基于GIS的經濟欠發達地區土地利用動態變化分析及預測——以保亭黎族苗族自治縣為例*

朱邦耀,卞維珍,李秀霞,李利平

(1.吉林師范大學旅游與地理科學學院,吉林四平136000;2.麗水學院建筑工程系,浙江麗水323000)

土地利用/土地覆被變化(LUCC)是全球環境變化研究的重要組成部分,是人類活動對自然環境施加影響的顯著表現形式之一[1-3]。因此,客觀地把握土地利用變化規律,了解土地利用變化特征,是區域可持續發展的重要決策基礎。作為一種有效、快速、實用的技術手段,地理信息系統(GIS,Geographic Information System)越來越多地應用于區域土地利用研究,實現了對區域土地利用各種海量數據的獲取、組織、管理、存儲、分析與表達。

本文選擇經濟發展正處于提速上升時期的保亭縣作為研究區域。保亭縣位于海南省的中部,屬于少數民族山區縣,也是海南省五個固定貧困縣之一。由于歷史等客觀原因,其經濟發展較為滯后。經過近幾年的開發建設,保亭已經從歷史上的窮鄉僻壤之地向交通便捷、富有民族風情的生態溫泉休閑旅游勝地角色轉換,經濟發展已進入穩定的提速發展期。在土地利用形勢上,保亭縣面臨著三方面的挑戰:一是中部山區經濟欠發達成為制約土地利用的首要矛盾;二是人口不斷增長、城市化和旅游的快速發展給土地帶來了更大的壓力;三是以“熱帶高效特色農業富民和旅游強縣”的發展戰略對土地提出了更高的要求。本文以保亭黎族苗族自治縣多年的土地利用現狀圖作為主要的數據源,利用GIS軟件進行疊加分析、統計分析處理,獲得了土地利用面積變化數據;并以此為基礎,對研究區內的土地利用進行動態變化分析及演變趨勢預測。

1 土地利用時空分析

1.1 土地利用現狀分析

土地利用現狀分析指標通常是:各種用地類型的面積及其在研究區總面積中所占的比例[4]。由表1可知:保亭縣土地利用類型以林地為主,其面積為56 744.1 hm2,占保亭縣總面積的48.3%;其次是園地,面積為 37 637.9hm2,占保亭縣總面積的48.3%;耕地面積相對較少,為8 225.8 hm2,占保亭縣總面積的7.5%;牧草地面積為619.0 hm2,其他農用地面積為1 886.7 hm2,分別占保亭縣總面積的0.3%和1.2%;在建設用地中,以居民點及獨立工礦用地面積最大,達2 710.0 hm2,占2.2%,主要集中于本縣縣城區內及交通干線兩側;交通運輸用地及水利設施用地面積很少,分別為205.3 hm2和789.6 hm2,占保亭縣總面積的0.8%和0.8%(交通作為影響一個地區經濟發展的重要因素,在一定程度上也影響一個區域土地資源的開發利用);未利用地面積為6 743.7 hm2,占保亭縣總面積的5.78%;其他土地(包括河流湖泊水面、葦地、灘涂、冰川及永久積雪等地)面積為1 117.57 hm2,占保亭縣總面積的0.96%。

1.2 土地利用動態變化分析

土地利用空間動態變化包括土地資源的數量、質量隨時間的變化,也包括土地利用空間的變化及土地利用類型組合方式的變化,同時也包括未來土地資源需求量的變化[5]。建立土地利用變化速率測算模型是研究土地利用變化過程、土地利用變化程度的主要手段。

表1 保亭縣2005年土地利用類型面積

根據研究區土地利用類型的空間變化狀況,將該區土地劃分為未變化部分、轉移部分和新增部分,將在土地利用動態變化分析中,通過利用GIS平臺對土地利用現狀進行處理而得的3種空間類型面積進行土地利用變化測算模型的建立:啟動M apGIS“空間分析”模塊,調用疊加分析、屬性統計分析功能,對1996年和2002年的土地利用現狀圖進行空間疊加分析,以獲取各用地類型在這兩年間的未變化面積、轉移面積和新增面積;分別利用土地利用動態度、土地利用耗減度和土地利用開發度這3個指數的計算模型,從凈變化和實際變化2個方面對土地利用在1996-2002年間的變化速度進行度量分析[6-8]。對2002年和2005年土地利用現狀圖也作如上的兩步處理。

土地利用動態度雖能較好地度量土地利用的凈變化速度,但由于增減變化的抵消,這種凈變化速度往往在一定程度上掩蓋了土地利用變化的實際情況。為此,增加土地利用耗減度和土地利用開發度這2個指標來揭示各利用類型土地實際被耗減和實際新開發的速率。

(1)土地利用動態度,表示單位時間內某種土地利用類型面積的變化速度,其表達式為

式中:LA(I,t1),LA(I,t2)——該種土地利用類型在監測期初t1和監測期末t2的面積。

(2)土地利用耗減度,表示單位時間內某種土地利用類型被實際耗減的程度,其表達式為

式中:LA(I,t1)-ULAI——監測期間第i種土地利用類型被轉移的面積,即第i種土地利用類型轉化為其他非i類土地利用類型的面積總和;LA(I,t1)——監測期初第i種土地利用類型的面積;ULAI——監測期間第i種土地利用類型未變化部分的面積。

(3)土地利用開發度,表示單位時間內某種土地利用類型實際被開發的程度,其表達式為

式中:LA(I,t2)-ULAI——監測期間第i種土地利用類型新增的面積,即其他非i類土地利用類型轉化為第i類土地利用類型的面積總和;LA(I,t2)——監測期末第i種土地利用類型的面積;ULA I——監測期間第i種土地利用類型未變化部分的面積。

由表2可知:2002-2005年間,保亭縣耕地大量消耗,面積年均減少1.744%,林地及其他農用地也有一定量的減少,其中林地變動比較大,耗減度達1.785,開發度為2.023;建設用地發展較快,其中獨立工礦用地的開發度最大,達到1.516%,面積年均增長0.863%;其他用地類型也發生了相應變化。改革開放以來,特別是近幾年,保亭按照循序漸進的科技興縣戰略,使全縣社會經濟取得了長足的發展,尤其是旅游業的發展,目前,保亭縣正在高標準制訂全縣的旅游發展總體規劃。今后,保亭的發展,“旅游強縣”的戰略不會改變,而且還會繼續完善和加強。充分利用好本縣豐富的自然資源和人文資源,將毗鄰三亞的區位優勢和自身擁有的資源優勢轉化為生產力,結合現有的黎族苗族文化,大力發展綠色旅游業。然而,經濟、旅游業的快速發展,也日益加劇了人地之間的矛盾,耕地及其他農用地的耗減現象較為嚴重,實際的土地利用模式并未遵循土地利用總體規劃的要求及相關法律法規。土地是人類賴以生存的最基本的自然資源,保護土地資源、保護耕地是關系到國計民生的最重要的資源環境問題。因此,在土地利用過程中,應遵循以下幾個原則[9]:先對土地作適宜性評價,再作開發利用;以保護生態環境為核心;保護農田,特別是優質高產田;開發、利用、整治和保護相結合;制定土地利用總體規劃和土地利用專項規劃,并賦予法律效應;增強土地的市場管理,強化土地所有權,加強對土地使用權的出讓、轉讓的管理,建立完善的市場規范體系;加強土地的法制管理,加大執法力度,落實有法必依的原則。

2 土地利用動態變化預測

要實現科學、合理、有效的土地利用,不僅要對過去的土地利用變化時空特征進行描述和分析,還應在土地利用動態變化分析的基礎上,對該區土地利用動態變化趨勢進行預測。通過對該區土地利用動態變化過程建立模型,并對其進行有效性檢驗,以達到對土地利用未來變化趨勢的預測及時空變化規律的把握。本文運用基于時間序列的最小二乘預測原理對研究區的土地利用動態變化進行了預測模型構建以及未來土地利用變化趨勢預測,并對預測結果進行分析、討論。

表2 2002-2005年各類型土地利用動態變化指數

2.1 最小二乘預測模型

每種土地利用類型的各年面積都形成時間上的序列值,可通過構造基于時間序列的最小二乘預測模型,構建土地利用類型面積隨時間變化的趨勢直線擬合方程。趨勢擬合方程可用如下方法構建而得:將年份化為相對值,對于年份數是偶數的面積序列,將中間的年份記為0.5,前后2個年份間的步長設為1;對于年份數是奇數的面積序列,將中間年份記為0,前后2個年份間的步長設為1。依此法所得的擬合方程為:

式中:Y——相應年份第 i類土地的面積(hm2);x——年份;a,b——參數。

2.2 預測結果

選取研究區2000-2005年間的耕地面積作為原始數據序列,見表3所示。對該區土地利用變化趨勢進行了最小二乘預測建模,利用所得模型,對2006-2010年未來5 a的耕地面積進行了預測,見表4所示。

表3 2000-2005年耕地面積實際值

表4 2006-2010年耕地面積預測值

2.2.1 模型解算及預測 對原始數據序列運用最小二乘預測進行數據線性擬合,即得土地利用隨時間變化的趨勢擬合直線,其方程式為

同理可預測其他幾種用地類型的面積,因篇幅所限,在此不再一一列出。上述分析結果表明,保亭黎族苗族自治縣土地利用類型在未來5 a內,將繼續發生較大的變動,耕地的面積將進一步減少,但減少的幅度將會變小;農村居民點用地、獨立工礦用地、交通運輸用地的比例將會有較大的攀升;其他各種類型的土地面積也各有增減,但從總體趨勢來看,增減速度將會減小。

2.2.2 模型預測分析 土地利用動態變化趨勢預測應結合實際情況,選擇適合的預測方法。本文只對該區土地利用變化趨勢進行了最小二乘預測。如何選擇適合于研究區土地利用實際變化趨勢的預測方法,需要結合具體的土地利用規劃類型(短期、中期、長期)、發展目標、經濟狀況等因素來綜合考慮。同時,還應結合定性分析的方法,依照去偽存真、去粗取精的基本原則,對土地利用的動態變化做出更加準確、更加可靠的預測。

2.2.3 土地利用形勢分析 保亭縣的自然資源和人文資源豐富,基礎設施條件良好,對外開放穩步前進,投資熱潮正在形成。保亭縣堅持以發展為主題,加快推進和發展相適應的機制創新,發揮比較優勢,按照市場經濟的發展要求,調整經濟結構,加快構建特色經濟,夯實發展基礎,同時,充分利用中央和省給予的各項優惠政策,爭項目、爭資金加快發展,逐步縮小與其它地區的經濟社會發展水平上的差距。努力實現經濟社會發展上新臺階。因此,未來5～15 a將是保亭社會經濟快速發展和資源環境制約進入突出的尖銳時期,同時土地利用機遇與挑戰并存,統籌區域土地利用可以提高集約節約用地,加強社會效益和經濟效益,最終促進經濟健康發展。

3 結語

地理信息系統(GIS)為土地利用動態變化研究提供了功能強大的技術支持,不僅能夠采集、處理、組織數量龐大的空間數據,使之能夠直觀而又客觀地反映出研究區的土地利用動態變化狀況,而且也為之提供了全面而強大的分析平臺[10]。本文以M apGIS為平臺,通過對研究區近幾年的土地利用現狀圖進行空間疊置分析、屬性統計分析等處理,獲得了進行該區土地利用動態變化分析及預測所需的數據。以此為基礎,對研究區的土地利用時空變化進行了較為透徹的分析,總結出了該區近年來土地利用的時空變化特征,并應用最小二乘模型方法對未來幾年的土地利用進行了預測。本文的分析及預測結果可為研究區土地資源的合理利用及保護奠定理論基礎,并為有關管理部門制定土地資源開發的政策法規提供較可靠的科學依據和決策支持。

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