基于GIS和空間計(jì)量的耕地利用轉(zhuǎn)型時(shí)空格局及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

史洋洋，呂 曉，郭貫成，鞏 晨

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，山東 日照276826；3.自然資源部海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210024；4.東北大學(xué)文法學(xué)院，遼寧

沈陽(yáng) 110169；5.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊陵 712100）

1 引言

隨著國(guó)際土地變化研究視角從土地利用/覆被變化（LUCC）到全球陸地計(jì)劃（GLP），再到近年來(lái)在兩者基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的土地變化科學(xué)（LCS）[1]，土地利用轉(zhuǎn)型研究于20世紀(jì)90年代以來(lái)逐漸興起并發(fā)展成為當(dāng)前土地變化科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)[2]。土地利用轉(zhuǎn)型概念最早由英國(guó)利茲大學(xué)地理學(xué)家GRAINGER在研究森林轉(zhuǎn)型[3]基礎(chǔ)上提出，是指經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中一國(guó)或區(qū)域土地利用形態(tài)的變化。這里的形態(tài)是指某一時(shí)點(diǎn)一國(guó)或區(qū)域主要土地利用類型和自然植被組成的總體格局，主要反映的是土地利用在空間形態(tài)上的轉(zhuǎn)型[4]。中國(guó)學(xué)者將這一理念引入國(guó)內(nèi)后，結(jié)合中國(guó)實(shí)際的土地利用轉(zhuǎn)型理論及相關(guān)實(shí)證研究大量涌現(xiàn)，而國(guó)內(nèi)學(xué)者更加關(guān)注的是土地利用形態(tài)的趨勢(shì)性變化[5-7]。鑒于中國(guó)特殊的人地關(guān)系，從形態(tài)視角研究耕地利用轉(zhuǎn)型在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界逐漸受到較高重視，并取得一定進(jìn)展[8-9]。當(dāng)前，中國(guó)正在全面實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，其本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)人口、土地和產(chǎn)業(yè)要素在城鄉(xiāng)間優(yōu)化配置、城鄉(xiāng)互動(dòng)和融合發(fā)展過(guò)程[10-11]。而中國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、城鎮(zhèn)化與工業(yè)化快速推進(jìn)，各種地理要素的流動(dòng)導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷轉(zhuǎn)型，土地利用也呈現(xiàn)出劇烈的轉(zhuǎn)型趨勢(shì)[12-13]。耕地資源是鄉(xiāng)村區(qū)域最主要和可變性最強(qiáng)的土地利用類型，耕地利用轉(zhuǎn)型研究將有助于推動(dòng)土地利用轉(zhuǎn)型向人與自然復(fù)合的地域系統(tǒng)等復(fù)雜領(lǐng)域拓展[14]。

已有研究中耕地利用變化的定量分析對(duì)于耕地轉(zhuǎn)型規(guī)律的空間表達(dá)不足[15-16]。耕地利用變化即一定區(qū)域內(nèi)耕地在時(shí)間序列上表現(xiàn)出的數(shù)量、質(zhì)量、集約利用程度、經(jīng)營(yíng)方式與規(guī)模化等方面的變化[17]，可見(jiàn)耕地利用變化的內(nèi)涵不涉及與其他土地利用類型用途轉(zhuǎn)換（屬于土地利用變化的范疇），耕地利用轉(zhuǎn)型則基于耕地利用形態(tài)的視角探究其趨勢(shì)性變化，這種趨勢(shì)性的內(nèi)涵具有外延性[6]，空間形態(tài)表現(xiàn)為耕地?cái)?shù)量（面積）及其擴(kuò)張和縮減的空間發(fā)展趨勢(shì)，功能形態(tài)表現(xiàn)為耕地多功能轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢(shì)[14]。因此，本文界定的耕地利用轉(zhuǎn)型概念是指耕地利用形態(tài)（空間和功能形態(tài)）在長(zhǎng)時(shí)間序列上表現(xiàn)出來(lái)的與本區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相適應(yīng)的趨勢(shì)性變化或轉(zhuǎn)折，其中空間形態(tài)包括數(shù)量（面積和份額）、空間格局（景觀和經(jīng)營(yíng)格局、過(guò)程與軌跡演化）等的趨勢(shì)變化，而功能形態(tài)主要從耕地作物生產(chǎn)、生態(tài)安全保護(hù)和生活保障功能三大方面進(jìn)行測(cè)度。耕地作為單一土地利用類型，耕地利用變化與耕地利用轉(zhuǎn)型的區(qū)別在研究?jī)?nèi)容、研究尺度（時(shí)間尺度和空間尺度）、價(jià)值主體、驅(qū)動(dòng)因素和軌跡變化以及結(jié)果與效應(yīng)方面存在顯著差異[8]?；诖?，本文選擇既是中國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份又是糧食主產(chǎn)區(qū)的山東省作為研究區(qū)域，在地學(xué)信息圖譜理論及方法的支持下[18]，以耕地空間形態(tài)視角為切入點(diǎn)，分析山東省耕地利用轉(zhuǎn)型時(shí)空過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為科學(xué)評(píng)估區(qū)域耕地保護(hù)政策實(shí)施績(jī)效、推動(dòng)耕地可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

2 理論框架與機(jī)制分析

土地利用轉(zhuǎn)型是特定區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、法律政策、工程技術(shù)等要素相互作用、共同約束的結(jié)果[19]。在全球化與全球環(huán)境變化條件下，深層驅(qū)動(dòng)因素通過(guò)作用于表層驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)而影響土地利用，包括人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、制度、文化和區(qū)位因素等[8]。耕地作為承載人類食物主要來(lái)源的重要資源基礎(chǔ)，耕地利用轉(zhuǎn)型受到人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的綜合影響最為顯著[20]。基于此，耕地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)因子選取應(yīng)該包括影響耕地與人口分布的自然因素，也要涵蓋影響耕地利用方式以及人口空間流動(dòng)的交通區(qū)位因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、土地管理因素（圖1）。

自然驅(qū)動(dòng)因素是耕地利用轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)?？臻g上，地形地貌以及水文要素的差異會(huì)導(dǎo)致耕地資源、人口和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的分布不均，因而對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型也較為敏感[21]。氣候因子對(duì)于大尺度或中等尺度研究區(qū)域影響顯著，山東省東西跨度大且海陸兼?zhèn)?，氣候因子?duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的影響不容忽視。另外，影響耕地利用轉(zhuǎn)型的自然災(zāi)害通常是由于人類盲目開(kāi)墾土地、圍湖造田等導(dǎo)致的耕地退化、洪澇和水土流失等[22]，本文主要通過(guò)結(jié)合具體轉(zhuǎn)型過(guò)程進(jìn)行定性分析。據(jù)此，本文選取地形（海拔和坡度）、水文（距主要河流的距離）和氣候（多年平均降水量）3類因子組成自然驅(qū)動(dòng)因素的解釋變量。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是耕地利用轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力。土地利用轉(zhuǎn)型通常與一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展階段相對(duì)應(yīng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與土地利用形態(tài)相互作用、互相影響促成了土地利用轉(zhuǎn)型[23]。山東省位于黃淮海平原農(nóng)區(qū)的東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，人口城鄉(xiāng)地域流動(dòng)以及新型城鎮(zhèn)化對(duì)耕地的影響也更大，主要表現(xiàn)為耕地非農(nóng)化、農(nóng)村空心化以及建設(shè)占用耕地的無(wú)序化等。另外，灌溉因素作為區(qū)域農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志，也是耕地利用轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)因子[24]。據(jù)此，本文選用總?cè)丝?、人均GDP、城鎮(zhèn)化率、財(cái)政支農(nóng)支出、第一產(chǎn)業(yè)增加值、灌溉比率和農(nóng)機(jī)總動(dòng)力作為衡量社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的解釋變量。

交通區(qū)位因素是驅(qū)動(dòng)耕地利用轉(zhuǎn)型的重要空間因子。區(qū)位的空間異質(zhì)性是決定地理要素空間格局演變的關(guān)鍵因素。耕地作為糧食生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源，耕地的區(qū)位分布除了受自然基底條件影響之外，還受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、市場(chǎng)需求與交易以及貨物運(yùn)輸條件等影響。社會(huì)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，人口越密集，對(duì)于糧食的需求也越大；距離人類聚居地區(qū)越遠(yuǎn)，貨物運(yùn)輸成本越高，農(nóng)民糧食生產(chǎn)的積極性和耕種意愿會(huì)下降，嚴(yán)重制約耕地的高效利用[25]。交通便利與否，距離社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中心的遠(yuǎn)近將對(duì)區(qū)域耕地利用轉(zhuǎn)型產(chǎn)生重要影響。據(jù)此，本文選擇與社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中心（地級(jí)、縣級(jí)行政中心）距離表征區(qū)位因素，選擇與糧食運(yùn)輸及人口跨區(qū)流動(dòng)的重要交通方式（公路、鐵路）距離表征交通因素。

土地管理因素是驅(qū)使耕地利用轉(zhuǎn)型的直接動(dòng)力。在區(qū)域人地系統(tǒng)演化過(guò)程中，自然災(zāi)害的發(fā)生、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展轉(zhuǎn)變等會(huì)引發(fā)土地資源衰竭（耕地面積減少與質(zhì)量下降）和土地環(huán)境退化（土地污染與鹽堿化），這些問(wèn)題的出現(xiàn)會(huì)逐漸引起社會(huì)公眾關(guān)注以及政府響應(yīng)。基于生態(tài)效益和耕地可持續(xù)集約利用發(fā)展要求[26]，土地行政主管部門通過(guò)出臺(tái)相應(yīng)的法律法規(guī)和政策制度（征收耕地占用稅、實(shí)施耕地占補(bǔ)平衡、土地用途管制、退耕還林還草等）來(lái)引導(dǎo)或約束土地利用主體行為，通過(guò)土地工程與技術(shù)（土地開(kāi)發(fā)、整理和復(fù)墾等）使土地資源管理的政策制度得以落地實(shí)施，最終直接或間接地實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型有效管控[27]。研究表明，土地整治逐漸成為土地利用轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力[28]。

綜合以上分析來(lái)看，耕地利用轉(zhuǎn)型的動(dòng)力機(jī)制以自然地理因素為先決基礎(chǔ)條件，體現(xiàn)了區(qū)域耕地利用轉(zhuǎn)型的內(nèi)生性動(dòng)力問(wèn)題；社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素既是耕地利用轉(zhuǎn)型的重要外部驅(qū)動(dòng)力，在長(zhǎng)時(shí)間序列來(lái)看社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段又與耕地利用轉(zhuǎn)型階段相適應(yīng)，體現(xiàn)了區(qū)域要素流動(dòng)的整體性與協(xié)調(diào)性；交通區(qū)位因素對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的制約效應(yīng)充分體現(xiàn)在以新古典區(qū)位理論向現(xiàn)代區(qū)位理論過(guò)渡發(fā)展過(guò)程中的要素集聚及其外部性影響方面，即在規(guī)模經(jīng)濟(jì)、外部性擴(kuò)散、地價(jià)變化等視角下引致的區(qū)域耕地?cái)U(kuò)張或縮減的空間形態(tài)轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)；基于政府意志而出臺(tái)相應(yīng)的土地制度與政策引導(dǎo)約束土地利用主體行為（土地使用者和政府），而土地綜合整治則是政府對(duì)土地進(jìn)行有效管控的直接方式，兩者相互影響、互為補(bǔ)充，最終體現(xiàn)了土地管理因素中政府的“文武”兩種手段對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的調(diào)控，比如煤炭塌陷地整治，既有煤礦開(kāi)采也有政府整治，最終復(fù)墾為耕地或養(yǎng)魚(yú)取決于土地工程與技術(shù)支持?？梢?jiàn)，耕地利用轉(zhuǎn)型的動(dòng)力機(jī)制是以區(qū)域自然地理?xiàng)l件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通區(qū)位與土地管理因素共同組成的有機(jī)整體，需要從管理學(xué)、地理學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科視角分析做出綜合的評(píng)判。

圖1 耕地利用轉(zhuǎn)型的動(dòng)力機(jī)制概念框架Fig.1 Conceptual framework of dynamic mechanism of cultivated land use transition

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與驅(qū)動(dòng)因子參數(shù)化

本文選用的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http: //www.resdc.cn），選擇1990年、2000年、2010年和2015年共4期30 m柵格分辨率的山東省遙感影像解譯數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)以Landsat TM影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)具有較高精度及可信度[29]。根據(jù)需要，將山東省土地分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地，并在ArcGIS 10.2中對(duì)每期數(shù)據(jù)的土地利用類型進(jìn)行重編碼，分別賦值CLT1～6。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》（1990—2015年）以及各地市人口普查資料；交通區(qū)位因素來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心（http: //www.ngcc.cn）1∶400萬(wàn)數(shù)據(jù)集；氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心（http: //data.cma.cn）。

自然地理因素中的海拔、坡度由90 m分辨率的山東省DEM數(shù)據(jù)計(jì)算得到，氣候數(shù)據(jù)為各氣象站點(diǎn)多年平均降水量通過(guò)ArcGIS的Create Thiessen Polygons工具轉(zhuǎn)化而來(lái)，水文要素與交通區(qū)位因素通過(guò)Euclidean Distance工具計(jì)算所得。對(duì)各地市1990—2000年、2000—2010年和2010—2015年三個(gè)階段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)Join功能加入行政區(qū)矢量圖層。具體要素?cái)?shù)據(jù)的空間化與定量化的過(guò)程及步驟可參考劉永強(qiáng)等的研究[7，20，31]，本文不再贅述。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定量化與空間化基礎(chǔ)上，通過(guò)ArcGIS的Raster Analysis工具對(duì)所有變量數(shù)據(jù)進(jìn)行極值標(biāo)準(zhǔn)化以消除量綱，使所有自變量的值均處于0～1之間。

3.2 研究方法

3.2.1 地學(xué)信息圖譜

以山東省4期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS 10.2軟件中進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的地圖代數(shù)疊加運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)土地利用類型的空間信息融合。將三個(gè)時(shí)間階段的耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程“圖”（圖2）和空間分離度以及數(shù)量變化的“譜”（表1）共同表征山東省耕地利用空間形態(tài)轉(zhuǎn)型特征，其中圖2中代碼含義：1為耕地；2為林地；3為草地；4為水域；5為建設(shè)用地；6為未利用地。變化比率與空間分離度指標(biāo)公式如下[11]：

圖2 1990—2015年山東省耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程的時(shí)空格局Fig.2 Temporal-spatial patterns of cultivated land transition during 1990-2015 in Shandong Province

式（1）—式（2）中：Rab、Dab為變化比率和分離度；Pab、Lab為初期（t）第a種土地類型轉(zhuǎn)為末期（t+Δt）的b種土地類型的面積和圖譜單元數(shù)；n為個(gè)數(shù)；Rab為轉(zhuǎn)型后的土地類型占所有已轉(zhuǎn)型土地類型的比率；Dab為空間上的離散程度，值越大空間上越離散。

表1 山東省1990—2015年耕地利用轉(zhuǎn)型圖譜單元排序表Tab.1 Geo-spectrum unit order of cultivated land use transitions during 1990-2015 in Shandong Province

3.2.2 空間計(jì)量模型

本文選用的空間計(jì)量模型主要包括兩種類型，即空間滯后和空間誤差模型。其中，空間滯后模型（Spatial Lag Model，SLM）主要適用于對(duì)存在空間相關(guān)性的各因素變量的空間擴(kuò)散性進(jìn)行表達(dá)，顯化因變量受自變量在相鄰空間單元上的影響程度，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式（3）中：y是因變量；Wy是空間權(quán)重矩陣W的空間滯后自變量；X是解釋變量的觀測(cè)值的矩陣；ρ是Wy的參數(shù)，反映值之間的空間相關(guān)性程度；β是X的回歸系數(shù)，反映自變量對(duì)因變量的影響；ε是誤差項(xiàng)向量。

空間誤差模型（Spatial Error Model，SEM）通過(guò)隨機(jī)擾動(dòng)誤差項(xiàng)之中的相互依賴關(guān)系體現(xiàn)變量之間的空間擾動(dòng)相關(guān)和空間總體相關(guān)，其公式為：

式（4）—式（5）中：ε是誤差項(xiàng)向量；β是回歸殘差向量；λ是自回歸系數(shù)，其衡量了變量中的空間依賴性，反映了樣本觀察值影響相鄰地區(qū)樣本觀察值的方向和程度；Wε是空間擾動(dòng)項(xiàng)權(quán)重矩陣；μ是正態(tài)分布的誤差向量。

4 結(jié)果分析

4.1 耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程的時(shí)空格局

山東省耕地利用轉(zhuǎn)型區(qū)域空間差異十分顯著。1990—2000年，轉(zhuǎn)型過(guò)程以耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型最為明顯，表現(xiàn)為濟(jì)南市、聊城市等全省范圍內(nèi)主城區(qū)周圍形成的“環(huán)狀”轉(zhuǎn)型帶，反映了這一時(shí)期城鎮(zhèn)化進(jìn)程對(duì)周邊耕地的侵占；聊城、泰安等地呈現(xiàn)面狀無(wú)序擴(kuò)張，表明耕地占用現(xiàn)象較為普遍。耕地與水域相互轉(zhuǎn)型過(guò)程的空間分布也十分明顯。2000—2010年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型的“環(huán)狀”轉(zhuǎn)型帶在空間上擴(kuò)張趨勢(shì)更加顯著，形成了以聊城市到濰坊市再到青島市的東西向點(diǎn)軸轉(zhuǎn)型帶，透視出山東省的城鎮(zhèn)化進(jìn)程開(kāi)始從小城鎮(zhèn)、小城市的模式向城市連綿區(qū)方向發(fā)展。2010—2015年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型的“環(huán)狀”轉(zhuǎn)型帶在空間上依然顯著，空間上以菏澤市主城區(qū)和濟(jì)寧市梁山縣最集聚。耕地向水域轉(zhuǎn)型過(guò)程較為分散，耕地向林地和草地轉(zhuǎn)型主要分布在濱州市中部。本階段濱州市耕地利用轉(zhuǎn)型種類最為豐富。

山東省1990—2015年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型的空間分離度在每個(gè)階段都處于最低水平，這表明耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型在空間上的集聚程度最高（表1）。1990—2000年，耕地向未利用地轉(zhuǎn)型過(guò)程在空間上的離散程度最大，而未利用地向耕地的轉(zhuǎn)型在空間上的集聚程度較高。2000—2010年，耕地向草地轉(zhuǎn)型空間離散程度最大（104.12）。2010—2015年，林地向耕地轉(zhuǎn)型的空間分離度值最大（78.25），而耕地向林地轉(zhuǎn)型過(guò)程的空間離散程度較低，僅次于耕地向建設(shè)用地和耕地向水域轉(zhuǎn)型?？傮w上，1990—2000年總體分離度值最大（268.04），表明本階段耕地利用轉(zhuǎn)型相較其他階段更活躍。

4.2 耕地利用轉(zhuǎn)型階段與趨勢(shì)

診斷耕地利用轉(zhuǎn)型要基于耕地利用形態(tài)的視角，包括耕地空間形態(tài)（數(shù)量、格局演變）或功能形態(tài)（外部性、政策）視角兩方面[12]。其中，耕地空間形態(tài)的數(shù)量面積變化最能直接表現(xiàn)耕地利用轉(zhuǎn)型階段與趨勢(shì)，因此本文基于耕地利用空間形態(tài)視角的耕地?cái)?shù)量（面積）變化進(jìn)行綜合診斷。從中國(guó)實(shí)行最嚴(yán)格耕地保護(hù)制度的國(guó)情出發(fā)，耕地?cái)?shù)量（面積）會(huì)出現(xiàn)由持續(xù)快速減少向緩慢減少甚至出現(xiàn)停滯轉(zhuǎn)型再向穩(wěn)定增長(zhǎng)方向的3種狀態(tài)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)（圖3）。

圖3 耕地面積變化轉(zhuǎn)折[12]Fig.3 The transition of cultivated land areas

從耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程來(lái)看（表1），1990—2000年耕地面積凈減少1 257.91 km2；2000—2010年耕地面積凈減少1 885.52 km2，較上一階段減少趨勢(shì)進(jìn)一步加劇；2010—2015年耕地面積減少711.90 km2，由于時(shí)間跨度小，本階段耕地利用轉(zhuǎn)型的圖譜單元數(shù)和面積比前兩個(gè)階段少，但變化比率所占比重逐年上升，并在本階段累計(jì)變化比率達(dá)到90.18%，反映出山東省耕地利用縮減轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢(shì)顯著。從中得出，山東省土地利用形態(tài)格局依然存在沖突，耕地利用轉(zhuǎn)型處于從持續(xù)快速減少向緩慢減少的過(guò)渡階段，還沒(méi)有達(dá)到轉(zhuǎn)型停滯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

4.3 耕地利用轉(zhuǎn)型的影響因素

本文基于Geoda軟件對(duì)山東省1990—2000年、2000—2010年和2010—2015年3個(gè)時(shí)間段主要耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子的空間計(jì)量回歸分析，首先在ArcGIS 10.2軟件中調(diào)用Feature Class模塊，通過(guò)Create Fishnet生成10 km的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)格網(wǎng)內(nèi)各驅(qū)動(dòng)因子空間數(shù)據(jù)值和單一耕地利用轉(zhuǎn)型類型的面積并求取平均值，據(jù)此生成相應(yīng)時(shí)間階段的空間權(quán)重矩陣；然后將自變量與因變量的數(shù)據(jù)底圖在Regression模塊中打開(kāi)，指定空間權(quán)重文件和所要執(zhí)行的回歸類型并輸出結(jié)果，據(jù)此反映各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的作用強(qiáng)度和方向。具體操作過(guò)程參考ANSELINL[30-31]等的研究，在空間相關(guān)性檢驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇合適的空間計(jì)量模型。另外對(duì)于模型擬合效果檢驗(yàn)指標(biāo)主要有擬合系數(shù)R2、自然對(duì)數(shù)似然函數(shù)值（LogLikelihood）、赤池信息準(zhǔn)則（AIC）和施瓦茨準(zhǔn)則（SC）等[7，31]（表2）。

（1）1990—2000年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型（CLT15）距離市級(jí)和縣級(jí)行政區(qū)的距離在1%置信水平上呈負(fù)相關(guān)，與距離主要公路與河流的距離、總?cè)丝诤透叱淘?%置信水平上呈負(fù)相關(guān)，與坡度和城鎮(zhèn)化率在10%置信水平上負(fù)相關(guān)，與多年平均降水量在10%置信水平上呈正相關(guān)。表明其主要發(fā)生在行政中心周邊及交通區(qū)位條件優(yōu)越、地勢(shì)較低、坡度平緩、降水量充足、距離河流較近以及人口密集的城鎮(zhèn)化水平較高的地區(qū)。耕地向水域轉(zhuǎn)型（CLT14）主要發(fā)生于距離市級(jí)行政中心較遠(yuǎn)、降水量較多、地勢(shì)較低的距離河流較近的地區(qū)。水域向耕地轉(zhuǎn)型（CLT41）主要在距離河流較近、機(jī)械化水平較高的地區(qū)。河灘地的開(kāi)墾極易造成水土流失與農(nóng)作物損失，因此河流附近的耕地利用轉(zhuǎn)型問(wèn)題需要加強(qiáng)管控；另外，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力反映了社會(huì)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)科技水平對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的影響，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力越大，農(nóng)民對(duì)于耕地需求越大。未利用地向耕地轉(zhuǎn)型（CLT61）主要發(fā)生在地勢(shì)較低、距離河流較近的地區(qū)。

（2）2000—2010年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型（CLT15）中距離主要鐵路的距離成為重要驅(qū)動(dòng)力，空間上顯著體現(xiàn)在以“郊濟(jì)線”為中軸形成的東西向的耕地向建表注>設(shè)用地轉(zhuǎn)型帶。交通的發(fā)展特別是當(dāng)前以高鐵、輕軌列車等為代表的新型的交通方式不斷完善，在未來(lái)將會(huì)對(duì)區(qū)域城鎮(zhèn)化、耕地利用轉(zhuǎn)型與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生顯著影響。草地向耕地轉(zhuǎn)型（CLT31）主要發(fā)生在地勢(shì)較低、距離河流較近地區(qū)。未利用地向耕地轉(zhuǎn)型（CLT61）表明農(nóng)戶在轉(zhuǎn)型生計(jì)過(guò)程中會(huì)根據(jù)耕地資源開(kāi)發(fā)難易，優(yōu)先開(kāi)發(fā)坡度較小易于耕種的未利用地。兩種轉(zhuǎn)型過(guò)程顯著分布于黃河三角洲地區(qū)，2009年國(guó)務(wù)院通過(guò)了《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》將黃河三角洲開(kāi)發(fā)建設(shè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略[7]，可見(jiàn)，政策對(duì)于荒草地和未利用地向耕地轉(zhuǎn)型具有重大推動(dòng)作用[23]，而土地整理、鹽堿地修復(fù)等土地工程為區(qū)域土地綜合治理提供了技術(shù)支持。需要注意的是，政府要加強(qiáng)這一地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)管控，真正實(shí)現(xiàn)耕地可持續(xù)集約利用[24]。耕地向水域轉(zhuǎn)型（CLT14）與第一產(chǎn)業(yè)增加值與財(cái)政支農(nóng)支出的相關(guān)性顯著，這是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖等漁業(yè)發(fā)展提升了區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和政府財(cái)政收入，政府因此鼓勵(lì)擴(kuò)大水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模所致。

（3）2010—2015年，雖時(shí)間跨度較小，但耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型（CLT15）動(dòng)力機(jī)制依然穩(wěn)定。政府應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守土地利用總體規(guī)劃，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，加快探索制定自上而下的國(guó)土空間規(guī)劃體系；落實(shí)“耕地占補(bǔ)平衡”和土地用途管制，完善土地利用督察監(jiān)管機(jī)制，尤其要加強(qiáng)管控縣級(jí)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政中心周邊的耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型過(guò)程。耕地向水域轉(zhuǎn)型（CLT14）中人均GDP也顯示出較高的相關(guān)性，這表明以提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收益為目的成為耕地向水域轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力。耕地向林地和草地轉(zhuǎn)型（CLT12、13）主要與距離河流的距離有關(guān)，耕種距離河流較近的土地很容易造成水土流失，反映出政府對(duì)于“退耕還林還草”政策落實(shí)以及保護(hù)生態(tài)用地等方面的工作成效明顯，但數(shù)量和規(guī)模上還需要進(jìn)一步加強(qiáng)引導(dǎo)工作。另外，從山東省實(shí)際調(diào)研情況來(lái)看，農(nóng)民外出打工收入高于種地收入，除種糧大戶和農(nóng)業(yè)企業(yè)外，小農(nóng)戶種地意愿普遍偏低[25]，農(nóng)民更愿意棄耕育林，這也是造成耕地向林地轉(zhuǎn)型主要原因之一，其顯著表現(xiàn)為黃淮海平原地區(qū)普遍存在的“楊上糧下”現(xiàn)象[32]。

表2 1990—2015 年山東省耕地利用轉(zhuǎn)型與驅(qū)動(dòng)因子空間回歸分析結(jié)果Tab.2 The spatial regression analysis results of CLT and the driving factors in Shandong Province during 1990-2015

5 結(jié)論與討論

本文對(duì)山東省耕地利用轉(zhuǎn)型時(shí)空格局與驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：（1）1990—2000年，空間格局上以耕地向建設(shè)用地以及耕地向水域的轉(zhuǎn)型過(guò)程最為顯著；2000—2010年，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型在空間上形成了明顯的東西向點(diǎn)軸轉(zhuǎn)型帶；2010—2015年，耕地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程在濱州市分布種類最為豐富。（2）總體上，1990—2000年耕地利用轉(zhuǎn)型相較于其他階段更活躍。山東省土地利用形態(tài)格局依然存在沖突，耕地利用轉(zhuǎn)型處于從持續(xù)快速減少向緩慢減少的過(guò)渡階段。（3）山東省耕地利用轉(zhuǎn)型是在自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、交通區(qū)位、國(guó)家宏觀政策與土地工程以及農(nóng)戶土地利用主體行為和耕種意愿等因素綜合影響下的結(jié)果，不同因素在各時(shí)間階段對(duì)不同耕地利用轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)機(jī)制存在差異。耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型主要與交通區(qū)位和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)，自然地理因素對(duì)耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型的影響相對(duì)較弱。距離主要河流的距離對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型影響在每個(gè)時(shí)間階段都較為顯著。

本文通過(guò)借助GIS和空間計(jì)量方法綜合分析區(qū)域耕地利用轉(zhuǎn)型時(shí)空格局演化、發(fā)展趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，對(duì)豐富和發(fā)展土地利用轉(zhuǎn)型理論和方法具有一定的實(shí)證研究?jī)r(jià)值。土地政策與制度是土地利用轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，土地工程是土地管理的有效實(shí)施手段，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技水平又一定程度上制約了當(dāng)?shù)赝恋毓こ膛c技術(shù)的發(fā)展，因而對(duì)土地資源管理成效也具有重要的影響；經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下的市場(chǎng)機(jī)制產(chǎn)生的生態(tài)效益等“外部性”顯著性低，在比較利益驅(qū)動(dòng)下耕地具有較強(qiáng)的非農(nóng)化趨勢(shì)，尤其是當(dāng)前耕地細(xì)碎化、村莊空心化、宅基地空廢化等問(wèn)題暴露出的經(jīng)營(yíng)方式與農(nóng)地產(chǎn)權(quán)制度不完善的弊端正在日益顯現(xiàn)。因此，在區(qū)域耕地利用空間形態(tài)轉(zhuǎn)型時(shí)空格局及其動(dòng)力機(jī)制研究基礎(chǔ)上，基于技術(shù)條件、產(chǎn)權(quán)制度、供需結(jié)構(gòu)、經(jīng)營(yíng)方式與生態(tài)效益等耕地多功能形態(tài)因素對(duì)區(qū)域耕地利用轉(zhuǎn)型的影響及其與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的耦合響應(yīng)機(jī)理研究應(yīng)當(dāng)是今后重點(diǎn)關(guān)注的方向。研究尺度上應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步豐富，特別是應(yīng)當(dāng)在土地利用轉(zhuǎn)型劇烈、耕地利用保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻的半城鎮(zhèn)化地區(qū)開(kāi)展耕地利用轉(zhuǎn)型樣帶案例研究。政府在制定相關(guān)政策和國(guó)土空間規(guī)劃時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮耕地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)因子及區(qū)域差異規(guī)律，在保證“耕地占補(bǔ)平衡”、土地用途管制的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化布局，保障生態(tài)空間，協(xié)調(diào)用地結(jié)構(gòu)與規(guī)模，對(duì)建設(shè)占用耕地加強(qiáng)規(guī)劃管控，強(qiáng)化耕地保護(hù)政策實(shí)施績(jī)效評(píng)價(jià)，以期促進(jìn)耕地利用轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展協(xié)同適應(yīng)，切實(shí)提升土地資源管理效率，實(shí)現(xiàn)耕地可持續(xù)集約利用與區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。