耕地非農化的空間過程與擴散路徑研究
——以成都市龍泉驛區為例

任 平，吳 濤，周介銘

耕地非農化的空間過程與擴散路徑研究
——以成都市龍泉驛區為例

任 平1，2，吳 濤1，2，周介銘1，2

（1.四川師范大學西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室，四川 成都 610066；2.四川師范大學國土資源開發與保護協同創新中心，四川 成都 610066）

研究目的：在土地利用現狀及變更數據的基礎上，綜合運用多種空間分析法，揭示2005—2013年龍泉驛區耕地非農化空間過程和規律，并通過非農化重心曲線分析其空間擴散路徑，從而為耕地資源保護與合理利用提供參考借鑒。研究方法：綜合運用空間數據挖掘、GIS空間分析、重心模型等數學模型方法。研究結果：（1）龍泉驛區耕地非農化空間分布較為明顯，集中分布在西部平原的城鎮周邊及主要交通干線附近區域，表現出明顯的不均衡性，但2009—2013年與2005—2009年相比，這種不均衡性有所減弱；（2）以耕地非農化指數為等級劃分標準的高等別非農化區的行政村集中分布西部平原城鎮周邊區域，整體呈現出西高東低的空間分布格局，但2005—2009年與2009—2013年不同等級耕地非農化區數量關系及空間格局發生了較大變化；（3）2005—2013年不同等級耕地非農化重心呈現出由高到低從城鄉結合部外圍區域向城鎮中心回旋的趨勢，以2005—2009年為基礎，2009—2013年高等級耕地非農化重心向西移動，而低等級向東移動，耕地非農化總體重心向西北方向移動了1861.32 m。研究結論：研究結果較好揭示了2005—2013年龍泉驛區耕地非農化空間格局及其空間擴散路徑，在一定程度上能為耕地保護與合理利用提供決策參考。

土地利用；耕地非農化；空間格局；擴散路徑；城鄉結合區

耕地作為保障人類生存和發展的基礎性資源，保護有限的耕地資源在中國人多地少的現實國情下顯得尤為重要。隨著中國新型城鎮化、工業化的加速推進，耕地資源不可避免被大量占用，耕地非農化現象也日益突出，開展耕地非農化問題研究對控制城鎮建設用地無序擴張、保護與合理利用耕地資源有重要意義。耕地非農化是伴隨中國社會經濟與城鎮化快速發展而產生且不可避免的現象，具體表現為耕地在土地利用結構變化過程中由農業部門向非農業部門轉變的動態變化趨勢［1］。目前國外關于耕地非農化的研究主要側重于耕地非農化與經濟發展的關系［2］、耕地非農化的影響［3］、耕地非農化的調控政策［4］以及研究方法和手段的改進［5］等，而由于中國的人地矛盾突出，耕地保護的壓力巨大，因此，國內的相關研究則主要集中在耕地非農化與其他要素的相關關系及作用機制［6-9］、耕地非農化驅動機制［1，10-12］以及如何有效開展耕地非農化過程中的資源優化配置［13-16］等方面。這些研究的主要目在于解決社會經濟發展過程中如何有效協調耕地資源合理利用保護與經濟、城鎮化發展的關系問題。事實上耕地非農化是土地利用過程中多種因素綜合作用的結果，在時間與空間上是一個動態的過程［17］，而傳統的研究主要以耕地非農化與社會、經濟、人口、城鎮化水平等諸多要素的數量關系為出發點，相對缺乏對耕地非農化的時空過程及其空間格局變化的研究。本文以典型大都市城鄉結合區——龍泉驛區為研究對象，運用GIS空間分析方法，結合2005—2013年土地利用現狀及變更數據分析耕地非農化過程及其空間分布格局，以耕地非農化指數為基礎分析耕地非農化的空間擴散路徑，揭示非農化的空間規律，從而為耕地資源保護與合理利用提供參考借鑒。

1　研究區概況及數據來源

龍泉驛區位于成都市中心城區東南部，是成都市東部副中心和東部主城區，屬于典型的城鄉結合部。境內地質構造較為復雜，西部以平原為主，東部山地、丘陵交叉分布，平原、丘陵、山地分別占全區面積的57.07%、2.86%和39.07%。全區幅員面積555.75 km2，下轄4個街道辦事處、7個鎮和1個鄉，共128個行政村。龍泉驛區作為成都市近郊區縣，近年來社會經濟發展較快，2013年全區地區生產總值達837.06億元，一、二、三產業結構比例為3∶81∶16，第二產業占絕對優勢，人均GDP達106112元，增長17.2%。2013年全區戶籍總人口達61.49萬人，城鎮化率達51.88 %。近年來，龍泉驛區發揮國家級經濟技術開發區和城東副中心的區位優勢，大力發展以汽車產業為主導的工業經濟，城鎮發展較為迅速，對建設用地需求日益加大，尤其是以驛都大道為主線的新城建設區位于西部平原地帶，與耕地在空間分布上具有交叉性，隨著建設用地需求進一步加大，耕地非農化現象也趨于常態化，這也是以龍泉驛區作為典型區域開展耕地非農化研究的現實基礎。

本文采用的數據包括龍泉驛區2005年與2009年土地利用現狀數據、2013年土地利用變更調查數據以及以行政村為空間單元的行政邊界矢量圖，將其一并導入ArcGIS 9.3軟件平臺，運用提取與空間疊加分析等工具，獲取不同年份龍泉驛區各行政村耕地數據及不同時段耕地非農化數據。

圖2　2005—2013年龍泉驛區耕地非農化洛倫茲曲線Fig.2 The Lorenz curve of cultivated lands conversion in Longquan District， 2005—2013

2　龍泉驛區耕地及非農化現狀分析

2.1龍泉驛區耕地分布及非農化現狀

龍泉驛區地處平原與山地結合地帶，但50%以上為平壩區，耕地分布較為集中。2013年龍泉驛區耕地面積為9492.25 hm2，占全區土地總面積的17.08%，其中旱地、水澆地以及水田分別占比33.84%、34.78%和31.38%。由于龍泉驛區東西部地形條件差異明顯，耕地在空間分布上的差異也較為顯著。為了方便分析區域內部耕地分布情況，本文采用耕地豐度指數［17］來對比分析各行政村耕地分布的差異性。根據計算結果，采用組內差異最小、組間差異最大的自然間斷點分類法對2013年龍泉驛區各行政村的耕地豐度指數進行分級，如圖1（a）（封二）。從圖中可以看出，龍泉驛區耕地在空間分布上處于明顯的不均衡狀態，耕地較多及豐富的地區主要集中在西北部及北部平原的黃土鎮、洪安鎮、西河鎮以及洛帶鎮、十陵街道辦事處、大面街道辦事處的部分區域，這6個鄉鎮的耕地數量占到了全區的耕地總面積的70 %以上，東部萬興鄉及洛帶鎮部分區域存在局部耕地集中的情況；而耕地較少及稀少區則集中于龍泉、同安街道辦事處的以南區域。

龍泉驛區近些年耕地非農化現象較為明顯。從圖1（b）（封二）可以看出，2005—2013年龍泉驛區耕地非農化發生的區域主要集中在西部平原地帶，包括龍泉、大面、十陵街道辦事處以及西河鎮、黃土鎮城鎮建成區周邊和部分主要交通干線附近區域，其中大面街道辦事處龍安村、龍華社區以及十陵街道辦事處來龍村、躍進社區耕地非農化現象尤為突出。值得注意的是，2005—2009年龍泉驛區耕地非農化較為明顯的區域主要分布在大面、十陵街道辦事處與成都市主城區鄰近的區域，而2009—2013年除原有耕地非農化較為明顯的區域外，在北部西河鎮鹿角社區、洪安鎮的洪安火車站社區以及同安街道辦事處東部區域均出現了耕地非農化的現象，這表明，隨著時間的推移，耕地的非農化有向交通線縱深擴張的趨勢。從龍泉驛區耕地非農化整體過程來看，一方面，耕地非農化在成都市區與龍泉驛區的結合地帶尤為顯著；另一方面，耕地非農化的空間分布呈現城鎮外圍擴展與點狀擴散并存的狀態。

2.2龍泉驛區耕地非農化空間差異性分析

本文基于統計學家Lorenz提出的洛倫茲曲線基本原理［18］，以橫軸表示行政村單元個數的累計百分比，以縱軸表示耕地非農化面積累計百分比，由此繪制耕地非農化洛倫茲曲線，如圖2。從圖中可以看出，2005—2013年90%以上的耕地非農化面積集中在30%的行政村區域范圍內，60%的行政村包含了耕地非農化面積總量，說明龍泉驛區耕地非農化區域相對集中在少數行政村區域范圍內，在村級層面區域非均衡性較大，空間差異性較為明顯。對比2005—2009年與2009—2013年兩個時段耕地非農化洛倫茲曲線來看，2009—2013年曲線彎曲程度較2005—2009年有所變小，基尼系數分別為0.8049和0.8421，說明龍泉驛區耕地非農化村級行政區域非均衡性在減弱。

3　耕地非農化空間分布格局及擴散路徑

3.1耕地非農化空間分布格局

耕地非農化受社會經濟發展、城鎮擴展等因素影響較大，耕地非農化較為明顯的區域往往在空間上與城鎮發展區、社會經濟發達區等具有高度重合性。為更好掌握耕地非農化空間變化規律，采用Natural Breaks（自然間距分類法）對2005—2009年、2009—2013年龍泉驛區行政村耕地非農化面積分級，分類結果如圖3（封二）。

從圖3所反映的信息來看，兩個時間段耕地非農化的主要區域均集中在龍泉驛區西部、西北部及北部區域，但不同等級耕地非農化的空間區域在不同時期存在較大差異，具體表現為：2005—2009年耕地非農化面積在3.46 hm2以上的行政村在空間上較為分散，而2009—2013年則較為集中，耕地非農化較為明顯的區域向西部及西北部轉移，東南部及南部區域基本上未出現耕地非農化現象；2005—2009年耕地非農化面積達到33.12 hm2以上的行政村多于2009—2013年，而耕地非農化面積在6.25—33.12 hm2之間行政村數量少于2009—2013年；2005—2009年耕地非農化面積最高的行政村達到135.62 hm2，而2009—2013年則為87.54 hm2，兩者相差較大。

由于耕地非農化的面積數量是絕對值，忽略了各行政村的耕地資源稟賦，無法準確客觀地反映當地耕地非農化的程度情況。因此，有必要構建耕地非農化指數，即用耕地非農化面積與實有耕地面積的相對值來衡量各行政村單元的耕地非農化水平。其計算公式如下：

式（1）中，Pi表示第i個行政村的耕地非農化指數，Fi為第i個行政村的耕地非農化面積，Si表示第i個行政村耕地面積。依據耕地非農化指數，將龍泉驛區耕地非農化空間分布格局劃分為6種類型，即Pi= 0為零度非農化區（未發生耕地非農化現象），Pi∈（0，0.05］為低度非農化區，Pi∈（0.05，0.15］為輕度非農化區，Pi∈（0.15，0.25］為中度非農化區，Pi∈（0.25，0.35］為重度非農化區，Pi∈（0.35，1.00］為極度非農化區，如圖4（封三）所示。

對比圖3來看，圖4中耕地非農化等級較高的區域在空間分布上更為明顯，集中程度高于以耕地非農化面積劃分的高等級非農化區，且主要集中在城鎮周邊區域，說明以非農化指數區分耕地非農化空間集聚特性，更好表達了龍泉驛區耕地非農化空間格局。從圖4中可以看出2005—2013年龍泉驛區極度、高度以及中度非農化區主要集中在西部平原的城鎮建成區周圍區域，耕地非農化水平整體呈現出西高東低的空間分布格局。2009—2013年與2005—2009年相比，耕地非農化空間格局發生了較大變化，具體表現為：極度非農化區空間單元有所增加，其更加集中在西部大面、十陵、龍泉街道辦事處城鎮周邊區域，而高度與中度非農化空間單元有所減少；東部及東南部耕地非農化速度有所減緩，但低度非農化區空間單元明顯增加，而未發生耕地非農化現象的零度非農化區則相應減少，說明龍泉驛區耕地非農化的空間區域有所延伸。

3.2耕地非農化擴散路徑

從前面的分析可以看出，龍泉驛區耕地非農化在不同時段的空間分布存在一定的差異。由此，本文引入重心模型［19］來分析以行政村為空間單元的不同規模級別的耕地非農化重心變化情況及其空間擴散路徑。重心坐標一般以地圖中經緯度來表示，其計算公式如下［20］：

式（2）、式（3）中，X、Y分別為發生耕地非農化空間分布重心的經緯度坐標；Ci為空間單元i發生耕地非農化的面積；Xi、Yi分別為空間單元i的經緯度坐標。

基于耕地非農化指數的分級結果，運用式（2）、式（3）計算不同等級的耕地非農化重心，并將重心坐標點以點狀地物添加到行政村矢量邊界圖層上，按照等級高低次序用曲線連接，形成耕地非農化重心曲線（圖5，封三）。

從圖5中可以看出，不同等級耕地非農化區域重心在空間上較為分散，說明耕地非農化區域差異較大，但整體上集中分布在西部平原地帶，這也從側面反映了西部平原區作為龍泉驛區城鎮發展的集中區域，在城市規劃及發展擴張過程中，社會經濟活動對耕地非農化產生了較大影響。從龍泉驛區耕地非農化曲線的變化情況來看，主要表現出以下幾方面的特征：（1）2005—2009年龍泉驛區不同等級耕地非農化的重心整體上由高到低從城鄉結合部外圍區域向城鎮中心回旋，城鎮外圍區域在城鎮與社會經濟發展過程中耕地非農化的現象較為明顯；2009—2013年不同等級耕地非農化重心整體上由高到低呈現出西—東向遞減趨勢，而且重心點在空間分布上相對2005—2009年較為均勻；（2）2005—2009年除極度非農化區域外，各等級耕地非農化重心分布相對集中，而2009—2013年則相對分散，這也說明2005—2009年龍泉驛區耕地非農化區域比2009—2013年更為集中；（3）從不同等級非農化重心空間分布狀況來看，相比較2005—2009年而言，2009—2013年耕地非農化空間擴散距離和方向是向西北方向移動了1861.32 m，具體表現為高等級非農化重心均不同程度向西移動，即極度非農化區（等級1）與中度非農化區（等級3）向西南方向移動，高度非農化區（等級2）與輕度非農化區（等級4）向西北方向移動；低等級非農化重心則向東有所移動，即低度非農化區（等級5）與零度非農化區（等級6）分別向東北、東南方向移動。

4　結論與討論

本文基于GIS空間分析方法對龍泉驛區2005—2013年耕地非農化的空間過程進行可視化表達與空間統計，開展耕地非農化空間格局與空間擴散路徑分析，主要結論如下：（1）2005—2013年龍泉驛區耕地非農化空間分布較為明顯，受地形條件的限制，主要集中在西部平原地帶，尤其是該區域的城鄉結合部；耕地非農化發生的區域集中在城鎮周邊及主要交通干線附近，并且有沿交通線縱深擴張以及點狀擴散的趨勢；2009—2013年與2005—2009年相比，耕地非農化的區域非均衡性在弱化。（2）以行政村作為空間單元，按照耕地非農化數量進行分類，2005—2013年耕地非農化數量較大的行政村集中分布在西部、西北部及北部區域。2009—2013年與2005—2009年相比，耕地非農化數量較大的行政村相對集中；耕地非農化較為明顯的區域向西部及西北部轉移，東南部及南部區域基本上未出現耕地非農化現象。（3）以耕地非農化指數作為等級劃分的標準，更能反映龍泉驛區耕地非農化的空間格局。2005—2013年龍泉驛區極度、高度以及中度非農化區主要集中在西部平原的城鎮建成區周圍；耕地非農化水平整體呈現出西高東低的空間分布格局，基本符合龍泉驛區的實際情況。（4）基于耕地非農化指數分級的耕地非農化重心曲線分析表明，不同等級耕地非農化區域重心在空間上較為分散，說明耕地非農化區域差異較為明顯，但整體上集中分布在西部平原地帶。2005—2013年不同等級耕地非農化重心呈現出由高到低從城鄉結合部外圍區域向城鎮中心回旋的趨勢，從側面反映了龍泉驛區社會經濟與城鎮發展的空間過程；2009—2013年高等級耕地非農化重心向西移動，而低等級非農化重心則向東移動，耕地非農化重心向西北方向移動了1861.32 m。

從整體來看，以耕地非農化空間變化為基礎，分析龍泉驛區耕地非農化空間過程及其分布格局、空間擴散路徑等，一定程度上揭示了其耕地非農化的空間規律，也從側面上反映了社會經濟、城鎮發展、地理環境等因素對耕地非農化產生的影響，可以為耕地合理利用與優化布局提供一定的決策參考。另外，耕地非農化一定程度上受約于土地利用總體規劃，但是目前規劃在很大程度上是對數量管控的約束，但是像龍泉驛區這樣的縣一級土地利用規劃，在一定程度上很難兼顧耕地保護與社會經濟的統一，而規劃中用途管制的控制作用又往往被僅滿足數量要求而予以弱化，這些都使得耕地非農化趨勢越發嚴峻。因此，從耕地的質量角度來深化和完善耕地非農化過程的研究，將是下一步的重點研究內容。

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（本文責編：陳美景）

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

國家自然科學基金項目（41301196）。

任平（1978-），男，湖北荊門人，教授，博士。主要研究方向為國土資源管理與生態環境效應。E-mail： pren121680@126.com