漢中市土地利用變化的動態(tài)變化研究

張 靜，馬彩虹，王啟名，姬文武

（陜西理工學院 歷史文化與旅游學院，陜西 漢中723001）

土地利用／土地覆蓋變化是目前全球變化研究的核心主題之一[1]。土地利用變化反映了人類與自然界相互影響、交互作用的動態(tài)過程，國內(nèi)已開展的土地利用變化研究，多側(cè)重于土地利用變化態(tài)勢與機制，以及土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應[2]。土地利用的動態(tài)變化，其實質(zhì)是人類為滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要，不斷調(diào)整配置區(qū)域內(nèi)各類土地利用的過程。研究土地領域的動態(tài)變化，有助于了解土地利用變化的機制，同時通過調(diào)整人類社會經(jīng)濟活動，促使土地利用更趨合理，從而達到土地資源可持續(xù)利用的目的[3]。目前漢中市城市建設正在火熱的進行中，對漢中市土地利用動態(tài)變化的分析研究，可以揭示漢中市土地利用結(jié)構(gòu)的變化特征和演變機制，是認識土地利用變化規(guī)律、預測未來土地利用變化趨勢和制定土地可持續(xù)利用決策的基礎，從而為新一輪土地利用總體規(guī)劃修編和區(qū)域土地資源可持續(xù)利用提供理論依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況

漢中市位于陜西省秦巴山地西段，漢水上游，漢中盆地中部，屬川、陜、甘三省毗鄰地區(qū)，地處東經(jīng)105°30′50″—108°16′45″，北緯32°08′54″—33°53′16″。屬亞熱帶氣候區(qū)，氣候溫和濕潤。南低北高，市內(nèi)有平壩、丘陵和山地三種地貌，平壩為漢江沖積平原的一二階梯，海拔500～600m，地勢平坦，土壤肥沃，占全市面積的34.62%；丘陵為山前洪積扇形成的寬谷淺丘地帶，海拔601～800m，地勢起伏較大，約占全市面積的28.1%；山區(qū)是秦嶺南坡形成的淺山和中山地區(qū)，地勢較為復雜，土壤貧瘠，海拔701～2 038 m，約占全市總面積的37.2%。漢中盆地南北寬約37km，東西長116km，占漢中地區(qū)總面積的1.9%，可耕地2.021萬hm2，其中以水田為主。土地總面積27 246km2，占全省土地總面積的12.97%。全市轄漢臺區(qū)和南鄭、城固、洋縣、勉縣、西鄉(xiāng)、略陽、寧強、鎮(zhèn)巴、留壩、佛坪十縣一區(qū)278個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。2008年總?cè)丝?80.14萬人，其中，非農(nóng)業(yè)人口75.56萬人。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

主要來源于漢中市國土資源局1996—2010年土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫（2010年數(shù)據(jù)為目標數(shù)據(jù)）及漢中市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。據(jù)全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術規(guī)程》和全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會土地資源調(diào)查專業(yè)組《關于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術規(guī)程補充規(guī)定和說明》以及《陜西省土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術規(guī)程》的要求，結(jié)合漢中市具體情況，進行統(tǒng)一的土地利用現(xiàn)狀分類。將全區(qū)土地分為8個大類，即耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域用地和未利用土地。

2.2 研究方法

運用數(shù)學統(tǒng)計分析與定量分析相結(jié)合的方法，采用土地利用動態(tài)度模型、土地利用變化幅度模型、單一土地類型動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度、土地利用程度綜合指數(shù)、土地利用結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻性指數(shù)模型定量分析漢中市土地利用動態(tài)變化[4－7]。

3 土地利用變化分析

3.1 各類土地利用的變化幅度分析

根據(jù)兩個時期的土地利用數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出1996年和2010年時期的各種土地利用類型的面積，詳見表1。

表1 1996－2010年漢中市土地利用變化幅度

由表1可以看出，近14a來，漢中市耕地面積正在逐年減少，2010年與1996年相比，共凈減4.53萬hm2，減少了1.67%，以平均每年0.324萬hm2速率遞減，耕地銳減明顯。其中國家通過土地復墾和土地整理，使未利用土地來彌補侵占的耕地，實行占一補一政策，未利用土地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)用地的面積是1.82萬hm2，提高了0.67%，經(jīng)過努力未利用土地復墾和整理的速度比耕地減少的速度慢2.5倍。而園地、林地、牧草地、居民地及工礦用地、交通用地和水域用地以不同速率相應地增加，其中林用地增幅最大，凈增3.81萬hm2，增加了1.39%；其次是牧草地，凈增1.68萬hm2，增加了0.62%；居民及工礦用地凈增0.36萬hm2，增加了0.14%，其余增幅基本不大。近14a來，退耕還林占減少耕地和未利用土地復墾的59.92%，改牧用地占26.44%，基建占地11.43%。2008年全年完成造林1.88萬hm2，完成人工造林1 866.67hm2、封山育林5 666.67hm2，并且1999—2003年對全市11縣區(qū)2.85萬hm2退耕造林進行了自查，并通過了國家林業(yè)局檢查。同時當年為基礎設施建設項目征地57.50hm2，為十天高速公路征地638.38hm2，寧棋高速公路建設項目征地68.64 hm2[8]。但是漢中市自然災害較頻繁，曾統(tǒng)計因災廢棄耕地和基建用地占耕地減少總數(shù)的50.9%，其中，基建用地大多為優(yōu)良田地，對本來緊缺的耕地資源產(chǎn)生巨大壓力。

從表1可以得出，1996—2010年研究區(qū)的土地利用的結(jié)構(gòu)有如下主要特征：（1）以農(nóng)用地為主的用地結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，但其內(nèi)部組成發(fā)生明顯改變，減少的耕地和復墾的未利用地主要轉(zhuǎn)向園地、林地、牧草地和居民地及工礦用地；（2）這14a林地 、牧草地凈增數(shù)量較大，說明過去漢中市著力改善自然環(huán)境，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；（3）漢中市林地面積占絕對優(yōu)勢，耕地資源有限，這對山地型城市未來進行城市化發(fā)展所需要的耕地資源提出了挑戰(zhàn)。其中，略陽縣啟動國家級農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目，還有西鄉(xiāng)、寧強、留壩、鎮(zhèn)巴、佛坪進行了植樹造林和封山育林。同時這些年各縣以主導經(jīng)濟農(nóng)作物茶園、桑園、西洋參、柑桔、核桃、板栗等為特色，發(fā)展地方特色農(nóng)業(yè)，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟收入，改變了農(nóng)業(yè)景觀，促使園林面積增加。為了貫徹實施2001—2015年漢中市發(fā)展目標，這些年致力改善交通條件和基礎設施，提高經(jīng)濟區(qū)位條件，發(fā)展西部旅游業(yè)，先后被評為國家歷史文化名城、中國優(yōu)秀旅游城市、國家生態(tài)示范區(qū)建設試點地區(qū)、全國雙擁模范城等稱號。

3.2 土地利用變化速度

土地利用變化速度可利用土地利用動態(tài)度進行衡量。它對于比較各類用地的變化差異以及預測未來土地利用變化趨勢具有重要作用[4]。

3.2.1 單一土地利用類型動態(tài)度 反映的是研究區(qū)內(nèi)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達式為：

式中：K——研究期內(nèi)研究區(qū)某一土地利用類型的動態(tài)度；Ua，Ub——研究期初和期末該土地利用類型的面積；T——研究時段。當T的時段定為年時，K值就是該土地利用類型的年變化率。根據(jù)公式，計算漢中市單一土地利用類型動態(tài)指數(shù)，其中負值表示面積減少的土地利用類型，正值表示面積增大的土地利用類型。1996—2010年，園地、林地、牧草地、居民地及工礦用地、交通用地及水域用地均為正值，分別為0.83%，0.14%，2.30%，0.46%，0.68%，0.16%，表示其面積增加，其中牧草地面積增加最多。耕地、未利用土地動態(tài)度為負值，表示其面積在減少，且二者減少較大，土地利用動態(tài)度分別達－0.77%和－0.91%。林地由于基數(shù)大，年變化率比較低。除了林地和水域用地之外，全區(qū)的單一土地利用類型變化指數(shù)變化幅度較大，其中，牧草地、未利用土地、園地、耕地、交通用地、居民地及工礦用地K值變動明顯，且K絕對值依次減少，表明人類活動對這幾種地類施加的強度也依次逐漸減弱，而其它地類則承受了由此而轉(zhuǎn)移的壓力。

3.2.2 綜合土地利用動態(tài)度 它表達的是某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)土地利用的數(shù)量變化情況，其表達式為：

式中：LC——綜合土地利用的動態(tài)度；LUi——監(jiān)測起始時間第i類土地利用類型面積；ΔLUi－j——監(jiān)測時段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值；T——監(jiān)測時段長度。當T的時段設定為年時，LC的值就是該研究區(qū)土地利用年變化率[6]。計算結(jié)果表明，漢中市14a來土地利用變化速度較緩，年均變化率為0.17%，反映出該區(qū)土地利用受人類活動影響較弱。主要是該區(qū)屬于西部落后的中等城市，沒有強大的工業(yè)支撐，2006年才被評為中國最佳歷史文化魅力城市，主要以三國歷史為主題的生態(tài)旅游文化，2007年10月西漢高速公路開通以后，改善了漢中市的交通區(qū)位，才提高了其城市競爭力。

3.3 土地利用程度變化

土地利用程度不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時也反映了人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應。根據(jù)劉紀遠先生等提出的土地利用程度的綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4級，并賦予分級指數(shù)[4]（表2），從而給出了土地利用程度綜合指數(shù)的定量化表達式。

表2 土地利用程度的分級賦值

3.3.1 土地利用程度綜合指數(shù) 本指數(shù)可定量地揭示該研究區(qū)土地利用的綜合水平，其表達式為：

式中：Lj——某研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——研究區(qū)域內(nèi)第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ci——研究區(qū)域內(nèi)第i級土地利用程度分級面積百分比；n——土地利用程度分級數(shù)。綜合指數(shù)的大小即可反映土地利用程度的高低。

經(jīng)計算得出漢中市土地利用綜合程度指數(shù)為216.20（1996年）和215.64（2010年），從土地利用程度指數(shù)極限為400來看，漢中市土地資源的開發(fā)力度較大。

3.3.2 土地利用程度變化 一個特定范圍內(nèi)土地利用程度的變化是多種土地利用類型變化的結(jié)果，土地利用程度及其變化量和變化率可定量地揭示該范圍土地利用的綜合水平和變化趨勢。土地利用程度變化量和土地利用程度變化率可表達為：

式中：ΔLb－a——土地利用程度變化量；R——土地利用程度變化率；Lb，La——b時間和a時間的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——第i級的土地利用程度分級指數(shù)；Cib，Cia——某區(qū)域b時間和a時間第i級土地利用程度面積百分比。如ΔLb－a＞0或R＞0，則該區(qū)域土地利用處于發(fā)展時期，否則處于調(diào)整期或衰退期。

根據(jù)上述公式和土地利用分級標準計算可得1996—2010年漢中市土地利用程度變化量ΔLb－a＝－55.46，R＝－0.257%。

結(jié)果表明，近14a來漢中市土地利用程度一直呈現(xiàn)下降趨勢，其變化量與變化率均小于零，說明全市土地利用一直處于調(diào)整期。但是土地利用動態(tài)度指標和土地利用程度變化率只能反映土地利用數(shù)量上的變化速度，忽略了土地利用變化的內(nèi)在過程[4]。

3.4 土地利用空間格局變化

土地利用／覆蓋是由大大小小的斑塊組成的，斑塊的空間分布稱為格局。應用景觀空間格局的定量描述指標可對土地利用／覆蓋的空間格局進行定量分析，對不同時期的指標進行比較，可以把土地利用／覆蓋變化的時間過程與空間特征聯(lián)系起來[9－11]。本研究選用多樣性、優(yōu)勢度、均勻度三個指標對南縣土地利用／覆蓋的空間格局進行分析。

3.4.1 土地利用的多樣性（GM） 土地利用類型的多樣性分析，可了解土地在一定技術條件下其多種可能性是否得到發(fā)揮，農(nóng)業(yè)的多種經(jīng)營是否得以實現(xiàn)[12]?？刹捎眉妓埂ゑR丁多樣化指數(shù)（GM）和景觀類型多樣性指數(shù)（H）來分析，計算公式為：

式中：GMi——第i年土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化指數(shù)；Xij——第i年第j種利用類型土地的面積；n——區(qū)域內(nèi)土地利用的類型數(shù)；Hi——第i年土地利用結(jié)構(gòu)的多樣性指數(shù)；Pij——第i年第j種土地利用類型的面積比例。其中，GM越大，土地利用類型越多樣。

3.4.2 集中性分析 集中性分析主要用于揭示研究區(qū)各土地利用類型面積分配的聚集程度及主要土地利用類型對整個研究區(qū)的控制程度。本研究采用優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)進行分析[7]。

（1）優(yōu)勢度指數(shù)（D）。該指數(shù)用于測度區(qū)域土地利用類型結(jié)構(gòu)中占支配地位的那一個或幾個利用類型的控制程度，計算公式為：

式中：Di——第i年漢中市土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢度指數(shù)；n——給定區(qū)域最大的土地利用類型數(shù)，此處為8；Hmax——當漢中市內(nèi)各利用類型土地面積比例相等時的多樣性指數(shù)；其余參數(shù)意義同上。

（2）均勻度指數(shù)（E）。用來度量土地利用中不同類型的分配均勻程度，表達式為：

式中：Ei——第i年土地利用結(jié)構(gòu)的均勻度指數(shù)；Hi——修正后的Simpson指數(shù)；其余參數(shù)的定義同前。

一般而言，上述各指數(shù)之間存在一定的此消彼長關系。優(yōu)勢度指數(shù)常常與多樣性指數(shù)、多樣化指數(shù)、均勻度指數(shù)的變化規(guī)律相反。這是因為土地利用結(jié)構(gòu)越多樣化、均勻化，其主要幾種土地利用類型對整個研究對象的控制程度就越低，優(yōu)勢度指數(shù)也就越小[7]。根據(jù)漢中市1996年和2010年土地利用統(tǒng)計資料，計算出多樣性、優(yōu)勢度和均勻度指數(shù)（表3）。

表3 漢中市1996年和2010年土地利用空間格局指數(shù)

從表3可以看出，漢中市的土地利用／覆蓋空間格局有如下特點：土地利用／覆蓋的多樣化、多樣性和均勻度呈下降趨勢，而優(yōu)勢度呈上升趨勢。由于退耕還林還牧、實行占一補一等政策的實施，各種土地利用類型所占比例發(fā)生了較大變化，尤其是林地和牧草地比例的顯著增大；相反，未利用土地和耕地類型比例的明顯下降，使景觀比例變得極不均勻，所以多樣性和均勻度指數(shù)均呈下降趨勢，多樣化指數(shù)從1996年的0.46減少到2010年的0.44，多樣性指數(shù)從1996年的0.99減少到2010年的0.98，土地利用／覆蓋的多樣性下降，意味著景觀中各類土地利用類型所占比例差異增大，使景觀被某一種或少數(shù)幾個嵌體類型所支配。均勻度指數(shù)從1996年的29.58減少到2010年的28.25，這說明土地利用／覆蓋的均質(zhì)程度在下降。因而土地利用／覆蓋的優(yōu)勢度增大，漢中市14a來優(yōu)勢度指數(shù)從1.09增加到1.10。因此，根據(jù)土地利用空間格局指數(shù)的大小，可以從側(cè)面反映人類活動對土地利用／覆蓋的干擾程度。

4 結(jié)論

區(qū)域土地利用的結(jié)構(gòu)特征可以用多樣性、優(yōu)勢度和均衡度來表征。其可綜合反映某區(qū)域在一定時段內(nèi)各種土地利用類型的動態(tài)變化及其轉(zhuǎn)換程度，對區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整和土地利用規(guī)劃具有一定的指導意義[7]。

（1）對1996—2010年漢中市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，漢中市14a間土地利用動態(tài)趨勢發(fā)生了較為明顯的變化?？傮w上耕地、未利用地面積在減少，林地、牧草地、居民及工礦用地、園地和交通用地面積依次增加。但是林地基數(shù)大，林地和水域用地年變化率不大，牧草地年變化最大，未利用土地、園地、耕地、交通用地和居民及工礦用地的年變化率依次遞減。

（2）在過去的14a，土地利用的年變化率較緩，年均變化率為0.17%，反映出漢中市土地利用受人類活動影響較弱，但在西部大開發(fā)的機遇和漢中市交通條件不斷改善的情況下，城市發(fā)展的步伐將加快，人類活動對漢中市土地利用覆被的影響將進一步加強。

（3）2010年土地利用綜合指數(shù)為215.64，表明土地利用程度不太高，1996—2010年土地利用程度變化量ΔLb－a＝－55.46，變化率R＝－0.257%＜0，說明漢中市土地利用處于調(diào)整期。

（4）人類活動對景觀格局有較為明顯的影響，土地利用／覆蓋的多樣化指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)呈下降趨勢，而優(yōu)勢度指數(shù)則呈上升趨勢。

（5）為了更有效合理地利用土地資源，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，需要確定合理的農(nóng)、林、草用地的比例，實行高效集約式土地利用開發(fā)方式，遵循人口—資源—環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用，提高土地利用效益。

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