2009年～2018年黔中經濟區耕地時空變化特征與地形關聯分析
————以貴安新區為例

甘華軍，趙智，陳穎，江君琴

（1.貴安新區自然資源局；2.中共重慶市委黨校，經濟管理教研部；3.貴州財經大學公共管理學院）

1 引言

耕地是人類賴以生存和發展的物質基礎[1]，有限且不可再生，是保障糧食安全和國民經濟高質量發展的寶貴資源，關系國家安全和社會穩定[2‐3]。伴隨中國新型工業化、城鎮化建設的深入推進，在經濟建設活動驅動下大量優質耕地轉為非農用地[4]，耕地資源非農化成為城市擴張過程中資源利用的突出問題[5]。《中華人民共和國土地管理法》(2020 年版）和《中共中央國務院關于加強耕地保護和改進占補平衡的意見》（中發[2017]4 號）均明確提出推進耕地質量提升和保護、大力實施土地整治、嚴格控制耕地轉為非耕地，尤其是嚴控優質耕地轉為非農用地。近年來，耕地集約利用受到關注。綜合學者們的研究，主要從耕地集約利用的現狀評價、驅動因子和影響因素等方面出發，采用主成分分析法、層次分析法、德爾菲法、GIS、RS 等方法，著眼于省域、市（縣）域、鄉（鎮）域以及流域范圍[6‐25]研究耕地演變特征，在區域方面尤其是國家級新區研究上鮮有報道，采用的研究數據較少考慮農村道路對耕地集約利用的影響。

黔中經濟區是新一輪西部大開發戰略確定的重點經濟區。《國務院關于進一步促進貴州經濟社會又好又快發展的若干意見》（國發〔2012〕2號）明確提出：建設以貴陽——安順為核心，以遵義、畢節、都勻、凱里等城市為支撐的黔中經濟區。《國務院關于同意設立貴州貴安新區的批復》（國函〔2014〕3 號）也明確指出：貴安新區是黔中經濟區核心地帶，區域優勢明顯，地勢相對平坦，人文生態環境良好，發展潛力巨大，具備加快發展的條件和實力。在編制國土空間規劃的關鍵期，探索國家級新區耕地時空演變規律，分析耕地分布特征，對解決耕地保護與利用之間的矛盾具有重要意義。本文基于2009‐2018年貴安新區（規劃區）土地利用現狀數據，結合GIS 空間分析功能，探究其耕地的時空演變規律。

2 研究區概況

貴安新區是國務院批準設立的第八個國家級新區，國務院賦予了它西部地區重要經濟增長極、內陸開放型經濟新高地、生態文明示范區的三大戰略定位。它位于貴陽市和安順市結合部，批準規劃面積1795km2（實際面積約1902km2），包括貴陽市下轄清鎮市的紅楓湖鎮，花溪區的石板鎮、黨武鎮、湖潮鄉、麥坪鎮，安順市下轄平壩區的鼓樓街道辦事處、安平街道辦事處、夏云鎮、天龍鎮、白云鎮、羊昌鄉、高峰鎮、馬場鎮、樂平鎮、十字鄉，西秀區的蔡官鎮、七眼橋鎮、大西橋鎮、舊州鎮、劉官鄉、黃臘鄉。其中，直管區470km2，下轄4個鄉（鎮），擁有1個綜合保稅區，常住人口31.16萬人（見圖1）。

圖1 研究區位置圖

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源

本文使用的數據包括貴安新區DEM數據（30m×30m），貴安新區2009年（第二次土地調查基礎年）、2013 年、2018 年土地利用現狀數據，以及貴安新區各鄉（鎮）行政區劃圖。其中，貴安新區DEM 數據（30m×30m）來源于中科院遙感所與地理空間數據云，各年度土地利用現狀數據來源于貴安新區自然資源局部門，鄉（鎮）行政區劃圖由第二次土地調查基礎庫提取。數據處理包括DEM數據（30m×30m）處理和土地利用數據處理。

DEM數據（30m×30m）處理。依據研究區地形地貌和土地利用結構特征，參考貴州省相關研究文獻分級標準[26]，將研究坡度劃分為5 級：0°～6°（平緩坡）、6°～15°（緩坡）、15°～25°（斜坡）、25°～35°（緩陡坡）、35°（陡坡）以上；按相等間隔原則將高程值也劃分為5 個等級，分別為：

995m～1218m、1218m～1280m、1280m～1340m、1340m～1418m、1418m～1650m。

土地利用數據處理包括土地歸類和農村道路歸類。

1）土地歸類

參照原國土資源部頒布的《第二次全國土地利用現狀調查技術規程》（TD/T1014‐2007），結合相關文獻中的分類方法[17‐23]，將貴安新區土地利用類型分為耕地、園地、林地、草地、城鎮建設用地、農村居民點、交通運輸用地、水域等8類。

2）農村道路歸類

在ArcGIS10.3支持下，從歷年土地利用現狀數據庫中提取線狀農村道路（見圖2），分析其寬度特征后，按照《國土資源部辦公廳關于進一步規范農村道路地類認定工作的通知》（國土資廳函〔2013〕581號），本文取6.5m 作為農村道路計算寬度，歸入交通運輸用地中分析。

圖2 農村道路示意圖

3.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣能夠反映某一區域某一時段各地類面積之間轉化的動態過程。土地利用轉移矩陣的通用形式為：

式中：S代表面積，n代表轉移前后的土地利用類型數，i、j分別代表轉移前、后的土地利用類型，Sij代表轉移前、后的土地利用狀態[6]。

3.3 空間洛倫茨曲線

洛倫茨曲線是20 世紀初期由美國經濟統計學者提出的，它利用頻率累計數繪制成的曲線來刻畫社會財富、土地和工資收入不平等（集中或分散）的程度。洛倫茨曲線為向內凹的曲線，與橫軸和縱軸都成45°夾角的曲線，叫絕對均勻線。其他曲線與絕對均勻線距離越近表示分布越均勻，反之，則越不均勻。部分學者利用洛倫茨曲線刻畫集中、分散程度的特點對土地利用結構進行分析[27‐30]。計算公式為：

式中：Q為區位熵；a為某鄉（鎮）耕地的面積，hm2；A為貴安新區耕地的總面積，hm2；b為某鄉（鎮）土地總面積，hm2；B為貴安新區土地總面積，hm2。按區位熵大小從低到高依次排列，計算土地總面積的累計百分比和耕地面積的累計百分比，以總土地面積累計百分比為橫坐標，以耕地面積的累計百分比為縱坐標，繪制2009年、2013年、2018年耕地洛倫茨曲線[30]。

3.4 地形位指數與地形分布指數

土地利用受地形因素限制較強[31]。本文采用地形位指數，定量分析轉移耕地空間格局與地形梯度關聯性。該指數是將高程與坡度組合成一個地形位指數來綜合描述地形梯度。坡度越大，高程越高，地形位指數就越大；反之則越小，其他組合情況的地形位指數居于中間值[26]。計算公式為：

式中：T為地形位指數；X、Y代表空間內任何一點的高程和坡度值；-X、-Y代表該點所在研究區的平均高程和坡度值。高程高、坡度大的空間位置地形位指數大，而高程低、坡度小的空間位置地形位指數小[32]。

為消除地形位指數受地形梯度分級和土地利用面積差異的影響，引入地形優勢分布指數。該指數表示土地利用類型在不同地形位區間上的分布頻率，能夠有效地消除利用類型在地形梯度區間受面積的干擾[26][31]，其公式如下：

式中：P為分布指數，Sie為e地形位區間上i地類的面積，hm2；Si為研究區i地類的總面積，hm2；Se為研究區e地形位區間上的總面積，hm2；S為研究區的總面積，hm2。當P> 1時，表示e地形位區間上i地類的分布為優勢分布。P越高，表明優勢分布程度越大[31][33]。

4 結果與分析

4.1 土地利用結構變化

1）數量結構特征

分析表1 可知，研究區土地利用結構呈現耕地、林地、園地、草地持續減少、建設用地持續增加的總體特征。2009 年、2013年，研究區土地利用結構呈現耕地＞林地＞草地＞建設用地＞水域＞園地的特點，2018 年，則是耕地＞林地＞建設用地＞草地＞水域＞園地，建設用地成為研究區主要土地利用類型之一。建設用地的內部數量結構，2009 年和2013 年的特點是農村居民點＞交通運輸用地＞城鎮建設用地，2018年則為交通運輸用地＞城鎮建設用地＞農村居民點，說明交通運輸用地成為研究區最主要的建設用地類型。上述結構特征反映出貴安新區在推進各項建設時，優先開展道路交通建設。

從表1 可知，耕地變化呈現持續減少的特征，由2009 年的90021.95hm2減少至2018 年的85759.42hm2。其中，2009 年～2013 年期間年均減少面積353.18hm2，2013 年～2018 年間的年均減少面積則為569.962hm2，兩者的變化速率為61.38%，這表明后期耕地減少的數量大于前期。園地、草地的變化特征與耕地變化特征相似。這表明隨著經濟建設的持續推進，對耕地、園地、草地造成了侵占，特別是2013年貴安新區成立后，侵占趨勢增強。

林地變化特征與耕地、園地、草地存在差異，2013 年～2018 年的年均減少面積小于2009 年～2013 年。該特征說明，貴安新區嚴格貫徹落實國務院賦予貴安新區生態文明示范區的戰略定位，持續加大了對林地的保護力度。

水域變化特征為整體上呈增加趨勢，但變化幅度較小，2013 年～2018 年間水域僅增加了27.99hm2。表明除自然因素外，受土地政策限制等因素影響，城市水體保護措施雖取得了成效，但長期較低的投入制約了水域面積的進一步提升。

分析表1 建設用地變化特征可知，總體上，建設用地呈持續增加趨勢，由2009年 的15900.33hm2，增 加 到2018 年 的25348.03hm2，且年均增加面積由2009 年～2013 年的943.20hm2增加到2013 年～2018年的1134.98hm2。其中，城鎮建設用地由2009 年的3882.68 公頃增加到2018年的8643.36hm2，年均增加面積由2009年～2013 年間的481.62hm2增加到2013年～2018 年間的566.84hm2；交通運輸用地由2009年的5859.40hm2增加到2018年的8946.79hm2，年均增加面積由2009 年～2013 年間的260.43hm2增加到2013 年～2018 年間的409.13hm2；農村居民點由2009 年的3882.68hm2增加到2018 年的8643.36hm2，年均增加面積由2009 年～2013 年間的201.15hm2減少到2013 年～2018年間的409.13hm2。主要原因是隨著經濟建設的持續推進，住宅、商業、交通、教育等用地面積不斷增加，大量耕地轉化為建設用地，尤其是2013 年成立貴安新區后，政府持續投入、經濟高速發展加劇了耕地轉化為建設用地的進程。農村居民點用地呈減緩趨勢，其主要原因是在保障農村居民宅基地建設正常需求時，政府持續加大對農村違法建設的管控力度，尤其是嚴控城市居民到農村違規占地建房。

表1 研究區2009年～2018年土地利用結構變化

2）空間格局特征

分析研究區2009 年～2018 年3 期土地利用現狀圖（見圖3）可知，研究區耕地由2009 年各地均勻分布的格局逐漸轉變成西部方向面積較大、東部方向呈小塊分布的格局。詳細特征是：21個鄉（鎮）均表現為城鎮建設用地集中分布且持續增加、耕地持續減少的特點，尤其是蔡官鎮、城關鎮、夏云鎮、馬場鎮、青龍街道辦、石板鎮、黨武鎮、湖潮鄉等8個鄉（鎮）最明顯。林地、園地、草地、水域和農村居民點的空間分布格局未發生較大變化。主要原因是馬場鎮、湖潮鄉、黨武鎮屬于直管區，是貴安新區重點發展區域，肩負貴陽‐貴安‐安順融合發展的歷史重任；城關鎮、青龍街道辦分布屬于平壩區、清鎮市的城市建設區，是兩個縣級行政區域的核心建設區域；石板鎮、夏云鎮則分別是花溪區（貴陽）的物流中心和平壩區的工業園區，也是兩個縣級行政區域的重點拓展區域。

圖3 2009年、2013年、2018年土地利用現狀圖

4.2 耕地利用轉移特征

由表2 可以看出，研究區2009 年～2018 年耕地與其他土地之間的轉化呈顯著差異，以轉出為主。

表2 研究區2009年～2018年耕地轉化表

總體數量上，2009 年～2013 年間轉出耕地3083.09hm2，新增耕地為1620.37 hm2，減 少 耕 地1412.72hm2。2013 年～2018年間轉出耕地4290.94hm2，新增耕地1441.13hm2，減 少 耕 地2849.82hm2。其中，新增耕地主要來源于草地（即其他草地）。耕地主要流入城鎮建設用地、交通運輸用地和農村居民點。其中，2009年～2013年，耕地減少的主要流向呈現城鎮建設用地（46.18%）＞交通運輸用地（27.40%）＞農村居民點（20.08%），2013年～2018 年則是城鎮建設用地（47.17%）＞交通運輸用地（35.20%）＞農村居民點（14.66%）。前述特征表明，研究區2013年～2018 年建設占用耕地以城鎮建設和交通建設為主，農村居民點占比下降。

空間分布上，耕地轉化為建設用地主要分布于研究區的石板鎮、黨武鎮、湖潮鄉、馬場鎮和青龍街道辦事處（見圖4）。其中，黨武鎮、湖潮鄉、馬場鎮屬于直管區。結合直管區控制性規劃可知，湖潮鄉為中心區、馬場鎮為科技新城、黨武鎮則是貴州師范大學、貴州財經大學、貴州醫科大學等重點高校聚集區，屬貴安新區重點建設區域。另外，2009 年、2013 年、2018年的洛倫茲曲線趨近絕對均勻線，且3 年的曲線趨勢相近（見圖5）。這表明，2009 年～2018 年，研究區耕地雖以轉出為主，但在本區域內的分布較為均勻。

圖4 各階段耕地變化圖

圖5 轉移耕地洛倫茲曲線圖

4.3 轉移耕地地形梯度分析

根據2009 年～2018 年研究區轉移耕地高程值和坡度值（見圖6），按相等間隔原則，將轉移耕地高程值劃分為5 個區間 ：1013m～1131m、1131m～1248m、1248m～1366m、1366m～1483m、1483m～1601m。利用高程值、坡度值，結合公式（4）計算出轉移耕地的地形位指數，T位于0.3780～1.0030 間。按相等間隔原則，將地形位指數分為5個區間：0.3780～0.5030、0.5030～0.6280、0.6280～0.7530、0.7530～0.8780、0.8780～1.0030。

圖6 研究區轉移耕地高程、坡度圖

研究區2009 年～2018 年間轉移耕地的坡度分布于0°～6°（平緩坡）、6°～15°（ 緩坡），面積占比分別為40.22%、49.88%，呈嚴重偏態分布；高程則集中于1131m～1248m、1248m～1366m 兩個區間，面積占比為53.21%、38.92%，總體呈正態分布；地形位指數集中在0.3780～0.5030、0.5030～0.6280、0.6280～0.7530等3 個區間，呈偏態分布，面積占比分別為23.49%、42.31%、31.13%。表明研究區轉移耕地總體上呈現高程低、坡度小、地形位指數小的特征（見圖7）。由表3 可湖潮鄉、馬場鎮和青龍街道辦事處最明顯。例如，黨武鎮第1和第2區間、湖潮鄉第1 區間、馬場鎮第1 區間、青龍第3 區間、石板集中于第1 和第3 區間均呈現轉移耕地的優勢分布，且黨武鎮、湖潮鄉、馬場鎮P 值呈線性遞減。綜合研究區地形位指數和地形分布指數的特征，表明2009年～2018 年間轉移的耕地主要分布于高程低、坡度小的區域，也反映了建設占用知，總體上，21 個鄉（鎮）均在5 個地形區間上存在P 值大于1 的特征，說明各鄉（鎮）的轉移耕地在某個區間存在優勢分布，以耕地轉移量最大的石板鎮、黨武鎮、的耕地主要集中于地勢相對平緩的區域。

圖7 研究區高程、坡度和地形位指數特征圖

表3 研究區地形分布指數表

綜上，2009 年～2018 年貴安新區耕地利用轉移特征主要表現為特征：①耕地變化的活躍地區以直管區為主，耕地轉化為建設用地的速度在貴安新區成立持續加快；②耕地與城鎮建設用地、交通運輸用地、農村居民點的轉化過程最為顯著，且城鎮建設用地、交通運輸用地主要集中于直管區；③轉移的耕地主要分布于高程低、坡度小的區域，反映出建設占用的耕地主要集中于地勢相對平緩的區域。

5 結論與討論

本研究以2009年、2013年、2018年的土地利用現狀數據為基礎，利用ARC‐GIS10.3 的空間分析功能，基于土地利用轉移矩陣和空間洛倫茲曲線探究貴安新區耕地時空分布特征，在此基礎上，引入地形位指數與地形分布指數，分析了轉移耕地與地形的關系，得出如下結論：

①總體趨勢上，土地利用結構呈耕地、林地、園地、草地持續減少，建設用地持續增加的特征；

②轉化類型上，耕地以轉出為主，主要轉化為城鎮建設用地、交通運輸用地；

③空間分布上，耕地減少主要集中在直管區以及平壩區、清鎮市的城市建設區（主城區）；

④地形梯度上，轉移的耕地主要分布在高程低、坡度小的區域，即地勢相對平緩地區。

從近10年尤其是2013年貴安新區成立后耕地利用的時空變化特征上看，經濟社會發展是研究區耕地持續減少的主要因素。被侵占的耕地主要是地勢平坦、耕地質量較好、糧食蔬菜主產區的區域。在未來的國土空間規劃編制過程中，需合理規劃建設用地分布位置，嚴格控制優質耕地向建設用地轉化，構建協調耕地保護與經濟發展的土地資源空間優化配置方法。