宋 戈，楊雪昕，高 佳

（東北大學(xué)土地管理研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110169）

三江平原典型地區(qū)水田分布格局變化特征

宋 戈，楊雪昕，高 佳

（東北大學(xué)土地管理研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110169）

研究目的：以三江平原最具代表性的七星河地區(qū)為研究區(qū)，基于1990年、2002年和2014年遙感影像數(shù)據(jù)，揭示自20世紀(jì)90年代農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以來(lái)水田分布格局變化規(guī)律。研究方法：GIS空間分析和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析法。研究結(jié)果：（1）七星河地區(qū)呈現(xiàn)階段性的水田化特點(diǎn)。1990年水田占耕地總面積的12.56%，處于水田化初始階段，2002年和2014年水田面積占比分別是31.85%和37.06%，均處于水田化中期階段。（2）七星河地區(qū)水田基本呈東北—西南的分布態(tài)勢(shì)，空間分布階段性極化，整體水田分布逐漸收縮，且呈現(xiàn)北移東擴(kuò)的特征。（3）七星河地區(qū)前期以旱地和未利用地的水田化為主，其中旱地水田化規(guī)律性弱，方向性不明顯，后期則基本為旱地水田化，綜合極化特征突出，未來(lái)七星河地區(qū)水田化進(jìn)程將會(huì)進(jìn)一步放緩。研究結(jié)論：七星河地區(qū)水田分布格局的演化規(guī)律將對(duì)區(qū)域耕地資源合理利用與高效管理提供重要的理論依據(jù)。

土地利用；三江平原；水田化；分布格局；標(biāo)準(zhǔn)差橢圓統(tǒng)計(jì)分析方法

1 引言

耕地格局可以反映區(qū)域糧食生產(chǎn)的數(shù)量及結(jié)構(gòu)狀況，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的空間表現(xiàn)，其變化特征影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能[1]。抽象化和簡(jiǎn)約化各種模型對(duì)于解釋耕地格局變化特征具有不可替代的作用[2]。全球平均地表溫度升高和降水時(shí)空異質(zhì)性的增大，對(duì)中國(guó)北方旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成了深刻的影響[3-5]。三江平原是中國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，其地處中高緯度和歐亞大陸東端，增溫幅度高于全球同期水平，年降水量呈略減少趨勢(shì)[6]，特別是自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，逐漸進(jìn)入降水減少和干旱多發(fā)階段[7]。三江平原應(yīng)對(duì)全球氣候變化的適應(yīng)性對(duì)策之一，就是調(diào)整耕地以及耕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)（旱地和水田），導(dǎo)致耕地墾殖由南向北、由西向東不斷推進(jìn)[8]，其中水稻種植區(qū)北界由1980年代前期的47°N移至51°N附近[9]，濕地基質(zhì)逐漸變?yōu)檗r(nóng)田基質(zhì)，林地退縮，草地幾乎被耕地所替代[10]，該地區(qū)在國(guó)家糧食安全中的戰(zhàn)略地位逐漸提升。水田是三江平原地區(qū)最主要的耕地景觀類(lèi)型以及中國(guó)糧食安全的重要保障，運(yùn)用模型定量化研究該地區(qū)水田演化規(guī)律將對(duì)區(qū)域耕地資源利用與管理的策略制定以及保障國(guó)家糧食供應(yīng)具有重要的意義。目前學(xué)者針對(duì)該地區(qū)水田的數(shù)量及格局特征方面的研究較為匱乏，僅有少部分研究采用景觀指數(shù)法分析水田分布規(guī)律、用轉(zhuǎn)移矩陣研究水田與旱地轉(zhuǎn)化特征[1]和水田數(shù)量變化特征[11]等，研究深度不夠，尤其是針對(duì)水田的來(lái)源用地規(guī)律研究更為匱乏。自20世紀(jì)90年代中國(guó)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時(shí)期后，大量易澇旱地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，水田擴(kuò)張尤其劇烈[12]，七星河地區(qū)是三江平原水田化的典型區(qū)域。因此，本文以七星河地區(qū)為研究區(qū)，基于1990年、2002年和2014年遙感影像數(shù)據(jù)，運(yùn)用中心形態(tài)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法，深入分析20世紀(jì)90年代以來(lái)七星河地區(qū)水田分布格局及水田擴(kuò)張的階段性特征，不同階段水田化的規(guī)律差異，明確水田化的發(fā)生范圍、擴(kuò)張方向和極化特征等問(wèn)題，該研究成果為三江平原及同類(lèi)地區(qū)耕地資源利用與保護(hù)提供重要的參考。值得強(qiáng)調(diào)的是標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法能夠直觀準(zhǔn)確地計(jì)量空間格局的多方面特征，通過(guò)橢圓之間的相似性和差異性特征分別建立空間格局的順序和鑒別各種狀態(tài)[13]，運(yùn)用該橢圓將能夠清晰反映出研究對(duì)象的空間分布整體輪廓和方向性特征，直觀形象地揭示水田的空間演化規(guī)律。

2 研究區(qū)概況

七星河地區(qū)位于三江平原腹地，地處131°9′10″—133°18′23″E、46°11′45″—47°21′51″N之間，面積約1.04×104km2，屬半干旱地帶，為中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季寒冷漫長(zhǎng)，該地區(qū)多年平均降水量518 mm，降水分布不均勻，主要集中于6—9月份，春季干旱頻繁，秋季又多洪澇災(zāi)害。七星河地區(qū)呈現(xiàn)西南高、東北低的態(tài)勢(shì)，水系自西南流向東北，主要包括內(nèi)七星河和外七星河。該地區(qū)的地貌類(lèi)型主要是山地和平原，其中山地主要分布在該地區(qū)的西南部和南部，平原主要位于北部和中部的內(nèi)、外七星河地區(qū)。目前該區(qū)已建成4縣（富錦縣、友誼縣、集賢縣和寶清縣）3區(qū)（寶山區(qū)、尖山區(qū)和四方臺(tái)區(qū)），是三江平原主要糧食生產(chǎn)基地和國(guó)家重要商品糧基地。七星河地區(qū)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)非?；钴S，建國(guó)以來(lái)經(jīng)歷多次大規(guī)模土地開(kāi)發(fā)，其中1990—2002年是第4次墾荒高潮，當(dāng)?shù)卣扇≠Y金補(bǔ)貼等相關(guān)政策，推行“以稻治澇”種植模式，大量低洼旱地改造為水田，土地利用格局變化劇烈，至2002年，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策基本推行完畢[1，13]，因此，本文研究時(shí)點(diǎn)確定為1990、2002和2014年，以揭示該地區(qū)土地利用格局變化及空間分異特征。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取美國(guó)陸地資源衛(wèi)星1990年、2002年和2014年Landsat TM/OLI的四景（條帶號(hào)：114和115，行編號(hào)：027和028）云量符合標(biāo)準(zhǔn)的耕作期（6—8月）影像為主要數(shù)據(jù)源。參照全國(guó)土地利用分類(lèi)體系并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀和研究目標(biāo)，確定該研究區(qū)土地利用類(lèi)型為耕地（包括旱地和水田）、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6大類(lèi)。為保證人工目視解譯精度，以境內(nèi)的各縣（區(qū)）全國(guó)第二次土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)（2009年）為底圖，根據(jù)經(jīng)幾何糾正及RGB假彩色合成后的影像色調(diào)、紋理等特征，并配合野外地物調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行地物類(lèi)型斑塊的修改和圖層的拼接，并利用Google Earth軟件進(jìn)行精度驗(yàn)證后得到3期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

3.2 研究方法

3.2.1 水田化數(shù)量特征 “水田化”，即為非耕地類(lèi)及旱地向水田轉(zhuǎn)化的進(jìn)程。本文采用水田占總耕地面積的比例η來(lái)反映水田化數(shù)量特征，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式（1）中，ai為水田面積，單位為km2；A為耕地總面積，單位為km2。旱地水田化是該地區(qū)近十幾年來(lái)最主要的景觀變化特征[1]，為分析各土地利用類(lèi)型變化對(duì)水田的轉(zhuǎn)化影響程度，借鑒經(jīng)濟(jì)學(xué)中的貢獻(xiàn)率指標(biāo)概念度量轉(zhuǎn)化影響程度，以表征水田化來(lái)源用地的結(jié)構(gòu)比例情況，具體公式如下：

式（2）中，Km-n為土地利用類(lèi)型m轉(zhuǎn)化為水田n的貢獻(xiàn)率；Im-n為土地利用類(lèi)型m轉(zhuǎn)化為水田n的面積，單位為km2；ΔIn為轉(zhuǎn)化為水田n的面積之和。

3.2.2 水田化地理分布特征 空間依賴(lài)性是空間數(shù)據(jù)的基本特征，獨(dú)立性假設(shè)不成立，對(duì)空間數(shù)據(jù)的直接統(tǒng)計(jì)推理可能導(dǎo)致誤導(dǎo)性的結(jié)論。中心形態(tài)學(xué)忽略空間數(shù)據(jù)的依賴(lài)性特征，未觸及獨(dú)立性假設(shè)以及一般統(tǒng)計(jì)方法的可靠性問(wèn)題，以重心為中心的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓能夠描述節(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向的離散狀況，其形態(tài)在一定程度上可以反映節(jié)點(diǎn)空間組織的總體輪廓和主導(dǎo)分布方向。一般來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓常用來(lái)度量一組點(diǎn)的數(shù)據(jù)空間分布特征，考慮不同大小的水田斑塊對(duì)應(yīng)不同面積的水田，可以將各斑塊的面積賦值到對(duì)應(yīng)斑塊的幾何中心點(diǎn)上以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析的目的，其中心，即節(jié)點(diǎn)分布重心的遷移情況則反映總體格局位移特征，公式為：

式（3）中，M( X , Y )表示水田空間分布重心，n為分析單元數(shù)目，wi為分析單元的屬性值，作為i對(duì)應(yīng)分析單元的空間權(quán)重，（xi，yi）表示第i個(gè)子單元的中心坐標(biāo)。

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓主要由3個(gè)基本要素構(gòu)成：轉(zhuǎn)角θ、沿主軸（長(zhǎng)軸）的標(biāo)準(zhǔn)差和沿輔軸（短軸）的標(biāo)準(zhǔn)差，轉(zhuǎn)角θ為由正北方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到主軸所形成的夾角，公式為：式（4）—式（5）中，x'i和y'i為各點(diǎn)距離平均中心的相對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)tanθ可以得到分布格局的轉(zhuǎn)角，δx和δy分別為沿x軸和y軸的標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的形狀指數(shù)反映橢圓方向的明確性和向心力程度，可用來(lái)衡量水田總體分布格局及水田化規(guī)律的綜合極化特征，值越大形狀越接近于圓，分布的隨機(jī)性越大，極化特征越不突出，反之越接近于線性，方向性特征越突出，極化特征越明顯。

4 結(jié)果與分析

4.1 水田變化特征分析

4.1.1 水田數(shù)量變化特征 根據(jù)水田化進(jìn)程的差異性，依據(jù)水田占耕地的面積比例，定量劃分水田化分為三個(gè)階段（表1）：初始階段（0%—30%）、中期階段（30%—70%）和末期階段（70%—100%），分析水田數(shù)量變化特征。

表1 1990—2014年七星河地區(qū)耕地變化數(shù)量Tab.1 The change amounts of farmland in Qixing River area from 1990 to 2014

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，七星河地區(qū)水田擴(kuò)張呈現(xiàn)明顯的階段性：1990年，七星河地區(qū)水田面積826.20 km2，僅占耕地總面積的12.56%，即水田化初始階段。隨著當(dāng)?shù)卣耙缘局螡场鞭r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的推行，大量低洼旱地被改造為水田，同時(shí)七星河地區(qū)的中部及北部大量開(kāi)發(fā)條件優(yōu)越的未利用地資源被墾殖為水田，水田急劇擴(kuò)張，至2002年當(dāng)?shù)厮锩娣e約擴(kuò)張2倍，已升至2670.14 km2，占耕地總面積的31.85%，進(jìn)入水田化中期階段，該時(shí)點(diǎn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策基本推行完畢，隨著當(dāng)?shù)匚蠢玫氐雀睾髠滟Y源逐漸開(kāi)發(fā)殆盡，且經(jīng)濟(jì)建設(shè)及農(nóng)業(yè)設(shè)施用地有較高占用耕地的需求，七星河地區(qū)耕地不增反減，由2002年的8383.29 km2輕微降至2014年的8368.44 km2，而水田面積緩慢上升，增至3101.22 km2，面積比例約上升了5.21%，變?yōu)?7.06%，仍處于水田化的中期階段。

4.1.2 水田空間變化特征 為進(jìn)一步刻畫(huà)七星河地區(qū)水田擴(kuò)張空間特征，借助ArcGIS 10.2空間格局統(tǒng)計(jì)工具，運(yùn)用中心形態(tài)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析法研究七星河地區(qū)1990、2002和2014年水田空間分布格局特征（表2）。

表2 1990—2014年七星河地區(qū)水田的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)Tab.2 The parameters of standard deviation ellipse for the paddy fi eld in Qixing River area from 1990 to 2014

3個(gè)時(shí)點(diǎn)上，七星河地區(qū)水田的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓（圖1）的主軸均基本呈東北—西南走向，且短軸一致為西北—東南，表明1990、2002和2014年七星河地區(qū)水田分布趨向都為東北—西南軸，3個(gè)年份水田在東北—西南走向較西北—東南更為密集。體現(xiàn)為：1990—2002年，主軸沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角θ由41.16°上升至48.12°，盡管七星河西部的寶清縣境內(nèi)出現(xiàn)大量的水田，其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓旋轉(zhuǎn)起逆時(shí)針推動(dòng)作用，但中部及東部的友誼縣及其周邊地帶水田擴(kuò)張更為明顯，促使主軸持續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于水田的需水量遠(yuǎn)大于旱地需水量，隨著七星河地區(qū)水田的持續(xù)大量擴(kuò)張，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮Y源供應(yīng)不足，開(kāi)始出現(xiàn)水田轉(zhuǎn)化為旱地的情形，即“逆水田化”，特別是在七星河的南部地區(qū)，大量水田重新調(diào)整為旱地，導(dǎo)致2014年主軸輕微沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角θ降至47.46°。

圖1 1990—2014年七星河地區(qū)水田分布及標(biāo)準(zhǔn)差橢圓Fig.1 Paddy fi eld distribution and its standard deviation ellipse in Qixing River area from 1990 to 2014

1990—2014年間，七星河地區(qū)水田標(biāo)準(zhǔn)差橢圓形狀指數(shù)先升后降，由1990年的0.30迅速上升至2002年的0.60，2014年則降至0.46，反映該地區(qū)水田空間分布極化呈現(xiàn)階段性的特征。其中，1990年極化極其明顯，主軸標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到68.55 km，方向性非常明顯，但其輔軸標(biāo)準(zhǔn)差僅20.69 km，水田分布呈現(xiàn)的向心力強(qiáng)。2002年，主軸標(biāo)準(zhǔn)差急劇收縮至45.97 km，輔軸標(biāo)準(zhǔn)差則上升至27.76 km，水田方向性特征趨弱，離散程度增加，表征該時(shí)期七星河地區(qū)的水田擴(kuò)張較為隨機(jī)，境內(nèi)各方向上均存在一定的水田化現(xiàn)象。隨著七星河北部地區(qū)水田大量擴(kuò)張，2014年標(biāo)準(zhǔn)差橢圓極化現(xiàn)象增強(qiáng)，主軸標(biāo)準(zhǔn)差增加至51.93 km，輔軸降至23.77 km。

盡管七星河地區(qū)3個(gè)時(shí)點(diǎn)的水田呈“凹”形的極化變化特征，但其水田分布實(shí)質(zhì)是收縮的，本文在標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析中，將標(biāo)準(zhǔn)差級(jí)數(shù)設(shè)置為1級(jí)，即可將約68%的水田包含在橢圓內(nèi)，并對(duì)1990、2002和2014年水田標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。1990年，七星河地區(qū)水田標(biāo)準(zhǔn)差橢圓覆蓋面積為4454.17 km2，后續(xù)水田擴(kuò)張主要集中于七星河地區(qū)的內(nèi)、外七星河沿岸，即七星河地區(qū)的中部地帶，盡管在2014年七星河地區(qū)的北部地帶出現(xiàn)大量的水田，但與之對(duì)應(yīng)的是東部水田緩慢退縮，因此，七星河地區(qū)整體上水田仍呈收縮態(tài)勢(shì)，變?yōu)?877.50 km2。重心對(duì)應(yīng)水田的整體位置分布特征，1990年，七星河地區(qū)的水田重心位置為（132.19°E，46.82°N），2002年向西北方向移動(dòng)4.2 km，變?yōu)椋?32.17°E，46.86°N），2014年則變?yōu)椋?32.31°E，46.95°N），往東北移動(dòng)14.57 km?？傮w而言，該地區(qū)水田整體呈現(xiàn)“北移東擴(kuò)”的擴(kuò)張?zhí)卣?，恰好與三江平原水田的整體擴(kuò)張方向相呼應(yīng)。

4.2 水田化變化特征分析

4.2.1 水田化數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析 為進(jìn)一步分析七星河地區(qū)水田化進(jìn)程，本文利用ArcGIS 10.2的疊加分析功能，依次對(duì)1990、2002和2014年相鄰年份的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，統(tǒng)計(jì)水田化過(guò)程中各子發(fā)生類(lèi)型（旱地→水田、林地→水田、草地→水田、水域→水田、建設(shè)用地→水田、未利用地→水田）的面積數(shù)量情況（表3）。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，七星河地區(qū)水田化進(jìn)程中，前期主要以旱地和未利用地的水田化為主，后期則基本為旱地的水田化，即耕地的內(nèi)部轉(zhuǎn)換。具體表現(xiàn)為：1990—2002年間，七星河地區(qū)整體水田化進(jìn)程非常強(qiáng)烈，6類(lèi)非水田用地類(lèi)型均發(fā)生了流向水田的過(guò)程，總面積達(dá)到2240.53 km2。在七星河地區(qū)大量低洼旱地改造為水田的政策背景下，當(dāng)?shù)睾档氐乃锘陌l(fā)生面積為1846.78 km2，貢獻(xiàn)率達(dá)到82.43%；其次為未利用地的水田化進(jìn)程，七星河地區(qū)未利用地主要以沼澤為主，多分布于水資源豐富的內(nèi)、外七星河的下游低洼地帶，該地區(qū)具有良好的水田發(fā)展條件，約有343.13 km2的未利用地轉(zhuǎn)換為水田，其水田化貢獻(xiàn)率達(dá)到15.31%；其他4類(lèi)用地類(lèi)型水田化面積之和僅為50.62 km2，共占到2.26%，其中水域38.81 km2，主要為河灘濕地，水田化貢獻(xiàn)率1.17%。

表3 1990—2014年七星河地區(qū)水田化的數(shù)量特征Tab.3 The amounts of paddy cropland in Qixing River area from 1990 to 2014

相較于1990—2002年間水田化特征，2002—2014年間，七星河地區(qū)水田化發(fā)生類(lèi)型更加單一化，發(fā)生的面積顯著減少。12年間，共約886.02 km2面積的非水田類(lèi)用地流向了水田，而其中絕大部分為旱地，發(fā)生面積達(dá)到869.98 km2，貢獻(xiàn)率98.19%，而其他5種用地類(lèi)型水田化發(fā)生面積非常小，面積之和僅為16.04 km2。自20世紀(jì)90年代初期以來(lái)，七星河地區(qū)水田過(guò)度開(kāi)發(fā)，造成土壤鹽漬化形勢(shì)嚴(yán)峻、農(nóng)田可用水資源匱乏、地下水位大幅下降和生態(tài)環(huán)境破壞等問(wèn)題，并逐漸引起了當(dāng)?shù)卣P(guān)注，水田擴(kuò)張的主觀意識(shí)逐漸淡化，當(dāng)?shù)卣饾u引導(dǎo)科學(xué)合理的開(kāi)發(fā)和利用水田；同時(shí)七星河地區(qū)水田化的初衷在于“以稻治澇”和經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著“兩江一湖”改造和“高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)”等農(nóng)田工程措施的陸續(xù)實(shí)施，澇害的潛在發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)大量降低，同時(shí)水田耕作投資額度和管理投入顯著高于旱地，隨著基本農(nóng)業(yè)要素成本的提高，水田和旱地之間的利益剪刀差逐漸弱化，農(nóng)戶進(jìn)行水田改造的利益需求大大降低，導(dǎo)致農(nóng)戶水田化意愿大大降低，水田擴(kuò)張逐漸放緩，2002年和2014年均處于水田化中期階段（水田占耕地總面積的比例分別為31.85%和37.06%）。可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)七星河地區(qū)水田占耕地總面積的比例將以非常緩慢的速度增加，甚至出現(xiàn)下降情形，水田化現(xiàn)象非常弱。

4.2.2 水田化空間統(tǒng)計(jì)分析 利用ArcGIS 10.2繪制1990—2002年和2002—2014年2個(gè)時(shí)間區(qū)段水田化空間分布圖?？紤]上文分析中前一時(shí)間段以旱地水田化和未利用地水田化為主，而后一時(shí)間段則絕大部分為旱地水田化過(guò)程，本文同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析法研究2個(gè)時(shí)間區(qū)段主要水田化發(fā)生類(lèi)型的空間格局分布特征（圖2），即1990—2002年的旱地水田化與未利用地水田化的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析和2002—2014年的旱地水田化標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析（表4）。研究發(fā)現(xiàn)，1990—2002年間，七星河地區(qū)水田化的發(fā)生區(qū)域主要集中于中部及其周邊地區(qū)，即友誼縣中部和北部的大部分地區(qū)、寶清縣西部部分地區(qū)和富錦市南部部分地區(qū)，該地區(qū)地勢(shì)低洼，水資源供給保證度高，水田改造條件優(yōu)越，為七星河地區(qū)土地利用變化的核心區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析結(jié)果顯示，1990—2002年旱地水田化的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓沿主軸的標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到45.74 km，輔軸標(biāo)準(zhǔn)差也達(dá)到30.53 km，離散程度大，形狀指數(shù)較高，為0.67，橢圓覆蓋面積非常大，達(dá)到4387.52 km2，表明期間內(nèi)旱地水田化規(guī)律性一般，方向性相對(duì)不突出，主要原因在于該時(shí)間段七星河地區(qū)“以稻治澇”的旱改水農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策基本呈“多點(diǎn)開(kāi)花”推廣態(tài)勢(shì)，極化現(xiàn)象弱；與之對(duì)應(yīng)的是2002—2014年時(shí)間段，旱地水田化重心由（132.12°E，46.84°N）向東北遷移至（132.12°E，46.84°N），該時(shí)間段旱地水田化主要集中于七星河地區(qū)的北部，其標(biāo)準(zhǔn)差橢圓形狀指數(shù)僅為0.32，綜合極化特征非常突出，且旱地水田化基本沿轉(zhuǎn)角53.06°的方向分布，其沿主軸標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到52.10 km，輔軸為16.62 km，二者差距非常大，方向性非常明顯，規(guī)律性突出；1990—2002年，未利用地水田化主要發(fā)生在七星河地區(qū)中部的部分地區(qū)，其標(biāo)準(zhǔn)差橢圓覆蓋范圍較小，約為1069.84 km，該類(lèi)型水田化分布較為集中，同時(shí)其主軸基本沿77.77°方向分布，主、輔軸標(biāo)準(zhǔn)差分別僅為24.63 km和13.82 km，形狀指數(shù)0.56，極化程度一般。

圖2 1990—2014年七星河地區(qū)水田化空間分布特征及標(biāo)準(zhǔn)差橢圓Fig.2 The distribution of Paddy cropland reclamation and its standard deviation ellipse in Qixing River area from 1990 to 2014

表4 1990—2014年七星河地區(qū)主要水田化類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)Tab.4 The parameters of standard deviation ellipse for the main paddy cropland reclamation types in Qixing River area from 1990 to 2014

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本文以三江平原的七星河地區(qū)為研究區(qū)，基于1990、2002、2014年3期遙感影像數(shù)據(jù)，采用中心形態(tài)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法，研究該地區(qū)水田分布格局及水田化規(guī)律。主要結(jié)論如下：

（1）七星河地區(qū)呈現(xiàn)階段性的水田化特征。1990年，水田面積為826.20 km2，處于水田化初始階段，2002年水田面積急劇升至2670.14 km2，水田占耕地總面積的比例為31.85%，進(jìn)入水田化中期階段，隨后水田緩慢增加，水田化發(fā)生類(lèi)型更加單一化，至2014年變?yōu)?101.22 km2，仍處于水田化中期階段。

（2）1990、2002和2014年，七星河地區(qū)水田的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的主軸轉(zhuǎn)角θ依次為41.16°、48.12°和47.46°，基本呈東北—西南的分布態(tài)勢(shì)；同時(shí)水田的空間分布極化呈現(xiàn)階段性特征，由1990年的0.30迅速上升至2002年的0.60，水田擴(kuò)張的隨機(jī)性概率提高，形狀指數(shù)降至0.46，極化現(xiàn)象增強(qiáng)；七星河地區(qū)水田分布逐漸收縮，同時(shí)水田的擴(kuò)張整體呈現(xiàn)“北移東擴(kuò)”的特征。

（3）七星河地區(qū)水田化進(jìn)程中，1990—2002年間主要以旱地和未利用地的水田化為主，貢獻(xiàn)率依次為82.43%和15.31%，2002—2014年間則基本為旱地的水田化，貢獻(xiàn)率為98.19%，即耕地的內(nèi)部轉(zhuǎn)換；同時(shí)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析研究發(fā)現(xiàn)，前期七星河地區(qū)水田化的發(fā)生區(qū)域主要集中于中部及其周邊地區(qū)，期間內(nèi)旱地水田化規(guī)律性一般，方向性相對(duì)不突出，而后期旱地水田化則主要集中于七星河地區(qū)的北部地區(qū)，綜合極化特征突出，方向性非常明顯。未利用地水田化上，其標(biāo)橢圓覆蓋范圍較小，主要集中于七星河地區(qū)中部地區(qū)，極化特點(diǎn)不突出。

5.2 討論

水田是三江平原地區(qū)最主要的耕地景觀類(lèi)型以及中國(guó)糧食安全的重要保障，本文采用中心形態(tài)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法研究三江平原最具代表性的七星河地區(qū)水田分布格局及水田化規(guī)律，能夠清晰地從整體上反映出該地區(qū)水田及水田化空間分布的整體輪廓和方向性特征。本文豐富了三江平原地區(qū)水田研究成果，研究視角及方法能夠?yàn)橄嚓P(guān)學(xué)者提供思路借鑒。鑒于水田化對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、耕地質(zhì)量狀況、水土資源平衡會(huì)造成強(qiáng)烈影響，強(qiáng)化水田化后續(xù)影響效應(yīng)研究是未來(lái)研究的重點(diǎn)和方向。

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Study on the Distribution Patterns and Characteristics of Paddy Cropland in the Typical Area of Sanjiang Plain

SONG Ge, YANG Xue-xin, GAO Jia
（Land Management Institute, Northeastern University, Shenyang 110169, China）

The purpose of this study is to reveal the evolution of paddy field distribution patterns since the agricultural structure adjustment in Qixing river area of Sanjiang Plain. GIS analysis and the standard deviation ellipse analysis are used to study the paddy fields distribution patterns at the three time points in 1990, 2002 and 2014. The results are as follows:1）in Qixing river area, the diverse characteristics of paddy field distribution occurred on the different stages. In 1990,the ratio of paddy field area to the total cultivated land area was 12.56% in the initial stage of paddy field reclamation.In 2002 and 2014, the ratio was 31.85% and 37.06%, respectively in the the middle stage of paddy field reclamation. 2）The distribution pattern of paddy field in the Qixing river area showed the northeast-southwest distribution trend with the spatial distribution polarization characteristics. 3）In the early stage of the Qixing river area, there mainly existed the dry land and the unused land converted to the paddy field. The regularity of dry land conversion was weak and its later stage showed not prominent direction. In the later stage, dry land converted to paddy field was the main phenomenon with the significant comprehensive characteristics, while in the Qixing river area, the paddy field reclamation will further slowdown in the future. In conclusion, the evolution of paddy field distribution patterns of Qixing river area would provide an important theoretical basis for rational utilization and efficient management of regional cultivated land resources.

land use; Sanjiang Plain; paddy cropland reclamation; distribution pattern; standard deviation ellipse

F301.24

A

1001-8158（2017）08-0061-08

10.11994/zgtdkx.20170913.154755

2017-04-15；

2017-08-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571165）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（N152410002-8）。

宋戈（1969-），女，黑龍江慶安人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橥恋乩?。E-mail: songgelaoshi@163.com

（本文責(zé)編：王慶日）