丘陵地區中小城市城鄉結合部土地利用變化特征*
——以內江市四合鄉為例

許 斌，李永飛，甄 英

(1.內江師范學院地理與資源科學學院，四川內江 641100；2.吉首大學旅游與管理工程學院，湖南張家界 427000)

0 引言

隨著城市不斷向外擴張，城市與農村界限愈加模糊，形成特殊的城鄉經濟交融地理單元，即城鄉結合部，使原有的城鄉二元結構轉化為城市、城鄉結合部和鄉村的三元結構[1]，城鄉結合部以市區為中心，隨城市建成區的擴張以圈層形式動態向外擴展，是城市發展的承載體，起調節城市生態，改善城市環境的作用[2]，亦是城鎮化發展的第一線和最前哨、耕地保護的最后防線[3]，其未來不是轉變為中心城市，而是日益成為具有現代性和城鎮化特征的獨立第三空間[4]。

土地是自然和人為雙重作用的產物，其空間形態具有不規則性、相對不穩定性和復雜性[5]。丘陵地區城鄉結合部已納入城市規劃范圍[6-7]，而將城市周邊優質耕地劃定為永久基本農田，是在統籌城鄉背景下保護耕地的重要方式，也是耕地、糧食及生態安全的重要保障[8-9]。城鄉結合部已成為經濟發展進程中土地爭奪的熱點區域，緩解城市化對農村的負面影響亦變得日益緊迫[10-11]。城鄉結合部土地類型多樣、結構復雜[12]，利用效率低[13]、逆向轉換困難[14]、利用和開發問題最為尖銳[15]，研究城鄉結合部土地利用特征，可以為城鎮化進程中城市用地安排和產業布局提供參考[16]。許多學者在研究城鄉結合部土地規劃[17]、土地集約利用評價[18-19]、土地利用動態變化模式及影響因素[13， 20]等方面已取得豐碩成果。山地、丘陵等地區為國土開發總體格局提供生態保障[21]，其城市布局和發展演化特征明顯，但城市與鄉村界限仍然存在[22]，目前關于丘陵地區城鄉結合部土地利用變化研究主要集中于以分時段統計各地類數量變化[23]，或從鄉鎮產業結構角度進行分析[16]，較少有在鄉鎮尺度上分析城鄉結合部土地利用及其空間分布形態變化的闡述[24]。文章在鄉鎮尺度上，以川中丘陵地區內江市四合鄉土地利用數據為研究對象，運用分形理論[25]和景觀指數[26-27]，綜合內江城市用地布局、四合鄉自身區位等因素，定量分析四合鄉土地空間格局在內江城市擴展過程中變化及有序程度，闡述丘陵地區城鄉結合部土地利用空間格局在城市擴展過程中的變化規律。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

內江市位于四川省東南部，沱江下游中段，介于東經104°15′～105°26′，北緯29°11′～30°2′，地形以丘陵為主、約占90%，東南、西南面有低山環繞； 屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫20℃，年降水量1 000 mm[28]。內江中心城區位于內江市中東部、沱江兩岸，由內江市市中區和東興區部分街道組成。四合鄉處內江市市中區中部，緊鄰內江城市西北方向，距內江城中心約6km，東鄰東興區勝利鎮、南依靖民鎮、西靠龔家鄉、北抵史家鎮，成渝鐵路過境，成渝高速公路、內遂高速公路交匯于此。

1.2 數據來源

該文采用內江市市中區2009年和2014年土地利用變更調查數據。該數據遵照《土地利用現狀分類標準(GB/T21010-2007)》分為耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地、其他土地等8個一級類， 13個二級類。因草地數量較少(2009年2個圖斑， 2014年3個圖斑)，將之歸并在林地計算。各類用地信息如表1。

表1 2009年和2014年四合鄉土地利用指數統計

年份地類DR2SKHJMSIFNSINArea/hm2Pi(%)2009耕地1.4530.9770.0470.2640.1361.7990.0560.00145779.4467.64園地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建設用地1.2740.9740.2260.2390.1231.2481.7720.02219123.0610.682014耕地1.2840.9450.2160.3330.1711.8390.1050.00266621.4653.93園地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建設用地1.2480.9730.2520.3110.1601.2680.9880.012209210.4518.26

1.3 研究方法

丘陵區土地受地形限制，耕地多以小斑塊聚集式分布于低海拔、坡度平緩區域，且斑塊較破碎、幾何形狀較復雜，建設用地與耕地分布類似，但受人類活動影響其形狀較為規則，其余用地類型受地形限制相對較小[29-30]。因此，為揭示四合鄉在城市擴展過程中土地類型數量、分布形態等變化特征，該文采用分維數D，信息熵指數H、均衡度J、集中度I，平均形狀指數MSI、破碎度FN、分離度SI等進行土地利用結構變化分析。

1.3.1 分維數

采用面積—周長關系計算土地利用分維數，分別對土地利用圖斑周長P、面積A取自然對數，假定其分維數為D，則有[31]：

(1)

式(1)中，k為待定常數項。若研究區土地利用格局具有分形結構，則lnP-lnA散點在一定標度域內同一條直線上，即符合統計規律，可以通過散點圖擬合直線斜率求取分維數D。D值理論范圍在1～2，愈大則表示該土地類型形態愈復雜；D=1，表示土地斑塊為正方形，D=2，表示土地斑塊形態最復雜，D=1.5則表示該土地形態處于一種類似于布朗運動的隨機狀態即最不穩定狀態。D愈接近1.5，表示該土地類型愈不穩定，可采用穩定性指數SK進行輔助評價，SK愈大，空間結構愈穩定。

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類別多少和各類面積分布均勻程度，值愈大，表示土地類別愈多，各類別百分比差異愈小，土地利用系統有序性愈低，采用以下公式進行計算[32]：

(3)

式(3)中，H表示土地利用信息熵，Pi表示某一類型土地利用面積占總面積比例，n為土地利用類型數量。

均衡度J表示土地利用均衡性，其值介于0～1，值愈大表示區域土地利用愈均衡[33]，計算式為[34]：

(4)

式(4)中，J表示均衡度，為實際熵值與最大熵值之比，H表示土地利用信息熵，Hmax表示土地利用信息熵最大值； 與其相對應的有集中度I=1-J，反映區域內一種或幾種占優勢土地利用類型支配該區域土地類型的程度，其含意與均衡度相反[33]。

1.3.3 平均斑塊形狀指數、破碎度、分離度

土地利用形狀指數描述地塊輪廓在空間形態上的緊湊性[35]，反映斑塊偏離正方形或圓形的程度，值愈小，斑塊形狀愈規則、簡單，其幾何形狀愈趨近于正方形或圓形； 值愈大，斑塊形狀越復雜。該文采用平均斑塊形狀指數MSI來描述四合鄉土地類型緊湊特征，計算式為[26]：

(5)

式(5)中，MSI表示平均斑塊形狀指數，n為土地利用類型數量，P為斑塊周長，A為斑塊面積。

景觀形狀破碎度反映景觀空間格局復雜性和人類活動對景觀結構影響程度，值愈大，表示景觀愈破碎； 景觀類型分離度則反映某一景觀類型中斑塊空間分布離散程度，值愈大表示斑塊距離愈大，該類土地分布愈分散[36]。景觀形狀破碎度指數FN[36]、景觀類型分離度指數SI[27]計算分別見公式(6)、(7)：

(6)

(7)

式(6)、(7)中：FNi、Ii、Ni、Ai分別為第i類土地利用破碎化指數、分離度、斑塊數和面積，S為研究區土地總面積。

2 結果與分析

2.1 四合鄉土地利用數量及空間分布特征

2009年和2014年四合鄉各類土地利用指數和空間分布特征如圖1和表1所示， 5年內土地類型以耕地、交通用地、建設用地變化最為明顯，其他各地類變化較小。耕地由2009年779.44hm2減至2014年621.46hm2，減少了157.97hm2，被侵占約20.27%，其占地比例由67.64%減少至53.93%，下降了13.71%， 變化最大。減少的耕地主要轉為交通用地和建設用地，占其新增總量的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%，擴張約3.4倍。這可能是5年內四合鄉規劃或新建了城市道路、高速公路連通樞紐及相關配套設施等，使得交通用地面積大幅度提高。建設用地由2009年123.06hm2增至2014年210.45hm2，其比例由10.68%上升至18.26%，增加約0.71倍，可能為四合鄉南部新增城市用地，四合鄉西北部、東北部新增建制鎮等，增加了建設用地面積。園地由25.59hm2減至18.79hm2，這可能為2009年以前園地主要沿成渝高速公路兩側分布，后來被高速交通樞紐和建制鎮建設占用。林地由65.12hm2減少至57.37hm2，這主要是四合鄉東部新建城市道路占用而減少。水域面積由132.0hm2減至125.32hm2，縮減較少，這也主要被交通用地和建制鎮用地侵占。其他土地面積由0.96hm2增至4.08hm2，增加較大，這主要是其他土地周圍耕地被侵占，部分耕地撂荒所致。

圖1 四合鄉土地利用方式變化特征(a=2009年，b=2014年)

2.2 四合鄉土地利用分維數及穩定性

四合鄉各類土地具有分形特征， 2009年分維數介于1.267～1.612，其中交通用地最大為1.612，其余均低于1.5，其分維數值排序為：交通用地>林地>耕地>園地>其他土地>建設用地>水域。2014年分維數介于1.170～1.463，均低于1.5，且交通用地>園地>林地>耕地>建設用地>水域>其他土地，除園地分維數略微增大外，其余地類分維數均減小，這說明各地類在空間上呈規則變化趨勢。除園地和交通用地外， 2014年四合鄉各類土地穩定性指數SK較2009年均增大，表明四合鄉不同用途相互鑲嵌的土地斑塊在人為干預下，斑塊形狀趨于規則。因交通樞紐建設，交通用地面積和空間分布形態變化最為明顯。

2.3 四合鄉土地利用多樣化及均衡度

2014年四合鄉土地利用信息熵由2009年1.09增至1.351，表明在土地類型數量不變的情況下，各類用地規模差距在縮小、面積分布趨于均勻。2009年耕地、建設用地和交通用地信息熵分別為： 0.264、0.239、0.086，差異顯著。2014年，因交通和建設發展占用大量耕地導致耕地面積縮小，減小了這3種地類的比例差異，其信息熵分別為： 0.333、0.230、0.311，范圍較2009年更為集中。2009年和2014年四合鄉土地利用均衡度分別為0.560和0.694，集中度分別為0.440和0.306，土地利用均衡度增加、集中程度降低。這說明2009年占優勢的土地類型對四合鄉土地支配程度在2014年有所降低，這體現在2009年耕地、水域、建設用地等3種地類共占總面積89.8%， 2014年耕地、建設用地、水域等3種地類總比重為83.1%，交通用地比重上升至9.96%，該4種地類共占四合鄉總面積的93.1%，即占優勢的地類類型、數目和面積均發生了變化，土地利用趨于平衡發展。

2.4 四合鄉土地利景觀類型指數變化特征

與2009年相比較， 2014年四合鄉土地利用景觀指數變化明顯，各地類斑塊平均形狀指數、破碎度、分離度總體降低。耕地斑塊平均形狀指數由1.799略增至1.839，破碎度指數由0.056增至0.105，分離度指數由0.001增至0.002，這可能主要為耕地被新增交通用地隔離或被新增建設用地占用，造成耕地更為破碎，不同斑塊個體空間離散程度增加所致。交通用地斑塊平均形狀指數由3.485減小到2.691，破碎度由0.230減至0.096，分離度由0.017減至0.005，這可能為交通用地增加且規則分布所致。建設用地斑塊平均形狀指數由1.248略增至1.268，破碎度指數由1.772減至0.988，分離度指數由0.020減至0.012。建設用地總體呈集中分布，斑塊平均形狀指數略增大，這可能受城市建設用地供地影響。園地斑塊平均形狀指數由1.407略增至1.435，破碎度指數由1.094增至1.277，分離度指數由0.036增至0.045，反映其穩定性下降，破碎化程度增加，這可能主要受城市建設用地侵占所致。林地斑塊平均形狀指數由1.620減至1.609，破碎度指數由0.829增至0.941，分離度指數由0.019增至0.022。這可能為四合鄉東部瀕臨沱江，新修城市道路占地使得林地被分隔。水域斑塊平均形狀指數由1.115略增至1.165，破碎度指數由0.356減至0.327，分離度指數0.009保持不變，這主要受城市建設用地侵占影響。其他土地斑塊平均形狀指數由1.133略增至1.174，破碎度指數由3.117減至1.961，分離度指數由0.353減至0.125，這主要是原有地塊周圍耕地被侵占，斑塊周長面積比降低，形狀更規則所致。

3 討論與結論

3.1 討論

與2009年相比較， 2014年四合鄉土地利用熵值總體減小，主要為大量耕地向建設用地轉移，即以耕地為主要用地類型的中小城市城鄉結合部，土地利用結構受城市邊緣式擴展方式[37-38]影響較大，與城鎮化初期郊區鄉鎮土地利用熵值變化一致[34]，土地利用空間分布亦受城市用地布局影響，各地類變得愈規則[27]。在鄉鎮尺度上，受城市規劃和鄉鎮所處區位影響，四合鄉在城市擴展中土地利用變化特點比較明顯：工業園區和交通用地占用大量耕地，局部呈面狀、帶狀分布[39]； 耕地減少與撂荒并存，這說明城鄉結合部土地節約集約利用水平提高，也反映農村剩余勞動力向外部轉移。大量農用地轉換為非農用地，一定程度上加劇了城鄉結合部土地供需矛盾，這對保護基本農田和堅守耕地紅線造成壓力，保障城市天然生態構成威脅，但內江市城鄉結合部土地利用持續性變化仍有待進一步分析。

3.2 結論

通過對2009年和2014年四合鄉土地利用結構變化分析，得出以下結論。

(1)與2009年相比較，至2014年時，四合鄉交通用地、建設用地劇增，耕地被大量占用而減少，園地、林地、水域亦減少，其他土地略有增加； 主要用地類型發生明顯變化，各類用地比例差距縮小； 受城市規劃影響，各地類邊界趨于規則。四合鄉土地利用分維數總體減小，信息熵和均衡度均增加，亦反映其地類形狀規則化、用地規模差異縮小趨勢； 破碎化指數和分離度能較好地反映各類土地空間分布集散趨勢。

(2)四合鄉因緊鄰內江市城區，受所處區位地形條件、城區向北擴展、城市總體規劃及用地布局影響等，在四合鄉東南部新增工業用地、交通用地、居住區用地，導致四合鄉土地利用發生明顯變化，其中耕地大量減少、交通用地增速最快是用地結構變化的突出特征。

總之，緊鄰城區以耕地為主要用地類型的四合鄉，受城市用地布局影響，非農用地增多導致耕地明顯減少，影響原有土地利用格局均衡，客觀上亦加劇了城鄉土地供求矛盾。