中国东部平原耕聚比分布规律、发展趋势与优化策略*

李学东，刘云慧，伍盘龙，宇振荣，4※

（1.山东建筑大学建筑城规学院，济南 250101；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.内蒙古大学生态与环境学院，呼和浩特 010021；4.国土资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100035）

0 引言

改革开放以来，快速城镇化与乡村人口外流导致我国乡村地域系统外部环境与内部要素发生转变，原有结构与功能难以维持，我国乡村地域系统亟需通过空间重构来实现系统内部结构优化与功能提升。乡村空间重构过程中如何明确“生活—生产—生态”空间的面积比例关系是我国乡村研究者面临的问题之一。随着我国土地资源开发殆尽，乡村生态空间面积比例趋于稳定，乡村生活与生产空间的相互转化成为决定我国乡村未来土地利用结构的关键。

农田与农村居民点作为我国乡村生产与生活空间的主要土地利用类型，两者间的面积比值，即“耕聚比”，通常是某地区人均耕地面积、农业机械化水平、耕地保护力度、土地集约节约利用程度等多种情况的综合反映，而合理的耕聚比也是开展农村地区土地利用结构优化的基础。1983年李旭旦、金其铭在研究江苏省农村聚落的整治问题中较早使用了“耕聚比”的概念，并对江苏省37个公社的耕聚比进行了研究，研究结果表明：这37个公社中耕聚比最高可达14.5，最低仅为3.8，平均值为8.4[1]。

2013年乔伟峰、吴江国等对安徽省宿州市埇桥区耕聚比进行了研究，研究结果表明：该区域平均耕聚比为6.898，并且农村居民点面积与耕地面积大致呈正比关系，即研究区各乡（镇）耕聚比基本一致，这说明耕作环境类似地区“耕聚比”大致相同[2]。2015年陈永林、谢炳庚等对长株潭地区不同高程下耕聚比分布规律进行了研究，研究结果表明：该区域耕聚比在7.18～67.06，并且随海拔高度的升高而增加[3]。2017年郭连凯、陈玉福对山东省禹城市农村地区现状耕聚比与合理耕聚比研究结果表明：禹城市大部分地区耕聚比在2～6，平均值为3.9；在农户兼业化现状与深化发展两种情景下，合理耕聚比分别为9.95和15.99，该区域耕聚比亟需优化和提高[4]。2017年王会豪对四川省成都市双流区适宜耕聚比研究结果表明：该区域耕聚比的盈余值为23.1，紧缺值为4.1[5]。

当前关于耕聚比的研究多为局域尺度的研究，缺乏不同地区耕聚比差异、发展趋势与优化策略的系统研究。文章首先采用空间分层取样法在我国东部平原地区选择了240个10 km×10 km的样点，然后以高分辨率遥感影像为数据基础，通过遥感影像目视解译、空间自相关分析、热点分析等多种方法对我国东部平原耕聚比分布规律与不同区域适宜耕聚比进行了研究，并分析了我国东部平原耕聚比发展趋势与优化策略。东部平原地区作为我国农业人口最多、耕地最集中、农村居民点规模最大的区域，以及我国开展乡村空间重构，推进乡村振兴的重点区域[6]；开展耕聚比分布规律、发展趋势与优化策略研究，可为我国东部平原地区乡村空间重构过程中合理确定生活与生产空间面积比例关系提供研究基础。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

我国东部平原主要由东北平原、华北平原、长江中下游平原3个区域组成，为我国耕地资源最集中，农业人口数量最密集的区域（图1）。其中，东北平原是我国面积最大的平原，总面积35×105km2（纬度40°～48°，经度118°～135°）；气候属于大陆性季风气候，年平均温度在-3～11℃，平均降雨量为350～700 mm，主要集中在7—9月；土壤以黑土和黑钙土为主，农作物包括水稻、大豆和玉米等[7,8]。

图1 研究区域位置及样点分布

华北平原是我国第二大平原，总面积约30×105km2（纬度32°～40°，经度114°～121°），属温带季风气候区，四季变化显著，年平均降雨量500～900 mm，农作物以冬小麦-夏玉米双季轮作为主[9-11]。长江中下游平原是我国第三大平原，总面积约为20×105km2（纬度27°～34°，经度111°～123°），属亚热带季风气候区，年平均降雨量为800～1 400 mm。淮河为华北平原与长江中下游平原分界线[12,13]。

1.2 数据来源

该研究通过空间分层取样法在我国东部平原选择了240个10 km×10 km的样点（东北平原88个、华北平原88个、长江中下游平原64个，图1）。空间分层取样步骤如下：首先将我国东部平原划分为多个1°×1°（单位：经度和纬度）网格，然后对每个网格内坡度小于6°区域的百分比进行计算，并以此来确定每个网格中样点数量（≥70%，3个；40%～70%，2个；≤40%，0～1个）。然后以Quickbird、SPOT5等多源遥感影像（精度：0.6～2.5 m，2019年）为数据基础，通过目视解译的方法对每个样点范围内的农村居民点与农田斑块进行提取，并对各样点内农村居民点斑块总面积与农田斑块总面积进行计算（图1）。

2 研究方法

2.1 我国东部平原“耕聚比”分布规律研究方法

该研究首先采用全局自相关分析法分析了我国东部平原耕聚比是否具有显著的全局空间自相关性；如果存在显著的全局正相关性，则说明距离相近的样点耕聚比相近，从而为开展我国东部平原耕聚比分区提供基础。然后，通过热点分析法对我国东部平原耕聚比热点∕冷点区进行提取，从而将我国东部平原耕聚比划分为热点区、冷点区与中值区。最后分别对热点区、冷点区、中值区样点的均值、标准差等进行统计，以明确各区域耕聚比特征与差异。

（1）全局空间自相关分析。该研究利用ArcGIS中的全局空间自相关工具分析了我国东部平原240个样点的耕聚比是否存在全局空间自相关性。ArcGIS空间自相关分析工具主要通过Moran′s I指数、Z值、P值3个指数来确定某种要素的属性分布是否具有空间自相关性，以及空间自相关类型与强度[14]。空间自相关分析是一种推论统计，分析结果需在零假设的情况（数据分布符合完全随机分布下）下进行解释，即当Z值的绝对值大于1.96且P值小于0.05时，拒绝零假设，认为Moran′s I指数不为0，研究对象的属性值存在空间自相关现象[15]。

Moran′s I指数计算方法如式（1）（2）所示，Zi为要素i的属性与平均值(xi-Xˉ)的偏差，wi,j是要素i与j之间的空间权重，n为要素总数，S0是所有空间权重的聚合[16]。Moran′s I指数取值范围为-1～1，当Moran′s I指数大于0时，表明研究对象存在空间正相关，且Moran′s I越接近于1空间正相关性越强；当Moran′s I指数小于0时，表明研究对象存在空间负相关，且Moran′s I越接近于-1，空间负相关性越强[17]。

（2）热点分析。该研究利用ArcGIS中的热点分析工具对我国东部平原地区耕聚比最小∕最大的区域进行了分析。热点分析工具的原理如下：某样点的属性值为高∕低值，并非统计学意义上的热∕冷点，只有当该样点周围的样点同样具有高∕低值，才可以将该采样点识别为统计学意义上显着的热点∕冷点[18]。热点分析工具通过计算某样点及其相邻样点的属性值总和，然后将计算结果与全部样点的属性值总和进行比较，当某样点及其相邻样点的属性值总和与全部样点的属性总和存在显著差异时，则该样点为热点∕冷点[19]。

该工具可对每个样本点的Getis-Ord Gi*值进行计算，并将每个样本点的Getis-Ord Gi*值分配为Z值。当Z值为正，Z值数越大，代表高值聚类越强烈（热点）。当Z值为负，Z值越小，低值聚类越强烈（冷点）[20]。Getis-Ord Gi*计算公式为式（3）至（5），xj是样点j的属性值，ωi,j是样点i、j之间的空间权重，n为样点总数；Xˉ为全部样点属性值的平均值，S为全部样点属性值的标准差。

（3）热点∕冷点∕中值区耕聚比特征分析该研究在明确我国东部平原耕聚比是否具有显著全局自相关性，并通过热点分析将我国东部平原耕聚比划分为热点区、冷点区、中值区的基础上，进一步对各分区耕聚比的均值、标准差、变异系数、中位数、最大值、最小值、极差等进行了统计，以反映我国东部平原耕聚比热点区、冷点区、中值区特征与区域间差异。

2.2 我国东部三大平原适宜耕聚比分析方法

通常，某地区耕聚比不能过低，过低会导致人均村庄建设用地面积过大，造成土地资源浪费；耕聚比也不能过高，过高会导致耕地得不到充足的田间管理。所以，某地区合理耕聚比计算存在两种标准：一是以保证该地区全部农村户籍人口均有适宜的村庄建设用地作为合理耕聚比计算标准，该标准可求得适宜耕聚比下限值；二是在当前农业机械化水平下，以保证全部耕地得到充足田间管理所需农业劳动人口数量作为合理耕聚比计算标准，该标准可求得适宜耕聚比上限值。当前，我国农村地区留守儿童与老人等非农业劳动人口占比较高，大多数外出务工人员仍保留着农村户籍与宅基地，所以各地耕聚比较理想状态要高；但是，随着城镇化的发展，留守儿童与老人数量将逐渐下降，农村户籍人口数量也将逐渐下降。所以，以保证全部耕地得到充足田间管理所需农业劳动人口作为合理耕聚比计算标准，体现了耕地与村庄理想状况下的比例关系。

假设某乡村地域范围内：（1）村庄建设用地面积与耕地面积之和固定，两者间存在此增彼减的相互关系；（2）现状村庄建设用地总面积为Azj，耕地总面积为Azg，农村户籍人口数量为Nh;（3）满足当地人生活需求的适宜人均村庄建设用地面积为Asj；（5）在当前农业机械化水平下，单位农业劳动人口耕种面积为Ajg；（6）农业劳动人口占总人口的比例为R。标准一与标准二适宜耕聚比计算方法式（3）（4）为：

该研究分别按照标准一与标准二对我国东部平原各省适宜耕聚比进行了计算。其中东部平原各省份现状耕地总面积Azg、村庄建设用地总面积Azg、农村户籍人口数量Nh、农业劳动人口占总人口的比例R来源于《城乡建设统计年鉴-2019年》与《国家统计年鉴-2019年》，农业劳动人口人均可耕种面积Ajg通过《国家统计年鉴-2019年》中提供的各省份劳均粮食产量与单产数据计算得到，适宜人均村庄建设用地面积Asj根据2018年住房城乡建设部办公厅颁布的《城乡用地分类与规划建设用地标准》（GB50137），对于现状村庄建设用地面积≤100.0、100.1～150.0、150.1～200.0、＞200.0 m2∕人的村庄，分别取100.0～110.0、100.0～150.0、140.0～200.0、≤200.0 m2∕人。

2.3 我国东部平原耕聚比发展趋势分析方法

耕聚比可看作区域农村人口人均耕地面积与人均村庄建设用地面积的比值。其中，受到我国农村宅基地管控政策与城乡建设用地增减挂钩政策的制约，我国东部平原地区人均村庄建设用地面积变动较小，通常在100～200 m2∕人范围内。所以，人均耕地面积的变化成为影响我国东部平原地区耕聚比发展趋势的关键因素；而随着我国东部平原地区耕地后备资源开发殆尽，耕地总量变化较小，农业人口数量的变化成为影响我国东部平原耕聚比发展趋势的主要因素。相关研究表明，农业机械化对农村劳动力向城镇转移的贡献度达到72.50%，农业机械总动力每增加10万kW可推动8.47万农村剩余劳动力向城镇转移[21]。所以，该研究分别对2005—2020年我国东部平原各省份农村人口数量与2002—2020年农业机械总动力变化趋势进行了分析，作为推断我国东部平原耕聚比发展趋势的主要依据。

3 结果与分析

3.1 我国东部平原地区耕聚比分布规律与成因分析

3.1.1 我国东部平原耕聚比分布规律

（1）我国东部平原240个样点耕聚比全局空间自相关分析结果表明：Z值大于2.58，P值小于0.01，Moran′s I指数为0.58，所以我国东部平原地区耕聚比具有显著的空间正相关性，即空间上相邻样点的耕聚比值相近。

（2）我国东部平原240个样点耕聚比热点分析结果表明，耕聚比置信度大于90%的热点区主要位于东北平原北部，为耕聚比最大的区域；耕聚比置信度大于90%的冷点区位于华北平原，为耕聚比最小的区域；耕聚比不能显著的划分为热∕冷点的区域主要位于东北平原南部与长江中下游平原，为我国东部平原耕聚比中值区（图2）。

图2 2019年我国东部平原地区耕聚比分布

（3）我国东部平原耕聚比分区统计结果表明，东北平原北部为耕聚比均值、变异系数、极差最大的区域，所以平均耕聚比大、区域内耕聚比变化大是该区域的主要特征；与东北平原北部地区相反，华北平原为耕聚比均值、变异系数、极差最小的区域，平均耕聚比小、区域内耕聚比变化小是该区域的主要特征；东北平原南部相较于长江中下游平原耕聚比均值更大，变异系数更小，所以耕聚比较大、区域内耕聚比变化小是该区域的主要特征；而耕聚比较小、区域内耕聚比变化大则是长江中下游平原地区主要特征（表1）。

表1 2019年中国东部平原耕聚比分区统计

3.1.2 我国东部平原耕聚比分布规律成因分析

某乡村地域范围内耕聚比通常与该地区的人均耕地面积、农业机械化水平、农民兼业化状况、耕地保护力度等因素相关，而这些影响耕聚比分布的因素通常具有显著的空间自相关性，从而导致我国东部平原地区耕聚比分布呈现显著空间自相关性。乔伟峰、吴江国等在对宿州市埇桥区耕聚比的研究中得到相似结论，即该区域因人均耕地面积、农业机械化水平等各种影响耕聚比分布的因素相近，从而导致该区域各乡镇耕聚比基本一致[2]。

某地区农村居民点与农田面积比例关系的形成是长期历史演变的结果。我国东北平原北部地区直到20世纪50年代才进入大规模开发时期，成千上万的复员士兵与知识青年在此建立了大量国有农场和军有农场，该区域是我国重要的商品粮生产基地，农业机械化水平高、人口稀少、人均耕地面积大，所以成为我国东部平原耕聚比分布的热点区[22]。华北平原在宋朝以前便是我国农业最发达的地区之一，到清朝时期则成为我国主要的粮食生产区；该地区农业开发历史悠久、农业人口众多，导致人均耕地面积小、人均村庄建设用地面积大，成为我国东部平原耕聚比分布的冷点区[23]。东北平原南部地区与长江中下游平原地区土地开发相对于华北平原晚，但要早于东北平原北部地区，人口数量与人均耕地面积介于华北平原与东北平原北部地区之间，所以东北平原南部与长江中下游平原地区为耕聚比中值区[24,25]。

3.2 我国东部三大平原适宜耕聚比分析

研究结果表明，以全部农村户籍人口均有适宜的村庄建设用地面积作为适宜耕聚比计算标准，我国东北平原的黑龙江、吉林、辽宁适宜耕聚比应≥47.7、26.9、14.9，现状耕聚比未达到合理耕聚比要求；东北平原三省现状人均村庄建设用地面积超过200.0 m2的人均村庄建设用地标准是导致该地区未达到合理耕聚比要求的原因。除东三省外，我国东部平原其他省份适宜耕聚比在4.5～13.6；由于我国东部平原其他各省现状村庄建设用地面积均处于合理范围内，所以现状耕聚比均处于适宜耕聚比范围内。在当前农业机械化水平下，以保证全部耕地可得到充足田间管理所需的农业劳动人口作为适宜耕聚比计算标准，我国东北平原的黑龙江、吉林、辽宁三省适宜耕聚比应分别≥57.2、37.5、20.6，其他各省份适宜耕聚比在6.0～24.4之间。该标准体现的是理想状态下的耕地与村庄面积比例关系，所以我国东部平原各省份现状耕聚比均未达到该标准下适宜耕聚比要求（表2）。

表2 2019年我国东部平原主要省份现状耕聚比与适宜耕聚比分布

3.3 我国东部平原耕聚比发展趋势分析

2002—2020年我国东部平原各省农业机械总动力分析结果表明，我国东部平原各省农业机械总动力呈连年增长趋势（图3）；同时根据2005—2020年我国东部平原各省农村人口数量分析结果，我国东部平原各省农业人口数量呈持续下降趋势（图4）。所以，随着我国东部平原地区农业生产力水平的提高，农村地区剩余劳动人口增加，农村人口将逐渐向城镇迁移；伴随着农村人口的外迁，村庄建设用地需求下降，城镇建设用地需求上升。

图3 2002—2020年我国东部平原各省农业机械总动力变化趋势

图4 2005—2020年我国东部平原各省农村人口数量变化趋势

我国推行城乡建设用地挂钩与耕地占补平衡政策，某乡村地域范围内耕地面积基本保持稳定，但村庄建设用地面积将逐渐下降，所以我国东部平原地区耕聚比将呈逐渐上升趋势，而耕聚比的提升将进一步推动现代农业的发展。所以，高耕聚比即是推进农业现代化的基础也是农业现代化的结果，两者相辅相成。我国东北平原北部的商品农业区具有最高的耕聚比值也证实了该结论。根据我国东部平原不同地区农业现代化水平，华北平原与长江中下游平原地区耕聚比优化潜力较大，东北平原耕聚比优化潜力较小。

4 结论与讨论

（1）我国东部平原耕聚比分布规律：东北平原北部地区作为我国重要的商品粮生产基地，农业机械化水平高、人口稀少、人均耕地面积大，为我国东部平原耕聚比热点区，耕聚比呈现均值大、区域内变化大的特征。华北平原农业开发历史悠久、农业人口众多，人均耕地面积小、人均村庄建设用地面积大，成为我国东部平原耕聚比分布的冷点区，耕聚比呈现均值小、区域内变化小的特征。东北平原南部与长江中下游平原地区人口数量与人均耕地面积介于华北平原与东北平原北部地区之间，为我国东部平原耕聚比中值区；其中耕聚比较大、区域内耕聚比变化小是东北平原南部地区主要特征；而耕聚比均值较小、区域内变化大则是长江中下游平原主要特征。

（2）我国东部平原适宜耕聚比：以全部农村户籍人口均有适宜的村庄建设用地面积作为适宜耕聚比计算标准，东三省现状人均村庄建设用地面积均超过200.0 m2∕人的村庄建设用地标准，导致该地区未达到合理耕聚比要求。除东三省外，我国东部平原其他各省现状村庄建设用地面积均处于合理范围内，所以现状耕聚比均处于该标准下适宜耕聚比范围内。在当前农业机械化水平下，以保证全部耕地可得到充足田间管理所需的农业劳动人口作为适宜耕聚比计算标准，体现的是理想状态下的耕地与村庄面积比例关系；我国农村地区留守儿童与老人等非农业劳动人口占比较高，大多数外出务工人员仍保留着农村户籍与宅基地，导致我国东部平原各省份现状耕聚比均未达到该标准下适宜耕聚比要求。

（3）我国东部平原耕聚比发展趋势。随着我国东部平原农业生产力水平的持续提高与农村人口数量的持续下降，我国东部平原人均耕地面积将逐渐上升；受到城乡建设用地增减挂钩政策与农村建设用地管控政策的制约，我国东部平原地区人均村庄建设用地面积变化相对较小，耕聚比将呈逐渐上升趋势，而耕聚比的提升将进一步推动现代农业的发展。所以，高耕聚比即是推进农业现代化的基础，也是农业现代化的结果，两者相辅相成。

（4）我国东部平原耕聚比优化策略。东三省现状耕聚比低于理想状况下适宜耕聚比的主要原因是人均村庄建设用地面积较高，所以推进农村居民点整治，减少农村住宅空心化与“一户多宅”现象的出现，降低人均村庄建设用地面积是该区域耕聚比优化的主要策略。除东三省外，留守儿童与老人等非劳动人口占比高，人均耕地面积低是导致现状耕聚比低于理想状况下适宜耕聚比的主要原因。所以，该区域应首先通过推进城镇化建设与农业现代化建设，加速农村剩余劳动人口及其家属向城镇转移，提高人均耕地面积；同时通过农村居民点整治，降低人均村庄建设用地面积，最终实现人口结构的优化与耕聚比的提升。

（5）研究不足与展望。该研究主要从空间角度对我国东部平原不同地区耕聚比差异、发展趋势与优化策略进行了研究，未从时间角度研究不同地区耕聚比变化与影响因素；后续研究中可针对不同地区典型乡村开展调查，并利用多期土地利用数据对耕聚比变化规律与影响因素进行研究。不同省份适宜耕聚比计算过程中，假定村庄建设用地面积与耕地面积之和固定，两者间存在此增彼减的相互关系，该假设忽略了城镇用地、生态用地等其他各类用地变化对耕地与村庄建设用地面积的影响。后续研究可通过建立将“三生”空间相互转换关系考虑在内的适宜耕聚比分析模型，结合不同区域城镇化进程确定不同发展阶段适宜耕聚比。