廣西土地利用結(jié)構(gòu)的計(jì)量地理分析

高 峰，華 璀，湯傳勇，何 文，蔡耀君

(1.廣西師范學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西國土資源規(guī)劃院，廣西 南寧 530001)

土地利用結(jié)構(gòu)是指在一定區(qū)域內(nèi)，各種土地利用類型之間的比例關(guān)系或組成，是人類土地利用方式與土地自然特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件長期共同作用的結(jié)果，其內(nèi)容包括數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局兩方面[1]。按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，結(jié)構(gòu)決定功能，土地利用系統(tǒng)的核心就在于土地利用結(jié)構(gòu)[1]。此外，合理的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)，對(duì)區(qū)域水土流失預(yù)防和治理也具有積極作用。因此，探討如何對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征，有助于深入理解和認(rèn)識(shí)土地利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程、土地利用結(jié)構(gòu)特征和土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)控的機(jī)理與模式等。

目前，國內(nèi)外土地利用研究受全球土地利用/土地覆被研究影響深刻[2]。學(xué)術(shù)界對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容主要集中在土地利用變化[3]、土地利用結(jié)構(gòu)區(qū)域差異[4]和土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與模擬[5]方面，研究區(qū)域主要集中在生態(tài)脆弱區(qū)和土地利用方式變化劇烈地區(qū)，如中國西部典型區(qū)[6]、黃土高原區(qū)[7]、農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)[8]、長江三角洲[9]等區(qū)域，而針對(duì)廣西土地利用結(jié)構(gòu)特征定量分析的研究和探討并不多見，省域范圍的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)研究則未見報(bào)道。因此，我們?cè)谇叭搜芯縖1,4]的基礎(chǔ)上，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)方法，對(duì)廣西各地級(jí)市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)及其區(qū)域差異進(jìn)行分析，并且總結(jié)規(guī)律，以期能為廣西土地資源的合理利用、土地利用政策的制定、區(qū)域土地利用方式的合理利用和水土流失的有效治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣西地處祖國南疆，位于北緯20°54′—26°20′、東經(jīng)104°28′—112°04′，陸域面積23.67萬km2，占全國國土總面積的2.5%，下轄14個(gè)地級(jí)市。廣西地處中、南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖，熱量豐富，各地年平均氣溫16.0～23.0 ℃，年降水量在1 070 mm以上，大部分地區(qū)為1 500～2 000 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 200～2 200 h；整個(gè)地勢為四周多山地與高原，而中部與南部多為平地，地勢自西北向東南傾斜，西北與東南之間呈盆地狀，素有“廣西盆地”之稱。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用2009年廣西土地利用調(diào)查成果數(shù)據(jù)一級(jí)分類的用地面積比例數(shù)據(jù)作為本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)材料。2009年廣西土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)如表1所示。

2.2 研究方法

采用景觀生態(tài)學(xué)中有關(guān)數(shù)量結(jié)構(gòu)分析的定量方法進(jìn)行研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)量特征的定量分析。分析指標(biāo)和計(jì)算方法如下。

2.2.1 多樣化指數(shù)

土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的多樣化分析采用吉布斯-馬丁(Gibbs-Martin)多樣化指數(shù)來度量，其計(jì)算公式[1]為

(1)

式中：G為多樣化指數(shù)，其理論最大值為(n-1)/n；n為土地利用類型數(shù)；xi為第i類土地面積或百分比[1]。當(dāng)n=1時(shí)，說明一個(gè)地區(qū)只有一種土地利用類型，此時(shí)G=0，多樣化指數(shù)最小；如果某一個(gè)地區(qū)土地利用類型越多樣，則n越大，G越接近于1。

表1 廣西各地級(jí)市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)(2009年)

注：表中各地類面積百分比由廣西壯族自治區(qū)2009年土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

2.2.2 集中化指數(shù)

為了揭示研究區(qū)各類土地利用所處的優(yōu)勢狀況和土地利用結(jié)構(gòu)的集中化程度，本研究采用集中化指數(shù)進(jìn)行分析，其計(jì)算公式[1]為

(2)

式中：Ii為第i個(gè)區(qū)域的土地集中化指數(shù)；Ai為第i個(gè)區(qū)域各種土地類型累計(jì)面積百分比之和；M為假設(shè)土地都集中分布時(shí)累計(jì)面積百分比之和；R為高一級(jí)層次區(qū)域各地類累計(jì)面積百分比之和，以R值作為衡量集中化程度的基準(zhǔn)，廣西壯族自治區(qū)R值為574.49，M值為800。

2.2.3 組合類型分析

為了確定區(qū)域土地利用組合類型，本研究采用威弗-托馬斯(Weaver-Thomas)組合系數(shù)法對(duì)區(qū)域土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的組合類型進(jìn)行分析。威弗-托馬斯組合系數(shù)是把土地的實(shí)際分布(實(shí)際相對(duì)面積)與假設(shè)分布(假設(shè)相對(duì)面積百分比)相比較，然后逐步逼近實(shí)際分布，得到一個(gè)最接近實(shí)際分布的近似分布，這種分布的組合即為所求的組合類型。

2.2.4 土地利用程度綜合分析

土地利用程度綜合分析的目的在于確定區(qū)域土地利用程度綜合特征。本研究采用劉紀(jì)遠(yuǎn)等提出的土地利用程度綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4級(jí)，并分級(jí)賦予指數(shù)，得到土地利用程度的定量表達(dá)。其計(jì)算公式[1]為

(3)

式中：L為某個(gè)區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)，介于100～400之間；Bj、Cj分別為區(qū)域內(nèi)第j級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)及面積百分比；m為土地利用程度分級(jí)數(shù)。

2.2.5 區(qū)位指數(shù)

為了測度各地類區(qū)位優(yōu)勢和專業(yè)化程度，本研究采用區(qū)位指數(shù)對(duì)地類區(qū)位意義進(jìn)行分析，其計(jì)算公式[1]為

(4)

3 結(jié)果與分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)、組合類型分析結(jié)果見表2，土地利用綜合程度指數(shù)見表3，區(qū)位指數(shù)的計(jì)算結(jié)果見表4。

表2 廣西各地級(jí)市土地利用多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)及組合類型

表3 廣西各地級(jí)市土地利用程度指數(shù)

注：表中第2、3、4、5列數(shù)據(jù)為各市相應(yīng)等級(jí)面積百分比，其中1級(jí)代表城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地，分級(jí)指數(shù)為4；2級(jí)代表耕地和園地，分級(jí)指數(shù)為3；3級(jí)代表林地、草地和水域及水利設(shè)施用地，分級(jí)指數(shù)為2；4級(jí)為其他用地，分級(jí)指數(shù)為1。

表4 廣西各地級(jí)市土地利用區(qū)位指數(shù)

3.2 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)多樣化分析

由表2可知，全區(qū)土地利用多樣化指數(shù)平均值為0.637，與理論最大值0.875(各個(gè)土地利用類型面積比例相等時(shí)計(jì)算得到)相差0.238，這說明全區(qū)土地利用類型多樣化程度總體較高，但提升空間仍較大。人類活動(dòng)對(duì)土地利用多樣化影響很大，北海市、欽州市、來賓市的多樣化指數(shù)分列第一、二、三位，表明該地區(qū)土地利用呈多樣化，這與該地區(qū)瀕臨沿海、人類活動(dòng)劇烈、經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)較高是一致的；而梧州市、賀州市、防城港市處于山區(qū)地帶，土地覆蓋以森林為主，多樣化指數(shù)分列倒數(shù)第一、二、三位，這與該地區(qū)地形地貌及較落后的經(jīng)濟(jì)狀況是相對(duì)吻合的。

3.2.2 土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)集中化分析

由表2可知，貴港市、玉林市、欽州市等土地利用集中化程度較高，這與該地區(qū)地貌以山地為主，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平落后有關(guān)；河池市、北海市土地利用集中程度較低，其中河池市經(jīng)濟(jì)水平落后，土地利用集中程度低與其位于喀斯特巖溶山區(qū)，景觀破碎化程度大密切相關(guān)。

3.2.3 土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)組合類型分析

根據(jù)土地利用結(jié)構(gòu)組合類型原理和方法，計(jì)算出各地級(jí)市土地利用組合系數(shù)和組合類型。由表2可知，位于南部沿海的北海市土地利用類型最多，土地利用的組合類型達(dá)到了4種，而梧州市、百色市、賀州市、桂林市土地利用類型最少，只有一種組合類型；其他地區(qū)土地利用組合類型數(shù)為2～3種。全區(qū)平均的土地利用組合類型數(shù)為2種。林地在各地級(jí)市占有絕對(duì)優(yōu)勢，各個(gè)地區(qū)的組合類型中均有。

3.2.4 土地利用程度綜合指數(shù)分析

土地利用程度綜合指數(shù)越高表示土地利用程度越高，即受到人類干擾的程度越大。從表3可以看出，土地利用程度綜合指數(shù)全區(qū)平均值為224.87。全區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)最高的是北海市(258.30)，最低的是河池市(198.22)。從全區(qū)總體來看，河池市、梧州市、百色市、賀州市土地利用程度綜合指數(shù)低于全區(qū)平均水平，說明這4市的土地利用程度總體較低，今后應(yīng)不斷提高土地集約化程度和綜合利用效益。

3.2.5 土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)區(qū)位意義分析

由表4可知，相對(duì)于全區(qū)而言，南寧市、柳州市、北海市、欽州市、貴港市、玉林市、來賓市以及崇左市的耕地具有區(qū)位意義，其中北海市最為顯著，除柳州市、欽州市和玉林市外，耕地比重均超過了20%(表1)；桂林市、欽州市、貴港市、玉林市、百色市園地區(qū)位意義非常明顯，除貴港市外，區(qū)位指數(shù)均在1.20以上；桂林市、梧州市、防城港市、百色市、賀州市林地具有較強(qiáng)區(qū)位意義，區(qū)位指數(shù)均在1.10以上，柳州市和河池市林地也具有一定區(qū)位意義；柳州市、欽州市、百色市、河池市草地區(qū)位意義明顯；南寧市、北海市、欽州市、貴港市以及玉林市城鎮(zhèn)村及工礦用地具有極強(qiáng)區(qū)位意義，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、地理位置有很大關(guān)系；南寧市、北海市、欽州市、玉林市、來賓市、崇左市交通條件較為理想，其中尤以北海最為突出，區(qū)位指數(shù)達(dá)到了1.74；北海市、防城港市、欽州市、貴港市、南寧市水域及水利設(shè)施用地具有區(qū)位意義，北海市和防城港市區(qū)位意義最明顯，區(qū)位指數(shù)分別達(dá)到了6.66和2.41；河池市、崇左市、來賓市、百色市其他用地具有區(qū)位意義，區(qū)位指數(shù)均在1.0以上，開發(fā)利用潛力大，可補(bǔ)充不足的土地資源。總之，通過地類區(qū)位意義分析，可明確各地市土地利用區(qū)位優(yōu)勢和相對(duì)重要性，為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地利用方式提供參考依據(jù)。

4 土地利用結(jié)構(gòu)成因分析

從以上分析的各地級(jí)市土地利用類型的多樣化、集中化、組合類型等分布特點(diǎn)來看，廣西的土地利用區(qū)域差異應(yīng)與地理位置、地形地貌、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密度等密切相關(guān)。

4.1 地理位置

地理位置決定著自然條件的差異，并由此形成了不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，二者共同決定了土地利用區(qū)域差異。土地利用類型較均一、組合類型數(shù)多的基本都位于桂南沿海地區(qū)(北海市)或桂中地區(qū)(來賓市)。桂南沿海地區(qū)地處沖積平原地帶，海拔較低，河網(wǎng)豐富，水分充足，人口密集，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平高，所以土地利用類型多，土地利用綜合程度高(表3)。

4.2 地形地貌

各地不同的地形起伏狀況也是形成廣西土地利用差異的原因。廣西以多山著稱，山區(qū)面積廣大是廣西土地資源構(gòu)成的一個(gè)最突出的特點(diǎn)。山地所占面積比例越大，則相應(yīng)的林地面積比例越大，其他土地利用類型面積比例越小?？傮w來說，土地利用多樣性越小，集中化程度越高，土地利用綜合指數(shù)也越高，這從表2、表3可以看出。此外，由土地利用多樣化指數(shù)和集中化指數(shù)與平原面積比例的關(guān)系也能得到類似結(jié)論[13]。所以，可以認(rèn)為土地利用多樣性和集中化程度與地形地貌狀況是相關(guān)的。

4.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平

經(jīng)濟(jì)水平越高的地區(qū)，土地利用越均勻多樣；經(jīng)濟(jì)水平越落后的地區(qū)，土地利用越集中[13]。這二者是互為因果的。土地利用類型多，為人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供了更多的選擇，使生產(chǎn)具有多樣性，從而有利于繁榮市場，增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展；而經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，人民的生活水平越高，需求越多樣，從而要求土地利用豐富多樣。從定量分析結(jié)果來看，單位土地面積GDP與土地利用綜合程度指數(shù)和城鎮(zhèn)村及工礦用地區(qū)位指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.775 9、0.798 6，均大于置信度為99%時(shí)的臨界值，因此經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與土地利用密切相關(guān)。

4.4 人口密度

人口對(duì)土地利用與土地覆蓋空間分異的影響，其中一個(gè)主要方面表現(xiàn)在人口對(duì)土地利用程度的影響上[11]。將2009年各地級(jí)市土地利用綜合程度指數(shù)與人口密度進(jìn)行線性擬合，所得到的關(guān)系式為

B=0.12d+203.21 (R2=0.768)

(5)

式中：B為土地利用綜合程度指數(shù)；d為人口密度，人/km2。

上式表明人口密度與土地利用綜合程度之間呈正相關(guān)。此外，人口密度與城鎮(zhèn)村及工礦用地區(qū)位指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.876 6，大于置信度為99%時(shí)的臨界值，因此可以認(rèn)為人口密度與土地利用程度具有一致性。

5 結(jié)論與討論

(1)采用土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)一級(jí)分類的面積和比例作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)中的方法進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)的定量分析，其結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，能夠很好地揭示區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的地域分異，且其結(jié)果能在一定程度上反映研究區(qū)自然條件、自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展地域結(jié)構(gòu)的差異。

(2)研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)區(qū)域變化呈現(xiàn)以下規(guī)律：土地利用多樣化和組合類型數(shù)由桂南沿海向桂西北和桂東北內(nèi)陸、平原向山區(qū)、城市近郊向遠(yuǎn)郊遞減，土地利用的集中化程度則相反；土地利用組合類型、城鎮(zhèn)村及工礦用地區(qū)位指數(shù)、交通運(yùn)輸用地區(qū)位指數(shù)、水域及水利設(shè)施用地區(qū)位指數(shù)與區(qū)域的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特點(diǎn)相關(guān)。

(3)研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異受地理位置、地形地貌、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度等因素的強(qiáng)烈影響。

(4)從定量分析結(jié)果可以看出，廣西土地利用以林地為主，林地在廣西各地級(jí)市內(nèi)具有很強(qiáng)的區(qū)位優(yōu)勢。然而，林地的區(qū)位優(yōu)勢并沒有切實(shí)有效減少區(qū)域現(xiàn)狀水土流失，這可能與當(dāng)?shù)夭缓侠淼耐恋乩梅绞?、桉樹等?jīng)濟(jì)林的種植有關(guān)。因此，應(yīng)加強(qiáng)林地的合理開發(fā)和利用，調(diào)整和優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水土流失預(yù)防和治理。

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