中國東部平原耕聚比分布規律、發展趨勢與優化策略*

李學東，劉云慧，伍盤龍，宇振榮，4※

（1.山東建筑大學建筑城規學院，濟南 250101；2.中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；3.內蒙古大學生態與環境學院，呼和浩特 010021；4.國土資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100035）

0 引言

改革開放以來，快速城鎮化與鄉村人口外流導致我國鄉村地域系統外部環境與內部要素發生轉變，原有結構與功能難以維持，我國鄉村地域系統亟需通過空間重構來實現系統內部結構優化與功能提升。鄉村空間重構過程中如何明確“生活—生產—生態”空間的面積比例關系是我國鄉村研究者面臨的問題之一。隨著我國土地資源開發殆盡，鄉村生態空間面積比例趨于穩定，鄉村生活與生產空間的相互轉化成為決定我國鄉村未來土地利用結構的關鍵。

農田與農村居民點作為我國鄉村生產與生活空間的主要土地利用類型，兩者間的面積比值，即“耕聚比”，通常是某地區人均耕地面積、農業機械化水平、耕地保護力度、土地集約節約利用程度等多種情況的綜合反映，而合理的耕聚比也是開展農村地區土地利用結構優化的基礎。1983年李旭旦、金其銘在研究江蘇省農村聚落的整治問題中較早使用了“耕聚比”的概念，并對江蘇省37個公社的耕聚比進行了研究，研究結果表明：這37個公社中耕聚比最高可達14.5，最低僅為3.8，平均值為8.4[1]。

2013年喬偉峰、吳江國等對安徽省宿州市埇橋區耕聚比進行了研究，研究結果表明：該區域平均耕聚比為6.898，并且農村居民點面積與耕地面積大致呈正比關系，即研究區各鄉（鎮）耕聚比基本一致，這說明耕作環境類似地區“耕聚比”大致相同[2]。2015年陳永林、謝炳庚等對長株潭地區不同高程下耕聚比分布規律進行了研究，研究結果表明：該區域耕聚比在7.18～67.06，并且隨海拔高度的升高而增加[3]。2017年郭連凱、陳玉福對山東省禹城市農村地區現狀耕聚比與合理耕聚比研究結果表明：禹城市大部分地區耕聚比在2～6，平均值為3.9；在農戶兼業化現狀與深化發展兩種情景下，合理耕聚比分別為9.95和15.99，該區域耕聚比亟需優化和提高[4]。2017年王會豪對四川省成都市雙流區適宜耕聚比研究結果表明：該區域耕聚比的盈余值為23.1，緊缺值為4.1[5]。

當前關于耕聚比的研究多為局域尺度的研究，缺乏不同地區耕聚比差異、發展趨勢與優化策略的系統研究。文章首先采用空間分層取樣法在我國東部平原地區選擇了240個10 km×10 km的樣點，然后以高分辨率遙感影像為數據基礎，通過遙感影像目視解譯、空間自相關分析、熱點分析等多種方法對我國東部平原耕聚比分布規律與不同區域適宜耕聚比進行了研究，并分析了我國東部平原耕聚比發展趨勢與優化策略。東部平原地區作為我國農業人口最多、耕地最集中、農村居民點規模最大的區域，以及我國開展鄉村空間重構，推進鄉村振興的重點區域[6]；開展耕聚比分布規律、發展趨勢與優化策略研究，可為我國東部平原地區鄉村空間重構過程中合理確定生活與生產空間面積比例關系提供研究基礎。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

我國東部平原主要由東北平原、華北平原、長江中下游平原3個區域組成，為我國耕地資源最集中，農業人口數量最密集的區域（圖1）。其中，東北平原是我國面積最大的平原，總面積35×105km2（緯度40°～48°，經度118°～135°）；氣候屬于大陸性季風氣候，年平均溫度在-3～11℃，平均降雨量為350～700 mm，主要集中在7—9月；土壤以黑土和黑鈣土為主，農作物包括水稻、大豆和玉米等[7,8]。

圖1 研究區域位置及樣點分布

華北平原是我國第二大平原，總面積約30×105km2（緯度32°～40°，經度114°～121°），屬溫帶季風氣候區，四季變化顯著，年平均降雨量500～900 mm，農作物以冬小麥-夏玉米雙季輪作為主[9-11]。長江中下游平原是我國第三大平原，總面積約為20×105km2（緯度27°～34°，經度111°～123°），屬亞熱帶季風氣候區，年平均降雨量為800～1 400 mm。淮河為華北平原與長江中下游平原分界線[12,13]。

1.2 數據來源

該研究通過空間分層取樣法在我國東部平原選擇了240個10 km×10 km的樣點（東北平原88個、華北平原88個、長江中下游平原64個，圖1）。空間分層取樣步驟如下：首先將我國東部平原劃分為多個1°×1°（單位：經度和緯度）網格，然后對每個網格內坡度小于6°區域的百分比進行計算，并以此來確定每個網格中樣點數量（≥70%，3個；40%～70%，2個；≤40%，0～1個）。然后以Quickbird、SPOT5等多源遙感影像（精度：0.6～2.5 m，2019年）為數據基礎，通過目視解譯的方法對每個樣點范圍內的農村居民點與農田斑塊進行提取，并對各樣點內農村居民點斑塊總面積與農田斑塊總面積進行計算（圖1）。

2 研究方法

2.1 我國東部平原“耕聚比”分布規律研究方法

該研究首先采用全局自相關分析法分析了我國東部平原耕聚比是否具有顯著的全局空間自相關性；如果存在顯著的全局正相關性，則說明距離相近的樣點耕聚比相近，從而為開展我國東部平原耕聚比分區提供基礎。然后，通過熱點分析法對我國東部平原耕聚比熱點∕冷點區進行提取，從而將我國東部平原耕聚比劃分為熱點區、冷點區與中值區。最后分別對熱點區、冷點區、中值區樣點的均值、標準差等進行統計，以明確各區域耕聚比特征與差異。

（1）全局空間自相關分析。該研究利用ArcGIS中的全局空間自相關工具分析了我國東部平原240個樣點的耕聚比是否存在全局空間自相關性。ArcGIS空間自相關分析工具主要通過Moran′s I指數、Z值、P值3個指數來確定某種要素的屬性分布是否具有空間自相關性，以及空間自相關類型與強度[14]。空間自相關分析是一種推論統計，分析結果需在零假設的情況（數據分布符合完全隨機分布下）下進行解釋，即當Z值的絕對值大于1.96且P值小于0.05時，拒絕零假設，認為Moran′s I指數不為0，研究對象的屬性值存在空間自相關現象[15]。

Moran′s I指數計算方法如式（1）（2）所示，Zi為要素i的屬性與平均值(xi-Xˉ)的偏差，wi,j是要素i與j之間的空間權重，n為要素總數，S0是所有空間權重的聚合[16]。Moran′s I指數取值范圍為-1～1，當Moran′s I指數大于0時，表明研究對象存在空間正相關，且Moran′s I越接近于1空間正相關性越強；當Moran′s I指數小于0時，表明研究對象存在空間負相關，且Moran′s I越接近于-1，空間負相關性越強[17]。

（2）熱點分析。該研究利用ArcGIS中的熱點分析工具對我國東部平原地區耕聚比最小∕最大的區域進行了分析。熱點分析工具的原理如下：某樣點的屬性值為高∕低值，并非統計學意義上的熱∕冷點，只有當該樣點周圍的樣點同樣具有高∕低值，才可以將該采樣點識別為統計學意義上顯著的熱點∕冷點[18]。熱點分析工具通過計算某樣點及其相鄰樣點的屬性值總和，然后將計算結果與全部樣點的屬性值總和進行比較，當某樣點及其相鄰樣點的屬性值總和與全部樣點的屬性總和存在顯著差異時，則該樣點為熱點∕冷點[19]。

該工具可對每個樣本點的Getis-Ord Gi*值進行計算，并將每個樣本點的Getis-Ord Gi*值分配為Z值。當Z值為正，Z值數越大，代表高值聚類越強烈（熱點）。當Z值為負，Z值越小，低值聚類越強烈（冷點）[20]。Getis-Ord Gi*計算公式為式（3）至（5），xj是樣點j的屬性值，ωi,j是樣點i、j之間的空間權重，n為樣點總數；Xˉ為全部樣點屬性值的平均值，S為全部樣點屬性值的標準差。

（3）熱點∕冷點∕中值區耕聚比特征分析該研究在明確我國東部平原耕聚比是否具有顯著全局自相關性，并通過熱點分析將我國東部平原耕聚比劃分為熱點區、冷點區、中值區的基礎上，進一步對各分區耕聚比的均值、標準差、變異系數、中位數、最大值、最小值、極差等進行了統計，以反映我國東部平原耕聚比熱點區、冷點區、中值區特征與區域間差異。

2.2 我國東部三大平原適宜耕聚比分析方法

通常，某地區耕聚比不能過低，過低會導致人均村莊建設用地面積過大，造成土地資源浪費；耕聚比也不能過高，過高會導致耕地得不到充足的田間管理。所以，某地區合理耕聚比計算存在兩種標準：一是以保證該地區全部農村戶籍人口均有適宜的村莊建設用地作為合理耕聚比計算標準，該標準可求得適宜耕聚比下限值；二是在當前農業機械化水平下，以保證全部耕地得到充足田間管理所需農業勞動人口數量作為合理耕聚比計算標準，該標準可求得適宜耕聚比上限值。當前，我國農村地區留守兒童與老人等非農業勞動人口占比較高，大多數外出務工人員仍保留著農村戶籍與宅基地，所以各地耕聚比較理想狀態要高；但是，隨著城鎮化的發展，留守兒童與老人數量將逐漸下降，農村戶籍人口數量也將逐漸下降。所以，以保證全部耕地得到充足田間管理所需農業勞動人口作為合理耕聚比計算標準，體現了耕地與村莊理想狀況下的比例關系。

假設某鄉村地域范圍內：（1）村莊建設用地面積與耕地面積之和固定，兩者間存在此增彼減的相互關系；（2）現狀村莊建設用地總面積為Azj，耕地總面積為Azg，農村戶籍人口數量為Nh;（3）滿足當地人生活需求的適宜人均村莊建設用地面積為Asj；（5）在當前農業機械化水平下，單位農業勞動人口耕種面積為Ajg；（6）農業勞動人口占總人口的比例為R。標準一與標準二適宜耕聚比計算方法式（3）（4）為：

該研究分別按照標準一與標準二對我國東部平原各省適宜耕聚比進行了計算。其中東部平原各省份現狀耕地總面積Azg、村莊建設用地總面積Azg、農村戶籍人口數量Nh、農業勞動人口占總人口的比例R來源于《城鄉建設統計年鑒-2019年》與《國家統計年鑒-2019年》，農業勞動人口人均可耕種面積Ajg通過《國家統計年鑒-2019年》中提供的各省份勞均糧食產量與單產數據計算得到，適宜人均村莊建設用地面積Asj根據2018年住房城鄉建設部辦公廳頒布的《城鄉用地分類與規劃建設用地標準》（GB50137），對于現狀村莊建設用地面積≤100.0、100.1～150.0、150.1～200.0、＞200.0 m2∕人的村莊，分別取100.0～110.0、100.0～150.0、140.0～200.0、≤200.0 m2∕人。

2.3 我國東部平原耕聚比發展趨勢分析方法

耕聚比可看作區域農村人口人均耕地面積與人均村莊建設用地面積的比值。其中，受到我國農村宅基地管控政策與城鄉建設用地增減掛鉤政策的制約，我國東部平原地區人均村莊建設用地面積變動較小，通常在100～200 m2∕人范圍內。所以，人均耕地面積的變化成為影響我國東部平原地區耕聚比發展趨勢的關鍵因素；而隨著我國東部平原地區耕地后備資源開發殆盡，耕地總量變化較小，農業人口數量的變化成為影響我國東部平原耕聚比發展趨勢的主要因素。相關研究表明，農業機械化對農村勞動力向城鎮轉移的貢獻度達到72.50%，農業機械總動力每增加10萬kW可推動8.47萬農村剩余勞動力向城鎮轉移[21]。所以，該研究分別對2005—2020年我國東部平原各省份農村人口數量與2002—2020年農業機械總動力變化趨勢進行了分析，作為推斷我國東部平原耕聚比發展趨勢的主要依據。

3 結果與分析

3.1 我國東部平原地區耕聚比分布規律與成因分析

3.1.1 我國東部平原耕聚比分布規律

（1）我國東部平原240個樣點耕聚比全局空間自相關分析結果表明：Z值大于2.58，P值小于0.01，Moran′s I指數為0.58，所以我國東部平原地區耕聚比具有顯著的空間正相關性，即空間上相鄰樣點的耕聚比值相近。

（2）我國東部平原240個樣點耕聚比熱點分析結果表明，耕聚比置信度大于90%的熱點區主要位于東北平原北部，為耕聚比最大的區域；耕聚比置信度大于90%的冷點區位于華北平原，為耕聚比最小的區域；耕聚比不能顯著的劃分為熱∕冷點的區域主要位于東北平原南部與長江中下游平原，為我國東部平原耕聚比中值區（圖2）。

圖2 2019年我國東部平原地區耕聚比分布

（3）我國東部平原耕聚比分區統計結果表明，東北平原北部為耕聚比均值、變異系數、極差最大的區域，所以平均耕聚比大、區域內耕聚比變化大是該區域的主要特征；與東北平原北部地區相反，華北平原為耕聚比均值、變異系數、極差最小的區域，平均耕聚比小、區域內耕聚比變化小是該區域的主要特征；東北平原南部相較于長江中下游平原耕聚比均值更大，變異系數更小，所以耕聚比較大、區域內耕聚比變化小是該區域的主要特征；而耕聚比較小、區域內耕聚比變化大則是長江中下游平原地區主要特征（表1）。

表1 2019年中國東部平原耕聚比分區統計

3.1.2 我國東部平原耕聚比分布規律成因分析

某鄉村地域范圍內耕聚比通常與該地區的人均耕地面積、農業機械化水平、農民兼業化狀況、耕地保護力度等因素相關，而這些影響耕聚比分布的因素通常具有顯著的空間自相關性，從而導致我國東部平原地區耕聚比分布呈現顯著空間自相關性。喬偉峰、吳江國等在對宿州市埇橋區耕聚比的研究中得到相似結論，即該區域因人均耕地面積、農業機械化水平等各種影響耕聚比分布的因素相近，從而導致該區域各鄉鎮耕聚比基本一致[2]。

某地區農村居民點與農田面積比例關系的形成是長期歷史演變的結果。我國東北平原北部地區直到20世紀50年代才進入大規模開發時期，成千上萬的復員士兵與知識青年在此建立了大量國有農場和軍有農場，該區域是我國重要的商品糧生產基地，農業機械化水平高、人口稀少、人均耕地面積大，所以成為我國東部平原耕聚比分布的熱點區[22]。華北平原在宋朝以前便是我國農業最發達的地區之一，到清朝時期則成為我國主要的糧食生產區；該地區農業開發歷史悠久、農業人口眾多，導致人均耕地面積小、人均村莊建設用地面積大，成為我國東部平原耕聚比分布的冷點區[23]。東北平原南部地區與長江中下游平原地區土地開發相對于華北平原晚，但要早于東北平原北部地區，人口數量與人均耕地面積介于華北平原與東北平原北部地區之間，所以東北平原南部與長江中下游平原地區為耕聚比中值區[24,25]。

3.2 我國東部三大平原適宜耕聚比分析

研究結果表明，以全部農村戶籍人口均有適宜的村莊建設用地面積作為適宜耕聚比計算標準，我國東北平原的黑龍江、吉林、遼寧適宜耕聚比應≥47.7、26.9、14.9，現狀耕聚比未達到合理耕聚比要求；東北平原三省現狀人均村莊建設用地面積超過200.0 m2的人均村莊建設用地標準是導致該地區未達到合理耕聚比要求的原因。除東三省外，我國東部平原其他省份適宜耕聚比在4.5～13.6；由于我國東部平原其他各省現狀村莊建設用地面積均處于合理范圍內，所以現狀耕聚比均處于適宜耕聚比范圍內。在當前農業機械化水平下，以保證全部耕地可得到充足田間管理所需的農業勞動人口作為適宜耕聚比計算標準，我國東北平原的黑龍江、吉林、遼寧三省適宜耕聚比應分別≥57.2、37.5、20.6，其他各省份適宜耕聚比在6.0～24.4之間。該標準體現的是理想狀態下的耕地與村莊面積比例關系，所以我國東部平原各省份現狀耕聚比均未達到該標準下適宜耕聚比要求（表2）。

表2 2019年我國東部平原主要省份現狀耕聚比與適宜耕聚比分布

3.3 我國東部平原耕聚比發展趨勢分析

2002—2020年我國東部平原各省農業機械總動力分析結果表明，我國東部平原各省農業機械總動力呈連年增長趨勢（圖3）；同時根據2005—2020年我國東部平原各省農村人口數量分析結果，我國東部平原各省農業人口數量呈持續下降趨勢（圖4）。所以，隨著我國東部平原地區農業生產力水平的提高，農村地區剩余勞動人口增加，農村人口將逐漸向城鎮遷移；伴隨著農村人口的外遷，村莊建設用地需求下降，城鎮建設用地需求上升。

圖3 2002—2020年我國東部平原各省農業機械總動力變化趨勢

圖4 2005—2020年我國東部平原各省農村人口數量變化趨勢

我國推行城鄉建設用地掛鉤與耕地占補平衡政策，某鄉村地域范圍內耕地面積基本保持穩定，但村莊建設用地面積將逐漸下降，所以我國東部平原地區耕聚比將呈逐漸上升趨勢，而耕聚比的提升將進一步推動現代農業的發展。所以，高耕聚比即是推進農業現代化的基礎也是農業現代化的結果，兩者相輔相成。我國東北平原北部的商品農業區具有最高的耕聚比值也證實了該結論。根據我國東部平原不同地區農業現代化水平，華北平原與長江中下游平原地區耕聚比優化潛力較大，東北平原耕聚比優化潛力較小。

4 結論與討論

（1）我國東部平原耕聚比分布規律：東北平原北部地區作為我國重要的商品糧生產基地，農業機械化水平高、人口稀少、人均耕地面積大，為我國東部平原耕聚比熱點區，耕聚比呈現均值大、區域內變化大的特征。華北平原農業開發歷史悠久、農業人口眾多，人均耕地面積小、人均村莊建設用地面積大，成為我國東部平原耕聚比分布的冷點區，耕聚比呈現均值小、區域內變化小的特征。東北平原南部與長江中下游平原地區人口數量與人均耕地面積介于華北平原與東北平原北部地區之間，為我國東部平原耕聚比中值區；其中耕聚比較大、區域內耕聚比變化小是東北平原南部地區主要特征；而耕聚比均值較小、區域內變化大則是長江中下游平原主要特征。

（2）我國東部平原適宜耕聚比：以全部農村戶籍人口均有適宜的村莊建設用地面積作為適宜耕聚比計算標準，東三省現狀人均村莊建設用地面積均超過200.0 m2∕人的村莊建設用地標準，導致該地區未達到合理耕聚比要求。除東三省外，我國東部平原其他各省現狀村莊建設用地面積均處于合理范圍內，所以現狀耕聚比均處于該標準下適宜耕聚比范圍內。在當前農業機械化水平下，以保證全部耕地可得到充足田間管理所需的農業勞動人口作為適宜耕聚比計算標準，體現的是理想狀態下的耕地與村莊面積比例關系；我國農村地區留守兒童與老人等非農業勞動人口占比較高，大多數外出務工人員仍保留著農村戶籍與宅基地，導致我國東部平原各省份現狀耕聚比均未達到該標準下適宜耕聚比要求。

（3）我國東部平原耕聚比發展趨勢。隨著我國東部平原農業生產力水平的持續提高與農村人口數量的持續下降，我國東部平原人均耕地面積將逐漸上升；受到城鄉建設用地增減掛鉤政策與農村建設用地管控政策的制約，我國東部平原地區人均村莊建設用地面積變化相對較小，耕聚比將呈逐漸上升趨勢，而耕聚比的提升將進一步推動現代農業的發展。所以，高耕聚比即是推進農業現代化的基礎，也是農業現代化的結果，兩者相輔相成。

（4）我國東部平原耕聚比優化策略。東三省現狀耕聚比低于理想狀況下適宜耕聚比的主要原因是人均村莊建設用地面積較高，所以推進農村居民點整治，減少農村住宅空心化與“一戶多宅”現象的出現，降低人均村莊建設用地面積是該區域耕聚比優化的主要策略。除東三省外，留守兒童與老人等非勞動人口占比高，人均耕地面積低是導致現狀耕聚比低于理想狀況下適宜耕聚比的主要原因。所以，該區域應首先通過推進城鎮化建設與農業現代化建設，加速農村剩余勞動人口及其家屬向城鎮轉移，提高人均耕地面積；同時通過農村居民點整治，降低人均村莊建設用地面積，最終實現人口結構的優化與耕聚比的提升。

（5）研究不足與展望。該研究主要從空間角度對我國東部平原不同地區耕聚比差異、發展趨勢與優化策略進行了研究，未從時間角度研究不同地區耕聚比變化與影響因素；后續研究中可針對不同地區典型鄉村開展調查，并利用多期土地利用數據對耕聚比變化規律與影響因素進行研究。不同省份適宜耕聚比計算過程中，假定村莊建設用地面積與耕地面積之和固定，兩者間存在此增彼減的相互關系，該假設忽略了城鎮用地、生態用地等其他各類用地變化對耕地與村莊建設用地面積的影響。后續研究可通過建立將“三生”空間相互轉換關系考慮在內的適宜耕聚比分析模型，結合不同區域城鎮化進程確定不同發展階段適宜耕聚比。