丘陵地区中小城市城乡结合部土地利用变化特征*——以内江市四合乡为例

许 斌，李永飞，甄 英

(1.内江师范学院地理与资源科学学院，四川内江 641100；2.吉首大学旅游与管理工程学院，湖南张家界 427000)

0 引言

随着城市不断向外扩张，城市与农村界限愈加模糊，形成特殊的城乡经济交融地理单元，即城乡结合部，使原有的城乡二元结构转化为城市、城乡结合部和乡村的三元结构[1]，城乡结合部以市区为中心，随城市建成区的扩张以圈层形式动态向外扩展，是城市发展的承载体，起调节城市生态，改善城市环境的作用[2]，亦是城镇化发展的第一线和最前哨、耕地保护的最后防线[3]，其未来不是转变为中心城市，而是日益成为具有现代性和城镇化特征的独立第三空间[4]。

土地是自然和人为双重作用的产物，其空间形态具有不规则性、相对不稳定性和复杂性[5]。丘陵地区城乡结合部已纳入城市规划范围[6-7]，而将城市周边优质耕地划定为永久基本农田，是在统筹城乡背景下保护耕地的重要方式，也是耕地、粮食及生态安全的重要保障[8-9]。城乡结合部已成为经济发展进程中土地争夺的热点区域，缓解城市化对农村的负面影响亦变得日益紧迫[10-11]。城乡结合部土地类型多样、结构复杂[12]，利用效率低[13]、逆向转换困难[14]、利用和开发问题最为尖锐[15]，研究城乡结合部土地利用特征，可以为城镇化进程中城市用地安排和产业布局提供参考[16]。许多学者在研究城乡结合部土地规划[17]、土地集约利用评价[18-19]、土地利用动态变化模式及影响因素[13， 20]等方面已取得丰硕成果。山地、丘陵等地区为国土开发总体格局提供生态保障[21]，其城市布局和发展演化特征明显，但城市与乡村界限仍然存在[22]，目前关于丘陵地区城乡结合部土地利用变化研究主要集中于以分时段统计各地类数量变化[23]，或从乡镇产业结构角度进行分析[16]，较少有在乡镇尺度上分析城乡结合部土地利用及其空间分布形态变化的阐述[24]。文章在乡镇尺度上，以川中丘陵地区内江市四合乡土地利用数据为研究对象，运用分形理论[25]和景观指数[26-27]，综合内江城市用地布局、四合乡自身区位等因素，定量分析四合乡土地空间格局在内江城市扩展过程中变化及有序程度，阐述丘陵地区城乡结合部土地利用空间格局在城市扩展过程中的变化规律。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

内江市位于四川省东南部，沱江下游中段，介于东经104°15′～105°26′，北纬29°11′～30°2′，地形以丘陵为主、约占90%，东南、西南面有低山环绕； 属亚热带湿润季风气候，年平均气温20℃，年降水量1 000 mm[28]。内江中心城区位于内江市中东部、沱江两岸，由内江市市中区和东兴区部分街道组成。四合乡处内江市市中区中部，紧邻内江城市西北方向，距内江城中心约6km，东邻东兴区胜利镇、南依靖民镇、西靠龚家乡、北抵史家镇，成渝铁路过境，成渝高速公路、内遂高速公路交汇于此。

1.2 数据来源

该文采用内江市市中区2009年和2014年土地利用变更调查数据。该数据遵照《土地利用现状分类标准(GB/T21010-2007)》分为耕地、园地、林地、草地、交通运输用地、水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地、其他土地等8个一级类， 13个二级类。因草地数量较少(2009年2个图斑， 2014年3个图斑)，将之归并在林地计算。各类用地信息如表1。

表1 2009年和2014年四合乡土地利用指数统计

年份地类DR2SKHJMSIFNSINArea/hm2Pi(%)2009耕地1.4530.9770.0470.2640.1361.7990.0560.00145779.4467.64园地1.4190.9540.0810.0850.0431.4071.0940.0362925.592.22林地1.4620.8950.0380.1620.0831.620.8290.0195565.125.65交通用地1.6120.9410.1120.0860.0443.4850.2300.017726.132.27水域1.2670.9740.2330.2480.1281.1150.3560.0094813211.46其他土地1.2910.9790.2090.0060.0031.1333.1170.35340.960.08建设用地1.2740.9740.2260.2390.1231.2481.7720.02219123.0610.682014耕地1.2840.9450.2160.3330.1711.8390.1050.00266621.4653.93园地1.4630.9260.0370.0670.0341.4351.2770.0452518.791.63林地1.3500.9170.1500.1490.0771.6090.9410.0225557.374.98交通用地1.4190.8960.0810.2300.1182.6910.0960.00512114.829.96水域1.2220.9460.2780.2410.1241.1650.3270.00942125.3210.88其他土地1.1700.8840.3300.0200.0101.1741.9610.12594.080.35建设用地1.2480.9730.2520.3110.1601.2680.9880.012209210.4518.26

1.3 研究方法

丘陵区土地受地形限制，耕地多以小斑块聚集式分布于低海拔、坡度平缓区域，且斑块较破碎、几何形状较复杂，建设用地与耕地分布类似，但受人类活动影响其形状较为规则，其余用地类型受地形限制相对较小[29-30]。因此，为揭示四合乡在城市扩展过程中土地类型数量、分布形态等变化特征，该文采用分维数D，信息熵指数H、均衡度J、集中度I，平均形状指数MSI、破碎度FN、分离度SI等进行土地利用结构变化分析。

1.3.1 分维数

采用面积—周长关系计算土地利用分维数，分别对土地利用图斑周长P、面积A取自然对数，假定其分维数为D，则有[31]：

(1)

式(1)中，k为待定常数项。若研究区土地利用格局具有分形结构，则lnP-lnA散点在一定标度域内同一条直线上，即符合统计规律，可以通过散点图拟合直线斜率求取分维数D。D值理论范围在1～2，愈大则表示该土地类型形态愈复杂；D=1，表示土地斑块为正方形，D=2，表示土地斑块形态最复杂，D=1.5则表示该土地形态处于一种类似于布朗运动的随机状态即最不稳定状态。D愈接近1.5，表示该土地类型愈不稳定，可采用稳定性指数SK进行辅助评价，SK愈大，空间结构愈稳定。

SK=|1.5-D|

(2)

1.3.2 信息熵、均衡度、集中度

土地利用信息熵反映土地类别多少和各类面积分布均匀程度，值愈大，表示土地类别愈多，各类别百分比差异愈小，土地利用系统有序性愈低，采用以下公式进行计算[32]：

(3)

式(3)中，H表示土地利用信息熵，Pi表示某一类型土地利用面积占总面积比例，n为土地利用类型数量。

均衡度J表示土地利用均衡性，其值介于0～1，值愈大表示区域土地利用愈均衡[33]，计算式为[34]：

(4)

式(4)中，J表示均衡度，为实际熵值与最大熵值之比，H表示土地利用信息熵，Hmax表示土地利用信息熵最大值； 与其相对应的有集中度I=1-J，反映区域内一种或几种占优势土地利用类型支配该区域土地类型的程度，其含意与均衡度相反[33]。

1.3.3 平均斑块形状指数、破碎度、分离度

土地利用形状指数描述地块轮廓在空间形态上的紧凑性[35]，反映斑块偏离正方形或圆形的程度，值愈小，斑块形状愈规则、简单，其几何形状愈趋近于正方形或圆形； 值愈大，斑块形状越复杂。该文采用平均斑块形状指数MSI来描述四合乡土地类型紧凑特征，计算式为[26]：

(5)

式(5)中，MSI表示平均斑块形状指数，n为土地利用类型数量，P为斑块周长，A为斑块面积。

景观形状破碎度反映景观空间格局复杂性和人类活动对景观结构影响程度，值愈大，表示景观愈破碎； 景观类型分离度则反映某一景观类型中斑块空间分布离散程度，值愈大表示斑块距离愈大，该类土地分布愈分散[36]。景观形状破碎度指数FN[36]、景观类型分离度指数SI[27]计算分别见公式(6)、(7)：

(6)

(7)

式(6)、(7)中：FNi、Ii、Ni、Ai分别为第i类土地利用破碎化指数、分离度、斑块数和面积，S为研究区土地总面积。

2 结果与分析

2.1 四合乡土地利用数量及空间分布特征

2009年和2014年四合乡各类土地利用指数和空间分布特征如图1和表1所示， 5年内土地类型以耕地、交通用地、建设用地变化最为明显，其他各地类变化较小。耕地由2009年779.44hm2减至2014年621.46hm2，减少了157.97hm2，被侵占约20.27%，其占地比例由67.64%减少至53.93%，下降了13.71%， 变化最大。减少的耕地主要转为交通用地和建设用地，占其新增总量的66.34%。交通用地由2009年26.13hm2增至2014年114.82hm2，比重由2.27%增至9.96%，扩张约3.4倍。这可能是5年内四合乡规划或新建了城市道路、高速公路连通枢纽及相关配套设施等，使得交通用地面积大幅度提高。建设用地由2009年123.06hm2增至2014年210.45hm2，其比例由10.68%上升至18.26%，增加约0.71倍，可能为四合乡南部新增城市用地，四合乡西北部、东北部新增建制镇等，增加了建设用地面积。园地由25.59hm2减至18.79hm2，这可能为2009年以前园地主要沿成渝高速公路两侧分布，后来被高速交通枢纽和建制镇建设占用。林地由65.12hm2减少至57.37hm2，这主要是四合乡东部新建城市道路占用而减少。水域面积由132.0hm2减至125.32hm2，缩减较少，这也主要被交通用地和建制镇用地侵占。其他土地面积由0.96hm2增至4.08hm2，增加较大，这主要是其他土地周围耕地被侵占，部分耕地撂荒所致。

图1 四合乡土地利用方式变化特征(a=2009年，b=2014年)

2.2 四合乡土地利用分维数及稳定性

四合乡各类土地具有分形特征， 2009年分维数介于1.267～1.612，其中交通用地最大为1.612，其余均低于1.5，其分维数值排序为：交通用地>林地>耕地>园地>其他土地>建设用地>水域。2014年分维数介于1.170～1.463，均低于1.5，且交通用地>园地>林地>耕地>建设用地>水域>其他土地，除园地分维数略微增大外，其余地类分维数均减小，这说明各地类在空间上呈规则变化趋势。除园地和交通用地外， 2014年四合乡各类土地稳定性指数SK较2009年均增大，表明四合乡不同用途相互镶嵌的土地斑块在人为干预下，斑块形状趋于规则。因交通枢纽建设，交通用地面积和空间分布形态变化最为明显。

2.3 四合乡土地利用多样化及均衡度

2014年四合乡土地利用信息熵由2009年1.09增至1.351，表明在土地类型数量不变的情况下，各类用地规模差距在缩小、面积分布趋于均匀。2009年耕地、建设用地和交通用地信息熵分别为： 0.264、0.239、0.086，差异显著。2014年，因交通和建设发展占用大量耕地导致耕地面积缩小，减小了这3种地类的比例差异，其信息熵分别为： 0.333、0.230、0.311，范围较2009年更为集中。2009年和2014年四合乡土地利用均衡度分别为0.560和0.694，集中度分别为0.440和0.306，土地利用均衡度增加、集中程度降低。这说明2009年占优势的土地类型对四合乡土地支配程度在2014年有所降低，这体现在2009年耕地、水域、建设用地等3种地类共占总面积89.8%， 2014年耕地、建设用地、水域等3种地类总比重为83.1%，交通用地比重上升至9.96%，该4种地类共占四合乡总面积的93.1%，即占优势的地类类型、数目和面积均发生了变化，土地利用趋于平衡发展。

2.4 四合乡土地利景观类型指数变化特征

与2009年相比较， 2014年四合乡土地利用景观指数变化明显，各地类斑块平均形状指数、破碎度、分离度总体降低。耕地斑块平均形状指数由1.799略增至1.839，破碎度指数由0.056增至0.105，分离度指数由0.001增至0.002，这可能主要为耕地被新增交通用地隔离或被新增建设用地占用，造成耕地更为破碎，不同斑块个体空间离散程度增加所致。交通用地斑块平均形状指数由3.485减小到2.691，破碎度由0.230减至0.096，分离度由0.017减至0.005，这可能为交通用地增加且规则分布所致。建设用地斑块平均形状指数由1.248略增至1.268，破碎度指数由1.772减至0.988，分离度指数由0.020减至0.012。建设用地总体呈集中分布，斑块平均形状指数略增大，这可能受城市建设用地供地影响。园地斑块平均形状指数由1.407略增至1.435，破碎度指数由1.094增至1.277，分离度指数由0.036增至0.045，反映其稳定性下降，破碎化程度增加，这可能主要受城市建设用地侵占所致。林地斑块平均形状指数由1.620减至1.609，破碎度指数由0.829增至0.941，分离度指数由0.019增至0.022。这可能为四合乡东部濒临沱江，新修城市道路占地使得林地被分隔。水域斑块平均形状指数由1.115略增至1.165，破碎度指数由0.356减至0.327，分离度指数0.009保持不变，这主要受城市建设用地侵占影响。其他土地斑块平均形状指数由1.133略增至1.174，破碎度指数由3.117减至1.961，分离度指数由0.353减至0.125，这主要是原有地块周围耕地被侵占，斑块周长面积比降低，形状更规则所致。

3 讨论与结论

3.1 讨论

与2009年相比较， 2014年四合乡土地利用熵值总体减小，主要为大量耕地向建设用地转移，即以耕地为主要用地类型的中小城市城乡结合部，土地利用结构受城市边缘式扩展方式[37-38]影响较大，与城镇化初期郊区乡镇土地利用熵值变化一致[34]，土地利用空间分布亦受城市用地布局影响，各地类变得愈规则[27]。在乡镇尺度上，受城市规划和乡镇所处区位影响，四合乡在城市扩展中土地利用变化特点比较明显：工业园区和交通用地占用大量耕地，局部呈面状、带状分布[39]； 耕地减少与撂荒并存，这说明城乡结合部土地节约集约利用水平提高，也反映农村剩余劳动力向外部转移。大量农用地转换为非农用地，一定程度上加剧了城乡结合部土地供需矛盾，这对保护基本农田和坚守耕地红线造成压力，保障城市天然生态构成威胁，但内江市城乡结合部土地利用持续性变化仍有待进一步分析。

3.2 结论

通过对2009年和2014年四合乡土地利用结构变化分析，得出以下结论。

(1)与2009年相比较，至2014年时，四合乡交通用地、建设用地剧增，耕地被大量占用而减少，园地、林地、水域亦减少，其他土地略有增加； 主要用地类型发生明显变化，各类用地比例差距缩小； 受城市规划影响，各地类边界趋于规则。四合乡土地利用分维数总体减小，信息熵和均衡度均增加，亦反映其地类形状规则化、用地规模差异缩小趋势； 破碎化指数和分离度能较好地反映各类土地空间分布集散趋势。

(2)四合乡因紧邻内江市城区，受所处区位地形条件、城区向北扩展、城市总体规划及用地布局影响等，在四合乡东南部新增工业用地、交通用地、居住区用地，导致四合乡土地利用发生明显变化，其中耕地大量减少、交通用地增速最快是用地结构变化的突出特征。

总之，紧邻城区以耕地为主要用地类型的四合乡，受城市用地布局影响，非农用地增多导致耕地明显减少，影响原有土地利用格局均衡，客观上亦加剧了城乡土地供求矛盾。