常州地區(qū)耕地利用空間分異及影響因素分析*

王 偉

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院,常州 213147)

0 引言

隨著工業(yè)化及新型城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，耕地資源作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，不可避免地被大量占用，加劇了耕地資源的流失，土地利用形態(tài)發(fā)生顯著變化[1]。耕地資源關(guān)乎人類(lèi)生存根本，是可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，近年來(lái)，我國(guó)耕地資源不足、后備數(shù)量有限、耕地質(zhì)量較低等問(wèn)題日益顯現(xiàn)[2]。因此，正確解釋耕地利用空間分布情況，把握其空間分異的主要影響因素，對(duì)于促進(jìn)耕地利用空間優(yōu)化布局具有重要理論及現(xiàn)實(shí)意義。

目前關(guān)于耕地利用方面的研究主要集中在耕地時(shí)空演化[3-4]、耕地利用評(píng)價(jià)[5-6]、耕地變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制[7-8]、耕地變化預(yù)測(cè)[9-10]及耕地利用布局優(yōu)化[11]等方面。研究區(qū)域涉及國(guó)家、省域、市域、縣域等宏觀至微觀尺度，研究方法由定性與定量相結(jié)合的地理綜合分析方法主[12-13]。這些研究為耕地利用時(shí)空格局研究奠定了一定的基礎(chǔ)，但大多研究區(qū)選擇在以農(nóng)業(yè)為主的區(qū)域，對(duì)于以二、三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的地域的耕地利用時(shí)空格局研究鮮少涉及。

常州地區(qū)位于江蘇省南部，屬于長(zhǎng)江三角洲城市群，以二、三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高。為保障區(qū)域耕地資源有效利用，常州地區(qū)加大第一產(chǎn)業(yè)投入，截止2016年，其高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田占全市耕地面積62%，同時(shí)，全市農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平達(dá)到86.5%，其耕地利用空間格局具有典型性與代表性。文章以常州地區(qū)為研究區(qū)，通過(guò)耕地利用空間分異測(cè)度模型及耕地利用空間分異的影響因素識(shí)別指標(biāo)體系，基于ArcGIS空間分析功能及SPSS軟件，對(duì)常州地區(qū)耕地利用空間分異程度進(jìn)行測(cè)度，同時(shí)，對(duì)其空間分異影響因素進(jìn)行探究，從而為非農(nóng)業(yè)縣市耕地空間優(yōu)化布局提供參考借鑒。

1 研究區(qū)概況

常州地區(qū)(31°09′N(xiāo)～32°04′N(xiāo)， 119°08′E～120°12′E)位于江蘇省南部，地處長(zhǎng)江下游南岸，長(zhǎng)江三角洲中心地帶。地貌類(lèi)型為高沙平原，境內(nèi)地勢(shì)西南略高，東北略低，常年氣候溫和，雨量充沛，四季分明，屬于北亞熱帶海洋性氣候。全市土地總面積4 375km2，下轄5個(gè)市轄區(qū)(金壇區(qū)、天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、新北區(qū)、武進(jìn)區(qū))，代管1個(gè)縣級(jí)市(溧陽(yáng)市)，地處長(zhǎng)江三角洲沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，人口密集、土地集約利用強(qiáng)度高。20世紀(jì)90年代以來(lái)，受區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，常州市乃至長(zhǎng)江三角洲地區(qū)耕地面積均持續(xù)減少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)“八五”期間耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?lèi)型土地面積約1 800km2。為保障區(qū)域耕地資源有效利用，常州地區(qū)加大投入，截止2016年，全市耕地面積約2 000km2，其中高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田占全市耕地面積62%，同時(shí)，全市農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平達(dá)到86.5%。常州地區(qū)作為以二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主導(dǎo)的縣市，其耕地利用空間格局具有典型性與代表性。

2 研究方法

2.1 耕地利用空間分異測(cè)度模型

2.1.1 耕地動(dòng)態(tài)度

耕地動(dòng)態(tài)度可以定量地描述耕地?cái)?shù)量的變化速度及變化情況，對(duì)預(yù)測(cè)耕地變化趨勢(shì)能夠起到一定的積極作用：

(1)

式(1)中，K為耕地動(dòng)態(tài)度，La、Lb分別代表1985年、2015年常州地區(qū)耕地面積；T為研究時(shí)間長(zhǎng)度。若K<0，表明耕地在研究期內(nèi)正向變化，耕地總數(shù)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)； 若K<0，說(shuō)明耕地在研究期內(nèi)負(fù)向變化，耕地總數(shù)量總體減少，|K|越大，則耕地變化速度越快。

2.1.2 耕地區(qū)位指數(shù)

耕地區(qū)位指數(shù)表示某子區(qū)域耕地對(duì)于整個(gè)研究區(qū)的耕地的聚集程度，是刻畫(huà)耕地利用空間格局特征的有效方法，公式如下：

(2)

式(2)中，Q為耕地區(qū)位指數(shù)，Ui為第i個(gè)子區(qū)域耕地總面積(km2)，Si為第i個(gè)子區(qū)域土地總面積(km2)，n為常州地區(qū)子區(qū)域數(shù)。Q>1，表明該子區(qū)域耕地聚集度高于研究區(qū)；Q<1，表明該子區(qū)域耕地聚集度小于整個(gè)研究區(qū)。

2.1.3 土地區(qū)域差異模型

土地利用變化的子區(qū)域間差異可以通過(guò)土地利用類(lèi)型的相對(duì)變化率來(lái)表征。該模型的引入可以反映耕地隨時(shí)間的空間變異情況，表達(dá)式為：

(3)

式(3)中，R為某區(qū)域耕地的相對(duì)變化率，Ca為1985年常州地區(qū)耕地面積(km2)，Cb為2015年常州地區(qū)耕地面積(km2)。R>1，表明該子區(qū)域耕地變動(dòng)較全區(qū)明顯；R<1，則表明較全區(qū)變化小。

2.2 耕地利用空間分異的影響因素識(shí)別

2.2.1 指標(biāo)選取

耕地利用空間分異的影響因素分析對(duì)于土地利用轉(zhuǎn)型具有一定的指導(dǎo)意義。影響耕地面積時(shí)空分異的因素眾多，該研究綜合現(xiàn)有研究成果[14， 15]，在依據(jù)資料的可獲取性及研究的系統(tǒng)性、科學(xué)性等原則的基礎(chǔ)上，從人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面選取相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行常州地區(qū)耕地利用空間分異的影響因素分析。

表1 常州地區(qū)耕地空間分異指標(biāo)選取

因素層指標(biāo)層指標(biāo)解釋人口X1:人口密度總?cè)丝跀?shù)/土地面積(人/km2)X2:城鎮(zhèn)化水平非農(nóng)業(yè)人口/總?cè)丝?%)經(jīng)濟(jì)X3:人均GDPGDP/人口總數(shù)X4:人均固定資產(chǎn)投資人均固定資產(chǎn)投資(億元)X5:地均GDPGDP/土地總面積(元/m2)X6:第一產(chǎn)值比重第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值/三次產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(%)環(huán)境X7:森林覆蓋率森林面積/土地總面積(%)X8:耕地面積占比耕地面積/土地總面積(%)社會(huì)X9:房屋竣工面積房屋竣工面積(hm2)X10:公路里程公路里程(km)科技X11:農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力農(nóng)機(jī)總動(dòng)力(kW)X12:復(fù)種指數(shù)農(nóng)作物播種面積/耕地面積(%)

2.2.2 主成分分析

主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換方法，旨在利用降維的思想，將給定的一系列相關(guān)指標(biāo)通過(guò)線性轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N不相關(guān)的變量，并將新變量按照方差依次遞減的順序排列。該文應(yīng)用SPSS軟件中的主成分分析法對(duì)1985—2015年常州地區(qū)耕地利用空間分異的影響因素進(jìn)行分析(表1)。

3 結(jié)果與分析

3.1 常州地區(qū)耕地面積時(shí)空格局變異分析

3.1.1 耕地總面積時(shí)空格局演變

1985—2015年常州地區(qū)耕地總面積整體呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，由圖1可以看出，耕地面積從1985年的20.66萬(wàn)hm2減少到2015年的14.5萬(wàn)hm2，總體減少了6.1萬(wàn)hm2。耕地面積減少經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)段變化：第一階段為1985—2001年，在這段時(shí)期中，耕地總面積一直處于較平穩(wěn)狀態(tài)， 2001年耕地面積上漲至近22萬(wàn)hm2。其原因是常州地區(qū)實(shí)施補(bǔ)充耕地政策，加大土地復(fù)墾開(kāi)發(fā)與整理工作力度，以穩(wěn)定耕地面積。第二階段為2002—2010年，此階段耕地面積呈梯度下降趨勢(shì)，由21.93萬(wàn)hm2減少至14.97萬(wàn)hm2。耕地的減少主要原因是常州地區(qū)出臺(tái)了相關(guān)土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃表，以更為合理利用土地，發(fā)揮土地價(jià)值。同時(shí)，在此期間，城鎮(zhèn)、集市、村莊整理、交通、水利等建設(shè)占用耕地面積增加，引起了耕地面積的下降。第三階段為2011年以后，常州地區(qū)大力實(shí)現(xiàn)全市耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，保證耕地不減少的同時(shí)提高地力， 2011—2015年，耕地總量未發(fā)生顯著變化。

圖1 1985—2015年常州地區(qū)耕地面積變化趨勢(shì)

從人均耕地來(lái)看，人均耕地面積由1985年的673.16hm2/人下降至2015年的404.98hm2/人。在此期間，人均耕地面積呈波段性下降趨勢(shì)： 1985—1999年，人均耕地面積減少了20.47hm2，平均每年人均耕地面積占有量下降1.36hm2。而2000年1年的時(shí)間里，人均耕地面積由603.16hm2/人下降至540.46hm2/人。同時(shí)下降幅度較大的年份還有2004年、2010年。分析原因可能為耕地下降明顯，人口增長(zhǎng)較快，導(dǎo)致人均耕地面積下降明顯。

3.1.2 各子區(qū)域耕地面積時(shí)空格局演變分析

該文計(jì)算了1985—2015年常州地區(qū)30年耕地動(dòng)態(tài)度變化情況。常州地區(qū)總耕地動(dòng)態(tài)度為-0.68%，由圖2可知， 1985年以來(lái)，常州地區(qū)各縣(區(qū))耕地面積及其變化速度存在較大差異。天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、武進(jìn)區(qū)耕地動(dòng)態(tài)度負(fù)值較大，表明其耕地面積下降幅度較大。而新北區(qū)、金壇區(qū)以及溧陽(yáng)市耕地動(dòng)態(tài)度為偏小正值，表明其耕地面積有小幅增加，分析其原因可能為天寧區(qū)、鐘樓區(qū)所轄面積相對(duì)較小，部分交通、城鎮(zhèn)等建設(shè)用地占用耕地，導(dǎo)致耕地面積下降，而為維持耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，新北區(qū)、溧陽(yáng)市等通過(guò)土地整治等導(dǎo)致耕地面積有所增加。

圖2 常州地區(qū)各縣(區(qū))耕地動(dòng)態(tài)度

該研究通過(guò)耕地區(qū)位指數(shù)及耕地區(qū)域差異模型來(lái)刻畫(huà)耕地的空間分布格局變化。通過(guò)公式(2)、(3)得分別到各縣區(qū)耕地區(qū)位指數(shù)及區(qū)域差異情況。同時(shí)，運(yùn)用ArcGIS軟件中的重分類(lèi)及自然斷裂法依次得到耕地稀疏區(qū)、一般區(qū)及密集區(qū)(圖3)。由圖可知，作為城區(qū)的鐘樓區(qū)、天寧區(qū)耕地資源貧乏，為耕地稀疏區(qū)。新北區(qū)、武進(jìn)區(qū)由耕地一般區(qū)降低為稀疏區(qū)，耕地聚集程度低于全市。同時(shí)金壇區(qū)由耕地密集區(qū)變更為耕地一般區(qū)，溧陽(yáng)市未發(fā)生明顯變化。通過(guò)土地區(qū)域差異模型計(jì)算可知，金壇區(qū)、武進(jìn)區(qū)、新北區(qū)土地利用類(lèi)型相對(duì)變化率較大，溧陽(yáng)市及鐘樓區(qū)、天寧區(qū)等城區(qū)相對(duì)變化率較小。從空間上來(lái)看，常州市耕地表現(xiàn)為由西向東密集程度逐漸減小的趨勢(shì)，而隨著時(shí)間的推移，耕地呈現(xiàn)出總體密集程度下降的趨勢(shì)。除溧陽(yáng)市，其余各市耕地密集程度均有所下降。近年來(lái)，常州市城鎮(zhèn)化水平不斷提高，土地利用類(lèi)型變化顯著。以鐘樓區(qū)為核心的周邊區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，吸引了大量的人才、資金、技術(shù)，非農(nóng)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，侵占大量耕地，耕地被建設(shè)用地占用以及空間形態(tài)破碎導(dǎo)致耕地規(guī)模和質(zhì)量的下降。

圖3 1985年、2015年常州地區(qū)耕地面積空間分布

3.2 常州地區(qū)耕地利用影響因素分析

利用主成分分析法對(duì)1985—2015年常州地區(qū)耕地利用空間變異的影響因素進(jìn)行分析。首先利用SPSS軟件得到各影響因子的相關(guān)性信息。影響因子之間存在聯(lián)系的為X1與X2，X2與X3，X2與X8，X6與X11，X8與X9，X8與X10。同時(shí)，由特征值主成分貢獻(xiàn)率可知，第一主成分(77.32%)與第二主成分貢獻(xiàn)率(10.54%)達(dá)到87.86%，已滿足分析要求，故根據(jù)主成分載荷計(jì)算公式及方差最大旋轉(zhuǎn)法得出3個(gè)主成分載荷矩陣(表2)。由下表可見(jiàn)，X1、X2、X3、X4、X5、X6及X12歸為第一主成分，主要為經(jīng)濟(jì)與人口因素X7、X8、X9、X11歸為第二主成分，主要為社會(huì)、環(huán)境及科學(xué)技術(shù)發(fā)展等因素。

表2 主成分載荷矩陣

變量第一主成分第二主成分變量第一主成分第二主成分X10.9520.176X7-0.6050.466X20.8330.111X80.6670.853X30.9750.079X9-0.9020.709X40.9760.154X10-0.4430.218X50.9760.079X110.7980.677X60.9830.063X120.8830.303

經(jīng)濟(jì)發(fā)展是土地利用轉(zhuǎn)型的根本動(dòng)力，同時(shí)也是影響耕地面積時(shí)空演變的決定性因素。進(jìn)一步優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的帶動(dòng)作用，是實(shí)現(xiàn)常州地區(qū)耕地及農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的有效途徑。其次，城鎮(zhèn)化發(fā)展亦是耕地利用發(fā)生時(shí)空變異的一大驅(qū)動(dòng)因素。1985—2015年以來(lái)，房屋竣工面積、公路里程急劇上漲等城鎮(zhèn)化步伐加快，大量占用了耕地，造成耕地面積的逐年下降。為保持常州地區(qū)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，部分地區(qū)通過(guò)舊城改造、土地整治等增加耕地面積，造成耕地時(shí)空格局變動(dòng)明顯； 農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、復(fù)種指數(shù)等作為構(gòu)成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的主要驅(qū)動(dòng)因素，能夠有效解決耕地占用帶來(lái)的糧食產(chǎn)量下降問(wèn)題。因此，常州地區(qū)未來(lái)應(yīng)不斷強(qiáng)化耕地保護(hù)政策、加強(qiáng)監(jiān)督管理，綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城鎮(zhèn)化對(duì)耕地的影響，同時(shí)，需進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，研發(fā)與引進(jìn)先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備，緩解耕地減少帶來(lái)的糧食安全問(wèn)題。

4 結(jié)論與討論

該文首先對(duì)常州區(qū)耕地總面積時(shí)空格局進(jìn)行分析，并利用耕地區(qū)位指數(shù)模型測(cè)算各子區(qū)域耕地面積的空間差異，在此基礎(chǔ)上，基于主成分分析方法運(yùn)用SPSS軟件分析常州地區(qū)耕地利用的影響因素，得出如下結(jié)論：

(1)從常州地區(qū)耕地面積時(shí)間變化來(lái)看， 1985—2015年常州地區(qū)耕地總面積整體呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，但1985—2001年耕地面積呈小幅度平穩(wěn)下降趨勢(shì)，期間在2001年大幅度上升， 2001—2011年常州地區(qū)耕地面積則下降幅度較大， 2011年之后耕地總面積穩(wěn)定在15萬(wàn)hm2。而人均耕地面積呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。

(2)從常州地區(qū)耕地面積空間變化來(lái)看，總體來(lái)說(shuō)，常州南部地區(qū)(溧陽(yáng)區(qū))為耕地密集區(qū)，北部(新北、鐘樓、天寧、武進(jìn))為耕地稀疏區(qū)。1985年常州地區(qū)耕地稀疏區(qū)為鐘樓區(qū)和天寧區(qū)，密集區(qū)為溧陽(yáng)區(qū)和金壇區(qū)， 2015年稀疏區(qū)變?yōu)樾卤眳^(qū)、鐘樓區(qū)、天寧區(qū)及武進(jìn)區(qū)，而密集區(qū)僅有溧陽(yáng)區(qū)。

(3)從影響因素的效用來(lái)看，經(jīng)濟(jì)因素的影響效用大，尤其是人均GDP和地均GDP的比重，而社會(huì)因素的影響較小，尤其是房屋竣工面積、公路里程?？傮w來(lái)看，經(jīng)濟(jì)因素和人口因素對(duì)常州地區(qū)耕地利用的影響相對(duì)比較明顯。

在不同的目標(biāo)決策下，各影響因子的效用不同，影響因素的調(diào)整及調(diào)控程度的不一樣對(duì)耕地利用的影響也不一樣，針對(duì)常州地區(qū)現(xiàn)有的耕地空間利用特殊性，提出以下相應(yīng)的策略：(1)針對(duì)較耕地利用相對(duì)稀缺的北部地區(qū)，即新北區(qū)、鐘樓區(qū)、天寧區(qū)、武進(jìn)區(qū)等地，雖然其耕地面積少，但可以通過(guò)科技力量帶動(dòng)其發(fā)展，使其耕地利用方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽考夹g(shù)支持，主要包括提高其農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力，培訓(xùn)專(zhuān)業(yè)科技人員及加大科技設(shè)備投入，以更好地利用常州北部地區(qū)的耕地資源； (2)較耕地利用相對(duì)密集的南部地區(qū)，即溧陽(yáng)區(qū)，因?yàn)樵摰馗孛娣e較多，在重點(diǎn)發(fā)展農(nóng)業(yè)的同時(shí)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)注重耕地利用轉(zhuǎn)型，將其利用方式從單一依靠農(nóng)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽績(jī)?yōu)質(zhì)耕地產(chǎn)出、整治劣勢(shì)耕地的模式，通過(guò)常州地區(qū)耕地利用轉(zhuǎn)型，整合其耕地資源，以達(dá)到耕地利用轉(zhuǎn)型的最優(yōu)調(diào)控。