蔡為民，肖 婷，畢芳英，史云哲

(1.天津工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300387； 2.天津開墾征地事務(wù)中心，天津 300042)

0 引言

隨著我國(guó)新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展的同時(shí)，城鎮(zhèn)建設(shè)占用、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)退耕還林還草及自然災(zāi)害損毀等現(xiàn)象日漸突出，導(dǎo)致耕地資源持續(xù)減少、耕地質(zhì)量日漸下降、耕地生態(tài)功能衰減[1-3]。我國(guó)后備耕地資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀進(jìn)一步加劇了人口增長(zhǎng)、資源利用與耕地保護(hù)的矛盾，三者矛盾之間如何協(xié)調(diào)問題日益突出，耕地資源成為關(guān)系國(guó)家糧食安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和穩(wěn)定社會(huì)大局的重要戰(zhàn)略資源[4-6]。特別是黨的十八大以來，黨中央對(duì)耕地保護(hù)工作高度重視，確立了數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”的耕地保護(hù)新格局，構(gòu)建了管控、建設(shè)、激勵(lì)多措并舉的耕地保護(hù)新機(jī)制，形成了“明責(zé)任、算大賬、差別化”的耕地占補(bǔ)平衡新方式[7- 8]。

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者有關(guān)耕地空間分布特征的研究主要基于高分辨率和高精度的影像圖、土地利用/覆被變化現(xiàn)狀及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，研究?jī)?nèi)容包括耕地的變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制、變化預(yù)測(cè)、利用效率、集約利用、質(zhì)量評(píng)價(jià)、保護(hù)政策及土壤質(zhì)地等[9-15]，不同的研究側(cè)重不同的方面。研究方法主要集中于Logistic-CA結(jié)合模型、空間自相關(guān)、景觀格局指數(shù)、Ripley K 函數(shù)、灰色系統(tǒng)理論模型、DEA交叉模型、主成分分析法、多元線性回歸模型、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法(AEZ)、PSR模型等[16-25]； 研究尺度從國(guó)家、區(qū)域和地塊不同層面開展，但針對(duì)大都市耕地空間布局的研究較少?；诖耍恼聫拇蠖际械囊暯?，深入細(xì)致地分析天津市耕地空間數(shù)量分布特征，目的是促進(jìn)空間優(yōu)化布局與合理利用，確保耕地?cái)?shù)量不減少、質(zhì)量不降低、生態(tài)有提升。

根據(jù)《全國(guó)城鎮(zhèn)體系規(guī)劃綱要(2005—2020年)》，天津被賦予了建設(shè)國(guó)際大都市的重任。近年來，經(jīng)濟(jì)保持平穩(wěn)較快增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化水平不斷提高的同時(shí)，土地利用結(jié)構(gòu)變化明顯，導(dǎo)致該市耕地后備資源匱乏、整體質(zhì)量不高和具有生態(tài)功能的土地面積不斷減少等問題。特別是隨著京津冀協(xié)同發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，天津市工業(yè)化和城市化進(jìn)程大大提速，農(nóng)村地域向城市地域急速轉(zhuǎn)變，引發(fā)諸多土地利用問題，其中耕地保護(hù)和建設(shè)占用矛盾尤為突出。通過研究天津市耕地空間布局，對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域優(yōu)勢(shì)，合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步保障耕地?cái)?shù)量、優(yōu)化耕地質(zhì)量，達(dá)到耕地生態(tài)功能處于不受或少受威脅，保持耕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、均衡、充裕的健康平衡狀態(tài)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

天津市位于中國(guó)華北平原的東北部，東臨渤海，北依燕山，處東經(jīng)116°43′～118°04′、北緯38°34′～40°15′之間，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候，冬夏均溫相差達(dá)30℃，年平均氣溫約為14℃，年平均降水量在360～970mm之間。地貌總輪廓為西北高而東南低，以平原和洼地地勢(shì)為主，北部為低山丘陵，由北向南逐漸下降。2014年末，全市總面積為1.194 688萬km2，常住人口1 516.81萬人。全市生產(chǎn)總值1.572 247萬億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為1.3∶49.4∶49.3。

2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

該文所采用的數(shù)據(jù)包括天津市2014年土地利用現(xiàn)狀和行政邊界矢量數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)采用高斯克呂格投影的Xian 1980的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線以東經(jīng)117°。相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》[26]。耕地要素圖層包括水田、水澆地及旱地，利用 ArcGIS 10.1 中Analysis tools 下的 Select 工具從土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)中提取出耕地要素圖層，運(yùn)用 Identify 工具把行政區(qū)邊界矢量數(shù)據(jù)疊加至耕地要素圖層，為該文研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 研究方法

3.1 重心模型

假設(shè)某一個(gè)區(qū)域由n個(gè)次一級(jí)區(qū)域i構(gòu)成，該文是以天津市各行政邊界n構(gòu)成次一級(jí)區(qū)域i，天津市城市重心的計(jì)算采用如下方法來表示[27]：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，X，Y分別表示天津市城市重心的經(jīng)度值和緯度值，xi，yi分別表示第i個(gè)行政區(qū)中心的經(jīng)度值和緯度值，Ci表示第i個(gè)行政區(qū)中心的量值。

3.2 象限分析法

象限分析法[28]可以運(yùn)用不同領(lǐng)域，根據(jù)重心模型確定城市重心位置，以重心為中心，將天津市分為夾角為45°的正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北8個(gè)象限。此方法能讓人直觀地了解到研究區(qū)在不同方位、不同區(qū)域的分布情況，分析耕地空間分布的數(shù)量和結(jié)構(gòu)等方面特征。

3.3 核密度估算法

在統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和應(yīng)用領(lǐng)域中常用參數(shù)估計(jì)和非參數(shù)估計(jì)解決給定樣本點(diǎn)集合求解隨機(jī)變量的分布密度函數(shù)的問題[29]。經(jīng)驗(yàn)和理論表明，參數(shù)估計(jì)模型的基本假定與實(shí)際物理模型間存在著較大的差距，所得結(jié)果并非總能令人滿意。非參數(shù)估計(jì)模型的核密度估算法(KDE)并非利用有關(guān)數(shù)據(jù)分布的先驗(yàn)知識(shí)，而是對(duì)數(shù)據(jù)分布不附加任何假定，是一種從數(shù)據(jù)樣本本身出發(fā)研究數(shù)據(jù)分布特征的統(tǒng)計(jì)方法[30]。

該文運(yùn)用此方法可直觀地分析耕地空間數(shù)量分布的聚集程度。KDE法的具體原理如下[31]：以每個(gè)樣點(diǎn)xi為中心，通過核函數(shù)計(jì)算出每個(gè)樣點(diǎn)在指定半徑范圍內(nèi)(寬度h)各個(gè)柵格單元中心點(diǎn)的密度貢獻(xiàn)值，搜索半徑范圍的柵格單元中心點(diǎn)，距離樣點(diǎn)越近，則密度值越大。KDE估算的具體方法是： (1)以滑動(dòng)的圓統(tǒng)計(jì)出落在圓域內(nèi)的事件數(shù)量來定義一個(gè)搜索半徑； (2)根據(jù)密度精度要求，確定輸出柵格大小，即確定粒度； (3)通過核函數(shù)計(jì)算出每個(gè)事件對(duì)圓域內(nèi)各柵格的密度貢獻(xiàn)值； (4)對(duì)每個(gè)柵格的密度值進(jìn)行賦值，其值為密度貢獻(xiàn)值的累加； (5)輸出每個(gè)柵格的密度值。其估算模型如下表示：

(3)

式(3)中，fn為耕地地塊分布核密度測(cè)算值，n為耕地地塊的數(shù)量，k為核密度函數(shù)，x-xi為測(cè)算耕地地塊x到樣本耕地地塊xi處的距離，h為核密度測(cè)算帶塊的平滑參數(shù)。

3.3.1 粒度選擇

核密度估算結(jié)果是將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，而柵格數(shù)據(jù)的粒度直接影響著計(jì)算結(jié)果和運(yùn)算速度，粒度選擇依據(jù)以矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的面積差，對(duì)不同的粒度進(jìn)行了對(duì)比分析，為提高柵格數(shù)據(jù)的精度，盡可能選擇面積差值最小的粒度進(jìn)行核密度估算[32]。

圖1 總體流程

3.3.2 帶寬確定

在KDE運(yùn)算時(shí)，估計(jì)點(diǎn)密度(即搜索半徑)隨著帶寬h的減小而變得突兀不平，隨著h的增大而變得光滑平整，帶寬h的變化會(huì)從不同程度上掩蓋密度結(jié)構(gòu)[33]。以往研究一般通過多次試驗(yàn)來確定帶寬h，搜索半徑SR的計(jì)算公式為：

(4)

式(4)中，SD為標(biāo)準(zhǔn)距離，Dm為中值距離。

根據(jù)上述研究方法，及研究的內(nèi)容和目標(biāo)，設(shè)定該文的總體流程如圖1所示。

4 結(jié)果分析

4.1 耕地空間數(shù)量分布特征

具體操作過程為：在ArcGIS 10.1 中，首先利用 Feature to point 工具將天津市行政邊界矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用Add XY coordinates，將XY坐標(biāo)導(dǎo)入Excel表中，采用公式(1)、(2)得出天津城市重心坐標(biāo)，再導(dǎo)入XY坐標(biāo)完成城市重心位置的確定； 其次是以城市重心為中心，將天津市分為夾角為45°的正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北8個(gè)方位； 最后匯總統(tǒng)計(jì)各區(qū)、各方位所占的面積和比例。其中確定的天津市城市重心在北辰區(qū)，經(jīng)緯度定位于528 706.141 88， 4 351 168.531 82。具體數(shù)據(jù)如圖2和表1。

由圖2和表1可看出，天津市耕地不均勻分布在各行政區(qū)。中心城區(qū)作為天津市經(jīng)濟(jì)政治中心，人口聚集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市擴(kuò)展規(guī)模大、速度快，區(qū)域內(nèi)耕地全部轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地以滿足城市的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)。從各區(qū)來看，耕地分布面積依次為武清區(qū)>寶坻區(qū)>靜海區(qū)>寧河區(qū)>薊州>濱海新區(qū)>北辰區(qū)>西青區(qū)>津南區(qū)>東麗區(qū)。其中武清區(qū)(8.571 514萬hm2、19.32%)的耕地分布最多，寶坻區(qū)(8.209 224萬hm2、18.50%)和靜海區(qū)(7.734 99萬hm2、17.43%)的耕地分布較多，東麗區(qū)(8 508.08hm2、1.92%)耕地分布最少； 從各方位來看，耕地分布最多的是正北方位(11.076 632萬hm2、24.96%)，西南方位(7.364 929萬hm2、16.60%)耕地分布較多，耕地分布最少的是東南方位(9 142.88hm2、2.06%)，分布較少的是正西方位(3.426 836萬hm2、7.72%)，其中東北方位、西北方位、正南方位及正東方位的耕地分布依次減少。

具體地來說，處于正北方位主要包括薊州和寶坻區(qū)，耕地面積為11.076 632萬hm2，占天津市耕地總面積的24.96%； 處于西南方位主要包括中心城區(qū)、靜海區(qū)和西青區(qū)，耕地面積7.381 597萬hm2，占天津市耕地總面積的16.60%； 處于東北方位主要包括寶坻區(qū)和寧河區(qū)，耕地面積6.608 039萬hm2，占天津市耕地總面積的14.88%； 處于西北方位的主要包括武清區(qū)，耕地面積為5.919 613萬hm2，占天津耕地總面積的13.32%，少量耕地面積分布在北辰區(qū)； 處于正南方位主要包括靜海區(qū)、津南區(qū)、濱海新區(qū)，耕地面積為5.628 520萬hm2，占天津耕地總面積的12.62%； 正東方位、正西方位及東南方位的耕地面積顯著低于其他五個(gè)方位，這些方位的耕地面積分別為3.473 445萬hm2、3.426 836萬hm2、9 142.88hm2，同時(shí)所占天津市耕地總面積的比例分別為7.83%、7.72%以及2.06%。

圖2 天津市耕地各區(qū)、各方位分布 圖3 天津市耕地核密度等級(jí)空間分布

表1 天津市耕地各區(qū)、各方位面積 hm2，%

表2 天津市各區(qū)耕地核密度等級(jí)面積 hm2

圖4 天津市各方位耕地核密度等級(jí)變化趨勢(shì)

按照象限分析法分析天津市的耕地空間數(shù)量分布情況，濱海新區(qū)、津南區(qū)和東麗區(qū)耕地分布較為集中在正南方位，3個(gè)區(qū)的耕地總面積的77.25%、92.71%、64.73%都處于該方位； 薊州和寶坻區(qū)的98.05%、66.54%耕地都集中分布在正北方位，西青區(qū)和靜海區(qū)的67.55%、78.62%耕地都集中分布在西南方位； 寧河區(qū)、北辰區(qū)、武清區(qū)的52.07%、59.18%、66.57%分別集中分布于東北方位、正西方位和西北方位3個(gè)方位。

4.2 耕地空間聚集分布特征

為了更加直觀地反映研究區(qū)耕地空間聚集特征，在分析耕地空間數(shù)量分布的基礎(chǔ)上，一定范圍內(nèi)深入分析耕地空間數(shù)量分布的密度。在ArcGIS 10.1 中，首先利用 Feature to point 工具，將耕地面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)數(shù)據(jù)，即提取耕地地塊的質(zhì)心，然后運(yùn)用 Kernal Density工具完成點(diǎn)數(shù)據(jù)的核密度估算(公式3)。其中估算過程中選擇粒度柵格數(shù)據(jù)為50m×50m，確定帶寬h取值為4 000km2(公式4)，得到研究區(qū)域耕地核密度變化范圍為0～86.87 point/km2。采用自然斷點(diǎn)法(Natural Breaks)將耕地核密度估算結(jié)果劃分為5類等級(jí)： 0～8.51point/km2(低密度區(qū))， 8.52～21.12point/km2(中低密度區(qū))， 21.13～34.06point/km2(中密度區(qū))， 34.07～51.10point/km2(中高密度區(qū))， 51.11～86.87point/km2(高密度區(qū))。如圖3所示。

在ArcGIS 10.1中對(duì)耕地核密度等級(jí)進(jìn)行柵格面積計(jì)算。首先利用Project Raster對(duì)柵格圖進(jìn)行高斯投影坐標(biāo)，將投影后的柵格圖通過柵格分析工具進(jìn)行Reclassify，然后選擇Open Attribute Table，利用Feild Calculater按照“像素個(gè)數(shù)×每個(gè)像素面積”計(jì)算出5類不同核密度等級(jí)的柵格面積，最后通過空間分析工具提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)、各方位的面積。如表2和表3。

表3 天津市各方位耕地核密度等級(jí)面積 hm2

耕地核密度反映耕地地塊的聚集狀況，耕地核密度數(shù)值越大，說明耕地空間分布在該區(qū)域越聚集。由圖4、表2可知，天津市耕地地塊整體的空間分布均表現(xiàn)出明顯的不均勻聚集特征，共有20塊低密度區(qū)(27.046 761萬hm2)、19塊中低密度區(qū)(36.525 696萬hm2)、23塊中密度區(qū)(30.338 477萬hm2)、20塊中高密度區(qū)(19.818 177萬hm2)、21塊高密度區(qū)(5.443 304萬hm2)。全市總體上中低密度區(qū)面積最多，依次是中密度區(qū)、低密度區(qū)、中高密度區(qū)和高密度區(qū)，故天津市耕地聚集程度適中。其主要原因是天津市本身雖擁有平原的優(yōu)越地勢(shì)，但土壤鹽漬化程度較高，土壤質(zhì)地較差、大都市的城市功能表現(xiàn)明顯、多中心式的經(jīng)濟(jì)圈輻射較大，致使耕地的后備資源不足，耕地破碎程度較高，耕地的數(shù)量減少，耕地的空間聚集程度不高。

從各區(qū)耕地核密度的空間聚集分布來看(表2)，中心城區(qū)的耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)為低密度區(qū)(1.811 688萬hm2)，主要原因是該區(qū)域?yàn)槌鞘泻诵膮^(qū)，人口聚集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度快，致使中心城區(qū)無耕地可用，耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)單一； 濱海新區(qū)的耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣且沿海區(qū)域?yàn)榈兔芏葏^(qū)，低密度區(qū)(16.401 930萬hm2)、中低密度區(qū)(2.760 407萬hm2)、中密度區(qū)(1.995 164萬hm2)、中高密度區(qū)(1.852 289萬hm2)和高密度區(qū)(8 767.74hm2)的面積依次減少。主要原因，一是該區(qū)域土壤含鹽量較高，鹽漬化程度較重，不適宜作為耕地資源； 二是城市定位，根據(jù)《天津市城市總體規(guī)劃2015—2030年》，天津市城市發(fā)展空間結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略定位為“雙城雙港、相向拓展、一軸兩帶、南北生態(tài)”，城市建設(shè)用地的擴(kuò)展從鏈?zhǔn)胶铜h(huán)式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘀行氖捷椛鋽U(kuò)展。隨著濱海新區(qū)的城鄉(xiāng)融合和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展占用大量耕地，其耕地核密度等級(jí)也將由高向低密度等級(jí)轉(zhuǎn)換。

近郊區(qū)(北辰區(qū)、西青區(qū)、東麗區(qū)和津南區(qū))的耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣且變化趨勢(shì)相似，耕地聚集程度適中。耕地核密度等級(jí)面積最多的是中低密度區(qū)，中密度區(qū)、低密度區(qū)、中高密度區(qū)、高密度區(qū)的面積依次減少。近郊區(qū)受中心城區(qū)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)擴(kuò)張的影響，導(dǎo)致耕地?cái)?shù)量較少，毗鄰中心城區(qū)的區(qū)域全為低密度區(qū)，遠(yuǎn)離中心城區(qū)的區(qū)域耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是東麗區(qū)又受中心城區(qū)和濱海新區(qū)的雙重影響，呈現(xiàn)出低密度區(qū)緊鄰雙城、東西方位分布，高密度區(qū)南北方位分布的格局。天津城市雙城蔓延式的格局影響著東麗區(qū)和津南區(qū)的耕地呈現(xiàn)出由其他密度等級(jí)向低密度等級(jí)轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)，同時(shí)，耕地向毗鄰的寧河區(qū)和靜海區(qū)聚集。對(duì)于今后的發(fā)展趨勢(shì)，黨的十九大提出了實(shí)施鄉(xiāng)村振興和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略，在大都市郊區(qū)通過農(nóng)田整理，合理配置城鄉(xiāng)土地資源，加快農(nóng)用土地向種田大戶、家庭農(nóng)場(chǎng)流轉(zhuǎn)，耕地地塊將進(jìn)一步整合，耕地破碎度減少。同時(shí)由于耕地占補(bǔ)平衡政策，耕地總面積不會(huì)有較大變化，耕地核密度會(huì)在特定區(qū)域內(nèi)聚集，耕地核密度結(jié)構(gòu)趨向單一化。

遠(yuǎn)郊區(qū)的耕地面積較多，耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)不同。薊州耕地核密度等級(jí)分布結(jié)構(gòu)較為單一，只有中低密度區(qū)(10.108 705萬hm2)、低密度區(qū)(3.047 187萬hm2)、中密度區(qū)(2.738 318萬hm2)，說明耕地在該區(qū)聚集程度不高，耕地?cái)?shù)量適中，但耕地總體質(zhì)量較好，主要原因是受地形地貌等自然因素的影響，該區(qū)域呈現(xiàn)北高南低階梯分布的地勢(shì)，是天津市唯一的半山區(qū)，具有良好的水土條件，生態(tài)環(huán)境良好； 靜海區(qū)的耕地核密度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布著不同等級(jí)的密度區(qū)，以中高密度區(qū)(5.891 298萬hm2)為主，主要原因是靜海區(qū)開發(fā)歷史悠久，耕地?cái)?shù)量較多，是天津市主要的農(nóng)作區(qū)域之一； 武清區(qū)、寶坻區(qū)、寧河區(qū)是天津市耕地保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域，耕地?cái)?shù)量多，總體質(zhì)量良好，其耕地的生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布比其他區(qū)域較為均勻，主要為中密度區(qū)和高密度區(qū)。

從各方位的耕地核密度空間聚集分布來看(表3)，正北方位的耕地核密度等級(jí)面積最多的為中低密度區(qū)(17.803 038萬hm2)，無高密度區(qū)，其主要原因該方位地處山地丘陵和沖積平原兩類地勢(shì)，土壤質(zhì)地主要為棕壤、褐土及潮土，具有良好的水土條件，該方位的耕地質(zhì)量良好，適合耕種，山區(qū)的地形導(dǎo)致耕地分布零散； 正東方位的耕地核密度等級(jí)面積最多的為中低密度區(qū)(3.174 390萬hm2)，最少的為高密度區(qū)(1 573.38hm2)，主要是多數(shù)較低的耕地核密度等級(jí)中和了少量較高的耕地核密度等級(jí)，該方位雖地屬?zèng)_積平原地勢(shì)，但土壤質(zhì)地相差較大，主要為潮土和鹽土，所以呈現(xiàn)出部分耕地質(zhì)量狀態(tài)較好； 西南方位的耕地核密度等級(jí)面積最多的為中高密度區(qū)(4.976 217萬hm2)，該方位地勢(shì)低平，屬于典型的平原地勢(shì)，土壤質(zhì)地主要為潮土，有鹽漬化現(xiàn)象，擁有天然的優(yōu)越地勢(shì)，耕地開發(fā)歷史悠久，耕地核密度較為聚集； 東北方位的耕地核密度等級(jí)面積最多的為中高密度區(qū)(4.530 926萬hm2)，該方位的耕地分布較為聚集，擁有優(yōu)越的地勢(shì)和相對(duì)肥沃的土壤，耕地核密度等級(jí)較多，適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕種； 東南方位和正南方位耕地核密度等級(jí)面積最多的是低密度區(qū)，面積分別為7.581 344萬hm2、8.523 899萬hm2，這兩方位的土壤質(zhì)地主要為鹽土，又瀕臨渤海，受國(guó)家政策的支持和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，這兩個(gè)方位主要偏向城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢(shì)； 正西方位和西北方位耕地核密度等級(jí)面積最多的是中密度區(qū)，該密度區(qū)面積在兩個(gè)方位分別為3.140 555萬hm2、5.750 733萬hm2，該方位地處沖積平原，主要為潮土，土層深厚，土質(zhì)疏松肥沃，宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕種。

從各方位的耕地核密度等級(jí)的變化趨勢(shì)可看出(圖4)，天津市各方位的耕地核密度等級(jí)變化趨勢(shì)相似，中低密度區(qū)面積在各方位的分布是最多的，依次是中高密度區(qū)、中低密度區(qū)、高密度區(qū)，低密度區(qū)的面積在各方位的分布是最少的。總體上，天津市耕地面積可增加，耕地質(zhì)量狀況有待提高，可以適當(dāng)增加耕地核密度聚集程度。

4.3 耕地空間分布特征的主導(dǎo)因素分析

(1)人口增加的影響。2005—2014年，天津市總?cè)丝趶? 043 萬人增加到1 516.8萬人，增加了473.8萬人，同期天津市耕地面積從44.550 290萬hm2減少到44.381 676萬hm2，減少了1 686.14hm2。人口增加對(duì)耕地面積變化的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，人口增長(zhǎng)需要占用更多的耕地用于公共基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)村居民點(diǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)用地的建設(shè)，而城市周邊區(qū)位條件較好的耕地資源會(huì)首先考慮被占用； 另一方面，人口增長(zhǎng)所衍生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加劇，從一定程度上會(huì)促使局部地區(qū)的土地生態(tài)環(huán)境遭受破壞、灌溉水源和土壤被污染的情況發(fā)生，從而使得耕地?cái)?shù)量隱性減少。

(2)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的影響。2005—2014年，天津市地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)由3 697.62億元增加到了1.572 247萬億元，年均增長(zhǎng)速度達(dá)12.02%，同期天津市建設(shè)用地從34.626 87萬hm2增加到40.934 94萬hm2，增加了6.308 07萬hm2。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新增建設(shè)用地?cái)?shù)量可側(cè)面出反映區(qū)域耕地減少情況，對(duì)耕地變化有著重大的影響。其主要原因是：發(fā)達(dá)且極具活力的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)揮著強(qiáng)大的集聚效應(yīng)，從一定程度上會(huì)吸附了大量人口和各類產(chǎn)業(yè)向社會(huì)經(jīng)濟(jì)地帶匯集，這一現(xiàn)象必然會(huì)導(dǎo)致各類基礎(chǔ)設(shè)施、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)拓展用地的需求不斷增加，當(dāng)非農(nóng)建設(shè)用地集約利用挖潛難以滿足需求時(shí)，耕地資源不得不受到擠占。

(3)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也是近年來天津市耕地?cái)?shù)量減少的重要原因，大量耕地被轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)林地、特種養(yǎng)殖業(yè)用地和園地等，以滿足城鎮(zhèn)居民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)生活水平的需要； 占用部分耕地資源用來建設(shè)休閑、游憩和配套設(shè)施等以滿足龐大規(guī)模都市人口的短距離休閑旅游的需求； 區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善使得部分耕地流轉(zhuǎn)為林地，以提升面向市民的城市優(yōu)美、綠色形象。

5 結(jié)論與建議

(1)天津市的耕地?cái)?shù)量在各區(qū)各方位的空間分布情況各異，面積從小到大的排序?yàn)椋簴|麗區(qū)<津南區(qū)<西青區(qū)<北辰區(qū)<濱海新區(qū)<薊州<寧河區(qū)<靜海區(qū)<寶坻區(qū)<武清區(qū)，東南方位<正西方位<正東方位<正南方位<西北方位<東北方位<西南方位<正北方位。運(yùn)用核密度估算法將天津市耕地分為5個(gè)不同等級(jí)的密度區(qū)，耕地的空間聚集程度適中，主要為中低密度區(qū)，耕地核密度等級(jí)面積從小到大排序?yàn)椋焊呙芏葏^(qū)<中高密度區(qū)<低密度區(qū)<中密度區(qū)<中低密度區(qū)。

(2)耕地核密度是用來估算耕地地塊的聚集狀況，耕地核密度的數(shù)值越大，則耕地的空間分布在該區(qū)域越聚集，天津市耕地空間分布表現(xiàn)出不均勻聚集特征。從各區(qū)的耕地核密度結(jié)果看，各區(qū)耕地核密度等級(jí)結(jié)構(gòu)相差較大，這與該區(qū)的土地利用、城市發(fā)展、土地政策和經(jīng)濟(jì)水平密切相關(guān)。從各方位的耕地核密度結(jié)果看，天津市各方位耕地核密度等級(jí)的變化趨勢(shì)相似，但各方位耕地核密度等級(jí)的面積相差較大。且在今后耕地空間聚集發(fā)展過程中，耕地可在寶坻、靜海等特定區(qū)域內(nèi)聚集，核密度等級(jí)由低等級(jí)向較高等級(jí)轉(zhuǎn)換。

(3)天津市耕地?cái)?shù)量持續(xù)較少，整體上以中低密度區(qū)為主，呈分散狀態(tài)分布。耕地分布主要受到地形地勢(shì)、土壤、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)擴(kuò)展、土地相關(guān)規(guī)劃及政策等多方面因素影響，耕地的空間聚集程度又與耕地?cái)?shù)量分布息息相關(guān)，天津市耕地不僅要從數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)功能3方面保護(hù)，還要注意耕地?cái)?shù)量合理聚集分布。針對(duì)天津市耕地分布情況，在嚴(yán)格執(zhí)行基本的保護(hù)耕地手段的基礎(chǔ)上，要根據(jù)地形地勢(shì)、土壤情況和耕地破碎度情況等，因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)地為天津市耕地合理聚集分布量體裁衣，合理開發(fā)、復(fù)墾優(yōu)質(zhì)的耕地資源，從根本上增加耕地面積，集中整治“小、散、亂”的耕地地塊，減少耕地破碎度，提高耕地質(zhì)量，繼而提升耕地的聚集程度。

(4)核密度估算法是從樣本數(shù)據(jù)本身出發(fā)，研究數(shù)據(jù)整體分布特征的一種方法，在公共健康、自然災(zāi)害、產(chǎn)業(yè)空間布局熱點(diǎn)分析與探測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在耕地管理方面，目前主要結(jié)合了景觀格局指數(shù)去研究耕地破碎度程度，為耕地整治研究提供新方向，也可應(yīng)用于建設(shè)用地等聚集分布，道路、水域等對(duì)城鎮(zhèn)或居民點(diǎn)造成影響等研究。深入了解耕地空間分布特征是進(jìn)一步合理優(yōu)化耕地空間布局和保護(hù)耕地資源的基礎(chǔ)，該文運(yùn)用重心模型、象限分析法及核密度估算法對(duì)天津市耕地在不同行政區(qū)和不同方位下進(jìn)行橫向比較研究，總結(jié)出影響耕地空間分布的主導(dǎo)因素，并有針對(duì)性地提出耕地合理分布和耕地保護(hù)建議，但仍有進(jìn)一步完善的地方，例如今后的研究中可收集不同時(shí)間的統(tǒng)計(jì)資料和矢量數(shù)據(jù)，多視角縱向研究耕地空間分布變化等方面，特別是耕地空間聚集分布等問題。