奉 婷，張鳳榮，聶 鑫，謝 臻，汪 晗

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北京平原區(qū)糧菜林三地類時空轉(zhuǎn)變特征

奉 婷1,2，張鳳榮2※，聶 鑫1，謝 臻2，汪 晗1

（1. 廣西大學(xué)公共管理學(xué)院，南寧 530004； 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

該文利用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究北京平原區(qū)農(nóng)用地內(nèi)部糧田、菜地和林地三大類農(nóng)地利用類型的變化。結(jié)果表明：2004年至2014年這10 a間，糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值嘏c菜地是北京平原區(qū)農(nóng)地利用變化主流。糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值孛娣e是969.97km2，其土地利用變化重要性指數(shù)高達72.11%，在各類農(nóng)地利用變化類型中居首。而糧田轉(zhuǎn)為菜地則主要是糧田轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施菜地，10 a間糧田轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施菜地面積是163.53km2，其土地利用變化重要性指數(shù)為12.16%，在各類農(nóng)地利用變化類型中居次；同時，10 a間北京平原區(qū)農(nóng)地利用變化存在空間分異特征。主城近郊區(qū)與遠郊平原區(qū)農(nóng)地利用變化主要是糧田轉(zhuǎn)為林地，兩大分區(qū)中該變化類型土地利用變化重要性指數(shù)分別為84.18%、76.21%，明顯高于其他農(nóng)地利用變化類型土地利用變化重要性指數(shù)。在城市新區(qū)，糧田則分別轉(zhuǎn)為林地與設(shè)施菜地；10 a間北京平原區(qū)農(nóng)地利用空間分布均具有圈層特征，由近郊向遠郊，農(nóng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)林地為主類型，到糧田、菜地與林地混合利用類型，再到糧田與林地組合利用類型的空間格局。而10 a間隨著主城區(qū)的外擴，上述農(nóng)地利用圈層特征出現(xiàn)了由近郊向遠郊外移、且林地與蔬菜面積占比增加的現(xiàn)象。研究認為：農(nóng)地內(nèi)部糧、菜、林3地類的轉(zhuǎn)變和農(nóng)地利用圈層外移是農(nóng)戶追求經(jīng)濟效益最大化與政府為改善生態(tài)環(huán)境所致；而改善生態(tài)不應(yīng)以犧牲糧田為代價，應(yīng)充分利用糧田的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以實現(xiàn)生態(tài)綠化目的。

土地利用；遙感；地理信息系統(tǒng)；農(nóng)地利用變化；時空轉(zhuǎn)變特征；北京平原區(qū)

0 引 言

自從1993年，“國際地圈與生物圈計劃”（international geosphere-biosphere program）和“全球變化人文因素計劃”（international human dimensions programme on global environmental change）兩大國際組織共同啟動“土地利用/土地覆被變化（land-use and land-cover change，LUCC）科學(xué)研究計劃”并將其作為全球變化研究核心內(nèi)容后，土地利用/土地覆被變化成為了全球氣候變化與全球環(huán)境變化研究重要內(nèi)容[1-4]。目前國際上以人類-環(huán)境耦合系統(tǒng)為核心的土地利用/覆被動態(tài)過程監(jiān)測與模擬成為該研究領(lǐng)域熱點問題[5-6]。自20世紀90年代中后期受國際科學(xué)研究計劃影響，國內(nèi)LUCC研究也活躍開來，主要包括土地利用變化時空特征，土地利用變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)以及土地利用變化驅(qū)動機制研究內(nèi)容等[7-11]。相較于宏觀尺度研究，在國家提出糧食安全保障背景影響下，國內(nèi)中微觀尺度關(guān)于農(nóng)地利用變化相關(guān)研究多圍繞耕地保護與利用展開，涉及到耕地質(zhì)量、景觀格局以及集約度等方面變化情況[12-15]。另外，近些年來中國城鎮(zhèn)化進程高速發(fā)展，北京、上海等大都市區(qū)均面臨耕地資源保護難的問題，在這些區(qū)域農(nóng)地利用諸多研究針對基本農(nóng)田劃定、高標準基本農(nóng)田建設(shè)以及耕地多功能性等內(nèi)容展開了探討[16-18]。這些探索不僅基于中國國情豐富了土地利用/覆被變化研究內(nèi)涵，同時還對農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)地可持續(xù)利用具有理論指導(dǎo)價值。但目前農(nóng)用地、耕地變化方面研究多從土地利用類型角度出發(fā)，鮮有將土地利用類型與其生產(chǎn)經(jīng)營方式作為整體展開分析[19]，本研究在土地利用類型基礎(chǔ)上結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)營方式對農(nóng)地利用變化進行探索，以期尋求突破。

受城市經(jīng)濟發(fā)展影響，加之特殊的政治與文化地位，近10 a首都北京的土地利用/覆被發(fā)生顯著變化[20-21]；特別是平原區(qū)土地利用變化劇烈。除了同其他城市一樣存在著城市化造成建設(shè)用地的不斷擴張蠶食耕地外，另一個值得注意的是，北京市為建設(shè)宜居城市而進行的平原造林工程[22]。平原區(qū)土地利用率高，幾乎沒有未利用地；平原造林綠化也勢必與糧爭地。北京市龐大的人口對蔬菜需求巨大[23-24]，在城市擴張、平原綠化造林過程中，菜地又發(fā)生了怎樣的變化。因此，研究北京平原區(qū)的農(nóng)地內(nèi)部糧、菜、林三地類時空轉(zhuǎn)變特征，這對于揭示平原區(qū)大城市城市化和生態(tài)建設(shè)過程中的農(nóng)地變化規(guī)律具有科學(xué)意義，以期為平原大城市土地利用優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

北京市主要地貌類型有山地、丘陵和臺地、平原三種類型(圖1)。由于地形平緩、土壤肥沃以及水源豐富等自然稟賦條件，平原區(qū)已成為全市各類生產(chǎn)生活活動最主要場所。北京作為環(huán)渤海經(jīng)濟圈的核心區(qū)，工業(yè)化與城市化程度很高。2013年全市生產(chǎn)總值19 500.6億元，一、二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比為0.83∶22.32∶76.85。全市常住人口為2 114.8萬人。據(jù)《北京統(tǒng)計年鑒2014》數(shù)據(jù)顯示：2013年北京市農(nóng)作物播種面積中糧食與蔬菜播種面積占比分別為65.70%、28.51%，近10 a間糧食與蔬菜一直為北京市最主要農(nóng)作物，對耕地集中分布區(qū)——平原區(qū)而言更是如此。同時，據(jù)近10 a《北京農(nóng)村年鑒》數(shù)據(jù)顯示：北京設(shè)施農(nóng)業(yè)以蔬菜、瓜果種植為主，苗圃種植與牲畜養(yǎng)殖較少。另外，同期北京平原區(qū)造林工程實施對農(nóng)地利用影響也不可小覷。受城鎮(zhèn)化和生態(tài)建設(shè)的影響，北京平原區(qū)目前不僅面臨耕地保護巨大壓力，其農(nóng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)也必然發(fā)生變化。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的平原區(qū)是指高程100 m以下及坡度3°～5°以下的，北京市內(nèi)包括了山前臺地和沖積平原區(qū)內(nèi)的區(qū)域。但考慮到空間的連片性，不包括延慶盆地的平原區(qū)。土地利用變化采用了2004年Landsat TM 5影像和2014年Landsat OLI影像。根據(jù)北京市平原區(qū)主要農(nóng)作物類型與農(nóng)地利用特點，遙感數(shù)據(jù)分辨率與本研究需要，通過外業(yè)調(diào)查并結(jié)合農(nóng)地利用方式將區(qū)域農(nóng)地利用劃分為糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地4大類型（表1）。其中，考慮到果園多分布在山區(qū)，平原區(qū)園地類型劃分對本研究意義不大，并且平原區(qū)造林在遙感影像上紋理特征與園地相近、不易區(qū)分，故將果園與有林地、未成林地、苗圃等統(tǒng)一劃分為林地；依據(jù)農(nóng)作物類型不同劃分為糧田與菜地；又考慮到設(shè)施菜地與露天菜地在集約度、經(jīng)濟收益和生態(tài)效應(yīng)上的差異，將菜地又劃分為設(shè)施菜地和露天菜地。另外，據(jù)《2012年北京市土地利用變更調(diào)查》數(shù)據(jù)得到：平原區(qū)草地面積僅占該區(qū)域總面積0.02%，且近10 a內(nèi)變化不顯著，故不將其納入本研究范疇。最終，本文將基于糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地4大類型對北京平原區(qū)糧、菜、林3大主要農(nóng)地利用類型時空轉(zhuǎn)變特征展開研究與討論。借助ENVI5.1與ArcGIS10.2軟件平臺，運用人機交互式解譯方法，得到北京平原區(qū)2004年與2014年2期的農(nóng)地利用圖斑數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。

表1 北京平原區(qū)農(nóng)地利用分類體系

在實地采集GPS樣本點基礎(chǔ)上結(jié)合高分辨率遙感影像對分類結(jié)果進行精度檢驗：其中2014年遙感影像，從采集GPS樣本點中抽取具有代表性的土地覆被驗證點125個，并在Google Earth軟件同時期高精度影像上補充采集175個，共形成300個驗證點進行檢驗；而2004年影像驗證點則主要利用Google Earth高分辨率影像，再結(jié)合北京市國土局提供的2004年土地利用數(shù)據(jù)，同樣挑選300個驗證點進行檢驗。分類精度檢驗結(jié)果是：2004年與2014年分別為87.23%和85.11%，滿足遙感土地利用解譯精度要求。

2.2 研究方法

土地利用變化特征包括土地利用數(shù)量規(guī)模、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與空間格局變化等方面，參照姜廣輝等[25]研究將平原區(qū)劃分為主城區(qū)（東城和西城）、主城近郊區(qū)（朝陽、豐臺、石景山與海淀）、城市新區(qū)（通州、順義、大興全域和昌平與房山的平原區(qū)）以及遠郊平原區(qū)（平谷、門頭溝、懷柔與密云各區(qū)的平原部分），對各分區(qū)農(nóng)地利用變化展開測度。

2.2.1 土地利用變化幅度

應(yīng)用公式（1）研究區(qū)域土地利用總體變化態(tài)勢[26]

式中U、U分別為研究初與研究末期某一種土地利用類型數(shù)量，是土地利用變化幅度。

2.2.2 土地利用變化重要性指數(shù)

通過測算土地利用變化重要性指數(shù)（C），得到土地利用變化主要類型。公式如下[27]

（3）

式中C是第種變化類型的土地利用變化重要性指數(shù)，取值在0～1；A指第類土地變化面積，km2；是區(qū)域各類土地變化面積和，km2。當C越大，則說明第類土地變化為主導(dǎo)變化類型。對于土地變化種類分析，將C值從大到小降序排列，統(tǒng)計C值累計和大于80%的土地變化類型，由此得出區(qū)域主要土地變化類型；采用同樣的方法統(tǒng)計C值大于1%以及其累計和大于90%的農(nóng)地變化類型作為農(nóng)地內(nèi)部調(diào)整主要類型。

2.2.3 洛倫茲曲線

洛倫茲曲線可用于分析空間單元的分布，也可用于對比2個空間單元分布狀況，是研究離散區(qū)域分布的重要方法。土地利用變化研究中可利用此方法分析區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)集中化趨勢：當各土地利用類型面積越接近時，曲線越接近均勻分布線；而反之當區(qū)域土地利用集中于某一種或幾種類型時，曲線則越偏離均勻分布曲線[28-29]。本研究將用此曲線分析北京不同分區(qū)各土地利用類型空間分布集中和離散狀態(tài)。

2.2.4 組合類型

威弗—托馬斯（Weaver-Thomas）組合系數(shù)法能夠反映農(nóng)地不同利用方式的結(jié)構(gòu)特征與其組合類型[30]。該方法原理是利用土地假設(shè)分布（假設(shè)相對面積百分比）來逐步逼近實際分布（實際相對面積百分比），由此得到最接近實際分布土地利用組合類型。該方法思路是：先將各種農(nóng)地利用類型面積比例由大到小排列。然后假設(shè)土地只為一種類型，則將這類型假設(shè)分布為100%，而其他類型假設(shè)分布為0；如果是分配給2種類型，則這2種類型假設(shè)分布各為50%，其他類型假設(shè)分布為0；以此類推，如果區(qū)域土地均勻分配給糧田、設(shè)施菜地、露天菜地和林地4種農(nóng)地利用類型，則分布假設(shè)為25%。在此基礎(chǔ)上，測算每種假設(shè)分布與實際分布之差的平方和，即是組合系數(shù)。最后選擇組合系數(shù)最小的假設(shè)分布類型作為該區(qū)域農(nóng)地利用組合類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 糧田、設(shè)施菜地、露天菜地與林地數(shù)量變化

2004年與2014年北京平原區(qū)農(nóng)地利用類型分布情況如圖2所示。借助ArcGIS平臺空間分析與統(tǒng)計功能，依據(jù)公式（1）對研究區(qū)2期農(nóng)地利用圖形數(shù)據(jù)進行面積統(tǒng)計與分析，得到不同時期北京平原區(qū)各類農(nóng)地利用面積及變化幅度（表2）。結(jié)果顯示：林地、設(shè)施菜地與露天菜地用地面積都有不同程度增加，林地凈增面積高達924.50 km2，由2004年864.34 km2增加至2014年的17 88.83 km2，增幅為106.96%；設(shè)施菜地凈增面積居次，由2004年119.56 km2增至250.17 km2，10 a間共增加了130.61 km2，增幅為109.24%；露天菜地由2004年23.16 km2增至2014年的49.37 km2，增幅為113.17%；相較于前三者類型的增加，糧田減少態(tài)勢明顯，平原區(qū)10 a間糧田共減少了1 652.89 km2，由2004年2 790.83 km2減至1 137.94 km2，減幅為59.23%。

3.2 糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地空間轉(zhuǎn)化

3.2.1 平原區(qū)農(nóng)地主要變化類型

依據(jù)公式（2）和（3）得到不同變化類型的土地利用變化重要性指數(shù)后，將其從大到小降序排列；將C值大于1%以及其累積之和大于90%的農(nóng)地變化類型提取出來，篩選得到研究區(qū)2004―2014年農(nóng)地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整情況（表2）。

分析得到，研究區(qū)農(nóng)地變化面積為1 345.22 km2，變化面積占研究區(qū)總面積21.48%。在發(fā)生變化的12類農(nóng)地內(nèi)部調(diào)整類型中，糧田轉(zhuǎn)為林地與糧田轉(zhuǎn)為設(shè)施菜地這2種類型土地變化C值累積之和已高達84.28%，而其中糧田轉(zhuǎn)為林地變化類型C值高達72.11%，可見該區(qū)域糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值厥寝r(nóng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整主要趨勢。另一方面，糧田轉(zhuǎn)為設(shè)施菜地變化類型C值為12.16%，糧食作物種植呈下降趨勢，蔬菜比例上升；并且在各類主要農(nóng)地利用內(nèi)部調(diào)整過程中，蔬菜種植多以日光溫室與大棚等生產(chǎn)方式為主。

表2 2004—2014年農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整情況

注：C為土地利用變化重要性指數(shù)。

Note: Cis land use change intensity index.

3.2.2 平原區(qū)農(nóng)地變化類型空間分異

土地利用變化會因區(qū)位差異而出現(xiàn)空間分異。通過主城近郊區(qū)、城市新區(qū)與遠郊平原區(qū)2004年、2014年農(nóng)地利用類型分布圖空間疊加，根據(jù)式（2）與（3）分析得到各分區(qū)土地利用變化重要性指數(shù)，提取C值累積之和大于90%的類型，最終得到不同分區(qū)2004－2014年農(nóng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整空間分異情況（圖3）。

結(jié)果顯示：主城近郊區(qū)與遠郊平原區(qū)農(nóng)地利用變化主要是糧田轉(zhuǎn)為林地，兩大分區(qū)中該變化類型土地利用變化重要性指數(shù)分別為84.18%、76.21%，明顯高于其他農(nóng)地利用變化類型土地利用變化重要性指數(shù)。農(nóng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整中，主城近郊區(qū)、城市新區(qū)與遠郊平原區(qū)呈現(xiàn)出變化類型由少變多再變少趨勢：其中三大分區(qū)均表現(xiàn)為糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值仡愋蜑槭椎奶卣鳌Ｓ兴煌氖侵鞒墙紖^(qū)不僅大部分糧田轉(zhuǎn)為林地，還有部分設(shè)施菜地也轉(zhuǎn)為林地。由此可見，緊鄰主城區(qū)的近郊區(qū)農(nóng)地結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢是由集約度較高的農(nóng)地利用類型向集約度更低的類型轉(zhuǎn)變。而遠郊平原區(qū)還有部分林地轉(zhuǎn)為了糧田、糧田又轉(zhuǎn)為設(shè)施菜地，可見該區(qū)域農(nóng)地結(jié)構(gòu)調(diào)整態(tài)勢為集約度較低的農(nóng)地利用類型向集約度更高類型轉(zhuǎn)變。與這兩大分區(qū)有所不同的是，城市新區(qū)農(nóng)地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整類型則更多樣化與均衡化。除了糧田、露天菜地轉(zhuǎn)為林地之外，還有很大一部分林地轉(zhuǎn)為糧田，少量糧田、林地轉(zhuǎn)為設(shè)施菜地，該區(qū)域整體上農(nóng)地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整最為頻繁。作為北京過去的“糧倉”，大興、通州與順義等城市新區(qū)如今仍是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動最活躍區(qū)域。

3.3 糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地集散狀態(tài)

根據(jù)洛倫茲曲線繪制方法，將各分區(qū)內(nèi)糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地占總面積百分比從大到小順序排列，然后計算其累積百分比，據(jù)此繪制北京平原區(qū)2004與2014年平原區(qū)及各分區(qū)洛倫茲曲線（圖4）。從洛倫茲曲線能夠清晰了解糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地的集中化程度與空間差異。

a. 主城近郊區(qū)

a. Suburban area

b. 城市新區(qū)

b. New urban districts

從2期農(nóng)地利用洛倫茲曲線變化來看，2014年平原區(qū)洛倫茲曲線比2004年曲線更靠近均勻曲線，整體而言，平原區(qū)農(nóng)地利用發(fā)生著由糧田為主向多種農(nóng)地利用類型共存變化。2004年糧田、林地、設(shè)施菜地與露天菜地分別占研究區(qū)農(nóng)地總面積比例為73.48%、22.76%、3.15%與0.61%；2014年各比例分別變化為35.27%、55.45%、7.75%與1.53%。數(shù)據(jù)顯示：平原區(qū)農(nóng)地利用2004年主要以糧食作物種植為主，因此農(nóng)地集中化程度較高；發(fā)展至今農(nóng)地利用呈現(xiàn)出林地與糧田為主，設(shè)施菜地增長態(tài)勢，農(nóng)地利用多樣化水平提高。另外，不同分區(qū)農(nóng)地利用集散狀態(tài)也有所差異：其中主城近郊區(qū)與城市新區(qū)變化最為明顯，前者在2004年是各分區(qū)中農(nóng)地利用集中化水平最低區(qū)域，并且明顯低于平原區(qū)平均水平，發(fā)展至2014年其農(nóng)地利用洛倫茲曲線最偏離平均水平，成為平原區(qū)農(nóng)地利用集中化程度最高區(qū)域；后者則由2004年農(nóng)地利用集中化水平最高區(qū)域變成2014年農(nóng)地利用離散度最高區(qū)域。數(shù)據(jù)顯示：主城近郊區(qū)2004年糧田、林地占該區(qū)域農(nóng)地總面積比例分別為54.14%與39.95%，到2014年該區(qū)域林地占農(nóng)地總面積比例高達86.33%，而糧田比例降低至10.22%，林地躍升為主城近郊區(qū)最主要農(nóng)地利用類型是該區(qū)域農(nóng)地利用集中度劇增主因。而城市新區(qū)糧田、林地與設(shè)施菜地占該區(qū)域農(nóng)地總面積比例由2004年78.94%、17.12%與3.28%分別為2014年的38.64%、50.14%與9.23%，可見該區(qū)域農(nóng)地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整最活躍，大量糧田不僅轉(zhuǎn)為林地，同時部分糧田也轉(zhuǎn)為設(shè)施菜地，由過去糧田為主農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)向林地、糧田與設(shè)施菜地多元農(nóng)地利用均衡發(fā)展過渡。相較于前兩者，雖然遠郊平原區(qū)10 a間農(nóng)地利用集中化程度變化并不顯著，但從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，這是糧田與林地占區(qū)域農(nóng)地總面積比例互相置換的結(jié)果：2004年該區(qū)域糧田、林地占其農(nóng)地總面積比例分別是61.93%與36.34%，而2014年糧田、林地比例分別為33.42%與62.16%；10 a間出現(xiàn)這種變化特征一方面源于該區(qū)域處于北京山前平原過渡帶，特有的自然地理條件決定其在研究初期就已形成“糧食—林地”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，另一方面也是源于平原造林政策實施的結(jié)果。

3.4 糧田、設(shè)施菜地、露天菜地、林地組合類型變化

采用威弗—托馬斯組合系數(shù)法，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為單元對2004與2014年農(nóng)地利用組合類型空間分布情況進行分析。

從圖5結(jié)果來看，雖然10 a間農(nóng)地利用組合類型更多樣化，同時各種組合類型也發(fā)生了不同程度的空間變化，但2期農(nóng)地利用組合類型空間分布都具有圈層特征：2004年，臨近主城區(qū)的近郊區(qū)街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn)多以林地種植為主，呈現(xiàn)出環(huán)繞著中心城區(qū)的林地圈層；隨著中心城區(qū)向主城近郊區(qū)外圍延伸，開始出現(xiàn)糧田—設(shè)施菜地—林地混合型圈層，但其空間分布并不廣泛，以豐臺、朝陽與海淀居多；再向遠郊延伸，城市新區(qū)多為糧田—林地與糧田為主的組合類型，并且這些區(qū)域中，即使是糧田—林地組合類型也多以糧田為主、林地為輔；2004年糧田—林地與糧田為主的組合類型空間分布最廣泛，城市新區(qū)主要為這兩大組合類型，其圈層特征也最為明顯。最后延伸到遠郊北部鄰近山地區(qū)域開始出現(xiàn)林地為主的組合類型，多分布在平谷、懷柔與密云平原區(qū)北部。整體而言，2004年農(nóng)地利用多以糧食作物種植為主，至于蔬菜種植、特別是設(shè)施菜地種植比例較低；由于這種農(nóng)地利用類型的“單一化”，令其農(nóng)地利用圈層特性在空間上并非是勻稱分布。

2014年與2004年農(nóng)地利用空間分布特征相比，同具有圈層性：靠近主城區(qū)依舊分布的是林地為主的農(nóng)地利用圈層；并且該圈層與2004年相較在空間上明顯發(fā)生擴張，幾乎已覆蓋整個主城近郊區(qū)。另外，緊挨著林地圈層的依然是糧田—設(shè)施菜地—林地混合型圈層，并且多分布在城市新區(qū)，以大興北部為主，部分位于通州中部與北部、房山東部，以及少量零星分布在順義與昌平；同時，遠郊平原區(qū)中的平谷與密云也開始出現(xiàn)該組合類型。而這一圈層隨著林地為主圈層在空間上的擴張，與2004年相比空間上也有所向遠郊遷移，并且空間分布較過去更加廣泛。再繼續(xù)向遠郊延伸，出現(xiàn)的依舊是糧田—林地圈層，主要分布在城市新區(qū)外圍以及遠郊平原區(qū)；依據(jù)糧田與林地占研究單元農(nóng)地總面積比例大小差異發(fā)現(xiàn)，該圈層與2004年相比最大不同在于，2014年以糧田為主類型已不再有，而2004年糧田與林地組合類型中更傾向于以糧田為主，而如今該組合類型中則出現(xiàn)林地為主趨勢，并且林地為主、糧田為輔的組合類型在空間分布上比糧田為主、林地為輔或者糧田、林地均分的組合類型更臨近城區(qū)與近郊區(qū)，糧田為主、林地為輔或者糧田、林地均分組合類型則幾乎分布在房山西南部、大興與通州南部、平谷北部及密云等平原最遠郊區(qū)域。

4 討 論

盡管10 a間農(nóng)地利用各圈層由中心城區(qū)向郊區(qū)在不斷外遷，但農(nóng)地利用空間格局整體上還是保持著近郊蔬菜種植為主、遠郊糧田與林地種植為主特征；而這種隨著中心城區(qū)向農(nóng)村腹地遷移，由集約度較高的設(shè)施菜地生產(chǎn)方式逐步向集約度較低的糧食、林地種植模式轉(zhuǎn)變的空間分異特征，即城鎮(zhèn)化發(fā)展下近城區(qū)地租“水漲船高”，為平衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中成本收益關(guān)系，農(nóng)戶會根據(jù)地租變化適時調(diào)整種植作物與生產(chǎn)模式。農(nóng)地利用以蔬菜—糧田—林地這種圈層結(jié)構(gòu)關(guān)系并向遠郊區(qū)域“外移”的過程是對城鎮(zhèn)建設(shè)擴張下地租上漲壓力的響應(yīng)。

然而農(nóng)業(yè)區(qū)位論無法解釋的是：緊鄰主城區(qū)的近郊區(qū)農(nóng)地利用中是以林地為主而并非菜地，這是因為大都市區(qū)政府為改善生態(tài)環(huán)境進行平原造林的結(jié)果。但導(dǎo)致平原區(qū)非常珍貴的耕地資源大量減少，使得國家耕地保護目標不僅受到建設(shè)占用的壓力，同時還要遭受生態(tài)建設(shè)的擠占。大都市區(qū)即要實現(xiàn)耕地保護目標又實現(xiàn)生態(tài)建設(shè)目標，則應(yīng)考慮充分利用耕地的生產(chǎn)與生態(tài)雙重功能，而由于菜地的水肥藥投入高，顯然耕地種植糧食作物能夠更好發(fā)揮生態(tài)功能[31]。

5 結(jié) 論

1）城鎮(zhèn)化與平原綠化工程推動下，北京平原區(qū)農(nóng)地利用內(nèi)部各類型間都發(fā)生大面積流轉(zhuǎn)。在該區(qū)域農(nóng)地內(nèi)部各類型變化中，糧田、設(shè)施菜地與林地是變化顯著的農(nóng)地利用類型，大量糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值嘏c設(shè)施菜地，糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值孛娣e是969.97 km2，其土地利用變化重要性指數(shù)高達72.11%，在各類農(nóng)地利用變化類型中居首。而糧田轉(zhuǎn)為菜地則主要是糧田轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施菜地，10 a間糧田轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施菜地面積是163.53 km2，其土地利用變化重要性指數(shù)為12.16%。農(nóng)地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整呈現(xiàn)空間分異特征：距離中心城區(qū)最近的主城近郊區(qū)與距離中心城區(qū)最遠的遠郊平原區(qū)均表現(xiàn)出糧田轉(zhuǎn)變林地為主；地域上居于前面兩大分區(qū)之間的城市新區(qū)農(nóng)地利用內(nèi)部變化類型最多，除了糧田與林地之間互相轉(zhuǎn)變外，露地與設(shè)施菜地跟糧田、林地間的轉(zhuǎn)變也多發(fā)生在該區(qū)域內(nèi)。由此可見，城市新區(qū)中大興、順義與通州不僅在過去是北京糧食主產(chǎn)區(qū)，至今依然是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與生產(chǎn)活動最活躍區(qū)域。從農(nóng)地利用變化態(tài)勢來看，北京平原造林工程是導(dǎo)致該區(qū)域糧田轉(zhuǎn)為林地的主因；與此同時，糧田轉(zhuǎn)變?yōu)椴说兀说刂性O(shè)施菜地面積增幅又遠大于露天菜地。

2）農(nóng)地利用類型空間集散狀態(tài)變化表現(xiàn)為：主城近郊區(qū)在造林工程實施作用下大量糧田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，林地成為該區(qū)域最主要農(nóng)地類型，農(nóng)地利用集中度大幅升高。與此同時，城市新區(qū)也受到平原造林影響，大量糧田轉(zhuǎn)為林地；另外還有部分糧田轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施菜地，農(nóng)地利用由低集約種植向高集約種植轉(zhuǎn)型，導(dǎo)致該區(qū)域農(nóng)地利用類型在空間分布上更趨多元化與均衡化。相對前面兩者，遠郊平原區(qū)農(nóng)地利用類型依舊主要為糧田與林地，而這是10 a間糧田與林地面積在該區(qū)所占空間比例互相置換下所出現(xiàn)的結(jié)果。

3）近10 a北京平原區(qū)農(nóng)地利用組合類型空間分布都具有圈層特征，由中心城區(qū)向遠郊延伸圈層依次為林地圈層、糧田—設(shè)施菜地—林地混合圈層以及糧田—林地組合圈層。兩期有所不同的是：緊鄰中心城區(qū)林地圈層發(fā)展至今空間分布更廣，幾乎已覆蓋整個主城近郊區(qū)；而臨近該圈層所出現(xiàn)設(shè)施菜地—糧田—林地混合圈層其所涉空間范圍也在變廣，多分布在大興與通州中北部，呈現(xiàn)出由近郊區(qū)向遠郊遷移態(tài)勢。而距離中心城區(qū)最遠的糧田—林地圈層2004－2014年內(nèi)有所變化的是，過去該圈層糧田為主，林地為輔，而如今該圈層兩者比例則發(fā)生置換，呈現(xiàn)林地為主、糧田為輔特征。兩期農(nóng)地利用圈層結(jié)構(gòu)表明平原區(qū)由中心城區(qū)向遠郊輻射，農(nóng)地利用集約度具有“低—高—低”變化態(tài)勢這一空間分異特征。

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Spatial-temporal change characteristics of cropland, vegetable land and forest land in Beijing plain region

Feng Ting1,2, Zhang Fengrong2※, Nie Xin1, Xie Zhen2, Wang Han1

(1.530004;2.,100193,)

This research used the techniques of the remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) to obtain the data of agricultural land use classifications by analyzing and interpreting the multi-spectrum remote sensing images, which were extracted from Landsat TM image in 2004 and Landsat OLI image in 2014. According to the situation of agricultural land use in Beijing plain, the agricultural land use were classified as the grain crop fields, vegetables cultivated in greenhouse, vegetables cultivated in the open fields and forest land. Then it analyzed spatial-temporal change characteristics of the agricultural land use in Beijing plain over the past decade (2004 to 2014) by combination of the quantitative geography model and geographic information system (GIS). The results showed that the grain crop fields were changed into forest land and greenhouse vegetable fields, which was the major trend. The area of grain crop fields changed into forest land was 969.97 km2whose land use change intensity index was 72.11%, at the top of all kinds of land use change intensity indexes. The area of grain crop fields changed into greenhouse vegetable fields was 163.53 km2during the past 10 years, whose land use change intensity index was 12.16%, and ranked at the second among all kinds of land use change intensity indexes. Meanwhile the agricultural land use change had spatial characteristic in Beijing plain over the past 10 years. The leading type of agricultural land use changes was that grain crop fields turned into forest land in the suburban area and the distant suburb plain of Beijing, where land use change intensity indexes of grain crop fields into forest land were 84.18% and 76.21%, respectively and higher than the other agricultural land use change intensity indexes obviously. The overwhelming urbanization was encroaching upon a lot of grain crop fields, which leaded the agricultural land use to concentrate on the forest land in the suburban districts. At the same time grain crop fields changed separately to forest land and greenhouse vegetable fields in the new urban area of Beijing, which prompted to the equalization of agricultural land use structure. The research area kept the specific spatial pattern of agricultural land use that the forest land was the leading classification in close proximity to the city center, the mixed classifications including grain crop fields, greenhouse vegetable fields and forest land were main structure in suburban area of Beijing plain and the combination type consisted of grain crop fields and forest land mainly appeared in the distant suburbs of Beijing plain. The spatial structure of the agricultural land use showed as a specific spatial pattern including 3 layer circles and had experienced some changes over the last decade. Firstly, the whole layer circles of agricultural land use had migrated outwards towards the suburbs with the rapid expansion of the central city over the time. Secondly, the spatial distributions of forest land in close proximity to city center and the vegetables cultivated in greenhouse in suburban areas of Beijing plain both had expanded outward due to the area of forest land and vegetables cultivated in greenhouse increased. Although grain crop fields and forest land were the main agricultural land use types in the distant suburbs of Beijing plain in 2004, whose proportion of grain crop fields and forest land had exchanged in 2014. Forest land had become the main type of agricultural land use in the distant suburb of Beijing plain instead of grain crop fields over the time. The study identified that the spatial structure and changes of 3 layer circles of the agricultural land use objectively reflect the different land rent, which drove the peasant household in different locations of suburbs to make different choices about the cultivation, operation and management of agricultural products. Specifically, the peasant households who lived in urban and suburban areas preferred vegetables to grain crops and preferred cultivating vegetables in greenhouse to cultivating vegetables in the open fields, because they hope to get more economic income by changing agricultural products and ways of operation and management. On the other hand, forest land which mainly provided ecological service function was closer to the city center than the grain crop fields which mainly provided production function, which meant the agricultural function had changed from production function mainly to productive and ecological functions. The research results provide a reference for the optimization of spatial distribution of agricultural land use in Beijing plain.

land use; remote sensing; geographic information system (GIS); agricultural land use change; temporal and spatial variation characteristic; Beijing plain region

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.033

F301.24

A

1002-6819(2017)-06-0257-08

2016-07-13

2017-02-14

國家自然科學(xué)基金項目（71363005；71403063）和國家社會科學(xué)基金項目（13CGL109）。

奉婷，女，廣西桂林人，博士，講師，主要研究方向為土地利用規(guī)劃與可持續(xù)利用。廣西 廣西大學(xué)公共管理學(xué)院，530004。Email：dreamland_21@163.com

張鳳榮，男，河北滄縣人，博士，教授。主要研究方向為土地評價、規(guī)劃與可持續(xù)利用。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，100193。Email：frzhang@cau.edu.cn