土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)方法研究

夏雨嵐 蔡瀟 葉曉龍 呂添貴

摘 要? 本文采用定量分析方法分析九江市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的特征并對(duì)其2020年用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)比分析規(guī)劃值與預(yù)測(cè)值之間的差異。研究結(jié)果表明：（1）九江市用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)變化的顯著特征是農(nóng)用地、生態(tài)用地占比逐年減少，建設(shè)用地快速增加;（2）采用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型對(duì)九江市的用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)具有科學(xué)合理性。建議在國(guó)土空間規(guī)劃編制中采用科學(xué)方法預(yù)測(cè)，以提高規(guī)劃的科學(xué)性和指導(dǎo)性。

關(guān)鍵詞? 土地利用;數(shù)量結(jié)構(gòu)特征;灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型;九江市

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Prediction Methods of Land Use Quantitative Structure

—Taking Jiujiang City as an Example

Xia Yulan1， Cai Xiao1， Ye Xiaolong1， Lv Tiangui2

（1.College of Tourism and Geography， Jiujiang University， Jiujiang Jiangxi 332005; 2. School of Tourism and Urban Management， Jiangxi University of Finance and Economics， Nanchang Jiangxi 330013）

Abstract： The purpose of this paper is to analyze the present characteristics of land use quantitative structure in Jiujiang city of Jiangxi province， to forecast the quantitative structure of land use in 2020， and to compare the difference between the planning number and the predicting number. The results show that：①The obvious characteristic of changes of land use quantitative structure in Jiujiang city is that the proportion of agricultural land and ecological land is reduced year after year， and the construction land is increasing rapidly. ②It is scientific and reasonable to use the grey system dynamic model to predict the quantitative structure of land use in Jiujiang city. In order to enhance the planning scientific and directive， it is suggested to adopt scientific methods to forecast in national spatial planning.

Keywords： land use; quantitative structural characteristics; model of grey system dynamic prediction; Jiujiang city

1? 引言

土地利用結(jié)構(gòu)是土地利用系統(tǒng)的核心內(nèi)容[1]，是土地利用規(guī)劃研究的核心問(wèn)題[2]。土地利用結(jié)構(gòu)包括四層含義：土地利用組成結(jié)構(gòu)、土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)、土地利用空間結(jié)構(gòu)、土地利用權(quán)屬結(jié)構(gòu)，其中，土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)是指區(qū)域內(nèi)各類(lèi)土地利用類(lèi)型和方式在數(shù)量上的比例關(guān)系，反映不同土地利用系統(tǒng)的特征、利用水平及運(yùn)行方向[3]。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的分析主要從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)角度展開(kāi)。從靜態(tài)研究來(lái)看，現(xiàn)有的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析主要包括組合類(lèi)型分析、集中程度分析、多樣化分析、區(qū)位意義分析等[4-6];從動(dòng)態(tài)研究來(lái)看，現(xiàn)有的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析主要體現(xiàn)在利用歷年數(shù)據(jù)分析歷年的土地利用變化、利用歷年數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。其中，分析歷年的土地利用變化，國(guó)外學(xué)者主要是應(yīng)用GIS、RS技術(shù)進(jìn)行分析[7-8]，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要采用土地利用動(dòng)態(tài)度指標(biāo)分析土地利用類(lèi)型變化的速度和幅度[9-12];預(yù)測(cè)未來(lái)的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)，學(xué)者們主要通過(guò)構(gòu)建馬爾科夫預(yù)測(cè)模型[13-15]或采用灰色預(yù)測(cè)法[16-17]。從現(xiàn)有研究來(lái)看，大多側(cè)重于從靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的某一方面分析土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的特征，鮮有文獻(xiàn)綜合運(yùn)用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法研究土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)。

本文以全國(guó)第一大淡水湖泊鄱陽(yáng)湖與全國(guó)第一大河流長(zhǎng)江的節(jié)點(diǎn)城市——江西省九江市為研究對(duì)象，在分析九江市歷年的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為九江市的土地利用轉(zhuǎn)型、土地利用管理及新一輪國(guó)土空間規(guī)劃編制工作提供依據(jù)。

2? 研究方法及數(shù)據(jù)

本文聚焦于九江市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，采用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)2020年九江市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)。文中九江市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《九江市統(tǒng)計(jì)年鑒》;2009-2015年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)均來(lái)自九江市自然資源局。

灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型是通過(guò)少量的、不完全的信息，建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測(cè)的方法?；疑A(yù)測(cè)的缺點(diǎn)在于對(duì)波動(dòng)性較大數(shù)據(jù)列和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的擬合較差，優(yōu)點(diǎn)在于短期預(yù)測(cè)。目前應(yīng)用最為廣泛的灰色預(yù)測(cè)模型是GM（1，1）模型，該模型基于隨機(jī)的原始時(shí)間序列，經(jīng)按時(shí)間累加后所形成的新的時(shí)間序列呈現(xiàn)的規(guī)律可用一階線(xiàn)性微分方程的解來(lái)逼近，從而對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)量大小的預(yù)測(cè)。這種方法對(duì)影響因素多、規(guī)律性不很明顯的數(shù)列預(yù)測(cè)有明顯的優(yōu)勢(shì)[18]?？紤]到數(shù)據(jù)的可得性及影響各地類(lèi)面積變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素較多，本文擬構(gòu)建灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型對(duì)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行短期預(yù)測(cè)。據(jù)此，本文根據(jù)2009-2015年九江市的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)分別建立8類(lèi)土地利用類(lèi)型的預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)其2020年的發(fā)展趨勢(shì)。

3? 結(jié)果分析

3.1 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)變化特征

通過(guò)對(duì)九江市2009-2015年各個(gè)土地利用類(lèi)型數(shù)量結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析可知（表1）：農(nóng)用地大量減少，建設(shè)用地大量增加。其中，園地面積減少的速度最快，6年間減少了6.13%;耕地面積、林地面積分別以0.18%、0.16%的速度減少;草地減少了4.29%;交通運(yùn)輸用地面積增加的速度最快，期間增加了20.58%;城鎮(zhèn)村及工礦用地面積以年均2.9%的速度增加了18.74%。采用土地利用結(jié)構(gòu)變化貢獻(xiàn)率指標(biāo)反映2009-2015年九江市土地利用結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化，由表1可知，對(duì)九江市2009-2015年土地利用結(jié)構(gòu)變化貢獻(xiàn)最大的土地利用類(lèi)型是城鎮(zhèn)村及工礦用地，這主要是受九江市近些年快速發(fā)展的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化影響。此外，研究時(shí)段內(nèi)，水域及水利設(shè)施用地面積以年均0.23%的速度減少。

3.2 灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

3.2.1 2009-2015年九江市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)擬合分析

運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)九江市的8種用地類(lèi)型分別進(jìn)行GM（1，1）灰色模型預(yù)測(cè)，可以得出各種土地利用類(lèi)型歷年的預(yù)測(cè)擬合值和誤差百分比（表2）。表2顯示各地類(lèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值擬合較好，誤差百分比大部分控制在0.1%以下，由此可見(jiàn)，采用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)九江市土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的。

3.2.2 2020年九江市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

本文采用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)法對(duì)九江市2020年各地類(lèi)的用地結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將其與九江市2020年的各地類(lèi)的規(guī)劃值進(jìn)行對(duì)比分析（表3），以期為近期九江市的土地利用決策調(diào)整、合理配置土地資源、實(shí)現(xiàn)土地利用效益最大化提供依據(jù)，以此調(diào)整社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，達(dá)到土地資源的可持續(xù)利用。

從預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看（表3），九江市2020年的用地構(gòu)成中仍以林地和耕地為主，但林地和耕地的占比均處于下降趨勢(shì)，較2015年占比分別下降0.48%和0.13%;城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地所占比較2015年將分別增加0.62和0.15個(gè)百分點(diǎn);水域及水利設(shè)施用地占比將降低0.14個(gè)百分點(diǎn);其他土地占比保持穩(wěn)定。

從九江市2020年土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)值和規(guī)劃值比較來(lái)看，耕地、林地、水域及水利設(shè)施用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)的規(guī)劃值比預(yù)測(cè)值略微偏小?？紤]到九江正處于快速發(fā)展的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化階段，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)建設(shè)用地的需求快速增加需要占用部分農(nóng)用地及水域，造成其規(guī)劃值比預(yù)測(cè)值偏小是可以接受的。隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略、“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施、“九江市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃”的深入推進(jìn)，建設(shè)用地需求量必將會(huì)進(jìn)一步增加。但是，九江市土地利用結(jié)構(gòu)2020年的規(guī)劃值中，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地的占比共4.97%，不僅小于預(yù)測(cè)值7.54%，更比其2015年測(cè)定的6.77%的比重還小，這就存在明顯的矛盾。更難以解釋的是，在《九江市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》中，其他土地所占的比重競(jìng)高達(dá)到10.32%，遠(yuǎn)超歷年及其預(yù)測(cè)值1.2%的比重，可能存在規(guī)劃中把一些可用閑置土地違規(guī)納入“其他土地”的問(wèn)題。由于這部分閑置土地實(shí)際上是前期準(zhǔn)備的建設(shè)用地，如果這樣的話(huà)，就有可能造成實(shí)際建設(shè)占用的土地遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)劃值和預(yù)測(cè)值，有可能存在違法占地的行為。此外，在歷年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)中草地占比達(dá)到1.8%-2%之間，然而規(guī)劃中2020年草地占比為0，這與現(xiàn)實(shí)不相符合，也違背生態(tài)文明建設(shè)的初衷?？梢?jiàn)，當(dāng)前正在實(shí)施的《九江市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》存在一定的缺陷，期望在新一輪的國(guó)土空間規(guī)劃中，其能夠?qū)嵤虑笫遣⒔Y(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，做好科學(xué)預(yù)測(cè);否則，規(guī)劃便失去了它應(yīng)有的科學(xué)指導(dǎo)作用。

4? 結(jié)論

（1）從土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)變化來(lái)看，九江市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)變化的顯著特征是農(nóng)用地、生態(tài)用地（主要包括林地、草地、水域等能改良區(qū)域生態(tài)環(huán)境的用地類(lèi)型）比重逐漸減少;建設(shè)用地比重快速增加。無(wú)論是從2009-2015年九江市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)中還是2020年的預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看：耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地均處于逐年減少;城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地面積處于逐年增加的態(tài)勢(shì)，其中，城鎮(zhèn)村及工礦用地對(duì)建設(shè)用地面積增加的貢獻(xiàn)最大。這與九江市當(dāng)前快速發(fā)展的工業(yè)和城鎮(zhèn)化需要大量建設(shè)用地相一致。

（2）采用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)九江市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)是可行的。通過(guò)對(duì)2009-2015年九江市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)擬合分析，顯示各地類(lèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值擬合較好，誤差百分比大部分控制在0.1%以下。同時(shí)對(duì)九江市2020年用地結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)值與規(guī)劃值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的用地狀況較其傳統(tǒng)規(guī)劃方法更具客觀性和科學(xué)性，可有效避免人為規(guī)劃的主觀隨意性。

（3）《九江市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》中存在一定的缺陷，與當(dāng)前九江的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)有些不符?？茖W(xué)預(yù)測(cè)主要地類(lèi)的面積和結(jié)構(gòu)是編制好一部規(guī)劃的關(guān)鍵，在新一輪的國(guó)土空間規(guī)劃編制中需采用多種方法進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，以提高規(guī)劃的科學(xué)性和指導(dǎo)性。

參考文獻(xiàn)/References

[1] 王萬(wàn)茂，韓桐魁.土地利用規(guī)劃學(xué)（第八版）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[2] 王群，王萬(wàn)茂.中國(guó)大陸地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J].中國(guó)土地科學(xué)，2015，29（8）：10-15.

[3] 郝晉珉.土地利用規(guī)劃學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[4] 朱鳳武，彭補(bǔ)拙，丁建中，等.溫州市土地利用空間格局研究[J].經(jīng)濟(jì)地理，2001，21（1）：101-104.

[5] 陳其春，呂成文，李壁成，等.縣級(jí)尺度土地利用結(jié)構(gòu)特征定量分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（1）：223-231.

[6] 張占錄，張遠(yuǎn)索.基于生態(tài)規(guī)劃理念的土地利用結(jié)構(gòu)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26卷增刊（2）：355-359.

[7] Amare Sewnet， Gebeyehu Abebe.Land use and land cover change and implication to watershed degradation by using GIS and remote sensing in the Koga watershed， North Western Ethiopia[J].Earth Sci Inform，2018，（11）：99–108.

[8] Jana Moravcova，Monika Koupilova， Toma?s Pavl??cˇek， etal. Analysis of land consolidation projects and their impact on land use change， landscape structure， and agricultural land resource protection： case studies of Pilsen-South and Pilsen-North （Czech Republic）[J]. Landscape and Ecological Engineering， 2017，13（ 1）：1–13.

[9] 吳琳娜，楊勝天，劉曉燕，等.1976年以來(lái)北洛河流域土地利用變化對(duì)人類(lèi)活動(dòng)程度的響應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，2014，69（1）：54-63.

[10] 韓會(huì)然，楊成鳳，宋金平.北京市土地利用變化特征及驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J].經(jīng)濟(jì)地理，2015，35（5）：148-154.

[11] 牛星，歐名豪.區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)變化及其結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)研究——以南通市為例[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007，7（1）：64-70.

[12] 郭麗英，王道龍，邱建軍.環(huán)渤海區(qū)域土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化研究[J].地域研究與開(kāi)發(fā)，2009，28（3）：92-95.

[13] 張龍深，杜政.基于多目標(biāo)準(zhǔn)則的大豐市土地利用結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與優(yōu)化[J].曲阜師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，43（4）：102-109.

[14] 李麗，劉普幸，姚玉龍.近 28 年金昌市土地利用動(dòng)態(tài)變化及模擬預(yù)測(cè)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（4）：1097-1104.

[15] 王建英，李江風(fēng)，張麗琴，等.基于生物多樣性保護(hù)的土地利用結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（4）：221-226.

[16] 王慎敏，楊齊祺，王丹丹，等.馬鞍山市土地精明利用數(shù)量結(jié)構(gòu)研究[J].中國(guó)土地科學(xué)，2014，28（11）：74-80.

[17] 王曉嬌，陳英，齊鵬，等.土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變及預(yù)測(cè)研究——以張掖市為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（4）：86-91.

[18] 劉耀林，劉艷芳，張玉梅.基于灰色-馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)模型的耕地需求量預(yù)測(cè)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2004（07）：575-579+596.