土地利用變更調查數據的應用研究現狀與前景

郭誰瓊， 黃賢金， 白曉飛，張 嘉，鐘太洋

（1. 南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210093；2. 中國土地勘測規劃院，北京 100035）

土地利用變更調查數據的應用研究現狀與前景

郭誰瓊1， 黃賢金1， 白曉飛2，張 嘉2，鐘太洋1

（1. 南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210093；2. 中國土地勘測規劃院，北京 100035）

研究目的：總結土地利用變更調查數據研究性應用的時間趨勢、學科分布，展望其升級方向和應用前景。研究方法：采用條件檢索和文獻計量方法對相關文獻進行時間和學科分類分析，根據分類結果及其發展趨勢分析土地變更調查數據的應用現狀和不足。研究結果：土地變更調查數據的應用研究現狀在時間上經歷了萌芽期、探索期、成長期和瓶頸期，在學科分布上主要集中于土地學科，在三農問題、環境與生態學、社會經濟發展和交通領域都有應用。研究結論：土地變更調查數據的研究性應用前景拓展應在提高數據發布規范、健全數據應用管理機制、提升土地污染等關聯數據透明度和可得性等方面做出努力。

土地利用；瓶頸期；綜述；數據升級；應用拓展

1 引言

土地利用變更調查是基于土地利用現狀調查的基礎上，為了保持土地利用現狀調查成果的現勢性和準確性，國土部對土地變更的內容進行調查，更新土地利用現狀圖，記錄土地變更調查成果[1]。土地利用變更調查數據（簡稱為“該數據”）作為中國各省、市、區、縣土地資源存量和通量的最直觀反映，不僅對國土部門在土地管理方面的工作具有重大意義，在其他部門和科研工作中也得到了廣泛的應用。全面了解該數據的應用研究現狀有利于掌握其具體應用功能，便于分析其在應用研究的優勢和不足，促進數據的升級與完善，深挖數據信息，推進土地學科和相關學科的交流和發展。

然而，目前在筆者檢索范圍內，未發現總結該數據研究應用現狀和前景的文章。現有關于土地變更調查數據的研究成果主要是利用其數據進行土地科學等方面的研究和研究如何通過3S和計算機等技術輔助土地變更調查工作，提升該數據質量。可見從數據使用到數據升級的過程缺少數據應用評價的過渡環節。本文希望通過總結該數據應用研究的發展與現狀，梳理利用其進行研究的學科類別，分析其優勢與不足，從而嘗試在土地變更調查數據應用與數據升級的過程中搭建一座過渡和連接的橋梁。

2 數據來源與研究方法

為了解該數據的應用現狀，在中國知網（CNKI）數據庫設定檢索條件為：FT=‘土地利用變更調查數據’+‘土地利用變更數據’+‘土地變更調查數據’+‘土地變更數據’not TI=‘信息系統’+‘數據庫’+‘土地變更調查’+‘土地利用變更調查’ not JN=‘計算機’+‘遙感’+‘信息系統’+‘國土資源通訊’ and YE=‘1996/1997/……/2012’，其中FT是全文內容，TI是文章標題，JN是期刊名稱，YE是發表年份，每次檢索取一個年份值。在完成初步篩選后，再逐條手動核對篩選，共得到應用該數據的檢索結果1219篇。本文通過對檢索文獻進行分時間、分學科的應用分析，評價其應用研究現狀，總結現有數據的優勢和不足，展望其升級的方向和應用前景。

3 土地變更調查數據應用廣度分析

3.1 各年份應用

由圖1可見， 自1996年以來，在1999年出現土地變更調查數據應用的報道；從2001—2005年，研究性應用數量開始明顯增加；2006—2009年，應用數量呈指數關系迅速增長；2009年之后，應用該數據的數量開始逐漸穩定，增長減緩并呈緩慢下降的趨勢。可見，1999年是土地變更調查數據研究性應用的萌芽期，2001—2005年是探索期，2006—2009年是快速成長期，2010年至今是瓶頸期。

按數據發布和使用的一般規律和土地變更調查數據的應用數量的變化，提出以下假設：（1）該數據在1999年的研究性應用局限于數據內容的解讀；（2）2001—2005年開始在土地學科的研究中得到應用；（3）2006—2009年，該數據不僅在土地學科中得到廣泛的應用，還開始出現交叉學科的應用和其他學科的應用；（4）2010年至今，該數據的應用拓展進程進入瓶頸期，應用數量呈緩慢減少的趨勢，該數據有可能正逐漸被替代或其應用受到某些限制。對以上假設的驗證將在下文詳細闡述。

3.2 各學科應用

土地變更調查數據最初在土地行業的應用最為廣泛。近年來，隨著交叉學科的發展，其在農業、氣候變化、生態環境保護、金融業、交通等行業都出現了研究的案例。為了解該數據在各行業研究性應用的總體狀況，進一步將檢索到的文獻進行學科和主題的分類。根據文獻的具體情況，對土地變更調查數據應用進行二級分類。

（1）土地科學分為6個二級類，具體為土地利用、建設用地利用、耕地保護、土地利用規劃、土地整理與復墾和特殊地類利用。其中，土地利用類別包括土地利用現狀與利用趨勢分析，土地利用評價、土地需求和供給分析及預測等，不包含具體地類的土地利用分析，是籠統的或以地區為單位的總體分析；建設用地利用分類包括城區土地利用、建設用地利用與評價、建設用地需求與供給分析及預測等，不包含農村建設用地利用；耕地保護類別是指耕地利用相關的利用現狀、評價、趨勢分析等，不包括農用地地類；土地利用規劃類別指利用該數據進行土地利用總體規劃和土地規劃相關的評價、預測等；土地整理與復墾類別指利用該數據對土地整理、復墾等工作的實施評價和潛力估算等；特殊地類利用指對脆弱的地類，如林地、草地、水域、海岸線、濕地等。

（2）三農問題分為2個二級類，具體為農業與農用地和農村建設用地。其中，農業與農用地指利用該數據進行農業產量分析和預測、糧食安全分析及農用地的利用、評價、預測等，不包括單獨耕地和農村建設用地分析；農村建設用地指利用其進行農村宅基地和集體建設用地的利用、評價、整理潛力分析、預測等。

（3）環境與生態分為5個二級類，具體為土地利用/土地覆被變化（LUCC）、碳排放與足跡分析、生態學、環境問題與污染和景觀學。LUCC變化分類指利用該數據進行LUCC相關的分析、評價、預測等；碳排放與足跡分析分類指利用其進行碳排放、碳減排的相關計算，或進行生態足跡、碳足跡、人口和生態承載力等方面的計算、分析、評價、預測等；生態學分類指利用其進行生態價值、生態風險、生態安全、生態約束等方面的響應分析、評價、預測等；環境問題與污染分類主要利用其進環境惡化、土地退化、污染等問題的分析、評價和預測；景觀學分類是指利用其進行景觀分析、評價、預測等。

（4）社會經濟發展分為3個二級分類，具體為可持續研究，經濟發展研究和社會科學研究。其中，可持續研究指利用該數據進行經濟、社會、資源、環境等的可持續利用分析和預警管理等；經濟發展研究分類指利用其進行例如經濟效益分析、與經濟發展的耦合關系分析、脫鉤掛鉤分析等；社會科學研究分類指利用其分析、預測社會科學相關的數據，如人口等。

（5）交通分為2個二級分類，具體為公路建設和交通網絡分類。其中，公路建設分類指利用該數據研究公路建設與土地利用變化耦合關系的研究；交通網絡分類指研究交通發展與土地利用之間的關系，不包括具體的公路系統，而是籠統的交通系統。

由于在檢索過程中，已按經驗對文章進行粗略的主題歸并，在此過程中逐漸摸索出相對符合文獻總體的分類方式。將其按照該分類標準歸類后得到各類的應用數量（表1）。此處總計量與前文總檢索量不同，因存在一篇交叉學科文章在不同學科被計算多次的情況。

土地變更調查數據在各學科的具體應用分布情況見表1。1999年至今，應用土地變更調查數據研究最多的是土地科學，近60%的文獻與之有關，其次是環境與生態學，社會經濟發展和三農問題方面的研究相對較少，而涉及交通方面的應用更少。這說明應用土地變更調查數據的研究主要來自土地科學；由于土地與環境和生態、社會經濟發展、三農問題的緊密關系，相關研究也相對豐富；土地變更調查數據在交通方面研究應用相對較少，可能由于這方面研究剛起步。

圖1 1999—2012年研究應用土地變更調查數據的文章篇數Fig.1 Numbers of research related with the application of land use change data from 1999 to 2012

進一步細分，土地科學方面，土地利用類文章最多，占半數以上，表明土地變更調查數據在反映土地利用變化的職能得到了充分發揮；其次是耕地保護類和建設用地利用類，說明土地無論是作為經濟發展的載體（建設用地）還是糧食保障（耕地）的基礎，其利用與變化都廣受重視，也表明土地變更調查數據不僅能反映土地綜合利用的變化，還能反映具體地類的變化；在土地利用規劃、土地整理與復墾及特殊地類3方面的利用相對其他類別較少，可能由于該數據的細化分類有待完善。

就環境與生態學方面，生態學的應用較多，達49%，這說明土地本身具有的生態功能得到廣泛關注，且土地變更調查數據能直觀反映土地生態功能的損益，故此類研究豐富；其次是碳排放和足跡計算類，比例約占1/4，一方面由于碳排放和生態足跡研究在國內起步較晚，相對于土地的生態學研究較少，另一方面由于碳排放和生態足跡的計算多直接折算成土地面積，通過土地變更調查數據能較好反映這方面的動態；而LUCC和景觀學方面的應用均占10%左右，說明土地變更調查數據不僅能反映土地利用變化，還能反映土地覆被和景觀變化；數量最少的應用研究是環境問題和污染方面，僅占該大類總量的4%，主要由于與土地相關的污染類別較少，且土地污染相關的變更數據統計開始較晚，數據總量少。

就社會經濟發展方面的應用看，在經濟發展和可持續發展研究的應用比例較高，分別達48%和40%，這表明土地作為稀缺資源，其變化與經濟發展和可持續發展息息相關。而土地變更調查數據在社會科學研究的應用相對較少，多通過土地利用變化信息進行人口統計相關的研究。

就三農問題的應用看，在農業農用地和農村建設用地研究應用比例相當，基本各占一半。在農業和農用地的研究應用主要通過農用地的變化分析、評價或預測農業產出；而在農村建設用地的應用多集中于農村居民點的集約利用和農地整理研究。

就土地變更調查數據應用最少的交通類別中，公路建設和道路網絡這兩類應用數量基本相當，公路建設稍多。

4 土地變更調查數據應用深度分析

上述分析了解到研究應用土地變更調查數據的學科分布狀況，但各學科應用的發展仍不清楚。對各年各學科應用該數據研究的文章數量進行分類統計（圖2），圖2（a）—（e）分別是各學科類別應用研究的變化。

自1996年第一次土地變更調查后，1999年首次出現了應用土地變更調查數據的文章[2]。 這是中國國土資源部在發布第一次土地變更調查數據后首次公開以文章形式解讀該數據。符合上文提出的第一個假設。圖2（a）圖中，土地利用變化（11）類研究應用的數量在時間上呈指數增長趨勢（其中縱坐標200—470部分被省略），說明該數據在土地利用方面應用的擴展極迅速。在土地利用變化類中，其多用于土地利用結構分析、評價、預測、變化驅動力研究等，可見其所反映的土地在時空尺度的變化信息是其最基本最主要的功能，也是被廣泛應用、深入挖掘的功能。2001和2002年分別出現了土地利用規劃類（14）和耕地保護類（13）的應用，2004年出現首篇建設用地利用（12）類應用研究，2006年出現土地整理與復墾（15）和特殊地類變化（16）類應用研究。其中耕地保護類和建設用地利用類文章數隨時間推移增長顯著，表明耕地和建設用地變化信息對科研工作的巨大意義，也說明在該數據中耕地和建設用地變更的信息量較充分，便于應用和深入挖掘。而在土地利用規劃（14）類中的應用較早，但是應用數量的發展相對緩慢，一方面由于土地利用規劃的期限相對土地變更數據短短的十幾年歷史來說相對較長，可供參考的信息較少；另一方面，由于地方規劃信息是內部資料，數據獲取單位多為行政人員，故應用研究案例少見。出現最晚的土地整理復墾（15）和特殊地類（16）應用中，特殊地類的應用數量隨年份增長較顯著，可見生態用地的變化開始得到研究關注。而土地整理復墾類研究數量增長緩慢，表明該數據對表現整理或復墾土地的能力還有待提升。

圖2 各年土地學科、三農問題、環境生態、社會經濟和交通應用土地變更調查數據累計量Fig.2 Annually cumulative numbers of land science, countryside science, environment and ecology, social economic development, and transportation applying land use change data

由（b）可見，該數據在三農問題的應用始于2003年農村建設用地（22）的研究應用，2004年首次出現在農業和農用地（21）的應用。其在兩方面的應用研究發展都比較迅速，表明該數據在三農問題的應用空間大，相關數據信息量充分。在農業和農用地類的應用集中于農業產量的分析、預測，糧食安全評價、農用地的變化分析和整理潛力研究，在農村建設用地類的應用主要是對農村宅基地的需求分析、預測和整理復墾潛力分析。但2004年后未見該類新領域的應用，說明該數據在三農問題方面仍有學科開拓空間。

由（c）可見，該數據在環境與生態學的應用起步于2003年，首先在土地利用/土地覆被變化（31）類得到應用，接著在2004年出現碳排放與足跡計算（32）和環境問題與污染（34）的應用，2005年在生態學（33）得到應用，2007年在景觀學（35）得到應用。起步最早的LUCC研究應用發展較緩慢，主要因為數據的分類相對土地覆被信息要表現的內容來說仍不夠具體。在環境問題與污染類發展較緩慢，主要由于土地環境污染問題一般是土地退化和重金屬污染等研究起步晚，數據獲得困難，一定程度局限了應用空間。在生態學類和碳排放與足跡類應用增加顯著，尤其在土地生態風險、生態服務價值、足跡計算等方面，表明該數據反映土地生態價值能力較強。（35）類應用起步晚，但應用數量隨時間的推移有明顯增加，表明其反映土地景觀變化的功能逐漸得到重視。

由（d）可見，該數據在社會經濟發展研究的應用始于2003年，最初的應用方向是可持續發展研究（41），接著在2006年和2007年分別出現關于經濟發展（42）和社會科學（43）的應用。從內容看，該數據在可持續發展研究類別的應用集中于土地資源的可持續利用研究和預警研究，分析土地利用趨勢和可持續性，在經濟發展類別的應用多論證土地利用與經濟發展的耦合關系或脫鉤關系或土地利用的經濟效益評價，在社會科學類別中，主要通過其進行人口承載力預測和人口規模分析。

由（e）可見，該數據在交通類別的應用起步很晚，2008年首次出現公路建設（51）類應用，2009年出現交通網絡（52）類應用。該數據在交通類應用起步晚，發展比較緩慢，圖（e）中的縱軸最高的數量只有7，相較于圖（a）—圖（d）縱軸在100左右的數量，交通類別的應用非常鮮見。

將圖2（a）—（e）放在同一坐標系可得圖3（封三），不同圖例表明該數據在不同學科的新領域應用拓展期。可見該數據在土地科學類最早得到應用，在三農問題、環境與生態學、社會經濟發展的應用均始于2003年，在交通類的應用始于2008年。就其在各學科應用研究的拓展看，土地科學、社會經濟發展和環境與生態學方面研究應用的數據挖掘能力較強，細分學科應用豐富；三農問題和交通學科細分應用類別較少。2003—2007年是該數據開拓研究應用范圍的高峰期，這一時期出現了大量利用其進行交叉學科研究的案例；2006—2008年是土地科學應用該數據的飛速增長期，2008年至今是跨學科應用該數據的增長期；其中幾個學科應用增長較緩慢的原因主要來自于信息可得性不佳或數據量限制。由此可見，假設（1）、（2）成立。假設（3）中的交叉學科應用始于2003年，2003—2006年是新增交叉學科應用的高峰期，2009年后不再出現新增交叉學科應用。圖3證實了假設（4）中土地變更調查數據應用拓展進入瓶頸期，且圖中大多線段的斜率絕對值有明顯下降，這與2010年起新研究應用領域拓展的停滯、已開發研究應用領域數據量限制、數據難獲取等因素有關。

5 土地利用變更調查數據的應用前景

根據前文分析不僅了解該數據的應用范圍，也在一定程度上發現現有數據的優勢和不足。正如王麗娟[3]提到，“我國已進入工業化中期階段，土地利用狀況變化快，土地管理日益精細化，土地變更的內容多、要求多”，土地變更數據在以下幾方面還有提升空間。

首先，該數據在土地行業應用較成熟，下一步可轉向數據精細化管理和信息深挖掘。隨著城市化飛速發展，土地利用變化速度加快，年度土地變更調查已不能滿足精細化管理研究的需要，可以通過提升變更記錄頻率轉向半年度和季度變更記錄，土地利用變化快的地類和地區甚至可以做到月度變更記錄。

其次，現有數據分類已不能滿足日益發展的應用科研需要。土地變更原因、變更范圍等屬性和空間信息有待補充。正如前文提到，該數據在土地整理和復墾的應用發展緩慢，主要由于數據信息限制；在交通網絡研究的應用局限也有部分原因是缺少細部空間變化信息。

而且，通過分析發現該數據在土地利用規劃、土地整理與復墾、特殊地類（濕地、森林、水域等）變化、環境問題與污染、景觀學、LUCC、生態足跡、社會經濟發展、交通、金融等方面雖然應用起步晚，但近幾年發展快，尤以景觀學、LUCC和生態足跡研究的應用為甚，可見該數據在此類學科群的廣闊應用前景。雖然目前在特殊地類變化、環境問題與污染、交通和金融方面的應用研究較少，但隨著數據量的積累和數據精度的提高，其在以上學科的應用研究將得到大大擴展。

此外，從該數據的分類來看，目前商服用地、工礦倉儲用地、公共管理與公共服務用地、鐵路用地、港口碼頭用地、管道運輸用地和其他土地的地類數據得到研究應用的實例較少。商服和工礦倉儲用地的變化相對較快，這方面應用將隨著該數據更新頻率的提高而增加；而公共管理、鐵路港口管道和其他土地變更速度緩慢，顯著統計值變化需要經過時間的累積。

6 結論與討論

從統計文獻應用時間上，1999年是應用土地變更調查數據研究的萌芽期，應用研究僅限于數據內容解讀；2001—2005年是應用探索期，開始在土地科學、生態環境、三農問題、社會經濟等方面出現交叉學科應用；2006—2009年是快速成長期，各類應用數量增長顯著；2010年至今是該數據研究應用的瓶頸期，應用總量和各類別應用出現緩慢減少的趨勢。從應用范圍上，59.52%的應用研究與土地科學有關，環境與生態學的應用占18.22%，社會經濟發展和三農問題的應用分別占12.19%和9.30%，涉及交通研究的應用最少，僅0.77%。

綜上分析，該數據有以下幾點優勢：能較好反映耕地、建設用地、農用地等地類的變更信息，支撐了土地科學、三農問題等學科研究發展；不僅能反映土地的資源性變動信息，還間接反映土地生態、景觀、發展保障等信息，為跨學科發展提供有力數據支持；其分類統計特征，便于反映各類土地的變動信息，為信息深挖掘和跨學科發展提供數據保障。同時存在幾點不足：數據發布機制有待健全；數據應用管理機制有待健全；2010年起未出現新學科應用，這與第二次全國土地調查結果尚未公布有關，土地調查和變更調查數據應用受到限制。

（References）：

［1］ 劉育成.土地調查統計手冊［M］ . 北京：中國農業出版社，1996：3 - 4.

［2］ 魏淑英.改革土地統計制度——從1996年變更調查統計數據分析得到的啟示［J］ .中國土地，1990，（3）： 21 - 23.

［3］ 王麗娟，王勇，丁園婷.土地變更調查成果在耕地保護中的應用研究［J］ .安徽農業科學，2012，40（5）：3048 - 3049.

（本文責編：郎海鷗）

The Application of the Land Use Change Data: Status Quo and Prospects

GUO Shui-qiong1, HUANG Xian-jin1, BAI Xiao-fei2, ZHANG Jia2, ZHONG Tai-yang1
（1. Department of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Jiangsu 210093, China; 2. China Land Surveying and Planning Institute, Beijing 100035, China）

The purpose of this paper is to summarize the states quo of land use change survey data application from the aspects of temporal distribution and subjects’ distribution of current studies, and further to give an outlook of its promotion direction and application foreground. The methodology is using conditional retrieve and bibliometric method to analyze the temporal and discipline distribution of relevant literatures, and draw a presentation of the application status and pros and cons of the land use change data （LUCD） according to the classification results. The application status of LUCD temporally experienced its infancy stage, exploration stage, growth stage, and bottleneck stage. The application cases majorly focused on land sciences, and also rural issues, environment and ecology, socio-economic development and the transport sector. The paper concludes that efforts should be made to improve the frequency data updating, refine the land classification, record the reasons on land use change and the spatial information, enhance the transparency and availability of land pollution data for a boarder and deeper application the LUCD.

land use; bottleneck period; literature review; data upgrade; application and extension

K909，F301.2

A

1001-8158（2013）12-0018-07

2012-12-26

2013-08-09

土地變更調查數據應用分析研究（0904151021）；國家自然科學基金（41271190，40801063，40971104）。

郭誰瓊（1990-）,女,江蘇東臺人,碩士研究生。主要研究方向為土地利用與政策。E-mail: gsq0223@126.com