西安市土地利用空間分異研究

黃正良，鐘慧潤

(廣東省地質測繪院，廣東花都510800)

0 引言

隨著全球人口劇增、社會經濟迅速發展、城市化進程加快、環境質量的下降，人口、資源與環境問題日益突出，土地利用與土地覆被變化研究已引起世界各國科研和政府部門的關注。1993年，世界有影響的兩大項目“全球地圈與生物圈計劃”(IGBP)和“世界人文項目”(HDP)總結了各自以往的工作之后，共同發起對“土地利用與全球土地覆被變化”(LUCC)的研究。

土地利用空間分異就是研究土地利用結構在空間的表現差異，是一定歷史條件下社會經濟發展和對自然界利用改造的結果。土地利用變化同時受到自然、社會、經濟等眾多因素的影響。其中，自然環境是土地覆蓋與土地利用分布的基礎條件，而社會、經濟、技術等人文因素則對土地利用的時空變化具有決定性的影響。在復雜的人地關系地域系統中，眾多的社會、經濟、技術與自然環境條件之間的相互作用決定了土地利用及其時空變化。人文因素是影響土地利用的重要因素，不同時期、不同國家的人文因素對同一地域的土地空間結構的影響程度是不同的［1］。

1 土地利用結構及多樣化程度分析

1.1 地類結構特征

西安是陜西省政治、經濟、文化中心，陜西省省會，位于關中盆地中部秦嶺北麓，地跨渭河南北兩岸。轄區內平原山地界線分明，秦嶺北坡山勢陡峭，坡降大，斷層發育，總面積10 108 km2，人均占有土地0.14 hm2。其中市區面積1 066 km2。西安市總耕地面積為33.20萬hm2，人均耕地0.05 hm2，低于全國人均土地面積和人均耕地面積的水平，土地資源不足的矛盾十分突出;地勢南高北低，相差懸殊。其中，新城區、碑林區、蓮湖區、灞橋區、未央區、雁塔區處于建成區，閻良區、臨潼區、長安區、藍田區、周至縣、戶縣、高陵縣處于郊區。各區縣土地利用現狀特征如表1所示。

表1 西安市各縣、區土地利用狀況及多樣化指數 %Tab.1 Land utilization of various counties and districts of Xi’an City

1.2 土地利用結構多樣化程度分析

采用吉布斯－馬丁多樣化指數公式來測算西安市及各區土地利用結構多樣化程度。多樣化指數越小，說明多樣化程度或齊全程度越低［2］。多樣化指數計算公式如下，即

式中:G為多樣化指數;Xi為第i種土地的面積。

測算結果見表1。碑林區多樣化指數最小，僅為0.005。因為居民點、工礦用地比例太高，達99.74%，地類也僅有3種。灞橋區土地利用多樣化指數在建成區各區中最高，達0.659，其次為未央區0.651，再次雁塔區0.572。這3個區區位相似，皆位于城郊。農用地面積相對較多，以耕地為主，在城郊發達區以居民點、工礦用地為主。地類面積相對分散、均勻。故多樣化指數相對較高。而新城區、碑林區、蓮湖區位于城中心黃金商服地帶，以居民點、工礦用地為主，分別占各區總面積的98.11%，99.74%，91.31%，其他用地比例均較小。其中，蓮湖區耕地占7.78%，比其他兩區耕地比例大，其余用地面積小但相對均勻，故在此3個區中蓮湖區多樣化指數大于其余兩區，為0.160。城中6個區均無牧草地，以居民點、工礦用地為主，故平均多樣化指數小于郊縣平均多樣化指數。

2 土地利用變化分析

2.1 土地利用變化速度分析

土地資源數量變化可用土地利用動態度來表示。土地動態度是指某區一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化。其中，單一土地利用類型動態度［3］表達的是某研究區一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為

式中:V為研究時段內某一土地利用類型動態度;Ua，Ub分別為研究期初及研究期末某一土地利用類型的數量:T為研究時期長。當T的時段設定為年時，V的值就是該研究時段內某種土地利用類年變化率。西安市主要地類面積及年度變化動態度如表2所示。

表2 西安市2000—2008年主要地類面積及動態度 萬hm2Tab.2 The land use types and dynamic degree of research area during 2000—2008 in Xi’an City 104hm2

從表2可以看出，西安市總體上是耕地、牧草地、水域、未利用地動態度以負數出現。這說明他們的面積逐年遞減。其中，以耕地遞減率最快，達0.85%，水域面積遞減率最低，為0.055%。這主要和氣候、政策有關。未利用地有一定數量減少，說明西安市土地整理工作有一定成效，也進一步說明西安市土地緊缺，急需進行土地利用規劃更新。與此同時，園地、林地、居民點工礦用地、交通用地均以一定速率遞增。其中，交通用地增加速度最快，達2.85%。這與近些年大量增修道路有關。其次為居民點工礦用地每年以1.571%的速度增加，這主要受城市擴張、規模效應的影響。從整體來看，增加的地類土地面積主要占用的是耕地和牧草地，其中，有部分未利用地作為補給。

各區縣單一土地利用動態度如表3所示。從表3看西安市土地利用變化情況，可以得出兩個共同點:第一，耕地和牧草地均以一定速率減少。第二，居民點、工礦用地和交通用地均以一定速率增加，這種現象和西安市土地利用總體變化情況相似。其中以新城區和未央區耕地減少速度最快，未央區和雁塔區居民點、工礦用地增加速度最快，碑林區和雁塔區交通用地增加速度最快。

2.2 建設用地變化情況及其信息熵、均衡度

(1)城市建設用地信息熵、均衡度［4］。假定一個城市用地面積為A，根據功能可將其分為n個職能類型，若各職能類的面積分別為 A1，A2，…，An，則A=A1+A2+…+An= ∑Ai，(i=1，2，…，n)，定義“概率”為

式中:H為信息熵，可以看出，H≥0。信息熵的高低可以反映城市土地利用的均衡程度，熵值越高，表明土地利用的職能類越多，各職能類的面積相差越小。當A1=A2=A3=… =An時，P1=P2=P3=… =Pn=1/n，此時H達到最大值，表示為Hm，有

表3 西安市各區土地利用類型的單一土地利用動態度 %Tab.3 The single land use dynamics of land use type for research area in Xi’an City

可以看出，若記Pe=1/n，則Pe表示土地利用達到均衡狀態的概率。

基于信息熵函數，可以構造城市土地利用的均衡度公式，即

式中:J表示均衡度，它是實際信息熵與最大信息熵之比。顯然，由于H≤Hm，因而J值變化于(0，1)之間，J值越大，表明城市土地利用的均質性越強。

根據均衡度的取值范圍和地理意義，可以定義城市土地利用結構的集中度如下，即

式中:I表示城市土地利用的集中度，它是實際信息增量與最大信息增量之比。可想而知，0≤I≤1。

(2)西安市主城區土地利用情況如表4所示。據表4數據，計算得出建成區建設用地信息熵為1.908，均衡度為0.868，集中度為0.132。結果表明:建成區土地利用信息熵和均衡度都不是很高。可以看出，西安市經濟發展、城市規模屬中等水平，這是因為西安市是世界文明的歷史名城，我國重要科研、高教及國防科技產業基地。社會經濟發展受到歷史文化的限制，城市擴張受到文物保護限制。故與發達城市相比，發展相對緩慢。西安市的土地利用信息熵與均衡度介于北京和上海之間，土地職能不如北京那樣全面均衡，雖偏重于工業，輕工業的發展強度也不如上海市大。

3 土地利用空間分異

通過以上對西安市土地利用特征的分析得出:西安市土地利用類型分布是以林地、耕地和居民點及工礦用地三大用地類型為基本框架、其他用地類型點綴其中的空間格局，但其間又存在著一定的差異。從各區縣的土地利用結構來看，新城區、碑林區和蓮湖區3個城區的主要用地類型以居民點及工礦用地占絕對優勢，其面積比重均高于89%，耕地和交通用地也占有一定的面積比重;灞橋區和未央區2個郊區以耕地為主，面積比重均介于45%～50%之間，居民點及工礦用地也占有較高的比重，介于22% ～29%之間;雁塔區的土地利用類型以耕地和居民點及工礦用地并重，面積比重分別為48.15% ，40.87% 。

表4 主城區現狀用地匯總表［5］Tab.4 Land status’s summary for downtown

西安市土地資源開發利用結構的變化表明，隨著經濟發展，大量的土地資源正在被激活，并在經濟規律的作用下由產出效益相對較低的產業部門轉向產出效益較高的產業部門［6］。隨著西安市社會經濟進一步發展，居民點和工礦用地、交通用地等非農建設用地在未來仍將大幅增長，而農業用地面積將繼續減少，這是發展必然趨勢。參考以上研究結果，根據西安市各類用地分布和變化情況可以合理地對西安市進行功能區劃分，為西安市的社會經濟發展奠定一個科學的理論基礎。

4 結語

研究土地利用空間分異可以有不同的方法，本研究以西安市土地利用結構為背景，將多種土地利用變化指標相結合，是對西安市土地研究方法進行的一次嘗試。為西安市土地利用功能分區提供理論依據。滿足了土地市場現在和未來的發展需要，解決了土地資源利用過于分散、功能區特點不夠鮮明、缺乏亮點的難題。

本研究嘗試從新的角度、采用新的方法對區域土地資源利用的空間分異進行分析研究，由于土地利用空間分異的研究尚屬于探索階段，本研究應用的方法雖能較好地解決西安市土地資源的合理利用問題，但仍存在很多不足:相關研究較少，可借鑒的例子不多，指標的選取還有待進一步完善。數據缺陷，樣本缺乏，未能建立出自然、社會、經濟結構、國家政策耦合的驅動機制模型。主要針對的是過去時段土地利用變化和現狀土地利用的評價，對未來土地的變化情況并未做出有效的預測。

未來的土地利用空間分異研究，應該加強動態監測能力，建立地球表層動態數據庫及提高數據更新的能力;實現對地球表層動態的模擬，更好地認識土地利用變化與其主要驅動力之間的關系在局地、區域和全球尺度上的動態和后果;將基礎研究與當代人類所面臨的若干環境問題相聯系，為可持續發展模式的制定提供科學依據，降低人類對這些問題成因判斷的不確定性。因此，如何實現土地資源的可持續發展，必將成為土地科學研究的重點和可持續發展研究的核心問題。

［1］陸紅生.土地管理學總論［M］.北京:中國農業出版社，2002.

［2］天津市土地管理局.天津土地利用現狀調查報告［R］.天津:天津市土地管理局.1994:32－38，49－52，140－143.

［3］王秀蘭，包玉海.土地利用動態變化研究方法探討［J］.地理科學進展，1999，18(1):81 －87.

［4］陳彥光，劉繼生.城市土地利用結構和形態的定量描述:從信息熵到分數維［J］.地理研究，2001，20(2):146－152.

［5］西安市地方志編委.2008西安年鑒［Z］.西安:西安出版社，2008.

［6］劉堅，黃賢金，翟文俠，等.城市土地利用效益空間分異研究［J］.江南大學學報(人文社會科學版)，2005，4(6):67－71.