王曉燕，寧 佳，史文嬌

·土地保障與生態(tài)安全·

南方紅壤丘陵區(qū)耕地生態(tài)問題識別與修復(fù)分區(qū)

王曉燕1,2，寧 佳1,3，史文嬌1,3※

（1. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3. 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049）

農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)是國土空間生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容之一，耕地作為農(nóng)業(yè)空間的重要載體，精準(zhǔn)識別耕地生態(tài)問題并對其系統(tǒng)分區(qū)，是新時期耕地高質(zhì)量發(fā)展與科學(xué)高效開展國土空間生態(tài)修復(fù)的重要前提。該研究以南方紅壤低山丘陵區(qū)耕地生態(tài)修復(fù)為研究對象，以江西省為例，針對國土空間規(guī)劃中耕地生態(tài)修復(fù)的景觀連通性、礦山生態(tài)負(fù)面影響、恢復(fù)退化土地生態(tài)功能和農(nóng)業(yè)開發(fā)對生態(tài)空間脅迫程度4個方面，識別了江西省耕地的破碎化、礦山損毀、水土流失以及與生態(tài)用地沖突4種生態(tài)問題，采用基于修正的通用水土流失方程（Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE）模型、景觀指數(shù)、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和GIS空間分析等方法對各生態(tài)問題的指標(biāo)程度進(jìn)行定量化分析；基于組合權(quán)重構(gòu)建了生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)，依據(jù)流域、主要生態(tài)問題與修復(fù)程度分區(qū)方法，對全省耕地生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了綜合分區(qū)。結(jié)果表明：1）2000—2018年間，江西省耕地水土流失主要以輕度侵蝕為主，水土流失總面積減少50.98%，贛江上游流域和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)等水土流失現(xiàn)象加重；耕地斑塊密度、破碎度趨于增加，聚集度趨于離散；耕地占用林地、水域與濕地等生態(tài)用地面積共計739.15 km2；建材及磚瓦黏土類和稀有稀土金屬等廢棄礦山累計破壞耕地的面積為13.18 km2。2）江西省耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)空間差異化明顯，按照劃分標(biāo)準(zhǔn)，將江西省共劃分為8個流域大區(qū)，38個小區(qū)，包括水土保持重點(diǎn)修復(fù)、礦山生態(tài)重點(diǎn)修復(fù)、生態(tài)用地重點(diǎn)修復(fù)和耕地連通重點(diǎn)提升4個方向。研究可為國土空間規(guī)劃中農(nóng)業(yè)空間的耕地高質(zhì)量發(fā)展提供方法支撐，為江西省農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)布局提供科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)問題診斷；生態(tài)修復(fù)分區(qū)；耕地；國土空間規(guī)劃；江西省

0 引 言

在全球變化背景下，人類活動的增加導(dǎo)致土地利用變化加速[1]，生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)空間對人類活動尤為敏感[2]。耕地作為農(nóng)業(yè)空間中重要的人工生態(tài)系統(tǒng)，是關(guān)系到國家糧食安全、生態(tài)安全和社會穩(wěn)定的基石[3]。盡管當(dāng)前中國實(shí)行了最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，但為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，耕地向邊際土地轉(zhuǎn)移、耕地破碎化、耕林沖突等仍然導(dǎo)致生態(tài)保護(hù)修復(fù)問題日益突出[4]。因此，如何開展耕地生態(tài)修復(fù)工作，對于中國打造“山水林田湖草”生命共同體至關(guān)重要[5]。

目前，中國國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作主要從生態(tài)空間、城鎮(zhèn)空間和農(nóng)業(yè)空間3個方面展開差異化修復(fù)[6]。其中，在生態(tài)空間和城鎮(zhèn)空間生態(tài)修復(fù)的理論研究已非常廣泛，不少學(xué)者重點(diǎn)識別了森林退化[7]、湖泊污染[8]、土壤破壞[9]等生態(tài)問題，相繼開展了生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局優(yōu)化、生態(tài)功能區(qū)提升、生態(tài)脆弱敏感區(qū)修復(fù)、城市生態(tài)廊道構(gòu)建[10]等方面的研究，集中體現(xiàn)在土壤、濕地、草地、林地、礦區(qū)、城市等修復(fù)對象。相對而言，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)研究較少且不成熟。耕地是農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)的主要對象，從而有必要對耕地生態(tài)修復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。例如陳利頂?shù)萚11]提出農(nóng)田生態(tài)修復(fù)應(yīng)通過分析診斷農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其客觀存在的問題出發(fā)，李麗清[12]則從農(nóng)田破碎化和農(nóng)田污染兩方面識別了臨桂區(qū)耕地的生態(tài)問題。總體而言，在已開展的耕地生態(tài)修復(fù)研究中，多是對于土壤污染、水土流失等單一要素的問題診斷識別展開，局限在特定的小范圍領(lǐng)域[13]，不利于耕地生態(tài)修復(fù)的全面性和系統(tǒng)性。其次，評價指標(biāo)選擇上多是以某一期的靜態(tài)指標(biāo)為評價標(biāo)準(zhǔn)，較少考慮從長時間序列的動態(tài)指標(biāo)進(jìn)行定量化評估，綜合的耕地生態(tài)修復(fù)分區(qū)依據(jù)相對不足。因此，耕地作為農(nóng)業(yè)空間中的重要組成部分，亟需對接國土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃要求，識別耕地的生態(tài)問題并劃分不同的修復(fù)分區(qū)，以期為國土空間規(guī)劃工作提供科學(xué)依據(jù)。

江西省作為南方紅壤低山丘陵區(qū)的典型省份，是中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，上世紀(jì)80年代以來，已開展了大量生態(tài)修復(fù)工作，在水土流失防治[14]、濕地修復(fù)[15]、土壤重金屬治理[16]等方面均取得了一定成效。然而，目前江西省農(nóng)業(yè)空間的耕地生態(tài)修復(fù)工作尚屬于起步階段，對縣域耕地利用與生態(tài)環(huán)境的相互作用缺乏系統(tǒng)研究，亟需加強(qiáng)江西省耕地生態(tài)修復(fù)分區(qū)的綜合評估研究。因此，本文在國土空間生態(tài)修復(fù)背景下，以南方紅壤低山丘陵區(qū)耕地生態(tài)修復(fù)為研究對象，以江西省為例，識別耕地主要的生態(tài)問題，綜合評估了耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)，探索了表征流域、主要耕地生態(tài)問題和修復(fù)程度的綜合生態(tài)修復(fù)分區(qū)，為實(shí)施差別化的農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)措施提供科學(xué)依據(jù)，以期協(xié)調(diào)好江西省全域的糧食安全與生態(tài)安全。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況與流域分區(qū)

江西省位于中國南方紅壤丘陵區(qū)（24°29′～30°04′N，113°34′～118°28′E），除北部平原較為平坦外，東西南部三面環(huán)山，中部丘陵起伏（圖1）。全省有大小河流2 400余條，贛江、撫河、信江、修河和饒河為江西的五大河流，北部的鄱陽湖是中國第一大淡水湖。全省氣候溫暖，年平均氣溫16.4～19.4 ℃，年平均降水量1 341.4～1 934.4 mm。成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，是中國重要的有色、稀有和稀土基地之一。農(nóng)業(yè)人口多，農(nóng)業(yè)比重相對較高，是國家重要的糧食主產(chǎn)區(qū)。但適宜開墾的耕地后備資源不足，土壤酸化、水土流失現(xiàn)象頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有所退化，耕地保護(hù)壓力日益增大。為了更好地體現(xiàn)江西省耕地的區(qū)域特征，結(jié)合江西省國土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和水系分布特點(diǎn)，本文將江西省劃分為撫河流域、饒河流域、信江流域、修水流域、贛江上游流域、贛江下游流域、贛江中游流域和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)八大流域。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用、行政區(qū)劃、流域分布以及高程數(shù)據(jù)（30m）來源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）。廢棄礦山數(shù)據(jù)來源于江西省實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，主要包括截止到2018年的廢棄礦山點(diǎn)分布、破壞耕地面積及影響等級評價結(jié)果。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（https://data.cma.cn/）。土壤數(shù)據(jù)來源于SoilGrids（https://soilgrids.org/）提供的中國土壤數(shù)據(jù)庫，長江流域水土保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計來源于水利部長江水利委員會的《長江流域水土保持公報（2018年）》。

1.3 耕地生態(tài)問題識別方法

本文從山水林田湖草是一個生命共同體的理念出發(fā)，以典型生態(tài)問題現(xiàn)狀為主導(dǎo)，來突出耕地生態(tài)修復(fù)的分區(qū)單元，以便制定針對性修復(fù)策略。耕地生態(tài)修復(fù)問題識別角度主要依據(jù)《省級國土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃編制指南（征求意見稿）》中提出的農(nóng)業(yè)空間生態(tài)問題診斷重點(diǎn)內(nèi)容[17]，具體包括恢復(fù)退化土地生態(tài)功能、農(nóng)業(yè)開發(fā)對生態(tài)空間脅迫的分布范圍和程度、景觀連通性、礦山生態(tài)負(fù)面影響等方面，基于指南要求，結(jié)合江西省耕地資源問題現(xiàn)狀，將本文研究的耕地生態(tài)問題定義為國土空間生態(tài)修復(fù)中考慮的農(nóng)業(yè)空間生態(tài)問題中與耕地相關(guān)的生態(tài)問題。從耕地的水土流失、與生態(tài)用地沖突、耕地破碎化和礦山污染4個維度，分別采用RUSLE、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、景觀指數(shù)及GIS空間分析等方法來定量化識別耕地生態(tài)問題。

圖1 江西省高程及耕地分布

1.3.1 水土流失問題識別

受地貌地形影響，江西省坡耕地分布廣泛，結(jié)合前人的研究[18]，本文采用基于修正的通用水土流失方程（RUSLE）模型計算

式中為土壤水蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)，由基于日降雨量資料的半月降雨侵蝕力模型估算[19]；為經(jīng)過修正后的土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，采用EPIC模型[20]計算，并根據(jù)陳思旭等[21]研究成果進(jìn)行修正；和分別為坡長和坡度因子，借鑒Liu等[22]對南方丘陵山區(qū)的坡度研究進(jìn)行修正；為植被覆蓋因子，采用蔡崇法等[23]的方法計算得到；為水土保持措施因子；、、、無量綱。

本文模擬估算的江西省土壤水蝕模數(shù)結(jié)果與已有文獻(xiàn)資料結(jié)果對比驗(yàn)證[24]，結(jié)果較為一致，之后利用長江流域水土保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計對江西省的模擬結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證，2均超過0.5。最終生成2000、2010和2018年水蝕模數(shù)數(shù)據(jù)集。

依據(jù)水利部批準(zhǔn)的《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》[25]，本文去除坡度為1度以下及微度侵蝕的數(shù)據(jù)，把水土流失強(qiáng)度分為輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈5個等級，并通過MATLAB軟件采用最小二乘法識別其多年的變化趨勢。

1.3.2 與生態(tài)用地沖突問題識別

本文基于土地利用現(xiàn)狀和相關(guān)研究[26]，將生態(tài)用地歸為林地、草地、水域、濕地和其他生態(tài)用地。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以分析時期始末各類土地利用類型轉(zhuǎn)化面積與方向，本文用其分析耕地與生態(tài)用地之間的轉(zhuǎn)化情況。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

1.3.3 耕地破碎化識別

景觀格局是指景觀的數(shù)目、類型及其空間分布[27]。考慮到江西省耕地資源現(xiàn)狀，本文選取斑塊密度（Patch density）、景觀分離度（Splitting index）、斑塊聚集度（Aggregation index）、形狀指數(shù)（Landscape shape index）4個指數(shù)（表1）表現(xiàn)耕地破碎化的特征。利用Fragstats軟件計算2000、2010和2018年的江西省耕地的景觀格局指數(shù)。

表1 景觀格局指標(biāo)及其生態(tài)意義

1.3.4 礦山損毀耕地問題識別

長時間、大規(guī)模的礦山開采會導(dǎo)致土地?fù)p毀和生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重威脅耕地的生態(tài)安全[28]。礦山損毀的面積和程度能夠定量化體現(xiàn)礦山開采活動對耕地生態(tài)的破壞程度。本文使用GIS空間統(tǒng)計方法計算廢棄礦山的累計破壞面積和影響程度。

1.4 耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)

為了更好地體現(xiàn)江西省耕地生態(tài)修復(fù)分區(qū)，本文按照流域、主要生態(tài)問題及修復(fù)程度劃分了細(xì)致的修復(fù)分區(qū)。一級修復(fù)分區(qū)主要依據(jù)流域來劃分，突出流域的資源生態(tài)本底；二級修復(fù)分區(qū)主要依據(jù)主導(dǎo)的耕地生態(tài)問題來劃分，進(jìn)而細(xì)化為各流域單元的修復(fù)分區(qū)。每個縣的主要生態(tài)問題是根據(jù)縣區(qū)生態(tài)問題單一指標(biāo)與流域的平均值對比得出，修復(fù)程度等級按照選取的各項(xiàng)耕地生態(tài)問題單因子指標(biāo)和綜合指數(shù)來判斷。

1.4.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于耕地生態(tài)問題識別和相關(guān)研究的結(jié)果[29-30]，本文構(gòu)建了礦山損毀、耕地破碎化、水土流失和與生態(tài)用地沖突4個維度的耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)指標(biāo)體系，具體包含11個指標(biāo)（表2），各指標(biāo)使用的是兩期的動態(tài)數(shù)據(jù)融合后來衡量長時間序列的耕地生態(tài)修復(fù)問題，并不是使用單一時間的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)作對比分析。

表2 江西省耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)指標(biāo)

1.4.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

為消除量綱差異的影響，本文對所有的單因子指標(biāo)進(jìn)行正向化和逆向化處理，使其數(shù)值均分布在0和1之間。

1.4.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文充分考慮評價指標(biāo)的主客觀條件，采用拉格朗日乘子法組合層次分析法和熵值法求取總權(quán)重（式3）。

拉格朗日乘子法[31]求組合權(quán)重

式中w為組合權(quán)重，為指標(biāo)個數(shù)，1i為層次分析法對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，2i為熵值法對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。

1.4.4 耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)

本文選取的各項(xiàng)耕地生態(tài)修復(fù)問題指標(biāo)能夠從不同側(cè)面反映江西省耕地的生態(tài)修復(fù)狀況。參考宋偉等[32]構(gòu)建的生態(tài)修復(fù)指數(shù)，采用線性加權(quán)函數(shù)法構(gòu)建區(qū)域生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)（Ecological Restoration Comprehensive Index, ERCI），該指數(shù)反映了耕地生態(tài)修復(fù)的綜合狀況。ERCI越低，表示耕地的綜合生態(tài)修復(fù)問題越突出，越有必要開展耕地的生態(tài)修復(fù)工程，計算式如下

式中E為第項(xiàng)指標(biāo)在評價單元內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化后的值，w為組合權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地生態(tài)問題識別

2.1.1 耕地水土流失的時空格局

2000—2018年江西水蝕模數(shù)變化趨勢表明，其分布具有顯著的空間差異性（圖2a）。江西省約有8.48%的耕地水土流失加劇，主要分布在鄱陽湖流域北部的彭澤縣和瑞昌市、饒河流域的德興市和信江流域的玉山縣、贛江上游流域的于都縣和寧都縣等地區(qū)。2000—2018年的年最大水蝕模數(shù)（圖2b）呈現(xiàn)增大的趨勢，結(jié)合變化趨勢特征，進(jìn)一步說明江西耕地局部水土流失嚴(yán)重。但期間年平均水蝕模數(shù)（圖2c）呈現(xiàn)減小的趨勢（-0.71 t/(km2·a)），說明耕地水土流失整體上呈現(xiàn)變好的趨勢。

2018年江西耕地水土流失總面積為610.72 km2，比2000年的水土流失面積減少了50.98%。從各流域分區(qū)來看（圖2d），2000—2010年除贛江上游流域和修水流域等水土流失總面積減少以外，其余流域均有所增加，其中撫河流域水土流失面積增加最為顯著（20.21%），但強(qiáng)烈侵蝕以上面積占比最大的是贛江上游流域；2010—2018年各流域分區(qū)的水土流失總面積均減少，說明耕地的水土流失問題有所緩解，但鄱陽湖環(huán)湖區(qū)等局部地區(qū)水土流失加重。

注：Ⅰ，贛江上游流域；Ⅱ，贛江中游流域；Ⅲ，贛江下游流域；Ⅳ，修水流域；Ⅴ，撫河流域；Ⅵ，信江流域；Ⅶ，饒河流域；Ⅷ，鄱陽湖環(huán)湖區(qū)。下同。

2.1.2 耕地破碎化的時空格局

2000—2018年間，江西省耕地在景觀格局方面空間分布具有顯著的差異（圖3）。破碎度方面，增加最為顯著的是贛江中游（27.11%）和贛江上游流域（17.51%），破碎化現(xiàn)象明顯。聚集度方面，與2000年相比，2018年贛江下游、饒河流域、信江流域和修水流域均有較小幅度的下降。斑塊密度方面，除贛江中游在2010年有所減少外，其他流域在2000—2018年間均有所增加，進(jìn)一步說明各流域耕地更加破碎化。形狀指數(shù)方面，贛江上游和信江流域呈現(xiàn)簡單化的趨勢，其他流域的形狀指數(shù)均有所增加?？傮w而言，受地形和人為因素的影響，江西各流域耕地破碎化程度具有的不同的空間分布特征。

2.1.3 耕地與生態(tài)用地沖突的時空格局

耕地保護(hù)生產(chǎn)與生態(tài)退耕之間存在矛盾，普遍存在耕地與林地、濕地等生態(tài)用地沖突的問題。江西省耕地的后備資源緊張，與生態(tài)空間沖突的問題日益突出。根據(jù)土地利用面積轉(zhuǎn)移情況（表3），2000—2018年耕地占用生態(tài)用地的面積共計739.15 km2。其中，耕地主要以占用林地（58%）、水域與濕地（34%）為主，分布在贛江上游的山地丘陵區(qū)和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)的濕地區(qū)域。以2010年為分界線，前后兩階段耕地占用情況差異較大。2000—2010年，耕地占用生態(tài)用地面積為687.90 km2。其中鄱陽湖環(huán)湖區(qū)占用生態(tài)用地的面積達(dá)到39.81%，因?yàn)闈竦氐匦纹教?，土壤肥沃，易受到耕地的擴(kuò)張占用。2010—2018年，較前十年耕地占用生態(tài)用地總面積減少了92%，占用情況明顯改善。

圖3 2000—2018年江西省各流域耕地的破碎度、聚集度、斑塊密度和形狀指數(shù)變化

表3 2000—2018年江西省耕地占用生態(tài)用地面積

2.1.4 礦山損毀耕地的時空格局

至2018年，江西省尚有廢棄或關(guān)閉的礦山點(diǎn)共有6 063個，對耕地造成破壞的礦山點(diǎn)有761個（12.5%），贛江上游流域、撫河流域以及鄱陽湖環(huán)湖區(qū)等累積破壞的耕地面積達(dá)到13.18 km2（圖4）。其中，贛江上游流域歷史遺留礦山點(diǎn)數(shù)量有268個，累計破壞的耕地面積達(dá)到3.61 km2，占全省的27.3%，尤其是在信豐縣，不利于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

從礦類分布來看，對耕地造成破壞的主要是建材及磚瓦黏土類和稀有稀土金屬礦山。受不同地區(qū)礦產(chǎn)資源稟賦的影響，建材磚瓦泥土類礦山在各流域有不同程度的分布，稀有金屬類和能源類主要分布在贛江上游流域。

2.2 耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)

2.2.1 耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)空間分布

綜合考慮江西省耕地水土流失不同程度侵蝕面積的占比情況，在水土流失指標(biāo)維度（圖5a），贛江上游的于都縣、章貢區(qū)，修水流域大部分地區(qū)和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)的北部地區(qū)水土流失問題相對嚴(yán)重。在耕地破碎化指標(biāo)維度（圖5b），盡管整體上耕地各景觀格局指數(shù)偏高，但修水流域的安義縣（0.06）、贛江中游的吉州區(qū)（0.11）受人為因素的影響，耕地破碎化高于周圍其他地區(qū)。在與生態(tài)用地沖突指標(biāo)維度（圖5c），整體上耕地占用生態(tài)用地的情況減輕，但贛江上游流域中部的章貢區(qū)、于都縣和興國縣、鄱陽湖環(huán)湖區(qū)東部的彭澤縣、鄱陽縣和余干縣的耕地仍存在嚴(yán)重的占用林地或濕地現(xiàn)象。考慮廢棄礦山對耕地的長時期影響，在礦山損毀指標(biāo)維度（圖 5d），江西省中部的豐城市和崇仁縣、贛江下游的信豐縣的指標(biāo)值低于0.09。

基于耕地的礦山損毀、耕地破碎化、水土流失和與生態(tài)用地沖突指標(biāo)4個維度，測算的生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)表明（圖5e），耕地各生態(tài)修復(fù)問題識別的重點(diǎn)區(qū)域與各指標(biāo)因子的分布相對一致。江西省耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)總體趨于良好，平均值達(dá)到0.75。西部贛江中游和下游流域以及撫河流域的宜黃縣、南豐縣生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)偏高，鄱陽湖環(huán)湖區(qū)、信江流域以及贛江上游整體上偏低。最低的是修水流域的永修縣（0.50）、柴桑區(qū)（0.58）和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)的余干縣（0.58），依據(jù)構(gòu)建的指標(biāo)體系，水土流失和礦山損毀的指標(biāo)權(quán)重較大，由此可見這些地區(qū)在耕地利用中水土流失和礦山破壞問題相對嚴(yán)重。

2.2.2 耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)

按照江西省不同流域劃分了8個一級區(qū)，結(jié)合測算的生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)劃分了二級區(qū)。由于江西省耕地生態(tài)狀況的異質(zhì)性，不同分區(qū)內(nèi)的生態(tài)問題及未來生態(tài)修復(fù)方向存在差異，依據(jù)測算的各指標(biāo)與流域內(nèi)平均值的對比發(fā)現(xiàn)，全省與生態(tài)用地沖突指標(biāo)高于流域平均值的縣區(qū)有39個，礦山損毀指標(biāo)高于流域平均值的縣區(qū)有32個，水土流失指標(biāo)高于流域平均值的縣區(qū)有37個，耕地破碎化指標(biāo)高于流域平均值的有17個。明確了各縣區(qū)耕地的主要修復(fù)方向?yàn)樯鷳B(tài)用地重點(diǎn)修復(fù)區(qū)、礦山生態(tài)重點(diǎn)修復(fù)區(qū)、水土保持重點(diǎn)修復(fù)區(qū)和耕地連通重點(diǎn)提升區(qū)，共劃分為9類二級區(qū)（圖6），全省按流域劃分共38個小區(qū)。

總體來看，信江、修水和撫河流域的耕地存在較為嚴(yán)重的水土流失，需著重加強(qiáng)水土流失防治與修復(fù)，林草地生態(tài)保護(hù)等措施，加大水土保持和生態(tài)用地修復(fù)力度；鄱陽湖、饒河流域和贛江上游流域的中部地區(qū)，耕地大規(guī)模擴(kuò)張，受礦山損毀破壞比較嚴(yán)重，需著重加強(qiáng)礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合整治，濕地保護(hù)與功能提升等措施，進(jìn)而加強(qiáng)生態(tài)用地重點(diǎn)整治和礦山生態(tài)重點(diǎn)修復(fù)；贛江中游和下游流域耕地受丘陵地形影響，分布相對破碎，需加強(qiáng)耕地連通重點(diǎn)提升和水土保持生態(tài)修復(fù)，推進(jìn)發(fā)展立體農(nóng)業(yè)，合理布局農(nóng)林用地，應(yīng)對耕地破碎化問題。

圖4 2000—2018年江西省對耕地造成破壞的遺留礦山點(diǎn)分布

圖5 江西省縣級尺度耕地各指標(biāo)層及生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)評價

圖6 江西省耕地生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)

3 討 論

農(nóng)業(yè)空間是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，評價耕地生態(tài)修復(fù)綜合狀況的因素有很多，指標(biāo)選取與權(quán)重確定都會直接影響結(jié)果的正確性。層次分析法和熵值法單一使用對權(quán)重的影響較大[33]，本文通過拉格朗日乘子法將兩個方法相結(jié)合，可以更好兼顧主客觀因素。同時以往指標(biāo)體系是用單年份的指標(biāo)值來孤立的對比體現(xiàn)變化情況[34]，而本文則選擇用兩期數(shù)據(jù)的變化數(shù)據(jù)，可以更好地體現(xiàn)耕地生態(tài)修復(fù)的動態(tài)性。從評估結(jié)果來看，江西省耕地生態(tài)修復(fù)各指標(biāo)在縣域上呈現(xiàn)顯著的空間差異性，識別的水土流失、破碎化等生態(tài)修復(fù)問題及變化趨勢與相關(guān)研究[35]的結(jié)果較為相近。

隨著持續(xù)開展的生態(tài)修復(fù)治理措施，耕地水土流失治理取得一定的效果，但不合理的耕地利用仍造成局部水土流失加重、破碎化明顯等問題。根據(jù)生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)及分區(qū)結(jié)果，各縣區(qū)耕地均存在較大的改善空間，鄱陽湖環(huán)湖區(qū)、信江流域和贛江下游的中部地區(qū)相對來說生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)偏低的地區(qū)，在今后的發(fā)展中，應(yīng)繼續(xù)實(shí)施濕地保護(hù)、退耕還林還草等生態(tài)修復(fù)措施。隨著農(nóng)業(yè)景觀的多元化，贛南山地丘陵地區(qū)應(yīng)注重發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和土地整治，推動農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型[36]，防止水土流失和破碎化等現(xiàn)象進(jìn)一步惡化?？傮w而言，為了促進(jìn)江西省耕地持續(xù)向好發(fā)展，防止耕地生態(tài)環(huán)境的惡化，江西省應(yīng)該在中國國土空間生態(tài)修復(fù)的大背景下，合理控制耕地擴(kuò)張，防止過多耕地占用生態(tài)用地，還應(yīng)加大水土流失治理和植樹造林，優(yōu)化耕地格局，提高區(qū)域內(nèi)耕地的生態(tài)保護(hù)意識，從而促進(jìn)江西省耕地的可持續(xù)利用，保證糧食安全和生態(tài)安全[37]。

江西省作為國家首批生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)，農(nóng)業(yè)空間生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)在全國具有重要的示范意義。本文構(gòu)建的耕地生態(tài)修復(fù)問題識別和修復(fù)分區(qū)研究與之前生態(tài)環(huán)境狀況評價工作有所不同，本文以生態(tài)修復(fù)問題為基本量綱劃定具體的修復(fù)分區(qū)方向，可為其他山地丘陵區(qū)或者礦山資源豐富區(qū)制訂科學(xué)合理的國土空間生態(tài)修復(fù)提供方法支撐，同時也可為解決江西省耕地的生態(tài)修復(fù)分區(qū)提供科學(xué)的判斷依據(jù)，從而全面提升江西省農(nóng)業(yè)空間保護(hù)和開發(fā)利用水平。然而農(nóng)業(yè)空間發(fā)展受多種驅(qū)動因素的影響[38]，后續(xù)可考慮生產(chǎn)、生活、生態(tài)等多方面綜合評估，以期更加全面綜合的評估耕地利用與生態(tài)環(huán)境的相互作用。

4 結(jié) 論

本文以南方紅壤低山丘陵區(qū)耕地生態(tài)修復(fù)為研究對象，以江西省為例，針對國土空間規(guī)劃中耕地生態(tài)修復(fù)的景觀連通性、礦山生態(tài)負(fù)面影響、恢復(fù)退化土地生態(tài)功能和農(nóng)業(yè)開發(fā)對生態(tài)空間脅迫的程度四大方面，識別了江西省耕地空間的耕地破碎、礦山損毀、水土流失以及與生態(tài)用地沖突四大生態(tài)問題，基于組合權(quán)重確立了耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)，依據(jù)流域、主導(dǎo)耕地生態(tài)問題分區(qū)方法，對耕地生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了綜合分區(qū)，得出以下結(jié)論：

1）江西省耕地的生態(tài)問題比較明顯。贛江下游、鄱陽湖環(huán)湖區(qū)北部等局部耕地的水土流失加重。全省耕地斑塊密度、破碎度趨于增加，聚集度趨于離散，整體趨于破碎化。耕地占用林地、水域與濕地等生態(tài)用地的面積共計739.15 km2，主要在贛江上游的山地丘陵區(qū)和鄱陽湖環(huán)湖區(qū)的濕地地區(qū)。建材及磚瓦黏土類和稀有稀土金屬等廢棄礦山對耕地面積的破壞主要集中分布在鄱陽湖環(huán)湖區(qū)西北部、信江流域和撫河流域交界處地帶。

2）江西省耕地生態(tài)修復(fù)綜合指數(shù)空間差異化明顯，按照劃分標(biāo)準(zhǔn)，將江西省共劃分為8個一級流域區(qū)，9類二級區(qū)，細(xì)化為流域上38個小區(qū)。信江和修水流域需著重加強(qiáng)水土保持和礦山生態(tài)重點(diǎn)修復(fù)，鄱陽湖、饒河流域和贛江上游流域的中部地區(qū)，需要著重加強(qiáng)耕地的生態(tài)沖突重點(diǎn)整治和礦山生態(tài)重點(diǎn)修復(fù)。江西省應(yīng)積極加強(qiáng)耕地的生態(tài)修復(fù)，建立以“生態(tài)問題診斷與識別—生態(tài)修復(fù)綜合分區(qū)—動態(tài)監(jiān)測平臺搭建”為核心的生態(tài)修復(fù)評估體系，提升農(nóng)業(yè)空間生態(tài)修復(fù)的精準(zhǔn)定位和因地施策的能力，以保證糧食安全和生態(tài)安全。

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Identification of ecological problems and restoration zoning in the hilly red soil region of southern China

Wang Xiaoyan1,2, Ning Jia1,3, Shi Wenjiao1,3※

(1.,,,100101,;2.(,100083,;3.,,100049,)

Ecological restoration of land space is one of the most important contents to promote agricultural production in recent years. The cultivated land is also one of the major carriers in agricultural space. A better tradeoff between cultivated land and forest can greatly contribute to the ecological protection and restoration. However, the agricultural land has been fragmented by rapid urbanization, particularly by the transfer of cultivated to marginal land, and the unreasonable land use. Therefore, it is very necessary to accurately identify the ecological patterns of cultivated land for the decision-making on the high-quality development and the scientific restoration of land space. Taking Jiangxi Province of China as the research area, this study aims to improve the scientific and reasonable zoning of the spatial layout during ecological restoration. The identification angles of cultivated land were set as the key points of agricultural spatial ecological diagnosis, according to the standard on Compilation of Provincial Land Spatial Ecological Restoration Planning (Draft for Comment). Some aspects were considered, including the ecological restoration functions of degraded land, the distribution scope and degree of ecological space stress caused by agricultural development, the landscape connectivity, and the negative impact on the mine ecology.The ecological cultivated land was closely related to the spatial restoration of agricultural production. Four indicators were then identified for the fragmentation of cultivated land, mine damage, soil erosion, and the conflict with ecological land. The index degree was also calculated using Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), landscape index, land use transfer matrix, and GIS spatial analysis on each ecological restoration. Furthermore, the comprehensive index of ecological restoration was constructed using the combination weight. The ecological restoration of cultivated land was divided systematically, according to the division method of watershed, main ecological challenges, and restoration degree. The results show that: 1) The mild erosion of cultivated land was found in the study area during 2000-2018. The total area of soil erosion decreased by 50.98%. But the worse erosion was observed in the upper reaches of Ganjiang River, and the area around Poyang Lake. There was a great increase in the patch density and fragmentation of cultivated land, indicating the discrete aggregation tends. Specifically, the cultivated land was occupied 739.15 km2of ecological land, such as forest land, water area, and wetland. The cumulative area (13.18 km2) of cultivated land was destroyed by the abandoned mines, such as the building materials, brick clay, and rare earth metals. 2) There was the outstanding spatial differentiation in the comprehensive index of the cultivated land during ecological restoration. Eight river basins and nine types of secondary areas were then subdivided into 38 sub-districts, according to the key restoration of soil and water conservation, the mine ecology, ecological land, and cultivated land connectivity. Two recommendations were given: 1) The Xinjiang and Xiushui basins need to strengthen the soil and water conservation, as well as the mine ecological restoration. 2) The ecological conflict remediation of cultivated land and the mine ecological restoration can be focused on the central areas of Poyang Lake, Raohe River basin, and the upper reaches of Ganjiang River. The finding can provide a strong support to the high-quality development of cultivated land in agricultural space in national land spatial planning. A scientific basis can also be offered to the ecological restoration layout of agricultural space in Jiangxi Province of China.

diagnosis of ecological problems; ecological restoration zoning; cultivated land; spatial planning; Jiangxi

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.022

F301.21

A

1002-6819(2022)-24-0197-10

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Wang Xiaoyan, Ning Jia, Shi Wenjiao. Identification of ecological problems and restoration zoning in the hilly red soil region of southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(24): 197-206. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.022 http://www.tcsae.org

2022-05-11

2022-10-28

國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金項(xiàng)目（72221002）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目（XDA23100202）；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2022YFB3903504）

王曉燕，研究方向?yàn)閲临Y源調(diào)查與管理。Email：xiaoyan982023@163.com

史文嬌，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槿蜃兓c區(qū)域農(nóng)業(yè)。Email：shiwj@lreis.ac.cn