基于GIS的經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)土地利用動態(tài)變化分析及預(yù)測——以保亭黎族苗族自治縣為例*

朱邦耀,卞維珍,李秀霞,李利平

(1.吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院,吉林四平136000;2.麗水學(xué)院建筑工程系,浙江麗水323000)

土地利用/土地覆被變化(LUCC)是全球環(huán)境變化研究的重要組成部分,是人類活動對自然環(huán)境施加影響的顯著表現(xiàn)形式之一[1-3]。因此,客觀地把握土地利用變化規(guī)律,了解土地利用變化特征,是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要決策基礎(chǔ)。作為一種有效、快速、實用的技術(shù)手段,地理信息系統(tǒng)(GIS,Geographic Information System)越來越多地應(yīng)用于區(qū)域土地利用研究,實現(xiàn)了對區(qū)域土地利用各種海量數(shù)據(jù)的獲取、組織、管理、存儲、分析與表達。

本文選擇經(jīng)濟發(fā)展正處于提速上升時期的保亭縣作為研究區(qū)域。保亭縣位于海南省的中部,屬于少數(shù)民族山區(qū)縣,也是海南省五個固定貧困縣之一。由于歷史等客觀原因,其經(jīng)濟發(fā)展較為滯后。經(jīng)過近幾年的開發(fā)建設(shè),保亭已經(jīng)從歷史上的窮鄉(xiāng)僻壤之地向交通便捷、富有民族風(fēng)情的生態(tài)溫泉休閑旅游勝地角色轉(zhuǎn)換,經(jīng)濟發(fā)展已進入穩(wěn)定的提速發(fā)展期。在土地利用形勢上,保亭縣面臨著三方面的挑戰(zhàn):一是中部山區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達成為制約土地利用的首要矛盾;二是人口不斷增長、城市化和旅游的快速發(fā)展給土地帶來了更大的壓力;三是以“熱帶高效特色農(nóng)業(yè)富民和旅游強縣”的發(fā)展戰(zhàn)略對土地提出了更高的要求。本文以保亭黎族苗族自治縣多年的土地利用現(xiàn)狀圖作為主要的數(shù)據(jù)源,利用GIS軟件進行疊加分析、統(tǒng)計分析處理,獲得了土地利用面積變化數(shù)據(jù);并以此為基礎(chǔ),對研究區(qū)內(nèi)的土地利用進行動態(tài)變化分析及演變趨勢預(yù)測。

1 土地利用時空分析

1.1 土地利用現(xiàn)狀分析

土地利用現(xiàn)狀分析指標(biāo)通常是:各種用地類型的面積及其在研究區(qū)總面積中所占的比例[4]。由表1可知:保亭縣土地利用類型以林地為主,其面積為56 744.1 hm2,占保亭縣總面積的48.3%;其次是園地,面積為 37 637.9hm2,占保亭縣總面積的48.3%;耕地面積相對較少,為8 225.8 hm2,占保亭縣總面積的7.5%;牧草地面積為619.0 hm2,其他農(nóng)用地面積為1 886.7 hm2,分別占保亭縣總面積的0.3%和1.2%;在建設(shè)用地中,以居民點及獨立工礦用地面積最大,達2 710.0 hm2,占2.2%,主要集中于本縣縣城區(qū)內(nèi)及交通干線兩側(cè);交通運輸用地及水利設(shè)施用地面積很少,分別為205.3 hm2和789.6 hm2,占保亭縣總面積的0.8%和0.8%(交通作為影響一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要因素,在一定程度上也影響一個區(qū)域土地資源的開發(fā)利用);未利用地面積為6 743.7 hm2,占保亭縣總面積的5.78%;其他土地(包括河流湖泊水面、葦?shù)?、灘涂、冰川及永久積雪等地)面積為1 117.57 hm2,占保亭縣總面積的0.96%。

1.2 土地利用動態(tài)變化分析

土地利用空間動態(tài)變化包括土地資源的數(shù)量、質(zhì)量隨時間的變化,也包括土地利用空間的變化及土地利用類型組合方式的變化,同時也包括未來土地資源需求量的變化[5]。建立土地利用變化速率測算模型是研究土地利用變化過程、土地利用變化程度的主要手段。

表1 保亭縣2005年土地利用類型面積

根據(jù)研究區(qū)土地利用類型的空間變化狀況,將該區(qū)土地劃分為未變化部分、轉(zhuǎn)移部分和新增部分,將在土地利用動態(tài)變化分析中,通過利用GIS平臺對土地利用現(xiàn)狀進行處理而得的3種空間類型面積進行土地利用變化測算模型的建立:啟動M apGIS“空間分析”模塊,調(diào)用疊加分析、屬性統(tǒng)計分析功能,對1996年和2002年的土地利用現(xiàn)狀圖進行空間疊加分析,以獲取各用地類型在這兩年間的未變化面積、轉(zhuǎn)移面積和新增面積;分別利用土地利用動態(tài)度、土地利用耗減度和土地利用開發(fā)度這3個指數(shù)的計算模型,從凈變化和實際變化2個方面對土地利用在1996-2002年間的變化速度進行度量分析[6-8]。對2002年和2005年土地利用現(xiàn)狀圖也作如上的兩步處理。

土地利用動態(tài)度雖能較好地度量土地利用的凈變化速度,但由于增減變化的抵消,這種凈變化速度往往在一定程度上掩蓋了土地利用變化的實際情況。為此,增加土地利用耗減度和土地利用開發(fā)度這2個指標(biāo)來揭示各利用類型土地實際被耗減和實際新開發(fā)的速率。

(1)土地利用動態(tài)度,表示單位時間內(nèi)某種土地利用類型面積的變化速度,其表達式為

式中:LA(I,t1),LA(I,t2)——該種土地利用類型在監(jiān)測期初t1和監(jiān)測期末t2的面積。

(2)土地利用耗減度,表示單位時間內(nèi)某種土地利用類型被實際耗減的程度,其表達式為

式中:LA(I,t1)-ULAI——監(jiān)測期間第i種土地利用類型被轉(zhuǎn)移的面積,即第i種土地利用類型轉(zhuǎn)化為其他非i類土地利用類型的面積總和;LA(I,t1)——監(jiān)測期初第i種土地利用類型的面積;ULAI——監(jiān)測期間第i種土地利用類型未變化部分的面積。

(3)土地利用開發(fā)度,表示單位時間內(nèi)某種土地利用類型實際被開發(fā)的程度,其表達式為

式中:LA(I,t2)-ULAI——監(jiān)測期間第i種土地利用類型新增的面積,即其他非i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為第i類土地利用類型的面積總和;LA(I,t2)——監(jiān)測期末第i種土地利用類型的面積;ULA I——監(jiān)測期間第i種土地利用類型未變化部分的面積。

由表2可知:2002-2005年間,保亭縣耕地大量消耗,面積年均減少1.744%,林地及其他農(nóng)用地也有一定量的減少,其中林地變動比較大,耗減度達1.785,開發(fā)度為2.023;建設(shè)用地發(fā)展較快,其中獨立工礦用地的開發(fā)度最大,達到1.516%,面積年均增長0.863%;其他用地類型也發(fā)生了相應(yīng)變化。改革開放以來,特別是近幾年,保亭按照循序漸進的科技興縣戰(zhàn)略,使全縣社會經(jīng)濟取得了長足的發(fā)展,尤其是旅游業(yè)的發(fā)展,目前,保亭縣正在高標(biāo)準(zhǔn)制訂全縣的旅游發(fā)展總體規(guī)劃。今后,保亭的發(fā)展,“旅游強縣”的戰(zhàn)略不會改變,而且還會繼續(xù)完善和加強。充分利用好本縣豐富的自然資源和人文資源,將毗鄰三亞的區(qū)位優(yōu)勢和自身擁有的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,結(jié)合現(xiàn)有的黎族苗族文化,大力發(fā)展綠色旅游業(yè)。然而,經(jīng)濟、旅游業(yè)的快速發(fā)展,也日益加劇了人地之間的矛盾,耕地及其他農(nóng)用地的耗減現(xiàn)象較為嚴(yán)重,實際的土地利用模式并未遵循土地利用總體規(guī)劃的要求及相關(guān)法律法規(guī)。土地是人類賴以生存的最基本的自然資源,保護土地資源、保護耕地是關(guān)系到國計民生的最重要的資源環(huán)境問題。因此,在土地利用過程中,應(yīng)遵循以下幾個原則[9]:先對土地作適宜性評價,再作開發(fā)利用;以保護生態(tài)環(huán)境為核心;保護農(nóng)田,特別是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)田;開發(fā)、利用、整治和保護相結(jié)合;制定土地利用總體規(guī)劃和土地利用專項規(guī)劃,并賦予法律效應(yīng);增強土地的市場管理,強化土地所有權(quán),加強對土地使用權(quán)的出讓、轉(zhuǎn)讓的管理,建立完善的市場規(guī)范體系;加強土地的法制管理,加大執(zhí)法力度,落實有法必依的原則。

2 土地利用動態(tài)變化預(yù)測

要實現(xiàn)科學(xué)、合理、有效的土地利用,不僅要對過去的土地利用變化時空特征進行描述和分析,還應(yīng)在土地利用動態(tài)變化分析的基礎(chǔ)上,對該區(qū)土地利用動態(tài)變化趨勢進行預(yù)測。通過對該區(qū)土地利用動態(tài)變化過程建立模型,并對其進行有效性檢驗,以達到對土地利用未來變化趨勢的預(yù)測及時空變化規(guī)律的把握。本文運用基于時間序列的最小二乘預(yù)測原理對研究區(qū)的土地利用動態(tài)變化進行了預(yù)測模型構(gòu)建以及未來土地利用變化趨勢預(yù)測,并對預(yù)測結(jié)果進行分析、討論。

表2 2002-2005年各類型土地利用動態(tài)變化指數(shù)

2.1 最小二乘預(yù)測模型

每種土地利用類型的各年面積都形成時間上的序列值,可通過構(gòu)造基于時間序列的最小二乘預(yù)測模型,構(gòu)建土地利用類型面積隨時間變化的趨勢直線擬合方程。趨勢擬合方程可用如下方法構(gòu)建而得:將年份化為相對值,對于年份數(shù)是偶數(shù)的面積序列,將中間的年份記為0.5,前后2個年份間的步長設(shè)為1;對于年份數(shù)是奇數(shù)的面積序列,將中間年份記為0,前后2個年份間的步長設(shè)為1。依此法所得的擬合方程為:

式中:Y——相應(yīng)年份第 i類土地的面積(hm2);x——年份;a,b——參數(shù)。

2.2 預(yù)測結(jié)果

選取研究區(qū)2000-2005年間的耕地面積作為原始數(shù)據(jù)序列,見表3所示。對該區(qū)土地利用變化趨勢進行了最小二乘預(yù)測建模,利用所得模型,對2006-2010年未來5 a的耕地面積進行了預(yù)測,見表4所示。

表3 2000-2005年耕地面積實際值

表4 2006-2010年耕地面積預(yù)測值

2.2.1 模型解算及預(yù)測 對原始數(shù)據(jù)序列運用最小二乘預(yù)測進行數(shù)據(jù)線性擬合,即得土地利用隨時間變化的趨勢擬合直線,其方程式為

同理可預(yù)測其他幾種用地類型的面積,因篇幅所限,在此不再一一列出。上述分析結(jié)果表明,保亭黎族苗族自治縣土地利用類型在未來5 a內(nèi),將繼續(xù)發(fā)生較大的變動,耕地的面積將進一步減少,但減少的幅度將會變小;農(nóng)村居民點用地、獨立工礦用地、交通運輸用地的比例將會有較大的攀升;其他各種類型的土地面積也各有增減,但從總體趨勢來看,增減速度將會減小。

2.2.2 模型預(yù)測分析 土地利用動態(tài)變化趨勢預(yù)測應(yīng)結(jié)合實際情況,選擇適合的預(yù)測方法。本文只對該區(qū)土地利用變化趨勢進行了最小二乘預(yù)測。如何選擇適合于研究區(qū)土地利用實際變化趨勢的預(yù)測方法,需要結(jié)合具體的土地利用規(guī)劃類型(短期、中期、長期)、發(fā)展目標(biāo)、經(jīng)濟狀況等因素來綜合考慮。同時,還應(yīng)結(jié)合定性分析的方法,依照去偽存真、去粗取精的基本原則,對土地利用的動態(tài)變化做出更加準(zhǔn)確、更加可靠的預(yù)測。

2.2.3 土地利用形勢分析 保亭縣的自然資源和人文資源豐富,基礎(chǔ)設(shè)施條件良好,對外開放穩(wěn)步前進,投資熱潮正在形成。保亭縣堅持以發(fā)展為主題,加快推進和發(fā)展相適應(yīng)的機制創(chuàng)新,發(fā)揮比較優(yōu)勢,按照市場經(jīng)濟的發(fā)展要求,調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu),加快構(gòu)建特色經(jīng)濟,夯實發(fā)展基礎(chǔ),同時,充分利用中央和省給予的各項優(yōu)惠政策,爭項目、爭資金加快發(fā)展,逐步縮小與其它地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展水平上的差距。努力實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展上新臺階。因此,未來5～15 a將是保亭社會經(jīng)濟快速發(fā)展和資源環(huán)境制約進入突出的尖銳時期,同時土地利用機遇與挑戰(zhàn)并存,統(tǒng)籌區(qū)域土地利用可以提高集約節(jié)約用地,加強社會效益和經(jīng)濟效益,最終促進經(jīng)濟健康發(fā)展。

3 結(jié)語

地理信息系統(tǒng)(GIS)為土地利用動態(tài)變化研究提供了功能強大的技術(shù)支持,不僅能夠采集、處理、組織數(shù)量龐大的空間數(shù)據(jù),使之能夠直觀而又客觀地反映出研究區(qū)的土地利用動態(tài)變化狀況,而且也為之提供了全面而強大的分析平臺[10]。本文以M apGIS為平臺,通過對研究區(qū)近幾年的土地利用現(xiàn)狀圖進行空間疊置分析、屬性統(tǒng)計分析等處理,獲得了進行該區(qū)土地利用動態(tài)變化分析及預(yù)測所需的數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ),對研究區(qū)的土地利用時空變化進行了較為透徹的分析,總結(jié)出了該區(qū)近年來土地利用的時空變化特征,并應(yīng)用最小二乘模型方法對未來幾年的土地利用進行了預(yù)測。本文的分析及預(yù)測結(jié)果可為研究區(qū)土地資源的合理利用及保護奠定理論基礎(chǔ),并為有關(guān)管理部門制定土地資源開發(fā)的政策法規(guī)提供較可靠的科學(xué)依據(jù)和決策支持。

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