2009-2018年海口市土地利用轉型特征及其影響因素

王 婷, 韋仕川,2

(1.海南大學 公共管理學院, 海南 ?？?570228; 2.海南省公共管理治理研究中心, 海南 海口 570228)

城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的無序蔓延擴張，人口、產業(yè)和城鎮(zhèn)三者之間的交互關聯(lián)耦合，導致非農用地需求增加，農業(yè)生產空間與生態(tài)空間受到擠壓，導致糧食生產安全和生態(tài)安全等問題日益突顯[1-4]。人們對土地的開發(fā)利用強度使得土地利用發(fā)生劇烈變化，加速土地利用轉型[5]。開展土地利用轉型研究對于綜合研究與評估土地變化結果，破解人類活動與土地利用/土地覆被變化系統(tǒng)耦合規(guī)律，實現(xiàn)土地資源的優(yōu)化利用具有重要意義[6]。

土地利用轉型是指社會經濟變化和革新的驅動下，某一區(qū)域在一段時期內由一種土地利用形態(tài)轉變?yōu)榱硪环N土地利用形態(tài)的過程，它通常與經濟和社會發(fā)展階段的轉型相對應，是一個動態(tài)變化的過程[7]。已有諸多學者針對土地利用轉型進行研究。國外學者對林地轉型方面頗為關注[8-10]；國內學者主要集中于耕地轉型[11-13]、宅基地轉型[14-16]、建設用地轉型[17-20]、土地利用轉型的理論框架[21]、土地利用轉型的生態(tài)環(huán)境效應[22-24]以及與鄉(xiāng)村轉型發(fā)展耦合關系等[25]方面。土地利用具有生態(tài)、生產和生活(簡稱“三生”)的綜合功能，而土地利用轉型的重要表現(xiàn)就是有限的土地資源通過在各種主導功能之間進行數量和空間再配置的動態(tài)過程[26-27]。目前基于“三生”功能的土地利用轉型研究大多聚焦于生態(tài)方面[23-24,28-29]，而綜合考慮其社會、經濟與政策的影響因素研究甚少。

?？谑惺呛Ｄ鲜〗洕⒄?、文化中心及與島外聯(lián)系的交通樞紐，也是海南國際旅游島和自由貿易港建設的前沿陣地。在此種背景下，明晰土地利用轉型特征及其影響因素對于自貿港建設及土地利用布局優(yōu)化具有重要意義。因此，本研究以?？谑袨槔?，利用土地利用轉移矩陣、土地功能重心遷移和小波相干模型，識別2009—2018年海口市土地利用轉型特征及影響因素，為國土空間規(guī)劃提供科學參考。

1 研究區(qū)概況

?？谑惺呛Ｄ鲜∈鞘?，國際性綜合交通樞紐城市，國家“一帶一路”倡儀支點城市，海南自由貿易港核心城市，位于北緯19°31′—20°04′，東經110°07′—110°42′，地處海南島北部，東鄰文昌，西接澄邁，南毗定安，北瀕瓊州海峽。下轄秀英、龍華、瓊山、美蘭4個區(qū)，共轄22個鎮(zhèn)，21個街道辦事處。截至2018年底，?？谑锌側丝跒?.30×106人，土地總面積為2 289.51 km2，地區(qū)生產總值為1.51×1010元。研究區(qū)屬于熱帶季風氣候，地勢平緩，主要土壤類型為磚紅壤、帶狀潮沙泥、濱海沙土。隨著2008年“國際旅游島”的提出，人口數量增加，城市化進程加快，土地利用發(fā)生劇烈轉型。

2 研究方法及數據

2.1 研究方法

2.1.1 土地利用類型轉移矩陣 通過分析土地利用類型轉移矩陣，可以實現(xiàn)土地利用功能結構的轉型。該方法將土地利用轉型轉移面積以矩陣的形式加以列出，可以綜合反映不同時期土地利用的結構特征和土地利用功能類型的變化[30]。本文使用ArcGIS軟件對2個時期的土地利用類型數據進行交叉分析，并結合Excel數據透視表進行處理，建立2009—2018年海口市土地利用類型轉移矩陣。計算公式為：

式中：S為面積;n為土地利用的類型數;i，j分別為研究初期與末期的土地利用類型。

2.1.2 土地功能重心遷移 為更直觀地分析土地利用轉型過程，通過對各年份各類用地重心坐標的計算分析其重心遷移過程[31]，其表達式為：

式中：X,Y表示各類用地分布重心的經、緯度坐標;Wi表示第i個土地斑塊的面積;Xi,Yi分別表示第i個土地斑塊幾何重心的經、緯度;n表示該年份各類用地的斑塊總個數。

2.1.3 小波相干模型 小波相干譜可以用來度量空間中兩個信號局部相關的密切程度[32-33]。本文將生產用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率代表“三生用地”(Y)和影響因素(X)視為兩組空間信號，采用二者之間的小波相干系數作為生產用地、生活用地、生態(tài)用地影響因素對其作用的大小，將生產用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率(Y)和影響因素(X)的小波相干譜定義為：

式中：R為生產用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率Y和影響因素X的小波相干系數;WX(s)，WY(s)和WXY(s)為小波相干譜密度,即均除以尺度參數s,方可進行頻率域的平滑譜運算,否則將導致在所有空間和頻率點上交叉小波功率譜值均相等的錯誤結果,〈〉為平滑算子。

利用小波相干系數，明確土地利用轉型與其影響因素之間的作用關系，若小波相干系數大于0.7，說明該影響因素對土地利用轉型會產生重要作用。小波相干譜中下方0～1是小波相干系數值，細黑色錐線閉合內的數據為有效數據，粗黑線包圍的范圍表示通過蒙特卡洛顯著性檢驗。

2.2 數據來源及處理

2.2.1 數據來源 文中社會經濟數據來源于2010,2019年《?？谑薪y(tǒng)計年鑒》和?？谑懈鲄^(qū)、鎮(zhèn)政府工作報告；2009,2018年?？谑型恋財祿碓从谕恋乩米兏{查數據，土地利用現(xiàn)狀數據參照《土地利用現(xiàn)狀》(GB/T21010-2017)，土地整治數據源于土地整治項目。根據土地功能相關文獻[29,34-36]，將土地利用類型按其所滿足人類需求的不同方面分為生產功能、生態(tài)功能和生活功能(表1)。

表1 ?？谑小叭惫δ芊诸?/p>

2.2.2 指標選取 考慮土地利用轉型是土地利用變化演進到一定階段的產物，通常以10 a甚至100 a作為研究尺度[21,37]，故將2009—2018年10 a作為研究整體。土地利用轉型任何時候都發(fā)生在社會、經濟及政策三維框架中[38]，社會因素主要體現(xiàn)在人口方面，土地利用轉型與人口結構緊密相連，人口的遷移影響著土地利用轉型[39]；經濟因素主要體現(xiàn)在GDP方面，是影響土地利用結構的主要因素和根本動力[40]；政策因素指引著土地利用轉變的方向，引起土地利用格局的重大調整[41]，目前中國土地管理政策是在土地利用總體規(guī)劃管控下，通過建設用地指標和耕地“占補平衡”政策措施進行管理，建設用地指標通過建設用地面積變化情況體現(xiàn)，而耕地“占補平衡”通過土地整理項目實施。

綜上借鑒現(xiàn)有研究[42-46]，結合數據科學性、可獲取性原則，以研究周期為基準從社會、經濟與政策3層面選取指標(表2)。鑒于?？谑凶匀灰蛩貙ν恋乩棉D型影響不顯著，故未考慮。

表2 ?？谑型恋乩棉D型指標解釋

3 結果與分析

3.1 土地利用轉型時間演變特征

圖1為2009—2018年海口市土地利用狀況分布。由圖1可以看出，農業(yè)生產用地、林地生態(tài)用地以及城鎮(zhèn)生活用地分布最為廣泛，依次分布于該市南部、東部與北部。2018年?？谑修r業(yè)生產用地和林地生態(tài)用地面積為1 164.87，414.43 km2，分別占總面積的50.88%和18.10%(表3)。海口市河湖水網分布密集，水域生態(tài)用地所占比重較高，而草地生態(tài)用地比重相對較小。其他生態(tài)用地面積為3.77 km2，僅占總面積的0.16%，表明?？谑型恋亻_發(fā)利用程度高，后備土地資源不充裕。2009—2018年，?？谑型恋馗窬职l(fā)生了顯著變化，生產與生態(tài)用地面積均減少，生活用地面積增加。其中農業(yè)生產用地和林地生態(tài)用地面積大幅減少，工礦生產用地、城鎮(zhèn)生活用地、農村生活用地面積增長較快。農業(yè)生產用地和林地生態(tài)用地分別減少35.07，15.73 km2，工礦生產用地、城鎮(zhèn)生活用地、農村生活用地面積分別增加20.31，28.7，10.95 km2，其中工礦生產用地增幅最大，增長45.5%，其次是城鎮(zhèn)生活用地，增幅為14.1%。這表明隨著城鎮(zhèn)化水平的快速提升，海口市工礦生產用地、城鎮(zhèn)生活用地需求增加，土地供需矛盾進一步加劇。

圖1 2009—2018年?？谑型恋乩脿顩r

為進一步了解土地利用現(xiàn)狀在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地分布進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，三門坡鎮(zhèn)農業(yè)生產用地分布最多，演豐鎮(zhèn)工礦生產用地、水域生態(tài)用地與其他生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)林地生態(tài)用地、其他生產用地分布最多，靈山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活用地與農村生活用地分布最多，永興鎮(zhèn)草地生態(tài)用地分布最多。

表3 2009-2018年?？谑懈黝愅恋孛娣ekm2

為了探討各土地利用類型間的內部轉換，利用ArcGIS的空間分析功能對2009，2018年的土地利用現(xiàn)狀數據進行疊加分析，獲得研究區(qū)2009，2018年土地利用功能類型的轉移模式，明確土地類型相互轉化的方向和數量(表4)。土地利用類型轉換中農業(yè)生產用地轉出方向主要為林地生態(tài)用地、農村生活用地，其次為水域生態(tài)用地、城鎮(zhèn)生活用地、草地生態(tài)用地、工礦生產用地；轉出面積分別為157.97，40.8，30.84，23.01，22.99，20.39 km2；林地生態(tài)用地轉出方向主要為農業(yè)生產用地與農村生活用地，轉出面積分別為158.38，21.52 km2；水域生態(tài)用地轉出方向主要為農業(yè)生產用地，轉出面積為29.89 km2；農村生活用地主要轉出方向為農業(yè)生產用地，轉出面積為35 km2；其他用地變化相對較小。土地類型轉換中，林業(yè)生態(tài)用地、水域生態(tài)用地、農村生活用地與農業(yè)生產用地進行相互轉換，林地生態(tài)用地與農村生活用地相互轉換，面積相差不大，農業(yè)生產用地面積主要轉出為工礦生產用地與生活用地。綜上所述可知，10 a間，建設占用仍是農業(yè)生產用地減少的主要原因。

表4 2009-2018年海口市土地利用轉移矩陣 km2

3.2 土地利用轉型空間分布特征

通過對土地功能重心分布情況的分析，可以得到研究期內“三生”空間變化特征，進而更好地對快速城鎮(zhèn)化進程中海口市土地利用轉型過程進行研究分析。如圖2—3所示，?？谑猩a用地重心2009—2018年重心向西北遷移；整個研究期內經向移動0.019 5°，緯向移動0.020 0°，共向西北方向遷移3 040.17 m；重心位置一直在舊州鎮(zhèn)，存在向云龍鎮(zhèn)移動的趨勢。?？谑猩鷳B(tài)用地重心2009—2018年向東南方向遷移，整個研究期內經向移動0.005 8°，緯向移動0.004 4°，東南方向遷移773.62 m，重心位置由龍?zhí)伶?zhèn)向云龍鎮(zhèn)轉移。?？谏钣玫刂匦?009—2018年向西北方向遷移，整個研究期內經向移動0.002 9°，緯向移動0.001 4°，重心位置遷移344.68 m，重心位置均在龍橋鎮(zhèn)?？傮w來看，研究區(qū)生產、生活用地重心移動的共性為均向西北方向移動。表明研究區(qū)的生產、生活用地發(fā)展方向總體開始向北偏移，與北部區(qū)域發(fā)展的交通用地以及居民點范圍的擴張有直接關系。生態(tài)用地則向東南方向移動，與研究區(qū)較優(yōu)越自然條件集中在南部有關。

圖2 2009-2018年?？谑型恋毓δ苤匦倪w移特征

圖3 2009-2018年?？谑型恋毓δ苤匦倪w移特征

3.3 土地利用轉型影響因素

小波相干模型(圖4—6)分析結果表明，對生產用地影響的指標依次為：常住人口變化率(0.928 4)>地均人口變化率(0.918 3)>建設用地面積變化率(0.882 2)>新增耕地總面積(0.797 2)>土地整理總規(guī)模(0.795 6)>人均GDP變化率(0.792 8)>土地整理投資總額(0.781 9)>地均GDP變化率(0.767 4)；對生活用地影響程度的指標依次為：建設用地面積變化率(0.992 1)>人均GDP變化率(0.963 2)>常住人口變化率(0.939 1)>地均人口變化率(0.935 5)>地均GDP變化率(0.927 0)>新增耕地總面積(0.852 3)>土地整理總規(guī)模(0.826 8)>土地整理投資總額(0.824)；對生態(tài)用地影響程度的指標依次為；地均人口變化率(0.853 1)>常住人口變化率(0.840 7)>建設用地面積變化率(0.830 9)>地均GDP變化率(0.778 7)>人均GDP變化率(0.730 0)，其中土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積未通過蒙特卡洛顯著性檢驗。

圖4 生產用地與其影響因素的小波相干圖譜

3.3.1 社會因素 依據小波相干模型得知人口對土地利用轉型影響最為顯著，其相干系數均大于0.84，與生活用地的相干系數達到0.9以上。海南省政府在2008年出臺了《海南國際旅游島建設行動計劃》和《關于加快推進海南國際旅游島建設的意見》，并在全省范圍內布局推動國際旅游島建設；2010年，國務院、海南省政府先后發(fā)布《國務院關于推進海南國際旅游島建設發(fā)展的若干意見》及《海南國際旅游島建設發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020)》，海南國際旅游島建設正式上升為國家戰(zhàn)略。在此背景下，大量人口迅速涌入?？谑谐擎?zhèn)地區(qū)。一方面各類外來人才入瓊，作為海南省會城市，?？谑性?0 a間吸引外來人口數量高達8.22×105人；另一方面，隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，人口城鎮(zhèn)化使得農村人口不斷向城鎮(zhèn)轉移，研究期間約有48.57萬人轉為城鎮(zhèn)戶口?！半p重”因素的人口集聚導致建設用地需求增長，土地利用轉型格局發(fā)生轉變，加速生活用地的擴張，促進生產用地空間格局變化和擠占生態(tài)用地空間。

圖6 生態(tài)用地與其影響因素的小波相干圖譜

3.3.2 經濟因素 隨著“國際旅游島”的提出，各方資金注入，海口市經濟水平急劇上升。2009—2018年，10 a間海口市地區(qū)生產總值增長了1.00×1011，地均GDP增長了3倍，人均GDP增長了6倍。從小波相干模型得知，經濟因素對生活用地影響最大，其小波相干系數均超過0.9，表示隨著經濟的發(fā)展，各方資本進入土地市場，為推動國際旅游島建設，推進城鎮(zhèn)化進程，占用農用地與生態(tài)用地，擴張城市用地，促使土地利用轉型。

3.3.3 政策因素 政策因素以規(guī)劃管理和行政機制等方式影響土地利用轉型方向，也可間接作用于土地使用者，限制其使用范圍。從小波相干系數可知，土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積對生態(tài)用地影響不顯著，這是由于?？谑凶陨頁碛袃?yōu)越的生態(tài)環(huán)境，以及?？谑泻髠滟Y源不足。

2010年以來，?？谑兄鸩酵七M土地整治工作，2011年?？谑心隙山卮笸恋卣雾椖考{入國家規(guī)范，在國家政策與資金的加持下，開展土地整治提高耕地、基本農田質量和農業(yè)基礎設施建設水平，利于改善農業(yè)生產條件；充分利用區(qū)內閑置土地，整合現(xiàn)有建設用地，整治空心村，盤活宅基地，提高土地利用效率，進而優(yōu)化生產用地配置，對生活用地規(guī)模擴張產生了積極的影響。?？谑型恋乩每傮w規(guī)劃(2006—2020年)將“一城四鎮(zhèn)”作為重點發(fā)展地區(qū)，高效率建設發(fā)展小城鎮(zhèn)，形成了江東快速建設區(qū)。建設用地面積與生活用地的小波相干系數高達0.992 1，表明在各種利好政策下，生活用地迅速擴張。

4 結 論

本文利用土地利用類型轉移矩陣、土地功能重心遷移、小波相干模型方法，定量識別了2009—2018年?？谑型恋乩棉D型空間分布特征與影響因素。

(1) 近10 a來，海口市生產用地與生態(tài)用地面積減少，生活用地增加。農業(yè)生產用地、林地生態(tài)用地以及城鎮(zhèn)生活用地分布最為廣泛，依次位于?？谀喜?、東部與北部。從鎮(zhèn)域尺度而言，三門坡鎮(zhèn)農業(yè)生產用地分布最多，演豐鎮(zhèn)工礦生產用地、水域生態(tài)用地與其他生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)林地生態(tài)用地分布最多，靈山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活用地與農村生活用地分布最多，永興鎮(zhèn)草地生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)其他生產用地分布最多。

(2) ?？谑猩a用地重心重心向西北遷移，重心一直位于舊州鎮(zhèn)，存在向云龍鎮(zhèn)轉移的趨勢；生態(tài)用地重心向東南方向遷移，重心位置由龍?zhí)伶?zhèn)向云龍鎮(zhèn)轉移；生活用地重心向西北方向遷移，重心位置均在龍橋鎮(zhèn)；土地類型轉換表明，林業(yè)生態(tài)用地、水域生態(tài)用地、農村生活用地與農業(yè)生產用地進行相互轉換，林地生態(tài)用地與農村生活用地相互轉換，面積相差不大，農業(yè)生產用地面積主要轉出為工礦生產用地、城鎮(zhèn)生活用地與農村生活用地。

(3) ?？谑型恋乩棉D型受社會因素影響最為顯著，經濟因素對生活用地影響最大，土地利用規(guī)劃、土地整治等政策因素起到關鍵性的推動作用。其中社會因素對各地類轉型影響最為顯著，小波相干系數均高達0.84以上，主要原因在于大量外來人口與農村人口涌入?？谑谐擎?zhèn)地區(qū)，對建設用地需求的增加驅動土地利用轉型格局發(fā)生變化。經濟因素對生活用地影響最大，其小波相干系數均高于0.9；建設用地面積變化率是生活用地最大的影響因子，其小波相干系數高達0.99，主要由于“國際旅游島”建設加速城鎮(zhèn)建設用地擴張，促使土地利用轉型。政策因素對生產、生活用地影響頗深，近年來?？谑兄鸩酵七M土地整治工作，采用多項措施優(yōu)化生產用地，而“一城四鎮(zhèn)”的提出更是加快了生活用地的擴張；于生態(tài)用地而言，土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積未通過蒙特卡洛顯著性檢驗，表明土地整理政策對生態(tài)用地顯著性較低。

上述研究仍存在局限性。①僅對?？谑型恋乩棉D型時空特征及影響因素進行分析，未對這些因素作用進行鎮(zhèn)域差別分析； ②未剝離土地利用轉型的顯性與隱性形態(tài)進行分析，后續(xù)研究需進一步深化和探討。