基于RS與GIS的土地利用變化與新型城鎮(zhèn)化關(guān)系研究

[摘要]以廣西百色市為例，在 GIS及 RS技術(shù)的支持下，結(jié)合回歸分析方法，對(duì)研究年份的TM遙感圖像進(jìn)行解譯分類(lèi)，利用土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣分析模型、回歸擬合分析等方法對(duì)土地利用變化進(jìn)行研究，揭示百色市新型城鎮(zhèn)化水平與土地利用變化的關(guān)系。結(jié)果表明，①2005 ～2015百色市各類(lèi)土地的面積都在變動(dòng);②百色市新型城鎮(zhèn)化水平的高低與各類(lèi)土地面積存在著相關(guān)性;③土地城鎮(zhèn)化、產(chǎn)業(yè)城鎮(zhèn)化及人口城鎮(zhèn)化之間存在著正反饋關(guān)系。

[關(guān)鍵詞]土地利用變化;新型城鎮(zhèn)化;廣西百色市

[中圖分類(lèi)號(hào)]F301.24[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

土地作為人類(lèi)活動(dòng)的空間載體，在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中發(fā)揮著極其重要的作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展， “空間城鎮(zhèn)化”并沒(méi)有帶來(lái)“人口城市化”。與此同時(shí)，土地撂荒、人地矛盾、優(yōu)質(zhì)耕地漏失等問(wèn)題愈演愈烈，我國(guó)城鎮(zhèn)化的模式亟待轉(zhuǎn)型。隨著相關(guān)規(guī)定的出臺(tái)以及有關(guān)新型城鎮(zhèn)化試點(diǎn)方案的推行，使得新型城鎮(zhèn)化的概念深入人心。在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的進(jìn)程中國(guó)內(nèi)外的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注新型城鎮(zhèn)化與土地利用變化之間的關(guān)系，主要集中在新型城鎮(zhèn)化中土地利用中的結(jié)構(gòu)與布局、效益耦合發(fā)展、集約利用程度等方面的研究。也有一些學(xué)者利用3S技術(shù)結(jié)合回歸分析法，對(duì)究土地利用變化與城市化及土壤侵蝕程度進(jìn)行研究。

縱觀國(guó)內(nèi)外，學(xué)者們對(duì)僅是對(duì)一些發(fā)達(dá)城市的土地利用變化與城鎮(zhèn)化關(guān)系進(jìn)行研究，對(duì)邊境地區(qū)研究較少;且多數(shù)從土地利用效益、土地利用結(jié)構(gòu)的角度對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)行剖析，很少?gòu)耐恋乩米兓@個(gè)大的角度研究其與新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)系。且這些地區(qū)基本上都屬于廣西區(qū)外的研究對(duì)廣西區(qū)內(nèi)城市的研究極少，特別是對(duì)對(duì)革命老區(qū)的研究更少。因此，以廣西百色市為例研究2005～2015百色市土地利用的變化趨勢(shì)，并探討新型城鎮(zhèn)化前后的其變化情況，揭示新型城鎮(zhèn)化與土地利用變化的內(nèi)在聯(lián)系。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

百色市位于廣西西部及右江流域，旅游與礦產(chǎn)資源豐富，隨著新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，百色市的經(jīng)濟(jì)與城鎮(zhèn)化發(fā)展顯著加快。2015年百色市總?cè)丝谶_(dá)413.19萬(wàn)人，其中常住人口占總數(shù)的87%，整個(gè)市的GDP達(dá)980.4億元。由于山區(qū)面積占比較大，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展對(duì)土地資源稀缺的百色市提出來(lái)更高的要求，迫切需要在新型城鎮(zhèn)化過(guò)程中提高土地的利用率，形成更為合理的發(fā)展模式。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)資源共享下載2005、2010、2015百色市遙感影像，在ArcGis10.2及ERDAS IMAGINE_9.2軟件的技術(shù)支持下，對(duì)百色市遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行處理，從解譯的影像中提取變化信息，最后利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣算出各地類(lèi)變化。新型城鎮(zhèn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《百色市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及政府門(mén)戶(hù)網(wǎng)站。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度（LUDI）。用此方法研究百色市三個(gè)時(shí)間段的土地在數(shù)量、質(zhì)量、類(lèi)型等方面的面積變化，。其表達(dá)式為：

（1）

式中Ua、Ub分別為研究初、末期某土地利用類(lèi)型的數(shù)量;T為研究時(shí)段。

1.3.2 轉(zhuǎn)移矩陣分析模型。轉(zhuǎn)移矩陣分析模型可全面反映區(qū)域土地利用類(lèi)型變化的方向、特征與結(jié)構(gòu)。其數(shù)學(xué)形式為

（2）

公式中：n為地類(lèi)的數(shù)量，S為圖斑面積，i j分別為研究初、期末地類(lèi)，該模型可以清楚的反映研究時(shí)間段內(nèi)初、末期的土地利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)以及各時(shí)段內(nèi)各地類(lèi)的組成、來(lái)源。

（3）回歸擬合模型。其公式如下：

Y = aX2 + bX + c （3）

式中：Y為某土地利用類(lèi)型占總面積的比例; X為新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。

2 2005 ～2015百色市土地利用時(shí)空變化特征分析

2.1 土地利用數(shù)量變化分析

通過(guò)分析2005、2010及2015百色市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)表（表1）和2005、2010及2015百色市土地利用現(xiàn)狀圖（圖1），結(jié)果表明：從時(shí)間上看，建設(shè)用地和水域面積不斷增加;耕地和草地面積先減后增;林地面積先增后減;未利用地在三個(gè)時(shí)期的變化不大。從空間上看，林地、耕地?cái)?shù)量的增減在百色市南部及東部地區(qū)較為明顯;建設(shè)用地的增加則主要是體現(xiàn)在百色市中部及東部地區(qū);草地、水域及未利用地在空間上的變化表現(xiàn)不明顯。

2.2 土地利用變化速度分析

本研究采用土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)分析百色市土地利用變化速度，依據(jù)土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式，結(jié)合不同年份的土地利用類(lèi)型總面積可得到 3個(gè)時(shí)期的土地利用動(dòng)態(tài)度，如表2所示。

由表2可知，2005 ～2015間，耕地面積先減后增，土地利用動(dòng)態(tài)度為-0.10%;林地面積先增后減，土地利用動(dòng)態(tài)度為-0.01%;草地面積變化量較小土地利用動(dòng)態(tài)度約接近于0;建設(shè)用地面積、水域面積持續(xù)增加，土地利用動(dòng)態(tài)度分別是1.91%和5.60%，其中建設(shè)用地面積的變化程度最大，水域次之;未利用地先增后減，土地利用動(dòng)態(tài)度為0.23%。

2.3 土地利用類(lèi)型變化分析

本研究運(yùn)用ArcGIS10.2對(duì)百色市土地利用分類(lèi)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊置分析，得出2005～2010百色市土地利用格局轉(zhuǎn)移矩陣（見(jiàn)表3）、2010 ～2015百色市土地利用格局轉(zhuǎn)移矩陣（見(jiàn)表4）。

2005 ～2010百色市各地類(lèi)的變化，由表3可知：①草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的量為590.97hm2;②耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的量為5032.21hm2;③林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的量為2828.98;④水域轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的量為518.2hm2。轉(zhuǎn)出水域的量變成林地的面積占最多，草地和耕地次之，未利用地與建設(shè)用地最小;⑤轉(zhuǎn)出的建設(shè)用地主要變成耕地和林地。

2010 ～2015各地類(lèi)的變化，由表4可知：①耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的面積是4982.7hm2;②林地轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積是2407.21hm2;③草地轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積是601.05hm2;④水域轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積是831.89hm2;⑤轉(zhuǎn)入的建設(shè)用地面積小于轉(zhuǎn)出的。

結(jié)合表3、表4可知：在這幾個(gè)時(shí)期中，建設(shè)用地變化最大，未利用地的變化率次之，說(shuō)明建設(shè)用地與未利用地的面積還處于波動(dòng)狀態(tài);從相互轉(zhuǎn)移的數(shù)量來(lái)看，建設(shè)用地多是由耕地轉(zhuǎn)入而來(lái)的，表明百色市城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)多以占用耕地為主。此外，占建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積較大的還有林地。

3土地利用變化與新型城鎮(zhèn)化水平的相關(guān)分析

3.1 百色市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平測(cè)度結(jié)果

基于已有的新型城鎮(zhèn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系相關(guān)研究成果，對(duì)備選指標(biāo)進(jìn)行了仔細(xì)篩選，指標(biāo)的選取涵蓋生產(chǎn)、生活、生態(tài)等方面的32個(gè)具體指標(biāo)體系。通過(guò)計(jì)算，最后得出百色市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。采用改進(jìn)的熵權(quán)法確定權(quán)重，對(duì)新型城鎮(zhèn)化的綜合水平進(jìn)行分析，以消除在權(quán)重賦值過(guò)程中主觀因素的影響。

通過(guò)計(jì)算，可得到百色市2005～2015年新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平測(cè)度結(jié)果如表5所示。

由表5可知，從2005～2015年，百色市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平總體上呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。不斷上升的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平反映出百色市經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí)，人民無(wú)論在生活上還是精神上都得到質(zhì)量上的提高，生產(chǎn)、生態(tài)、生活配置結(jié)構(gòu)日趨合理，使得城市的聚集效益不斷增強(qiáng)，影響力也不在斷擴(kuò)大。

3.2 土地利用變化與新型城鎮(zhèn)化的比較分析

借鑒已有研究，本文將各地類(lèi)變化與百色市新型城鎮(zhèn)化進(jìn)行定量比較分析。然后把新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與各土地利用類(lèi)型占比值制成散點(diǎn)圖（見(jiàn)圖2、圖3），得出土地利用變化與百色市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的定量研究關(guān)系。

由圖2可知，農(nóng)用地占總面積比隨著新型城鎮(zhèn)化水平的上升不斷的下降，兩者在數(shù)量上呈現(xiàn)出顯著的線(xiàn)性關(guān)系，關(guān)聯(lián)系數(shù) R2=0.991，回歸方程為：

Y1=-26.686X2+10.62X+97.943 （11）

式中：Y1為農(nóng)用地占總面積比;X為新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。從曲線(xiàn)圖可以看出，新型城鎮(zhèn)化水平與農(nóng)用地占總面積比有很密切的相關(guān)性，表明了新型城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展導(dǎo)致城市周邊農(nóng)用地減少。

由圖3可知，建設(shè)用地占總面積比隨著新型城鎮(zhèn)化水平的上升而上升，兩者在數(shù)量上同樣呈現(xiàn)出典型的線(xiàn)性相關(guān)，關(guān)聯(lián)系數(shù) R2=0.9891，回歸方程為：

Y2=20.219X2-8.2605X+1.2603 （12）

式中：Y2為建設(shè)用地占總面積比;X為新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。從回歸擬合曲線(xiàn)來(lái)看，新型城鎮(zhèn)化水平的高低與建設(shè)用地占總面積比之間在數(shù)量上相關(guān)性很好，且新型城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展表現(xiàn)為建設(shè)用地規(guī)模的不斷擴(kuò)大。

3.3 土地利用變化與新型城鎮(zhèn)化的互饋機(jī)制分析

本文將土地利用變化與城市化發(fā)展作用機(jī)制應(yīng)用于百色市新型城鎮(zhèn)化發(fā)展與土地利用變化的關(guān)聯(lián)分析中，結(jié)合圖4分析，得出新型城鎮(zhèn)化過(guò)程土地、產(chǎn)業(yè)、人口城鎮(zhèn)化之間存在正反饋關(guān)系 。

3.3.1 三個(gè)時(shí)間段百色市的新型城鎮(zhèn)化上水平都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，新型城鎮(zhèn)化水平由2005年的0.1850提高到2015年的0.3138，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，農(nóng)村人口不斷向城鎮(zhèn)積聚，城鎮(zhèn)人口占比由25%上升至34%。在新型城鎮(zhèn)化初期，農(nóng)村人口向城市遷移，人口的大量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致農(nóng)村土地撂荒，城鎮(zhèn)發(fā)展空間不斷擴(kuò)大以滿(mǎn)足人們的生產(chǎn)生活需要，這需要占用城市周邊的土地以此來(lái)擴(kuò)大城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模，最終導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，2005～2015建設(shè)用地比重由0.42%增加至0.65%;農(nóng)業(yè)用地比重由99.00%減少至98.66%。

但是，在新型城鎮(zhèn)化水平不斷提升的過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和社會(huì)功能等基本能滿(mǎn)足遷入人口的需求，為了提升并優(yōu)化新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的目標(biāo)，2010 ～2015百色市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展，不再是一味的以建設(shè)用地?cái)U(kuò)張為主，而是注重以人為核心，注重轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，提升集約水平，故2010 ～2015百色市建設(shè)用地增加的幅度在減小，但是新型城鎮(zhèn)化水平仍在穩(wěn)步發(fā)展。

3.3.2 土地利用結(jié)構(gòu)的重組也使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重新配置，2005～2015第一產(chǎn)業(yè)所占比重從26.7%變成17.3%，二、三產(chǎn)業(yè)占比上升，由73.3%增至82.7%。城鎮(zhèn)邊緣區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張多是占用了其邊周邊的農(nóng)用地。

3.3.3 因二、三產(chǎn)業(yè)的收入遠(yuǎn)高于第一產(chǎn)業(yè)，大量農(nóng)村剩余勞動(dòng)力會(huì)向二、三產(chǎn)業(yè)靠攏，城鎮(zhèn)聚集效應(yīng)增強(qiáng)，農(nóng)村人口從事非農(nóng)生產(chǎn)占比將持續(xù)上升，勢(shì)必進(jìn)一步加快了新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展。但是，這種正向作用機(jī)制并非長(zhǎng)久存在，當(dāng)新型城鎮(zhèn)化水平達(dá)到其應(yīng)有水平后，正向影響機(jī)制就會(huì)停止，土地應(yīng)該更多的向空間發(fā)展而不是攤“大餅式”。

4 結(jié)論

以廣西百色市為研究區(qū)，選取2005年、2010年和2015年為研究節(jié)點(diǎn)，在 GIS及 RS技術(shù)的支持下，結(jié)合回歸分析方法，研究百色市新型城鎮(zhèn)化水平與土地利用變化的關(guān)系，結(jié)果表明，2005～2010年土地利用大體表現(xiàn)為建設(shè)用地、林地、水域面積的增加，耕地、草地、未利用地的減少，2010～2015年土地利用大體表現(xiàn)為耕地、草地、建設(shè)用地、水域面積的增加，林地、未利用地的減少。

新型城鎮(zhèn)化水平的高低與土地利用類(lèi)型比存在著明顯的相關(guān)性，低水平的新型城鎮(zhèn)化導(dǎo)致了農(nóng)用地的萎縮和建設(shè)用地的擴(kuò)大;當(dāng)新型城鎮(zhèn)化水平達(dá)到一定高度時(shí)，粗濫的發(fā)展方式轉(zhuǎn)變成更注重發(fā)揮資源的綜合效益的發(fā)展模式，農(nóng)業(yè)人口合理向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，建設(shè)用地多向空間發(fā)展，土地利用類(lèi)型的變化比一般城鎮(zhèn)化進(jìn)程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這一變化會(huì)在城鎮(zhèn)周邊地區(qū)表現(xiàn)得非常明顯。

新型城鎮(zhèn)化水平較低時(shí)，僅表現(xiàn)為建設(shè)用地的擴(kuò)張;隨著各方面的不斷完善，土地、產(chǎn)業(yè)及人口城鎮(zhèn)化之間存在著正向顯著相關(guān)，當(dāng)發(fā)展理念轉(zhuǎn)變、水平不斷提高時(shí)，土地城鎮(zhèn)化將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)及人口城鎮(zhèn)化，產(chǎn)業(yè)和人口城鎮(zhèn)化也將推動(dòng)土地城鎮(zhèn)化。

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[收稿日期]2018-12-03

[作者簡(jiǎn)介]張宗刻（1990—），男，廣西百色人，助理工程師，從事國(guó)有土地管理工作。