土地利用時空格局演變與影響因素：以惠水縣為例

楊 麗

(河海大學 公共管理學院土地資源管理系，江蘇 南京 211100)

0 引言

【研究意義】土地利用及其變化作為全球環境變化研究的一個重要組成部分，長期以來受國內外學者的廣泛關注[1-3]。對某一地區的土地利用及其變化進行研究，不僅對當地的環境變化研究有重要作用，還能調控當地的土地利用、調整當地的農業結構和協調當地的經濟發展和生態環境保護，為當地的社會經濟生態長久發展提供科學依據。【前人研究進展】有關土地利用及其變化研究初期以全球氣候變化效應為主，后期擴展到更多相關的領域，尤其在不同尺度的土地利用、土地覆被變化、土地驅動機制及環境效應、生態和資源影響等方面更是進行了深入了解[4]。對土地利用變化研究的過程中，受土地覆被變化和土地利用的影響，驅動力的問題一直處于研究的核心位置[1]。【研究切入點】貴州省是我國西部高原山地的一部分，是全國唯一沒有平原支撐的山地農業省，具有山地、丘陵多，壩地少的特點。盆地(壩子)、洼地等一系列空間尺度不一的壩地及其周邊山地構成了貴州省廣泛分布的山-壩系統[5]。壩區是貴州的糧食生產基地，對貴州省人口承載和社會經濟發展起著重要作用，其地位遠遠高于山地、峽谷等地貌形態[6]。由于城鎮化速度逐漸加快、人口數量逐年增多，現有土地利用的結構也發生了很大變化，很多建設用地都存在被無序或廣泛使用的情況，農地非農化的快速發展導致耕地面積迅速減少。因此，全面分析貴州省土地利用變化及其驅動力十分迫切。【擬解決關鍵問題】以貴州省惠水縣為研究區，分析1990-2016年惠水縣土地利用變化及驅動力，掌握其變化原理，以期為惠水縣土地利用調控提供理論參考。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

惠水縣隸屬于貴州省黔南布依族苗族自治州，位于省會貴陽市南部，北鄰貴陽，西及安順，地處東經106°23′20″～107°05′14″。惠水縣屬于喀斯特盆地地貌，地勢北高南低，海拔平均為1 183 m、最高1 705 m、最低661 m。境內廣泛分布有山地、丘陵、壩子，山地約占惠水縣總面積的64.35%，丘陵約占26.45%，壩子約占9.2%。研究區為亞熱帶季風氣候，年均溫≥15.8℃，最冷月平均氣溫為5.8℃，最熱月平均氣溫為23.9℃，氣候溫和，雨熱同季，主要種植糧食作物、經濟作物和蔬菜等。

1.2 數據來源

數據來源多為空間數據。包括惠水縣行政區劃矢量數據、遙感影像數據、DEM數字高程模型數據和1∶50 000地形圖，主要從地理空間數據云平臺獲取。

1.3 研究方法

首先，使用ENVI 5.3和ArcGIS 10.2處理基礎數據。依據研究區行政邊界剪裁遙感影像，采用人機交互式解譯和監督分類方法對1990年、2000年、2010年和2016年的landsat TM影像數據進行輻射校正、幾何校正及配準、影像融合、裁剪、影像增強等預處理，最終得到對應年份的土地利用矢量圖，并對解譯結果進行實地抽樣考察驗證、綜合分析及圖斑修正，最終解譯成果精度在90%以上，滿足研究需求。參考國家基本資源與環境本底動態遙感調查數據庫的分類體系，結合研究區的土地利用特點，把土地利用類型分為林地、建設用地、水域、耕地、草地及未利用地。

其次，通過ArcGIS 10.2繪制不同時期惠水縣的土地利用綜合指數圖，解析該縣在土地利用空間格局上的變化。同時使用單一土地利用動態數和綜合土地利用動態數共同分析該縣在土地利用過程中發生的動態變化，結合惠水縣人口增長和經濟發展剖析土地利用變化的動因。

1.3.1 土地利用動態度 土地利用動態度是土地利用類型在某個時間段內數量發生變化的情況。包含土地利用的空間變化、土地利用類型組合方式變化和土地資源的數量變化等，根據研究對象的不同可分為單一土地利用動態度、綜合土地利用動態度[7]。

1.3.2 土地利用變化率 單一土地利用類型動態度是某研究區在單種土地利用類型上一定時間內數量發生變化的情況，計算公式[8]：

式中：K為研究區間內單一土地利用類型的動態度；Ua和Ub分別為研究期初和研究期末單一土地利用類型的面積；T為研究時段長，當T用年表示時，K值為整個研究區內任意一種土地利用類型的年變化率。

1.3.3 綜合土地利用動態度 綜合土地利用動態度是在某研究區內一定時期土地利用類型的變化速度。土地利用類型變化速度在區域內呈現差異化，原因是由于某研究區內在一定時間段內對整個土地利用類型的變化速度決定的，該速度也能在一定程度上代表區域內社會經濟活動對土地利用變化產生綜合的影響。計算公式[9]：

式中，S為土地利用動態度，反映對應t時段的研究區土地利用的變化速率。Si為監測開始階段第i類土地利用類型的總面積；ΔSi-j為從監測開始到結束的時段內，第i類土地利用類型轉變成其他類土地利用類型面積的總數；t為整體時間段。

1.3.4 土地利用綜合程度 土地系統包含社會及自然因素的雙重綜合體，土地利用程度既是這2種因素共同作用的產物，又是反映土地利用深度、廣度的指標。社會和自然因子對土地利用變化的影響及強度可以在土地利用程度指數上體現出來。參照劉紀遠等[9]提出的土地利用程度分級指數，通過運動土地利用程度的綜合分級方法及分級原則：未利用地、林地(草地、水域)、耕地、建設用地的土地利用分級指數分別為1、2、3、4，兼顧土地自然綜合體在社會大環境影響下的自然均衡狀態進行土地利用程度分級，某研究區內土地利用程度綜合指數計算公式[10]：

式中，La為某研究區土地利用程度的綜合指數；n為土地利用程度的分級數；Ci為某研究區內第i級土地利用程度分級面積的百分比；Ai為某研究區內第i級土地利用的分級指數。

2 結果與分析

2.1 惠水縣1990-2016年土地利用總體變化情況

從圖1看出，1990-2016年惠水縣各類土地利用發生了很大的變化。1990-2000年與2000-2010年，耕地和林地呈減少趨勢，草地、建設用地、水域和未利用地呈增加趨勢；2010-2016年，耕地、建設用地、水域和未利用地呈減少趨勢，林地和草地呈增加趨勢。

圖1 貴州省惠水縣1990-2016年土地利用的空間格局Fig.1 Spatial pattern of land use in Huishui County of Guizhou Province during 1990—2016

2.1.1 土地利用類型變化情況 從表1可知，1990-2000年，惠水縣土地利用結構發生了較大的變化，耕地和林地呈減少趨勢，草地、建設用地、水域和未利用地呈增加趨勢。其中，耕地面積由64 715.22 hm2減至60 897.06 hm2，年均降381.82 hm2。林地面積由159 726.78 hm2減至143 292.87 hm2，年均降1 643.40 hm2。1990年原有草地面積為18 272.07 hm2，2000年增至29 841.03 hm2，年均增1 156.90 hm2。未利用地變化相對較小。水域變化顯著，由1990年的1 246.86 hm2增至2000年的4 774.14 hm2，年均增352.73 hm2。建設用地變化非常顯著，由1990年的1 290.78 hm2增至2000年的6 274.62 hm2，年均增498.38 hm2，其動態度最高，為38.61%，是各種土地利用類型中變化最為明顯的，通過GIS統計分析表明，此土地利用類型主要由耕地轉化而來。由于城鎮化的進程不斷加深，建設用地急劇增加，農地非農化趨勢快速發展導致耕地面積迅速減少。而水域、草地和未利用地增加主是人口遷移導致耕地撂荒、村落廢棄、城市建筑容積率和投入基礎設施成本增加等原因引起。

表1 1990-2016年惠水縣不同土地利用類型的變化情況Table 1 Variation situation of different land use types in Huishui County during 1990—2016

2000-2010年土地利用變化明顯，耕地和林地的利用率逐年下降，而其余4種土地利用類型(水域、建設用地、草地和未利用地)均呈一定的上升趨勢，其中耕地面積的變化較突出，由2000年的60 897.06 hm2降至2010年的50 367.87 hm2，減少10 529.19 hm2；林地面積由143 292.87 hm2減至33 879.95 hm2，年均降941.29 hm2；與1990-2000年相比，草地與建設用地增加的速度明顯加快，草地與建設用地分別增加8 003.34 hm2和11 180.61 hm2，建設用地增加面積為草地的1.4倍；林地的負增長趨勢逐漸放緩；未利用地和水域面積的變化相對較小，水域和未利用地分別增加557.46 hm2和200.7 hm2。

2010-2016年惠水縣耕地和建設用地大規模減少，耕地共減少6 328.71 hm2，年均降1 054.785 hm2，其動態度為-2.09%；建設用地由2010年的17 455.23 hm2減至2016年的15 770.97 hm2，年均降280.71 hm2；水域和未利用地減少相對較少，分別為130.12 hm2和471.42 hm2；林地變化波動不大，總體呈增加趨勢，2010-2016年由133 879.95 hm2增至134 144.78 hm2；草地處于持續增加趨勢，增加9 234.45 hm2。

2.1.2 土地利用綜合程度 從惠水縣土地利用綜合指數的空間分布格局(圖2)看出，壩區的土地利用綜合指數最高，其次是山壩交錯區，最后是山區。主要原因為壩區地表平緩，土壤較肥沃，灌溉方便，稻田多，是糧食生產基地，經過長期利用與改造，成為各地的政治、經濟、文化中心，對人口承載、經濟發展、生態建設起著重要作用，而山區山高地陡，土層瘠薄，耕地少而分散，土地廣闊，人口稀少。

圖2 1990-2016年惠水縣土地利用綜合指數空間分布Fig.2 Spatial distribution of land use comprehensive index in Huishui County during 1990—2016

從時間分布(表2)看，1990年的土地利用綜合指數最低，為227.37。隨著城市化進程和人口的增加，建設用地和未利用地不斷被開發，農田不斷被占用，區域土地利用綜合指數不斷提高，到2010年達最高，為234.54，自然景觀進一步破碎化。2010-2016年，土地利用綜合指數略微下降，2016年為230.67與2000年的土地利用綜合指數相差較小。

表2 1990-2016年惠水縣土地利用綜合指數Table 2 Land use comprehensive index in Huishui County during 1990—2016

2.2 惠水縣土地利用變化驅動力

2.2.1 土地利用與人口增長的關系 區域土地利用的變化和人口因素的影響是分不開的。人口數量增多會導致各類土地的需求發生變化，人口的持續增加也會導致耕地銳減[11]。惠水縣1990年、2000年、2010年及2016年的人口數分別為36.5萬人、41.2萬人、45.1萬人和45.9萬人，1990-2016年惠水縣的人口增加了9.4萬。1990-2016年土地利用的動態度變化也同樣明顯，1990-2000年、2000-2010年和2010-2016年的土地利用動態度分別為-0.59、-1.73和-2.09，耕地在工礦用地、交通運輸用地及城區間的變化更加明顯。人口數量和人類對各式產品的需求是同步增長的，要滿足持續增長的需求，就必須調整土地利用的結構或開發一些暫未被利用的土地。惠水縣的未利用地幾乎不能被開發，因而只能通過發展原地、占用耕地等滿足人們日益增長的需求。

2.2.2 土地利用與經濟發展的關系 經濟的高速發展是城市空間擴展和土地利用變化最主要的驅動力之一[12]。1990-2016年惠水縣的GDP和土地利用都發生了重大變化，1990年、2000年、2010年及2016年的生產總值分別為3.2億元、8.03億元、28.5億元和70.69億元；期間增加了67.49億元，增長率為2 109.06%。從惠水縣1990-2016年土地利用結構的變化看出，林地及耕地面積不斷減少，但工礦用地、交通運輸用地的面積迅速擴張。經濟的快速發展不僅促進了農業勞動力向城市、城鎮的轉移，導致城鎮規模不斷擴大，城鎮建設投資額不斷增加，建設力度不斷加大，對土地的需求量也不斷增加，同時經濟的發展也促進了舊城的改造和新區的開發。

3 討論

土地是地球上每個人生存必需的自然資源，也是整個社會發展的物質基礎[13-14]。人類對土地施加的影響是基于自然屬性上的利用，土地利用變化也代表著人類在陸地活動期間和表層環境產生的一種呼應[15-16]。從土地利用的變化也能看出人類和自然間的關系是息息相關的，土地利用動因在每個地區都存在差異化。

土地利用變化是綜合影響因素的結果，不僅只有傳統的人口、經濟、政策因子會影響地區土地利用變化結構，也存在很多間接影響因子。如產業機構的改革會帶來土地利用的變化，從而在各個產業部門間進行新一輪的土地資源分配[17]。此發展還會帶來工礦用地和交通用地的巨大使用需求，引發更多的用地爭議[18]。

4 結論

對貴州省惠水縣土地利用變化及其驅動力的研究表明，1990-2016年貴州省惠水縣土地利用動態度、利用結構和綜合指數等方面均有較明顯的變化，耕地面積保持持續下降，未利用地和水域面積呈先增后略減的趨勢，且變化比例相對較小，草地與建設用地則相反，呈持續增加；1990-2016年主要的土地利用變化是林地與草地、林地與建設用地、耕地與草地、耕地與建設用地之間的相互轉換。驅動分析看出，人口數量的增長會促使各區域用地的需求發生變化，人口持續增加導致耕地銳減；經濟發展促進了惠水縣土地利用變化。研究結果可為惠水縣土地利用的調控和實現及人地矛盾、生態建設、國土優化、鄉村振興等問題的科學認識和解決提供有價值的理論知識和參考。

5 建議

5.1 優化土地利用結構，促進經濟健康發展

牢牢樹立節約與集約土地的思想，在實現三大效益的基礎上發展好三大產業，利用最新的科學技術帶動整個產業結構發生變化。鼓勵農業集中式經營，不分散也不擴張農業用地，引導群眾使用機器進行生產。在節約農地的基礎上，保證產量。建設工業用地的核心問題就是保護好區域內的環境，避免對土地造成污染，減少污染物的排放。

5.2 加強土地整理，提高土地利用率

在修整廢棄土地、平整土地、合并散落地塊和改善土壤等方法的基礎上，高效利用被閑置的低效土地，加強整理工作，強勢推進水、村、路、田等儲蓄資源的整理。與此同時提倡企業對內部的建設用地進行深入的挖掘和改造，對其中建設標準化廠房、提高容積率、不增加二次投資用地的優質企業給予一定的優惠獎勵，讓城鎮土地利用的效率真正得到提高[19]。

5.3 關注人口變化，促進城鎮土地集約利用

土地利用變化的動因取決于人口因素，建設用地需求量跟人口數量的增長成正比。城鎮化的不斷推進加速了農用地向建設用地的轉變。因此要密切關注人口的變化，實行相關的控制政策，在人口結構上進行深層的調整。為了土地的流向處于合理的狀態，需要大力扶植農村地區的農業經濟發展，通過建設我國社會主義新農村的方式來減緩城鎮化的進程[20]。