許 斌，李永飛，甄 英

(1.內(nèi)江師范學院地理與資源科學學院，四川內(nèi)江 641100；2.吉首大學旅游與管理工程學院，湖南張家界 427000)

0 引言

隨著城市不斷向外擴張，城市與農(nóng)村界限愈加模糊，形成特殊的城鄉(xiāng)經(jīng)濟交融地理單元，即城鄉(xiāng)結(jié)合部，使原有的城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為城市、城鄉(xiāng)結(jié)合部和鄉(xiāng)村的三元結(jié)構(gòu)[1]，城鄉(xiāng)結(jié)合部以市區(qū)為中心，隨城市建成區(qū)的擴張以圈層形式動態(tài)向外擴展，是城市發(fā)展的承載體，起調(diào)節(jié)城市生態(tài)，改善城市環(huán)境的作用[2]，亦是城鎮(zhèn)化發(fā)展的第一線和最前哨、耕地保護的最后防線[3]，其未來不是轉(zhuǎn)變?yōu)橹行某鞘?，而是日益成為具有現(xiàn)代性和城鎮(zhèn)化特征的獨立第三空間[4]。

土地是自然和人為雙重作用的產(chǎn)物，其空間形態(tài)具有不規(guī)則性、相對不穩(wěn)定性和復雜性[5]。丘陵地區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部已納入城市規(guī)劃范圍[6-7]，而將城市周邊優(yōu)質(zhì)耕地劃定為永久基本農(nóng)田，是在統(tǒng)籌城鄉(xiāng)背景下保護耕地的重要方式，也是耕地、糧食及生態(tài)安全的重要保障[8-9]。城鄉(xiāng)結(jié)合部已成為經(jīng)濟發(fā)展進程中土地爭奪的熱點區(qū)域，緩解城市化對農(nóng)村的負面影響亦變得日益緊迫[10-11]。城鄉(xiāng)結(jié)合部土地類型多樣、結(jié)構(gòu)復雜[12]，利用效率低[13]、逆向轉(zhuǎn)換困難[14]、利用和開發(fā)問題最為尖銳[15]，研究城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用特征，可以為城鎮(zhèn)化進程中城市用地安排和產(chǎn)業(yè)布局提供參考[16]。許多學者在研究城鄉(xiāng)結(jié)合部土地規(guī)劃[17]、土地集約利用評價[18-19]、土地利用動態(tài)變化模式及影響因素[13， 20]等方面已取得豐碩成果。山地、丘陵等地區(qū)為國土開發(fā)總體格局提供生態(tài)保障[21]，其城市布局和發(fā)展演化特征明顯，但城市與鄉(xiāng)村界限仍然存在[22]，目前關(guān)于丘陵地區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用變化研究主要集中于以分時段統(tǒng)計各地類數(shù)量變化[23]，或從鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)角度進行分析[16]，較少有在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上分析城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用及其空間分布形態(tài)變化的闡述[24]。文章在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上，以川中丘陵地區(qū)內(nèi)江市四合鄉(xiāng)土地利用數(shù)據(jù)為研究對象，運用分形理論[25]和景觀指數(shù)[26-27]，綜合內(nèi)江城市用地布局、四合鄉(xiāng)自身區(qū)位等因素，定量分析四合鄉(xiāng)土地空間格局在內(nèi)江城市擴展過程中變化及有序程度，闡述丘陵地區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用空間格局在城市擴展過程中的變化規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)江市位于四川省東南部，沱江下游中段，介于東經(jīng)104°15′～105°26′，北緯29°11′～30°2′，地形以丘陵為主、約占90%，東南、西南面有低山環(huán)繞； 屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫20℃，年降水量1 000 mm[28]。內(nèi)江中心城區(qū)位于內(nèi)江市中東部、沱江兩岸，由內(nèi)江市市中區(qū)和東興區(qū)部分街道組成。四合鄉(xiāng)處內(nèi)江市市中區(qū)中部，緊鄰內(nèi)江城市西北方向，距內(nèi)江城中心約6km，東鄰東興區(qū)勝利鎮(zhèn)、南依靖民鎮(zhèn)、西靠龔家鄉(xiāng)、北抵史家鎮(zhèn)，成渝鐵路過境，成渝高速公路、內(nèi)遂高速公路交匯于此。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該文采用內(nèi)江市市中區(qū)2009年和2014年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)遵照《土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T21010-2007)》分為耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、其他土地等8個一級類， 13個二級類。因草地數(shù)量較少(2009年2個圖斑， 2014年3個圖斑)，將之歸并在林地計算。各類用地信息如表1。

表1 2009年和2014年四合鄉(xiāng)土地利用指數(shù)統(tǒng)計

年份地類DR2SKHJMSIFNSINArea/hm2Pi(%)2009耕地1.4530.9770.0470.2640.1361.7990.0560.00145779.4467.64園地1.4190.9540.0810.0850.0431.4071.0940.0362925.592.22林地1.4620.8950.0380.1620.0831.620.8290.0195565.125.65交通用地1.6120.9410.1120.0860.0443.4850.2300.017726.132.27水域1.2670.9740.2330.2480.1281.1150.3560.0094813211.46其他土地1.2910.9790.2090.0060.0031.1333.1170.35340.960.08建設用地1.2740.9740.2260.2390.1231.2481.7720.02219123.0610.682014耕地1.2840.9450.2160.3330.1711.8390.1050.00266621.4653.93園地1.4630.9260.0370.0670.0341.4351.2770.0452518.791.63林地1.3500.9170.1500.1490.0771.6090.9410.0225557.374.98交通用地1.4190.8960.0810.2300.1182.6910.0960.00512114.829.96水域1.2220.9460.2780.2410.1241.1650.3270.00942125.3210.88其他土地1.1700.8840.3300.0200.0101.1741.9610.12594.080.35建設用地1.2480.9730.2520.3110.1601.2680.9880.012209210.4518.26

1.3 研究方法

丘陵區(qū)土地受地形限制，耕地多以小斑塊聚集式分布于低海拔、坡度平緩區(qū)域，且斑塊較破碎、幾何形狀較復雜，建設用地與耕地分布類似，但受人類活動影響其形狀較為規(guī)則，其余用地類型受地形限制相對較小[29-30]。因此，為揭示四合鄉(xiāng)在城市擴展過程中土地類型數(shù)量、分布形態(tài)等變化特征，該文采用分維數(shù)D，信息熵指數(shù)H、均衡度J、集中度I，平均形狀指數(shù)MSI、破碎度FN、分離度SI等進行土地利用結(jié)構(gòu)變化分析。

1.3.1 分維數(shù)

采用面積—周長關(guān)系計算土地利用分維數(shù)，分別對土地利用圖斑周長P、面積A取自然對數(shù)，假定其分維數(shù)為D，則有[31]：

(1)

式(1)中，k為待定常數(shù)項。若研究區(qū)土地利用格局具有分形結(jié)構(gòu)，則lnP-lnA散點在一定標度域內(nèi)同一條直線上，即符合統(tǒng)計規(guī)律，可以通過散點圖擬合直線斜率求取分維數(shù)D。D值理論范圍在1～2，愈大則表示該土地類型形態(tài)愈復雜；D=1，表示土地斑塊為正方形，D=2，表示土地斑塊形態(tài)最復雜，D=1.5則表示該土地形態(tài)處于一種類似于布朗運動的隨機狀態(tài)即最不穩(wěn)定狀態(tài)。D愈接近1.5，表示該土地類型愈不穩(wěn)定，可采用穩(wěn)定性指數(shù)SK進行輔助評價，SK愈大，空間結(jié)構(gòu)愈穩(wěn)定。

SK=|1.5-D|

(2)

1.3.2 信息熵、均衡度、集中度

土地利用信息熵反映土地類別多少和各類面積分布均勻程度，值愈大，表示土地類別愈多，各類別百分比差異愈小，土地利用系統(tǒng)有序性愈低，采用以下公式進行計算[32]：

(3)

式(3)中，H表示土地利用信息熵，Pi表示某一類型土地利用面積占總面積比例，n為土地利用類型數(shù)量。

均衡度J表示土地利用均衡性，其值介于0～1，值愈大表示區(qū)域土地利用愈均衡[33]，計算式為[34]：

(4)

式(4)中，J表示均衡度，為實際熵值與最大熵值之比，H表示土地利用信息熵，Hmax表示土地利用信息熵最大值； 與其相對應的有集中度I=1-J，反映區(qū)域內(nèi)一種或幾種占優(yōu)勢土地利用類型支配該區(qū)域土地類型的程度，其含意與均衡度相反[33]。

1.3.3 平均斑塊形狀指數(shù)、破碎度、分離度

土地利用形狀指數(shù)描述地塊輪廓在空間形態(tài)上的緊湊性[35]，反映斑塊偏離正方形或圓形的程度，值愈小，斑塊形狀愈規(guī)則、簡單，其幾何形狀愈趨近于正方形或圓形； 值愈大，斑塊形狀越復雜。該文采用平均斑塊形狀指數(shù)MSI來描述四合鄉(xiāng)土地類型緊湊特征，計算式為[26]：

(5)

式(5)中，MSI表示平均斑塊形狀指數(shù)，n為土地利用類型數(shù)量，P為斑塊周長，A為斑塊面積。

景觀形狀破碎度反映景觀空間格局復雜性和人類活動對景觀結(jié)構(gòu)影響程度，值愈大，表示景觀愈破碎； 景觀類型分離度則反映某一景觀類型中斑塊空間分布離散程度，值愈大表示斑塊距離愈大，該類土地分布愈分散[36]。景觀形狀破碎度指數(shù)FN[36]、景觀類型分離度指數(shù)SI[27]計算分別見公式(6)、(7)：

(6)

(7)

式(6)、(7)中：FNi、Ii、Ni、Ai分別為第i類土地利用破碎化指數(shù)、分離度、斑塊數(shù)和面積，S為研究區(qū)土地總面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 四合鄉(xiāng)土地利用數(shù)量及空間分布特征

2009年和2014年四合鄉(xiāng)各類土地利用指數(shù)和空間分布特征如圖1和表1所示， 5年內(nèi)土地類型以耕地、交通用地、建設用地變化最為明顯，其他各地類變化較小。耕地由2009年779.44hm2減至2014年621.46hm2，減少了157.97hm2，被侵占約20.27%，其占地比例由67.64%減少至53.93%，下降了13.71%， 變化最大。減少的耕地主要轉(zhuǎn)為交通用地和建設用地，占其新增總量的66.34%。交通用地由2009年26.13hm2增至2014年114.82hm2，比重由2.27%增至9.96%，擴張約3.4倍。這可能是5年內(nèi)四合鄉(xiāng)規(guī)劃或新建了城市道路、高速公路連通樞紐及相關(guān)配套設施等，使得交通用地面積大幅度提高。建設用地由2009年123.06hm2增至2014年210.45hm2，其比例由10.68%上升至18.26%，增加約0.71倍，可能為四合鄉(xiāng)南部新增城市用地，四合鄉(xiāng)西北部、東北部新增建制鎮(zhèn)等，增加了建設用地面積。園地由25.59hm2減至18.79hm2，這可能為2009年以前園地主要沿成渝高速公路兩側(cè)分布，后來被高速交通樞紐和建制鎮(zhèn)建設占用。林地由65.12hm2減少至57.37hm2，這主要是四合鄉(xiāng)東部新建城市道路占用而減少。水域面積由132.0hm2減至125.32hm2，縮減較少，這也主要被交通用地和建制鎮(zhèn)用地侵占。其他土地面積由0.96hm2增至4.08hm2，增加較大，這主要是其他土地周圍耕地被侵占，部分耕地撂荒所致。

圖1 四合鄉(xiāng)土地利用方式變化特征(a=2009年，b=2014年)

2.2 四合鄉(xiāng)土地利用分維數(shù)及穩(wěn)定性

四合鄉(xiāng)各類土地具有分形特征， 2009年分維數(shù)介于1.267～1.612，其中交通用地最大為1.612，其余均低于1.5，其分維數(shù)值排序為：交通用地>林地>耕地>園地>其他土地>建設用地>水域。2014年分維數(shù)介于1.170～1.463，均低于1.5，且交通用地>園地>林地>耕地>建設用地>水域>其他土地，除園地分維數(shù)略微增大外，其余地類分維數(shù)均減小，這說明各地類在空間上呈規(guī)則變化趨勢。除園地和交通用地外， 2014年四合鄉(xiāng)各類土地穩(wěn)定性指數(shù)SK較2009年均增大，表明四合鄉(xiāng)不同用途相互鑲嵌的土地斑塊在人為干預下，斑塊形狀趨于規(guī)則。因交通樞紐建設，交通用地面積和空間分布形態(tài)變化最為明顯。

2.3 四合鄉(xiāng)土地利用多樣化及均衡度

2014年四合鄉(xiāng)土地利用信息熵由2009年1.09增至1.351，表明在土地類型數(shù)量不變的情況下，各類用地規(guī)模差距在縮小、面積分布趨于均勻。2009年耕地、建設用地和交通用地信息熵分別為： 0.264、0.239、0.086，差異顯著。2014年，因交通和建設發(fā)展占用大量耕地導致耕地面積縮小，減小了這3種地類的比例差異，其信息熵分別為： 0.333、0.230、0.311，范圍較2009年更為集中。2009年和2014年四合鄉(xiāng)土地利用均衡度分別為0.560和0.694，集中度分別為0.440和0.306，土地利用均衡度增加、集中程度降低。這說明2009年占優(yōu)勢的土地類型對四合鄉(xiāng)土地支配程度在2014年有所降低，這體現(xiàn)在2009年耕地、水域、建設用地等3種地類共占總面積89.8%， 2014年耕地、建設用地、水域等3種地類總比重為83.1%，交通用地比重上升至9.96%，該4種地類共占四合鄉(xiāng)總面積的93.1%，即占優(yōu)勢的地類類型、數(shù)目和面積均發(fā)生了變化，土地利用趨于平衡發(fā)展。

2.4 四合鄉(xiāng)土地利景觀類型指數(shù)變化特征

與2009年相比較， 2014年四合鄉(xiāng)土地利用景觀指數(shù)變化明顯，各地類斑塊平均形狀指數(shù)、破碎度、分離度總體降低。耕地斑塊平均形狀指數(shù)由1.799略增至1.839，破碎度指數(shù)由0.056增至0.105，分離度指數(shù)由0.001增至0.002，這可能主要為耕地被新增交通用地隔離或被新增建設用地占用，造成耕地更為破碎，不同斑塊個體空間離散程度增加所致。交通用地斑塊平均形狀指數(shù)由3.485減小到2.691，破碎度由0.230減至0.096，分離度由0.017減至0.005，這可能為交通用地增加且規(guī)則分布所致。建設用地斑塊平均形狀指數(shù)由1.248略增至1.268，破碎度指數(shù)由1.772減至0.988，分離度指數(shù)由0.020減至0.012。建設用地總體呈集中分布，斑塊平均形狀指數(shù)略增大，這可能受城市建設用地供地影響。園地斑塊平均形狀指數(shù)由1.407略增至1.435，破碎度指數(shù)由1.094增至1.277，分離度指數(shù)由0.036增至0.045，反映其穩(wěn)定性下降，破碎化程度增加，這可能主要受城市建設用地侵占所致。林地斑塊平均形狀指數(shù)由1.620減至1.609，破碎度指數(shù)由0.829增至0.941，分離度指數(shù)由0.019增至0.022。這可能為四合鄉(xiāng)東部瀕臨沱江，新修城市道路占地使得林地被分隔。水域斑塊平均形狀指數(shù)由1.115略增至1.165，破碎度指數(shù)由0.356減至0.327，分離度指數(shù)0.009保持不變，這主要受城市建設用地侵占影響。其他土地斑塊平均形狀指數(shù)由1.133略增至1.174，破碎度指數(shù)由3.117減至1.961，分離度指數(shù)由0.353減至0.125，這主要是原有地塊周圍耕地被侵占，斑塊周長面積比降低，形狀更規(guī)則所致。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

與2009年相比較， 2014年四合鄉(xiāng)土地利用熵值總體減小，主要為大量耕地向建設用地轉(zhuǎn)移，即以耕地為主要用地類型的中小城市城鄉(xiāng)結(jié)合部，土地利用結(jié)構(gòu)受城市邊緣式擴展方式[37-38]影響較大，與城鎮(zhèn)化初期郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用熵值變化一致[34]，土地利用空間分布亦受城市用地布局影響，各地類變得愈規(guī)則[27]。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上，受城市規(guī)劃和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所處區(qū)位影響，四合鄉(xiāng)在城市擴展中土地利用變化特點比較明顯：工業(yè)園區(qū)和交通用地占用大量耕地，局部呈面狀、帶狀分布[39]； 耕地減少與撂荒并存，這說明城鄉(xiāng)結(jié)合部土地節(jié)約集約利用水平提高，也反映農(nóng)村剩余勞動力向外部轉(zhuǎn)移。大量農(nóng)用地轉(zhuǎn)換為非農(nóng)用地，一定程度上加劇了城鄉(xiāng)結(jié)合部土地供需矛盾，這對保護基本農(nóng)田和堅守耕地紅線造成壓力，保障城市天然生態(tài)構(gòu)成威脅，但內(nèi)江市城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用持續(xù)性變化仍有待進一步分析。

3.2 結(jié)論

通過對2009年和2014年四合鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu)變化分析，得出以下結(jié)論。

(1)與2009年相比較，至2014年時，四合鄉(xiāng)交通用地、建設用地劇增，耕地被大量占用而減少，園地、林地、水域亦減少，其他土地略有增加； 主要用地類型發(fā)生明顯變化，各類用地比例差距縮?。?受城市規(guī)劃影響，各地類邊界趨于規(guī)則。四合鄉(xiāng)土地利用分維數(shù)總體減小，信息熵和均衡度均增加，亦反映其地類形狀規(guī)則化、用地規(guī)模差異縮小趨勢； 破碎化指數(shù)和分離度能較好地反映各類土地空間分布集散趨勢。

(2)四合鄉(xiāng)因緊鄰內(nèi)江市城區(qū)，受所處區(qū)位地形條件、城區(qū)向北擴展、城市總體規(guī)劃及用地布局影響等，在四合鄉(xiāng)東南部新增工業(yè)用地、交通用地、居住區(qū)用地，導致四合鄉(xiāng)土地利用發(fā)生明顯變化，其中耕地大量減少、交通用地增速最快是用地結(jié)構(gòu)變化的突出特征。

總之，緊鄰城區(qū)以耕地為主要用地類型的四合鄉(xiāng)，受城市用地布局影響，非農(nóng)用地增多導致耕地明顯減少，影響原有土地利用格局均衡，客觀上亦加劇了城鄉(xiāng)土地供求矛盾。