耕地非农化的空间过程与扩散路径研究——以成都市龙泉驿区为例

任 平，吴 涛，周介铭

耕地非农化的空间过程与扩散路径研究
——以成都市龙泉驿区为例

任 平1，2，吴 涛1，2，周介铭1，2

（1.四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川 成都 610066；2.四川师范大学国土资源开发与保护协同创新中心，四川 成都 610066）

研究目的：在土地利用现状及变更数据的基础上，综合运用多种空间分析法，揭示2005—2013年龙泉驿区耕地非农化空间过程和规律，并通过非农化重心曲线分析其空间扩散路径，从而为耕地资源保护与合理利用提供参考借鉴。研究方法：综合运用空间数据挖掘、GIS空间分析、重心模型等数学模型方法。研究结果：（1）龙泉驿区耕地非农化空间分布较为明显，集中分布在西部平原的城镇周边及主要交通干线附近区域，表现出明显的不均衡性，但2009—2013年与2005—2009年相比，这种不均衡性有所减弱；（2）以耕地非农化指数为等级划分标准的高等别非农化区的行政村集中分布西部平原城镇周边区域，整体呈现出西高东低的空间分布格局，但2005—2009年与2009—2013年不同等级耕地非农化区数量关系及空间格局发生了较大变化；（3）2005—2013年不同等级耕地非农化重心呈现出由高到低从城乡结合部外围区域向城镇中心回旋的趋势，以2005—2009年为基础，2009—2013年高等级耕地非农化重心向西移动，而低等级向东移动，耕地非农化总体重心向西北方向移动了1861.32 m。研究结论：研究结果较好揭示了2005—2013年龙泉驿区耕地非农化空间格局及其空间扩散路径，在一定程度上能为耕地保护与合理利用提供决策参考。

土地利用；耕地非农化；空间格局；扩散路径；城乡结合区

耕地作为保障人类生存和发展的基础性资源，保护有限的耕地资源在中国人多地少的现实国情下显得尤为重要。随着中国新型城镇化、工业化的加速推进，耕地资源不可避免被大量占用，耕地非农化现象也日益突出，开展耕地非农化问题研究对控制城镇建设用地无序扩张、保护与合理利用耕地资源有重要意义。耕地非农化是伴随中国社会经济与城镇化快速发展而产生且不可避免的现象，具体表现为耕地在土地利用结构变化过程中由农业部门向非农业部门转变的动态变化趋势［1］。目前国外关于耕地非农化的研究主要侧重于耕地非农化与经济发展的关系［2］、耕地非农化的影响［3］、耕地非农化的调控政策［4］以及研究方法和手段的改进［5］等，而由于中国的人地矛盾突出，耕地保护的压力巨大，因此，国内的相关研究则主要集中在耕地非农化与其他要素的相关关系及作用机制［6-9］、耕地非农化驱动机制［1，10-12］以及如何有效开展耕地非农化过程中的资源优化配置［13-16］等方面。这些研究的主要目在于解决社会经济发展过程中如何有效协调耕地资源合理利用保护与经济、城镇化发展的关系问题。事实上耕地非农化是土地利用过程中多种因素综合作用的结果，在时间与空间上是一个动态的过程［17］，而传统的研究主要以耕地非农化与社会、经济、人口、城镇化水平等诸多要素的数量关系为出发点，相对缺乏对耕地非农化的时空过程及其空间格局变化的研究。本文以典型大都市城乡结合区——龙泉驿区为研究对象，运用GIS空间分析方法，结合2005—2013年土地利用现状及变更数据分析耕地非农化过程及其空间分布格局，以耕地非农化指数为基础分析耕地非农化的空间扩散路径，揭示非农化的空间规律，从而为耕地资源保护与合理利用提供参考借鉴。

1　研究区概况及数据来源

龙泉驿区位于成都市中心城区东南部，是成都市东部副中心和东部主城区，属于典型的城乡结合部。境内地质构造较为复杂，西部以平原为主，东部山地、丘陵交叉分布，平原、丘陵、山地分别占全区面积的57.07%、2.86%和39.07%。全区幅员面积555.75 km2，下辖4个街道办事处、7个镇和1个乡，共128个行政村。龙泉驿区作为成都市近郊区县，近年来社会经济发展较快，2013年全区地区生产总值达837.06亿元，一、二、三产业结构比例为3∶81∶16，第二产业占绝对优势，人均GDP达106112元，增长17.2%。2013年全区户籍总人口达61.49万人，城镇化率达51.88 %。近年来，龙泉驿区发挥国家级经济技术开发区和城东副中心的区位优势，大力发展以汽车产业为主导的工业经济，城镇发展较为迅速，对建设用地需求日益加大，尤其是以驿都大道为主线的新城建设区位于西部平原地带，与耕地在空间分布上具有交叉性，随着建设用地需求进一步加大，耕地非农化现象也趋于常态化，这也是以龙泉驿区作为典型区域开展耕地非农化研究的现实基础。

本文采用的数据包括龙泉驿区2005年与2009年土地利用现状数据、2013年土地利用变更调查数据以及以行政村为空间单元的行政边界矢量图，将其一并导入ArcGIS 9.3软件平台，运用提取与空间叠加分析等工具，获取不同年份龙泉驿区各行政村耕地数据及不同时段耕地非农化数据。

图2　2005—2013年龙泉驿区耕地非农化洛伦兹曲线Fig.2 The Lorenz curve of cultivated lands conversion in Longquan District， 2005—2013

2　龙泉驿区耕地及非农化现状分析

2.1龙泉驿区耕地分布及非农化现状

龙泉驿区地处平原与山地结合地带，但50%以上为平坝区，耕地分布较为集中。2013年龙泉驿区耕地面积为9492.25 hm2，占全区土地总面积的17.08%，其中旱地、水浇地以及水田分别占比33.84%、34.78%和31.38%。由于龙泉驿区东西部地形条件差异明显，耕地在空间分布上的差异也较为显著。为了方便分析区域内部耕地分布情况，本文采用耕地丰度指数［17］来对比分析各行政村耕地分布的差异性。根据计算结果，采用组内差异最小、组间差异最大的自然间断点分类法对2013年龙泉驿区各行政村的耕地丰度指数进行分级，如图1（a）（封二）。从图中可以看出，龙泉驿区耕地在空间分布上处于明显的不均衡状态，耕地较多及丰富的地区主要集中在西北部及北部平原的黄土镇、洪安镇、西河镇以及洛带镇、十陵街道办事处、大面街道办事处的部分区域，这6个乡镇的耕地数量占到了全区的耕地总面积的70 %以上，东部万兴乡及洛带镇部分区域存在局部耕地集中的情况；而耕地较少及稀少区则集中于龙泉、同安街道办事处的以南区域。

龙泉驿区近些年耕地非农化现象较为明显。从图1（b）（封二）可以看出，2005—2013年龙泉驿区耕地非农化发生的区域主要集中在西部平原地带，包括龙泉、大面、十陵街道办事处以及西河镇、黄土镇城镇建成区周边和部分主要交通干线附近区域，其中大面街道办事处龙安村、龙华社区以及十陵街道办事处来龙村、跃进社区耕地非农化现象尤为突出。值得注意的是，2005—2009年龙泉驿区耕地非农化较为明显的区域主要分布在大面、十陵街道办事处与成都市主城区邻近的区域，而2009—2013年除原有耕地非农化较为明显的区域外，在北部西河镇鹿角社区、洪安镇的洪安火车站社区以及同安街道办事处东部区域均出现了耕地非农化的现象，这表明，随着时间的推移，耕地的非农化有向交通线纵深扩张的趋势。从龙泉驿区耕地非农化整体过程来看，一方面，耕地非农化在成都市区与龙泉驿区的结合地带尤为显著；另一方面，耕地非农化的空间分布呈现城镇外围扩展与点状扩散并存的状态。

2.2龙泉驿区耕地非农化空间差异性分析

本文基于统计学家Lorenz提出的洛伦兹曲线基本原理［18］，以横轴表示行政村单元个数的累计百分比，以纵轴表示耕地非农化面积累计百分比，由此绘制耕地非农化洛伦兹曲线，如图2。从图中可以看出，2005—2013年90%以上的耕地非农化面积集中在30%的行政村区域范围内，60%的行政村包含了耕地非农化面积总量，说明龙泉驿区耕地非农化区域相对集中在少数行政村区域范围内，在村级层面区域非均衡性较大，空间差异性较为明显。对比2005—2009年与2009—2013年两个时段耕地非农化洛伦兹曲线来看，2009—2013年曲线弯曲程度较2005—2009年有所变小，基尼系数分别为0.8049和0.8421，说明龙泉驿区耕地非农化村级行政区域非均衡性在减弱。

3　耕地非农化空间分布格局及扩散路径

3.1耕地非农化空间分布格局

耕地非农化受社会经济发展、城镇扩展等因素影响较大，耕地非农化较为明显的区域往往在空间上与城镇发展区、社会经济发达区等具有高度重合性。为更好掌握耕地非农化空间变化规律，采用Natural Breaks（自然间距分类法）对2005—2009年、2009—2013年龙泉驿区行政村耕地非农化面积分级，分类结果如图3（封二）。

从图3所反映的信息来看，两个时间段耕地非农化的主要区域均集中在龙泉驿区西部、西北部及北部区域，但不同等级耕地非农化的空间区域在不同时期存在较大差异，具体表现为：2005—2009年耕地非农化面积在3.46 hm2以上的行政村在空间上较为分散，而2009—2013年则较为集中，耕地非农化较为明显的区域向西部及西北部转移，东南部及南部区域基本上未出现耕地非农化现象；2005—2009年耕地非农化面积达到33.12 hm2以上的行政村多于2009—2013年，而耕地非农化面积在6.25—33.12 hm2之间行政村数量少于2009—2013年；2005—2009年耕地非农化面积最高的行政村达到135.62 hm2，而2009—2013年则为87.54 hm2，两者相差较大。

由于耕地非农化的面积数量是绝对值，忽略了各行政村的耕地资源禀赋，无法准确客观地反映当地耕地非农化的程度情况。因此，有必要构建耕地非农化指数，即用耕地非农化面积与实有耕地面积的相对值来衡量各行政村单元的耕地非农化水平。其计算公式如下：

式（1）中，Pi表示第i个行政村的耕地非农化指数，Fi为第i个行政村的耕地非农化面积，Si表示第i个行政村耕地面积。依据耕地非农化指数，将龙泉驿区耕地非农化空间分布格局划分为6种类型，即Pi= 0为零度非农化区（未发生耕地非农化现象），Pi∈（0，0.05］为低度非农化区，Pi∈（0.05，0.15］为轻度非农化区，Pi∈（0.15，0.25］为中度非农化区，Pi∈（0.25，0.35］为重度非农化区，Pi∈（0.35，1.00］为极度非农化区，如图4（封三）所示。

对比图3来看，图4中耕地非农化等级较高的区域在空间分布上更为明显，集中程度高于以耕地非农化面积划分的高等级非农化区，且主要集中在城镇周边区域，说明以非农化指数区分耕地非农化空间集聚特性，更好表达了龙泉驿区耕地非农化空间格局。从图4中可以看出2005—2013年龙泉驿区极度、高度以及中度非农化区主要集中在西部平原的城镇建成区周围区域，耕地非农化水平整体呈现出西高东低的空间分布格局。2009—2013年与2005—2009年相比，耕地非农化空间格局发生了较大变化，具体表现为：极度非农化区空间单元有所增加，其更加集中在西部大面、十陵、龙泉街道办事处城镇周边区域，而高度与中度非农化空间单元有所减少；东部及东南部耕地非农化速度有所减缓，但低度非农化区空间单元明显增加，而未发生耕地非农化现象的零度非农化区则相应减少，说明龙泉驿区耕地非农化的空间区域有所延伸。

3.2耕地非农化扩散路径

从前面的分析可以看出，龙泉驿区耕地非农化在不同时段的空间分布存在一定的差异。由此，本文引入重心模型［19］来分析以行政村为空间单元的不同规模级别的耕地非农化重心变化情况及其空间扩散路径。重心坐标一般以地图中经纬度来表示，其计算公式如下［20］：

式（2）、式（3）中，X、Y分别为发生耕地非农化空间分布重心的经纬度坐标；Ci为空间单元i发生耕地非农化的面积；Xi、Yi分别为空间单元i的经纬度坐标。

基于耕地非农化指数的分级结果，运用式（2）、式（3）计算不同等级的耕地非农化重心，并将重心坐标点以点状地物添加到行政村矢量边界图层上，按照等级高低次序用曲线连接，形成耕地非农化重心曲线（图5，封三）。

从图5中可以看出，不同等级耕地非农化区域重心在空间上较为分散，说明耕地非农化区域差异较大，但整体上集中分布在西部平原地带，这也从侧面反映了西部平原区作为龙泉驿区城镇发展的集中区域，在城市规划及发展扩张过程中，社会经济活动对耕地非农化产生了较大影响。从龙泉驿区耕地非农化曲线的变化情况来看，主要表现出以下几方面的特征：（1）2005—2009年龙泉驿区不同等级耕地非农化的重心整体上由高到低从城乡结合部外围区域向城镇中心回旋，城镇外围区域在城镇与社会经济发展过程中耕地非农化的现象较为明显；2009—2013年不同等级耕地非农化重心整体上由高到低呈现出西—东向递减趋势，而且重心点在空间分布上相对2005—2009年较为均匀；（2）2005—2009年除极度非农化区域外，各等级耕地非农化重心分布相对集中，而2009—2013年则相对分散，这也说明2005—2009年龙泉驿区耕地非农化区域比2009—2013年更为集中；（3）从不同等级非农化重心空间分布状况来看，相比较2005—2009年而言，2009—2013年耕地非农化空间扩散距离和方向是向西北方向移动了1861.32 m，具体表现为高等级非农化重心均不同程度向西移动，即极度非农化区（等级1）与中度非农化区（等级3）向西南方向移动，高度非农化区（等级2）与轻度非农化区（等级4）向西北方向移动；低等级非农化重心则向东有所移动，即低度非农化区（等级5）与零度非农化区（等级6）分别向东北、东南方向移动。

4　结论与讨论

本文基于GIS空间分析方法对龙泉驿区2005—2013年耕地非农化的空间过程进行可视化表达与空间统计，开展耕地非农化空间格局与空间扩散路径分析，主要结论如下：（1）2005—2013年龙泉驿区耕地非农化空间分布较为明显，受地形条件的限制，主要集中在西部平原地带，尤其是该区域的城乡结合部；耕地非农化发生的区域集中在城镇周边及主要交通干线附近，并且有沿交通线纵深扩张以及点状扩散的趋势；2009—2013年与2005—2009年相比，耕地非农化的区域非均衡性在弱化。（2）以行政村作为空间单元，按照耕地非农化数量进行分类，2005—2013年耕地非农化数量较大的行政村集中分布在西部、西北部及北部区域。2009—2013年与2005—2009年相比，耕地非农化数量较大的行政村相对集中；耕地非农化较为明显的区域向西部及西北部转移，东南部及南部区域基本上未出现耕地非农化现象。（3）以耕地非农化指数作为等级划分的标准，更能反映龙泉驿区耕地非农化的空间格局。2005—2013年龙泉驿区极度、高度以及中度非农化区主要集中在西部平原的城镇建成区周围；耕地非农化水平整体呈现出西高东低的空间分布格局，基本符合龙泉驿区的实际情况。（4）基于耕地非农化指数分级的耕地非农化重心曲线分析表明，不同等级耕地非农化区域重心在空间上较为分散，说明耕地非农化区域差异较为明显，但整体上集中分布在西部平原地带。2005—2013年不同等级耕地非农化重心呈现出由高到低从城乡结合部外围区域向城镇中心回旋的趋势，从侧面反映了龙泉驿区社会经济与城镇发展的空间过程；2009—2013年高等级耕地非农化重心向西移动，而低等级非农化重心则向东移动，耕地非农化重心向西北方向移动了1861.32 m。

从整体来看，以耕地非农化空间变化为基础，分析龙泉驿区耕地非农化空间过程及其分布格局、空间扩散路径等，一定程度上揭示了其耕地非农化的空间规律，也从侧面上反映了社会经济、城镇发展、地理环境等因素对耕地非农化产生的影响，可以为耕地合理利用与优化布局提供一定的决策参考。另外，耕地非农化一定程度上受约于土地利用总体规划，但是目前规划在很大程度上是对数量管控的约束，但是像龙泉驿区这样的县一级土地利用规划，在一定程度上很难兼顾耕地保护与社会经济的统一，而规划中用途管制的控制作用又往往被仅满足数量要求而予以弱化，这些都使得耕地非农化趋势越发严峻。因此，从耕地的质量角度来深化和完善耕地非农化过程的研究，将是下一步的重点研究内容。

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（本文责编：陈美景）

Study on the Spatial Pattern and Diffusion Path of Cultivated Land Conversion: A Case Study in Chengdu Longquanyi District

REN Ping1，2， WU Tao1，2， ZHOU Jie-ming1，2
（1. Key Lab of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest， Ministry of Education， Sichuan Normal University， Chengdu 610066， China； 2. Collaborative Innovation Center for Land Resource Development and Protection，Sichuan Normal University， Chengdu 610066， China）

Applying a series of spatial analytics e.g. GIS techniques and spatial data mining， this paper proposes to reveal the law and spatial process of cultivated land conversion in a typical rural-urban fringe zone of the Longquanyi District in Chengdu metropolitan area. Additionally， by analyzing the spatial diffusion path of cultivated land conversion in the studyarea based on the weighted center curve， this paper can provide decision references for cultivated land protection and intensive land use. The results showed that： 1）there was a significant spatial pattern for the cultivated land conversion in Longquanyi District. In detail， the conversion which was mainly occurred in near urban area or along major transportation route， showed spatially uneven. According to time series analysis， such uneven tendency was more significant associated with the conversion from 2005 to 2009， than that from 2009 to 2013. 2）The villages in higher class conversion areas，which were classified by cultivated land conversion indices， were distributed over the west region， where is a plain area and urbanized. But the spatial patterns for different classes of conversion areas were significantly different between the two periods， i.e. from 2005 to 2009， and from 2009 to 2013. 3）The pattern of the weighted centers for different classes of cultivated land conversions appeared a tendency that from higher to lower class and the centers moved from the periphery of rural-urban fringe zone to urban area. Based on the tendency for the conversion from 2005 to 2009， the weighted center for high class of cultivated land conversion from 2009 to 2013 moved to the west， while the weighted center for low class moved to the east. Overall， the weighted center for all classes moved to the northwest with 1861.32 m. It is concluded that the spatial pattern and diffusion path for the cultivated land conversion from 2005 to 2013 in Longquan District can be clearly revealed in this research， which can provide decision references for cultivated land protection and intensive land use.

land use； cultivated land conversion； spatial pattern； diffusion path； rural-urban fringe zone

F301.21

A

1001-8158（2015）12-0068-06

10.11994/zgtdkx.2015.12.009

2015-05-26

2015-10-14

国家自然科学基金项目（41301196）。

任平（1978-），男，湖北荆门人，教授，博士。主要研究方向为国土资源管理与生态环境效应。E-mail： pren121680@126.com