基于GIS的区域土地利用均衡度时空差异研究*——以海南省为例

唐 怡，韦仕川，王 湃

(海南大学政治与公共管理学院，海口 570228)

基于GIS的区域土地利用均衡度时空差异研究*
——以海南省为例

唐 怡，韦仕川※，王 湃

(海南大学政治与公共管理学院，海口 570228)

[目的]区域土地利用均衡度的时空差异是优化土地利用结构的重要依据，通过对海南省土地利用均衡度的时空差异研究，为优化海南省土地空间配置提供借鉴。[方法]GIS空间分析法、极值标准化法、算术平均法和几何平均法。[结果]海南省土地利用均衡度指数由2010年的0.661逐渐增加到2014年的0.761,土地利用均衡度呈现从一般均衡到优质均衡的发展态势； 从各市县的对比分析来看， 6个市县处于均衡状态， 12个市县处于失衡状态。[结论]土地利用处于均衡状态的市县位于海南省东南部和西北部，开发不足失衡的市县位于海南省中部和西部，过度开发失衡的市县位于海南省北部； 土地利用开发强度呈现中部-西部-东部递增的态势，土地利用供给能力呈现中部-西部-东部递减的态势，各市县土地空间配置应结合其开发强度与供给能力以及各地经济状况及城市职能定位，进行合理开发利用，加强中西部的发展，促进全省土地利用均衡发展。

GIS 土地利用 均衡度 时空特征 海南省

0 引言

区域土地利用空间均衡是土地利用的规模和强度与其区域开发供给能力的相协调[1]，其均衡度的时空差异是优化土地利用结构的重要依据。国内外有关土地利用均衡度的研究方兴未艾，主要围绕土地利用空间均衡度的差异[2]，建设用地空间均衡度[3， 4]，土地集约利用空间差异[5-7]，对土地利用效率[8-11]，土地利用结构变化[12， 13]等方面进行。已有研究主要通过构建评价模型，从人口、经济、资源环境等方面分析区域土地利用结构的优化，但仅从时间维度或空间维度进行研究，难以全面测度土地利用均衡度的时空差异。鉴于此，文章以海南省为例，采用2010～2016年有关土地利用的面板数据，尝试把时间和空间二维数据结合起来，分析对海南省土地利用均衡度时空差异，以探明各市县土地利用的差异规律，为统筹优化土地利用提供依据。

1 区域概况

海南省地势中部高四周低，组成环形层状地貌。热量自北向南逐渐增加，雨量和径流量从东向西减少，干燥度和蒸发量则沿着相应的方向增加(东湿西干)，中部为山地，气候和土壤、植被由山麓向山顶成垂直分布，全省土地利用自然条件有较大差异。各市县经济社会发展也极度不均衡，主要以海口和三亚为两极，沿海平原低丘陵地区东线和西线位居其次，中部山区经济条件最差。土地利用自然条件和社会经济条件的差异，造成土地利用供给和土地开发之间的严重冲突。因此，该文以海南省为例，根据海南省土地利用供给能力和土地开发强度的关系判断海南省土地利用均衡度的时空特征，为海南省土地利用的可持续发展提供参考，同时对宏观层面的国土利用程度评价具有借鉴意义。

2 数据获取与研究方法

2.1 数据来源

该文研究的所有原始数据来源如下：土地数据来源于海南省土地利用总体规划(2006～2020年)、海南省各市县土地利用总体规划(2006～2020年)，其他社会经济类的数据来源《海南省统计年鉴》(2010～2016年)。该文在数据处理过程中，为了避免研究结论过度依存统计数据造成的误差，各评价指标i年的值，用i-1，i、i+1 3年的均值替代，分别计算出2010～2014各年的评价指标值。

2.2 数据标准化

由于各解释因子的数据具有不同的纲，为增强指标数据的可比性，应先将数据进行无纲量化处理。根据指标数据内涵，该文采用极值处理法进行标准化处理，公式如下：

(1)

(2)

Xi为数据标准化后的解释因子指标值，Xij为j地区第i项指标因子的初始值，minXj为j地区第i项指标因子的最小值，maxXj为j地区第i项指标因子的最大值。

表1 土地利用供给能力与开发强度各项指标

开发强度(LD)供给能力(LS)经济密度指数(ED)环境承载指数(EV)人口强度指数(PI)生态安全指数(ES)建设用地比重指数(LI)资源保障指数(RS)

2.3 指标的选择与计算

根据区域空间均衡理论，区域土地利用均衡度通过土地利用开发强度与土地利用供给能力的相对关系来表示。各地区因其自然、经济、社会禀赋的差异，其开发强度和供给能力也不尽相同。该文选取经济密度指数、人口强度指数、建设用地比重指数反映土地的开发强度，选取环境承载指数、生态安全指数、资源保障指数反映土地的供给能力(表1)。这6个指标中，环境承载指数(EV)和资源保障指数(RS)为负向指标，其余均为正向指标。

在开发强度和供给能力各项指标标准化的基础上，采取算数平均法和几何平均法相结合的方式分别计算开发强度指数(LD)与供给能力指数(LS)，公式如下：

(3)

(4)

各指标含义及计算方式如下。

2.3.1 经济密度指数(ED)

经济密度指数，代表一个地区的经济水平，能反映一个地区的开发强度[14]。采用地均财政收入、地均GDP、人均GDP、人口密度、城镇化率、二、三产业所占的比重6个指标，通过标准化处理得到相应指标的指数值，再采取算数平均法和几何平均法相结合的方式计算各市县的经济密度指数[15]。

2.3.2 人口强度指数(PI)

人口强度指数反映建成区单位面积的人口负荷，用常住人口与建设用地面积之比表示。人口强度是反映土地开发强度最直接的因素。

2.3.3 建设用地比重指数(LI)

建设用地比重指数反映区域土地的开发强度，用建设用地面积与土地总面积的比值表示。

2.3.4 环境承载指数(EV)

环境承载指数代表一个地区的环境承载能力。工业化和城市化对环境的影响主要表示为对水体和对大气的影响。COD的排放量和SO2的排放是体现人类活动对水体和大气影响的最直接的因素[16]。COD的排放量和SO2的排放量越大，对水体和大气的影响也越大，通过标准化处理得到COD排放量的指数值和SO2排放量的指数值，再采取算数平均法和几何平均法相结合的方式计算各市县的环境承载指数。

2.3.5 生态安全指数(ES)

生态安全指数代表生态保护价值或自然生境维持的必要性程度[17]。海南省森林覆盖率高达60%，具有较好的生态功能[18]。考虑到不同地类的生态功能及数据的可得性，选取林地、园地面积反映生态安全指数[19]，通过标准化处理得到林地面积和园地面积的指数值，再采取算数平均法和几何平均法相结合的方式计算各市县的生态安全指数。

2.3.6 资源保障指数(RS)

资源保障指数反映土地利用开发建设所需要的基本资源的数量和质量的保障程度，用新增建设用地面积占比表示[20]。资源保障指数与土地的供给能力之间呈负相关：新增建设用地面积越多，可利用的土地就越少。

2.4 均衡度指数的计算

区域土地利用均衡度是一个相对的概念，该文采用土地的开发能力与土地的供给能力的比值来表示土地的均衡度指数BD，其值越接近1，区域土地利用越均衡； 越远离1，区域土地利用越失衡。当均衡度指数大于1.2时，该区域土地利用处于因开发过度而造成的失衡状态； 当均衡度指数在0.8～1.2之间时，该区域土地利用处于优质均衡状态； 当均衡度指数在0.6～0.8之间时，该区域土地利用处于一般均衡状态； 当均衡度指数小于0.6时，该区域土地利用处于开发不足的失衡状态。用2010～2014年的数据计算出各县市2010～2014年土地的开发强度和供给能力的解释变量，用开发强度与供给能力的比值表示区域土地利用均衡度，如表2。

表2 2010～2014年海南省各市(县)土地利用均衡度指数

地区20102011201220132014海口市1 681 721 781 781 79三亚市1 001 020 991 031 04五指山市0 430 420 420 460 49文昌市0 280 300 340 340 33琼海市0 660 670 700 720 71万宁市1 111 181 221 241 24定安县0 440 480 500 520 52屯昌县0 500 530 550 560 55澄迈县0 800 810 770 730 69临高县1 451 421 401 431 52儋州市0 971 111 461 721 97东方市0 490 510 510 530 53乐东县0 300 310 330 340 34琼中县0 080 080 070 080 08保亭县0 380 380 370 430 46陵水县0 700 720 730 750 75白沙县0 160 170 190 190 20昌江县0 470 480 460 470 47

3 结果与分析

3.1 海南省土地利用均衡度整体分析

海南省2010～2014年土地利用均衡度指数、土地开发强度指数和土地供给能力指数呈现以下的基本特征和变化趋势。

海南省土地利用均衡度由2010年的0.661逐渐增加到2014年的0.760,土地利用处于一般均衡状态(图1)。随着社会、经济的发展，海南省土地利用的开发强度不断增大，建设用地需求不断增长，由此造成了土地供给能力的紧张。土地利用均衡度的发展态势良好，有望在未来几年由一般均衡状态转变为优质均衡状态。

海南省土地利用的开发强度整体呈现小幅上涨趋势，由2010年的0.306增加到2014年的0.339(图2)。对开发强度的各项指标进行分析可以发现： 2010～2014年间经济密度指数大幅增长，由2010年的0.29增长到2014年0.33，表现了海南省自建设国际旅游岛以来经济的高速发展以及城镇化速度的提高； 建设用地比重指数小幅增长，由此可见海南省建设用地需求不断增大； 人口强度指数呈下降趋势，由2010年的0.41减少到2014年0.39，建设用地的增长速度远大于人口的增长造成了人口强度指数的下降，由此反映了海南省城镇化过程中存在的土地城镇化与人口城镇化不协调的问题。

图1 海南省土地利用均衡度指数的变化趋势

海南省土地利用的供给能力几乎保持不变， 2010～2014年一直处于0.56左右，由此可见海南省土地利用的供给能力有限(图3)。对供给能力的各项指标进行分析可以发现：环境承载指数呈下降趋势，由2010年的0.76下降到2014年的0.71，由此可见海南省经济的发展对环境造成了一定的压力，环境承载能力不断下降； 生态安全指数总体呈上升趋势，由2010年的0.37增长到2014年的0.45，这与海南省推行的“生态省”建设计划密不可分，海南省林地、园地的面积大量增加； 资源保障指数几乎保持不变，这符合一定区域内土地资源的面积是固定的且有限的，其供给能力是不变的经济学规律。

图2 海南省土地开发强度指数的变化趋势 图3 海南省土地供给能力指数的变化趋势

3.2 海南省各市县土地利用均衡度时空差异分析

以2010年作为基准年，对海南省各市县均衡度的时空差异进行分析。2010年开发不足失衡的市县包括文昌市、定安县、屯昌县、琼中县、白沙县、五指山市、保亭县、昌江县、东方市、乐东县； 一般均衡的市县包括琼海市、陵水县； 优质均衡的市县包括澄迈县、儋州市、万宁市、三亚市； 过度开发失衡的市县包括海口市、临高县。在2010～2014年间，儋州市、万宁市由优质均衡转变为过度开发； 澄迈县由优质均衡转变成一般均衡。均衡度指数变化情况如图4所示。

图4 2010～2014年海南省各市(县)土地利用均衡度变化情况

对各市县均衡度总体情况进行分析可以发现：开发不足失衡的市县位于海南省中部和西部，这些市县土地利用的供给能力居全省前列，但开发强度明显不足。西部和中部的自然条件不如东部丰富，农业、旅游业也不如东部发达。加之中部地区是森林资源最丰富的区域，交通相对闭塞，人口密度低，旅游业也是以生态旅游为主。以上原因使中部和西部地区的土地开发强度远小于供给能力，由此造成了因开发强度不足造成的土地利用失衡。一般均衡和优质均衡的市县除儋州市、澄迈县外，多位于海南省东部，东部的自然资源丰富，交通便利，土地利用的开发强度与供给能力差别不大，因此这些市县的土地利用情况呈现均衡状态。过度开发失衡的市县包括海口市、临高县。海口市2010～2014年开发强度指数的平均值为0.72，远高于全省0.32的平均值； 供给能力指数的平均值为0.41，远低于全省0.56的平均值。海口市是海南省的经济发展的重要增长极，其GDP占整个海南省的三成左右，经济发展严重依赖于土地开发建设，土地开发强度指数远高于全省的平均水平； 经济的高速发展对环境和生态造成了强大的压力，在保障生态用地和耕地保有量的前提下，建设用地后备资源难以满足发展的需要，整体呈现出供应能力较低。临高县受惠于海口市的经济辐射作用，近年来经济获得快速发展，土地开发显著增强，但供给能力较低，生态安全指数居全省末位，供给能力的严重不足造成了临高县土地利用的失衡。

儋州市、万宁市由优质均衡变为开发过度导致的失衡状态。儋州市位于海南省西部，洋浦工业区的建设、海花岛项目的进行使儋州市建设用地面积迅速增大，开发强度增大使儋州市的开发强度远大于供给能力，造成了土地利用的严重失衡； 万宁市位于海南省东南部，东部环岛高铁致使万宁市交通便利，旅游业发达，其生态安全指数位于全省前列，在建设用地有限的情况下开发大量建设用地，有限的条件与高速的发展造成了万宁市的开发过度。

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)土地资源的合理配置是实现资源与环境可持续性和社会经济持续发展的重要途径。区域土地利用均衡不仅表示土地在区域之间的合理配置，也表示土地在区域内开发强度与供给能力的协调性。通过对2010～2014年海南省土地利用开发强度和供给能力之间的关系进行分析，可以判断和评价海南省土地利用均衡度的时空特征。

(2)海南省土地开发强度指数平均值为0.320,各市县的开发强度指数差异很大，空间分布上，土地开发强度指数呈现中部-西部-东部递增的状态； 海南省土地利用供给能力指数平均值为0.562,空间分布上，与土地利用供给能力指数相反，土地利用供给能力指数呈现出中部-西部-东部递减的状态。海南省各市县的土地利用供给能力整体较强，在以后的发展中，应结合区域发展政策，加强中西部的发展，使更多市县的土地利用处于均衡水平。

(3)通过土地开发强度与土地利用供给能力的分析发现：海南省18个市县中土地利用处于均衡水平的仅有6个，未达到均衡的12个市县中， 4个市县属于过度开发， 8个市县处于开发不足。由此可见，海南省在土地利用的资源配置方面，不仅应考虑到各地经济建设的需要，也应考虑各地土地利用开发强度与供给能力之间的关系，政府应从宏观上调控，加强中西部的发展。

4.2 讨论

该文通过对海南省土地利用均衡度时空差异的研究，以期优化海南省土地空间配置。但由于基础数据获取的局限性，该文只选取了海南省2009～2015年统计年鉴和土地利用总体规划(2006～2020年)的数据进行研究，研究结论可能无法全面反映区域土地利用实际情况，加强实地调研和数据监测是论文今后研究的重点工作。在评价指标方面，该文只考虑了开发强度和供给能力等2个方面的相关指标，没有考虑产业结构调整对土地需求的变化情况，今后产业结构调整对土地需求的动态变化分析，是今后区域土地利用均衡度研究的重要内容。

[1] 张明东， 陆玉麒.我国主体功能区划的有关理论探讨.地域研究与开发, 2009，(3)： 7～11

[2] 卞凤鸣， 刘彦彤，赵玲.吉林省土地利用空间均衡度评价研究.中国土地科学， 2015， 12： 74～80

[3] CurtisN Thomson，Peny Haedin.Remote sensing GIS integration to identify potentiallow一income a housing sites.Cities， 2000, 17(2): 97～109

[4] 陈逸， 黄贤金，陈志刚，等.中国各省域建设用地开发空间均衡度评价研究.地理科学， 2012， 12： 1424～1429

[5] 冯科， 吴次芳，刘勇.浙江省城市土地集约利用的空间差异研究——以PSR与主成分分析的视角.中国软科学， 2007， 02： 102～108

[6] 任疆. 基于信息熵和均衡度的城市土地利用比较研究.山西建筑， 2010， 32： 53～55

[7] 冯科， 郑娟尔，韦仕川，等.GIS和PSR框架下城市土地集约利用空间差异的实证研究——以浙江省为例.经济地理， 2007， 05： 811～814

[8] 王磊， 来臣军，卢恩平.城乡一体化进程中乡村土地利用效益评价.中国农业资源与区划， 2016， 37(2)： 186～190

[9] 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.地理研究， 2001， 02： 146～152

[10]李永乐， 舒帮荣，吴群.中国城市土地利用效率：时空特征、地区差距与影响因素.经济地理， 2014， 01： 133～139

[11]宋金璐. 河南省农业土地利用效率评价研究.中国农业资源与区划， 2016， 37(7)： 157～161

[12]董杰， 杨春德，周秀慧，等.山东省土地利用结构时空变化及其驱动机制分析.水土保持研究， 2006， 04： 206～210

[13]赵晶， 徐建华，梅安新.城市土地利用结构与形态的分形研究——以上海市中心城区为例.华东师范大学学报(自然科学版)， 2005， 01： 78～84

[14]罗文斌， 吴次芳，冯科.城市土地经济密度的时空差异及其影响机理——基于湖南省城市面板数据的实证分析.城市发展研究， 2010， 06： 68～74

[15]高佳， 李世平，李文婷.辽宁省土地经济密度时空特征及驱动力分析.中国农业资源与区划， 2014， 35(5)： 30～37

[16]罗公利， 贾小平，边伟军.山东省资源环境承载力分析.青岛科技大学学报(社会科学版)， 2013， 04： 55～59

[17]赵同谦， 欧阳志云，郑华，等.中国森林生态系统服务功能及其价值评价.自然资源学报， 2004， 04： 480～491

[18]肖寒， 欧阳志云，赵景柱，等.森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探——以海南岛尖峰岭热带森林为例.应用生态学报， 2000， 04： 481～484

[19]王成， 魏朝富，邵景安，等.区域生态服务价值对土地利用变化的响应——以重庆市沙坪坝区为例.应用生态学报， 2006， 08： 1485～1489

[20]赵淑芹， 王殿茹.我国主要城市辖区土地综合承载指数及评价.中国国土资源经济， 2006， 12:24～27， 4

SPATIAL-TEMPORAL DIFFERENCES OF REGIONAL BALANCE DEGREE ON LAND USE BASED ON GIS*——A CASE STUDY IN HAINAN PROVINCE

Tang Yi，Wei Shichuan※，Wang Pai

(School of Politic and Public Administration, Hainan University, Haikou 570228, China)

The spatial and temporal difference of the balance degree of regional land use is an important basis to optimize land use structure. Based on GIS dimensional analysis, this paper studied the differences of regional balance degree in 18 cities and counties in Hainan province. It showed that: (1) the index of land use balance degree increased from 0.66 in 2010 to 0.76 in 2014, which showed a dynamic increasing trend. (2) Six cities and counties located in southeast and northwest of Hainan province were in balanced degree, while the other twelve cities and counties were in unbalanced state. (3) land use exploitative intensity presented an ascending progress from the central to the west and the east, while land use supply capability shoed a declining tendency from the central to the west and the east. Finally, it suggested that the spatial allocation and rational exploitation should be done according to exploitative intensity and supply capability, and combined with local economic conditions and urban functions. The development of central and western regions should be paid more attention so that more cities and counties can reach a balance degree on land use.

GIS; land use; balance degree; spatial and temporal features; Hainan province

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170506

2016-10-12

唐怡(1996—)，女，湖北荆门人，本科。研究方向：土地管理与评价工作。※通讯作者：韦仕川(1979—)，男，贵州黔南人，博士、教授。研究方向：土地利用规划、土地利用评价等方面研究。Email：fswsc@163.com

*资助项目：海南省自然科学基金项目“海南省旅游型城镇化研究”(20154187)； 海南省哲学社会科学规划课题“海南省资源节约与环境保护研究”(HNSK(GJ)13-82)； 海南省哲学社会科学规划课题“环境友好乡村与农村土地利用方式关系研究”(HNSK(ZC)15-8)

F301

A

1005-9121[2017]05041-07