建設(shè)占用耕地空間差異的多尺度特征研究
——以武漢城市圈為例

胡偉艷，劉 恬

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070）

建設(shè)占用耕地空間差異的多尺度特征研究
——以武漢城市圈為例

胡偉艷，劉 恬

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070）

研究目的：分析建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的多尺度特征。研究方法：采用基尼系數(shù)、尺度方差等方法,從市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三個尺度測度分析武漢城市圈1990—2015年建設(shè)占用耕地的空間差異、來源結(jié)構(gòu)差異及其尺度作用特征。研究結(jié)果：（1）建設(shè)占用耕地在三個尺度上均存在空間差異，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度空間差異最大，縣級次之，市級尺度最??；尺度越低，對空間差異的貢獻(xiàn)程度越高。（2）將建設(shè)占用耕地分為城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的研究表明，三種來源結(jié)構(gòu)的空間差異與整體差異基本相似，尺度水平越低，空間差異越大。（3）與農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地相比，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地和工業(yè)交通建設(shè)占用耕地空間差異較為顯著，對整體差異的貢獻(xiàn)在三個尺度上均占主導(dǎo)。研究結(jié)論：多尺度研究能較好地分析建設(shè)占用耕地的空間差異特征，研究區(qū)須加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度尤其是城鎮(zhèn)和工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間管制，探索實(shí)施空間差別化管理，從而促進(jìn)科學(xué)合理可持續(xù)地保護(hù)利用耕地。

土地管理；建設(shè)占用耕地；空間差異；多尺度研究；武漢城市圈

1 引言

如何在空間尺度上管制耕地非農(nóng)化，探索實(shí)行差別化的土地管理方式，科學(xué)合理可持續(xù)地保護(hù)利用耕地，已成為當(dāng)前中國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要課題。由于建設(shè)占用耕地的總量大以及不可逆性已構(gòu)成耕地非農(nóng)化影響耕地可持續(xù)利用的關(guān)鍵過程，常被作為重要的研究對象。現(xiàn)有文獻(xiàn)主要從全國尺度[1]、省級尺度[2-4]、市級尺度[5]、區(qū)縣尺度[6]、鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度[7]、地塊尺度[8]開展了建設(shè)占用耕地空間差異的單一尺度分析。然而，單一尺度的研究僅從相應(yīng)尺度揭示了空間差異，可能說明理論研究和政策實(shí)踐應(yīng)聚焦于對應(yīng)尺度，但當(dāng)對同一對象考慮多個尺度時，在相應(yīng)尺度上空間差異的顯著性可能會降低[9]。20世紀(jì)90年代的一些研究顯示，空間差異最重要最普遍的特征是空間的多尺度特性[10]，建設(shè)占用耕地也存在一定程度的尺度依賴，在某一尺度上所呈現(xiàn)的空間分布格局與具有的特征在另一尺度上往往并不會存在，甚至可能出現(xiàn)截然相反的分析結(jié)果，因此要更確切、真實(shí)地揭示建設(shè)占用耕地的空間分布規(guī)律，需要從多個尺度上進(jìn)行分析[11]。

近年來隨著統(tǒng)計(jì)計(jì)量方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)及空間數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展，多尺度研究開始在土地利用變化領(lǐng)域得到應(yīng)用，主要包括土地利用變化格局的自相關(guān)分析[12-13]、驅(qū)動力的多層模型/多水平模型（Multi-level Model）[14]、多主體模型（Multi-agent Model）[15]和系統(tǒng)動力學(xué)模型[16]，對建設(shè)占用耕地空間差異的多尺度研究還比較少見?？臻g差異的多尺度研究是上述土地利用變化多尺度研究的基礎(chǔ)，在論證空間差異尺度的顯著性和重要性之后，可為多尺度模型建構(gòu)中研究尺度的選擇提供依據(jù)?？紤]研究的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和研究目的，本文采用基尼系數(shù)和尺度方差等方法，應(yīng)用土地利用遙感柵格數(shù)據(jù)，從市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)3個尺度測度分析武漢城市圈1990—2015年建設(shè)占用耕地及來源結(jié)構(gòu)空間差異的間接多尺度和直接多尺度特征，為實(shí)施空間差別化管理提供參考。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域簡介

武漢城市圈位于湖北省東部、長江中游地區(qū)，是以武漢市為中心、由武漢及其周邊100 km內(nèi)的黃石、鄂州、孝感、黃岡、咸寧、仙桃、天門、潛江9個城市及其腹地構(gòu)成的區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體，包括48個縣，475個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)位條件十分優(yōu)越，是國務(wù)院批準(zhǔn)的全國首批資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)，也是拉動中部崛起的重要引擎和以長江流域經(jīng)濟(jì)帶為軸線的中國東、中、西部協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵接力點(diǎn)之一。研究區(qū)土地總面積5.79×106hm2，耕地資源豐富，是全國重要的糧食生產(chǎn)基地。近年來，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化推動了土地利用空間格局演化，耕地面積呈現(xiàn)大幅減少趨勢。研究統(tǒng)計(jì)顯示，1990—2015年，研究區(qū)耕地非農(nóng)化面積達(dá)到18.3×104hm2，年均0.73×104hm2，其中建設(shè)占用耕地面積為18.02×104hm2，占耕地非農(nóng)化面積的98.5%。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為1990、1995、2000、2005、2010和2015年6期Landsat衛(wèi)星遙感影像（30 m分辨率）和2012年湖北省行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。對6期遙感影像進(jìn)行校正、配準(zhǔn)和融合等處理后，根據(jù)影像光譜特征、結(jié)合野外實(shí)測資料、參照有關(guān)地理圖件和綜合專家意見等建立遙感影像解譯標(biāo)志，在GIS環(huán)境下通過人機(jī)交互式解譯獲取高分辨率土地利用柵格數(shù)據(jù)，并采用實(shí)地勘探和隨機(jī)抽取動態(tài)圖斑進(jìn)行重復(fù)判讀分析相結(jié)合的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，數(shù)據(jù)精度達(dá)到的要求：耕地不低于85%,建設(shè)用地不低于80%，其他用地類型不低于75%。

該土地利用柵格數(shù)據(jù)參照《中國資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動態(tài)研究》分類，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工業(yè)交通建設(shè)用地及未利用地8種，其中工業(yè)交通建設(shè)用地指獨(dú)立于各級居民點(diǎn)以外的廠礦、大型工業(yè)區(qū)、油田、鹽場、采石場等用地，以及交通道路、機(jī)場及特殊用地[17-18]。結(jié)合2012年市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃邊界，利用ArcGIS 10.2數(shù)據(jù)管理工具進(jìn)行柵格裁剪處理，然后對耕地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工業(yè)交通建設(shè)用地進(jìn)行柵格重分類，分別賦值為1、2、4、8，最后在3D分析模塊中的柵格計(jì)算器進(jìn)行柵格計(jì)算，獲取相應(yīng)時段的城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通業(yè)建設(shè)占用耕地、建設(shè)占用耕地等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為滿足尺度方差對空間單元及其屬性數(shù)據(jù)的嵌套結(jié)構(gòu)要求，市級和縣級數(shù)據(jù)均采用所在轄區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度數(shù)據(jù)匯總獲得。

3 研究方法

多尺度研究主要包括間接的多尺度研究和直接的多尺度研究，前者指從多個尺度獨(dú)立地考察研究對象空間差異的顯著性，主要有基尼系數(shù)[19]、泰爾系數(shù)[20]等方法；后者是指考慮尺度之間的作用辨別研究對象的特征尺度和差異的尺度來源，包括半方差分析、小波分析、光譜分析和尺度方差等方法[10，21]。其中基尼系數(shù)方法客觀、便捷、可分解，已得到世界各國的普遍認(rèn)可和應(yīng)用[22-23]；尺度方差被檢驗(yàn)是一種更有效的直接多尺度研究方法[10，24]。考慮研究的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和研究目的，本文采用基尼系數(shù)和尺度方差等方法開展研究。

3.1 基尼系數(shù)及基尼系數(shù)分解

基尼系數(shù)是一個以基尼（Gini）的名字命名的綜合統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，用來反映收入、消費(fèi)、財(cái)富和其他一切事物分配的均等程度[25]。本文根據(jù)以下公式[26]測算不同尺度建設(shè)占用耕地及來源結(jié)構(gòu)的基尼系數(shù)，反映建設(shè)占用耕地及來源結(jié)構(gòu)的空間差異，該值越大，表示空間差異越大。

式（1）中，Gk為基尼系數(shù)；N為研究單元數(shù)（市級尺度，n為9；縣級尺度，n為48；鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度，n為475）；k為建設(shè)占用耕地的結(jié)構(gòu)類型（k = 0為建設(shè)占用耕地；k = 1為城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地；k = 2為農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地；k = 3為工業(yè)交通建設(shè)占用耕地）；ynk為第n個研究單元第k種類型建設(shè)占用耕地面積；μk為第k種類型建設(shè)占用耕地的均值。

本文將建設(shè)占用耕地分為城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地三種來源結(jié)構(gòu)，利用基尼系數(shù)分解法，建立建設(shè)占用耕地基尼系數(shù)與三種來源結(jié)構(gòu)基尼系數(shù)的關(guān)系，考察不同來源結(jié)構(gòu)差異及各來源結(jié)構(gòu)差異對建設(shè)占用耕地差異的貢獻(xiàn)大小，計(jì)算公式[27]如下：

3.2 尺度方差及尺度方差分解

尺度方差是測度尺度效應(yīng)的有效方法，其主要目標(biāo)是將整個研究對象的方差按照嵌套或等級系統(tǒng)進(jìn)行逐步分解，測度不同尺度水平尺度方差的相對差異大小，反映不同尺度格局或過程變化的差異及其對整個研究對象差異貢獻(xiàn)的相對大小程度[18-19，21，24]，常用來識別哪個空間尺度更值得研究。H.Moellering和Tobler的尺度方差統(tǒng)計(jì)模型已被廣泛應(yīng)用[10，21，24]，本文根據(jù)該模型分析建設(shè)占用耕地空間差異的尺度作用特征，如式（5）所示：

式（5）中，Xijk為最低尺度水平的測量值，即鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地面積；，μ表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地的均值，I為市級單元的個數(shù)，Ji為i市內(nèi)縣級單元的個數(shù)，Kij為i市j縣內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的個數(shù)，N為鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的總數(shù)；表示市級尺度對建設(shè)占用耕地空間差異的影響為i市內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元建設(shè)占用耕地面積的均值，ni為i市所包含的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的個數(shù)；，βij表示縣級尺度對建設(shè)占用耕地空間差異的影響，為i市j縣內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元建設(shè)占用耕地面積的均值，nij為i市j縣所包含的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元的個數(shù)；，γijk表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度對建設(shè)占用耕地空間差異的影響。

將式（4）變換為：

式（6）—式（7）中，SST表示建設(shè)占用耕地的空間差異；SSα表示市級尺度建設(shè)占用耕地的空間差異；SSβ表示縣級尺度建設(shè)占用耕地的空間差異；SSγ表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地的空間差異。市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級三個尺度建設(shè)占用耕地的尺度方差和尺度方差貢獻(xiàn)率的計(jì)算公式見表1。

4 建設(shè)占用耕地空間差異的間接多尺度特征

本文將建設(shè)占用耕地分為城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地三種來源結(jié)構(gòu)，利用式（1）測算武漢城市圈1990—2015年5個時段三個尺度建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)的基尼系數(shù)，間接分析其空間差異的多尺度特征。如圖1所示（a、b、c、d/A、B、C、D分別表示建設(shè)占用耕地、城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地，圖2和圖3同）。

表1 尺度方差統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)計(jì)算公式Tab.1 The parameter formula of scale variance model

4.1 市級尺度

市級尺度建設(shè)占用耕地存在顯著的空間差異，1990—2015年間其空間差異經(jīng)歷了從增大到縮小的過程（圖3）；基尼系數(shù)分別從1990—1995年的0.45增大到2000—2005年的0.64，后縮小到2010—2015年的0.38。其中，工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間差異最顯著，其次為城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地的空間差異較為顯著，1990—2015年期間，三種來源結(jié)構(gòu)空間差異的基尼系數(shù)分別為0.61、0.49和0.36。2010年以來，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地和工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間差異在縮小，而城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地的空間差異在增大。

4.2 縣級尺度

縣級尺度建設(shè)占用耕地亦存在顯著的空間差異，其演變趨勢與市級尺度較為類似，1990—2015年間呈現(xiàn)先增后減再增，整體上增加的趨勢；基尼系數(shù)從1990—1995年的0.47增加到1995—2000年的0.64，2010—2015年為0.50。其中，1990—2015年間，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地的基尼系數(shù)分別為0.58、0.68和0.70，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地的空間差異最大，其次為工業(yè)交通建設(shè)占用耕地，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地空間差異最小但非常顯著。近年來，除城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地空間差異在增加外，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間差異在縮小。

4.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度

鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地的空間差異最為明顯，其時間演變趨勢和市級尺度極為相似,呈現(xiàn)先增后減的態(tài)勢；基尼系數(shù)從1990—1995年的0.86增加到2000—2005年的0.89，2010—2015年下降為0.61。其中，1990—2015年間，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的基尼系數(shù)分別為0.88、0.81和0.84，三種來源結(jié)構(gòu)的空間差異亦非常顯著。2000年以來，該三種來源結(jié)構(gòu)的空間差異不斷減小。

圖1 建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的間接多尺度特征Fig.1 Indirect multi-scale characteristics of spatial variation of the cultivated land occupied by construction and its sources

從基尼系數(shù)來看，研究區(qū)建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的時間趨勢基本一致。根據(jù)國際劃分的差距程度標(biāo)準(zhǔn)[28]，研究區(qū)建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)在三個尺度上均存在顯著的空間差異。鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度空間差異最大，縣級次之，市級尺度最小，基本符合多尺度研究的一般規(guī)律。

本文進(jìn)一步考慮建設(shè)占用耕地來源結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，利用式（2）—式（4）基尼系數(shù)分解法，分解獲得研究區(qū)不同尺度三種來源結(jié)構(gòu)的基尼系數(shù)貢獻(xiàn)率，考察各來源結(jié)構(gòu)差異對建設(shè)占用耕地差異的貢獻(xiàn)大小，識別研究區(qū)建設(shè)占用耕地空間差異的來源結(jié)構(gòu)，如圖2所示。無論是鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度、縣級尺度還是市級尺度，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地空間差異對建設(shè)占用耕地空間差異的貢獻(xiàn)最大，1990—2015年其基尼系數(shù)貢獻(xiàn)率分別達(dá)到53.52%、46.27%、50.22%，整體上呈現(xiàn)波動增加的趨勢。工業(yè)交通建設(shè)占用耕地空間差異貢獻(xiàn)次之，且與城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地呈現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣級、市級尺度基尼系數(shù)貢獻(xiàn)率分別為33.71%、37.45%和41.28%，與城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地相反，呈波動減小趨勢。農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地空間差異的貢獻(xiàn)份額最小，三個尺度基尼系數(shù)貢獻(xiàn)率分別為12.77%、16.82%和8.50%。

圖2 建設(shè)占用耕地空間差異的來源結(jié)構(gòu)Fig.2 The source structure of spatial differences on cultivated land occupied by construction

5 建設(shè)占用耕地來源結(jié)構(gòu)差異的直接多尺度特征

前文分別從三個獨(dú)立的尺度對建設(shè)占用耕地及來源結(jié)構(gòu)的空間差異開展多尺度研究，沒有考慮尺度之間的作用。理論上不同尺度之間具有相互作用，高層次尺度對低層次尺度有制約作用，而低層次尺度又為高層次尺度提供機(jī)制和功能[29]。本文根據(jù)式（7）利用尺度方差方法測算建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)的尺度方差和尺度方差貢獻(xiàn)率，分析它們空間差異的直接多尺度特征，如圖3所示。

5.1 市級尺度

市級尺度建設(shè)占用耕地空間差異整體呈現(xiàn)增大趨勢，1990—2015年期間，尺度方差分別從1990—1995年的0.40增加到2010—2015年的5.51。其中，除工業(yè)交通建設(shè)占用耕地尺度方差在2010—2015年減小外，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地尺度方差分別從1990—1995年的0.17、0.02增加到2010—2015年的4.21、0.91，總體上城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地的空間差異大于工業(yè)交通建設(shè)占用耕地，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地的空間差異較小。從尺度方差貢獻(xiàn)率來看，市級尺度建設(shè)占用耕地、城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的尺度方差貢獻(xiàn)率依次為11.62%、6.43%、13.69%和9.63%，市級尺度對其空間差異的貢獻(xiàn)較小。

5.2 縣級尺度

圖3 建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的直接多尺度特征Fig.3 Direct multi-scale characteristics of spatial variation of the cultivated land occupied by construction and its sources

縣級尺度建設(shè)占用耕地空間差異呈現(xiàn)先降后增再降的過程，整體呈現(xiàn)增大趨勢，尺度方差從1990—1995年的2.49增加到2010—2015年的4.14，其中1995—2000年最低為0.19，2005—2010年間達(dá)到高峰值為12.32。城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地的空間差異變化趨勢與建設(shè)占用耕地基本一致，而農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地空間差異與工業(yè)交通建設(shè)占用耕地類似，呈現(xiàn)先增后減的趨勢，于2005—2010年尺度方差達(dá)到高峰期，分別為0.24和4.37。比較而言，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地的空間差異大于工業(yè)交通建設(shè)占用耕地，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地的空間差異較小。從尺度方差貢獻(xiàn)率來看，縣級尺度建設(shè)占用耕地、城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的尺度方差貢獻(xiàn)率依次為18.75%、23.35%、16.77%和12.94%，縣級尺度對其空間差異的貢獻(xiàn)份額較市級尺度略大。

5.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度

鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地空間差異呈現(xiàn)先降后增的過程，整體呈現(xiàn)增大趨勢，尺度方差從1990—1995年的0.74增加到2010—2015年的3.94，1995—2000年最低為0.27。其中，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地的尺度方差在1990—1995年為0.34，2010—2015年增加到3.40，近5年空間差異最大。

工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間差異先增后降，尺度方差從1990—1995年的0.34增加到2005—2010年的2.00，近5年降低為0.11；而農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地空間差異在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上較小，近10年變化不大。從尺度方差貢獻(xiàn)率來看，鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地、城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地、工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的尺度方差貢獻(xiàn)率依次為69.63%、70.22%、69.53%和77.43%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度對其空間差異的貢獻(xiàn)在三個尺度中最大。

從尺度方差和尺度方差貢獻(xiàn)率來看，除鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度外，研究區(qū)市級、縣級尺度建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的時間趨勢基本一致，可能的原因在于距離城市中心近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)與邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的差異更大所致，在一定程度上說明研究區(qū)的城鄉(xiāng)差距。并且，建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的尺度作用特征不同，從尺度方差貢獻(xiàn)率的結(jié)果看，主要發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度，其方差貢獻(xiàn)率最大，分別達(dá)到69.63%、70.22%、69.53%和77.43%，縣級尺度次之，市級尺度最??；尺度方差結(jié)果顯示，縣級尺度和市級尺度空間差異最高。這說明縣級尺度和市級尺度社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及土地管理制度政策也會對鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地的行為產(chǎn)生影響，即在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上實(shí)施差別化管理方式時，不能忽略縣級尺度和市級尺度因素的影響。

6 結(jié)論與討論

（1）從市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三個尺度研究1990—1995、1995—2000、2005—2010、2010—2015年武漢城市圈建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的變化,得到了不同尺度上的特征信息,發(fā)現(xiàn)了不同尺度下建設(shè)占用耕地呈現(xiàn)的差異性特征，驗(yàn)證了尺度依賴性的存在,說明從多尺度研究建設(shè)占用耕地空間差異的必要性。

（2）間接的多尺度分析顯示，研究區(qū)建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)在市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三個尺度上均存在顯著的空間差異，且空間差異的程度表現(xiàn)不同?？傮w上，鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的空間差異最大，縣級尺度次之，市級尺度最小，即尺度水平越低，空間差異越大。從來源結(jié)構(gòu)的比較來看，城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地空間差異最為顯著，工業(yè)交通建設(shè)占用耕地次之，農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)占用耕地空間差異最小。

（3）直接的多尺度研究認(rèn)為，除鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度外，研究區(qū)市級、縣級尺度建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的時間趨勢基本一致，但建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)空間差異的尺度作用特征不同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度最大，縣級尺度次之，市級尺度最小。縣級尺度和市級尺度社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及土地管理制度政策也會對鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度建設(shè)占用耕地的行為產(chǎn)生影響，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上實(shí)施差別化管理方式時，不能忽略縣級尺度和市級尺度因素的影響。

實(shí)行差別化土地管理方式不僅體現(xiàn)在同一尺度空間同一對象和不同對象的差別化管理，而且還包括不同尺度空間的差別化管理以及尺度作用差別的管理。具體而言，研究區(qū)未來須加強(qiáng)建設(shè)占用耕地的空間管制，尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地和工業(yè)交通建設(shè)占用耕地的空間管制，探索實(shí)施空間差別化管理。

本文開展了建設(shè)占用耕地及來源結(jié)構(gòu)差異的多尺度特征研究，識別了建設(shè)占用耕地的尺度特征和來源特征，屬于描述性研究范疇，為使研究更有意義，未來將在尺度選擇的基礎(chǔ)上應(yīng)用Moran I和Lisa等空間統(tǒng)計(jì)方法，開展空間定位和空間作用研究；考慮不同尺度的耕地資源稟賦、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及土地管理制度政策，創(chuàng)新理論進(jìn)一步深入剖析與揭示建設(shè)占用耕地及其來源結(jié)構(gòu)的空間差異機(jī)理，建立市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊、地塊等尺度的多層模型，揭示多尺度驅(qū)動機(jī)制，克服單一尺度對空間差異研究的不足。

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（本文責(zé)編：王慶日）

M ulti-scale Analysis on Spatial Differences of Cultivated Land Occupied by Construction in Wuhan M etropolitan Area

HU Wei-yan, LIU Tian（College of Public Administration, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China）

The purpose of this paper is to investigate overall differences, structural differences, and scale effects of cultivated land occupied by construction from the multi-scale analysis, namely, the township level, the county level and the prefecture level. The Gini coefficient and Scale variance are used in this article. And the data from 1990 to 2015 in Wuhan Metropolitan area are employed. The results show that： 1）Cultivated land occupied by construction is characterized by prominent spatial differences on three scales, and the difference at town scale is the largest, followed by the county scale, and that at the prefecture scale is smallest. The smaller the scale of analysis is, the greater the contribution to the spatial differences of cultivated land occupied by construction is. 2）When cultivated land occupiedby construction is categorized into cultivated land occupied by urban construction, by rural residential land construction, and by industrial and traffic construction, three types of cultivated land occupied by construction are characterized as the similar scale effects. In particular, the smaller scale of analysis is, the stronger the spatial heterogeneity is.3）Compared to cultivated land occupied by rural residential land construction, the differences in cultivated land occupied by industrial and traffic constructions and by urban construction are significant, the contribution rates of which towards the overall differences took the dominate role in all three scales. In conclusion, the multi-scale analysis might be a better method used to reveal the spatial differentiation of the cultivated land occupied by construction. And in the study area, spatial regulation of cultivated land occupied by construction especially by urban construction and by industrial and traffic construction on the township scale should be enhanced and should conduct the spatial differentiation management, so as to protect and utilize cultivated land scientifically and rationally.

land administration; cultivated land occupied by construction; spatial differences; multi-scale analysis; Wuhan metropolitan areas

F301.2

：A

1001-8158（2017）05-0038-09

10.11994/zgtdkx.20170602.133524

2016-12-30；

2017-04-29

國家自然科學(xué)基金（71303087）；國家自然科學(xué)基金（71673105）；教育部哲學(xué)社會科學(xué)研究重大課題攻關(guān)項(xiàng)目（14JZD009）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助（2662016PY116）。

胡偉艷（1973-），湖南安化人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源經(jīng)濟(jì)、土地政策分析、鄉(xiāng)村發(fā)展管理。

E-mail： hwymake@163.com