基于RS與GIS的土地利用變化與新型城鎮化關系研究

[摘要]以廣西百色市為例，在 GIS及 RS技術的支持下，結合回歸分析方法，對研究年份的TM遙感圖像進行解譯分類，利用土地利用動態度、轉移矩陣分析模型、回歸擬合分析等方法對土地利用變化進行研究，揭示百色市新型城鎮化水平與土地利用變化的關系。結果表明，①2005 ～2015百色市各類土地的面積都在變動;②百色市新型城鎮化水平的高低與各類土地面積存在著相關性;③土地城鎮化、產業城鎮化及人口城鎮化之間存在著正反饋關系。

[關鍵詞]土地利用變化;新型城鎮化;廣西百色市

[中圖分類號]F301.24[文獻標識碼]A

土地作為人類活動的空間載體，在城鎮化進程中發揮著極其重要的作用。隨著我國經濟的逐步發展， “空間城鎮化”并沒有帶來“人口城市化”。與此同時，土地撂荒、人地矛盾、優質耕地漏失等問題愈演愈烈，我國城鎮化的模式亟待轉型。隨著相關規定的出臺以及有關新型城鎮化試點方案的推行，使得新型城鎮化的概念深入人心。在新型城鎮化發展的進程中國內外的學者開始關注新型城鎮化與土地利用變化之間的關系，主要集中在新型城鎮化中土地利用中的結構與布局、效益耦合發展、集約利用程度等方面的研究。也有一些學者利用3S技術結合回歸分析法，對究土地利用變化與城市化及土壤侵蝕程度進行研究。

縱觀國內外，學者們對僅是對一些發達城市的土地利用變化與城鎮化關系進行研究，對邊境地區研究較少;且多數從土地利用效益、土地利用結構的角度對城鎮化進行剖析，很少從土地利用變化這個大的角度研究其與新型城鎮化發展的關系。且這些地區基本上都屬于廣西區外的研究對廣西區內城市的研究極少，特別是對對革命老區的研究更少。因此，以廣西百色市為例研究2005～2015百色市土地利用的變化趨勢，并探討新型城鎮化前后的其變化情況，揭示新型城鎮化與土地利用變化的內在聯系。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區域概況

百色市位于廣西西部及右江流域，旅游與礦產資源豐富，隨著新型城鎮化的推進，百色市的經濟與城鎮化發展顯著加快。2015年百色市總人口達413.19萬人，其中常住人口占總數的87%，整個市的GDP達980.4億元。由于山區面積占比較大，城鎮化的快速發展對土地資源稀缺的百色市提出來更高的要求，迫切需要在新型城鎮化過程中提高土地的利用率，形成更為合理的發展模式。

1.2 數據來源

通過互聯網資源共享下載2005、2010、2015百色市遙感影像，在ArcGis10.2及ERDAS IMAGINE_9.2軟件的技術支持下，對百色市遙感衛星影像進行處理，從解譯的影像中提取變化信息，最后利用土地利用轉移矩陣算出各地類變化。新型城鎮化評價指標體系的數據主要來源于《百色市統計年鑒》以及政府門戶網站。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度（LUDI）。用此方法研究百色市三個時間段的土地在數量、質量、類型等方面的面積變化，。其表達式為：

（1）

式中Ua、Ub分別為研究初、末期某土地利用類型的數量;T為研究時段。

1.3.2 轉移矩陣分析模型。轉移矩陣分析模型可全面反映區域土地利用類型變化的方向、特征與結構。其數學形式為

（2）

公式中：n為地類的數量，S為圖斑面積，i j分別為研究初、期末地類，該模型可以清楚的反映研究時間段內初、末期的土地利用類型結構以及各時段內各地類的組成、來源。

（3）回歸擬合模型。其公式如下：

Y = aX2 + bX + c （3）

式中：Y為某土地利用類型占總面積的比例; X為新型城鎮化發展水平。

2 2005 ～2015百色市土地利用時空變化特征分析

2.1 土地利用數量變化分析

通過分析2005、2010及2015百色市土地利用數量結構表（表1）和2005、2010及2015百色市土地利用現狀圖（圖1），結果表明：從時間上看，建設用地和水域面積不斷增加;耕地和草地面積先減后增;林地面積先增后減;未利用地在三個時期的變化不大。從空間上看，林地、耕地數量的增減在百色市南部及東部地區較為明顯;建設用地的增加則主要是體現在百色市中部及東部地區;草地、水域及未利用地在空間上的變化表現不明顯。

2.2 土地利用變化速度分析

本研究采用土地利用動態度來分析百色市土地利用變化速度，依據土地利用動態度計算公式，結合不同年份的土地利用類型總面積可得到 3個時期的土地利用動態度，如表2所示。

由表2可知，2005 ～2015間，耕地面積先減后增，土地利用動態度為-0.10%;林地面積先增后減，土地利用動態度為-0.01%;草地面積變化量較小土地利用動態度約接近于0;建設用地面積、水域面積持續增加，土地利用動態度分別是1.91%和5.60%，其中建設用地面積的變化程度最大，水域次之;未利用地先增后減，土地利用動態度為0.23%。

2.3 土地利用類型變化分析

本研究運用ArcGIS10.2對百色市土地利用分類矢量數據進行空間疊置分析，得出2005～2010百色市土地利用格局轉移矩陣（見表3）、2010 ～2015百色市土地利用格局轉移矩陣（見表4）。

2005 ～2010百色市各地類的變化，由表3可知：①草地轉為建設用地的量為590.97hm2;②耕地轉為建設用地的量為5032.21hm2;③林地轉為建設用地的量為2828.98;④水域轉出為建設用地的量為518.2hm2。轉出水域的量變成林地的面積占最多，草地和耕地次之，未利用地與建設用地最小;⑤轉出的建設用地主要變成耕地和林地。

2010 ～2015各地類的變化，由表4可知：①耕地轉為建設用地的面積是4982.7hm2;②林地轉出為建設用地的面積是2407.21hm2;③草地轉出為建設用地的面積是601.05hm2;④水域轉出為建設用地的面積是831.89hm2;⑤轉入的建設用地面積小于轉出的。

結合表3、表4可知：在這幾個時期中，建設用地變化最大，未利用地的變化率次之，說明建設用地與未利用地的面積還處于波動狀態;從相互轉移的數量來看，建設用地多是由耕地轉入而來的，表明百色市城鎮化發展建設多以占用耕地為主。此外，占建設用地轉入面積較大的還有林地。

3土地利用變化與新型城鎮化水平的相關分析

3.1 百色市新型城鎮化發展水平測度結果

基于已有的新型城鎮化評價指標體系相關研究成果，對備選指標進行了仔細篩選，指標的選取涵蓋生產、生活、生態等方面的32個具體指標體系。通過計算，最后得出百色市新型城鎮化發展水平。采用改進的熵權法確定權重，對新型城鎮化的綜合水平進行分析，以消除在權重賦值過程中主觀因素的影響。

通過計算，可得到百色市2005～2015年新型城鎮化發展水平測度結果如表5所示。

由表5可知，從2005～2015年，百色市新型城鎮化發展水平總體上呈現逐年上升趨勢。不斷上升的新型城鎮化發展水平反映出百色市經濟穩步增長的同時，人民無論在生活上還是精神上都得到質量上的提高，生產、生態、生活配置結構日趨合理，使得城市的聚集效益不斷增強，影響力也不在斷擴大。

3.2 土地利用變化與新型城鎮化的比較分析

借鑒已有研究，本文將各地類變化與百色市新型城鎮化進行定量比較分析。然后把新型城鎮化發展水平與各土地利用類型占比值制成散點圖（見圖2、圖3），得出土地利用變化與百色市新型城鎮化發展水平的定量研究關系。

由圖2可知，農用地占總面積比隨著新型城鎮化水平的上升不斷的下降，兩者在數量上呈現出顯著的線性關系，關聯系數 R2=0.991，回歸方程為：

Y1=-26.686X2+10.62X+97.943 （11）

式中：Y1為農用地占總面積比;X為新型城鎮化發展水平。從曲線圖可以看出，新型城鎮化水平與農用地占總面積比有很密切的相關性，表明了新型城鎮化的不斷發展導致城市周邊農用地減少。

由圖3可知，建設用地占總面積比隨著新型城鎮化水平的上升而上升，兩者在數量上同樣呈現出典型的線性相關，關聯系數 R2=0.9891，回歸方程為：

Y2=20.219X2-8.2605X+1.2603 （12）

式中：Y2為建設用地占總面積比;X為新型城鎮化發展水平。從回歸擬合曲線來看，新型城鎮化水平的高低與建設用地占總面積比之間在數量上相關性很好，且新型城鎮化的快速發展表現為建設用地規模的不斷擴大。

3.3 土地利用變化與新型城鎮化的互饋機制分析

本文將土地利用變化與城市化發展作用機制應用于百色市新型城鎮化發展與土地利用變化的關聯分析中，結合圖4分析，得出新型城鎮化過程土地、產業、人口城鎮化之間存在正反饋關系 。

3.3.1 三個時間段百色市的新型城鎮化上水平都呈現上升的趨勢，新型城鎮化水平由2005年的0.1850提高到2015年的0.3138，隨著城鎮化進程的推進，農村人口不斷向城鎮積聚，城鎮人口占比由25%上升至34%。在新型城鎮化初期，農村人口向城市遷移，人口的大量轉移導致農村土地撂荒，城鎮發展空間不斷擴大以滿足人們的生產生活需要，這需要占用城市周邊的土地以此來擴大城鎮建設用地規模，最終導致土地利用結構發生改變，2005～2015建設用地比重由0.42%增加至0.65%;農業用地比重由99.00%減少至98.66%。

但是，在新型城鎮化水平不斷提升的過程中，其經濟基礎和社會功能等基本能滿足遷入人口的需求，為了提升并優化新型城鎮化發展水平的目標，2010 ～2015百色市城鎮化進程的發展，不再是一味的以建設用地擴張為主，而是注重以人為核心，注重轉變發展方式，提升集約水平，故2010 ～2015百色市建設用地增加的幅度在減小，但是新型城鎮化水平仍在穩步發展。

3.3.2 土地利用結構的重組也使得產業結構重新配置，2005～2015第一產業所占比重從26.7%變成17.3%，二、三產業占比上升，由73.3%增至82.7%。城鎮邊緣區建設用地擴張多是占用了其邊周邊的農用地。

3.3.3 因二、三產業的收入遠高于第一產業，大量農村剩余勞動力會向二、三產業靠攏，城鎮聚集效應增強，農村人口從事非農生產占比將持續上升，勢必進一步加快了新型城鎮化的發展。但是，這種正向作用機制并非長久存在，當新型城鎮化水平達到其應有水平后，正向影響機制就會停止，土地應該更多的向空間發展而不是攤“大餅式”。

4 結論

以廣西百色市為研究區，選取2005年、2010年和2015年為研究節點，在 GIS及 RS技術的支持下，結合回歸分析方法，研究百色市新型城鎮化水平與土地利用變化的關系，結果表明，2005～2010年土地利用大體表現為建設用地、林地、水域面積的增加，耕地、草地、未利用地的減少，2010～2015年土地利用大體表現為耕地、草地、建設用地、水域面積的增加，林地、未利用地的減少。

新型城鎮化水平的高低與土地利用類型比存在著明顯的相關性，低水平的新型城鎮化導致了農用地的萎縮和建設用地的擴大;當新型城鎮化水平達到一定高度時，粗濫的發展方式轉變成更注重發揮資源的綜合效益的發展模式，農業人口合理向非農產業轉移，建設用地多向空間發展，土地利用類型的變化比一般城鎮化進程的結構優化，這一變化會在城鎮周邊地區表現得非常明顯。

新型城鎮化水平較低時，僅表現為建設用地的擴張;隨著各方面的不斷完善，土地、產業及人口城鎮化之間存在著正向顯著相關，當發展理念轉變、水平不斷提高時，土地城鎮化將帶動產業及人口城鎮化，產業和人口城鎮化也將推動土地城鎮化。

[參考文獻]

[1] 余霜，李光，楊筱珊，等.新型城鎮化建設對安順市土地利用結構的影響研究[J].南方農業，2016，10（22）：40-42.

[2] 張超，李丁，魏秀梅，等.西北河谷型城市新型城鎮化與土地利用效益耦合協調發展研究——以蘭州市為例[J].蘭州大學學報（自然科學版），2015，51（02）：173-179.

[3] 彭沖，陳樂一，韓峰.新型城鎮化與土地集約利用的時空演變及關系[J].地理研究，2014，33（11）：2005-2020.

[4] 羅琛，胡寶清，韋俊敏，等.縣域土地變化效應與新型城鎮化耦合分析——以廣西上林縣為例[J].廣西師范學院學報（自然科學版），2015，32（02）：78-85.

[5] Kenneth F.Wieand.An extension of the monocentric urban spatial equilibrium model to a multicenter setting：The case of the two-center city. Journal of Urban Economics，1987.

[6] Downs A.What does smart growth really mean？. Planning . 2001.

[7] 陳永林，謝炳庚，李曉青，等.2003—2013年長沙市土地利用變化與城市化的關系[J].經濟地理，2015，35（01）：149-154.

[8] 邸利，張仁陟，張富，等.基于RS與GIS的定西市安定區土地利用變化與土壤侵蝕研究[J].干旱區資源與環境，2011，25（02）：40-45.

[9] 趙永平.新型城鎮化發展水平測度及其時空差異分析[J].西安電子科技大學學報（社會科學版），2016，26（5）：60-68.

[10] 魯春陽，楊慶媛，文楓.城市化與城市土地利用結構關系的協整檢驗與因果分析——以重慶市為例[J].地理科學，2010，30（04）：551-557.

[11] 李永樂，吳群，舒幫榮.城市化與城市土地利用結構的相關研究[J].中國人口·資源與環境，2013，23（04）：104-110.

[12] 王福海，陳丹.基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究——以重慶主城區為例[J].重慶理工大學學報（自然科學），2016，30（07）：78-85.

[13] 張會英，劉萍萍，李旭祥.陜北紅堿淖流域土地利用動態變化研究[J].環境科學與技術，2011，34（03）：180-183

[14] 王福海.特大山地城市建設用地擴展及其遙感地表特征參量響應研究[D]. 重慶：重慶工商大學，2015.

[15] 趙永平.新型城鎮化發展水平測度及其時空差異分析[J].西安電子科技大學學報（社會科學版），2016，26（05）：60-68.

[收稿日期]2018-12-03

[作者簡介]張宗刻（1990—），男，廣西百色人，助理工程師，從事國有土地管理工作。