就地城镇化地区耕地细碎化及其影响因素分析——以福建省晋江市为例

曾金伟，刘 辉

(福州大学 环境与资源学院，福建 福州 350116)

耕地资源作为人类从事农业生产活动的物质基础，是土地资源中的重要组成部分，更是人类生存发展的基础资源和必要条件.随着城市城镇化空间的逐渐饱和，人地矛盾日益尖锐，耕地资源功能也从满足基本生活需求逐渐转变为满足城镇化的多元需求，耕地破碎现象在城镇化进程中越来越严重.当前及未来一段时间城镇化发展主要为就地城镇化模式，乡村就地城镇化模式是以农村和农户为对象，在原居住地实现农民就地非农化就业和市民化的过程，而耕地与农村农民的关系最为密切，在就地城镇化的推进过程中不可避免地涉及占用耕地，其细碎程度也因此不断加剧.在新型城镇化的大背景下，有限的耕地资源呈数量下降和细碎化程度上升趋势，而就地城镇化发展模式只是耕地细碎化的重要原因之一.因此，加强就地城镇化地区耕地细碎化及成因的研究，对缓解耕地细碎化程度、协调城镇化与耕地之间的矛盾、提高现有耕地的资源产出效率以及国土空间规划等工作具有重要的指导意义.

耕地细碎化是由于自然或人文因素的干扰所导致的耕地景观由简单趋向于复杂的过程，是耕地的地块大小、距离、分布不协调的综合反映[1].目前，城镇化与耕地之间的研究多集中在受城镇化影响下的耕地保护方面研究[2-3]，针对国内耕地细碎化存在的现状问题，大部分学者从耕地细碎化对粮食生产效率[4-7]、规模经济[8-9]、生产成本[10-11]和农户生计[12]的影响等方面就耕地细碎化带来的负面效应展开了定量研究；针对其负面影响，在缓解耕地细碎化程度的问题上的研究主要是分析农用地流转途径[13-14]与农村土地整治[15-17].在细碎化研究的方法上主要是采用生产函数[8]、基础景观指数[18]和主成分分析[19]等方法分析耕地细碎化的分布特征及其影响效应，并通过构建细碎化模型[20-21]综合深入剖析耕地细碎化程度，同时采用回归分析[5]、空间自相关[22]和地理加权回归[23]等方法分析不同因素的影响.综上所述，当前对于耕地细碎化的研究主要集中在耕地细碎化的评价及其对农业生产带来的影响效应，以及降低细碎化程度有效措施等方面的研究.研究区域多为平原[24]、山区[25]和流域[26]等典型地貌类型区以及以农业为主的贫困山区农区[27]，而鲜有对就地城镇化地区的耕地细碎化进行研究.在影响因素方面的研究主要集中在景观破碎化(不同土地利用类型)与不同因素之间的研究，对单一地类(如耕地)的细碎化特征与影响因素之间关系的深入研究较少，且多为对影响因子的单独分析，较少利用地理空间分析方法对不同影响因子进行综合比较分析.

改革开放以来，晋江市经济持续快速发展，其独具特色的就地城镇化道路被称为“晋江模式”，在其独特的“晋江模式”推动下，晋江市通过乡镇企业的发展促进当地乡村产值和就业结构以及乡村聚落的转变，在乡镇产业集群、工业园区建设以及侨胞外资等因素的影响下，以农民联户经营为特色发展模式,促进了经济的发展和农村劳动力的非农化,就地城镇化发展迅速，2016年城镇化率达65%.在就地城镇化进程中，形成大量“超级村庄”，耕地与建设用地矛盾逐渐突出，耕地细碎程度加剧.因此，以晋江市为例，在对晋江市2016年耕地细碎化空间分布特征的基础上，分析自然因素和人类干扰因子对耕地细碎化的影响，摸清晋江市各乡镇耕地细碎化成因，以期为晋江市的耕地保护、就地城镇化路径选择和国土空间规划提供理论参考和指导建议.

1 研究区概况

晋江市是福建省泉州市下辖的县级市，地处福建省东南沿海，县境地理坐标为24°30′～24°54′N，118°24′～118°43′E.晋江市三面临海，地势呈波状起伏梯级分布，由西北向东南海面倾斜，境内地形主要以平原、丘陵和台地为主，平原区域主要位于东北部靠近泉州湾和西南部围头湾一带，丘陵和台地位于全市各个地方，海拔不高.全市属于南亚热带湿润气候，年均气温20～21℃，年均降水量911～1 231 mm，全年气候温和,雨量充沛.市辖6个街道、13个镇(92个社区，293个行政村).晋江市是我国经济最为发达的县(市)之一，已经连续21年居于福建省县域经济实力首位，2016年晋江市人均GDP为83 657元，比福建省人均GDP高出12.61%，该年县域经济基本竞争力保持为全国第8位.晋江市以发展乡镇企业为主，农村人口没有经过大规模转移，就地实现城镇化发展.

2 数据源与数据处理

本研究数据来源于晋江市2016年土地利用现状数据库，利用ArcGIS10.2软件提取耕地、居民点、河流和交通等数据，导出耕地斑块面积、周长等资料，以行政村和乡镇尺度为评价单元，测算各单元的耕地斑块面积指数、斑块形状指数和斑块分散指数，确定各指标权重，然后构建反映耕地细碎化程度的综合指数.通过ArcGIS10.2计算各耕地斑块与居民点、河流和交通的距离，统计各评价单元的平均距离.DEM数据从地理空间数据云平台获取，基于GIS技术利用DEM数据提取各评价单元耕地斑块的高程和坡度.土地利用类型根据《土地利用现状分类标准(GB/T21010-2017)》分为耕地、林地、园地、水域、建设用地和未利用地6类.晋江市耕地、居民点、河流、交通、耕地高程、耕地坡度和土地利用类型如图1和2所示.

图1 晋江市耕地高程、耕地坡度、耕地、居民点、河流及交通分布情况

图2 晋江市土地利用类型

3 研究方法

3.1 构建耕地细碎化综合指数模型

3.1.1 评价指标目前人类活动对耕地的影响主要集中在景观层面上，耕地景观变化是耕地破碎度变化的直观反映.根据已有研究[28-30]，景观指数已被广泛应用于耕地细碎化研究，例如平均斑块面积指数、斑块密度指数、聚合度指数和分维数等，但是各景观指数间可能存在着重叠信息，甚至共线问题[31]，会造成评价结果存在较大误差.因此，为避免相同类型景观指数的共线重叠问题，结合晋江市就地城镇化地区特点，从面积大小、形状规则度和分布情况方面构建指数进行表征，形成以行政村为单元评价耕地细碎化程度的3个指数，分别为斑块面积指数、斑块形状指数和斑块分散指数.

斑块面积指数

(1)

其中，PAi代表斑块面积指数，Ai为区域内斑块i的面积，Amax，Amin分布别为耕地斑块的最大和最小面积，单位：hm2，PAi的取值范围为(0,1]，其值越大，则耕地斑块面积越大，细碎化程度越低.

斑块形状指数

(2)

其中，PSi代表耕地形状细碎化程度，Di为研究区斑块i的分维指数，Gi为斑块i的伸长指数，PSi的取值范围为(0，1)，其值越大，耕地形状越规整，细碎化程度越低.

斑块分散指数

(3)

3.1.2 各指标数据标准化与赋权由于斑块面积指数、形状指数和分散指数的含义和量纲各不相同，且3个指标与评价目标(耕地细碎化)的变化方向不一致.为了构建综合耕地细碎化指数需要统一量纲，采用极值法对3个指数进行数据标准化，

(4)

其中，Pij表示指标的标准化值；Xij表示指标的原始值；Xmax表示指标原始最大值；Xmin表示指标原始最小值.3个指标中斑块分散指数是正效应指标，斑块面积指数和形状指数为负效应指标.

指标权重确定的准确性对最终的评价结果起着关键作用，结合以往相关研究和晋江市实际耕地细碎化情况，采用变异系数法确定各指标权重，

(5)

其中，Wi为指标i的权重；Vi为指标i的变异系数；n表示指标数量.

3.1.3 综合因子评价法在确定各评价指标以及权重的基础上，采用多因素综合评价法计算得到耕地细碎化综合指数，根据细碎化综合指数评价各单元耕地细碎化程度，耕地细碎化综合指数

(6)

其中，Yj为第j个评价单元的耕地细碎化综合指数；Kji表示第j个评价单元第i个指标景观指数；wi表示第i个评价指标权重；n表示评价指标总个数.

3.2 空间自相关空间自相关方法是检验某一要素的属性值是否显著的与其相邻空间点上的属性值相关联的重要指标，是空间内聚集程度的重要度量[32].根据分析空间的范围大小，目前的空间数据分析中主要有2种工具：一种是分析整个区域内的空间数据分布特征的全局自相关方法，另一种是分析局部区域内各个地域单元关联性的局部空间自相关方法.采用全局莫兰指数 ( Global Moran′s I) 与局部莫兰指数( Local Moran′s I) 对晋江市耕地细碎化综合指数进行测度.

3.3 地理加权回归模型地理加权回归模型(GWR)是对传统回归模型的扩展，将数据的地理位置嵌入到回归参数中，为分析回归关系的空间特征创造了条件[33].GWR可以反映参数在不同空间中的空间非平稳性，使变量间的关系能够随空间的变化而变化，提高结果的准确性.GWR具体模型

(7)

其中，yi表示耕地细碎化综合指数；(ui，vi)表示样本i的空间位置；Xik为样本i的自变量；ai0(ui,υi)和aik(u1,υi)分别为样本i的常数估计值和参数估计值；p为自变量的个数；εi为误差修正项.

以晋江市耕地细碎化指数为因变量，距居民点、河流和交通距离以及高程和坡度为自变量，利用ArcGIS的地理加权回归工具，确定各参数建立模型探究耕地细碎化与各因素的空间影响关系.

3.4 地理探测器地理探测器是王劲峰[34]等提出的一种探测某一现象空间分异性及其驱动机理的一种空间分析模型.该模型不仅能够度量空间分异性和探测各解释因子，而且能够分析多个因子之间的交互作用，并探测驱动因子解释力度，现已在地理学领域被广泛使用.采用地理探测器探测高程、坡度、居民点、河流、交通和土地利用类型在多大程度上解释了耕地细碎化的空间异质性，探究各因素之间的共同作用，从而揭示晋江市耕地细碎化的分异机制，其具体模型

(8)

4 结果分析

4.1 耕地细碎化空间分布特征评价通过上述方法计算获得晋江市村级和乡镇级各细碎化指标的权重，见表1和2.

表1 耕地细碎化综合指数各指标权重

表2 耕地细碎化不同级别数量及占比情况

从村级尺度上看，斑块面积指数权重为0.40，斑块形状指数0.29，斑块分散指数0.30，根据细碎化模型计算各行政村的耕地细碎化综合指数，基于ArcGIS工具，运用自然断点法将其分为3个级别，分别为重度细碎化(0.490～0.775)、中度细碎化(0.402～0.490)和轻度细碎化(0.198～0.402)，整体而言全市细碎化指数平均值为0.472，属于中度细碎化水平，如图3所示.

图3 晋江市耕地细碎化空间分布

在所有拥有耕地的村庄中轻度细碎化村庄37个，占比10.28%，主要分布在晋江市的东北部和西南部小部分区域；中度细碎化村庄186个，占比51.67%，主要分布在晋江市南部和中部大部分区域；重度细碎化村庄137个，占比38.05%，主要分布在晋江市的中部和西北部大部分区域.从乡镇级尺度来看，斑块面积指数、斑块形状指数和斑块分散指数的权重分别为0.14、0.21和0.65，同样将乡镇级的耕地细碎化指数按自然断点法分为3级，分别为重度细碎化(0.779～0.888)、中度细碎化(0.585～0.779)和轻度细碎化(0.182～0.585)，全市区域指数平均值为0.70，属中度细碎化水平，如图3所示.其中轻度细碎化乡镇(包含街道)5个，占26.32%，主要分布在市域的东北部；中度细碎化乡镇(包含街道)7个，占36.84%，主要分布在市域的东南部；重度细碎化乡镇(包含街道)7个，占36.84%，主要分布在市域的中部、西部和西北部.

综上所述，不论是村级还是镇级尺度，晋江市的耕地细碎化程度都处在中度细碎化水平，全市耕地轻度细碎化区域相对较少，出现这一现象主要是因为社会经济的不断发展，人类对环境的活动强度加剧，大规模的城市扩张不断占据农用地，晋江市其独特的经济发展模式—“晋江模式”和就地城镇化的城市发展方向使建设用地的需求激增，乡村占据和割裂耕地现象突出，这导致晋江市耕地的整体细碎化程度处于较严重的水平.

4.2 耕地细碎化空间相关性分析耕地细碎化特征具有较强的空间依赖特性，通常表现出一定的空间关联性.选用全局Moran′s I指数来衡量其空间相关性，计算发现细碎化综合指数的Moran′s I值为0.382 7，其大小大于全局Moran′s I期望值-0.002 8，说明晋江市耕地细碎化存在一定空间相关性，表现出显著的空间集聚特征，其值为正值表明耕地细碎化分布存在空间正相关关系，即空间聚集程度越密集则各村耕地细碎化程度的相关程度越高.

表3 全局自相关性分析报表

基于晋江市行政村(包含社区)单元的局部空间自相关分析，利用局部莫兰指数(Local Moran′s I)分析晋江市耕地细碎化的局部空间集聚情况，结果见图4，耕地细碎化综合指数的局部自相关类型H-H型的行政村(包含社区)45个，L-L型31个.H-H型主要分布在晋江市的中部区域，包括内坑镇、安海镇、永和镇、磁灶镇的大部分村庄和灵源街道、罗山街道、西园街道和梅岭街道的部分社区；L-L型主要分布在晋江市东北部的陈埭镇；L-H型村庄较少.

图4 耕地细碎化LISA集聚图

4.3 耕地细碎化影响因素空间分布自然要素选取高程、坡度和河流，人类干扰活动因子选取居民点、交通和土地利用类型，通过各因子的地理加权影响度空间分布与细碎化的LISA集聚图叠加，可直观的分析各因子与耕地细碎化空间自相关关系及其空间分布特征.

高程和坡度对耕地细碎化的影响均以正影响为主，且表现出一定的空间差异性，如图5和图6所示.高程的正影响主要分布在市域的中部至东南部的绝大部分区域，坡度正影响分布在全市的西南部、北部和东北部区域.相对于正影响，坡度的负影响区域大于高程负影响区域，但整体影响并不明显.从图5和6中可以看出，LISA聚集图的H-H聚集区域与L-L聚集区域大部分均处于正影响区域范围，说明高程和坡度越高耕地细碎化集聚程度越高，对细碎化的影响越明显.随着高程和坡度的增加，土地平整程度下降，高低不一的地块使耕地连续性降低，为了适应地形农户采取小面积的、零散的地块耕作，导致了耕地细碎化程度的增加.晋江市中部和北部分别为灵源山和紫帽山，高程和坡度比市域其他地区高，区域地形复杂，耕地分布不集中，缺少大面积的适宜耕作的耕地，耕地呈现分散破碎的分布状态，其细碎化程度相对较高，空间上表现为显著的细碎化集聚.

图5 高程影响度空间分布图6 坡度影响度空间分布

居民点的影响以负影响为主，影响范围分布全市绝大部分区域，正影响范围较少，主要分布在晋江市中部，且数值很小，影响程度不大，如图7所示.细碎化聚集区域(H-H集聚与L-L集聚)基本处在负影响区，该区域越接近居民点耕地细碎化程度越严重，说明居民点是引起耕地细碎化集聚的重要因素.这些区域耕地与居民点的距离较近，虽有利于农户的出行耕作，但居民点作为人类的活动集中产所，其人为活动强度大，越靠近居民点人类活动对土地用途改变的趋向愈发明显，如居民点用地扩张和仓储工厂建设等活动都会加剧耕地斑块的细碎化程度，这也是晋江市整体耕地细碎化呈现中度细碎化的重要原因.

河流对耕地细碎化的影响大部分为正影响，其中系数最大值位于东石镇和灵源街道.2个区域耕地分布受河流的影响较大，距河流越远耕地斑块越破碎，如图8所示.河流是耕地形成的重要原因，靠近河流能为耕地提供充足水源，附近地势平坦，土壤肥沃，可为农作物种植提供丰富的资源，远离水源区域耕地肥力下降，斑块数量和面积减小，距河流越远区域受水源限制细碎化程度增加.但在河网密集的地区，水系廊道会分割耕地斑块，增加附近耕地的破碎程度.在图8中，晋江市的西南部和东北部的部分区域的河流影响表现为负，因为区域河网相对密集所造成的，东北部为晋江入海口，入海分支多，对附近耕地切割，使其趋于细碎化.

图7 居民点影响度空间分布图8 河流影响度空间分布

交通对耕地细碎化的影响总体呈负影响，在一定的距离范围内，耕地越靠近道路交通细碎化越严重，如图9所示.图9中各区域与交通的平均距离大小顺序为：H-H集聚

图9 交通影响度空间分布

土地利用类型是人类在改造利用土地进行生产和建设的过程中所形成的，是自然和社会经济环境综合作用下形成的土地利用方式.晋江市用地类型空间分布如图2，全市主要以建设用地为主，占60.32%，集中连片分布，耕地主要分布在市域的南部和西北部，且基本被建设用地包围，相较于建设用地分布较为零散.随着城市化发展，当前晋江市用地矛盾主要为建设用地与耕地的矛盾，晋江就地城镇化的发展模式使建设用地与农用地矛盾更为突出，居民点扩张和工矿道路建设等人类活动对周围耕地不断侵占与蚕食，其数量和质量逐渐下降，建设用地对耕地的威胁较大，这导致晋江市耕地细碎化不断加剧.

4.4 各因子地理探测器分析地理探测器因子探测结果如表4所示，各因素对耕地细碎化的空间分异性影响显著不同.各因素对耕地细碎化的作用强度由大到小分别为高程(0.246 8)、坡度(0.234 9)、居民点(0.024 4)、河流(0.020 9)、交通(0.005 7)和土地利用类型(0.022 2).其中高程和坡度的q统计值远高于其他因素，即说明高程和坡度对耕地细碎化具有较强的决定力；距居民点距离、土地利用类型和距河流距离的q统计值比较接近，对耕地细碎化的决定力一般；距交通距离的q统计值远小于其他因素，其决定力相对较弱.从影响因素的类型来看，自然因素对细碎化空间分异的影响程度要高于人类干扰因子，反映了耕地作为重要的本底自然资源，对自然环境条件有较高依赖度.

表4 地理探测器因子探测结果

地理探测器交互探测结果如表5所示，高程、坡度、居民点、河流、交通和土地利用类型各因素之间的交互作用都高于一个因子单独作用.除高程和坡度的交互作用为线性增强外，其他因素间的作用均呈现非线性的增强关系，其中居民点与高程、坡度的交互作用影响最强，且居民点与河流距离的交互作用也要明显强于与交通和土地利用类型的交互作用，这在一定程度说明居民点增强了自然要素对耕地细碎化的解释力度，即也说明人类活动空间聚集促进了耕地细碎化的形成.从影响因素类型来看，高程、坡度和河流距离间的交互作用明显高于居民点、交通和土地利用类型之间的交互作用，表明自然因子对耕地细碎化的影响解释力要明显强于人类干扰活动因子，即自然因素是影响晋江市耕地细碎化的重要原因.

表5 地理探测器交互探测结果

晋江市就地城镇化的快速发展，加剧了耕地细碎化的程度.整体而言，晋江市耕地重度细碎化区域主要集中在中部和西北部区域，西北部区域海拔较高，灵源山和紫帽山分布其中，高低不平山地不利于耕地集中耕作；中部区域为青阳街道、罗山街道和灵源街道等晋江市城镇化程度最高的区域，该区域现代化水平高，乡镇企业众多，人类干扰活动密集，为满足城镇发展不断对耕地进行侵占，且该区域高程和坡度处于中等水平.从地理探测器结果来看，高程、坡度等自然因素与居民点交互作用会加剧对耕地细碎化的影响，这也是中部区域细碎化程度偏高的重要原因.耕地细碎化是多因素的综合影响过程，耕地作为与人类生活相关的自然资源，受高程、坡度和河流的等因素的影响大，但随着就地城镇化进程的推进，人类活动的影响度逐渐提高，对自然资源利用程度加大，两者综合作用对耕地细碎化会造成更大的影响.因此，在晋江市乡村就地城镇化过程中，要充分考虑耕地的自然基地作用，协调自然资源与城镇化之间的关系，不断提高耕地空间集聚水平.

5 讨 论

在选取因素中，自然因素作用大于人类干扰因子.主要原因有：晋江市以丘陵和台地为主，且分散在全市各个区域，土地高低不平不利于耕地集中成片存在，南方地区农作物耕作对水源的依赖性较强，河流也成为晋江市耕地细碎化形成的关键因素；受村级尺度和数据获取的局限性影响，选取的人类干扰因子代表性不强，对耕地的直接影响弱于自然因子.但在就地城镇化模式的影响下，晋江市居民点与自然因素交互作用影响显著增强，居民点作为就地城镇化发展的基本空间，农村人口回流与当地产业发展使人类活动增强，对周围耕地辐射影响扩大.与传统城镇化模式相比，就地城镇化模式以农村、农民为主体，与耕地的联系更为密切，对耕地的威胁更大.耕地集聚是农业现代化和土地整治的基本要求和目标.因此，就地城镇化下的晋江城市发展应充分考虑耕地细碎化的影响，不断提高耕地空间集聚水平，协调城镇发展与耕地细碎化之间的空间矛盾，应以最低限度的耕地占有量或不占用耕地的方式实现就地城镇化.

在研究方法上选择地理加权回归和地理探测器相结合的方法，从纵向(各因素与细碎化影响空间分布)和横向(各影响因素之间相互作用)对耕地细碎化与影响因素之间的关系进行了剖析，可对耕地细碎化成因有较深层次的理解.耕地细碎化是自然、社会、经济和制度等因素相互作用下长期累积的结果，由于数据获取的局限性，对就地城镇化下的经济和制度方面因素的选取不足，只针对2016年晋江市耕地细碎化特征进行分析.在今后的研究中，应综合选取各方面影响因素，并结合多个年份的耕地细碎化特征，探索各个影响因子在耕地细碎化时空序列上的作用机制，从而揭示晋江市在就地城镇化下的耕地细碎化特征和成因，以降低其带来的负面效应和减缓其形成过程.

6 小 结

以晋江市2016年土地利用数据和DEM数据为基础，从村级和乡镇级尺度，分析了该地区的耕地细碎化空间特征，并以耕地细碎化的空间自相关结果为基础，结合地理加权回归和地理探测器方法对自然和人类干扰因子进行分析，得到结论：

1) 晋江市耕地细碎化轻度细碎化分布较少，整体处于中度细碎化水平.耕地重度细碎化主要分布在晋江市中部和西北部，中度细碎化区域主要分布在中部和东南部，轻度细碎化区域分布在市域东北部和西南部分区域.

2) 晋江市耕地细碎化的全局莫兰指数为0.3827，具有一定的空间正相关，耕地细碎化也呈现出明显的空间集聚现象.耕地细碎化分布局部区域存在H-H集聚、L-L集聚和L-H集聚特征，H-H集聚主要分布在晋江市中部区域，L-L集聚主要分布在晋江市东北部和零星分布在西南部和东南部的部分区域，L-H集聚分布较少.

3) 高程、坡度、居民点、河流、交通和土地利用类型等因素对耕地细碎化的影响表现出显著的空间差异性.地形因子高程和坡度对耕地细碎化的影响均以正影响为主.高程正影响主要分布在晋江市中部至东南部区域，坡度正影响分布在晋江市西南部、北部和东北部区域；居民点以负影响为主，少部分的正影响主要分布在市域中部，影响程度小；河流对耕地细碎化的影响主要为正相关关系，其中东石镇和灵源街道河流对耕地细碎化影响最为严重，负影响主要集中在晋江市东北部和西南部分区域；交通对耕地细碎化影响总体以负影响为主，距离道路越近对耕地细碎化空间表现为越集聚；土地利用类型中建设用地与耕地的矛盾最为突出，其对耕地细碎化的威胁较大.细碎化高集聚区域基本处在各因素的主要影响度范围内，各个因素对耕地细碎化空间集聚产生显著影响.

4) 在选取的因素中自然因素(高程、坡度和河流)和人类干扰因子(居民点、交通和土地利用类型)对耕地细碎化的空间分异影响显著不同，自然因素(高程、坡度和河流)是耕地细碎化的主要原因，且居民点与自然要素共同作用会加剧耕地细碎化程度.