西高东低呈明显高—高（西部）/低—低（东部）集聚；熟制高—高集聚于东南、低—低集聚于西北及东北。雷达图综合显示：华南区（South China Region, SCR）与长江中下游区（Middle and lower reaches of the Yangtze River Region, MLYTR）NGCs最优（水热充足，年两至三熟），云贵高原区（Yunnan-Guizhou Plateau Region, YGPR）、四川盆地区（Sichuan Basin Region, SBR）及黄淮海区（Huang-Huai-Hai Region, HHHR）次之（宜两熟），黄土高原区（Loess Plateau Region, LPR）、东北区（Northeast Region, NER）、内蒙及长城沿线区（Inner Mongolia Plateau and Region along the Great Wall, IMPRGW）及西北区（Northwest Region, NWR）仅宜一年一熟，青藏高原区（Tibetan Plateau Region, TPR）最差。

（2）1980–2020年中国耕地变化

2020年耕地占比排序为NER(18.61%)>MLYTR(15.59%)>HHHR(13.25%)>LPR(11.49%)>YGPR(9.21%)>SCR(9.04%)>SBR(8.78%)>NWR(5.90%)。1980–2020年全国耕地净增20,348 km²，其中NER增51,100 km²（主要为旱地）、NWR增36,083 km²（主要为旱地）；SCR、MLYTR及HHHR合计减57,362 km²。新增耕地集中于塔里木—吐鲁番盆地（IIID1）、准噶尔盆地（IID3）、东北东部山地（IIA2）、松辽平原中部（IIB1）及三江平原（IIA1）；减少集中于淮南—长江中下游（IVA1）及华北平原（IIIB2）。耕地重心由1980年(113°8′11″E, 35°3′5″N)移至2020年(112°53′3″E, 35°45′44″N)，整体向西北偏移82.2 km，纬度偏移大于经度偏移，1990–1995年移动最快（6.484 km/a）。

（3）耕地分布与NGCs的匹配状况

NGCI与垦殖率对比显示：NER与HHHR垦殖率远高于NGCI，三江平原（IIA1）与东北山前平原（IIA3）NGCI<0.4但耕地占比>60%~70%，且持续增加，不匹配加剧；SCR与YGPR NGCI较高（SCR达0.8以上）但耕地占比<30%且持续下降，呈耕地欠载（cropland underload）且不匹配加剧；TPR与NWR NGCI仅0.2~0.3，耕地占比小但垦殖率上升。水热不均分析：NER的AT₁₀与MACP均低于全国均值却有大量新增耕地，呈耕地过载（cropland overload）；NWR塔里木—吐鲁番盆地光热丰但降水严重亏缺，新增耕地使AT₁₀匹配改善但MACP匹配恶化；HHHR热量足降水利，耕地减少致AT₁₀匹配略降、MACP匹配略升；SCR、MLYTR、SBR、YGPR水热丰但耕地减少，匹配度下降（欠载）；贵州高原（VA3）少量增耕使水热匹配微升。总体上，1980年即存在耕地—NGCs不匹配，1980–2020年间NER、NWR、SCR、SBR、MLYTR、IMPRGW及TPR不匹配进一步加深。

四、讨论与结论翻译

讨论指出BPCRC有效维持了耕地数量但未遏制质量错配，"占优补劣"使新增补偿耕地多位于NER、NWR及IMPRGW边际草地，其生产力无法弥补南方优质耕地损失，且引发灌溉化肥投入增加、土壤退化及生态风险。建议将优质耕地划入永久基本农田严格保护，完善含气候、水文、地形因子的耕地质量评价体系，严格执行BPCRC并将平衡范围限制在同一自然区或十大区内以减小适宜性差异；NER与NWR不宜继续扩增耕地，SCR水热浪费应适度复垦。研究局限含遥感耕地面积绝对精度有限（相对变化趋势可靠）及未纳入土壤理化指标等更细粒度NGCs因子。

结论（翻译）：

研究结果表明，SCR、MLYTR、SBR、YGPR及HHHR具备较优NGCs，而LPR、NER、IMPRGW及NWR的NGCs较差。耕地资源逐步向北再分配，新增耕地以旱地为主；尽管耕地数量保持稳定，耕地质量呈下降趋势。1980年已存在耕地资源分布与NGCs的不匹配，过去40年中该不匹配在NER、NWR、SCR、SBR、MLYTR、IMPRGW及TPR进一步加剧。基于研究结果，提出可行的耕地占补平衡框架标准：耕地征占与补偿应优先在同一自然区或十大区域内完成，以保障耕地数量与质量。该标准为国家级耕地安全提供了理论支持。