山東省土地利用變化的基本特征與區(qū)域差異

吳 宵，王秋賢

（魯東大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東煙臺 264025）

0 引言

LUCC（Land-Use and Land-Cover Change），即土地利用/ 土地覆蓋變化，是IGBP 和IHDP 兩大國際項目合作進(jìn)行的綱領(lǐng)性交叉科學(xué)研究課題，其目的在于提示人類賴以生存的地球環(huán)境系統(tǒng)與人類日益發(fā)展的生產(chǎn)系統(tǒng)之間相互作用的基本過程[1-3]。土地利用/ 土地覆蓋變化與地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市發(fā)展等聯(lián)系密切，相互影響又相互作用，成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，因此分析LUCC 變化對區(qū)域發(fā)展具有極其重要的意義。

山東省位于中國東部沿海地區(qū)，地處渤海和黃海交匯處，特殊的地理位置讓山東省擁有漫長的海岸線，黃河又在東營、濱州入?？谔帥_擊出黃河三角洲，是北方重要的濕地保護(hù)區(qū)[4]，這些條件使得沿海地區(qū)擁有鹽堿地、沙地、濕地等海岸帶土地利用類型；郯廬斷裂帶等各種地質(zhì)構(gòu)造豐富了山東省的地勢地貌[5]，中部高聳的魯中南山地、東部地勢緩和的膠東丘陵、西部與北部土壤肥沃的魯西北平原，這些多樣的地形條件也影響著不同的土地利用/ 土地覆蓋的形成。同時，山東省又是中國重要的工業(yè)和農(nóng)業(yè)大省，自古以來就是北方的經(jīng)濟(jì)重區(qū)。改革開放后，山東省的工業(yè)產(chǎn)值迅速上升[6]，成為中國最重要的經(jīng)濟(jì)大省。值得一提的是，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值也是山東省經(jīng)濟(jì)的重要支撐[7]。發(fā)展迅速的工業(yè)和農(nóng)業(yè)對土地利用/ 土地覆蓋變化產(chǎn)生了重大影響[8]，尤其是進(jìn)入21 世紀(jì)后，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)人口數(shù)量迅速上升[9]，土地利用類型也隨之快速變化，尤其是耕地與建設(shè)用地之間的矛盾問題越發(fā)突出。工業(yè)的發(fā)達(dá)與城鎮(zhèn)的發(fā)展使得耕地被大量占用，同時，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展也要求農(nóng)業(yè)工程設(shè)施的完善，這也在一定程度上加重了耕地的流失。在以往對山東省土地利用的研究中[10-12]，主要集中在山東半島沿海地區(qū)，而中西部研究較少，缺乏對山東省整體土地利用變化的認(rèn)知。另外，對某種土地利用的時空變化和驅(qū)動因素的研究較多[13,14]，較少對全面的土地利用類型進(jìn)行研究，并且土地利用分類體系主要采用一級分類標(biāo)準(zhǔn)，具體的土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)變無法得知。因此，本文采用二級分類體系，對山東省整體的土地利用變化進(jìn)行探究，以期為山東省未來的土地利用與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供一定依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

本文數(shù)據(jù)以1990、2000、2010 和2015 年山東省的四期Landsat TM 數(shù)字影像為基礎(chǔ)，采用目視解譯方法，對山東省具有的24 種土地利用類型進(jìn)行人工解譯，制成土地利用現(xiàn)狀圖。

1.2 模型與方法

單一土地利用動態(tài)度（表1）是用來描述研究區(qū)內(nèi)某種土地利用類型在一定時間段中的數(shù)量變化情況[15]。動態(tài)度越大，說明研究區(qū)內(nèi)土地利用變化越大，區(qū)域更為活躍。K 為負(fù)數(shù)時，表示某種土地利用類型面積在相應(yīng)時間段內(nèi)是減少的，為正數(shù)時則為增加。單一土地利用動態(tài)度的公式為：

表1 山東省1990-2015 年土地利用動態(tài)度

式中，K 表示某種土地利用類型在研究時間段內(nèi)的動態(tài)度；Ua表示某種土地利用類型在研究基期的數(shù)量；Ub表示末期的數(shù)量；T 表示研究時長。

2 結(jié)果與分析

由土地利用現(xiàn)狀圖可以看出，1990-2015 年山東省土地利用變化具有明顯的年代特征和區(qū)域差異。

2.1 耕地變化的基本特點是：“總量不斷減少，片狀轉(zhuǎn)為塊狀”

耕地總體面積在減少。從空間上看，耕地面積大量減少且破碎化嚴(yán)重，減少地區(qū)集中在泰魯沂山前傾斜平原區(qū)、魯西北平原區(qū)、魯西南平原區(qū)、魯南丘陵平原區(qū)和膠萊河平原區(qū)，這些地區(qū)地勢平緩、水源豐富[16]，而黃河三角洲地區(qū)耕地明顯增加。其中，水田種植面積較小，分布區(qū)變化不大，集中分布在黃河三角洲、南四湖和郯廬斷裂帶中部地區(qū)。旱地在空間分布上向碎片化發(fā)展，80 年代末，山東省的魯西平原和膠萊平原旱地連片分布，到了2015 年，由于建設(shè)用地等其它用地類型的占用，連片的旱地被割裂開，變成塊狀分布。

水田面積在1990-2000 年增加，但2000 年以后不斷下降；旱地面積一直呈下降趨勢。1990-2000 年第一個十年間，旱地共減少了1.23×105hm2，減少旱地主要以城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地、水庫池塘占用為主；水田增加了5.51×103hm2，增長水田主要以灘涂、旱地、湖泊的變化為主。第二個十年間旱地減少了1.7×106hm2，減少旱地主要以農(nóng)村居民點用地、草地、城鎮(zhèn)用地占用為主；水田減少了4.77×104hm2，減少水田主要以農(nóng)村居民點用地、城鎮(zhèn)用地、灘涂占用為主。后五年間旱地減少了7.36×104hm2，減少旱地主要以城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地和其它建設(shè)用地占用為主；水田減少了1.372×103hm2，減少水田主要以城鎮(zhèn)用地、其它建設(shè)用地、農(nóng)村居民點用地占用為主。

2.2 建設(shè)用地變化的基本特點是：“膠濟(jì)沿線發(fā)展最快，整體共同進(jìn)步”

建設(shè)用地整體面積一直在增加，增加的熱點地區(qū)主要為膠濟(jì)鐵路沿線地區(qū)、膠北低山丘陵區(qū)、魯南丘陵平原區(qū)以及黃河三角洲地區(qū)。其中，農(nóng)村居民點用地從魯中南山地區(qū)較為均勻地向周邊擴(kuò)散至全省，而膠濟(jì)鐵路沿線貫穿的濟(jì)南、淄博、濰坊和青島是城鎮(zhèn)用地最密集的地區(qū)，其它建設(shè)用地的擴(kuò)張主要集中在沿海地區(qū)，尤以萊州灣、渤海灣地區(qū)擴(kuò)張面積最大、擴(kuò)張速度最快。

增加的建設(shè)用地主要以占用耕地（包括水田和旱地）、農(nóng)村居民點用地、草地（包括高覆蓋度草地和中覆蓋度草地）為主。第一個十年間建設(shè)用地增加了1.61×105hm2，其中城鎮(zhèn)用地增長速度為48%，增速最快，其次是其它建設(shè)用地和農(nóng)村居民點用地，分別為20%和18%；第二個十年間建設(shè)用地總面積增加了1.24×106hm2，其中農(nóng)村居民點用地的增長速度最快，其次是城鎮(zhèn)用地和其它建設(shè)用地，分別是67%和43%；后五年建設(shè)用地增加了7.24×104hm2，其中城鎮(zhèn)用地增長速度最快，增速為9.8%，其次是其它建設(shè)用地和農(nóng)村居民點用地。

2.3 非人工土地利用類型變化的基本特點是：“林地增加，東部鹽堿化嚴(yán)重，水域分散增加”

林地面積呈增長趨勢，其中，有林地、疏林地和灌木林分布地區(qū)幾乎沒有變化，仍然以魯中南山地和魯東丘陵為主要分布區(qū)，其他林地則在魯西北平原和膠東丘陵地區(qū)得到擴(kuò)展。

有林地面積略有下降，從1990-2015 年減少了6.89×103hm2，其中1990-2000 年增加了2 536.89×103hm2， 其余時間段面積都在減少； 灌木林面積在1990-2000 年幾乎沒有變化，但到了2010 年增加了7.22×104hm2，2015 年灌木林面積為1.71×105hm2；疏林地面積總體上呈增長趨勢，從1990-2015 年共增長了5.57×104hm2；其它林地面積一直在增長，共增長了3.13×104hm2，其增長率為124%。

草地面積在不斷增長，集中分布在魯中南山地、魯東丘陵地區(qū)。高覆蓋度草地面積幾乎沒有變化，中覆蓋度草地和低覆蓋度草地面積在增長，在1990-2015 年草地面積共增長了1.45×105hm2，草地面積增長主要來自旱地的變化。

沙地、裸土地和裸鹽石質(zhì)地面積在不斷增長，集中分布在魯南丘陵平原和膠萊平原，并由魯南丘陵平原區(qū)向魯山地丘陵區(qū)擴(kuò)展。其中裸鹽石質(zhì)地在2000-2010 年的增長率為91%，主要以旱地、草地、林地退化為裸鹽石質(zhì)地為主，退化面積分別為5.42×103hm2、2.63×103hm2、1.44×103hm2，到2015 年裸鹽石質(zhì)地面積達(dá)到了1.87×104hm2。裸土地在1990-2015 年面積共增長了427 hm2；沙地面積在1990-2000 年雖然略有下降，但是到了2015 年，沙地面積增長到了5.66×104hm2，比1990 年面積增加了1.93×103hm2。2000-2015 年沙地面積變化最大，其增長主要以旱地和水域面積的轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，部分灘地也轉(zhuǎn)變?yōu)樯车兀渲泻档赝嘶癁樯车孛娣e為1.41×103hm2，水域（主要為河渠和水庫池塘）變化面積為353.63 hm2，279.08 hm2的沙地也在這一時期轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地（主要為農(nóng)村居民點用地和城鎮(zhèn)用地）。

鹽堿地和沼澤地面積變化較小，呈下降趨勢。2015年面積為1.07×105hm2，比1990 年減少了6.84×103hm2，20 世紀(jì)末減少的鹽堿地主要轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌ㄔO(shè)用地和部分旱地。從空間上看，山東省鹽堿地集中分布在魯西北平原黃河三角洲西北部及濱海地區(qū)，且逐漸由濱海向陸地發(fā)展。進(jìn)入21 世紀(jì)后，山東省耕地鹽堿化嚴(yán)重，在2000-2010 年，5.13×104hm2的旱地和1.93×103hm2的水田遭到鹽堿化，雖然耕地鹽堿化治理也在進(jìn)行，但最終被鹽堿化的耕地達(dá)到了1.75×104hm2，治理速度落后于鹽堿化速度[17]。除此之外，灘涂和灘地的鹽堿化也較為嚴(yán)重[18]，實際鹽堿化面積達(dá)到了1 008.56 hm2。減少的鹽堿化土地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地（包括其它建設(shè)用地、農(nóng)村居民點用地和小面積城鎮(zhèn)用地）、水域（主要為水庫池塘和河渠）和小面積草地。2010-2015年，耕地鹽堿化問題得到有效治理，實際鹽堿化耕地為547.27 hm2，鹽堿化速度變慢。減少的鹽堿地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?、水庫池塘和建設(shè)用地（主要為其它建設(shè)用地和城鎮(zhèn)用地）。

沼澤地減少面積較多，尤其在1990-2000 年，由6.85×104hm2減少了5.74×103hm2，主要是向湖泊和水坑池塘轉(zhuǎn)變。之后變化較小，到了2015 年，山東省沼澤地面積僅為1.56×104hm2，集中分布在黃河三角洲和南四湖地區(qū)，南四湖沼澤地面積縮減最為嚴(yán)重。

2.4 水域變化的基本特點是：“人工水域自魯中向四周擴(kuò)張，天然水域不斷減少”

水域面積呈增長趨勢。其中，河渠和水庫池塘面積在2000-2010 年增量最多，分別增長了6.83×104hm2和1.4×105hm2，但河渠在上一個十年期間面積略有下降。到2015 年，山東省河渠面積為9.98×104hm2，主要集中在南四湖湖區(qū)、黃河流域、沂沭河流域、汶泗河流域。水庫池塘集中分布在魯中南山地、魯西北平原、魯東丘陵地區(qū)，而在魯西南平原地區(qū)分布較少。水庫池塘面積一直在增加，且增速也在上升，主要來自旱地湖泊和灘地類型的轉(zhuǎn)變。湖泊面積減少，主要湖泊是南四湖和東平湖。在第一個十年期間增量較大，但進(jìn)入21 世紀(jì)后，湖泊面積在不斷減少，減少湖泊主要以水庫池塘、水田、草地（包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地和低覆蓋度草地）占用為主，后五年主要以水庫池塘、水田和灘地占用為主。灘涂面積在不斷減少，向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。

3 主要土地利用類型變化的驅(qū)動因素

3.1 耕地變化因素分析

1990-2015 年，傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)耕地變化的主要原因在于建設(shè)用地的占用。其中，1990-2000 年，因建設(shè)用地擴(kuò)張而減少的耕地占總減少耕地面積的74.95% ，2000-2010 年 這 個 比 例 為50.14% ，2010-2015 年 為84.47%。2000-2010 年，受國家退耕還林還草工程的影響[19]，34.24%的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸?，生態(tài)用地比例大幅度上升，這一比例僅次于建設(shè)用地的擴(kuò)張。

20 世紀(jì)90 年代以來，山東省人口數(shù)量持續(xù)增加，到2015 年，戶籍人口數(shù)達(dá)到了9 822 萬人，人均耕地為0.108 1 hm2，低于世界平均值，龐大的人口數(shù)量要求有更高的土地產(chǎn)出效益。城鎮(zhèn)化占用了大量的傳統(tǒng)耕地[20]，從全國來看，山東省城鎮(zhèn)用地侵占農(nóng)耕地的面積僅次于江蘇省[21]。這些耕地大部分位于城鎮(zhèn)附近，耕地質(zhì)量較好，在城鎮(zhèn)擴(kuò)張過程中是最容易被占用的，這導(dǎo)致山東省耕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間發(fā)生了問題，即優(yōu)質(zhì)耕地大量消失，劣質(zhì)耕地在耕地整體占比中上升，對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省來說是相當(dāng)不利的。除此之外，城鎮(zhèn)化也帶來了土地質(zhì)量下降的問題，以山東半島來說，海水入侵和土壤鹽漬化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動增加了困難[22]。

針對這些問題，一方面山東省農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化技術(shù)不斷升級[23，24]，另一方面開辟了大量耕地，前期主要是開發(fā)利用未利用地（包括灘地、灘涂、鹽堿地、沙地等），后期受土地集約利用政策影響，大量農(nóng)村居民點用地由分散變?yōu)榧卸v出耕地。1990-2000 年，占用未利用土地面積占所有用地類型向耕地轉(zhuǎn)變數(shù)量的49.32%，進(jìn)入21 世紀(jì)后，人口與耕地的矛盾越發(fā)突出，耕地侵占生態(tài)用地情況變得嚴(yán)重，其增加的面積有59.57%來自草地、林地的轉(zhuǎn)變。2010-2015 年，建設(shè)用地騰出占耕地增加面積的75.36%，這一變化原因在于山東省的新農(nóng)村改造政策，將農(nóng)村居民點用地集中起來，尤其是閑置空房，從而整合土地，騰出大量空地變?yōu)楦?。這些措施在一定程度上有助于緩解人地矛盾，但以占用農(nóng)耕地來達(dá)到城鎮(zhèn)發(fā)展目的這個方向不改變，仍然無法從根本上解決這個問題。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和新舊動能轉(zhuǎn)換對于處在經(jīng)濟(jì)不斷下滑的山東省來說是個轉(zhuǎn)機(jī)，從過去犧牲土地、人力、資源的經(jīng)濟(jì)發(fā)展向依靠資本、人才、技術(shù)轉(zhuǎn)變，是山東省目前的發(fā)展方向[25]。

3.2 城鎮(zhèn)居民工礦用地變化因素分析

城鎮(zhèn)居民工礦用地（包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地和其它建設(shè)用地） 的變化最為強烈。1990-2000年，城鎮(zhèn)居民工礦用地主要以占用耕地為主，耕地轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)居民工礦用地的比例達(dá)到76.67%。進(jìn)入21世紀(jì)后，這一比例上升為87.84%，在2010-2015 年，仍然穩(wěn)定在86.39%。說明山東省的城鎮(zhèn)化發(fā)展主要依靠耕地的轉(zhuǎn)換。值得注意的是，城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張除了大量占用耕地外，還有部分是由原來的農(nóng)村居民點用地轉(zhuǎn)化而來，并且這一比例逐漸升高，由1990-2000 年的4.13%上升到2010-2015 年的5.63%，就地城鎮(zhèn)化得到了發(fā)展。

改革開放以來，山東省實體經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，這是山東省最大的發(fā)展優(yōu)勢[25]。截止到2015 年，山東省非農(nóng)業(yè)戶籍人口達(dá)到4 702 萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值（按當(dāng)年價格計算）為63 002.33 億元，城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)的過程中[26]，城鎮(zhèn)用地也不斷激增。

3.3 水域變化因素分析

水域（包括湖泊、河渠、水庫池塘、灘涂、灘地）面積的增長主要來源于未利用土地（包括沙地、鹽堿地、沼澤地）和耕地的轉(zhuǎn)化。1990-2000 年，未利用土地轉(zhuǎn)化占水域面積增加的56.07%，耕地轉(zhuǎn)化占22.07%。但2000 年后，水域面積增加主要來自耕地的轉(zhuǎn)化，比例占到68.15%，2010-2015 年耕地轉(zhuǎn)化為水域面積占到水域面積增加的54.55%。灘涂面積在不斷減少，灘地面積在增加，在2000-2010 年變化最多。

受溫帶季風(fēng)性氣候影響，山東省水資源相對短缺，湖泊較少，河流徑流量季節(jié)變化大，難以滿足農(nóng)田灌溉的需求，因此修建河渠和水庫池塘用來引水、儲水、灌溉是解決春旱的重要措施。

3.4 林草地變化因素分析

林地（包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地）面積的增加主要來源于耕地的轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化在2000-2010年最顯著，耕地轉(zhuǎn)化為林地的面積占林地增加面積的57.94%。草地（包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地）面積變化較小，主要是與耕地之間的相互轉(zhuǎn)化。

林地的變化與退耕還林政策有關(guān)。按照中國退耕還林工程建設(shè)規(guī)劃，到2010 年，全國完成800 萬hm2的林地治理任務(wù)，黃河流域及北方地區(qū)退耕還林面積應(yīng)達(dá)到712.5 hm2[27]。山東省丘陵地區(qū)廣闊，主要退耕地區(qū)集中在膠東丘陵以及魯中南山地地區(qū)。

4 結(jié)論

土地利用/ 土地覆蓋變化是人類最直接作用于自然環(huán)境的活動，它的時空變化直觀地反映出地區(qū)發(fā)展的軌跡，表征了人地關(guān)系在不同歷史時期的作用形式，與人類社會關(guān)系密切相關(guān)。本文通過1990-2015 年四期遙感影像數(shù)據(jù)的分析與研究，主要得出以下結(jié)論：

（1）1990-2015 年這25 年來，山東省的土地利用呈現(xiàn)出明顯的時空差異。“總量不斷減少，片狀轉(zhuǎn)為塊狀”是耕地的基本變化；“增速提高，膠濟(jì)沿線發(fā)展最快，向西北地區(qū)擴(kuò)展”是建設(shè)用地的基本變化；林地面積不斷增加，草地則經(jīng)歷了先減后增的過程；東部沿海地區(qū)土地鹽堿化嚴(yán)重，近年來有好轉(zhuǎn)；“人工水域自魯中向四周擴(kuò)張，天然水域不斷減少”是水域面積的基本變化，具體表現(xiàn)為水庫池塘、溝渠等農(nóng)業(yè)工程設(shè)施的水域面積在不斷增加，而湖泊的面積在減少。

（2）20 世紀(jì)末到21 世紀(jì)初期，山東省的土地利用格局也有了新的變化，主要表現(xiàn)在魯中南山地、膠東丘陵區(qū)的城鎮(zhèn)用地大量增加，魯西北平原的農(nóng)村居民點用地大量增加，耕地在全省范圍內(nèi)減少，以轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地和其它建設(shè)用地為主。受退耕還林政策影響，林地面積也在上升，尤其是膠東丘陵的林地面積增加較多。天然水域向人工水域類型轉(zhuǎn)變，溝渠、水庫等人工水域類型也占用了部分耕地。

（3）造成山東省土地利用類型變化的原因有很多，雖然氣候變化和土地退化對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了一定影響，但經(jīng)濟(jì)驅(qū)動、市場導(dǎo)向和政策調(diào)控是產(chǎn)生這些變化的主要原因。受這三者的共同影響，城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地和其它建設(shè)用地在以占用耕地為主向保護(hù)耕地變化是山東省土地利用類型最主要的變化。