北京平原区粮菜林三地类时空转变特征

奉 婷，张凤荣，聂 鑫，谢 臻，汪 晗



北京平原区粮菜林三地类时空转变特征

奉 婷1,2，张凤荣2※，聂 鑫1，谢 臻2，汪 晗1

（1. 广西大学公共管理学院，南宁 530004； 2. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193）

该文利用遥感与地理信息系统技术研究北京平原区农用地内部粮田、菜地和林地三大类农地利用类型的变化。结果表明：2004年至2014年这10 a间，粮田转变为林地与菜地是北京平原区农地利用变化主流。粮田转变为林地面积是969.97km2，其土地利用变化重要性指数高达72.11%，在各类农地利用变化类型中居首。而粮田转为菜地则主要是粮田转变为设施菜地，10 a间粮田转变为设施菜地面积是163.53km2，其土地利用变化重要性指数为12.16%，在各类农地利用变化类型中居次；同时，10 a间北京平原区农地利用变化存在空间分异特征。主城近郊区与远郊平原区农地利用变化主要是粮田转为林地，两大分区中该变化类型土地利用变化重要性指数分别为84.18%、76.21%，明显高于其他农地利用变化类型土地利用变化重要性指数。在城市新区，粮田则分别转为林地与设施菜地；10 a间北京平原区农地利用空间分布均具有圈层特征，由近郊向远郊，农地内部结构都呈现林地为主类型，到粮田、菜地与林地混合利用类型，再到粮田与林地组合利用类型的空间格局。而10 a间随着主城区的外扩，上述农地利用圈层特征出现了由近郊向远郊外移、且林地与蔬菜面积占比增加的现象。研究认为：农地内部粮、菜、林3地类的转变和农地利用圈层外移是农户追求经济效益最大化与政府为改善生态环境所致；而改善生态不应以牺牲粮田为代价，应充分利用粮田的生态系统服务功能以实现生态绿化目的。

土地利用；遥感；地理信息系统；农地利用变化；时空转变特征；北京平原区

0 引 言

自从1993年，“国际地圈与生物圈计划”（international geosphere-biosphere program）和“全球变化人文因素计划”（international human dimensions programme on global environmental change）两大国际组织共同启动“土地利用/土地覆被变化（land-use and land-cover change，LUCC）科学研究计划”并将其作为全球变化研究核心内容后，土地利用/土地覆被变化成为了全球气候变化与全球环境变化研究重要内容[1-4]。目前国际上以人类-环境耦合系统为核心的土地利用/覆被动态过程监测与模拟成为该研究领域热点问题[5-6]。自20世纪90年代中后期受国际科学研究计划影响，国内LUCC研究也活跃开来，主要包括土地利用变化时空特征，土地利用变化生态环境效应以及土地利用变化驱动机制研究内容等[7-11]。相较于宏观尺度研究，在国家提出粮食安全保障背景影响下，国内中微观尺度关于农地利用变化相关研究多围绕耕地保护与利用展开，涉及到耕地质量、景观格局以及集约度等方面变化情况[12-15]。另外，近些年来中国城镇化进程高速发展，北京、上海等大都市区均面临耕地资源保护难的问题，在这些区域农地利用诸多研究针对基本农田划定、高标准基本农田建设以及耕地多功能性等内容展开了探讨[16-18]。这些探索不仅基于中国国情丰富了土地利用/覆被变化研究内涵，同时还对农业发展与农地可持续利用具有理论指导价值。但目前农用地、耕地变化方面研究多从土地利用类型角度出发，鲜有将土地利用类型与其生产经营方式作为整体展开分析[19]，本研究在土地利用类型基础上结合生产经营方式对农地利用变化进行探索，以期寻求突破。

受城市经济发展影响，加之特殊的政治与文化地位，近10 a首都北京的土地利用/覆被发生显著变化[20-21]；特别是平原区土地利用变化剧烈。除了同其他城市一样存在着城市化造成建设用地的不断扩张蚕食耕地外，另一个值得注意的是，北京市为建设宜居城市而进行的平原造林工程[22]。平原区土地利用率高，几乎没有未利用地；平原造林绿化也势必与粮争地。北京市庞大的人口对蔬菜需求巨大[23-24]，在城市扩张、平原绿化造林过程中，菜地又发生了怎样的变化。因此，研究北京平原区的农地内部粮、菜、林三地类时空转变特征，这对于揭示平原区大城市城市化和生态建设过程中的农地变化规律具有科学意义，以期为平原大城市土地利用优化与可持续发展提供参考。

1 研究区概况

北京市主要地貌类型有山地、丘陵和台地、平原三种类型(图1)。由于地形平缓、土壤肥沃以及水源丰富等自然禀赋条件，平原区已成为全市各类生产生活活动最主要场所。北京作为环渤海经济圈的核心区，工业化与城市化程度很高。2013年全市生产总值19 500.6亿元，一、二、三产业产值比为0.83∶22.32∶76.85。全市常住人口为2 114.8万人。据《北京统计年鉴2014》数据显示：2013年北京市农作物播种面积中粮食与蔬菜播种面积占比分别为65.70%、28.51%，近10 a间粮食与蔬菜一直为北京市最主要农作物，对耕地集中分布区——平原区而言更是如此。同时，据近10 a《北京农村年鉴》数据显示：北京设施农业以蔬菜、瓜果种植为主，苗圃种植与牲畜养殖较少。另外，同期北京平原区造林工程实施对农地利用影响也不可小觑。受城镇化和生态建设的影响，北京平原区目前不仅面临耕地保护巨大压力，其农地内部结构也必然发生变化。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究的平原区是指高程100 m以下及坡度3°～5°以下的，北京市内包括了山前台地和冲积平原区内的区域。但考虑到空间的连片性，不包括延庆盆地的平原区。土地利用变化采用了2004年Landsat TM 5影像和2014年Landsat OLI影像。根据北京市平原区主要农作物类型与农地利用特点，遥感数据分辨率与本研究需要，通过外业调查并结合农地利用方式将区域农地利用划分为粮田、设施菜地、露天菜地、林地4大类型（表1）。其中，考虑到果园多分布在山区，平原区园地类型划分对本研究意义不大，并且平原区造林在遥感影像上纹理特征与园地相近、不易区分，故将果园与有林地、未成林地、苗圃等统一划分为林地；依据农作物类型不同划分为粮田与菜地；又考虑到设施菜地与露天菜地在集约度、经济收益和生态效应上的差异，将菜地又划分为设施菜地和露天菜地。另外，据《2012年北京市土地利用变更调查》数据得到：平原区草地面积仅占该区域总面积0.02%，且近10 a内变化不显著，故不将其纳入本研究范畴。最终，本文将基于粮田、设施菜地、露天菜地、林地4大类型对北京平原区粮、菜、林3大主要农地利用类型时空转变特征展开研究与讨论。借助ENVI5.1与ArcGIS10.2软件平台，运用人机交互式解译方法，得到北京平原区2004年与2014年2期的农地利用图斑数据库和属性数据库。

表1 北京平原区农地利用分类体系

在实地采集GPS样本点基础上结合高分辨率遥感影像对分类结果进行精度检验：其中2014年遥感影像，从采集GPS样本点中抽取具有代表性的土地覆被验证点125个，并在Google Earth软件同时期高精度影像上补充采集175个，共形成300个验证点进行检验；而2004年影像验证点则主要利用Google Earth高分辨率影像，再结合北京市国土局提供的2004年土地利用数据，同样挑选300个验证点进行检验。分类精度检验结果是：2004年与2014年分别为87.23%和85.11%，满足遥感土地利用解译精度要求。

2.2 研究方法

土地利用变化特征包括土地利用数量规模、内部结构与空间格局变化等方面，参照姜广辉等[25]研究将平原区划分为主城区（东城和西城）、主城近郊区（朝阳、丰台、石景山与海淀）、城市新区（通州、顺义、大兴全域和昌平与房山的平原区）以及远郊平原区（平谷、门头沟、怀柔与密云各区的平原部分），对各分区农地利用变化展开测度。

2.2.1 土地利用变化幅度

应用公式（1）研究区域土地利用总体变化态势[26]

式中U、U分别为研究初与研究末期某一种土地利用类型数量，是土地利用变化幅度。

2.2.2 土地利用变化重要性指数

通过测算土地利用变化重要性指数（C），得到土地利用变化主要类型。公式如下[27]

（3）

式中C是第种变化类型的土地利用变化重要性指数，取值在0～1；A指第类土地变化面积，km2；是区域各类土地变化面积和，km2。当C越大，则说明第类土地变化为主导变化类型。对于土地变化种类分析，将C值从大到小降序排列，统计C值累计和大于80%的土地变化类型，由此得出区域主要土地变化类型；采用同样的方法统计C值大于1%以及其累计和大于90%的农地变化类型作为农地内部调整主要类型。

2.2.3 洛伦兹曲线

洛伦兹曲线可用于分析空间单元的分布，也可用于对比2个空间单元分布状况，是研究离散区域分布的重要方法。土地利用变化研究中可利用此方法分析区域土地利用结构集中化趋势：当各土地利用类型面积越接近时，曲线越接近均匀分布线；而反之当区域土地利用集中于某一种或几种类型时，曲线则越偏离均匀分布曲线[28-29]。本研究将用此曲线分析北京不同分区各土地利用类型空间分布集中和离散状态。

2.2.4 组合类型

威弗—托马斯（Weaver-Thomas）组合系数法能够反映农地不同利用方式的结构特征与其组合类型[30]。该方法原理是利用土地假设分布（假设相对面积百分比）来逐步逼近实际分布（实际相对面积百分比），由此得到最接近实际分布土地利用组合类型。该方法思路是：先将各种农地利用类型面积比例由大到小排列。然后假设土地只为一种类型，则将这类型假设分布为100%，而其他类型假设分布为0；如果是分配给2种类型，则这2种类型假设分布各为50%，其他类型假设分布为0；以此类推，如果区域土地均匀分配给粮田、设施菜地、露天菜地和林地4种农地利用类型，则分布假设为25%。在此基础上，测算每种假设分布与实际分布之差的平方和，即是组合系数。最后选择组合系数最小的假设分布类型作为该区域农地利用组合类型。

3 结果与分析

3.1 粮田、设施菜地、露天菜地与林地数量变化

2004年与2014年北京平原区农地利用类型分布情况如图2所示。借助ArcGIS平台空间分析与统计功能，依据公式（1）对研究区2期农地利用图形数据进行面积统计与分析，得到不同时期北京平原区各类农地利用面积及变化幅度（表2）。结果显示：林地、设施菜地与露天菜地用地面积都有不同程度增加，林地净增面积高达924.50 km2，由2004年864.34 km2增加至2014年的17 88.83 km2，增幅为106.96%；设施菜地净增面积居次，由2004年119.56 km2增至250.17 km2，10 a间共增加了130.61 km2，增幅为109.24%；露天菜地由2004年23.16 km2增至2014年的49.37 km2，增幅为113.17%；相较于前三者类型的增加，粮田减少态势明显，平原区10 a间粮田共减少了1 652.89 km2，由2004年2 790.83 km2减至1 137.94 km2，减幅为59.23%。

3.2 粮田、设施菜地、露天菜地、林地空间转化

3.2.1 平原区农地主要变化类型

依据公式（2）和（3）得到不同变化类型的土地利用变化重要性指数后，将其从大到小降序排列；将C值大于1%以及其累积之和大于90%的农地变化类型提取出来，筛选得到研究区2004―2014年农地利用内部结构调整情况（表2）。

分析得到，研究区农地变化面积为1 345.22 km2，变化面积占研究区总面积21.48%。在发生变化的12类农地内部调整类型中，粮田转为林地与粮田转为设施菜地这2种类型土地变化C值累积之和已高达84.28%，而其中粮田转为林地变化类型C值高达72.11%，可见该区域粮田转变为林地是农地内部结构调整主要趋势。另一方面，粮田转为设施菜地变化类型C值为12.16%，粮食作物种植呈下降趋势，蔬菜比例上升；并且在各类主要农地利用内部调整过程中，蔬菜种植多以日光温室与大棚等生产方式为主。

表2 2004—2014年农地利用结构调整情况

注：C为土地利用变化重要性指数。

Note: Cis land use change intensity index.

3.2.2 平原区农地变化类型空间分异

土地利用变化会因区位差异而出现空间分异。通过主城近郊区、城市新区与远郊平原区2004年、2014年农地利用类型分布图空间叠加，根据式（2）与（3）分析得到各分区土地利用变化重要性指数，提取C值累积之和大于90%的类型，最终得到不同分区2004－2014年农地内部结构调整空间分异情况（图3）。

结果显示：主城近郊区与远郊平原区农地利用变化主要是粮田转为林地，两大分区中该变化类型土地利用变化重要性指数分别为84.18%、76.21%，明显高于其他农地利用变化类型土地利用变化重要性指数。农地内部结构调整中，主城近郊区、城市新区与远郊平原区呈现出变化类型由少变多再变少趋势：其中三大分区均表现为粮田转变为林地类型为首的特征。有所不同的是主城近郊区不仅大部分粮田转为林地，还有部分设施菜地也转为林地。由此可见，紧邻主城区的近郊区农地结构调整趋势是由集约度较高的农地利用类型向集约度更低的类型转变。而远郊平原区还有部分林地转为了粮田、粮田又转为设施菜地，可见该区域农地结构调整态势为集约度较低的农地利用类型向集约度更高类型转变。与这两大分区有所不同的是，城市新区农地利用内部结构调整类型则更多样化与均衡化。除了粮田、露天菜地转为林地之外，还有很大一部分林地转为粮田，少量粮田、林地转为设施菜地，该区域整体上农地利用内部结构调整最为频繁。作为北京过去的“粮仓”，大兴、通州与顺义等城市新区如今仍是农业生产活动最活跃区域。

3.3 粮田、设施菜地、露天菜地、林地集散状态

根据洛伦兹曲线绘制方法，将各分区内粮田、设施菜地、露天菜地、林地占总面积百分比从大到小顺序排列，然后计算其累积百分比，据此绘制北京平原区2004与2014年平原区及各分区洛伦兹曲线（图4）。从洛伦兹曲线能够清晰了解粮田、设施菜地、露天菜地、林地的集中化程度与空间差异。

a. 主城近郊区

a. Suburban area

b. 城市新区

b. New urban districts

从2期农地利用洛伦兹曲线变化来看，2014年平原区洛伦兹曲线比2004年曲线更靠近均匀曲线，整体而言，平原区农地利用发生着由粮田为主向多种农地利用类型共存变化。2004年粮田、林地、设施菜地与露天菜地分别占研究区农地总面积比例为73.48%、22.76%、3.15%与0.61%；2014年各比例分别变化为35.27%、55.45%、7.75%与1.53%。数据显示：平原区农地利用2004年主要以粮食作物种植为主，因此农地集中化程度较高；发展至今农地利用呈现出林地与粮田为主，设施菜地增长态势，农地利用多样化水平提高。另外，不同分区农地利用集散状态也有所差异：其中主城近郊区与城市新区变化最为明显，前者在2004年是各分区中农地利用集中化水平最低区域，并且明显低于平原区平均水平，发展至2014年其农地利用洛伦兹曲线最偏离平均水平，成为平原区农地利用集中化程度最高区域；后者则由2004年农地利用集中化水平最高区域变成2014年农地利用离散度最高区域。数据显示：主城近郊区2004年粮田、林地占该区域农地总面积比例分别为54.14%与39.95%，到2014年该区域林地占农地总面积比例高达86.33%，而粮田比例降低至10.22%，林地跃升为主城近郊区最主要农地利用类型是该区域农地利用集中度剧增主因。而城市新区粮田、林地与设施菜地占该区域农地总面积比例由2004年78.94%、17.12%与3.28%分别为2014年的38.64%、50.14%与9.23%，可见该区域农地利用内部结构调整最活跃，大量粮田不仅转为林地，同时部分粮田也转为设施菜地，由过去粮田为主农地利用结构向林地、粮田与设施菜地多元农地利用均衡发展过渡。相较于前两者，虽然远郊平原区10 a间农地利用集中化程度变化并不显著，但从统计数据看，这是粮田与林地占区域农地总面积比例互相置换的结果：2004年该区域粮田、林地占其农地总面积比例分别是61.93%与36.34%，而2014年粮田、林地比例分别为33.42%与62.16%；10 a间出现这种变化特征一方面源于该区域处于北京山前平原过渡带，特有的自然地理条件决定其在研究初期就已形成“粮食—林地”农业生产结构，另一方面也是源于平原造林政策实施的结果。

3.4 粮田、设施菜地、露天菜地、林地组合类型变化

采用威弗—托马斯组合系数法，以乡镇（街道）为单元对2004与2014年农地利用组合类型空间分布情况进行分析。

从图5结果来看，虽然10 a间农地利用组合类型更多样化，同时各种组合类型也发生了不同程度的空间变化，但2期农地利用组合类型空间分布都具有圈层特征：2004年，临近主城区的近郊区街道、乡镇多以林地种植为主，呈现出环绕着中心城区的林地圈层；随着中心城区向主城近郊区外围延伸，开始出现粮田—设施菜地—林地混合型圈层，但其空间分布并不广泛，以丰台、朝阳与海淀居多；再向远郊延伸，城市新区多为粮田—林地与粮田为主的组合类型，并且这些区域中，即使是粮田—林地组合类型也多以粮田为主、林地为辅；2004年粮田—林地与粮田为主的组合类型空间分布最广泛，城市新区主要为这两大组合类型，其圈层特征也最为明显。最后延伸到远郊北部邻近山地区域开始出现林地为主的组合类型，多分布在平谷、怀柔与密云平原区北部。整体而言，2004年农地利用多以粮食作物种植为主，至于蔬菜种植、特别是设施菜地种植比例较低；由于这种农地利用类型的“单一化”，令其农地利用圈层特性在空间上并非是匀称分布。

2014年与2004年农地利用空间分布特征相比，同具有圈层性：靠近主城区依旧分布的是林地为主的农地利用圈层；并且该圈层与2004年相较在空间上明显发生扩张，几乎已覆盖整个主城近郊区。另外，紧挨着林地圈层的依然是粮田—设施菜地—林地混合型圈层，并且多分布在城市新区，以大兴北部为主，部分位于通州中部与北部、房山东部，以及少量零星分布在顺义与昌平；同时，远郊平原区中的平谷与密云也开始出现该组合类型。而这一圈层随着林地为主圈层在空间上的扩张，与2004年相比空间上也有所向远郊迁移，并且空间分布较过去更加广泛。再继续向远郊延伸，出现的依旧是粮田—林地圈层，主要分布在城市新区外围以及远郊平原区；依据粮田与林地占研究单元农地总面积比例大小差异发现，该圈层与2004年相比最大不同在于，2014年以粮田为主类型已不再有，而2004年粮田与林地组合类型中更倾向于以粮田为主，而如今该组合类型中则出现林地为主趋势，并且林地为主、粮田为辅的组合类型在空间分布上比粮田为主、林地为辅或者粮田、林地均分的组合类型更临近城区与近郊区，粮田为主、林地为辅或者粮田、林地均分组合类型则几乎分布在房山西南部、大兴与通州南部、平谷北部及密云等平原最远郊区域。

4 讨 论

尽管10 a间农地利用各圈层由中心城区向郊区在不断外迁，但农地利用空间格局整体上还是保持着近郊蔬菜种植为主、远郊粮田与林地种植为主特征；而这种随着中心城区向农村腹地迁移，由集约度较高的设施菜地生产方式逐步向集约度较低的粮食、林地种植模式转变的空间分异特征，即城镇化发展下近城区地租“水涨船高”，为平衡农业生产过程中成本收益关系，农户会根据地租变化适时调整种植作物与生产模式。农地利用以蔬菜—粮田—林地这种圈层结构关系并向远郊区域“外移”的过程是对城镇建设扩张下地租上涨压力的响应。

然而农业区位论无法解释的是：紧邻主城区的近郊区农地利用中是以林地为主而并非菜地，这是因为大都市区政府为改善生态环境进行平原造林的结果。但导致平原区非常珍贵的耕地资源大量减少，使得国家耕地保护目标不仅受到建设占用的压力，同时还要遭受生态建设的挤占。大都市区即要实现耕地保护目标又实现生态建设目标，则应考虑充分利用耕地的生产与生态双重功能，而由于菜地的水肥药投入高，显然耕地种植粮食作物能够更好发挥生态功能[31]。

5 结 论

1）城镇化与平原绿化工程推动下，北京平原区农地利用内部各类型间都发生大面积流转。在该区域农地内部各类型变化中，粮田、设施菜地与林地是变化显著的农地利用类型，大量粮田转变为林地与设施菜地，粮田转变为林地面积是969.97 km2，其土地利用变化重要性指数高达72.11%，在各类农地利用变化类型中居首。而粮田转为菜地则主要是粮田转变为设施菜地，10 a间粮田转变为设施菜地面积是163.53 km2，其土地利用变化重要性指数为12.16%。农地利用内部结构调整呈现空间分异特征：距离中心城区最近的主城近郊区与距离中心城区最远的远郊平原区均表现出粮田转变林地为主；地域上居于前面两大分区之间的城市新区农地利用内部变化类型最多，除了粮田与林地之间互相转变外，露地与设施菜地跟粮田、林地间的转变也多发生在该区域内。由此可见，城市新区中大兴、顺义与通州不仅在过去是北京粮食主产区，至今依然是农业产业结构调整与生产活动最活跃区域。从农地利用变化态势来看，北京平原造林工程是导致该区域粮田转为林地的主因；与此同时，粮田转变为菜地，而菜地中设施菜地面积增幅又远大于露天菜地。

2）农地利用类型空间集散状态变化表现为：主城近郊区在造林工程实施作用下大量粮田转变为林地，林地成为该区域最主要农地类型，农地利用集中度大幅升高。与此同时，城市新区也受到平原造林影响，大量粮田转为林地；另外还有部分粮田转变为设施菜地，农地利用由低集约种植向高集约种植转型，导致该区域农地利用类型在空间分布上更趋多元化与均衡化。相对前面两者，远郊平原区农地利用类型依旧主要为粮田与林地，而这是10 a间粮田与林地面积在该区所占空间比例互相置换下所出现的结果。

3）近10 a北京平原区农地利用组合类型空间分布都具有圈层特征，由中心城区向远郊延伸圈层依次为林地圈层、粮田—设施菜地—林地混合圈层以及粮田—林地组合圈层。两期有所不同的是：紧邻中心城区林地圈层发展至今空间分布更广，几乎已覆盖整个主城近郊区；而临近该圈层所出现设施菜地—粮田—林地混合圈层其所涉空间范围也在变广，多分布在大兴与通州中北部，呈现出由近郊区向远郊迁移态势。而距离中心城区最远的粮田—林地圈层2004－2014年内有所变化的是，过去该圈层粮田为主，林地为辅，而如今该圈层两者比例则发生置换，呈现林地为主、粮田为辅特征。两期农地利用圈层结构表明平原区由中心城区向远郊辐射，农地利用集约度具有“低—高—低”变化态势这一空间分异特征。

[1] Mooney H A, Duraiappah A, Larigauderie A. Evolution of natural and social science interactions in global change research programs.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110(Supp.1): 3665－3672.

[2] Sterling S M, Ducharne A, Polcher J. The impact of global land-cover change on the terrestrial water cycle[J]. Nature Climate Change, 2013, 3(4): 385－390.

[3] 李秀彬. 全球环境变化研究的核心领域——土地利用/土地覆被变化的国际研究动向[J]. 地理学报，1996，51(6)：553－558.

Li Xiubin. A review of international researches on land use/land cover change[J]. Acta Geographica Sinica, 1996, 51(6): 553—558. (in Chinese with English abstract)

[4] Ojima D, Moran E, Mcconnell W, et al. Global land project: Science plan and implementation strategy[J]. Environmental Policy Collection, 2005.

[5] IGBP Secretariat. GLP(2005) Science plan and Implementation Strategy[R]. IGBP Report No.53/IHDP Report No.19, 2005, Stockholm: 64pp.

[6] Turner II B L, Lambin E F, Reenberg A. The emergence of land change science for global environmental change and sustainability[J]. PNAS, 2007, 104(52): 20666－20671.

[7] 刘纪远，匡文慧，张增祥，等. 20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J]. 地理学报，2014，69(1)：3－14.

Liu Jiyuan, Kuang Wenhui, Zhang Zengxiang, et al. Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014, 69(1): 3－14. (in Chinese with English abstract)

[8] 刘成武，李秀彬. 1980－2002年中国农地利用变化的时序特征[J]. 农业工程学报，2006，22(4)：194－198.

Liu Chengwu, Li Xiubin. Time-sequence characteristics of the annual changes of the agricultural land use in China during the period 1980－2002[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2006, 22(4): 194－198. (in Chinese with English abstract)

[9] 杨依天，郑度，张雪芹，等. 1980－2010年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应[J]. 地理学报，2013，68(6)：813－824.

Yang Yitian, Zheng Du, Zhang Xueqin, et al. The spatial coupling of land use changes and its environmental effects on Hotan oasis during 1980－2010[J]. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(6): 813—824. (in Chinese with English abstract)

[10] 彭建，王仰麟，张源，等. 滇西北生态脆弱区土地利用变化及其生态效应——以云南省永胜县为例[J]. 地理学报，2004，59(4)：629—638.

Peng Jian, Wang Yanglin, Zhang Yuan, et al. Land use change and its ecological effect in the ecotone of northwest of Yunnan province, China: A case study of Yongsheng county[J]. Acta Geographica Sinica, 2004, 59(4): 629－638. (in Chinese with English abstract)

[11] 刘纪远，张增祥，徐新良，等．21世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析[J]. 地理学报，2009，64(12)：1411－1420.

Liu Jiyuan, Zhang Zengxiang, Xu Xinliang, et al. Spatial patterns and driving forces of land use change in China in the early 21st century[J]. Acta Geographica Sinica, 2009, 64(12): 1411－1420. (in Chinese with English abstract)

[12] 孔祥斌，刘灵伟，秦静. 基于农户土地利用行为的北京大兴区耕地质量评价[J]. 地理学报，2008，63(8)：856－868.

Kong Xiangbin, Liu Lingwei, Qin Jing. Arable land evaluation based on the household land use behavior in Daxing district of Beijing[J]. Acta Geographica Sinica, 2008, 63(8): 856－868. (in Chinese with English abstract)

[13] 姜广辉，赵婷婷，段增强，等．北京山区耕地质量变化及未来趋势模拟[J]. 农业工程学报，2010，26(10)：304－311.

Jiang Guanghui, Zhao Tingting, Duan Zengqiang, et al. Cultivated land quality change and its future trend modeling in Beijing mountainous area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(10): 304－311. (in Chinese with English abstract)

[14] 岳德鹏，王计平，刘永兵，等. 京郊西北地区农地利用与景观格局时空特征[J]. 农业工程学报，2008，24(6)：89－95.

Yue Depeng, Wang Jiping, Liu Yongbing, et al. Spatial and temporal characteristics of agricultural land-use and landscape pattern changes in northwest of Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(6): 89－95. (in Chinese with English abstract)

[15] 崔丽，许月卿. 河北省农用地利用集约度时空变异分析[J]. 地理科学进展，2007，26(2)：116－125.

Cui Li, Xu Yueqing. Spatial-temporal variance of agricultural land use intensity in Hebei Province[J]. Progress in Geography, 2007, 26(2): 116－125. (in Chinese with English abstract)

[16] 奉婷，张凤荣，李灿，等. 基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：200－210.

Feng Ting, Zhang Fengrong, Li Can, et al. Spatial distribution of prime farmland based on cultivated land quality comprehensive evaluation at county scale[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 200－210. (in Chinese with English abstract)

[17] 王新盼，姜广辉，张瑞娟，等. 高标准基本农田建设区域划定方法[J]. 农业工程学报，2013，29(10)：241－250.

Wang Xinpan, Jiang Guanghui, Zhang Ruijuan, et al. Zoning approach of suitable areas for high quality capital farmland construction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(10): 241—250. (in Chinese with English abstract)

[18] 杨雪，谈明洪. 北京市耕地功能空间差异及其演变[J]. 地理研究，2014，33(6)：1106－1118.

Yang Xue, Tan Minghong. Spatial differences and evolution of arable land functions in Beijing[J]. Geographical Research, 2014, 33(6): 1106－1118. (in Chinese with English abstract)

[19] 张凤荣，孔祥斌，徐艳. 开展农地利用方式变化规律研究探讨土地可持续利用模式[J]. 中国农业科技导报，2002，4(3)：18－22.

Zhang Fengrong, Kong Xiangbin, Xu Yan. Studied on the change law of farmland management patterns to develop sustainable land management patterns[J]. Review of China Agricultural Science & Technology, 2002, 4(3): 18－22. (in Chinese with English abstract)

[20] 孙强，蔡运龙，王乐. 北京耕地流失的时空特征与驱动机制[J]. 资源科学，2007，29(4)：158－163.

Sun Qiang, Cai Yunlong, Wang Le. Temporal-spatial processes of farmland conversion and its driving mechanisms in Beijing[J]. Resources Science, 2007, 29(4): 158－163. (in Chinese with English abstract)

[21] 赵媛媛，何春阳，龚立萍，等. 北京城市扩展过程中耕地自然生产功能损失研究[J]. 中国土地科学，2009，23(7)：71－78.

Zhao Yuanyuan, He Chunyang, Gong Liping, et al. Production capacity loss of farmland during urbanization in Beijing, China[J]. China Land Science, 2009, 23(7): 71－78. (in Chinese with English abstract)

[22] 造林105万亩植树5 400万株北京市平原百万亩造林工程全面完成[J]. 绿化与生活，2016(1)：4－5.

[23] 赵霞，穆月英，潘凤杰，等. 北京市自产蔬菜供需平衡分析——基于批发市场层面的初步测算[J]. 中国蔬菜，2011(21)：12－17.

[24] 北京市农林科学院蔬菜研究中心. 北京蔬菜产业发展基本特征和重大需求[J]. 蔬菜，2010(7)：1－3.

[25] 姜广辉，付晶，谭雪晶，等. 北京国土空间结构与未来空间秩序研究——基于主体功能区划框架[J]. 中国人口·资源与环境，2011，21(1)：20－27.

Jiang Guanghui, Fu Jing, Tan Xuejing, et al. Spatial structure and its future order of national land-use according to major function oriented zoning in Beijing[J]. China Population Resources and Environment, 2011, 21(1): 20－27. (in Chinese with English abstract)

[26] 韩会然，杨成凤，宋金平. 北京市土地利用变化特征及驱动机制[J]. 经济地理，2015，35(5)：148－154，197.

Han Huiran, Yang Chengfeng, Song Jinping. The spatial- temporal characteristic of land use change in Beijing and its driving mechanism[J]. Economic Geography, 2015, 35(5): 148－154, 197. (in Chinese with English abstract)

[27] 罗娅，杨胜天，刘晓燕，等. 黄河河口镇—潼关区间1998-2010年土地利用变化特征[J]. 地理学报，2014，69(1)：42－53.

Luo Ya, Yang Shengtian, Liu Xiaoyan, et al. Land use change in the reach from Hekouzhen to Tongguan of the Yellow River during 1998－2010[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(1): 42—53. (in Chinese with English abstract)

[28] 扈传荣，姜栋，唐旭，等. 基于洛伦兹曲线的全国城市土地利用现状抽样分析[J]. 中国土地科学，2009，23(12)：44－50. Hu Chuanrong, Jiang Dong, Tang Xu, et al. Sampling analysis of national urban land use status based on Lorentz Curves[J]. China Land Science, 2009, 23(12): 44－50. (in Chinese with English abstract)

[29] 陈其春，吕成文，李壁成，等. 县级尺度土地利用结构特征定量分析[J]. 农业工程学报，2009，25(1)：223－231.

Chen Qichun, Lü Chengwen, Li Bicheng, et al. Quantitative analysis of land use structure characteristics at county scale[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(1): 223－231. (in Chinese with English abstract)

[30] 李灿，张凤荣，姜广辉，等. 京郊卫星城区域农村居民点土地利用特征分析[J]. 农业工程学报，2013，29(19)：233—243.

Li Can, Zhang Fengrong, Jiang Guanghui, et al. Analysis on utilization characteristics of rural residential land use in satellite city area of Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(19): 233－243. (in Chinese with English abstract)

[31] 张凤荣，赵华甫，黄大全，等. 基于宜居城市建设的北京市农业产业空间布局[J]. 资源科学，2008，30(2)：162—168.

Zhang Fengrong, Zhao Huafu, Huang Daquan, et al. Spatial planning for agricultural production for making the Beijing city as a good living place[J]. Resources Science, 2008, 30(2): 162－168. (in Chinese with English abstract)

Spatial-temporal change characteristics of cropland, vegetable land and forest land in Beijing plain region

Feng Ting1,2, Zhang Fengrong2※, Nie Xin1, Xie Zhen2, Wang Han1

(1.530004;2.,100193,)

This research used the techniques of the remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) to obtain the data of agricultural land use classifications by analyzing and interpreting the multi-spectrum remote sensing images, which were extracted from Landsat TM image in 2004 and Landsat OLI image in 2014. According to the situation of agricultural land use in Beijing plain, the agricultural land use were classified as the grain crop fields, vegetables cultivated in greenhouse, vegetables cultivated in the open fields and forest land. Then it analyzed spatial-temporal change characteristics of the agricultural land use in Beijing plain over the past decade (2004 to 2014) by combination of the quantitative geography model and geographic information system (GIS). The results showed that the grain crop fields were changed into forest land and greenhouse vegetable fields, which was the major trend. The area of grain crop fields changed into forest land was 969.97 km2whose land use change intensity index was 72.11%, at the top of all kinds of land use change intensity indexes. The area of grain crop fields changed into greenhouse vegetable fields was 163.53 km2during the past 10 years, whose land use change intensity index was 12.16%, and ranked at the second among all kinds of land use change intensity indexes. Meanwhile the agricultural land use change had spatial characteristic in Beijing plain over the past 10 years. The leading type of agricultural land use changes was that grain crop fields turned into forest land in the suburban area and the distant suburb plain of Beijing, where land use change intensity indexes of grain crop fields into forest land were 84.18% and 76.21%, respectively and higher than the other agricultural land use change intensity indexes obviously. The overwhelming urbanization was encroaching upon a lot of grain crop fields, which leaded the agricultural land use to concentrate on the forest land in the suburban districts. At the same time grain crop fields changed separately to forest land and greenhouse vegetable fields in the new urban area of Beijing, which prompted to the equalization of agricultural land use structure. The research area kept the specific spatial pattern of agricultural land use that the forest land was the leading classification in close proximity to the city center, the mixed classifications including grain crop fields, greenhouse vegetable fields and forest land were main structure in suburban area of Beijing plain and the combination type consisted of grain crop fields and forest land mainly appeared in the distant suburbs of Beijing plain. The spatial structure of the agricultural land use showed as a specific spatial pattern including 3 layer circles and had experienced some changes over the last decade. Firstly, the whole layer circles of agricultural land use had migrated outwards towards the suburbs with the rapid expansion of the central city over the time. Secondly, the spatial distributions of forest land in close proximity to city center and the vegetables cultivated in greenhouse in suburban areas of Beijing plain both had expanded outward due to the area of forest land and vegetables cultivated in greenhouse increased. Although grain crop fields and forest land were the main agricultural land use types in the distant suburbs of Beijing plain in 2004, whose proportion of grain crop fields and forest land had exchanged in 2014. Forest land had become the main type of agricultural land use in the distant suburb of Beijing plain instead of grain crop fields over the time. The study identified that the spatial structure and changes of 3 layer circles of the agricultural land use objectively reflect the different land rent, which drove the peasant household in different locations of suburbs to make different choices about the cultivation, operation and management of agricultural products. Specifically, the peasant households who lived in urban and suburban areas preferred vegetables to grain crops and preferred cultivating vegetables in greenhouse to cultivating vegetables in the open fields, because they hope to get more economic income by changing agricultural products and ways of operation and management. On the other hand, forest land which mainly provided ecological service function was closer to the city center than the grain crop fields which mainly provided production function, which meant the agricultural function had changed from production function mainly to productive and ecological functions. The research results provide a reference for the optimization of spatial distribution of agricultural land use in Beijing plain.

land use; remote sensing; geographic information system (GIS); agricultural land use change; temporal and spatial variation characteristic; Beijing plain region

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.033

F301.24

A

1002-6819(2017)-06-0257-08

2016-07-13

2017-02-14

国家自然科学基金项目（71363005；71403063）和国家社会科学基金项目（13CGL109）。

奉婷，女，广西桂林人，博士，讲师，主要研究方向为土地利用规划与可持续利用。广西 广西大学公共管理学院，530004。Email：dreamland_21@163.com

张凤荣，男，河北沧县人，博士，教授。主要研究方向为土地评价、规划与可持续利用。北京 中国农业大学资源与环境学院，100193。Email：frzhang@cau.edu.cn