基于GIS的區域土地利用均衡度時空差異研究*
——以海南省為例

唐 怡，韋仕川，王 湃

(海南大學政治與公共管理學院，海口 570228)

基于GIS的區域土地利用均衡度時空差異研究*
——以海南省為例

唐 怡，韋仕川※，王 湃

(海南大學政治與公共管理學院，海口 570228)

[目的]區域土地利用均衡度的時空差異是優化土地利用結構的重要依據，通過對海南省土地利用均衡度的時空差異研究，為優化海南省土地空間配置提供借鑒。[方法]GIS空間分析法、極值標準化法、算術平均法和幾何平均法。[結果]海南省土地利用均衡度指數由2010年的0.661逐漸增加到2014年的0.761,土地利用均衡度呈現從一般均衡到優質均衡的發展態勢； 從各市縣的對比分析來看， 6個市縣處于均衡狀態， 12個市縣處于失衡狀態。[結論]土地利用處于均衡狀態的市縣位于海南省東南部和西北部，開發不足失衡的市縣位于海南省中部和西部，過度開發失衡的市縣位于海南省北部； 土地利用開發強度呈現中部-西部-東部遞增的態勢，土地利用供給能力呈現中部-西部-東部遞減的態勢，各市縣土地空間配置應結合其開發強度與供給能力以及各地經濟狀況及城市職能定位，進行合理開發利用，加強中西部的發展，促進全省土地利用均衡發展。

GIS 土地利用 均衡度 時空特征 海南省

0 引言

區域土地利用空間均衡是土地利用的規模和強度與其區域開發供給能力的相協調[1]，其均衡度的時空差異是優化土地利用結構的重要依據。國內外有關土地利用均衡度的研究方興未艾，主要圍繞土地利用空間均衡度的差異[2]，建設用地空間均衡度[3， 4]，土地集約利用空間差異[5-7]，對土地利用效率[8-11]，土地利用結構變化[12， 13]等方面進行。已有研究主要通過構建評價模型，從人口、經濟、資源環境等方面分析區域土地利用結構的優化，但僅從時間維度或空間維度進行研究，難以全面測度土地利用均衡度的時空差異。鑒于此，文章以海南省為例，采用2010～2016年有關土地利用的面板數據，嘗試把時間和空間二維數據結合起來，分析對海南省土地利用均衡度時空差異，以探明各市縣土地利用的差異規律，為統籌優化土地利用提供依據。

1 區域概況

海南省地勢中部高四周低，組成環形層狀地貌。熱量自北向南逐漸增加，雨量和徑流量從東向西減少，干燥度和蒸發量則沿著相應的方向增加(東濕西干)，中部為山地，氣候和土壤、植被由山麓向山頂成垂直分布，全省土地利用自然條件有較大差異。各市縣經濟社會發展也極度不均衡，主要以海口和三亞為兩極，沿海平原低丘陵地區東線和西線位居其次，中部山區經濟條件最差。土地利用自然條件和社會經濟條件的差異，造成土地利用供給和土地開發之間的嚴重沖突。因此，該文以海南省為例，根據海南省土地利用供給能力和土地開發強度的關系判斷海南省土地利用均衡度的時空特征，為海南省土地利用的可持續發展提供參考，同時對宏觀層面的國土利用程度評價具有借鑒意義。

2 數據獲取與研究方法

2.1 數據來源

該文研究的所有原始數據來源如下：土地數據來源于海南省土地利用總體規劃(2006～2020年)、海南省各市縣土地利用總體規劃(2006～2020年)，其他社會經濟類的數據來源《海南省統計年鑒》(2010～2016年)。該文在數據處理過程中，為了避免研究結論過度依存統計數據造成的誤差，各評價指標i年的值，用i-1，i、i+1 3年的均值替代，分別計算出2010～2014各年的評價指標值。

2.2 數據標準化

由于各解釋因子的數據具有不同的綱，為增強指標數據的可比性，應先將數據進行無綱量化處理。根據指標數據內涵，該文采用極值處理法進行標準化處理，公式如下：

(1)

(2)

Xi為數據標準化后的解釋因子指標值，Xij為j地區第i項指標因子的初始值，minXj為j地區第i項指標因子的最小值，maxXj為j地區第i項指標因子的最大值。

表1 土地利用供給能力與開發強度各項指標

開發強度(LD)供給能力(LS)經濟密度指數(ED)環境承載指數(EV)人口強度指數(PI)生態安全指數(ES)建設用地比重指數(LI)資源保障指數(RS)

2.3 指標的選擇與計算

根據區域空間均衡理論，區域土地利用均衡度通過土地利用開發強度與土地利用供給能力的相對關系來表示。各地區因其自然、經濟、社會稟賦的差異，其開發強度和供給能力也不盡相同。該文選取經濟密度指數、人口強度指數、建設用地比重指數反映土地的開發強度，選取環境承載指數、生態安全指數、資源保障指數反映土地的供給能力(表1)。這6個指標中，環境承載指數(EV)和資源保障指數(RS)為負向指標，其余均為正向指標。

在開發強度和供給能力各項指標標準化的基礎上，采取算數平均法和幾何平均法相結合的方式分別計算開發強度指數(LD)與供給能力指數(LS)，公式如下：

(3)

(4)

各指標含義及計算方式如下。

2.3.1 經濟密度指數(ED)

經濟密度指數，代表一個地區的經濟水平，能反映一個地區的開發強度[14]。采用地均財政收入、地均GDP、人均GDP、人口密度、城鎮化率、二、三產業所占的比重6個指標，通過標準化處理得到相應指標的指數值，再采取算數平均法和幾何平均法相結合的方式計算各市縣的經濟密度指數[15]。

2.3.2 人口強度指數(PI)

人口強度指數反映建成區單位面積的人口負荷，用常住人口與建設用地面積之比表示。人口強度是反映土地開發強度最直接的因素。

2.3.3 建設用地比重指數(LI)

建設用地比重指數反映區域土地的開發強度，用建設用地面積與土地總面積的比值表示。

2.3.4 環境承載指數(EV)

環境承載指數代表一個地區的環境承載能力。工業化和城市化對環境的影響主要表示為對水體和對大氣的影響。COD的排放量和SO2的排放是體現人類活動對水體和大氣影響的最直接的因素[16]。COD的排放量和SO2的排放量越大，對水體和大氣的影響也越大，通過標準化處理得到COD排放量的指數值和SO2排放量的指數值，再采取算數平均法和幾何平均法相結合的方式計算各市縣的環境承載指數。

2.3.5 生態安全指數(ES)

生態安全指數代表生態保護價值或自然生境維持的必要性程度[17]。海南省森林覆蓋率高達60%，具有較好的生態功能[18]。考慮到不同地類的生態功能及數據的可得性，選取林地、園地面積反映生態安全指數[19]，通過標準化處理得到林地面積和園地面積的指數值，再采取算數平均法和幾何平均法相結合的方式計算各市縣的生態安全指數。

2.3.6 資源保障指數(RS)

資源保障指數反映土地利用開發建設所需要的基本資源的數量和質量的保障程度，用新增建設用地面積占比表示[20]。資源保障指數與土地的供給能力之間呈負相關：新增建設用地面積越多，可利用的土地就越少。

2.4 均衡度指數的計算

區域土地利用均衡度是一個相對的概念，該文采用土地的開發能力與土地的供給能力的比值來表示土地的均衡度指數BD，其值越接近1，區域土地利用越均衡； 越遠離1，區域土地利用越失衡。當均衡度指數大于1.2時，該區域土地利用處于因開發過度而造成的失衡狀態； 當均衡度指數在0.8～1.2之間時，該區域土地利用處于優質均衡狀態； 當均衡度指數在0.6～0.8之間時，該區域土地利用處于一般均衡狀態； 當均衡度指數小于0.6時，該區域土地利用處于開發不足的失衡狀態。用2010～2014年的數據計算出各縣市2010～2014年土地的開發強度和供給能力的解釋變量，用開發強度與供給能力的比值表示區域土地利用均衡度，如表2。

表2 2010～2014年海南省各市(縣)土地利用均衡度指數

地區20102011201220132014海口市1 681 721 781 781 79三亞市1 001 020 991 031 04五指山市0 430 420 420 460 49文昌市0 280 300 340 340 33瓊海市0 660 670 700 720 71萬寧市1 111 181 221 241 24定安縣0 440 480 500 520 52屯昌縣0 500 530 550 560 55澄邁縣0 800 810 770 730 69臨高縣1 451 421 401 431 52儋州市0 971 111 461 721 97東方市0 490 510 510 530 53樂東縣0 300 310 330 340 34瓊中縣0 080 080 070 080 08保亭縣0 380 380 370 430 46陵水縣0 700 720 730 750 75白沙縣0 160 170 190 190 20昌江縣0 470 480 460 470 47

3 結果與分析

3.1 海南省土地利用均衡度整體分析

海南省2010～2014年土地利用均衡度指數、土地開發強度指數和土地供給能力指數呈現以下的基本特征和變化趨勢。

海南省土地利用均衡度由2010年的0.661逐漸增加到2014年的0.760,土地利用處于一般均衡狀態(圖1)。隨著社會、經濟的發展，海南省土地利用的開發強度不斷增大，建設用地需求不斷增長，由此造成了土地供給能力的緊張。土地利用均衡度的發展態勢良好，有望在未來幾年由一般均衡狀態轉變為優質均衡狀態。

海南省土地利用的開發強度整體呈現小幅上漲趨勢，由2010年的0.306增加到2014年的0.339(圖2)。對開發強度的各項指標進行分析可以發現： 2010～2014年間經濟密度指數大幅增長，由2010年的0.29增長到2014年0.33，表現了海南省自建設國際旅游島以來經濟的高速發展以及城鎮化速度的提高； 建設用地比重指數小幅增長，由此可見海南省建設用地需求不斷增大； 人口強度指數呈下降趨勢，由2010年的0.41減少到2014年0.39，建設用地的增長速度遠大于人口的增長造成了人口強度指數的下降，由此反映了海南省城鎮化過程中存在的土地城鎮化與人口城鎮化不協調的問題。

圖1 海南省土地利用均衡度指數的變化趨勢

海南省土地利用的供給能力幾乎保持不變， 2010～2014年一直處于0.56左右，由此可見海南省土地利用的供給能力有限(圖3)。對供給能力的各項指標進行分析可以發現：環境承載指數呈下降趨勢，由2010年的0.76下降到2014年的0.71，由此可見海南省經濟的發展對環境造成了一定的壓力，環境承載能力不斷下降； 生態安全指數總體呈上升趨勢，由2010年的0.37增長到2014年的0.45，這與海南省推行的“生態省”建設計劃密不可分，海南省林地、園地的面積大量增加； 資源保障指數幾乎保持不變，這符合一定區域內土地資源的面積是固定的且有限的，其供給能力是不變的經濟學規律。

圖2 海南省土地開發強度指數的變化趨勢 圖3 海南省土地供給能力指數的變化趨勢

3.2 海南省各市縣土地利用均衡度時空差異分析

以2010年作為基準年，對海南省各市縣均衡度的時空差異進行分析。2010年開發不足失衡的市縣包括文昌市、定安縣、屯昌縣、瓊中縣、白沙縣、五指山市、保亭縣、昌江縣、東方市、樂東縣； 一般均衡的市縣包括瓊海市、陵水縣； 優質均衡的市縣包括澄邁縣、儋州市、萬寧市、三亞市； 過度開發失衡的市縣包括海口市、臨高縣。在2010～2014年間，儋州市、萬寧市由優質均衡轉變為過度開發； 澄邁縣由優質均衡轉變成一般均衡。均衡度指數變化情況如圖4所示。

圖4 2010～2014年海南省各市(縣)土地利用均衡度變化情況

對各市縣均衡度總體情況進行分析可以發現：開發不足失衡的市縣位于海南省中部和西部，這些市縣土地利用的供給能力居全省前列，但開發強度明顯不足。西部和中部的自然條件不如東部豐富，農業、旅游業也不如東部發達。加之中部地區是森林資源最豐富的區域，交通相對閉塞，人口密度低，旅游業也是以生態旅游為主。以上原因使中部和西部地區的土地開發強度遠小于供給能力，由此造成了因開發強度不足造成的土地利用失衡。一般均衡和優質均衡的市縣除儋州市、澄邁縣外，多位于海南省東部，東部的自然資源豐富，交通便利，土地利用的開發強度與供給能力差別不大，因此這些市縣的土地利用情況呈現均衡狀態。過度開發失衡的市縣包括海口市、臨高縣。海口市2010～2014年開發強度指數的平均值為0.72，遠高于全省0.32的平均值； 供給能力指數的平均值為0.41，遠低于全省0.56的平均值。海口市是海南省的經濟發展的重要增長極，其GDP占整個海南省的三成左右，經濟發展嚴重依賴于土地開發建設，土地開發強度指數遠高于全省的平均水平； 經濟的高速發展對環境和生態造成了強大的壓力，在保障生態用地和耕地保有量的前提下，建設用地后備資源難以滿足發展的需要，整體呈現出供應能力較低。臨高縣受惠于海口市的經濟輻射作用，近年來經濟獲得快速發展，土地開發顯著增強，但供給能力較低，生態安全指數居全省末位，供給能力的嚴重不足造成了臨高縣土地利用的失衡。

儋州市、萬寧市由優質均衡變為開發過度導致的失衡狀態。儋州市位于海南省西部，洋浦工業區的建設、海花島項目的進行使儋州市建設用地面積迅速增大，開發強度增大使儋州市的開發強度遠大于供給能力，造成了土地利用的嚴重失衡； 萬寧市位于海南省東南部，東部環島高鐵致使萬寧市交通便利，旅游業發達，其生態安全指數位于全省前列，在建設用地有限的情況下開發大量建設用地，有限的條件與高速的發展造成了萬寧市的開發過度。

4 結論與討論

4.1 結論

(1)土地資源的合理配置是實現資源與環境可持續性和社會經濟持續發展的重要途徑。區域土地利用均衡不僅表示土地在區域之間的合理配置，也表示土地在區域內開發強度與供給能力的協調性。通過對2010～2014年海南省土地利用開發強度和供給能力之間的關系進行分析，可以判斷和評價海南省土地利用均衡度的時空特征。

(2)海南省土地開發強度指數平均值為0.320,各市縣的開發強度指數差異很大，空間分布上，土地開發強度指數呈現中部-西部-東部遞增的狀態； 海南省土地利用供給能力指數平均值為0.562,空間分布上，與土地利用供給能力指數相反，土地利用供給能力指數呈現出中部-西部-東部遞減的狀態。海南省各市縣的土地利用供給能力整體較強，在以后的發展中，應結合區域發展政策，加強中西部的發展，使更多市縣的土地利用處于均衡水平。

(3)通過土地開發強度與土地利用供給能力的分析發現：海南省18個市縣中土地利用處于均衡水平的僅有6個，未達到均衡的12個市縣中， 4個市縣屬于過度開發， 8個市縣處于開發不足。由此可見，海南省在土地利用的資源配置方面，不僅應考慮到各地經濟建設的需要，也應考慮各地土地利用開發強度與供給能力之間的關系，政府應從宏觀上調控，加強中西部的發展。

4.2 討論

該文通過對海南省土地利用均衡度時空差異的研究，以期優化海南省土地空間配置。但由于基礎數據獲取的局限性，該文只選取了海南省2009～2015年統計年鑒和土地利用總體規劃(2006～2020年)的數據進行研究，研究結論可能無法全面反映區域土地利用實際情況，加強實地調研和數據監測是論文今后研究的重點工作。在評價指標方面，該文只考慮了開發強度和供給能力等2個方面的相關指標，沒有考慮產業結構調整對土地需求的變化情況，今后產業結構調整對土地需求的動態變化分析，是今后區域土地利用均衡度研究的重要內容。

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SPATIAL-TEMPORAL DIFFERENCES OF REGIONAL BALANCE DEGREE ON LAND USE BASED ON GIS*——A CASE STUDY IN HAINAN PROVINCE

Tang Yi，Wei Shichuan※，Wang Pai

(School of Politic and Public Administration, Hainan University, Haikou 570228, China)

The spatial and temporal difference of the balance degree of regional land use is an important basis to optimize land use structure. Based on GIS dimensional analysis, this paper studied the differences of regional balance degree in 18 cities and counties in Hainan province. It showed that: (1) the index of land use balance degree increased from 0.66 in 2010 to 0.76 in 2014, which showed a dynamic increasing trend. (2) Six cities and counties located in southeast and northwest of Hainan province were in balanced degree, while the other twelve cities and counties were in unbalanced state. (3) land use exploitative intensity presented an ascending progress from the central to the west and the east, while land use supply capability shoed a declining tendency from the central to the west and the east. Finally, it suggested that the spatial allocation and rational exploitation should be done according to exploitative intensity and supply capability, and combined with local economic conditions and urban functions. The development of central and western regions should be paid more attention so that more cities and counties can reach a balance degree on land use.

GIS; land use; balance degree; spatial and temporal features; Hainan province

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170506

2016-10-12

唐怡(1996—)，女，湖北荊門人，本科。研究方向：土地管理與評價工作。※通訊作者：韋仕川(1979—)，男，貴州黔南人，博士、教授。研究方向：土地利用規劃、土地利用評價等方面研究。Email：fswsc@163.com

*資助項目：海南省自然科學基金項目“海南省旅游型城鎮化研究”(20154187)； 海南省哲學社會科學規劃課題“海南省資源節約與環境保護研究”(HNSK(GJ)13-82)； 海南省哲學社會科學規劃課題“環境友好鄉村與農村土地利用方式關系研究”(HNSK(ZC)15-8)

F301

A

1005-9121[2017]05041-07