基于雙重屬性的中原地區縣域土地利用轉型特征分析

韓煜 王瑾 劉慧芳 田曉紅 趙辰

摘要：采用基于屬性差別的土地利用轉型來分析“農谷”背景下山西省晉中市太谷區土地變化特征。基于2期10年土地利用變化遙感數據，按顯、隱屬性分類，通過土地利用轉移矩陣、重心模型、構建測度模型等方法，定量研究顯性屬性和隱性屬性下太谷區土地利用轉型的特征。顯性屬性表明，數量和空間結構對土地利用類型變化有不同的影響，其中數量中建設用地面積增加最多，為107.93 hm2，未利用地減少幅度最大，為80.02 hm2;空間結構中耕地中轉為建設用地的面積最多，為83.79 hm2。隱性屬性揭示，太谷區西部土地開發強度和人均GDP遠高于東部;土地利用生產-生活-生態功能變化表現為生產功能逐步下降，生活功能持續增強，生態功能基本保持平穩。基于雙屬性視角的研究結果表明，太谷區土地利用轉型明顯，在今后的發展中，要因地制宜地制定相關政策。

關鍵詞：土地利用轉型;雙重屬性;特征;太谷區;土地利用類型;重心模型

中圖分類號： F323.211文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0277-07

收稿日期：2019-07-16

基金項目：山西省軟課題研究項目（編號：2017041032-3）。

作者簡介：韓?煜（1993—），女，山西太原人，碩士研究生，研究方向為土地利用規劃。E-mail：948707881@qq.com。

通信作者：王?瑾，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為土地利用規劃。E-mail：sxauwj@163.com。

土地利用轉型是土地利用與覆被綜合研究的新途徑[1]，其關鍵環節是揭示社會經濟轉型過程中土地利用形態的變化趨勢，進一步剖析土地利用轉型過程中不同土地利用形態格局關系的演變[2]。土地利用轉型是在社會經濟的驅動下，一段時期內與經濟社會發展階段轉型相對應的土地利用形態的轉變過程，包括顯性和隱性2種屬性。顯性屬性須是通過數量和空間結構等易于被觀測的量所表現出的土地利用變化;隱性屬性是要通過分析、化驗、檢測和調查等才能獲得功能、質量、產權等土地潛在的變化[3]。土地利用轉型實則是在經濟社會變化和革新的驅動下，一段時期內與經濟和社會發展階段轉型相對應的區域土地利用形態轉變的過程[4]。土地利用轉型作為社會經濟轉型的重點，對應于社會經濟發展階段轉型特征。山西省晉中市太谷區處于社會經濟的加速發展階段，現固有的土地利用形態已經制約著社會經濟的發展，土地利用轉型成為太谷區永葆生命力、實現鄉村振興的途徑。

國外土地利用轉型首先由Walker于1987年在分析欠發達國家森林砍伐時首次使用。土地利用轉型的概念是由學者Grainger第1次提出[5]。而我國的土地利用轉型最早是由戈大專等率先進行研究的，土地利用轉型主要集中在耕地利用轉型[6]、宅基地轉型[7]以及城鄉發展轉型[8]等。以李全峰為代表的學者通過構建轉型測度模型[9]以及土地利用轉移矩陣[10]等多種方法對土地利用轉型顯性形態進行研究;以曲藝為代表的學者從投入與產出[11]、土地利用強度[12]以及功能[13]等多方面，對黃淮海地區、長江流域等熱點區域的土地利用轉型隱形形態進行研究;以呂立剛等學者為代表的學者將省域[14]和經濟發達地區[15]等尺度較大區域的土地利用轉型作為研究對象，對土地利用轉型進行綜合研究。當前，對土地利用轉型的研究頗豐，但是研究對象多集中在長江經濟帶以及黃淮海平原等經濟較為發達的區域且研究尺度較大，對于以農業作為主產業的中原地區研究較少。本研究基于2期10年土地利用變化遙感數據，顯性屬性利用轉移矩陣、重心模型研究土地在數量和空間上的轉變，隱性屬性從效率和功能2個視角出發，構建測度模型研究轉型的特征，旨在為太谷區的“農谷”發展、空間規劃以及政府的投資決策等提供理論依據，對提高土地資源管理科學決策具有重要作用。

1?研究區概況

1.1?太谷區社會經濟發展轉型背景

山西“農谷”省級戰略集功能農業與高新技術于一體，使該區域項目引進力提高，在此過程中，各類土地利用沖突明顯，不僅僅是土地利用數量結構發生變化，而且土地的功能、產權等都在發生著變化，未來土地利用變化的強度會隨著項目的引進落地而越來越明顯。“山水林田湖草是一個生命共同體”理念的提出，以及“多規合一”、國土空間綜合規劃、田園綜合體規劃等多種規劃的出臺，使得太谷區這個中原典型農業區的土地利用轉型研究顯得特別有意義。要把握分析這種變化的規律，使其成為指引鄉村地區土地利用轉型模式的明燈。

近年來，太谷區經濟社會發展態勢良好，國民的生活水平有所提升，其生產總值總體處于不斷上升狀態，三大產業比例為23.3 ∶25.7 ∶51.0，形成了三、二、一的格局，第三產業已經占據絕對優勢，產業比例較優。隨著經濟的發展和社會的進步，政府越來越重視社會保障，交通條件逐步改善，南同蒲鐵路、太焦高速鐵路等2條鐵路線呈八字形橫貫全境，大同-西安高速鐵路南北穿縣而過，并建有太谷西站，太長高速公路、龍城高速公路穿越全境，108國道、太徐線、祁縣高速以及太太路等公路與太谷區周邊地區相連，各鄉鎮、村的道路也比較完善，社會保障的完善推動了土地利用轉型。如何更好地促進土地利用轉型，是經濟、社會發展的基石。

1.2?太谷區基本概況

晉中市太谷區位于山西省中部，地處晉中盆地，地勢由東南向西北傾斜。地理坐標為112°28′～113°01′E，37°12′～37°3′N（圖1）。東北與榆次市相依，東南與榆社縣交界，西南與祁縣毗鄰，西北與清徐縣接壤。東西長50 km，南北長39 km。全縣轄3鎮6鄉3個城區管委會、198個行政村、6.99萬戶，年末常住總人口為30.73萬人，農業人口為16.66萬人，城鎮人口為14.08萬人。太谷區總面積 104 593.43 hm2，其中耕地面積占總面積的27.63%，建設用地的面積占9.98%，林地的面積占23.16%，水域的面積占0.35%，草地的面積占8.73%，未利用地的面積占 30.15%。太谷聚焦發展，山西“農谷”雛形逐步建立，農谷品牌影響力不斷提升;省級經濟區順利起步;全域旅游業影響力逐步增強，農家樂、生態莊園廣受大眾歡迎。

2?數據來源與研究方法

2.1?數據來源及處理

本研究將太谷區2007年、2016年2期Landsat TM影像數據作為研究對象，分辨率為30 m×30 m，利用太谷區土地利用現狀對其進行解譯，并參考統計年鑒以及《太谷區土地利用總體規劃（2006—2020年）調整方案》，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地等6類，由于在解譯中，園地和耕地難以區分，因此將園地劃歸在耕地中。社會經濟數據來源于太谷區統計年鑒。

2.2?研究方法

2.2.1?顯性屬性研究方法

2.2.1.1?土地利用類型轉移矩陣

各類土地利用的面積變化可以通過土地利用轉移矩陣來體現[13]。土地轉移矩陣不僅可以反映不同時期各類土地面積的變化，而且還能夠具體刻畫出各類土地面積的動態變化。將本研究遙感圖像處理軟件中變化檢測統計數據功能進行疊加分析，然后利用Excel進行數據透視處理，從而得到土地利用轉移矩陣。

2.2.1.2?重心模型

土地利用的空間結構，可以借助重心模型[16]進行分析，具體描繪出各類土地利用重心的變化。假設某一區域由n個平面空間單元構成，其中，第i個單元的地理中心坐標為（Xi，Yi），Zi為該平面單元的某類型功能用地面積，則研究區該類型功能用地面積重心坐標（X，Y）為

X=∑ni=1XiZi/∑ni=1Zi;

Y=∑ni=1YiZi/∑ni=1Zi。

重心移動距離指某年份重心與隨后相鄰年份重心之間的直線距離，設第t、第t+1期重心分別為 PK（Xt，Yt）、PM（Xt+1，Yt+1），則相鄰年份重心移動的距離（Dm）為

Dm=（Xt+1-Xt）2+（Yt+1-Yt）2。

利用重心模型將土地利用空間結構的變化轉化成各類用地重心的軌跡變化，可以清晰地刻畫出土地利用轉型的空間結構特征。通過重心模型計刻畫各類土地利用的重心，生動地描繪土地利用轉型的變化方向;借助距離公式計算2個重心間的距離，計算出各類土地利用轉型的幅度。

2.2.2?隱性屬性研究方法

土地利用轉型的驅動力主要源于土地功能[17]和效率。本研究借助前人的研究成果，將選取人均國內生產總值（GDP）和土地開發強度作為效率在空間上的定量化表達。人均GDP指標表現了一個地區投入產出能力，對2007—2016年間人均GDP增長進行比較，其高低體現了該地區10年間的土地利用效率;土地開發強度指標以各研究單元的2007—2016年間新增建設用地的面積占比表示。

土地利用功能主要是利用“三生”對土地利用類型進行劃分。本研究主要基于行為主體的主觀用地意圖來確定某一類土地的主導功能類型。例如，林地主要以生態功能為主，但是一部分林地還具有生產功能，甚至為人類提供休閑的生活功能，但一般將林地視為只具有維持生態平衡功能，因此其主要具有生態功能。根據主導功能這種分類方法，將耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地進行分類，其中建設用地主要包括城鄉建設建設用地和工礦用地，根據各自的主導功能進行分類。基于土地利用的主導功能，根據李廣東等的生態-生產-生活功能單位價值體系[18]，構建測算各功能的價值模型：

EV=∑lj=1Sj×αj;

PV=∑lj=1Sj×βj;

LV=∑lj=1Sj×γj。

式中：EV、PV、LV分別表示土地利用生態功能、生產功能和生活功能;l表示某種土地利用功能的二級地類數量;Sj為第j類土地的面積;αj、βj、γj分別代表第j類土地利用類型的生態功能單元價值、生產功能單元價值、生活功能單元價值（表1）。

3?土地利用轉型屬性特征分析

3.1?土地利用轉型顯性屬性分析

3.1.1?數量分析

土地利用轉型數量分析是通過土地利用轉型矩陣來表達的。土地利用轉移矩陣不僅可以清楚地展示10年間土地利用面積變化情況，而且可以明確各類土地間相互轉移的動態變化。

由表2可知，從數量屬性來說，2007—2016年太谷區各類土地利用面積變化不同。10年間，政府出臺多項政策，如退耕還林還草、植樹造林、牢牢守住耕地紅線、未利用地開墾為生態林等，這些措施使得各類土地面積變化較小。10年間，耕地、建設用地和林地的面積處于增加狀態，且建設用地增加面積最多，增加量為107.93 hm2，耕地面積的增加的最少，增加量為8.36 hm2;而草地和未利用地的面積均有大幅度減少;太谷區處于內陸，因此水域面積是六大土地利用類型中面積最少的，10年間水域面積基本保持不變。

從土地利用變化方向來談，2007—2016年間，土地利用變化主要集中在耕地轉為建設用地， 草地和未利用地向耕地轉換。具體來說，耕地中轉為建設用地的面積最多，林地次之，未向水域和未利用地轉變;建設用地僅有0.19 hm2轉為耕地;林地中只有2.41 hm2轉為草地;水域向耕地和建設用地各轉移0.04 hm2;草地向耕地轉換的面積最多，為 82.80 hm2，有8.29 hm2轉為建設用地，1.84 hm2轉為林地;未利用地轉為耕地的面積最多。

總而言之，從土地利用轉移矩陣中可以看出，建設用地面積不斷增長，這是由于太谷區的經濟處于加速發展中，使得城鄉建設蓬勃發展，對建設用地的需求不斷增長所引起的;林地面積有所增加，政府大力倡導植樹造林、退耕還林等使得林地面積增加;耕地面積變化較小，是因為作為一個農業縣，耕地是太谷區發展的根基，牢牢守住耕地紅線是政府的使命;草地和未利用地的面積減少，是因為城市發展須要不斷擴張用地，開發未利用地，盤活存量土地，這是城市發展道路上必不可少的。

3.1.2?空間結構分析

空間結構屬性是利用重心模型來實現的。本研究借助重心模型將太谷區2007—2016年的土地利用轉型的軌跡變化表現出來，通過計算重心之間的距離，來衡量10年間各類土地類型在空間結構上的變化程度。從圖2和表3可以看出，太谷區草地重心向東南方向轉移，轉移距離是6種土地利用類型中最大的，為5.943 km，太谷區草地在轉移中變動最大，東南部地勢較為低平，草地分布較多，建設用地占據了耕地的面積，而草地則是補充耕地較好的選擇之一，因此草地的重心隨著利用在不斷向東南延伸;未利用地的重心向東南方向偏移，偏移的距離為4.960 km，為了城市的發展，不僅要提高土地利用率，同時也要盤活存量土地，隨著城市的發展壯大，未利用地可以彌補城市發展所造成的土地短缺問題，同時未利用地也是補充耕地的重要來源;10年間耕地重心向東南方向偏移，偏移距離為2.930 km，移動幅度較大，太谷區作為一個典型的中原農業區，耕地的重心變化明顯，主要得益于土地整理工程，太谷區的耕地在東南方向的開發空間較大，可以及時補充耕地，滿足生產生活的需要。

10年間太谷區建設用地呈團聚式發展，其重心向東南偏移，偏移距離為1.952 km。偏移距離和偏移的幅度較小，這說明太谷區建設用地的布局比較緊密，雖然建設用地在不斷擴張，但是其利用重心的移動變化平穩;就林地而言，太谷區的林地重心向西北方向偏移，偏移距離為2.148 km，主要是由于地勢所決定的，太谷區由東南向西北傾斜，原本東南部的地勢擁有大片林地，再加上退耕還林等政策的影響，使得林地向西北方向發展;太谷區處于內陸地區，水域面積較少，主要河流均為季節性河流，水域重心偏移方向近乎為向西偏移，重心移動距離為 1.035 km，是所有土地利用類型中變化最小的，主要因為水庫面積基本無變化，沒有新增的水域面積。

3.2?土地利用轉型隱性屬性分析

3.2.1?效率分析

通過對太谷區土地利用效率計算，從圖3可以看出，從土地開發強度比例來說，10年間，水秀鄉土地開發強度較高，高達40%，小白鄉、任村鄉等東部鄉鎮土地開發強度較低，開發強度均在5%之下。這主要是因為太谷區是一個典型的農業區，土地開發強度必然會受到牽制，同時與各鄉鎮當前產業發展有關，明星鎮、胡村鎮產業經濟較發達，其土地開發強度較大，而小白鄉、任村鄉和陽邑鄉則主要以農業經濟為主，致使其土地開發強度較低。從人均GDP比例來說，太谷區整體從2007年的12 518元/人上漲到2016年的26 023元/人，增幅高達50%以上。太谷區各鄉鎮人均GDP增長均較快， 這是由于太谷區社會經濟發展處于高速發展階段。太谷區西部增幅比東部高，西部增長比均在50%以上，主要是因為太谷社會經濟政治的中心位于西部，受其帶動發展，使得西部高于東部。

3.2.2?功能分析

通過功能測度模型的計算，2007—2016年間太谷區整體生產-生活-生態功能變化表現為生產功能逐步下降，降幅范圍為 1%～7%，生活功能持續增強，生態功能基本保持平穩。這是由于太谷區處于社會經濟高速發展階段，人口增長較快，人口流動量加大，加之鄉村人口“雙棲”現象的出現，必然會導致生活空間需求量加大。生活功能的增強必定會導致生產功能和生態功能的下降。生產-生活-生態功能空間格局與各鄉鎮的土地利用類型分布較好地吻合。明星鎮是太谷區城中心所在地，生活功能占比高達75%;水秀鄉、胡村鎮作為太谷與太原市、榆次區相溝通的門戶，社會經濟條件好，生活功能逐步增強，占比在50%左右，同時由于當地產業發達，使得生產功能占比較高。范村鎮、侯城鄉和陽邑鄉由于受到地形地勢的限制，其南部地勢較高，生活、生產用地受到約束，因此這些鄉鎮主要以生態功能為主，生態功能占比在30%左右（圖4）。

4?結論與討論

本研究基于2期10年土地利用變化遙感數據，按屬性分類，通過土地利用轉移矩陣、重心模型、構建測度模型等方法，定量研究顯性屬性和隱性屬性下太谷區土地利用轉型的特征，從雙重屬性深入剖析太谷區土地利用轉型的特征。

土地利用轉型的顯性屬性主要包括數量和空間結構的變化。數量主要聚焦的是不同地類之間的相互轉化，而空間結構則主要是不同類型土地在空間上的轉移變化。2007—2016年太谷區各類土地在數量上均有變化，耕地、建設用地和林地有不同程度的增加，而草地和未利用地面積有所減少，水域面積基本持平;2007—2016年太谷區各類用地重心均有不同程度的轉移，從方向來看，耕地、草地、建設用地以及未利用地的重心均向東南方向有不同程度轉移，林地的重心基本向西北方向偏移，水域的重心則向西轉移;從轉移距離來看，草地重心移動距離最大，其次是未利用地，重心移動距離最小的是水域。數量和空間結構的變化說明了太谷區耕地、建設用地和林地處于發展時期，東南部的發展勢頭逐步增強，這將為“農谷”的發展指明方向，同時也為土地整治等工程提供了一定的基礎理論。

隱性屬性是從土地利用的效率和土地利用功能方面進行研究。土地利用效率可以體現出一個區域土地利用的投入產出能力;土地利用功能的轉變是土地空間優化的調控出口。2007—2016年間，太谷區整體土地利用效率是西部遠高于東部，這是由于太谷區的政治文化中心位于西部，同時西北部與太原市、榆次區接壤，帶動作用明顯;土地利用生產-生活-生態功能變化表現為生產功能逐步下降，生活功能持續增強，生態功能基本保持平穩，太谷區處于社會經濟高速發展階段，人口增長較快，人口流動量加大，加之鄉村人口“雙棲”現象的出現，必然會導致生活空間需求量加大。針對隱性屬性的研究，為以后“農谷”產業的布局以及其他土地項目的土地利用空間優化提供了依據。

土地利用轉型是一個長期變動的過程，在此過程中，轉型的是土地利用，主導者是人，改變的是空間和數量，推動力是社會經濟的變革。本研究利用2007年、2016年的2期土利利用變化遙感數據，從屬性視角對太谷區的土地利用轉型特征進行深入剖析。在對土地利用轉型特征研究時，顯性形態研究時序較短，為了更加準確地描述轉型特征，應該將研究時序延長;隱性形態的屬性主要是從功能和效率的視角出發，構建相應的測度模型，進而分析出太谷區土地利用轉型的特征，為今后太谷區的發展提供側重點。本研究主要從社會經濟屬性出發，對于生態環境考慮較少，應在后續的研究中進一步完善。

參考文獻：

[1]Lambin E F，Meyfroidt P. Land use transitions：socio- ecological feedback versus socio- economic change[J]. Land Use Policy，2010，27（2）：108-118.

[2]戈大專，龍花樓，屠爽爽，等. 黃淮海地區土地利用轉型與糧食產量耦合關系研究[J]. 農業資源與環境學報，2017，34（4）：319-327.

[3]龍花樓. 論土地利用轉型與鄉村轉型發展[J]. 地理科學進展，2012，31（2）：131-138.

[4]吳?思，胡守庚，熊?婷，等. 長江中游經濟帶主體功能區土地利用轉型模式研究[J]. 資源科學，2018，40（11）：2213-2224.

[5]Grainger A. The future role of the tropical rain forests in the world forest economy[D]. Oxford：University of Oxford，1986.

[6]戈大專，龍花樓，楊?忍. 中國耕地利用轉型格局及驅動因素研究——基于人均耕地面積視角[J]. 資源科學，2018，40（2）：273-283.

[7]龍花樓. 中國農村宅基地轉型的理論與證實[J]. 地理學報，2006，61（10）：1093-1100.

[8]劉彥隨，楊?忍. 中國環渤海地區城鄉發展轉型格局測度[J]. 地理學報，2015，70（2）：248-256.

[9]李全峰，胡守庚，瞿詩進. 1990—2015年長江中游地區耕地利用轉型時空特征[J]. 地理研究，2016，36（8）：1489-1502.

[10]郭椿陽，高建華，樊鵬飛，等. 基于格網尺度的永城市土地利用轉型研究與熱點探測[J]. 中國土地科學，2016，30（4）：43-51.

[11]曲?藝，龍花樓. 基于開發利用與產出視角的區域土地利用隱性形態綜合研究——以黃淮海地區為例[J]. 地理研究，2017，36（1）：61-73.

[12]趙?麗，張貴軍，朱永明，等. 基于土地利用轉型的土地多功能轉變與特征分析——以河北省唐縣為例[J]. 中國土地科學，2017，31（6）：42-50.

[13]楊清可，段學軍，王?磊，等. 基于“三生空間”的土地利用轉型與生態環境效應——以長江三角洲核心區為例[J]. 地理科學，2018，38（1）：97-106.

[14]呂立剛，周生路，周兵兵，等. 區域發展過程中土地利用轉型及其生態環境響應研究——以江蘇省為例[J]. 地理科學，2013，33（12）：1442-1449.

[15]陳昌玲，張全景，諸培新. 經濟發達地區城鄉建設用地轉型時空演變特征——以江蘇通州為例[J]. 土壤通報，2018，49（3）：537-545.

[16]榮慧芳，方?斌. 基于重心模型的安徽省城鎮化與生態環境匹配度分析[J]. 中國土地科學，2017，31（6）：34-41.

[17]張曉琳，金曉斌，范業婷，等. 1995—2015年江蘇省土地利用功能轉型特征及其協調性分析[J]. 自然資源學報，2019，34（4）：689-706

[18]李廣東，方創琳. 城市生態-生產-生活空間功能定量識別與分析[J]. 地理學報，2016，71（1）：49-65.