黑龍江墾區農村居民點與田塊間適宜耕作半徑及影響因素

張 慧，隋虹均，蘇 航，史曉磊，馬鑫鵬，孫 彤，劉浩然，章桂芳

（1. 東北農業大學資源與環境學院，哈爾濱 150030；2. 中山大學地球與工程學院，廣州 510275）

0 引 言

農村居民點作為農村社會的基本地域單元和基本聚落地，主要反映了在農業生產過程中人類對自然環境的適應，及對發展空間的干預、調整和重構[1]。耕作半徑是指農村居民點的農業生產服務半徑，確定適宜的耕作半徑不僅能夠節約農業勞動時間，提高生產效率，而且能夠為合理確定居民點間距離及居民點面積提供依據，從而實現土地的高效、集約利用。長期以來，中國農村居住用地缺乏統一的布局和規劃，造成了目前中國農村居民點分布散亂、使用粗放的現狀。劉彥隨等在中國農村空心化的地理學研究與整治實踐中提到目前農村居民點用地“外擴內空”現象愈加明顯[2]；劉建生等指出農村居民點的無序發展加劇了優質耕地的減少[3]。為了解決這一問題，2006年以來，中國陸續開展城鄉建設用地增減掛項目，對農村居民點進行布局優化。2017年國家又進一步提出通過開展村土地利用規劃，加強農村居住用地的集約利用和完善生活基礎設施配置。

國內很多學者圍繞著農村居民點耕作半徑展開了大量的研究，學者們普遍認為合理的耕作半徑是提高農業耕作效率的關鍵。楊慶華等[4]在研究耕地資源分布狀況中，引入耕作半徑指標進行了定量化的分析；葉琴麗等[5]在農戶集聚規模的研究中提出耕作半徑為純農型農戶生活、生產關系的集中表現；角媛梅等[6]在農村居民點空間布局優化的研究中將耕作半徑作為主要的影響因素之一。因此在進行農村居民點整理和布局優化時耕作半徑是其主要的參考因素之一。喬偉峰等[7]以耕作半徑為基礎利用耕作壓力系數對居民點進行布局優化；唐麗靜等[8]基于耕作半徑對中心村規劃遷并方案；胡興定等[9]利用地形位置參數對采礦前的耕作半徑進行修正并以此為基礎為采礦復墾區農村居民點的安置規模進行預測。目前關于耕作半徑的確定方法主要有緩沖區分析法、均等法、耕聚比法，葉琴麗等[5]分別以50 ～500 m為半徑生成緩沖區并統計各區域內耕地比重同時根據比重的變化確定耕作半徑；角媛梅等[10]認為當農村居民點的緩沖區面積與耕地面積相等時該農村居民點緩沖區的距離為農村居民點耕作半徑；金其銘[11]利用人均耕地、人口數、耕作半徑間的關系式與耕聚比公式相結合的方法提出耕作半徑定量化的計算公式。而國外關于耕作半徑的研究主要注重的是農村居民點與周邊要素距離的關系。盡管國內外學者普遍認為，耕作半徑是農村居民點空間布局的重要參考依據，但對如何確定不同地域適宜的耕作半徑標準卻鮮有研究。

鑒于此，本文以黑龍江省農墾總局八五九農場為研究區，八五九農場位于三江平原東部，是目前黑龍江省墾區農業現代化和城鎮化發展較快的農場之一，同時具有耕地面積大、機械化水平高等特點，是分析黑龍江省墾區農村居民點適宜耕作半徑的典型區域。本研究嘗試通過分析當前農業生產模式下的適宜耕作半徑以及適宜耕作半徑的影響因素，以期為黑龍江省主要農作區的農村居民點布局調整工作提供參考。

1 研究區概況

黑龍江墾區自1947年開始建設，目前已成為中國最大的國有農場群。黑龍江農墾總局建三江管理分局八五九農場位于黑龍江省佳木斯市、雙鴨山市的撫遠縣和饒河縣境內，地處三江平原東部地帶。該研究區介于133°49′37″～134°32′20″E，47°21′30″～47°50′9″N 之間。南北長59 km，東西寬54 km。八五九農場設定總場、管理區和連隊三級管理機構，全域所轄11個管理區24個連隊，土地總面積1 355 km2（圖1）。連隊是墾區從事農業耕作的基層單位，連隊居民點是由農場統一規劃設計，每個連隊設定一個居民點，居民點內部房屋、道路、林帶按照統一規制布局建設。截止到2016年末研究區內人口總數為22 032人；生產總值1.93億元。

圖1 研究區示意圖Fig.1 Study area diagram

2 材料與方法

2.1 數據來源與處理

本研究的數據源于黑龍江省2010年國土資源第二次調查矢量數據庫。利用 ArcGis10.0平臺對研究區界線，土地利用類型包括旱地、水田、居民點等矢量數據進行提取。對研究區內地類的權屬進行融合處理生成研究區行政區域圖斑，同時對各行政區內的地類進行匯總計算，統計各地類的面積及所占比例。

2.2 研究方法

2.2.1 距離分析

距離分析是在一定的搜索范圍內，確定每一個點與其鄰近所有點之間的距離，是統計各點間距離的高效方法[12]。服務農業生產是農村居民點的重要功能之一，當耕作半徑與農業生產不相適應時，農民會自發地對耕作半徑進行調整，調整的主要方式既是通過在田間修建散居住宅以縮短耕作半徑。由于生產能力和偏好的影響，農民對耕作距離的要求也有一定差異，因此當前墾區應以農民修建散居住宅頻數最高的距離為農村居民點提供服務農業的適宜耕作半徑。本研究通過Arcgis10.0軟件以聚居和散居居民點質心為基礎利用點距離分析的方法確定各管理區內的散居與聚居居民點之間的距離，并利用頻數分布直方圖及概率密度曲線的均值，即頂點所處的距離確定各管理區的適宜耕作半徑。

2.2.2 核密度分析

核密度估計是一種用于估計概率密度函數的非參數方法，在空間分析中可用于計算鄰域范圍內要素的空間分布密度，適合于點分布模式的可視化表達。本文通過ArcGis10.0軟件以散居居民點質心為基礎，利用核密度的方法對研究區內散居居民點的分布特征進行分析。

式中f(x,y)是位于（x，y）位置的核密度估計；h為帶寬或平滑參數；K為核函數；n為觀測量；id為（x，y）位置距第i個觀測位置的距離。

2.2.3 多元線性回歸分析

在多要素的地理系統中，多元線性回歸分析確定的復相關系數R（式2）、顯著性檢驗F值（式3）和回歸系數可以對多要素之間的相互影響、相互關聯的情況進行判定，多元線性回歸分析揭示出的多要素之間的相互關系具有普遍性的意義。其中，若顯著性檢驗 F值大于置信度水平0.01時的F檢驗臨界值，則表明多要素之間具有極顯著影響，反之則反；若回歸系數為正則表明該要素對因變量具有正向影響，反之則反。本研究利用SPSS18.0軟件以各管理區的適宜耕作半徑值為因變量，以水田比例、土地面積和聚居居民點與對應連隊幾何中心偏差距離的均值為自變量進行多元線性回歸分析判定三者對適宜耕作半徑的影響。

式中 Ry·12…k為復相關系數； ryk·12…(k-1)為偏相關系數；F為顯著性檢驗值；U為回歸平方和；Q為剩余平方和；k為自變量個數。

3 結果與分析

3.1 土地利用結構

研究區包括11個管理區，土地利用方式主要以耕地為主，但各管理區內旱田水田的比例存在著差異。農場區內耕地面積所占土地總面積的 68.3%，其中水田占28%，旱田占40.3%；其他用地占31.7%。第一至第十一管理區內耕地面積所占其土地面積的比例依次為：77.0%、82.0%、86.5%、67.0%、76.7%、81.2%、78%、81.2%、81.8%、73.8%、72.0%。第二、七、八管理區耕地以水田為主，水田占其管理區內土地總面積的比例分別為：54.2%、64.0%、59.6%，旱田比列依次為：27.9%、14.0%、21.7%。第三、四、五、十管理區耕地以旱田為主，旱田占其管理區內土地總面積的比例分別為：73.5%、67.1%、55%、58.9%，水田比例依次為：13.0%、0.0%、21.7%、14.9%。第一、六、九、十一管理區旱田比例略多于水田比例，旱田占其管理區土地總面積的比例依次為：46.1%、46.8%、46.3%、46.2%，水田比例分別為：30.8%、34.4%、35.5%、25.6%，旱田多于水田的比例依次為：15.3%、12.4%、10.8%、20.6%。通過上述分析可知八五九農場各管理區內部的土地利用結構具有一定的差異，第二、七、八管理區以水田為主，第三、四、五、十管理區以旱地為主，第一、六、九、十一管理區旱田略多于水田（圖2）。

圖2 各管理區地類統計Fig.2 Management area of land class charts

3.2 居民點用地現狀

研究區各管理區內的每個連隊都擁有一個主要聚居居民點，居民點面積相對較大，在距主要聚居居民點一定距離處的田塊間散布著面積較小的散居住宅用地。各管理區的連隊數量共計24個；主要聚居居民點平均面積為 23.7 hm2；散居住宅個數為 365個，平均面積為0.9 hm2。由研究區內農村居民點面積頻數統計表（表1）可知研究區內農村居民點的面積主要集中于 0～10 hm2之間，而面積大于10 hm2的農村居民點甚少。農場內部大規模的聚居態農村居民點具有公共服務設施完善、區位條件良好等特點，可以大大提高農民日常生活中的幸福度。但田塊間存在的大量散居住宅也充分表明了當前的聚居態農村居民點不符合當前的農業生產模式，因此農戶寧愿放棄服務設施和區位條件良好的聚居居民點，而選擇耕作時在田塊間居住以提高農業生產效率。通過上述分析可知，由于研究區內的聚居態居民點無法滿足當前的農業生產模式，所以形成了居民點規模與數量呈反比的農村居民點格局，進而導致農場內部的土地粗獷利用，大幅度的減少了有效的耕地面積，加劇了土地資源的供需矛盾。

表1 研究區農村居民點面積頻數Table 1 Frequency of rural residential area in study area

3.3 當前耕作半徑的分析

利用 Arcgis10.0軟件提取八五九農場各管理區耕地和聚居居民點質心，同時通過點距離分析確定各管理區聚居居民點與最遠田塊之間的空間距離即各管理區最大耕作半徑[13-14]。結果表明八五九農場各管理區最大耕作半徑分別為：12.2、8、7.9、6.8、9.1、14.5、13.4、15、13、14.6、21 km；平均最大耕作半徑為12.3 km。由于聚居居民點與田塊之間的空間距離過大，為了保證一定的耕作時長，農民選擇在田塊附近自行建立小規模散居住宅。由上述分析可知，各管理區農村居民點耕作半徑過大導致了田塊附近出現了大量的小規模散居居民點，因此現有的耕作半徑是導致農場內部聚居居民點無法滿足當前農業生產模式的主要原因。

3.4 適宜耕作半徑分析

3.4.1 適宜耕作半徑的確定

提取研究區聚居居民點和散居居民點質心對各管理區的散居與聚居居民點進行點距離分析，同時利用SPSS18.0軟件生成各管理區散居居民點與聚居居民點之間空間距離的散居住宅頻數分布直方圖及概率正態曲線結果如圖3所示。由圖3可知第一至第十一管理區的概率正態曲線的均值分別為：4 790、3 265、4 059、4 592、4 554、4 649、4 254、5 726、5 746、6 527、7 438 m；因此八五九農場各管理區的適宜耕作半徑依次為 4 790、3 265、4 059、4 592、4 554、4 649、4 254、5 746、5 746、6 527、7 438 m，最大、最小適宜耕作半徑分別為：7 438和3 265 m，均值為5 055 m。

3.4.2 基于適宜耕作半徑的耕作出行時間分析

通過實地調查，農場內部的農民日常耕作的出行方式主要有3種即：步行出行、農機出行、摩托車出行但采取步行耕作的比例甚少主要以農機和摩托車為主；3種出行方式相對應的出行速度分別為：50、250、500 m/min[13,15]。由各管理區適宜耕作半徑可知采取各類出行方式耕作時所需的出行時間，具體如表2所示。

由表 2可知在各管理區適宜耕作半徑的條件下，主要采取的出行方式即農機和摩托車，在耕作出行時所需的時間均屬于農民日常耕作可接受的時間范疇之內。二者耕作出行所需時間的最小值分別為13和7 min，最大值依次為30和15 min，平均值為20和10 min，因此適宜耕作半徑更加符合當前農場的農業生產模式，這對于減少田塊間散居居民點增加有效耕地面積均具有積極的影響，同時也表明了適宜耕作半徑的合理性。

圖3 各管理區散居居民點至聚居居民點空間距離的散居住宅頻數分布直方圖及概率密度曲線Fig.3 Distribution of frequency distribution histogram and probability density curve of scattered residential houses in each administrative district with scattered spatial distances from residential areas to inhabited residential areas

表2 各類出行方式耕作出行時間Table 2 Travel time for various types of travel min

3.5 適宜耕作半徑影響因素分析

3.5.1 耕地結構

由于散居居民點密度的分布狀態可充分的反映出耕作半徑的適宜性因此通過對研究區散居居民點的密度分析可判定適宜耕作半徑的主要影響因素[16-18]。利用Arcgis10.0軟件提取研究區內散居居民點質心并生成散居居民點核密度圖如圖 4所示，將散居居民點核密度圖與研究區示意圖（圖1）、耕地類型分布圖（圖4b）進行疊加分析。分析結果如下：1）由圖4a可知，八五九農場散居居民點分布密度具有空間差異性，核密度值在 0～2.67個/km2之間，整體上呈現“東西低中部密”的空間分布格局。2）水田集中耕作的第二管理區、第七管理區、第八管理區內的散居居民點分布相對密集，并呈明顯的帶狀分布；旱田集中耕作的第三、四、五、十管理區核密度值相對較低，散居居民點的分布較為稀疏。3）在2008年之前八五九農場以旱地為主同時農場的機械化水平高，盡管聚居居民點與田塊之間的距離較大但仍比較符合農民的日常農業生產所需。在2008年之后農場積極相應國家政策進行“旱改水”項目[19-22]，由于水稻需經過育苗曬水等一系列的精細耕作，為了保證一定耕作時長所以農民在水田田塊間建立散居居民點。通過以上分析可知八五九農場散居居民點分布在空間上具有明顯的特點，即散居居民點集中分布于水田集中耕作的第二、七、八管理區，且沿水田田塊呈帶狀分布，因此水田是影響適宜耕作半徑的重要因素之一。

圖4 散居居民點核密度與耕地類型分布Fig.4 Distribution of kernel density of scattered population and distribution of cultivated land

3.5.2 聚居居民點與行政區中心的偏差距離

提取各個連隊行政區幾何中心和聚居居民點質心，并統計計算聚居居民點質心與幾何中心的偏差距離[23-26]。各管理區所轄連隊聚居居民點質心與連隊行政區幾何中心的偏差距離：第一管理區23連、2連、32連、1連依次為：2 945、214、1 688、2 201 m；第二管理區22連為1 906 m；第三管理區3連、4連依次為：549、4 023 m；第四管理區16連為1 344 m；第五管理區20連，19連依次為4 573、2 016 m；第六管理區24連、9連、7連依次為：327、4 133、1 474 m；第七管理區15連、10連依次為：5 012、1 333 m；第八管理區12連、13連、14連依次為：2 923、1 003、600 m；第九管理區26連為4 573 m；第十管理區37連、35連、40連依次為：373、1 466、934 m；第十一管理區30連為2 058 m。將散居居民點核密度圖與聚居居民點質心和行政區幾何中心的偏差距離進行疊加分析[26-27]。分析結果表明：聚居居民點與其所屬連隊幾何中心偏差越大，其散居居民點核密度值越高分布越為密集，如第三管理區3連4連、第六管理區7連9連、第八管理區12連、13連、14連、第十管理區37連35連40連。通過以上分析可知聚居居民點與其所屬連隊幾何中心偏差越大其散居居民點分布越為密集，因此聚居居民點與所屬行政區幾何中心的偏差距離是影響適宜耕作半徑的重要因素之一。

3.5.3 影響因素的相關性分析

通過對各管理區適宜耕作半徑和水田比例、聚居居民點與對應連隊幾何中心偏差距離的均值以及土地總面積的統計分析發現[28-30]：1）在土地總面積和偏差距離的均值大致相同情況下若水田比例較高該管理區適宜耕作半徑值相對較小如第一、二管理區和第二、六管理區（表3）；2）在水田比例和偏差距離的均值大致相同情況下若土地總面積較大該管理區的適宜耕作半徑值也相對較大如第二、八管理區和第一、十一管理區（表3）；3）在水田比例和土地面積大致相同情況下若偏差距離的均值較大該管理區適宜耕作半徑值相對較小如第一、六管理區和第三、四管理區（表 3）。因此水田比例、偏差距離的均值和土地面積對適宜耕作半徑具有一定的影響。

表3 適宜耕作半徑、水田比例、土地面積、偏差距離均值統計Table 3 Suitable tillage radius, proportion of paddy fields,average deviation of land area statistics

利用SPSS18.0軟件以各管理區的適宜耕作半徑值為因變量，以水田比例、土地面積和偏差距離均值為自變量進行多元線性回歸分析，分析結果如下：1）多元線性回歸復相關系數為0.927，顯著性檢驗F值為14.2，由于在置信度水平α=0.01時F檢驗臨界值F0.01=8.45，因此水田比例、土地面積、偏差距離的均值對適宜耕作半徑具有極顯著的影響。2）水田比例、土地面積、偏差距離的均值的回歸系數依次為：-17.892、0.208、-0147，因此適宜耕作半徑與水田的比例呈反比關系，與土地面積呈正比關系，與偏差距離均值呈反比關系。通過上述分析可知水田比例、土地面積和偏差距離均值對適宜耕作半徑半徑具有極顯著的影響，即適宜耕作半徑與水田的比例呈反比關系，與土地面積呈正比關系，與偏差距離均值呈反比關系。

4 結 論

1）八五九農場第一至第十一管理區的適宜耕作半徑依次為 4 790、3 265、4 059、4 592、4 554、4 649、4 254 m、5 726、5 746、6 527、7 438 m；農機和摩托車耕作出行的平均時間為20和10 min，更加符合農場現有的農業生產模式。

2）適宜耕作半徑與水田種植比例、土地面積、聚居居民點與對應連隊幾何中心偏差距離均值的顯著性檢驗F值遠大于 F0.01，三者對適宜耕作半徑具有極顯著的影響。三者的回歸系數依次為-17.892、0.208、-0.147，即適宜耕作半徑與水田比例呈反比關系，與土地面積呈正比關系，與偏差距離的均值呈反比關系。

本研究所使用的2010年黑龍江省國土資源第二次調查矢量數據盡管在時效上相對較弱，但其經過一系列分析得到的適宜耕作半徑及影響因素更具有普遍性。具體原因為黑龍江省墾區于 2013年開展農村居民點整治工作，至今農村居民點的布局仍處于動態變化之中；而2010年的農村居民點布局是農民在長期生產生活中形成的穩定的狀態，因此采用2010年的矢量數據更有代表性。本研究仍存在許多不足：1）耕作半徑有著諸多的影響因素，但本文只對土地面積、水田比例和聚居居民點與相應連隊幾何中心偏差距離的均值進行分析。2）本文進行空間分析時對居民點進行質心化處理，忽略了居民點內部結構對適宜耕作半徑的影響。3）理論上來講，為了保證一定的耕作時長，在距聚居居民點越遠的田塊，散居居民點的數量可能越多。但是實際上散居居民點的數量卻呈正態分布。上述的可能性不足點以及關于墾區居民點整治之后耕作半徑的變化作者將會在今后的工作中進行重點研究。

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