武漢市土地利用結構變化及其驅動因素分析

胡 源, 王秀蘭

(華中農業大學 土地管理學院, 武漢 430070)

武漢市土地利用結構變化及其驅動因素分析

胡 源, 王秀蘭

(華中農業大學 土地管理學院, 武漢 430070)

分析土地利用結構變化及其驅動因素，可為土地利用結構優化配置提供參考依據。基于武漢市1996—2011年土地利用變更數據，采用多樣化指數、優勢度指數和均勻度指數分析武漢市近17 a來土地利用結構變化，定性探討武漢市土地利用結構變化驅動因素，并進一步采用多元線性回歸模型對其進行定量分析。結果表明：(1) 武漢市耕地面積在快速減少，居民點及工礦用地和交通用地面積在快速上升；(2) 武漢市土地利用結構的均勻度在上升，優勢度在下降，土地利用類型的分配趨于多樣化和平均化；(3) 自然因素、人口因素、經濟因素、產業結構因素、政策因素等共同驅動武漢市土地利用結構的變化，城鎮化水平、國內生產總值、全社會固定資產投資總額和農村居民年人均純收入是其最主要的驅動因子。研究表明，武漢市的土地利用規劃制度日趨成熟與穩定，對工業用地的利用是集約型的，加強了對未利用地的開發利用。

土地利用結構； 驅動因素； 多樣化； 集中性； 武漢市

土地利用結構是指國民經濟各部門(如農、林、牧、副、漁)及其內部用地的面積與比例關系，它主要反映一個地區土地利用的合理性程度及其生產結構特點。隨著生產力的不斷發展，有限的土地資源和無限的生產生活需求矛盾加劇，使得人地關系愈發緊張。因此，研究土地利用結構特征及其時間變化是研究一個地區自然條件、資源和社會經濟發展區域結構及其優化配置的重要途徑之一，對區域產業布局、土地合理利用具有指導意義[1]。國內許多學者對土地利用結構進行了研究，如黃鈴凌等以甘南牧區2001—2009年的土地利用變更數據為基礎，定量分析了全區土地利用結構的時空變化規律[2]；宋吉濤等采用DEA模型分析了城市土地利用結構效率的特點及與城市規模之間的關系[3]；魏麗娜等基于Shannon信息熵理論，分析研究了甘肅省土地利用結構信息熵的動態變化，并對影響信息熵值大小的土地利用類型做了初步探討[4]；方琳娜等基于2006年北京市土地利用調查數據，利用多種數學模型分析大興區土地利用結構特點，探討其存在問題及土地合理利用建議[5]；高凱等借助GIS平臺研究了長江流域土地利用數量結構特點及其空間自相關特征[6]；譚潔等以長沙市1996—2007年土地利用數據作為研究基礎，借助信息論的信息熵、均衡度和優勢度原理，分析了長沙市土地利用結構的動態演變特征[7]；楊賽明以1978年航片和2007年衛片為數據源，在RS和GIS技術支持下，研究了近30 a南屯煤礦區土地利用結構變化[8]；劉志有等從土地利用結構、土地利用結構變化程度、土地利用效益三方面探討了新疆伊犁河谷地區的土地利用結構變遷，并對引起土地利用結構變遷的因素進行了分析[9]；張海兵等采用典型多元相關分析與二元相關分析法相結合的方法，分析了1991—2001年中國土地利用結構與社會經濟結構之間相關關系[10]；董杰等揭示了山東省近17 a來土地利用結構信息熵和均衡度的時空變化，并進一步探討了土地利用結構信息熵和均衡度動態變化的驅動機制[11]；雷征等通過對比分析各城市及武漢城市圈整體的信息熵、均衡度，揭示了武漢城市圈土地利用結構演變的規律和驅動因素[12]；孫哲等利用Logistic-CA-Markov耦合模型分析了無錫市2000—2010年的土地利用結構變化，探討了其驅動因子，并區分目前趨勢發展、生態環境保護和綜合發展3種情景，對研究區2020年土地利用結構進行了模擬和預測[13]。綜述所述，目前大多數學者多采用信息熵等方法來研究土地利用結果的動態變化，也已有學者對土地利用結構變化的驅動因素進行了探討。因此，本文采用多樣化指數、優勢度指數和均勻度指數分析武漢市1996—2011年的土地利用結構變化，并進一步采用多元線性回歸模型探討土地利用結構變化的驅動因素，為土地利用結構優化配置提供參考依據。

1 武漢市土地資源概況

武漢市是湖北省省會，地處江漢平原東部，是武漢城市圈的中心。武漢市行政轄區總面積為856 914.59 hm2，轄江岸、江漢、硚口、漢陽、武昌、青山、洪山、東西湖、漢南、蔡甸、江夏、黃陂、新洲13個區。市域地勢北高南低，中部低平，以丘陵和平原相間的波狀起伏地貌為主。紅壤和黃棕壤分布較廣，土地利用類型多樣，土地適宜性廣泛。

截至2011年，武漢市耕地面積312 964.34 hm2，占總面積的36.52%；園地8 099.18 hm2，占0.95%；林地97 137.85 hm2，占11.34%；牧草地3 675.12 hm2，占0.43%；其他農用地135 312.99 hm2，占15.79%；居民點及工礦用地140 828.27 hm2，占16.43%；交通用地15 833.23 hm2，占1.85%；水利設施用地14 970.13 hm2，占1.75%；未利用地128 093.48 hm2，占14.95%。從土地利用結構可以看出，該市耕地的比重最大，反映耕地在武漢土地利用結構中的重要地位。

2 武漢市土地利用結構變化分析

2.1 土地利用現狀分析

武漢市1996—2011年各土地利用類型面積見表1。由表1可知，從1996—2011年，武漢市的耕地面積在快速減少，年均減少6 005.79 hm2；居民點及工礦用地和交通用地的面積在快速增加，居民點及工礦用地面積年均增加3 310.25 hm2，交通用地面積年均增加618.24 hm2，凸顯了武漢市嚴重的人地矛盾。但是，從1996—2011年，武漢市的林地面積在逐年增加，年均增加1 938.57 hm2，說明武漢市對植樹造林非常重視。

2.2 土地利用類型多樣化分析

多樣化分析主要用于揭示研究區域各土地利用類型均勻程度和土地利用結構的復雜程度。筆者采用吉布斯·馬丁多樣化指數(GM)來分析武漢市1996—2011年各土地利用結構的多樣化。

吉布斯·馬丁多樣化指數(GM)的計算公式為：

(1)

式中：GMi——第i年武漢市土地利用結構的多樣化指數；fij——第i年武漢市第j種土地利用類型的面積。通常0

根據上述計算方法，得到武漢市1996—2008年土地利用結構的多樣化分析結果見表2。由表2可知，表征武漢市土地利用類型多樣性的多樣化指數GM呈平穩緩慢上升趨勢且趨于穩定，GM年均上升0.004 3，說明武漢市的土地利用結構隨著年份的推移，逐漸趨于穩定。

表1 武漢市1996-2011年各土地利用類型面積 萬hm2

注：原始數據來源于武漢市1996—2011年土地利用變更調查數據。

2.3 土地利用類型集中性分析

集中性分析主要用于揭示研究區域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域的控制程度。土地數量結構集中性與多樣化是相對而存在的，它用于描述內部用地結構的集中程度。筆者采用優勢度指數、均勻度指數來分析武漢市1996—2011年土地利用結構的集中性。

(1) 優勢度指數(Di)：是用于測度某區域土地利用類型結構中占支配地位的那一個或幾個土地利用類型的控制程度。優勢度指數越大，說明該區域土地利用類型結構分布越不均勻，優勢土地利用類型的地位越突出。計算公式為：

(2)

式中：Di——第i年武漢市土地利用結構的優勢度指數；Pij——第i年武漢市第j種土地利用類型的面積比例；m——示給定區域最大的土地利用類型數，此處為9；Hmax——當武漢市內各土地利用類型面積比例相等時的多樣性指數。

(2) 均勻度指數(Ei)：是用于表征各土地利用類型的分配均勻度。均勻度越大，說明該區域土地利用類型分布越均勻。計算公式為：

Ei=Hi′/Hmax×100%

(3)

(4)

式中：Ei——第i年武漢市土地利用結構的均勻度指數；Hi′——修正后的Simpson指數；其余參數的意義同上。

一般而言，優勢度指數常常與多樣化指數、均勻度指數的變化規律相反。這是因為土地利用結構越多樣化、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，優勢度指數也就越小[15]。

根據上述計算方法，得到武漢市1996—2011年土地利用結構的集中性的分析結果見表2。由表2可知，表征這9種土地利用類型對武漢市土地利用控制程度的優勢度指數D總體上呈下降趨勢：從1996—2001年，D緩慢下降，年均下降0.004 2；從2001—2006年，D快速下降，年均下降0.016 2；從2006—2008年，D緩慢下降，年均下降0.003；2008—2011年，D先急驟下降再趨于平穩，年均下降0.011 7。而表征武漢市土地利用結構均勻程度的均勻度指數總體上呈上升趨勢：從1996—2001年，E緩慢上升，年均上升0.002 4；從2001—2005年，E快速上升，年均上升0.016 3；從2005—2008年，E緩慢上升，年均上升0.003 3；2008—2011年，E先急驟上升再趨于平穩，年均上升0.009 7。從上分析可知，優勢度指數D的下降趨勢與均勻度指數的上升趨勢近似完全相同。綜上所述，從1996年以來武漢市各土地利用類型的面積分配更趨于均勻化和多樣化，優勢度越發不明顯。

表2 武漢市1996-2011年土地利用類型的多樣化、優勢度和均勻度指數

3 武漢市土地利用結構變化驅動因素分析

3.1驅動因素定性分析

土地利用結構的變化受到很多方面的影響，根據已有的文獻[11-12]，結合該地區的實際情況，自然因素、人口因素、經濟因素、產業結構因素、政策因素等是影響武漢市土地利用結構變化的主要因素。

(1) 自然因素。武漢市地處江漢平原東部，地形屬殘丘性沖積平原，有著肥沃的農田。低山、丘陵、壟崗平原與平坦平原的面積分別占武漢市總面積的5.8%，12.3%，42.6%和 39.3%[16]，武漢市江河縱橫，湖港交織，長江、漢水交匯于市境中央，且接納南北支流入匯，眾多大小湖泊鑲嵌在大江兩側，形成湖沼水網。武漢市共有水域面積2 205.06 km2，占該市總面積的25.79%。豐富的自然資源屬性使武漢市的土地利用結構呈現出復雜的特點。

(2) 人口因素。人口因素是社會經濟因素中最主要的因素，也是土地利用結構變化最具活力的因素。人口增長會導致各類用地需求量增加，人口結構的變化也會導致用地類型的變化。人口密度與土地利用結構變化速率呈正相關關系，人口增長速度越快，土地利用結構變化也越快。1996—2011年，武漢市人口由715.94萬增加到827.24萬；人口密度由1996年的842.88人/km2，增長到2011年的973.91人/km2；居民點及工礦用地由1996年的9.12萬 hm2增加為2011年的14.08萬 hm2。武漢市是中國中部地區的重要經濟文化中心，擁有較大的流動人口，促使土地利用結構的加快轉變。

(3) 經濟因素。土地是一切經濟活動的空間載體，經濟活動的運行(如城鎮化、工業化)必然導致土地利用結構的變化，經濟因素也就必然成為土地利用結構變化的最主要的驅動因素。改革開放以來，尤其是武漢城市圈“兩型社會”建設的區域政策實施以來，武漢市城市圈特別是武漢市的工業企業突飛猛進，第三產業得到了快速發展[12]。2011年武漢市的國內生產總值達6 762.20億元，人均GDP由1996年的10 970元增長到2011年的68 375元；第一產業比重由1996年的9.16%下降到2011年的2.94%；工業總產值由1996年的1 012.66億元增長到2011年的8 461.21億元；城鎮化水平由1996年的58.04%增長到66.06%。而與此形成鮮明對比的是武漢市耕地數量的減少，由1996年的40.31萬hm2減少到2011年的31.30萬hm2，期間耕地數量呈逐年減少趨勢。由于城鎮化、工業化的快速進程，工業用地、居住用地等各種建設用地都要大量的土地，耕地等農用地難免被征收，進而導致武漢市土地利用結構發生很大變化。

(4) 產業結構因素。產業是構成地區經濟發展的基礎，產業可以劃分為第一產業、第二產業和第三產業，三大產業還可以繼續細分，如第二產業又可劃分為工業和建筑業，工業還可以劃分為輕工業和重工業，等等。產業結構的調整與發展直接影響到土地利用結構的變化，因此，產業結構因素也是土地利用結構的變化的主要驅動因素。大三產業產值的比重(單位：%)由1996年的9.2∶46.8∶44.0轉變為2011年的3.0∶48.1∶48.9，第一產業產值比重下降較大，第三產業產值比重上升較大，反映了武漢市服務業發展很迅速；輕工業產值與重工業產值的比重由1996年的40.39∶59.61轉變為2011年的31.14∶68.86，重工業產值比重在增加；農林牧業業產值的比重由1998年的63.7∶0.5∶21.9∶13.9轉變為2011年的53.0∶1.1∶27.3∶18.0，農業產值比重在下降，牧業和漁業的產值比重在增加，反映了武漢市人民對牛奶、魚肉等蛋白質的需求越來越強。武漢市的經濟目標是：建立起一個第三產業發達，第二產業主導優勢明顯，第一產業結構合理，與我國中部地區優勢互補、分工協作的現代化經濟體系，逐步形成以主城為核心，由內向外的第三、二、一產業圈層式布局結構。

(5) 政策因素。政策作為土地利用結構變化的驅動，是政府部門根據土地利用反映出的信號強弱作出反映的結果，并且政策制定者往往對強信號產生強烈的反映，因此，國家根據區域土地利用結構的變化對糧食安全、經濟發展和生態安全信號強弱制定相應的政策[16]。2004年3月，溫家寶總理提出中部崛起，發展重點為依托現有基礎，提升產業層次，推進工業化和城鎮化，武漢市中部最重要的城市之一，中部地區的經濟發展水平和城鎮化水平低于“長三角”，工業化和城鎮化的進程在很大程度上需要依靠政策的支持和推動。2007年12月，國務院正式批準武漢城市圈為“全國資源節約型和環境友好型社會建設綜合配套改革試驗區”，武漢市的社會經濟發展與整個武漢城市圈相統籌，勢必影響其土地利用結構的變化，等等。因此，政策因素也是土地利用結構變化的主要驅動因素。

3.2 驅動因素評價指標選取及其計量分析

3.2.1 驅動因素評價指標選取 由上述因素分析可知，武漢市土地利用結構變化受多種驅動因素的影響。為了進一步明確武漢市土地利用結構變化的驅動原因，本文從上述驅動因素中選取評價指標對其進行定量分析。由于研究時段較短，自然因素的影響甚微，因此，不考慮自然因素對土地利用結構變化的影響；另外，政策因素對土地利用結構的影響難以測量，因此，本文不考慮政策因素對土地利用結構的影響。本文從人口因素、經濟因素、產業結構因素中選取人口密度(人/ km2)X1，城鎮化水平(%)X2，國內生產總值(億元)X3，工業總產值(億元)X4，全社會固定資產投資總額(億元)X5，地方財政收入(億元)X6，城市居民可支配收入(元)X7，農村居民年人均純收入(元)X8等8個解釋變量，被解釋變量為耕地Y1，園地Y2，林地Y3，居民點及工礦用地Y4，交通用地Y5，水利設施用地Y6，未利用地Y7等土地利用類型面積(單位均為hm2)。

3.2.2 計量分析 為了明確各地類具體受哪些因素的影響，本文采用多元線性回歸中的逐步回歸(設定：進入時F的概率為0.1，刪除時F的概率為0.15)逐一對它們進行定量分析，建立了7個模型，模型估計結果見表3。

表3 多元線性回歸模型估計結果

注：*，**，***分別表示統計檢驗達到10%，5%，1%的顯著性水平。

由表3可知，上述6個模型的調整R2均大于0.9，即擬合優度都很高，說明回歸方程的擬合效果都很好。此外，模型的Pr>F值均小于0.000 1，說明因變量與自變量之間具有顯著的線性關系。但是，模型Y2沒有得到合適的自變量來解釋園地數量的變化。表3中的數字對應的是8個自變量的系數，系數均通過顯著性檢驗，具體分析結果如下：

(1) 在模型Y1中，城鎮化水平與耕地面積呈顯著的負相關關系，說明武漢市在快速的城鎮化進程中，征用了大量的耕地，導致耕地數量大量減少。

(2) 在模型Y3中，城鎮化水平與林地面積呈顯著的正相關關系，說明武漢市在快速的城鎮化進程中，雖然大量耕地被占用，但是政府對植樹造林非常重視，保證了林地面積逐年增加的趨勢。

(3) 在模型Y4中，工業總產值與居民點及工礦用地面積呈顯著的負相關關系，說明武漢市在工業化的進程中，政府對工業用地的利用是集約的，工業總產值的增長速度大于工礦用地面積的增長速度。城市居民可支配收入與與居民點及工礦用地面積呈顯著的正相關關系，說明武漢市居民在可支配收入提高的同時，對居民點的需求也在增加。

(4) 在模型Y4中，人口密度與交通用地面積呈顯著的正相關關系，說明隨著人口的增加，武漢市對交通用地的需求在逐年增加。城鎮化水平與交通用地面積呈顯著的正相關關系，說明隨著城鎮化水平的提高，對交通用地的需求也在增加。

(5) 在模型Y5中，國內生產總值與水利設施用地面積呈顯著的正相關關系，說明隨著經濟增長，武漢市對水利設施建設投入在逐年增加。全社會固定資產投資總額與水利設施用地面積呈顯著的負相關關系，說明全社會固定資產投資總額的增長速度大于對水利設施用地投入的增長速度。農村居民年人均純收入與水利設施用地面積呈顯著的負相關關系，說明雖然農民的收入在逐年增加，但是對水利設施用地的投入卻沒有增加或增加幅度不大。

(6) 在模型Y6中，國內生產總值與未利用地面積呈顯著的正相關關系，全社會固定資產投資總額與未利用地面積呈顯著的負相關關系，農村居民年人均純收入與未利用地面積呈顯著的負相關關系，整體說明，隨著經濟的發展，農民收入的提高，政府和農民均加強了對未利用地的開發利用。

4 結論與建議

(1) 城鎮化、工業化的快速進程導致武漢市的耕地面積在快速減少，居民點及工礦用地和交通用地面積在快速上升。

(2) 土地利用類型多樣化和集中性分析結果表明，在1996—2011年中，武漢市土地利用結構的均勻度在上升，優勢度在下降，土地利用類型的分配趨于多樣化和平均化，這在一定程度上說明武漢市的土地利用規劃制度日趨成熟與穩定。

(3) 自然因素、人口因素、經濟因素、產業結構因素、政策因素共同驅動武漢市土地利用結構的變化。定量分析結果表明，武漢市土地利用結構結構變化受多種驅動因子的影響，城鎮化水平、國內生產總值、全社會固定資產投資總額和農村居民年人均純收入是其最主要的驅動因子。雖然武漢市快速的城鎮化和工業化進程導致了大量耕地被占用，但是對工業用地的利用是集約型的；武漢市經濟的發展和人民收入的提高，加強了對未利用地的開發利用。

為了進一步優化武漢市土地利用結構，促進武漢市的可持續發展，要繼續保持對植樹造林等綠化活動的重視；武漢市人民生活水平不斷提高，要確保牧草地和漁業用地的數量和質量不下降，以保障人們對牛奶、魚肉等蛋白質的需求；武漢市是個人口密集的大城市，人們對住房的需求愈發強烈，要保障低收入人群的住房供給；武漢市快速的城鎮化和工業化進程導致耕地面積快速減少，要更加節約集約利用土地，挖掘內部潛力。

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AnalysisontheChangeofLandUseStructureandItsDrivingFactorsinWuhanCity

HU Yuan, WANG Xiu-lan

(CollegeofLandManagement,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

Analyzing the change of land use structure and its driving factors can provide the reference for the optimal allocation of land use structure. According to statistical and detailed survey data of land use from 1996 to 2011, this paper used diversification index, dominance index and evenness index to analyze the change of land use structure in Wuhan City, and used multiple linear regression models to explore its driving factors. The results showed that:(1) the cultivated land decreased fast, while the residential land, industrial land, mining land and traffic land increased in Wuhan City;(2) the evenness of land use structure increased, the degree of dominance decreased,the distribution of land use types tended to be more diversified and average in Wuhan City; (3) natural factors, demographic factors, economic factors, industrial structure and policy factors were the collaborative driving factors which affected the change of land use structure in Wuhan City. The urbanization level, GDP, total investment in fixed assets and the per capita net income of rural residents are the main driving factors. The research results also showed that the land use planning system of Wuhan city had become increasingly mature and stable. Industrial land use tended to be more intensive, and the development and utilization of unused land had been strengthened.

land use structure; driving factor; diversification; concentration; Wuhan City

2014-01-23

：2014-03-05

胡源(1989—),女,湖北黃岡人,碩士研究生,研究方向:土地利用管理與土地經濟管理。E-mail:943913480@qq.com

王秀蘭(1965—),女,湖北武漢人,碩士,教授,研究方向:土地經濟管理。E-mail:xlw65@sohu.com

F301.2

：A

：1005-3409(2014)06-0234-06