2009年～2018年黔中经济区耕地时空变化特征与地形关联分析————以贵安新区为例

甘华军，赵智，陈颖，江君琴

（1.贵安新区自然资源局；2.中共重庆市委党校，经济管理教研部；3.贵州财经大学公共管理学院）

1 引言

耕地是人类赖以生存和发展的物质基础[1]，有限且不可再生，是保障粮食安全和国民经济高质量发展的宝贵资源，关系国家安全和社会稳定[2‐3]。伴随中国新型工业化、城镇化建设的深入推进，在经济建设活动驱动下大量优质耕地转为非农用地[4]，耕地资源非农化成为城市扩张过程中资源利用的突出问题[5]。《中华人民共和国土地管理法》(2020 年版）和《中共中央国务院关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》（中发[2017]4 号）均明确提出推进耕地质量提升和保护、大力实施土地整治、严格控制耕地转为非耕地，尤其是严控优质耕地转为非农用地。近年来，耕地集约利用受到关注。综合学者们的研究，主要从耕地集约利用的现状评价、驱动因子和影响因素等方面出发，采用主成分分析法、层次分析法、德尔菲法、GIS、RS 等方法，着眼于省域、市（县）域、乡（镇）域以及流域范围[6‐25]研究耕地演变特征，在区域方面尤其是国家级新区研究上鲜有报道，采用的研究数据较少考虑农村道路对耕地集约利用的影响。

黔中经济区是新一轮西部大开发战略确定的重点经济区。《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》（国发〔2012〕2号）明确提出：建设以贵阳——安顺为核心，以遵义、毕节、都匀、凯里等城市为支撑的黔中经济区。《国务院关于同意设立贵州贵安新区的批复》（国函〔2014〕3 号）也明确指出：贵安新区是黔中经济区核心地带，区域优势明显，地势相对平坦，人文生态环境良好，发展潜力巨大，具备加快发展的条件和实力。在编制国土空间规划的关键期，探索国家级新区耕地时空演变规律，分析耕地分布特征，对解决耕地保护与利用之间的矛盾具有重要意义。本文基于2009‐2018年贵安新区（规划区）土地利用现状数据，结合GIS 空间分析功能，探究其耕地的时空演变规律。

2 研究区概况

贵安新区是国务院批准设立的第八个国家级新区，国务院赋予了它西部地区重要经济增长极、内陆开放型经济新高地、生态文明示范区的三大战略定位。它位于贵阳市和安顺市结合部，批准规划面积1795km2（实际面积约1902km2），包括贵阳市下辖清镇市的红枫湖镇，花溪区的石板镇、党武镇、湖潮乡、麦坪镇，安顺市下辖平坝区的鼓楼街道办事处、安平街道办事处、夏云镇、天龙镇、白云镇、羊昌乡、高峰镇、马场镇、乐平镇、十字乡，西秀区的蔡官镇、七眼桥镇、大西桥镇、旧州镇、刘官乡、黄腊乡。其中，直管区470km2，下辖4个乡（镇），拥有1个综合保税区，常住人口31.16万人（见图1）。

图1 研究区位置图

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

本文使用的数据包括贵安新区DEM数据（30m×30m），贵安新区2009年（第二次土地调查基础年）、2013 年、2018 年土地利用现状数据，以及贵安新区各乡（镇）行政区划图。其中，贵安新区DEM 数据（30m×30m）来源于中科院遥感所与地理空间数据云，各年度土地利用现状数据来源于贵安新区自然资源局部门，乡（镇）行政区划图由第二次土地调查基础库提取。数据处理包括DEM数据（30m×30m）处理和土地利用数据处理。

DEM数据（30m×30m）处理。依据研究区地形地貌和土地利用结构特征，参考贵州省相关研究文献分级标准[26]，将研究坡度划分为5 级：0°～6°（平缓坡）、6°～15°（缓坡）、15°～25°（斜坡）、25°～35°（缓陡坡）、35°（陡坡）以上；按相等间隔原则将高程值也划分为5 个等级，分别为：

995m～1218m、1218m～1280m、1280m～1340m、1340m～1418m、1418m～1650m。

土地利用数据处理包括土地归类和农村道路归类。

1）土地归类

参照原国土资源部颁布的《第二次全国土地利用现状调查技术规程》（TD/T1014‐2007），结合相关文献中的分类方法[17‐23]，将贵安新区土地利用类型分为耕地、园地、林地、草地、城镇建设用地、农村居民点、交通运输用地、水域等8类。

2）农村道路归类

在ArcGIS10.3支持下，从历年土地利用现状数据库中提取线状农村道路（见图2），分析其宽度特征后，按照《国土资源部办公厅关于进一步规范农村道路地类认定工作的通知》（国土资厅函〔2013〕581号），本文取6.5m 作为农村道路计算宽度，归入交通运输用地中分析。

图2 农村道路示意图

3.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵能够反映某一区域某一时段各地类面积之间转化的动态过程。土地利用转移矩阵的通用形式为：

式中：S代表面积，n代表转移前后的土地利用类型数，i、j分别代表转移前、后的土地利用类型，Sij代表转移前、后的土地利用状态[6]。

3.3 空间洛伦茨曲线

洛伦茨曲线是20 世纪初期由美国经济统计学者提出的，它利用频率累计数绘制成的曲线来刻画社会财富、土地和工资收入不平等（集中或分散）的程度。洛伦茨曲线为向内凹的曲线，与横轴和纵轴都成45°夹角的曲线，叫绝对均匀线。其他曲线与绝对均匀线距离越近表示分布越均匀，反之，则越不均匀。部分学者利用洛伦茨曲线刻画集中、分散程度的特点对土地利用结构进行分析[27‐30]。计算公式为：

式中：Q为区位熵；a为某乡（镇）耕地的面积，hm2；A为贵安新区耕地的总面积，hm2；b为某乡（镇）土地总面积，hm2；B为贵安新区土地总面积，hm2。按区位熵大小从低到高依次排列，计算土地总面积的累计百分比和耕地面积的累计百分比，以总土地面积累计百分比为横坐标，以耕地面积的累计百分比为纵坐标，绘制2009年、2013年、2018年耕地洛伦茨曲线[30]。

3.4 地形位指数与地形分布指数

土地利用受地形因素限制较强[31]。本文采用地形位指数，定量分析转移耕地空间格局与地形梯度关联性。该指数是将高程与坡度组合成一个地形位指数来综合描述地形梯度。坡度越大，高程越高，地形位指数就越大；反之则越小，其他组合情况的地形位指数居于中间值[26]。计算公式为：

式中：T为地形位指数；X、Y代表空间内任何一点的高程和坡度值；-X、-Y代表该点所在研究区的平均高程和坡度值。高程高、坡度大的空间位置地形位指数大，而高程低、坡度小的空间位置地形位指数小[32]。

为消除地形位指数受地形梯度分级和土地利用面积差异的影响，引入地形优势分布指数。该指数表示土地利用类型在不同地形位区间上的分布频率，能够有效地消除利用类型在地形梯度区间受面积的干扰[26][31]，其公式如下：

式中：P为分布指数，Sie为e地形位区间上i地类的面积，hm2；Si为研究区i地类的总面积，hm2；Se为研究区e地形位区间上的总面积，hm2；S为研究区的总面积，hm2。当P> 1时，表示e地形位区间上i地类的分布为优势分布。P越高，表明优势分布程度越大[31][33]。

4 结果与分析

4.1 土地利用结构变化

1）数量结构特征

分析表1 可知，研究区土地利用结构呈现耕地、林地、园地、草地持续减少、建设用地持续增加的总体特征。2009 年、2013年，研究区土地利用结构呈现耕地＞林地＞草地＞建设用地＞水域＞园地的特点，2018 年，则是耕地＞林地＞建设用地＞草地＞水域＞园地，建设用地成为研究区主要土地利用类型之一。建设用地的内部数量结构，2009 年和2013 年的特点是农村居民点＞交通运输用地＞城镇建设用地，2018年则为交通运输用地＞城镇建设用地＞农村居民点，说明交通运输用地成为研究区最主要的建设用地类型。上述结构特征反映出贵安新区在推进各项建设时，优先开展道路交通建设。

从表1 可知，耕地变化呈现持续减少的特征，由2009 年的90021.95hm2减少至2018 年的85759.42hm2。其中，2009 年～2013 年期间年均减少面积353.18hm2，2013 年～2018 年间的年均减少面积则为569.962hm2，两者的变化速率为61.38%，这表明后期耕地减少的数量大于前期。园地、草地的变化特征与耕地变化特征相似。这表明随着经济建设的持续推进，对耕地、园地、草地造成了侵占，特别是2013年贵安新区成立后，侵占趋势增强。

林地变化特征与耕地、园地、草地存在差异，2013 年～2018 年的年均减少面积小于2009 年～2013 年。该特征说明，贵安新区严格贯彻落实国务院赋予贵安新区生态文明示范区的战略定位，持续加大了对林地的保护力度。

水域变化特征为整体上呈增加趋势，但变化幅度较小，2013 年～2018 年间水域仅增加了27.99hm2。表明除自然因素外，受土地政策限制等因素影响，城市水体保护措施虽取得了成效，但长期较低的投入制约了水域面积的进一步提升。

分析表1 建设用地变化特征可知，总体上，建设用地呈持续增加趋势，由2009年 的15900.33hm2，增 加 到2018 年 的25348.03hm2，且年均增加面积由2009 年～2013 年的943.20hm2增加到2013 年～2018年的1134.98hm2。其中，城镇建设用地由2009 年的3882.68 公顷增加到2018年的8643.36hm2，年均增加面积由2009年～2013 年间的481.62hm2增加到2013年～2018 年间的566.84hm2；交通运输用地由2009年的5859.40hm2增加到2018年的8946.79hm2，年均增加面积由2009 年～2013 年间的260.43hm2增加到2013 年～2018 年间的409.13hm2；农村居民点由2009 年的3882.68hm2增加到2018 年的8643.36hm2，年均增加面积由2009 年～2013 年间的201.15hm2减少到2013 年～2018年间的409.13hm2。主要原因是随着经济建设的持续推进，住宅、商业、交通、教育等用地面积不断增加，大量耕地转化为建设用地，尤其是2013 年成立贵安新区后，政府持续投入、经济高速发展加剧了耕地转化为建设用地的进程。农村居民点用地呈减缓趋势，其主要原因是在保障农村居民宅基地建设正常需求时，政府持续加大对农村违法建设的管控力度，尤其是严控城市居民到农村违规占地建房。

表1 研究区2009年～2018年土地利用结构变化

2）空间格局特征

分析研究区2009 年～2018 年3 期土地利用现状图（见图3）可知，研究区耕地由2009 年各地均匀分布的格局逐渐转变成西部方向面积较大、东部方向呈小块分布的格局。详细特征是：21个乡（镇）均表现为城镇建设用地集中分布且持续增加、耕地持续减少的特点，尤其是蔡官镇、城关镇、夏云镇、马场镇、青龙街道办、石板镇、党武镇、湖潮乡等8个乡（镇）最明显。林地、园地、草地、水域和农村居民点的空间分布格局未发生较大变化。主要原因是马场镇、湖潮乡、党武镇属于直管区，是贵安新区重点发展区域，肩负贵阳‐贵安‐安顺融合发展的历史重任；城关镇、青龙街道办分布属于平坝区、清镇市的城市建设区，是两个县级行政区域的核心建设区域；石板镇、夏云镇则分别是花溪区（贵阳）的物流中心和平坝区的工业园区，也是两个县级行政区域的重点拓展区域。

图3 2009年、2013年、2018年土地利用现状图

4.2 耕地利用转移特征

由表2 可以看出，研究区2009 年～2018 年耕地与其他土地之间的转化呈显著差异，以转出为主。

表2 研究区2009年～2018年耕地转化表

总体数量上，2009 年～2013 年间转出耕地3083.09hm2，新增耕地为1620.37 hm2，减 少 耕 地1412.72hm2。2013 年～2018年间转出耕地4290.94hm2，新增耕地1441.13hm2，减 少 耕 地2849.82hm2。其中，新增耕地主要来源于草地（即其他草地）。耕地主要流入城镇建设用地、交通运输用地和农村居民点。其中，2009年～2013年，耕地减少的主要流向呈现城镇建设用地（46.18%）＞交通运输用地（27.40%）＞农村居民点（20.08%），2013年～2018 年则是城镇建设用地（47.17%）＞交通运输用地（35.20%）＞农村居民点（14.66%）。前述特征表明，研究区2013年～2018 年建设占用耕地以城镇建设和交通建设为主，农村居民点占比下降。

空间分布上，耕地转化为建设用地主要分布于研究区的石板镇、党武镇、湖潮乡、马场镇和青龙街道办事处（见图4）。其中，党武镇、湖潮乡、马场镇属于直管区。结合直管区控制性规划可知，湖潮乡为中心区、马场镇为科技新城、党武镇则是贵州师范大学、贵州财经大学、贵州医科大学等重点高校聚集区，属贵安新区重点建设区域。另外，2009 年、2013 年、2018年的洛伦兹曲线趋近绝对均匀线，且3 年的曲线趋势相近（见图5）。这表明，2009 年～2018 年，研究区耕地虽以转出为主，但在本区域内的分布较为均匀。

图4 各阶段耕地变化图

图5 转移耕地洛伦兹曲线图

4.3 转移耕地地形梯度分析

根据2009 年～2018 年研究区转移耕地高程值和坡度值（见图6），按相等间隔原则，将转移耕地高程值划分为5 个区间 ：1013m～1131m、1131m～1248m、1248m～1366m、1366m～1483m、1483m～1601m。利用高程值、坡度值，结合公式（4）计算出转移耕地的地形位指数，T位于0.3780～1.0030 间。按相等间隔原则，将地形位指数分为5个区间：0.3780～0.5030、0.5030～0.6280、0.6280～0.7530、0.7530～0.8780、0.8780～1.0030。

图6 研究区转移耕地高程、坡度图

研究区2009 年～2018 年间转移耕地的坡度分布于0°～6°（平缓坡）、6°～15°（ 缓坡），面积占比分别为40.22%、49.88%，呈严重偏态分布；高程则集中于1131m～1248m、1248m～1366m 两个区间，面积占比为53.21%、38.92%，总体呈正态分布；地形位指数集中在0.3780～0.5030、0.5030～0.6280、0.6280～0.7530等3 个区间，呈偏态分布，面积占比分别为23.49%、42.31%、31.13%。表明研究区转移耕地总体上呈现高程低、坡度小、地形位指数小的特征（见图7）。由表3 可湖潮乡、马场镇和青龙街道办事处最明显。例如，党武镇第1和第2区间、湖潮乡第1 区间、马场镇第1 区间、青龙第3 区间、石板集中于第1 和第3 区间均呈现转移耕地的优势分布，且党武镇、湖潮乡、马场镇P 值呈线性递减。综合研究区地形位指数和地形分布指数的特征，表明2009年～2018 年间转移的耕地主要分布于高程低、坡度小的区域，也反映了建设占用知，总体上，21 个乡（镇）均在5 个地形区间上存在P 值大于1 的特征，说明各乡（镇）的转移耕地在某个区间存在优势分布，以耕地转移量最大的石板镇、党武镇、的耕地主要集中于地势相对平缓的区域。

图7 研究区高程、坡度和地形位指数特征图

表3 研究区地形分布指数表

综上，2009 年～2018 年贵安新区耕地利用转移特征主要表现为特征：①耕地变化的活跃地区以直管区为主，耕地转化为建设用地的速度在贵安新区成立持续加快；②耕地与城镇建设用地、交通运输用地、农村居民点的转化过程最为显著，且城镇建设用地、交通运输用地主要集中于直管区；③转移的耕地主要分布于高程低、坡度小的区域，反映出建设占用的耕地主要集中于地势相对平缓的区域。

5 结论与讨论

本研究以2009年、2013年、2018年的土地利用现状数据为基础，利用ARC‐GIS10.3 的空间分析功能，基于土地利用转移矩阵和空间洛伦兹曲线探究贵安新区耕地时空分布特征，在此基础上，引入地形位指数与地形分布指数，分析了转移耕地与地形的关系，得出如下结论：

①总体趋势上，土地利用结构呈耕地、林地、园地、草地持续减少，建设用地持续增加的特征；

②转化类型上，耕地以转出为主，主要转化为城镇建设用地、交通运输用地；

③空间分布上，耕地减少主要集中在直管区以及平坝区、清镇市的城市建设区（主城区）；

④地形梯度上，转移的耕地主要分布在高程低、坡度小的区域，即地势相对平缓地区。

从近10年尤其是2013年贵安新区成立后耕地利用的时空变化特征上看，经济社会发展是研究区耕地持续减少的主要因素。被侵占的耕地主要是地势平坦、耕地质量较好、粮食蔬菜主产区的区域。在未来的国土空间规划编制过程中，需合理规划建设用地分布位置，严格控制优质耕地向建设用地转化，构建协调耕地保护与经济发展的土地资源空间优化配置方法。