三峽庫區典型流域聚落變遷的土地利用效應

冉彩虹,李陽兵,2,*,梁鑫源,3

1 重慶師范大學地理與旅游學院, 重慶 401331 2 三峽庫區地表過程與環境遙感重慶市重點實驗室, 重慶 401331 3 南京大學地理與海洋科學學院, 南京 210023

聚落變遷是人類活動的直接反應,其擴張、衰退或消失對周邊用地類型有較大干擾,尤其對環境和土地資源可持續發展具有重要的影響[1]。隨著社會經濟的快速發展,聚落和土地利用功能轉型明顯[2- 3],但山區由于受到地形、氣候、地理位置等因素的制約,先天條件和后天經濟發展與平原地區都存在較大的差異[4],因此山區聚落和周邊土地利用功能變化較為模糊[5]。一方面,社會經濟的發展推動了聚落擴張,使得農戶生計需求產生變化[6],鄉鎮企業逐漸發展起來[7],從而推動了農村家庭的差異化發展[8],這種差異化發展在一定意義上影響了土地利用變化的過程[9- 10],但聚落擴張勢必會對土地利用類型造成較大的擾動,對山區農村環境和鄉村振興都有較大的影響[6]。另一方面,山區鄉村勞動力的轉移加速鄉村聚落的衰退過程,而逐漸弱化的聚落體系反饋于鄉村社區造成鄉村人口的進一步析出,加劇了山區“空心村”問題,從而推動了山區土地利用的轉型[11- 13]；此外退耕還林在一定程度上對農戶生計安全和糧食安全都有重要影響[4]。當前中國正在大力尋求農村生產力、土地資源等的可持續發展[14]。故探索山區聚落變遷所帶來的周邊用地類型變化對于山區農村土地整治、土地和生態系統等具有較大的積極意義。

三峽庫區由于其地理環境和三峽工程的建設,形成了一個集生態敏感區、典型移民區和農村貧困區一體的山區[15],但因工業化和城鎮化的發展,庫區內聚落和土地利用發生了較大變化[16],且森林和耕地利用發生轉型[17]。在這種變化趨勢下,聚落的擴張或收縮是否對土地利用轉型有推動作用,在土地利用轉型進程中其驅動機制是否產生變化,而這種變化是否會對區域內經營主體產生影響等值得深度挖掘。因此,探索庫區內聚落變遷的土地利用效應及其機理,對庫區社會經濟發展、生態建設和土地資源可持續利用,以及山區農戶生計方式均有積極意義。因此,本文以庫區腹地草堂溪流域作為研究對象,根據三峽水庫建設過程,從微觀尺度著手揭示山區聚落演變特征,進而挖掘由聚落擴張或消失過程所引起的土地利用轉型以及其他現象(如農戶生計來源轉變等),從而為庫區社會經濟發展,實現生態、經濟、社會效益共贏和鄉村振興提供參考。

1 研究區概況

草堂溪流域(109°35′03″—109°45′20″E,31°03′40″—31°11′06″N)位于重慶市奉節縣的東北部(圖1),屬于長江的一級支流,河流全長33.3 km,流域面積191.5km2,共流經奉節和巫山縣的22個鄉鎮。流域內地形起伏較大,受蓄水工程和移民工程的影響,聚落區位變化顯著；且現有研究表明流域內耕地轉型明顯,多向以果園為主的經果林轉型為主[18- 19]。基于此,選取具有典型性和代表性的草堂溪流域為研究對象。

圖1 草堂溪流域及調查點位置示意圖Fig.1 Location of Caotang River Basin and survey sites

2 數據來源

2000—2018年土地利用圖源自GOOGLE EARTH(分辨率為0.26m)高分影像,以及重慶市1∶5萬地形圖,根據《土地利用現狀分類》(GBT 21010—2017)結合研究區實際情況,采用人機交互解譯,劃分出坡耕地、聚落、草地、有林地、灌木林地、河流、道路、撂荒地、果園、建設用地(主要是流域沿岸移民產業園區和機場)和未利用地等12種土地利用類型。并利用ENVI 5.0將劃分出的土地利用類型進行精度校正,并結合實地踏勘進行抽樣驗證,確保精度均在90%以上。經營主體數據主要來自實體調查和政府統計資料提取。

3 研究方法

3.1 聚落類型劃分指標

(1)基于ArcGIS 10.2軟件生成500 m×500 m的格網,共計841個,并提取出有聚落的格網。首先,提取出2000—2018年聚落格網內消失的聚落,將其定義為消沒型。其次利用擴張強度指數將其余聚落進行類型劃分,擴張強度指數可體現聚落用地空間變化[20]。擴張強度指數越高則聚落空間變化越劇烈；指數越低,變化就越緩慢；當指數為負值時,表示聚落用地由擴張變為減少。公式如下：

圖2 聚落類型劃分Fig.2 Classification of settlement types

圖3 草堂溪流域不同聚落類型空間分布 Fig.3 Spatial distribution of different settlement types in Caotangxi watershed

3.2 緩沖區分析

為清晰反映出聚落擴張、衰退或消失所引起的周邊土地利用轉型,本研究以聚落為中心,通過對不同類型聚落建立線性模型,得出聚落與土地利用類型之的間函數模型。在此基礎上計算出主體(聚落“y”)與鄰近實體(土地利用類型“x”)之間相應的比值距離,同時根據二分法確定每種聚落類型的作用范圍,從而確立出不同類型聚落的緩沖半徑,如(表1)所示。

3.3 實地調查

奉節縣草堂鎮占整個草堂溪流域面積的78%以上,因此此次野外調研主要選取了流域內草堂鎮產業的主要集中區域的6個鄉村。主要以走訪和問卷調查為主并結合奉節縣和當地政府的統計資料,對農戶經營主體變化進行確認(表2)。

表2 研究區經營主體變化

4 結果分析

4.1 單元格網內聚落與土地利用演變

聚落擴張或消失,對周邊用地類型有較大干擾。故將研究區聚落分為4種類型,探討由于聚落變遷所帶來的聚落格網內土地利用變化(圖4,5)。消沒型聚落根據其消沒原因可分為由于城鄉經濟發展帶來的居民向經濟狀況較好區域搬遷的邊緣-消沒型和水庫蓄水所導致的淹沒-消沒型。本文主要分析邊緣-消沒型聚落所帶來的土地利用變化。變化幅度最大的為2000—2010年,隨著聚落的逐漸消失,人類活動對該地帶的影響逐漸減弱,耕地撂荒,聚落廢棄使得森林生態空間持續擴張[21- 22]。

圖4 2000—2018年不同聚落類型格網內斑塊面積及數量變化Fig.4 Changes in plaque area and quantity in different settlements type grids from 2000 to 2018上圖中柱狀圖為斑塊數量占比,折線圖為面積變化

衰退型聚落是流域主要聚落類型。聚落雖沒有消失但面積逐年減少,耕地面積降幅明顯,逐漸轉化為具有一定生態和經濟效益的林草地、果園等其他土地利用類型。隨著社會經濟的發展,農戶生計方式發生變化,一些自發性的經營主體和政府或企業經營組織相繼出現,使得大量耕地轉變為具有生態和經濟效益的果園,故雖聚落逐年衰退,但果園面積增幅較大。

擴張型聚落分布較為集聚,沿河流和道路呈斜“Y”字型分布,以西南部的擴張最為明顯。流域西南部為草堂鎮鄉鎮中心所在地,經濟和城鎮化率增幅迅速,聚落逐漸呈條帶狀或團塊狀向該區域聚攏,使得耕地逐漸收縮,轉變為果園或其他土地利用類型,土地集約利用程度逐年增高。

自然增長型聚落分布較為分散,主要分布于東北部地區。聚落擴張幅度較小,多沿道路兩旁呈條帶狀分布。耕地和灌木林地都有所減少,有林地、果園等用地類型面積逐年增加。自然增長型聚落周邊,以干支流交匯處為界,2000—2010年東北部地區土地利用類型以灌木林地、耕地為主；到2018年,該區域耕地收縮明顯,土地生產功能下降,而大量耕地撂荒或轉變為果園或林草地等土地利用類型。而在西南區域,2000—2010年主要以耕地為主要用地類型,但流域西南地區經濟發展較快,且該區域經營主體多以政府或外來企業為主,到2018年,該區域大量耕地轉為果園,生產功能和生態功能均有所提升。

圖5 2000—2018年草堂溪流域空間單元內土地利用演變Fig.5 Evolution of land use in the spatial unit of Caotangxi watershed from 2000 to 2018

4.2 聚落變遷與土地利用類型轉移

聚落格網內主要體現不同聚落類型周邊土地利用時空變化特征,為深入挖掘不同聚落類型周邊由于聚落動態變化所引起的土地利用轉型,本研究基于ArcGIS 10.2軟件進行疊置分析和3.3的緩沖區分析統計出研究區四種聚落類型變遷所引起的土地利用面積變化(圖6)和土地利用類型轉移(圖7)。

從圖7可看出, 四種類型聚落周邊隨著聚落的擴張或衰退,土地利用類型均以耕地收縮轉型,果園和林地擴張為主。擴張型聚落擴張迅速,影響距離較遠,土地利用類型轉移主要發生在其周邊1000m范圍內,2000—2010年隨著聚落擴張在與聚落中心距離300m內以耕地轉為果園和撂荒地為主；300—500m之間主要以耕地向林草地等類型轉變,但該階段有林地面積增幅較小,灌木林地逐漸由2000年距聚落中心500m向2010年與聚落中心距離300m處收縮,面積有所減少。2010—2018年有林地和果園面積大幅度上升,與聚落中心距離200m內以果園為主,200—400m間以有林地和果園兩種地類為主；且隨著聚落的擴張和耕地轉型,撂荒地面積逐年上升,2018年逐漸在與聚落中心距離400m處達到最大值。

圖7 草堂溪流域不同聚落類型周邊土地利用轉移圖Fig.7 Land use transfer map of different settlement types in Caotangxi watershed

自然增長型聚落由于聚落本身面積基數較小,且地理位置較為偏遠,因此聚落擴張較慢,主要距聚落中心500m內,土地利用類型變化活躍。2000—2010年隨著聚落的緩慢擴張,對聚落外圍土地利用類型干擾較小,故與聚落中心距離200m外有林地和灌木林地面積大幅上升,100—200m之間果園面積有所上升,但漲幅較小；2010—2018年,由于受到退耕還林政策和生態建設的影響,耕地大幅度減少,與聚落中心150m內耕地主要轉變為果園,150m后轉為林草地等類型,且與聚落中型距離越遠,林地、撂荒地等生態完整性較高的地類面積越大。

衰退型聚落中在與聚落中心750m范圍內用地類型變化明顯。2000年,距聚落中心150m范圍內,以耕地為主,林草地等地類主要分布在300—750 m 之間,且以灌木林地為主,有林地和果園面積較小；2000—2010年,聚落面積逐漸收縮,但聚落周邊75m內仍以耕地為主,但75—150m之間逐漸轉型為果園、灌木林地、有林地等地類；2010—2018年,與聚落中心150m范圍內耕地逐漸被果園所取代,且與聚落中心距離越遠,土地利用類型逐漸轉為林草地、撂荒地等地類。

消沒型聚落由于其自然區位條件較差,聚落分布較為分散,且聚落面積較小,故土地類型變化主要發生在距聚落中心250m范圍內。2000年,與聚落中心距離越近,耕地面積占比越小,但聚落周邊仍以耕地為主；2000—2010年隨著聚落逐漸消失,周邊土地利用類型逐漸轉變為有林地和灌木林地等地類,且與聚落中心距離越遠,生態完整性越高。

從圖6可看出,聚落擴張主要源自占用周邊耕地、林地等用地類型。2000—2010年,由于三峽大壩的建設,人類活動強度大,使得生態環境較為脆弱。2010—2018年,政府實施生態環境治理工作,有林地和灌木林地面積有所增加,同時注重經濟效益的提升,流域內果園經濟快速發展,到2018年果園取代耕地成為聚落周邊面積占比最高的用地類型。

圖6 2000—2018年草堂溪流域不同聚落類型周邊用地面積變化Fig.6 Changes in land use area of different settlement types in Caotangxi watershed from 2000 to 2018

5 討論

5.1 山區聚落變遷引起的土地利用轉型效應

5.1.1 生態效應

山區土地利用功能變化,對山區生態恢復及保護有較大影響[4]。三峽庫區地形條件復雜,作為典型的移民區和生態敏感區,土地利用轉型無疑對庫區生態恢復具有一定作用。2000—2018年草堂溪流域所表現出來的土地利用轉型以耕地和森林轉型為主[17],且流域整體生態狀況從惡化向明顯好轉改善的趨勢[23]。研究區不同聚落類型周邊土地利用轉型所帶來的生態效應具有差異性(圖8)。2000—2018年消沒型聚落由于聚落逐漸消失,耕地和果園逐漸退化撂荒,逐漸演替為有林地、灌木林地等生態完整性高的土地利用類型。而擴張型、自然增長型和衰退型均以耕地轉型為主：2000—2018年耕地逐漸減少一方面是由于三峽工程建設進程中蓄水工程和移民工程；另一方面由于退耕還林政策和長江防護林工程和研究區特殊的自然地理條件,森林快速擴張[24- 25],到2018年消沒型聚落類型周邊土地利用功能逐漸轉變為生態功能,而另外三種聚落周邊土地耕地生產功能雖然下降,但果園這種生產生態功能兼顧的土地利用類型發展較快,因此這三種聚落類型周邊均以生產生態功能為主。這種轉變趨勢對于區域生態安全亦具有積極作用,草堂溪流域地形條件復雜,尤其2000—2010年之間人地活動劇烈,造成流域內生態系統脆弱,且農戶為滿足生計需求,陡坡開墾十分嚴重,土壤侵蝕嚴重。而這種土地利用轉型的發生,使得區域生態完整性提高,保障了區域生態安全。

圖8 聚落變遷的生態效應Fig.8 Ecological effects of settlements change

5.1.2 社會經濟效應

宋小青在對法國土地利用轉型研究機制中發現,耕地發生轉型時,農戶的收入大幅度上升,且這種上升趨勢所帶來的經濟發展反作用于土地生產功能,使得土地集約化程度提高,農業機械化程度加快,從而推動了城鎮化發展速度[26]。而草堂溪流域耕地的收縮和撂荒大大縮減了糧食等農作物的播種面積,這勢必會對農戶生計安全產生影響,故耕地利用轉型是農業經濟發展的必然趨勢。

通過2010年和2018年走訪農戶調查發現農戶生計來源不再是單一的從土地中索取。2000—2010年果園經濟有所發展,除了流域內經濟較為發達的西南部區域外,其余區域多以農戶小規模經營為主。2010年后奉節縣開始實行“公司+基地+合作社+農戶”的經營方式,在兼顧扶持農戶的同時,致力于發展新型農業經營主體(如農業企業、農村合作社、家庭農場、專業大戶等)。故2010—2018年研究區西南部和干支流交匯處出現一系列移民生態產業園區,政府、企業產業有所發展,經營主體逐漸向政府、企業為主的經營主體轉變(表2)。

5.2 聚落變遷引起土地利用轉型的驅動因素及啟示

5.2.1 驅動因素

當社會經濟發展到一定程度時,社會經濟因素會成為聚落區位選擇的首要因素,聚落區位的變化必然導致土地利用的變化(圖9)。2000—2010年4種類型聚落中造成土地利用轉型的根本驅動力是勞動力的轉移。消沒型和衰退型聚落周邊因大量勞動力往外遷移且在勞動力有限的情況下,一些質量低,耕作不方便的土地資源就會被撂荒,逐漸演替為林草地等用地類型；而擴張型和自然增長型聚落周邊由于勞動力的遷入使得聚落擴張,但該時期政府頒布退耕還林政策,是造成耕地收縮,林地擴張的直接因素[25]。2010—2018年隨著城鎮化和工業化的發展,使得聚落向經濟條件優越區域遷移,進而促使土地利用類型的轉移,故該時段社會經濟的發展是促使用地類型變化的直接驅動力；而該時期土地利用轉型的根本原因是農戶需求增加,隨著農戶需求增加單一的耕地種植不能滿足農戶日益增加的農戶需求,使得果園經濟逐漸發展起來。衰退型聚落周邊耕地逐漸轉變為果園、林地等類型；擴張型和自然增長型聚落周邊土地利用類型轉變較快,主要表現為耕地到果園的轉變；而消沒型聚落周邊到2018年逐漸形成一個以林草地為主完全生態型的區域。

圖9 草堂溪流域土地利用轉型驅動因素及啟示Fig.9 Driving factors of land use transformation in caotangxi watershed and its enlightenment

5.2.2 啟示意義

研究區聚落存在多種演變類型。4種聚落類型雖然演變方向不同,但隨著土地利用驅動機制的轉變,果園經濟逐漸成為聚落周邊的支柱型產業,聚落變遷不再是驅動山區土地利用變化的唯一驅動機制,山區土地利用變化進入了多樣化階段。

土地利用驅動機制的變化使得經營主體也發生相應變化。2000—2010年果園主要以農戶個體經營為主,果園主要分布于聚落周邊,與耕地相間分布。2010年后果園呈規模化發展,其經營主體逐漸由農戶個體經營轉變為政府、企業經營為主。經營主體的轉變一方面促使農戶生計來源由單一向多元化發展；另一方面對農業集約化發展有著積極的推動作用,在一定程度上為農村土地利用轉型提供了驅動力[27]。

隨著流域社會經濟的發展,聚落不再是驅動山區土地利用變化的唯一機制。新型經營主體代替了小農經濟,山區土地利用變化進入了多樣化階段。但由于山區特殊的地理環境,更易于發展旅游和農業相結合的生態觀光農業。如梯田景觀、生態采摘等。這既可以拓寬農戶就業渠道,保證農戶生計安全,也對區域生態建設有積極意義。此外,還應重視農村教育投入,培養技術性人才或適宜性人才(符合當地經濟發展需求的人才),保障農戶后顧生計來源。

6 結論

本文選擇庫區典型的代表性的草堂溪流域,用聚落強度擴張指數、緩沖區分析等方法,進行山區聚落變遷引起的土地利用轉型研究,主要得到以下幾點結論：

1)聚落的動態變化對周邊土地利用類型有著直接的影響。隨著聚落的擴張,聚落周邊耕地轉為果園,與聚落中心較遠的地區則以耕地收縮,林地擴張為主；聚落消失,周邊耕地和果園面積相應減少,撂荒地、林草地等地類面積擴張,區域生態環境逐漸恢復；聚落衰退,周邊耕地逐漸轉變為果園,而聚落外圍土地利用類型則以耕地收縮,林草地、撂荒地擴張為主。除消沒型聚落周邊土地利用功能由生產生態功能轉為生態功能外,其余三種類型聚落周邊隨著聚落的擴張或衰退,周邊土地利用功能由生產功能逐漸向生產生態功能轉變。

2)2000—2010年勞動力轉移是驅動4種類型聚落周邊土地利用轉型的根本原因,政府政策是土地利用轉型的直接關鍵因素；2010—2018年社會經濟因素成為土地利用轉型的直接因素,該時期農戶生計需求成為用地類型變化的根本驅動力。土地利用類型變化驅動因素的轉移,帶動了流域內經營主體的轉移主要由農戶個體經營向政府、企業等他組織經營主體轉變為主。對流域內社會經濟發展有著積級的推動作用。

3)山區聚落變遷使得勞動力轉移驅動土地利用轉型和經營主體轉型在一定意義上體現了山區人地關系的變化過程。而隨著社會經濟的發展,土地利用轉型驅動機制發生轉變,推動農業集約化發展進程；而農業集約化發展又作用于農戶生計來源和經營主體的轉變,進而影響山區聚落的擴張或衰退。二者之間相互作用,互為輔助。聚落變遷是城鎮化和社會經濟發展的大背景下,山區鄉村發展的必然趨勢；而土地利用轉型是農業集約化發展、實現鄉村人口回流和鄉村振興的關鍵。