乡村空间的优化和重构是改善农村生产与生活环境的重要前提和保障。当前我国广大平原农区农村居民点布局散乱, 空心化现象严重, 耕地细碎化利用, 导致乡村生产和生活空间配比失衡^[1]。探讨与社会经济发展阶段相适应的农村聚落合理规模及其空间布局, 是农业与乡村地理学研究的重要内容。建国以来, 农村聚落规模优化配置方面的研究最早可追溯至20世纪50至60年代人民公社化运动时期, 这一时期全国重点乡村陆续开展了人民公社规划工作, 提倡有步骤、有计划地实现农村居民点合并, 同时也涉及到农业生产、文化教育和道路水利设施等规划建设^[2]。改革开放初期, 随着农村经济的蓬勃发展, 各地出现建房热的现象, 村庄建设用地的无序扩张也开始受到关注, 村镇规划工作陆续开展, 一些学者提出应对农村聚落进行整治。李旭旦等^[3]以江苏省为例, 对农村聚落的土地粗放利用状况进行了研究, 提出对平原农区农村聚落规模进行调整, 提高耕地聚落比值。近年来, 随着城镇化和工业化的迅速发展, 村庄空心化等问题逐渐显现, 农村居民点的整治与优化配置成为适时补充耕地、挖掘存量土地, 提高城乡建设用地效率的重要手段^[4]。

农村聚落的规模调整是优化乡村空间需要考虑的首要前提, 也是协调农村人地关系的必然要求。随着社会经济的发展, 农村聚落占城乡建设用地总量的比例逐渐降低^[5], 特别是在城镇化发展背景下, 农村居民点用地需求会随着农村人口的不断减少而减少。而在现实情况中, 乡村建设无序和土地空废化现象突出, 导致农村建设用地利用有增无减和效率低下^[6]。据李裕瑞等^[7]对中国农村居民点面积与农村人口的耦合分析, 由于我国长期实行城乡二元体制, 出现农村人口减少而农村居民点用地反增的不合理现象。从乡村空间优化的角度, 统筹配置城乡土地, 协调人地关系, 破解农村“人减地增”的问题, 优化农村生产空间和生活空间, 是顺应城乡转型发展趋势的必然要求。基于农村土地利用情景研判, 科学测算当前农村聚落的合理用地规模, 是掌握农村土地整治潜力、开展农村土地整治的首要前提。农村聚落整治潜力主要分为理论潜力和现实潜力, 目前有关农村聚落整治潜力的测算方法以现实潜力居多, 主要有政策指标测算法(人均与户均建设用地标准法)^[8]、村庄内部土地闲置率法^[8]、容积率法^[9]、分区模式法^[10]、抽样法^[11]、农户搬迁意愿法^[12]、多因素综合评判法^[13]和典型村庄整理法^[14]等。此外, 不少学者也根据地方实际情况对整治潜力进行了修正^[15-16]。上述方法都有其合理性, 但多是从农村聚落单一用地类型角度出发进行预测, 没有考虑农民赖以生存的耕地及耕地经营收入所能支撑的人口。

农村聚落是具备生产和生活等综合功能的承载体。实现乡村地区生产与生活空间的平衡, 需要对当前村庄规模以及支撑村庄发展的耕地规模进行科学的调整。为此, 笔者以平原农区的典型县域——山东省禹城市为例, 将农村聚落与耕地统筹考虑, 从耕地聚落比值优化的角度, 提出农村聚落合理规模与整治潜力的理论测算方法, 为科学合理地测算农村土地整治潜力提供参考。

1 研究区概况

平原农区是我国主要的粮食生产区, 粮食种植收入占农户收入的比例较大, 是影响农民家庭收入的重要因素。农村土地利用类型主要为耕地和农村聚落用地, 且在空间上表现出交错互嵌的显著特点, 两者之间的比值反映耕地规模与农业人口及农村聚落的关系, 是平原农区人地关系的重要表现, 也是平原农区农村聚落规模优化调整需要着重考虑的重要因素。禹城市为山东省德州市下辖县级市, 是黄淮海平原农区的典型县域。全县土地面积为990.7 km², 辖8镇、2乡、1个街道办事处和1个省级高新技术产业开发区。2014年, 全县总人口为53.13万人, 其中农业人口35.75万人。国内生产总值244.62亿元, 三次产业增加值比例分别为13.5%、50.9%和35.6%。从产业结构看, 禹城市农业产值比例较高, 分别高于同期山东省及全国5.43和4.30百分点; 从种植业结构来看, 冬小麦和玉米等粮食作物生产占据主导地位; 从土地利用结构来看, 2014年耕地和农村居民点用地占土地总面积的73.36%。其中, 耕地面积57 920 hm², 占土地总面积的58.46%；农村居民点用地面积14 759 hm², 占土地总面积的14.90%;城镇用地面积4 194 hm², 占土地总面积的4.10%；其他建设用地(包括交通用地和采矿用地等)和其他农用地(包括林地、园地和草地等)面积分别占土地总面积的4.90%和17.64%。村庄布局分散, 村内农村聚落空废化严重^[17]。近年来, 禹城市作为农村土地制度改革及新农村建设的试点县, 积极推进城乡建设用地增减挂钩政策及新型农村社区建设, 是开展平原农区农村土地利用研究的典型样区。

2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源

研究数据主要为禹城市社会经济统计数据及土地利用数据。其中农业人口、农户收入及收入结构数据来源于1996—2013年《德州统计年鉴》以及2003—2014年《禹城市国民经济和社会发展统计公报》; 粮食单产数据来源于禹城市统计局; 粮食收购价格以2013年1月—2015年10月禹城市粮食磅秤收购价均值为准, 数据来源于中华粮网数据中心; 粮食生产成本数据来源于禹城市《2015年夏粮价格调查分析》和《2015年秋粮价格调查分析》。土地利用现状数据通过ENVI 4.8软件对该区域2014年Landsat 8遥感影像图进行监督分类解译获取, 同时结合2014年Google Earth拍摄的该区域高清航空影像图(分辨率为3.8 m)进行解译矫正。利用混淆矩阵计算可得影像总体解译精度为94.66%, Kappa系数为95.99%, 影像的解译精度较高。

2.2 研究方法

耕地与聚落用地面积比值能够反映平原农区的耕地面积与农业人口及农村聚落的关系。近年来, 随着城镇化的发展, 农村人口不断向非农转移, 农户收入结构发生变化, 耕地产出所能养活的人口减少, 反映平原农区农村土地利用情景的耕地聚落比值也随之变化。基于此, 通过计算合理耕地聚落比值, 从耕地承载力的角度测算未来农村土地利用情景下的耕地承载农业人口及农村聚落用地的理论规模(图 1)。

2.2.1 耕地聚落比值

耕地聚落比值指农区耕地面积与农村聚落面积之比, 农村生产与生活空间的优化配比有赖于合理调整这2种用地的结构。20世纪80年代, 李旭旦等^[3]在研究江苏省农村聚落的整治问题时采用了这一指标。笔者借用这一指标进行农村生产与生活空间配比的定量测算。合理耕地面积的测算方法为根据一个地区耕地产出及其占农民总收入的比例, 计算得到满足农民收入增长需求的最低人均耕地面积。在此基础上, 结合我国农村人均建设用地相关标准, 计算合理的耕地聚落比值(即人均耕地面积与人均建设用地面积之比)。最后, 通过这一合理的耕地聚落比值, 得出未来农村聚落用地和耕地的合理规模(假设农村聚落和耕地面积之和不变)。耕地聚落比值的测算公式为

$ \mathit{\Omega } = \frac{A}{C}, $

(1)

$ A = \frac{{E \times Q}}{R}。$

(2)

式(1)~(2) 中, Ω为合理耕地聚落比值; A为农户人均合理耕地面积，m²·人^-1; C为农户人均建设用地标准，m²·人^-1, 以GB 50188—93《村镇规划标准》中规定的150 m²·人^-1计算; E为农户人均纯收入，元·人^-1; Q为种植业纯收入占农户人均纯收入的比例; R为单位面积耕地纯收入，元·m^-2。Q反映农户兼业化发展趋势:一般来说, Q越小, 说明种植业收入占农户总收入的比例越低, 农户兼业化程度不断加深, 反之亦然。通过将Q设置为不同数值, 利用GM(1, 1) 模型模拟未来种植业收入占农户总收入的不同比例, 可以预测不同兼业化情景下村庄耕地承载农业人口及农村聚落的理论规模。

禹城市位于黄淮海平原农区, 该区种植业为一年两熟制, 主要为冬小麦和玉米轮作。因此, R值的测算主要以这2种作物(粮食作物)每1 hm²纯收入为准, 其测算公式为

$ R = O - I, $

(3)

$ O = W \times {P_{\rm{W}}} + C \times {P_{\rm{C}}}, $

(4)

$ I = {s_{\rm{e}}} + {f_{\rm{e}}} + {p_{\rm{e}}} + {m_{\rm{e}}} + {i_{\rm{e}}}。$

(5)

式(3)~(5) 中, O为单位耕地面积产出, 元·(666.67 m²)^-1; I为单位耕地面积投入，元·(666.67 m²)^-1; W和C分别为小麦和玉米平均单产，kg·(666.67 m²)^-1; P_W和P_C分别为小麦和玉米磅秤收购价格，元·kg^-1，考虑到农产品收购价格受市场影响而波动变化较大, 采用禹城市近3 a(2013—2015年)的平均收购价格计算；s_e、f_e、p_e、m_e和i_e分别为种子、化肥、农药、机械和灌溉费用，元·(666.67 m²)^-1。由于农民作业较少考虑到自身劳动成本, 因此这里不计人工成本费。

2.2.2 GM(1, 1) 模型

灰色系统理论主要研究如何依据有限的灰色信息去预测系统的未来变化趋势和决策, 灰色动态模型是直接将时间序列转化为微分方程, 从而建立抽象系统的发展变化动态模型^[18]。GM(1, 1) 模型表示含有1个变量的1阶微分方程, 是灰色理论中最常用的预测模型。通过GM(1, 1) 模型预测未来农户人均纯收入和种植业收入占农户人均纯收入的比例, 其建模步骤如下。

(1) 收集原始数列为x⁽⁰⁾, 对x⁽⁰⁾进行累加处理生成x⁽¹⁾:

$ {x^{\left( 1 \right)}}\left( i \right) = \sum\limits_{m = 1}^i {{x^{\left( 0 \right)}}\left( m \right)} 。$

(2) 构造矩阵B和Y_n, 计算$\hat a$:

$ \hat a = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} a\\ u \end{array}} \right] = {\left( {{\mathit{\boldsymbol{B}}^{\rm{T}}}\mathit{\boldsymbol{B}}} \right)^{ - 1}}{\mathit{\boldsymbol{B}}^{\rm{T}}}{\mathit{\boldsymbol{Y}}_n}。$

(3) 将求得的$\hat a$代入响应函数:

$ {\hat x^{\left( 1 \right)}}\left( {i + 1} \right) = \left[ {{x^{\left( 0 \right)}}\left( 1 \right) - \frac{u}{a}} \right]{{\rm{\bar e}}^{ai}} + \frac{u}{a}。$

(4) 对${{\hat x}^{\left( 1 \right)}}\left( {i + 1} \right)$求导还原成预测模型${{\hat x}^{\left( 0 \right)}}\left( {i + 1} \right)$, 并进行精度检验。该研究中精度检验主要采用平均相对误差和后验差比值C来衡量。

(5) 若检验结果可用, 则可以利用${{\hat x}^{\left( 0 \right)}}\left( {i + 1} \right)$模型进行预测, 否则需建立残差模型对${{\hat x}^{\left( 1 \right)}}\left( {i + 1} \right)$进行修正。

3 结果与分析 3.1 禹城市农户收入结构变化

从农民收入结构来看, 家庭经营性收入和工资性收入是禹城市农民收入的主要构成, 两者占农民总收入的90%以上, 而财产性收入和转移性收入占比不到10%。1998年以来, 家庭经营性收入占家庭总收入的比例不断下降, 由89.01%下降到55.54%, 而工资性收入所占比例由5.42%上升到33.95%, 但家庭经营性收入仍然是禹城市农民家庭收入的最主要来源。农户收入结构中非农收入增加, 农业收入比例下降, 符合区域产业结构演进理论。

家庭经营收入主要包括种植业收入、林业收入、渔业收入和牧业收入等农业生产经营收入。近年来, 种植业收入占农户家庭经营性收入的70%左右(图 2)。在农业生产技术水平和管理水平相对稳定的前提下, 农户的人均耕地面积成为影响其收入的最主要因素。因此, 平原农区农村人口和聚落的合理规模测算需要综合考虑区域耕地规模。当前状况下, 通过城镇化带动、农民非农转移及退宅还田, 提高耕地聚落比值, 增加农民人均耕地面积, 是农民增收的重要途径。

3.2 禹城市现状耕地聚落比值分析

利用ENVI 4.8软件解译获取2014年禹城市土地利用类型图(图 3), 其中农村居民点面积为14 759 hm², 耕地面积为57 920 hm²。在此基础上, 结合各村庄行政边界, 利用ArcGIS 10.0软件中的Union工具, 得到各村庄耕地面积和农村居民点面积数据, 进一步计算可得现状耕地聚落比值。当前, 禹城市各村庄耕地聚落比值平均约为3.9, 最大值为14.35, 最小值为0.08, 区域差异较大。从频数分布直方图来看, 绝大部分村庄耕地聚落比值介于2~6之间, 占村庄总数的75%左右(图 4)。

耕地聚落比值反映了乡村地区生产空间和生活空间的结构配比, 禹城市作为典型平原农区的代表, 近些年来农村空心化现象严重, 村庄占地面积过大且不断向外扩张, 导致耕地面积相对减少。农村土地整理和城乡建设用地增减挂钩背景下, 要求采用一定的技术方法对其耕地聚落比值进行合理调整, 以实现乡村生产空间与生活空间的配比平衡。

3.3 禹城市合理耕地聚落比值测算 3.3.1 农民人均纯收入预测

近年来, 禹城市农民人均纯收入持续增加, 1995年以来平均年增长速度为12%, 2014年达12 194元。利用1995—2014年农民人均纯收入历史数据, 借助Matlab 7.0软件, 采用GM(1, 1) 模型预测2020年农民人均纯收入。GM(1, 1) 模型具有一定的适用范围, 随着模型中发展系数a增大, 模型预测误差增大, 当发展系数a的绝对值小于0.3时, 模型模拟的精度较高, 可用于中长期预测^[18]。根据计算, GM(1, 1) 模型模拟未来农村人均纯收入时的发展系数a为-0.11, 因此, 该模型非常适用于该研究。此外, 模拟精度采用相对误差检验和后验差检验衡量。一般认为, 当后验差比值C小于0.35时, 模型的模拟效果较好^[19]。经运算, 模型平均相对误差为9.8%, C为0.12, 模型模拟精度较高。在此基础上, 预测得到2020年农户人均纯收入约为22 045元(图 5)。

3.3.2 耕地单产收入测算

2014年禹城市小麦平均单产为8 253 kg·hm^-2, 平均磅秤收购价为2.51元·kg^-1; 玉米平均单产为9 312 kg·hm^-2, 平均磅秤收购价为2.24元·kg^-1, 计算可得每1 hm²耕地产出值O约为41 573.91元。根据禹城市物价局调查资料, 该区农户小麦和玉米生产的投入包括种子、化肥、农药、灌溉和机械作业等费用。其中, 化肥与机械作业费占生产总投入I比例最大, 两者共占70%以上(表 1)。通过式(2), 计算得到耕地每年每1 hm²纯收入R约为28 755元。

3.3.3 合理耕地聚落比值测算

从历史数据来看, 1998—2012年禹城市农户种植业收入占总收入的比例呈不断下降趋势, 农户兼业化程度不断强化(图 5)。同样, 利用GM(1, 1) 模型, 分别预测得到2014和2020年种植业收入占农户总收入的比例约为35.24%和31.34%(模型的平均相对误差为6.39%, C值为0.12, 模型较为稳健)。因此, 设定2种农户未来兼业化情景进行预测, 即兼业化现状情景和深化情景(对应的Q值分别为35.24%和31.34%)。根据式(1), 计算得到2种情景下满足农户收入需求的人均最低耕地面积分别约为0.15和0.24 hm²。根据GB 50188—93规定的农村居民建设用地标准150 m²·人^-1, 得出相应的耕地聚落比值分别为9.95和15.99。

3.4 禹城市农村聚落合理用地规模测算

2014年禹城市耕地和农村聚落面积共72 679 hm², 根据上文计算的2种兼业化情景下的合理耕地聚落比值系数, 分别得出禹城市合理耕地规模、合理农村聚落规模和整治潜力(即现状用地规模与合理用地规模之差)(表 2)。由表 2可知, 未来禹城市农村居民点可腾退潜力约为8 121~10 481 hm², 整治增地率约为55.02%~71.01%。随着农业兼业化的不断深化, 农村聚落理论可腾退潜力也逐渐增大。这是因为随着农户未来收入的不断增长, 为满足其收入水平, 在耕地单产相对稳定的情况下, 需要提高农户的人均耕地面积, 从而使耕地可供养的农业合理人口规模相对下降。随着农业人口的下降, 农村地区居住用地需求也不断下降, 导致理论上的农村聚落整治潜力提高。

在农业兼业化深化情景下, 2020年禹城市耕地所能供养的农业合理人口规模为28.50万人。这意味着未来一段时间内, 要想发挥农村聚落的整治潜力, 需要约7.25万人的农村人口进行非农就业转移(2014年禹城市农业人口约为35.75万人)。城镇化的发展是促进劳动力非农转移的重要途径, 对于这部分农业剩余劳动力, 要通过不断促进城镇化的发展(主要为县城和重点镇), 为其提供相应的非农就业机会, 同时通过城乡户籍制度改革等措施, 着力破除城乡二元结构体制, 在实现劳动力非农转移的同时, 促进农村人口市民化, 进一步解决农村地区“人走地留”的问题。而对于留在农村的人口, 通过农村土地制度改革, 促进土地流转, 扩大人均耕地面积, 提高其农业收入水平, 满足其未来收入需求。因此, 农村聚落整治潜力的释放受到未来城镇化发展情景、农村人口市民化进程和土地制度改革创新力度的影响。

4 讨论

农村生产和生活环境的改善有赖于乡村土地整治^[20], 其中涉及农村聚落规模的优化配置。平原农区的村庄一般历史较为悠久, 农业生产特征显著, 长期以来村庄的选址和用地规模主要由耕地资源分布及其可养活的村庄人口规模决定, 这反映了该区域耕地和村庄用地的深刻联系, 因此农村的人地关系集中体现在耕地-聚落关系上。

在以人畜力为主的农业生产力水平下, 耕作半径小, 农村聚落规模小且分散, 但由于收入水平低, 平均供养一个农民所需的耕地面积较小, 因此耕地聚落比值也较小。而在以机械化为主的农业生产力水平下, 耕作半径变大, 同时由于收入水平提高, 供养一个农民所需的耕地面积增大, 耕地聚落比也变大。因此, 在从人畜力向机械化的农业生产力转变及农民城镇化转移的背景下, 耕地-聚落比呈现出不断上升的态势。随着农业生产率水平的提高, 农村形成大量剩余劳动力, 农村家庭兼业化成为非常普遍的现象^[21-22], 在某些经济发达地区(如苏南地区), 工资性收入已成为农民收入的主要来源^[23]。但在欠发达平原农区, 也是村庄空心化最为严重的地区, 传统农业收入依然是农民家庭收入的主要来源。因此, 考虑到在可预见的未来我国农村家庭兼业化的长期存在, 通过测算满足不同兼业化情景下农户收入需求的合理人均耕地面积与耕地聚落比, 来分析平原农区农村聚落用地的理论合理规模及腾退潜力, 是科学可行的技术路径。

近年来, 禹城市作为农村土地制度改革及新农村建设的试点县, 积极推进城乡建设用地增减挂钩政策及新型农村社区建设。测算农村聚落合理用地规模对于科学地制定相关土地政策措施、有效释放农村土地整治潜力具有重要意义。该研究从耕地聚落比值优化的角度测算平原农区山东省禹城市农村聚落用地合理规模。根据测算结果, 在农户兼业化现状和深化情境下, 禹城市农村居民点用地整治潜力可达到8 121和10 481 hm², 占现状农村居民点用地的55.02%~71.01%。刘彦随等^[24]基于禹城市40个典型村的调查测算结果表明, 近期整治增地潜力为6 697 hm², 远期整治潜力达7 909 hm²。典型村庄调研的方法属于一种现实潜力的测算方法, 笔者测算得到的整治潜力相对较大一些, 这是因为笔者的测算结果属于理论潜力, 而这种理论潜力的释放需要结合各村庄的实际用地情况以及未来城镇化发展情景与土地制度改革创新力度而定。用这一方法测算农村居民点用地整治潜力, 有助于从多角度认识当前平原农区农村居民点用地的潜力状况, 也有助于有关城镇化发展及农村土地整治政策的情景分析, 为今后通过乡村空间重构促进农村生产和生活环境改善提供支持。

5 结论

(1) 禹城市农户收入结构以家庭经营性收入和工资性收入为主, 分别占农户总收入的55.54%和33.95%。其中, 种植业收入作为主要的家庭经营性收入, 对农户收入影响较大, 因此平原地区的耕地规模是决定农村人口和聚落规模的重要因素。

(2) 当前禹城市总体耕地聚落比值较低, 各村庄耕地聚落比值平均约为3.9, 其中绝大部分村庄耕地聚落比值介于2~6之间, 占村庄总数的75%左右, 区域耕地聚落比值亟须优化和提高。

(3) 在农户兼业化现状情景和兼业化深化2种情景下, 测算可得合理的耕地聚落比值约为9.95和15.99, 相应的农村聚落合理规模分别为6 638和4 278 hm², 可腾退潜力分别为8 121和10 481 hm²。因此, 未来农村聚落的整治增地率在55.02%~71.01%之间, 但整治潜力的释放还需视未来城镇化发展情景与土地制度改革创新力度而定。