常州地区耕地利用空间分异及影响因素分析*

王 伟

(江苏城乡建设职业学院,常州 213147)

0 引言

随着工业化及新型城镇化的快速推进，耕地资源作为社会经济发展的重要基础，不可避免地被大量占用，加剧了耕地资源的流失，土地利用形态发生显著变化[1]。耕地资源关乎人类生存根本，是可持续发展的前提和基础，近年来，我国耕地资源不足、后备数量有限、耕地质量较低等问题日益显现[2]。因此，正确解释耕地利用空间分布情况，把握其空间分异的主要影响因素，对于促进耕地利用空间优化布局具有重要理论及现实意义。

目前关于耕地利用方面的研究主要集中在耕地时空演化[3-4]、耕地利用评价[5-6]、耕地变化驱动机制[7-8]、耕地变化预测[9-10]及耕地利用布局优化[11]等方面。研究区域涉及国家、省域、市域、县域等宏观至微观尺度，研究方法由定性与定量相结合的地理综合分析方法主[12-13]。这些研究为耕地利用时空格局研究奠定了一定的基础，但大多研究区选择在以农业为主的区域，对于以二、三产业为主导的地域的耕地利用时空格局研究鲜少涉及。

常州地区位于江苏省南部，属于长江三角洲城市群，以二、三产业为主导产业，社会经济发展水平较高。为保障区域耕地资源有效利用，常州地区加大第一产业投入，截止2016年，其高标准基本农田占全市耕地面积62%，同时，全市农业综合机械化水平达到86.5%，其耕地利用空间格局具有典型性与代表性。文章以常州地区为研究区，通过耕地利用空间分异测度模型及耕地利用空间分异的影响因素识别指标体系，基于ArcGIS空间分析功能及SPSS软件，对常州地区耕地利用空间分异程度进行测度，同时，对其空间分异影响因素进行探究，从而为非农业县市耕地空间优化布局提供参考借鉴。

1 研究区概况

常州地区(31°09′N～32°04′N， 119°08′E～120°12′E)位于江苏省南部，地处长江下游南岸，长江三角洲中心地带。地貌类型为高沙平原，境内地势西南略高，东北略低，常年气候温和，雨量充沛，四季分明，属于北亚热带海洋性气候。全市土地总面积4 375km2，下辖5个市辖区(金坛区、天宁区、钟楼区、新北区、武进区)，代管1个县级市(溧阳市)，地处长江三角洲沿海经济发达区，人口密集、土地集约利用强度高。20世纪90年代以来，受区域经济发展影响，常州市乃至长江三角洲地区耕地面积均持续减少，据统计，长江三角洲经济区“八五”期间耕地转变为其他类型土地面积约1 800km2。为保障区域耕地资源有效利用，常州地区加大投入，截止2016年，全市耕地面积约2 000km2，其中高标准基本农田占全市耕地面积62%，同时，全市农业综合机械化水平达到86.5%。常州地区作为以二、三产业发展为主导的县市，其耕地利用空间格局具有典型性与代表性。

2 研究方法

2.1 耕地利用空间分异测度模型

2.1.1 耕地动态度

耕地动态度可以定量地描述耕地数量的变化速度及变化情况，对预测耕地变化趋势能够起到一定的积极作用：

(1)

式(1)中，K为耕地动态度，La、Lb分别代表1985年、2015年常州地区耕地面积；T为研究时间长度。若K<0，表明耕地在研究期内正向变化，耕地总数量呈增长趋势； 若K<0，说明耕地在研究期内负向变化，耕地总数量总体减少，|K|越大，则耕地变化速度越快。

2.1.2 耕地区位指数

耕地区位指数表示某子区域耕地对于整个研究区的耕地的聚集程度，是刻画耕地利用空间格局特征的有效方法，公式如下：

(2)

式(2)中，Q为耕地区位指数，Ui为第i个子区域耕地总面积(km2)，Si为第i个子区域土地总面积(km2)，n为常州地区子区域数。Q>1，表明该子区域耕地聚集度高于研究区；Q<1，表明该子区域耕地聚集度小于整个研究区。

2.1.3 土地区域差异模型

土地利用变化的子区域间差异可以通过土地利用类型的相对变化率来表征。该模型的引入可以反映耕地随时间的空间变异情况，表达式为：

(3)

式(3)中，R为某区域耕地的相对变化率，Ca为1985年常州地区耕地面积(km2)，Cb为2015年常州地区耕地面积(km2)。R>1，表明该子区域耕地变动较全区明显；R<1，则表明较全区变化小。

2.2 耕地利用空间分异的影响因素识别

2.2.1 指标选取

耕地利用空间分异的影响因素分析对于土地利用转型具有一定的指导意义。影响耕地面积时空分异的因素众多，该研究综合现有研究成果[14， 15]，在依据资料的可获取性及研究的系统性、科学性等原则的基础上，从人口、经济、环境等方面选取相关指标进行常州地区耕地利用空间分异的影响因素分析。

表1 常州地区耕地空间分异指标选取

因素层指标层指标解释人口X1:人口密度总人口数/土地面积(人/km2)X2:城镇化水平非农业人口/总人口(%)经济X3:人均GDPGDP/人口总数X4:人均固定资产投资人均固定资产投资(亿元)X5:地均GDPGDP/土地总面积(元/m2)X6:第一产值比重第一产业总产值/三次产业总产值(%)环境X7:森林覆盖率森林面积/土地总面积(%)X8:耕地面积占比耕地面积/土地总面积(%)社会X9:房屋竣工面积房屋竣工面积(hm2)X10:公路里程公路里程(km)科技X11:农业机械总动力农机总动力(kW)X12:复种指数农作物播种面积/耕地面积(%)

2.2.2 主成分分析

主成分分析法是一种数学变换方法，旨在利用降维的思想，将给定的一系列相关指标通过线性转变为另一种不相关的变量，并将新变量按照方差依次递减的顺序排列。该文应用SPSS软件中的主成分分析法对1985—2015年常州地区耕地利用空间分异的影响因素进行分析(表1)。

3 结果与分析

3.1 常州地区耕地面积时空格局变异分析

3.1.1 耕地总面积时空格局演变

1985—2015年常州地区耕地总面积整体呈现出递减趋势，由图1可以看出，耕地面积从1985年的20.66万hm2减少到2015年的14.5万hm2，总体减少了6.1万hm2。耕地面积减少经历了3个时段变化：第一阶段为1985—2001年，在这段时期中，耕地总面积一直处于较平稳状态， 2001年耕地面积上涨至近22万hm2。其原因是常州地区实施补充耕地政策，加大土地复垦开发与整理工作力度，以稳定耕地面积。第二阶段为2002—2010年，此阶段耕地面积呈梯度下降趋势，由21.93万hm2减少至14.97万hm2。耕地的减少主要原因是常州地区出台了相关土地利用结构调整规划表，以更为合理利用土地，发挥土地价值。同时，在此期间，城镇、集市、村庄整理、交通、水利等建设占用耕地面积增加，引起了耕地面积的下降。第三阶段为2011年以后，常州地区大力实现全市耕地总量动态平衡，保证耕地不减少的同时提高地力， 2011—2015年，耕地总量未发生显著变化。

图1 1985—2015年常州地区耕地面积变化趋势

从人均耕地来看，人均耕地面积由1985年的673.16hm2/人下降至2015年的404.98hm2/人。在此期间，人均耕地面积呈波段性下降趋势： 1985—1999年，人均耕地面积减少了20.47hm2，平均每年人均耕地面积占有量下降1.36hm2。而2000年1年的时间里，人均耕地面积由603.16hm2/人下降至540.46hm2/人。同时下降幅度较大的年份还有2004年、2010年。分析原因可能为耕地下降明显，人口增长较快，导致人均耕地面积下降明显。

3.1.2 各子区域耕地面积时空格局演变分析

该文计算了1985—2015年常州地区30年耕地动态度变化情况。常州地区总耕地动态度为-0.68%，由图2可知， 1985年以来，常州地区各县(区)耕地面积及其变化速度存在较大差异。天宁区、钟楼区、武进区耕地动态度负值较大，表明其耕地面积下降幅度较大。而新北区、金坛区以及溧阳市耕地动态度为偏小正值，表明其耕地面积有小幅增加，分析其原因可能为天宁区、钟楼区所辖面积相对较小，部分交通、城镇等建设用地占用耕地，导致耕地面积下降，而为维持耕地总量动态平衡，新北区、溧阳市等通过土地整治等导致耕地面积有所增加。

图2 常州地区各县(区)耕地动态度

该研究通过耕地区位指数及耕地区域差异模型来刻画耕地的空间分布格局变化。通过公式(2)、(3)得分别到各县区耕地区位指数及区域差异情况。同时，运用ArcGIS软件中的重分类及自然断裂法依次得到耕地稀疏区、一般区及密集区(图3)。由图可知，作为城区的钟楼区、天宁区耕地资源贫乏，为耕地稀疏区。新北区、武进区由耕地一般区降低为稀疏区，耕地聚集程度低于全市。同时金坛区由耕地密集区变更为耕地一般区，溧阳市未发生明显变化。通过土地区域差异模型计算可知，金坛区、武进区、新北区土地利用类型相对变化率较大，溧阳市及钟楼区、天宁区等城区相对变化率较小。从空间上来看，常州市耕地表现为由西向东密集程度逐渐减小的趋势，而随着时间的推移，耕地呈现出总体密集程度下降的趋势。除溧阳市，其余各市耕地密集程度均有所下降。近年来，常州市城镇化水平不断提高，土地利用类型变化显著。以钟楼区为核心的周边区经济发展水平较高，吸引了大量的人才、资金、技术，非农建设用地不断扩张，侵占大量耕地，耕地被建设用地占用以及空间形态破碎导致耕地规模和质量的下降。

图3 1985年、2015年常州地区耕地面积空间分布

3.2 常州地区耕地利用影响因素分析

利用主成分分析法对1985—2015年常州地区耕地利用空间变异的影响因素进行分析。首先利用SPSS软件得到各影响因子的相关性信息。影响因子之间存在联系的为X1与X2，X2与X3，X2与X8，X6与X11，X8与X9，X8与X10。同时，由特征值主成分贡献率可知，第一主成分(77.32%)与第二主成分贡献率(10.54%)达到87.86%，已满足分析要求，故根据主成分载荷计算公式及方差最大旋转法得出3个主成分载荷矩阵(表2)。由下表可见，X1、X2、X3、X4、X5、X6及X12归为第一主成分，主要为经济与人口因素X7、X8、X9、X11归为第二主成分，主要为社会、环境及科学技术发展等因素。

表2 主成分载荷矩阵

变量第一主成分第二主成分变量第一主成分第二主成分X10.9520.176X7-0.6050.466X20.8330.111X80.6670.853X30.9750.079X9-0.9020.709X40.9760.154X10-0.4430.218X50.9760.079X110.7980.677X60.9830.063X120.8830.303

经济发展是土地利用转型的根本动力，同时也是影响耕地面积时空演变的决定性因素。进一步优化经济结构，强化经济发展对现代农业的带动作用，是实现常州地区耕地及农业转型的有效途径。其次，城镇化发展亦是耕地利用发生时空变异的一大驱动因素。1985—2015年以来，房屋竣工面积、公路里程急剧上涨等城镇化步伐加快，大量占用了耕地，造成耕地面积的逐年下降。为保持常州地区耕地总量动态平衡，部分地区通过旧城改造、土地整治等增加耕地面积，造成耕地时空格局变动明显； 农业机械总动力、复种指数等作为构成农业生产能力的主要驱动因素，能够有效解决耕地占用带来的粮食产量下降问题。因此，常州地区未来应不断强化耕地保护政策、加强监督管理，综合考虑社会经济发展及城镇化对耕地的影响，同时，需进一步发展农业科学技术，研发与引进先进农业生产技术与生产设备，缓解耕地减少带来的粮食安全问题。

4 结论与讨论

该文首先对常州区耕地总面积时空格局进行分析，并利用耕地区位指数模型测算各子区域耕地面积的空间差异，在此基础上，基于主成分分析方法运用SPSS软件分析常州地区耕地利用的影响因素，得出如下结论：

(1)从常州地区耕地面积时间变化来看， 1985—2015年常州地区耕地总面积整体呈现出递减趋势，但1985—2001年耕地面积呈小幅度平稳下降趋势，期间在2001年大幅度上升， 2001—2011年常州地区耕地面积则下降幅度较大， 2011年之后耕地总面积稳定在15万hm2。而人均耕地面积呈现波动下降趋势。

(2)从常州地区耕地面积空间变化来看，总体来说，常州南部地区(溧阳区)为耕地密集区，北部(新北、钟楼、天宁、武进)为耕地稀疏区。1985年常州地区耕地稀疏区为钟楼区和天宁区，密集区为溧阳区和金坛区， 2015年稀疏区变为新北区、钟楼区、天宁区及武进区，而密集区仅有溧阳区。

(3)从影响因素的效用来看，经济因素的影响效用大，尤其是人均GDP和地均GDP的比重，而社会因素的影响较小，尤其是房屋竣工面积、公路里程。总体来看，经济因素和人口因素对常州地区耕地利用的影响相对比较明显。

在不同的目标决策下，各影响因子的效用不同，影响因素的调整及调控程度的不一样对耕地利用的影响也不一样，针对常州地区现有的耕地空间利用特殊性，提出以下相应的策略：(1)针对较耕地利用相对稀缺的北部地区，即新北区、钟楼区、天宁区、武进区等地，虽然其耕地面积少，但可以通过科技力量带动其发展，使其耕地利用方式转变为依靠技术支持，主要包括提高其农业机械总动力，培训专业科技人员及加大科技设备投入，以更好地利用常州北部地区的耕地资源； (2)较耕地利用相对密集的南部地区，即溧阳区，因为该地耕地面积较多，在重点发展农业的同时，提高农业产量的同时，应适当注重耕地利用转型，将其利用方式从单一依靠农业发展转变为依靠优质耕地产出、整治劣势耕地的模式，通过常州地区耕地利用转型，整合其耕地资源，以达到耕地利用转型的最优调控。