耕地是粮食生产的基本保障，是决定一个国家或地区人口承载能力和可持续发展能力的重要制约条件^[1]。区域是土地利用变化研究的基本单元，区域耕地利用变化及其驱动力已经成为全球变化研究的前沿和热点问题^[2]。京津冀地区是我国经济最具活力、开放程度最高、创新能力最强、吸纳人口最多的地区之一，是拉动中国经济发展的重要引擎^[3]。《京津冀协同发展土地利用总体规划（2015—2020年）》中提到：合理安排规划期内土地利用目标和任务，优化生态建设、耕地保护与城镇发展空间格局。京津冀地区作为高度发达的“首都圈”，“城市周边”定义已相对模糊，部分城镇周边的耕地已经表现出零星、破碎化特征^[4]，城镇建设用地占用耕地、盲目蔓延情况严重^[5]。如果不对城区周边的耕地加大管控力度，可能会导致区域中心向周围城镇进一步无序拓展和蔓延，最终对耕地造成更大的破坏。区域作为人口、资源、环境相互作用较强的地区，在土地利用变化研究中逐渐得到重视。国内外学者研究有关流域的区域土地利用变化时主要基于水资源分区进行^[6-7]，且大多研究径流分布的相关规律^[8-9]、区域土地的生态系统服务评价^[10-11]等，对流域周边人地矛盾突出地区的耕地利用变化特征的研究相对较少。

京津冀是中国城镇化进程推进最快的地区之一。2002年对京津冀区域合作的学术理论研究开始深入^[12]；2004年京津冀区域合作由学术界理论探讨转为政府实质性操作阶段^[13]；2008年后，京津冀三地高层互访日渐频繁，京津冀出现协同发展的趋势；2013年以来，习近平总书记高度关注并亲自推动京津冀协同发展，推进京津冀区域合作^[12]。京津冀协同发展战略的推进，使众多非首都核心功能逐渐疏解至津冀两地，潮白河区域逐渐成为区域协同发展的缩影。当前有关潮白河区域的研究主要集中在河流上游^[14-15]，针对潮白河区域耕地利用变化特征的研究较少，缺乏对区域整体耕地利用动态变化的认知。因此探讨2001— 2017年京津冀潮白河区域耕地利用变化及其原因，对探索我国跨行政区的区域社会、经济、生态协调发展模式，促进京津冀协同发展具有重要意义。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

京津冀地区是我国的政治、文化中心，也是高度城镇化地区。城镇化快速发展致使该区域的土地利用发生了显著变化，成为当前土地利用研究的热点和重点地区。本研究以连接京津冀三地的潮白河区域为研究区，包括北京市顺义区、通州区，天津市宝坻区，河北省三河市、大厂县和香河县（图 1）。

通州区位于北京市东南部，是承担住宅建设的重要地区。顺义区位于北京市东北部，承担着北京主要的工业转移和产业转移。宝坻区位于天津市北部，地势平坦，是我国北方重要的粮食和棉花生产基地。三河市与北京市通州区隔潮白河相望。大厂县是我国北方最大的牛羊养殖、加工商业基地。香河县位于北京市、天津市“一小时经济圈”的节点^[16]。京津冀协同发展战略的实施，对潮白河区域发展和城镇建设起到了明显的推动作用，同时，区域内耕地资源流失较重。

1.2 数据来源

研究采用2001—2017年的Landsat遥感影像图，包括2001年Landsat TM卫星数据（时相为8月）、2005年Landsat TM卫星数据（时相为4月）、2009年Landsat TM卫星数据（时相为9月）、2013年Landsat 8卫星数据（时相为5月）、2017年Landsat 8卫星数据（时相为5月）共5期遥感影像作为基础数据，影像分辨率为0 m，数据来源于中科院遥感所与地理空间数据云，对遥感影像图进行辐射定标、大气校正和裁剪等预处理后进行分类。利用eCognition对原始遥感影像图进行监督分类，通过Google Earth和实地调查对分类结果进行人工修正，在ArcGIS 10.3的支持下生成5期土地利用图，Kappa系数均大于0.8，并作土地利用变化图谱，呈现耕地时空动态演变特征。2001—2017年土地利用数据分类主要参照2007年第二次全国土地调查土地分类，同时参考相关文献中的分类方法，确定土地利用类型为耕地、林地、草地、工矿用地、城镇用地、农村居民点、水域。社会经济数据来源于各地区社会经济统计年鉴。

1.3 研究方法 1.3.1 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵能够反映某一区域某一时段期初和期末各地类面积之间相互转化的动态过程。土地利用转移矩阵的通用形式如式（1）所示。

(1)

式中：S代表面积；n代表转移前后的土地利用类型数；i、j分别代表转移前与转移后的土地利用类型；S_ij代表转移前的i地类转换成转移后的j地类的面积。

1.3.2 空间基尼系数

空间基尼系数是衡量产业集聚程度的一种指标。该方法可以用于衡量耕地分布的空间集聚程度^[17]。其公式如式（2）所示。

(2)

式中：P_ij为第i个地区j地类面积占全区域同一地类的比例；X_i为第i个地区总面积占全区域总面积的比例；G_j为第j种地类空间基尼系数。G_j的值在0和1之间，对于耕地而言，G_j的值越接近0，耕地破碎化程度越严重；G_j的值越接近1，耕地的集聚化程度越高。

2 结果与分析 2.1 土地利用结构变化

分析研究区2001—2017年5期土地利用图（图 2）得到，空间格局上，区域耕地由2001年各地均匀分布的格局逐渐转变成沿潮白河东南方向耕地面积较大、西北方向耕地呈小块分布的零散格局。城镇用地呈组团状向通州、顺义等北部地区发展，分布逐渐朝热点区域极化。特别地，通州、顺义两区2017年城镇用地布局相对于2013年更为集中，是由于2017年通州区采取了“疏解整治促提升”行动，拆除了中心城区周边0.1万hm²的违法建筑，顺义区在“十三五”规划期间，部分乡镇进行了区划调整，撤镇设立街道办事处，促使农村居民点向城镇用地转变。2013年后顺义区城镇用地转变为耕地的面积较多且分散，原因是协同发展战略提出后，顺义区按照疏解非首都功能的产业结构要求，将部分工业企业转移至津冀二地，原有城镇用地经综合治理后部分转为耕地。

分析研究区2001—2017年土地利用结构（表 1）可知，数量结构上，耕地是区域最主要的土地类型，五个时间点耕地面积均超过60%，其次是城镇用地，平均占比为13.05%。总体来看，区域土地利用结构表现出耕地持续减少、城镇用地持续增加的趋势。

耕地呈持续减少的趋势，由2001年的31.63万hm²减少到2017年的27.86万hm²，减少速率波动较大，年均减少率由期初的0.15%增加至0.50%，后持续增加至1.39%，最终减缓至期末的0.05%，表明城市化、工业化的推进对耕地造成了持续性的侵占。林地数量波动下降，2009年面积降至0.35万hm²，后期面积逐渐稳定至2017年的0.48万hm²，主要原因是前期林地保护的政策不够完善，后期退耕还林、荒地造林等政策的提出使林地面积有了恢复性的增加。城镇用地呈持续增加的趋势，由2001年的3.46万hm²增长到2017年的7.48万hm²，主要原因是经济快速发展吸引了大量人口转移，住宅、商业、交通用地面积不断增加，大量耕地转化为城镇用地。农村居民点面积呈波动减少的趋势，“撤乡改镇”和农村居民点整理是农村居民点面积减少的重要原因。水域面积呈波动增加的趋势，可能与湿地公园建设以及引滦入津工程的供水措施有极大关系。草地和工矿用地面积变化不明显。

2.2 耕地利用转移特征

根据2001—2017年研究区土地利用变化图（图 3）和主要土地利用转化类型（图 4）可以看出，研究区耕地与其他土地类型之间的转化呈现显著差异，空间分异性较明显。

2.2.1 2001—2005年耕地利用转移特征

2001—2005年（图 3a、图 4a），区域耕地转移面积为10.97万hm²，空间分布有显著差异，新增耕地5.35万hm²，减少耕地5.62万hm²，耕地转换以转出为主。其中，新增耕地主要来源于农村居民点（72.65%）的转化，全区域都有增加，这是由于京津冀地区作为我国首批推进城镇化的地区，大量农村人口向城镇转移，造成大批农村居民点空闲，2004年原国土资源部印发了《关于加强农村宅基地管理的意见》，明确提出要积极推进农村建设用地整理，确保耕地面积不减少，推动了农村居民点向耕地的转变。耕地减少最主要的去向是城镇用地（39.70%），主要分布在通州区、顺义区、三河市，通州、顺义两区城镇化、工业化发展速度较快，GDP较高，三河市地势平坦且区域面积较大，交通便利，经济的快速发展带动了住宅、工业、服务业等用地面积较大产业的发展，城镇用地增加较为明显，其他区（县）由于地理位置、经济水平的限制在这一阶段扩张较为缓慢。

2.2.2 2005—2009年耕地利用转移特征

2005—2009年（图 3b、图 4b），区域耕地转移面积为10.82万hm²，空间分布相对分散，区域差异不明显，新增耕地4.96万hm²，减少耕地5.86万hm²，耕地转换以转出为主。其中，新增耕地主要来源于农村居民点（36.98%）的转化，主要分布在香河县和三河市；耕地减少最主要的去向是农村居民点（58.09%），主要分布在通州区南部、香河县、大厂县、三河市以及宝坻区北部。该阶段耕地转移以耕地和农村居民点互换为主，主要原因是2006年新一轮土地利用总体规划（2006—2020年）开始实施，各地处于建设用地扩张阶段，农村居民点面积也适度扩大，这导致了农村居民点扩张占用耕地现象的出现。与此同时，2006年原国土资源部发布《耕地占补平衡考核办法》，严格管控占用耕地问题，人口迁移需要大量住房，城镇房价昂贵，距离北京较远的大厂县、宝坻区等地因人口迁移空置了大量农村宅基地，通过土地整理措施转换为耕地，补充耕地的面积主要通过整理沟路渠田坎和整理耕地区域内零星用地及其他地类得到。

2.2.3 2009—2013年耕地利用转移特征

2009—2013年（图 3c、图 4c），区域耕地转移面积为12.54万hm²，比2005—2009年转移面积扩张1.72万hm²，空间分布相对集中，区域差异较明显，新增耕地4.67万hm²，减少耕地7.87万hm²，耕地转换以转出为主。其中，新增耕地主要来源于农村居民点的转化（56.38%），大多分布在顺义区东部、通州区南部、三河市、大厂县、香河县南部和宝坻区北部，2010年出台了《国务院关于严格规范城乡建设用地增减挂钩试点切实做好农村土地整治工作的通知》，文件规定，整治腾出的农村建设用地，首先要复垦为耕地。推动了2009—2013年京津冀潮白河区域农村居民点向耕地的转换。耕地减少的最主要去向是城镇用地（41.25%），主要在顺义区西部、通州区北部、香河县北部，该时段城镇用地增长密集区不再局限于北京市顺义区、通州区的中心部分，周边的香河县等地城镇用地也出现了扩张，这说明该阶段各县（市）的城镇化、工业化速度都有所加快，促进了耕地非农化进程。

2.2.4 2013—2017年耕地利用转移特征

2013—2017年（图 3d、图 4d），区域耕地转移面积为10.98万hm²，比2009—2013年转移面积减少1.56万hm²，空间分布相对分散，区域差异不明显。新增耕地5.47万hm²，减少耕地5.51万hm²，耕地转换以转出为主。其中，新增耕地主要来源于农村居民点的转化（52.85%），大多分布在通州区南部、顺义区西部和大厂县西部；耕地减少的主要去向是农村居民点（39.69%），主要在顺义区东部、通州区中部、三河市中部和宝坻区中部。该阶段耕地利用转移图以耕地和农村居民点互换为主，转移面积相差不大。2013年，京津冀一体化与京津冀协同发展战略提出后，津冀两地承接众多非首都核心功能的转移，产业结构不断优化，空间紧密度不断增强，政策的提出必定吸引人口流动，在此期间，宝坻区不断建设工业园区，大力招商引资，致使宝坻区城镇用地急剧增加，耕地快速减少，潮白河区域香河县、大厂县、三河市等地实施融入“京津冀都市圈”的土地利用战略，通过土地整治补充耕地，因此耕地数量有小幅增加。该阶段耕地面积相对稳定。

2.2.5 2001—2017年耕地利用转移特征

2001—2017年（图 3e、图 4e），耕地转换以转出为主，主要转换成城镇用地、农村居民点和水域。新增城镇用地主要分布在顺义区西部、通州区西部和北部、三河市西部、大厂县北部、香河县中部、宝坻区北部；新增农村居民点主要分布在顺义区东部、通州区南部、三河市中部、大厂县西部、香河县北部和宝坻区中部；新增水域主要分布在宝坻区南部，且水域面积沿潮白河有明显增加。

总体来看，2001—2017年京津冀潮白河区域耕地利用转移特征主要表现在以下两个方面：

（1）耕地变化活跃区主要分布在通州区、顺义区及周边地势较平缓地区。大范围耕地的空间分布受制于环境因素，不同地理环境背景下耕地变化剧烈程度存在明显差异，北京段处于平原地带，天津段位于低山丘陵地带，河北段地势北高南低，地形起伏高差相对其他两地较大，自然条件的空间分异特征与从北京段到河北段城镇化水平逐渐降低、耕地所占比例逐渐上升的空间分布特点相一致。

（2）耕地与城镇用地、农村居民点和水域的转化过程较为显著。2001年后，中国实施了严格的土地管理和耕地保护政策，耕地减少速度总体减慢，2005年北京计划将通州打造成“面向未来的新城区”，加快了通州及周围城市城镇化进程，这与区域范围内耕地面积2001—2005年减速慢、2005—2017年减速快的特点密切相关。城镇化、工业化的推进使人口大量涌入京津冀地区，但高房价迫使大量流动人口放弃城镇转去周边乡村寻找住房，同时，2004年原国土资源部印发的《关于加强农村宅基地管理的意见》和2010年出台的《国务院关于严格规范城乡建设用地增减挂钩试点切实做好农村土地整治工作的通知》，都明确提出要积极推进农村建设用地整理，整治腾出的农村建设用地首先要复垦为耕地，这推动了耕地与农村居民点之间的转换，普遍进行的“撤乡改镇”和逐渐开展的农村居民点整理是农村居民点面积开始减少的重要原因。耕地转化成水域可能与湿地公园建设以及南水北调的举措有极大关系。

2.3 耕地破碎特征

通过计算研究区五个时段空间基尼系数（表 2）得到，耕地空间基尼系数从2001年的0.000 68增加至2005年的0.002 87，然后下降至2009年的0.001 86，再上升至2013年的0.004 14，2017年，研究区耕地空间基尼系数迅速降低至0.001 04，土地利用景观破碎化程度加剧。且各时期耕地空间基尼系数均小于0.01，说明耕地空间集聚水平整体偏低。2001—2013年，耕地空间基尼系数波动上升。该时期国家实行了耕地占补平衡、永久基本农田保护等政策，对耕地合理利用和保护具有一定成效，耕地集聚程度有所提升。各地在完成耕地保护目标的基础上也要推进城镇化建设和退耕还林生态工程的实施。2013—2017年，耕地转换为城镇用地、农村居民点的面积相比之前大幅减少，但该时期耕地的空间基尼系数大幅下降，这是因为2013年京津冀协同发展战略使潮白河区域承担了一部分疏解北京非首都功能的任务，区域在此期间大力推进城镇化、工业化发展，耕地资源流失较重。潮白河区域作为三省的交汇处，路网密度极大，交通道路的建设使周边的耕地与生态用地不断减少，建设用地不断增加，土地利用景观破碎化程度不断加剧。

3 讨论

本研究基于Landsat影像和eCognition、ArcGIS等软件分析了京津冀潮白河区域耕地利用时空演变特征，可为解决未来京津冀协同发展过程中耕地保护问题提供一定参考。然而，所用图像时相不完全相同，可能会对研究结果造成一定影响。本文主要是从定性角度对不同时期耕地利用变化特征进行分析，如何定量分析区域耕地利用的影响因子并预测耕地未来变化趋势是下一步重点研究的方向。

土地利用变化分析是深入了解土地利用变化复杂性的重要途径，也是研究土地利用变化程度和未来趋势的主要方法^[18]。京津冀协同发展战略的提出使人地矛盾尖锐的京津冀地区面临着耕地资源保护与城镇建设兼顾的现实问题，直接导致了不同土地类型数量变化，以及这些土地类型之间转化数量与方向的变化。未来应基于《京津冀协同发展土地利用总体规划（2015—2020年）》，进一步合理分配潮白河区域地类用地指标，构建协调生态保护与经济发展的土地资源空间优化配置方法^[19]。

为更好地实行新一轮京津冀土地利用总体规划，协调城镇建设、经济发展与耕地保护之间的关系，根据区域特征提出以下建议：

（1）潮白河区域北京段在加快建设国际化大城市的同时，也要加强对耕地等农业生产用地、林草地等自然植被的保护。未来北京市的土地利用调控应注重区域之间的差异性^[20]，明确通州、顺义两区城市发展新区的定位，加强土地资源规划和管理，减少快速城镇化对耕地的影响。

（2）潮白河区域天津段水域面积较大，水田、鱼塘等数量多且布局分散，未来天津段应加强水田、鱼塘、湿地等的保护工作，利用遥感手段强化卫片执法检查^[21]，减少耕地等农业生产用地和湿地等生态用地的破坏。

（3）潮白河区域河北段的城镇化程度相对较低，但城镇化过程中带来的耕地后备资源不足、耕地破碎化问题已经存在。为进一步实现京津冀区域内协同发展，河北必须拓展产业发展空间^[22]，做好京津冀区域的生态保障，增加生态建设和环境保护投资力度，实现社会、经济、生态三位一体的协调发展模式。

京津冀协同发展的首要任务是破除行政区划束缚，建立健全跨区域土地资源保护统筹协调发展机制^[23]，重点要做到土地开发与资源环境承载力相匹配。各区（县）应结合自身地理位置、资源条件，培育具有内生比较优势的产业，主动承接京津资源，实现互补发展。在京津冀城市建设用地规划过程中，要注重调整资源配置模式和连通性的多样性^[24]，空间上加强城镇用地与农村居民点的连通性，减小城镇用地增长对耕地的占用程度^[25]，通过土地整治改善耕地生态质量，提升资源环境利用的可持续性^[26]。同时也要尽早制定、出台各区（县）产业疏解或产业承接的规划，对产业疏解的地区，在符合地区现状的情况下，尽量将原产业园区用地转换为耕地；对产业引入的地区，要做好土地利用规划，严格保护耕地。

4 结论

（1）空间格局上，区域耕地由2001年各地均匀分布的格局逐渐转变成沿潮白河东南方向耕地面积较大、西北方向耕地呈小块分布的零散格局。数量结构上，区域土地利用结构表现出耕地持续减少、城镇用地持续增加的趋势。耕地总面积减少3.77万hm²，耕地变化面积占变化总面积的32.61%。

（2）耕地变化活跃区主要分布在通州区、顺义区及周边地势较平缓地区，耕地与城镇用地、农村居民点和水域的转化过程较为显著。

（3）京津冀潮白河区域耕地空间集聚水平整体偏低，区域耕地的空间基尼系数较小，各时期均小于0.01，土地利用景观破碎化严重。