天津市土地整治项目的时空分布特征

李玲玉，张 贞，黄凌翔

（天津城建大学 a.地质与测绘学院；b.经济与管理学院，天津 300384）

土地整治作为实现乡村空间重构的必要措施[1]，既是人地关系协调的关键手段[2]，也是土地资源合理化利用和粮食安全保障的重要方式.整治内涵由数量增长[3]向“数量管控、质量管理、生态管护”三位一体综合管理[4]转变.目前，国内土地整治研究重点集中在土地的分区域整治、整治模式[3]、土地整治潜力评价[5]、土地整治时空配置[6]、土地整治效益分析[7]等方面.由于相关研究起步较晚，实践应用领先于理论研究的发展，研究体系框架缺乏系统、科学的顶层架构设计，在多学科交叉应用中未能全面考虑多种影响因子在土地整治建设体系中的重要作用，对于土地整治与生态保护之间的耦合关系缺乏深入研究.国外土地整治研究总体早于国内，在理论技术、科学管理与法律法规等方面也已形成相对完善的体系[8]，当前主要集中在整治规划[9]、公众参与及利益平衡[10]、土地整治与资源环境的协同发展及其驱动因素[11]等方面的研究.通过剖析研究目标的结构功能特性，可知土地整治项目区的时空配置关系，目前土地时空配置研究主要集中于大规模宏观策略把握，缺乏对单一指标的具象分析，对于多指标的综合定量研究亦不深入.

本研究以天津市为研究区域，利用GIS空间分析方法，基于2010—2017年土地整治项目中实际建设总规模、实际新增耕地面积、实际总投资及分区项目点数量4个维度进行实证分析，研究整治项目区的时间属性和空间分布格局，得到各项指标时序特性.结合四大工程中土地平整实际建设完成比、农田水利设施密度、田间路网密度、防护林建设的时空分布特征和量化差异，分析各区整治内容的差异性及其耦合性，为天津市土地整治下一步规划和合理选址提供数据支撑.

1 研究区概况

天津市位于华北平原东北部，海河流域下游，素有“九河下梢”之称.地跨北纬 38°34′～40°15′，东经116°34′～118°04′.地处京、津、唐地区的南部，环渤海地区中心，东北亚地区经济发达的中枢部位.地势由北向南逐渐走低，地貌类型分为山地、丘陵、平原、洼地、海岸带和滩涂等.大部分地区地势平坦，海拔高程平均在2～10 m之间.工程地质条件为由北向南、由西向东逐渐变差.天津市的气候属暖温带半湿润大陆季风型气候，有明显由陆到海的过渡特点.

天津市农用地所占比重较大，主要以耕地为主.土壤盐渍化面积大，含盐量高，耕地质量低下，地下淡水资源缺乏，灌溉水源不足，导致耕地质量难以改善.宜农未利用地少，耕地后备资源匮乏，土地整改难度大.城镇化、工业化的快速发展与日益增加的建设用地需求相矛盾，与土地的有限供给形成鲜明对比.城市建设不合理规划不仅造成土地资源利用效率低下，还间接导致农村居民点土地利用集约度不高，建设用地利用粗放，用地布局分散造成土地资源浪费.通过土地综合整治，改造中低产田，并建设高标准农田，大规模推进农田基础设施及防护林建设，可以强化土地集约节约利用，保障可利用农田面积基本稳定，确保粮食安全.天津市2010—2017年间建设的土地整治项目区分布状况如图1所示.

图1 天津市土地整治项目点分布

2 材料与方法

2.1 数据来源

本研究使用天津市2010—2017年土地整治项目数据（除去自行开发项目），数据来源于原国土资源部农村土地整治监测监管系统；天津市土地基础信息数据源自2010—2017年天津统计年鉴[12].天津市行政边界矢量数据，数据采用WGS1984坐标系.研究以ArcGIS10.2作为数据处理平台.

2.2 研究方法

以天津市213个土地整治项目为基础数据源，运用Kernel Density法估算研究指标的密度聚集状态，并进一步采用自然断点法对密度等级分类，最后重分类得到各区各密度级占比及面积信息.

2.2.1 核密度估计法

本研究基于核密度估计法分析了土地整治项目区4大指标的数量分布特征.该方法充分体现了地理学的距离衰减规律，对象间相关性随距离衰减而逐渐降低[13]，相关性变化程度由内部模型依据距离变化判断[14].通过确定研究对象的分析半径，得到作用域内任意点的事件聚集状况，这种方法在分析点数据空间特征时优势明显，用于数据的空间聚集状态研究，可准确表现出研究对象连续变化趋势.

核密度估计模型的几何意义：密度分布在每个xi点中心处最高，向四周不断降低，当距离中心达到一定阈值范围（窗口的边缘）处密度为0，网格中任意点x的核密度为窗口范围内的密度和，公式为

式中：n为阈值范围内的点数；h为阈值；d为数据的维数；K（）为核密度方程[15].分析半径作为影响核密度估计结果的关键性参数，决定着估计结果的目视光滑程度和信息丰富程度[16].

当分析半径选取过小时，核密度估计法密度分配范围小，包含更多的细节信息，但分析图示结果过于粗糙，在研究数据数量及属性信息受限的情况下，通常不能很好地反映相关参数在研究区内的总体特征；当分析半径选择过大时，核密度估计分配范围扩大，单位面积信息量降低，此时图示结果光滑，目视效果好，但通常具有更少现实意义，且数据分析处理精确度降低.研究通常结合研究区内数据的实际情况，通过多次试验来确定分析半径SR为[17]

式中：SD为标准距离，Dm为中值距离.

2.2.2 自然断点法

自然断点法作为一种地图分级算法，基本原理为数据分级聚类.判定数据集本身存在断点，将数据集中不连续处作为数据集分割断点，使不同密度级之间差异最大，同一密度级内差异最小.基于ArcGIS10.2数据处理平台，将实际建设总规模等4项指标按照所占总量量级，依据自然断点法分为7个等级[18]，再对以上研究指标进行重分类，并利用汇总分析功能对各区各密度级别所占的面积及比例进行统计.最终将7个密度等级综合划分为5级密度区，即低密度区、较低密度区、中密度区、较高密度区、高密度区.一级到五级代表密度聚集效率值由低到高排列.

3 结果与分析

3.1 天津市土地整治项目总量特征分析

2010—2017年间，天津市共建设完成土地整治项目213个，其中不包括农民自行开发耕地项目.选取实际建设总规模、实际新增耕地面积、实际总投资及项目区数量分布4项指标，采用Kernel Density法估算各指标核密度值，通过450 m×450 m的网格计算各指标的核密度比重[19]，得到天津市土地整治建设指标总量分析表，如表1所示.

表1 天津市土地整治建设指标总量分析表

实际建设总规模核密度变化范围为0～43.33个栅格/km2，密度区范围分别为：0～7.82个/km2（低密度区），7.83～12.91个/km2（较低密度区），12.92～17.84个/km2（中密度区），17.85～23.11个/km2（较高密度区），23.12～43.33个/km2（高密度区）.其中，低密度区占比54.33%，面积为6.51×103km2，主要分布在滨海新区和蓟州区，滨海新区低密度区占总体比重较大，主要源于滨海新区土地总面积大，且开发建设不完全.土地整治指标总体集聚程度偏低，源于天津市土地利用类型复杂，工程建设难度大.

实际新增耕地面积核密度变化范围为0～3.86个栅格/km2，密度区范围分别为：0～0.82个/km2（低密度区），0.83～1.28个/km2（较低密度区），1.29～1.76个/km2（中密度区），1.77～2.32个/km2（较高密度区），2.33～3.86个/km2（高密度区）.其中，高密度区和较高密度区分别占比10.96%和9.31%，主要分布在宝坻区和静海区.由于天津市水资源缺乏，无法满足排盐脱盐需求，导致耕地质量难以提高；受限于自然条件状况，宜耕地后备土地资源匮乏，很难对未利用地进行大规模开发以补充耕地.

实际总投资核密度变化范围为0～59.92个栅格/km2，密度区范围分别为：0～13.39个/km2（低密度区），13.40～21.15个/km2（较低密度区），21.16～29.14个/km2（中密度区），29.15～37.60个/km2（较高密度区），37.61～59.92个/km2（高密度区）.根据整治的土地类型不同，单位面积土地整治投资金额存在差异，低密度区占总比的39.66%（面积4.75×103km2），主要分布于天津市的东南方和西北方.高密度区占比7.79%（面积9.33×102km2），主要位于城市中西方和东北方.实际总投资分布趋势与实际建设总规模趋势基本一致，部分地区建设总规模与投资金额未表现出正相关关系，源于各区用地类型不同而使土地整治难度存在差异.

土地整治项目区在各区的数量分布基本与实际建设总规模呈正相关，核密度变化范围为0～0.05个栅格/km2，密度区范围分别为：0～0.01个/km2（低密度区），0.02个/km2（较低密度区），0.03 个/km2（中密度区），0.04个/km2（较高密度区），0.04～0.05个/km2（高密度区）.密度较高地区主要分布在天津市重点建设的宁河区、静海区、宝坻区和武清区：其中宁河区建设项目数39个，居各区建设项目数之首，实际建设总规模为199.75 km2，约占全区总面积的1/7，建设规模在全市中排位第4；宁河区土地总面积小，土地整治难度大，资金投入需求大，土地集约化利用程度不高，且单一地块面积相对较小.

3.2 天津市各区土地整治项目差异性分析

本研究进一步对各指标密度分级结果数据进行重分类处理，得到天津市各区建设总规模、新增耕地面积、总投资及项目点数量分布差异性结果，可视化结果详见图2.分区统计4项指标各密度级占比，结果见图3.

图2 土地整治4项指标分区特征

3.2.1 实际建设总规模

本研究以建设规模密度估算建设规模的集聚情况，规模密度数值越大，则建设规模在该区域空间分布越聚集.如图2a和图3a所示：天津市土地利用区域差异明显，依据农用地及建设用地占各区土地总面积的比例，将天津市划分为中心城区、滨海新区、近郊四区及远郊五区几部分.土地整治规模高密度区主要分布于远郊五区，即静海区、宁河区、宝坻区、武清区和蓟州区：其中静海区建设规模最大，实际建设总规模达290.70 km2，占全区总面积的19.81%；静海区建设规模指标中的高密度区和较高密度区合计占全区的65.81%，其作为农用地重点整治区，位于盐碱化中度敏感区和沙化中度敏感区，是天津市基本农田建设的重要区域；宁河区（面积199.75 km2）、宝坻区（面积269.60 km2）、武清区（面积 245.37 km2）和蓟州区（面积151.33 km2）建设规模较大，宁河区作为国家级高标准基本农田建设示范区，整治力度大，宁河区和宝坻区正东方原始地貌低洼，土壤盐碱化污染严重；宝坻区和武清区正西方地势较高，土壤质地较轻，是沙化集中分布地区；蓟州区北部是天津市林地山地集中分布区，土地整治主要分布在蓟州区南部.

图3 土地整治4项指标分区各密度级别占比统计

中心城区（市内六区）作为天津市经济发展要地，符合典型城市核心区特征，原有工业应城市发展需求已逐步迁出，区内用地类型和所有制单一且土地整治潜力低.滨海新区经过不断开发建设，土地利用快速转型发展，建筑用地占比逐渐增多，农用地比例不断减小，区内未利用地面积整体比重较大，主要以滩涂和水域为主，不宜作为后备资源开发利用地.北辰区（面积 20.37 km2）、西青区（面积 20.02 km2）、津南区（面积 17.13 km2）、东丽区（面积 6.60 km2）原有农田建设相对完善，受灌溉水资源短缺、耕地盐渍化、土壤污染等因素的影响，耕地整体质量不高，且整治规模不大，同时为满足中心城区发展需求，建设用地资源紧张，难以实现大规模土地整治，以低密度区和较低密度区为主.

3.2.2 实际新增耕地面积

各区新增耕地面积情况如图2b和图3b所示，天津市后备资源用地集中分布在宝坻区、蓟州区、武清区、宁河区、静海区以及中心城区周边，新增耕地相应分布于以上各区，符合天津市“一环四片”土地利用总体格局特征.宝坻区农用地主要位于区内正东方和正南方，以南部为中心，新增耕地聚集程度较高，北部通过开发部分河滩地和沼泽洼地增加耕地面积，受限于生态保护需求和经济技术发展限制，新增耕地数量较少.蓟州区原有农用地主要分布在南部，通过整治东北方区域后备土地资源增加耕地面积.武清区和静海区是历史上永定新河、潮白河、独流减河的洪泛区淤积成的土地，是天津市沙化土地敏感区，主要通过整治沙化土地增加耕地面积.滨海新区南部属于冲积海积平原地区，是天津市盐渍化敏感性地区，以盐碱地开发形式进行土地整理，增加耕地面积.环城四区中的东丽区、西青区和北辰区是通过河流泛滥或干道冲击淤积形成的块状或条状沙化土地，主要通过沙化土地整治增加耕地面积.

3.2.3 实际总投资

天津市未利用地主要分布在滨海新区、宁河区、宝坻区、武清区和西青区等地，未利用地类型主要为河流和滩涂，具有十分重要的生态涵养作用而不宜作为后备资源地开发.天津市可利用的后备资源地类型主要为荒草地，集中分布在滨海新区、宝坻区、静海区、武清区和蓟州区.土地整治项目资金一方面用于后备资源地的开发，另一方面作为已有农用土地的整治资金.如图2c和图3c所示，资金投入在荒草地集中分布区域相应较多.其中，蓟州区除荒草地开发外，还通过洼地开发和矿区复垦增加耕地面积；宝坻区西部土壤质地较轻，沙化土地集中分布导致土壤持水能力弱，且地表温度变化幅度大，作物种植后土壤很难达到水分平衡，故作为沙化敏感地重点整治，整治难度大以致资金投入大；宁河区废弃工矿用地较多，主要以矿区复垦的形式增加耕地面积，同时作为天津市高标准基本农田建设要地，其农田整治力度相对较大；北辰区、津南区和西青区的坑塘洼地整治是土地整治的重要形式，整治难度相对较大，资金投入多.

3.2.4 分区项目点数量分布

各区项目点数量分布及数量密度级占比如图2d和3d所示，各区项目点数量分布趋势和实际总投资趋势大体一致，项目点主要集中在远郊五区，其中宁河区整治项目数最多，为38个，占总项目数的18.31%，该区地块破碎化程度高，农田分布相对分散；北辰区项目分布集聚度不高，一方面源于项目点本身较少，另一方面由于该区项目点分散，土地集约化利用程度低；东丽区项目点数占总量的2.35%，项目点在天津市整体中最少.滨海新区面积几乎占到天津市总面积的20%，土地整治项目区主要集中分布在该区南部，且由图3可知，滨海新区的4项指标均在低密度区占比最高，分布最广，源于其区域面积本身较大，且河流滩涂面积占比多.

3.3 天津市土地整治内容差异性分析

3.3.1 土地平整工程

天津市土地平整工程分布特征如图4所示.天津市的土地平整重心在北辰区，北辰区实际平整面积比占计划平整面积的60.37%，居于各区之首；市内六区主要功能为满足城市经济生活发展需要，土地整治潜力低；东丽区土地平整工程完成度居于第二，占计划完成总比的56.05%，平整面积为194.62 km2；静海区土地平整实际完成比最小（面积1.87×103km2，6.30%），该区土壤盐渍化面积大，且含盐量高，土地平整难度大，被列为土地整治的重点区域；滨海新区、东丽区和宁河区均含有一定数量的盐渍化土地；其余各区土地平整完成比由高到低分别为宝坻区＞西青区＞滨海新区＞武清区＞蓟州区＞津南区.

3.3.2 农田水利工程

通过土地整理开发，形成系统、完善的农田灌排系统，提高水资源的利用率和灌溉、防洪能力.改善区域农业生产条件，提高机械化农地建设规模，将区域内的宜农未利用地及零散土地集中整理，形成适宜耕作的标准农田，不断通过土地平整、农业配套设施建设提高耕地质量，提升耕地的产出率.灌区密度如图5所示，东丽区的灌区布局密度（65.35 km/km2）最大，静海区的次之（16.97 km/km2），以上两区属于土壤盐渍化面积大且含盐量高的地区.通过建设农田水利工程，一方面改善农业生产条件，提高耕地排灌能力和抵御自然灾害的能力；另一方面通过灌溉手段排盐排渍，改善区域的耕地质量.除中心城区外，西青区灌区布局密度最小（0.25 km/km2），其他各区灌区布局建设密度由高到低为宁河区＞滨海新区＞宝坻区＞北辰区＞蓟州区＞武清区＞津南区.其中，武清区、静海区、宁河区和蓟州区等远郊区是天津市重点基本农田保护集中区域.宝坻西部、武清区为农用地重点整治区域，地势较高，土壤质地较轻，是沙化集中分布的地区.加强土壤保育、增加土壤水分是这两区工程建设的重点.

图4 土地平整面积占计划面积比例

图5 灌区密度

3.3.3 田间道路工程

田间路网建设是土地整治基础设施建设的重要组成部分.通过田间道路建设，一方面可促进项目区经济的快速增长，促进项目区和周边地区的协同发展；另一方面可促进项目区土地增值.田间道路建设同时受到地形地势、水文地质等自然条件和土地用途、耕作方式等社会经济条件因素的影响.田间路网密度如图6所示，其中东丽区（10.18 km/km2）田间路网密度最大，宁河区的较大；除中心城区外，滨海新区（0.04 km/km2）、北辰区（0.06 km/km2）、津南区（0.09 km/km2）是密度较小的区域.其余区域排序为静海区＞蓟州区＞武清区＞宝坻区＞西青区.

图6 田间路网密度

3.3.4 防护林工程

各区防护林建设密度如图7所示.宝坻区防护林建设密度最大（81.95株/km2），是密度居于第2位的宁河区（17.16株/km2）的4.8倍，其余各区防护林密度由高到低为津南区＞武清区＞蓟州区＞滨海新区＞西青区.武清区早期开展大面积成片林地建设，建成大批集中连片上千亩、几千亩的片林、经济林以及苗圃，受土地资源限制等影响，后期建设力度不大.蓟州区防护林建设本身较完善，通过京津风沙源治理工程和山区造林、经济林建设、山庄绿化等建设方式，改造后绿化率已达到40%以上.天津市西南方的静海区和西青区防护林建设规模不大，这些区域优先布局轻污染产业，在区级规划中先行安排区域的建设用地.中心城区、东丽区、北辰区、静海区防护林建设密度极低，主要源于两方面因素的影响：一是在相关区域林业部门已有生态林项目建设的投入，避免重复投资；二是区域田间道路建设完善，相关的防护林也已系统布局.防护林建设在不占用耕地的前提下，以生态林建设为主导用途，满足天津市内植树造林及京津冀协同发展，以改善区域生态环境的需求.

图7 防护林密度

4 结论与对策建议

4.1 结论

（1）实际建设总规模指标中，规模密集度较高的区域主要分布在静海区、宝坻区东部、武清区和宁河区；滨海新区及环城四区建设总规摸密度较低.实际新增耕地面积指标中，以宝坻区南部为中心，一定范围内的邻域区新增耕地集聚程度较高，主要涉及宝坻区、宁河区、武清区和北辰区；蓟州区正北方和滨海新区西南方是这两区新增耕地面积的高密度集中区.实际总投资指标中，高密度区主要分布在武清区、津南区、静海区东南方、滨海新区西南方、蓟州区正南方以及以宝坻区南部为中心的一定范围.土地整治项目点在各区数量分布趋势与实际总投资大体趋势高度一致，主要分布在宁河区、武清区和静海区，低密度区集聚在滨海新区除西南方的大部分地方.

（2）土地平整工程中，东丽区、宝坻区是完成比较高的区域.农田水利工程的高密度区包括东丽区、静海区及宁河区；西青区灌区密度最低，与东丽、静海两区灌区建设完成情况相差悬殊.田间道路工程，东丽区和宁河区田间路网建设密度最大，静海区位于第三位，但与东丽区、宁河区两区相差悬殊，西青区路网密度最低.防护林工程中，宝坻区防护林密度最大，其次为宁河区和津南区.

4.2 对策建议

（1）土地平整工程建设中，静海区、武清区、津南区、西青区和滨海新区可作为下一步整治工作的重点.静海区和武清区作为高标准农田建设的重点区域，当前土地平整工程建设完善程度不够，需在下一步工作中着重加强建设；津南区由于后备资源匮乏，可通过对现有农用地的整理改善地块细碎化，提高耕地质量；西青区可将整治工作中心放在农村建设用地平整上.

（2）农田水利工程建设工作重点应放在宝坻区、蓟州区、武清区、津南区、西青区和北辰区.宝坻区东部原始地貌低洼，土地盐碱化程度高，通过排盐排渍可改善土地质量，应着重加强农田水利工程的建设；蓟州区山前平原水资源丰富，该区工作重心应放在水资源的节约利用上，加强排水工程的建设，防止土壤的潜育化；武清区、北辰区和西青区都是沙化敏感地带，土壤保水能力差，当前水利工程建设不完善，应着重加强相关方面的建设.

（3）防护林工程建设与田间道路工程建设耦合关联性强，津南区、西青区、北辰区和滨海新区田间道路建设强度不大，在加强道路建设的同时，要同时考虑防护林的系统布设.