西安市土地利用空间分异研究

黄正良，钟慧润

(广东省地质测绘院，广东花都510800)

0 引言

随着全球人口剧增、社会经济迅速发展、城市化进程加快、环境质量的下降，人口、资源与环境问题日益突出，土地利用与土地覆被变化研究已引起世界各国科研和政府部门的关注。1993年，世界有影响的两大项目“全球地圈与生物圈计划”(IGBP)和“世界人文项目”(HDP)总结了各自以往的工作之后，共同发起对“土地利用与全球土地覆被变化”(LUCC)的研究。

土地利用空间分异就是研究土地利用结构在空间的表现差异，是一定历史条件下社会经济发展和对自然界利用改造的结果。土地利用变化同时受到自然、社会、经济等众多因素的影响。其中，自然环境是土地覆盖与土地利用分布的基础条件，而社会、经济、技术等人文因素则对土地利用的时空变化具有决定性的影响。在复杂的人地关系地域系统中，众多的社会、经济、技术与自然环境条件之间的相互作用决定了土地利用及其时空变化。人文因素是影响土地利用的重要因素，不同时期、不同国家的人文因素对同一地域的土地空间结构的影响程度是不同的［1］。

1 土地利用结构及多样化程度分析

1.1 地类结构特征

西安是陕西省政治、经济、文化中心，陕西省省会，位于关中盆地中部秦岭北麓，地跨渭河南北两岸。辖区内平原山地界线分明，秦岭北坡山势陡峭，坡降大，断层发育，总面积10 108 km2，人均占有土地0.14 hm2。其中市区面积1 066 km2。西安市总耕地面积为33.20万hm2，人均耕地0.05 hm2，低于全国人均土地面积和人均耕地面积的水平，土地资源不足的矛盾十分突出;地势南高北低，相差悬殊。其中，新城区、碑林区、莲湖区、灞桥区、未央区、雁塔区处于建成区，阎良区、临潼区、长安区、蓝田区、周至县、户县、高陵县处于郊区。各区县土地利用现状特征如表1所示。

表1 西安市各县、区土地利用状况及多样化指数 %Tab.1 Land utilization of various counties and districts of Xi’an City

1.2 土地利用结构多样化程度分析

采用吉布斯－马丁多样化指数公式来测算西安市及各区土地利用结构多样化程度。多样化指数越小，说明多样化程度或齐全程度越低［2］。多样化指数计算公式如下，即

式中:G为多样化指数;Xi为第i种土地的面积。

测算结果见表1。碑林区多样化指数最小，仅为0.005。因为居民点、工矿用地比例太高，达99.74%，地类也仅有3种。灞桥区土地利用多样化指数在建成区各区中最高，达0.659，其次为未央区0.651，再次雁塔区0.572。这3个区区位相似，皆位于城郊。农用地面积相对较多，以耕地为主，在城郊发达区以居民点、工矿用地为主。地类面积相对分散、均匀。故多样化指数相对较高。而新城区、碑林区、莲湖区位于城中心黄金商服地带，以居民点、工矿用地为主，分别占各区总面积的98.11%，99.74%，91.31%，其他用地比例均较小。其中，莲湖区耕地占7.78%，比其他两区耕地比例大，其余用地面积小但相对均匀，故在此3个区中莲湖区多样化指数大于其余两区，为0.160。城中6个区均无牧草地，以居民点、工矿用地为主，故平均多样化指数小于郊县平均多样化指数。

2 土地利用变化分析

2.1 土地利用变化速度分析

土地资源数量变化可用土地利用动态度来表示。土地动态度是指某区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化。其中，单一土地利用类型动态度［3］表达的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为

式中:V为研究时段内某一土地利用类型动态度;Ua，Ub分别为研究期初及研究期末某一土地利用类型的数量:T为研究时期长。当T的时段设定为年时，V的值就是该研究时段内某种土地利用类年变化率。西安市主要地类面积及年度变化动态度如表2所示。

表2 西安市2000—2008年主要地类面积及动态度 万hm2Tab.2 The land use types and dynamic degree of research area during 2000—2008 in Xi’an City 104hm2

从表2可以看出，西安市总体上是耕地、牧草地、水域、未利用地动态度以负数出现。这说明他们的面积逐年递减。其中，以耕地递减率最快，达0.85%，水域面积递减率最低，为0.055%。这主要和气候、政策有关。未利用地有一定数量减少，说明西安市土地整理工作有一定成效，也进一步说明西安市土地紧缺，急需进行土地利用规划更新。与此同时，园地、林地、居民点工矿用地、交通用地均以一定速率递增。其中，交通用地增加速度最快，达2.85%。这与近些年大量增修道路有关。其次为居民点工矿用地每年以1.571%的速度增加，这主要受城市扩张、规模效应的影响。从整体来看，增加的地类土地面积主要占用的是耕地和牧草地，其中，有部分未利用地作为补给。

各区县单一土地利用动态度如表3所示。从表3看西安市土地利用变化情况，可以得出两个共同点:第一，耕地和牧草地均以一定速率减少。第二，居民点、工矿用地和交通用地均以一定速率增加，这种现象和西安市土地利用总体变化情况相似。其中以新城区和未央区耕地减少速度最快，未央区和雁塔区居民点、工矿用地增加速度最快，碑林区和雁塔区交通用地增加速度最快。

2.2 建设用地变化情况及其信息熵、均衡度

(1)城市建设用地信息熵、均衡度［4］。假定一个城市用地面积为A，根据功能可将其分为n个职能类型，若各职能类的面积分别为 A1，A2，…，An，则A=A1+A2+…+An= ∑Ai，(i=1，2，…，n)，定义“概率”为

式中:H为信息熵，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，表明土地利用的职能类越多，各职能类的面积相差越小。当A1=A2=A3=… =An时，P1=P2=P3=… =Pn=1/n，此时H达到最大值，表示为Hm，有

表3 西安市各区土地利用类型的单一土地利用动态度 %Tab.3 The single land use dynamics of land use type for research area in Xi’an City

可以看出，若记Pe=1/n，则Pe表示土地利用达到均衡状态的概率。

基于信息熵函数，可以构造城市土地利用的均衡度公式，即

式中:J表示均衡度，它是实际信息熵与最大信息熵之比。显然，由于H≤Hm，因而J值变化于(0，1)之间，J值越大，表明城市土地利用的均质性越强。

根据均衡度的取值范围和地理意义，可以定义城市土地利用结构的集中度如下，即

式中:I表示城市土地利用的集中度，它是实际信息增量与最大信息增量之比。可想而知，0≤I≤1。

(2)西安市主城区土地利用情况如表4所示。据表4数据，计算得出建成区建设用地信息熵为1.908，均衡度为0.868，集中度为0.132。结果表明:建成区土地利用信息熵和均衡度都不是很高。可以看出，西安市经济发展、城市规模属中等水平，这是因为西安市是世界文明的历史名城，我国重要科研、高教及国防科技产业基地。社会经济发展受到历史文化的限制，城市扩张受到文物保护限制。故与发达城市相比，发展相对缓慢。西安市的土地利用信息熵与均衡度介于北京和上海之间，土地职能不如北京那样全面均衡，虽偏重于工业，轻工业的发展强度也不如上海市大。

3 土地利用空间分异

通过以上对西安市土地利用特征的分析得出:西安市土地利用类型分布是以林地、耕地和居民点及工矿用地三大用地类型为基本框架、其他用地类型点缀其中的空间格局，但其间又存在着一定的差异。从各区县的土地利用结构来看，新城区、碑林区和莲湖区3个城区的主要用地类型以居民点及工矿用地占绝对优势，其面积比重均高于89%，耕地和交通用地也占有一定的面积比重;灞桥区和未央区2个郊区以耕地为主，面积比重均介于45%～50%之间，居民点及工矿用地也占有较高的比重，介于22% ～29%之间;雁塔区的土地利用类型以耕地和居民点及工矿用地并重，面积比重分别为48.15% ，40.87% 。

表4 主城区现状用地汇总表［5］Tab.4 Land status’s summary for downtown

西安市土地资源开发利用结构的变化表明，随着经济发展，大量的土地资源正在被激活，并在经济规律的作用下由产出效益相对较低的产业部门转向产出效益较高的产业部门［6］。随着西安市社会经济进一步发展，居民点和工矿用地、交通用地等非农建设用地在未来仍将大幅增长，而农业用地面积将继续减少，这是发展必然趋势。参考以上研究结果，根据西安市各类用地分布和变化情况可以合理地对西安市进行功能区划分，为西安市的社会经济发展奠定一个科学的理论基础。

4 结语

研究土地利用空间分异可以有不同的方法，本研究以西安市土地利用结构为背景，将多种土地利用变化指标相结合，是对西安市土地研究方法进行的一次尝试。为西安市土地利用功能分区提供理论依据。满足了土地市场现在和未来的发展需要，解决了土地资源利用过于分散、功能区特点不够鲜明、缺乏亮点的难题。

本研究尝试从新的角度、采用新的方法对区域土地资源利用的空间分异进行分析研究，由于土地利用空间分异的研究尚属于探索阶段，本研究应用的方法虽能较好地解决西安市土地资源的合理利用问题，但仍存在很多不足:相关研究较少，可借鉴的例子不多，指标的选取还有待进一步完善。数据缺陷，样本缺乏，未能建立出自然、社会、经济结构、国家政策耦合的驱动机制模型。主要针对的是过去时段土地利用变化和现状土地利用的评价，对未来土地的变化情况并未做出有效的预测。

未来的土地利用空间分异研究，应该加强动态监测能力，建立地球表层动态数据库及提高数据更新的能力;实现对地球表层动态的模拟，更好地认识土地利用变化与其主要驱动力之间的关系在局地、区域和全球尺度上的动态和后果;将基础研究与当代人类所面临的若干环境问题相联系，为可持续发展模式的制定提供科学依据，降低人类对这些问题成因判断的不确定性。因此，如何实现土地资源的可持续发展，必将成为土地科学研究的重点和可持续发展研究的核心问题。

［1］陆红生.土地管理学总论［M］.北京:中国农业出版社，2002.

［2］天津市土地管理局.天津土地利用现状调查报告［R］.天津:天津市土地管理局.1994:32－38，49－52，140－143.

［3］王秀兰，包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨［J］.地理科学进展，1999，18(1):81 －87.

［4］陈彦光，刘继生.城市土地利用结构和形态的定量描述:从信息熵到分数维［J］.地理研究，2001，20(2):146－152.

［5］西安市地方志编委.2008西安年鉴［Z］.西安:西安出版社，2008.

［6］刘坚，黄贤金，翟文侠，等.城市土地利用效益空间分异研究［J］.江南大学学报(人文社会科学版)，2005，4(6):67－71.