土地利用时空格局演变与影响因素：以惠水县为例

杨 丽

(河海大学 公共管理学院土地资源管理系，江苏 南京 211100)

0 引言

【研究意义】土地利用及其变化作为全球环境变化研究的一个重要组成部分，长期以来受国内外学者的广泛关注[1-3]。对某一地区的土地利用及其变化进行研究，不仅对当地的环境变化研究有重要作用，还能调控当地的土地利用、调整当地的农业结构和协调当地的经济发展和生态环境保护，为当地的社会经济生态长久发展提供科学依据。【前人研究进展】有关土地利用及其变化研究初期以全球气候变化效应为主，后期扩展到更多相关的领域，尤其在不同尺度的土地利用、土地覆被变化、土地驱动机制及环境效应、生态和资源影响等方面更是进行了深入了解[4]。对土地利用变化研究的过程中，受土地覆被变化和土地利用的影响，驱动力的问题一直处于研究的核心位置[1]。【研究切入点】贵州省是我国西部高原山地的一部分，是全国唯一没有平原支撑的山地农业省，具有山地、丘陵多，坝地少的特点。盆地(坝子)、洼地等一系列空间尺度不一的坝地及其周边山地构成了贵州省广泛分布的山-坝系统[5]。坝区是贵州的粮食生产基地，对贵州省人口承载和社会经济发展起着重要作用，其地位远远高于山地、峡谷等地貌形态[6]。由于城镇化速度逐渐加快、人口数量逐年增多，现有土地利用的结构也发生了很大变化，很多建设用地都存在被无序或广泛使用的情况，农地非农化的快速发展导致耕地面积迅速减少。因此，全面分析贵州省土地利用变化及其驱动力十分迫切。【拟解决关键问题】以贵州省惠水县为研究区，分析1990-2016年惠水县土地利用变化及驱动力，掌握其变化原理，以期为惠水县土地利用调控提供理论参考。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

惠水县隶属于贵州省黔南布依族苗族自治州，位于省会贵阳市南部，北邻贵阳，西及安顺，地处东经106°23′20″～107°05′14″。惠水县属于喀斯特盆地地貌，地势北高南低，海拔平均为1 183 m、最高1 705 m、最低661 m。境内广泛分布有山地、丘陵、坝子，山地约占惠水县总面积的64.35%，丘陵约占26.45%，坝子约占9.2%。研究区为亚热带季风气候，年均温≥15.8℃，最冷月平均气温为5.8℃，最热月平均气温为23.9℃，气候温和，雨热同季，主要种植粮食作物、经济作物和蔬菜等。

1.2 数据来源

数据来源多为空间数据。包括惠水县行政区划矢量数据、遥感影像数据、DEM数字高程模型数据和1∶50 000地形图，主要从地理空间数据云平台获取。

1.3 研究方法

首先，使用ENVI 5.3和ArcGIS 10.2处理基础数据。依据研究区行政边界剪裁遥感影像，采用人机交互式解译和监督分类方法对1990年、2000年、2010年和2016年的landsat TM影像数据进行辐射校正、几何校正及配准、影像融合、裁剪、影像增强等预处理，最终得到对应年份的土地利用矢量图，并对解译结果进行实地抽样考察验证、综合分析及图斑修正，最终解译成果精度在90%以上，满足研究需求。参考国家基本资源与环境本底动态遥感调查数据库的分类体系，结合研究区的土地利用特点，把土地利用类型分为林地、建设用地、水域、耕地、草地及未利用地。

其次，通过ArcGIS 10.2绘制不同时期惠水县的土地利用综合指数图，解析该县在土地利用空间格局上的变化。同时使用单一土地利用动态数和综合土地利用动态数共同分析该县在土地利用过程中发生的动态变化，结合惠水县人口增长和经济发展剖析土地利用变化的动因。

1.3.1 土地利用动态度 土地利用动态度是土地利用类型在某个时间段内数量发生变化的情况。包含土地利用的空间变化、土地利用类型组合方式变化和土地资源的数量变化等，根据研究对象的不同可分为单一土地利用动态度、综合土地利用动态度[7]。

1.3.2 土地利用变化率 单一土地利用类型动态度是某研究区在单种土地利用类型上一定时间内数量发生变化的情况，计算公式[8]：

式中：K为研究区间内单一土地利用类型的动态度；Ua和Ub分别为研究期初和研究期末单一土地利用类型的面积；T为研究时段长，当T用年表示时，K值为整个研究区内任意一种土地利用类型的年变化率。

1.3.3 综合土地利用动态度 综合土地利用动态度是在某研究区内一定时期土地利用类型的变化速度。土地利用类型变化速度在区域内呈现差异化，原因是由于某研究区内在一定时间段内对整个土地利用类型的变化速度决定的，该速度也能在一定程度上代表区域内社会经济活动对土地利用变化产生综合的影响。计算公式[9]：

式中，S为土地利用动态度，反映对应t时段的研究区土地利用的变化速率。Si为监测开始阶段第i类土地利用类型的总面积；ΔSi-j为从监测开始到结束的时段内，第i类土地利用类型转变成其他类土地利用类型面积的总数；t为整体时间段。

1.3.4 土地利用综合程度 土地系统包含社会及自然因素的双重综合体，土地利用程度既是这2种因素共同作用的产物，又是反映土地利用深度、广度的指标。社会和自然因子对土地利用变化的影响及强度可以在土地利用程度指数上体现出来。参照刘纪远等[9]提出的土地利用程度分级指数，通过运动土地利用程度的综合分级方法及分级原则：未利用地、林地(草地、水域)、耕地、建设用地的土地利用分级指数分别为1、2、3、4，兼顾土地自然综合体在社会大环境影响下的自然均衡状态进行土地利用程度分级，某研究区内土地利用程度综合指数计算公式[10]：

式中，La为某研究区土地利用程度的综合指数；n为土地利用程度的分级数；Ci为某研究区内第i级土地利用程度分级面积的百分比；Ai为某研究区内第i级土地利用的分级指数。

2 结果与分析

2.1 惠水县1990-2016年土地利用总体变化情况

从图1看出，1990-2016年惠水县各类土地利用发生了很大的变化。1990-2000年与2000-2010年，耕地和林地呈减少趋势，草地、建设用地、水域和未利用地呈增加趋势；2010-2016年，耕地、建设用地、水域和未利用地呈减少趋势，林地和草地呈增加趋势。

图1 贵州省惠水县1990-2016年土地利用的空间格局Fig.1 Spatial pattern of land use in Huishui County of Guizhou Province during 1990—2016

2.1.1 土地利用类型变化情况 从表1可知，1990-2000年，惠水县土地利用结构发生了较大的变化，耕地和林地呈减少趋势，草地、建设用地、水域和未利用地呈增加趋势。其中，耕地面积由64 715.22 hm2减至60 897.06 hm2，年均降381.82 hm2。林地面积由159 726.78 hm2减至143 292.87 hm2，年均降1 643.40 hm2。1990年原有草地面积为18 272.07 hm2，2000年增至29 841.03 hm2，年均增1 156.90 hm2。未利用地变化相对较小。水域变化显著，由1990年的1 246.86 hm2增至2000年的4 774.14 hm2，年均增352.73 hm2。建设用地变化非常显著，由1990年的1 290.78 hm2增至2000年的6 274.62 hm2，年均增498.38 hm2，其动态度最高，为38.61%，是各种土地利用类型中变化最为明显的，通过GIS统计分析表明，此土地利用类型主要由耕地转化而来。由于城镇化的进程不断加深，建设用地急剧增加，农地非农化趋势快速发展导致耕地面积迅速减少。而水域、草地和未利用地增加主是人口迁移导致耕地撂荒、村落废弃、城市建筑容积率和投入基础设施成本增加等原因引起。

表1 1990-2016年惠水县不同土地利用类型的变化情况Table 1 Variation situation of different land use types in Huishui County during 1990—2016

2000-2010年土地利用变化明显，耕地和林地的利用率逐年下降，而其余4种土地利用类型(水域、建设用地、草地和未利用地)均呈一定的上升趋势，其中耕地面积的变化较突出，由2000年的60 897.06 hm2降至2010年的50 367.87 hm2，减少10 529.19 hm2；林地面积由143 292.87 hm2减至33 879.95 hm2，年均降941.29 hm2；与1990-2000年相比，草地与建设用地增加的速度明显加快，草地与建设用地分别增加8 003.34 hm2和11 180.61 hm2，建设用地增加面积为草地的1.4倍；林地的负增长趋势逐渐放缓；未利用地和水域面积的变化相对较小，水域和未利用地分别增加557.46 hm2和200.7 hm2。

2010-2016年惠水县耕地和建设用地大规模减少，耕地共减少6 328.71 hm2，年均降1 054.785 hm2，其动态度为-2.09%；建设用地由2010年的17 455.23 hm2减至2016年的15 770.97 hm2，年均降280.71 hm2；水域和未利用地减少相对较少，分别为130.12 hm2和471.42 hm2；林地变化波动不大，总体呈增加趋势，2010-2016年由133 879.95 hm2增至134 144.78 hm2；草地处于持续增加趋势，增加9 234.45 hm2。

2.1.2 土地利用综合程度 从惠水县土地利用综合指数的空间分布格局(图2)看出，坝区的土地利用综合指数最高，其次是山坝交错区，最后是山区。主要原因为坝区地表平缓，土壤较肥沃，灌溉方便，稻田多，是粮食生产基地，经过长期利用与改造，成为各地的政治、经济、文化中心，对人口承载、经济发展、生态建设起着重要作用，而山区山高地陡，土层瘠薄，耕地少而分散，土地广阔，人口稀少。

图2 1990-2016年惠水县土地利用综合指数空间分布Fig.2 Spatial distribution of land use comprehensive index in Huishui County during 1990—2016

从时间分布(表2)看，1990年的土地利用综合指数最低，为227.37。随着城市化进程和人口的增加，建设用地和未利用地不断被开发，农田不断被占用，区域土地利用综合指数不断提高，到2010年达最高，为234.54，自然景观进一步破碎化。2010-2016年，土地利用综合指数略微下降，2016年为230.67与2000年的土地利用综合指数相差较小。

表2 1990-2016年惠水县土地利用综合指数Table 2 Land use comprehensive index in Huishui County during 1990—2016

2.2 惠水县土地利用变化驱动力

2.2.1 土地利用与人口增长的关系 区域土地利用的变化和人口因素的影响是分不开的。人口数量增多会导致各类土地的需求发生变化，人口的持续增加也会导致耕地锐减[11]。惠水县1990年、2000年、2010年及2016年的人口数分别为36.5万人、41.2万人、45.1万人和45.9万人，1990-2016年惠水县的人口增加了9.4万。1990-2016年土地利用的动态度变化也同样明显，1990-2000年、2000-2010年和2010-2016年的土地利用动态度分别为-0.59、-1.73和-2.09，耕地在工矿用地、交通运输用地及城区间的变化更加明显。人口数量和人类对各式产品的需求是同步增长的，要满足持续增长的需求，就必须调整土地利用的结构或开发一些暂未被利用的土地。惠水县的未利用地几乎不能被开发，因而只能通过发展原地、占用耕地等满足人们日益增长的需求。

2.2.2 土地利用与经济发展的关系 经济的高速发展是城市空间扩展和土地利用变化最主要的驱动力之一[12]。1990-2016年惠水县的GDP和土地利用都发生了重大变化，1990年、2000年、2010年及2016年的生产总值分别为3.2亿元、8.03亿元、28.5亿元和70.69亿元；期间增加了67.49亿元，增长率为2 109.06%。从惠水县1990-2016年土地利用结构的变化看出，林地及耕地面积不断减少，但工矿用地、交通运输用地的面积迅速扩张。经济的快速发展不仅促进了农业劳动力向城市、城镇的转移，导致城镇规模不断扩大，城镇建设投资额不断增加，建设力度不断加大，对土地的需求量也不断增加，同时经济的发展也促进了旧城的改造和新区的开发。

3 讨论

土地是地球上每个人生存必需的自然资源，也是整个社会发展的物质基础[13-14]。人类对土地施加的影响是基于自然属性上的利用，土地利用变化也代表着人类在陆地活动期间和表层环境产生的一种呼应[15-16]。从土地利用的变化也能看出人类和自然间的关系是息息相关的，土地利用动因在每个地区都存在差异化。

土地利用变化是综合影响因素的结果，不仅只有传统的人口、经济、政策因子会影响地区土地利用变化结构，也存在很多间接影响因子。如产业机构的改革会带来土地利用的变化，从而在各个产业部门间进行新一轮的土地资源分配[17]。此发展还会带来工矿用地和交通用地的巨大使用需求，引发更多的用地争议[18]。

4 结论

对贵州省惠水县土地利用变化及其驱动力的研究表明，1990-2016年贵州省惠水县土地利用动态度、利用结构和综合指数等方面均有较明显的变化，耕地面积保持持续下降，未利用地和水域面积呈先增后略减的趋势，且变化比例相对较小，草地与建设用地则相反，呈持续增加；1990-2016年主要的土地利用变化是林地与草地、林地与建设用地、耕地与草地、耕地与建设用地之间的相互转换。驱动分析看出，人口数量的增长会促使各区域用地的需求发生变化，人口持续增加导致耕地锐减；经济发展促进了惠水县土地利用变化。研究结果可为惠水县土地利用的调控和实现及人地矛盾、生态建设、国土优化、乡村振兴等问题的科学认识和解决提供有价值的理论知识和参考。

5 建议

5.1 优化土地利用结构，促进经济健康发展

牢牢树立节约与集约土地的思想，在实现三大效益的基础上发展好三大产业，利用最新的科学技术带动整个产业结构发生变化。鼓励农业集中式经营，不分散也不扩张农业用地，引导群众使用机器进行生产。在节约农地的基础上，保证产量。建设工业用地的核心问题就是保护好区域内的环境，避免对土地造成污染，减少污染物的排放。

5.2 加强土地整理，提高土地利用率

在修整废弃土地、平整土地、合并散落地块和改善土壤等方法的基础上，高效利用被闲置的低效土地，加强整理工作，强势推进水、村、路、田等储蓄资源的整理。与此同时提倡企业对内部的建设用地进行深入的挖掘和改造，对其中建设标准化厂房、提高容积率、不增加二次投资用地的优质企业给予一定的优惠奖励，让城镇土地利用的效率真正得到提高[19]。

5.3 关注人口变化，促进城镇土地集约利用

土地利用变化的动因取决于人口因素，建设用地需求量跟人口数量的增长成正比。城镇化的不断推进加速了农用地向建设用地的转变。因此要密切关注人口的变化，实行相关的控制政策，在人口结构上进行深层的调整。为了土地的流向处于合理的状态，需要大力扶植农村地区的农业经济发展，通过建设我国社会主义新农村的方式来减缓城镇化的进程[20]。