2010—2018 年陜西省LUCC 動態變化分析

蘇明偉，張偉峰，杜 鵑，李明潔，段 煉，梁永康

（1.寶雞文理學院，a.地理與環境學院；b.經濟管理學院，陜西 寶雞 721013；2.武漢科技大學理學院，武漢 430065）

土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）與人類生產生活有著緊密聯系，影響自然生態環境的可持續發展，也是國際地圈生物圈計劃（IGBP）和國際全球變化人文因素計劃（IHDP）兩大國際項目合作進行的綱領性交叉科學研究課題，同樣是當前可持續發展與全球變化研究的熱點內容之一，對全球氣候變化和全球環境變化起到至關重要的作用。1992 年聯合國“21 世紀議程”明確提出將加強土地利用變化研究作為21 世紀重點科研工作，標志著國際上對土地利用變化研究的開始［1］。國內學者對土地利用的研究日漸增多，張曉寧等［2］構建了土地利用自然生態位模型，將模型與景觀格局結合進行深入探討。馮彥博［3］研究了“十二五”期間陜西省土地利用類型轉移情況，并分析了土地利用變化驅動力。賈菊桃等［4］從時空分布的角度分析了西北地區土地利用變化情況，發現西北地區土地利用結構得到優化。劉瑤等［5］分析了不同土地利用類型對水環境的影響，發現農業非點源污染是研究區水環境非點源污染的主要污染來源，還有其他學者也對不同土地利用類型下水環境、大氣環境的影響做了相關研究［6-9］。張琳等［10］、何格等［11］研究了稀缺土地資源與區域經濟增長的關系，發現經濟發展速度較快地區的城市土地資源稀缺度與經濟增長更符合庫茲涅茨曲線。劉忠等［12］將土地利用和人口密度結合分析糧食產量的空間分布規律。武力超等［13］在城市化和經濟迅速發展背景下，分析了30 年時間尺度土地資源結構變化情況以及耕地轉化情況。

隨著中國西北地區經濟和工業化發展迅猛，對土地需求日益激增，但西北地區生態環境脆弱，不同土地類型的使用和分布都對環境有著不同程度的影響［14］。陜西省地形占比最多的是黃土高原，占全省土地面積的40%，決定了陜西省土地利用的脆弱，加之近年來秦嶺生態環境破壞嚴重，主要表現在土地的不合理配置，土地資源濫用現象明顯。基于以上，本研究分析了陜西省2010—2018 年LUCC 動態變化情況，定量化闡明近9 年陜西省土地資源結構變化，針對不同地形的土地資源使用給出合理化建議，旨在為陜西省合理規劃土地資源配置、實現土地資源可持續發展提供科學依據。

1 研究區概況

陜西省位于黃河中游，南部兼跨長江支流漢江流域和嘉陵江上游的秦巴山區，是西北較為發達的地區。省內鐵路和高速公路運輸通暢，北部是黃土高原，中部是關中平原，占比最多的是黃土高原，南部是秦巴山區，是西北典型的水土流失嚴重地區。持續的工業和城鎮人口擴張導致優質耕地減少和其他用地低效使用，工業企業的增加加劇了農村人口遷移，農村閑置耕地增加，城市用地緊張，環境壓力加大，城鎮化和土地利用變化帶來一系列環境和社會生態問題，影響可持續發展。對陜西省2010—2018 年的LUCC 動態變化進行分析，有利于政府對合理利用土地進行正確決策，為適時調整土地政策提供科學依據，使生態環境可持續發展［15，16］。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源

數據來源于2010—2018 年陜西省統計年鑒自然資源部分。根據統計年鑒分類，將陜西省土地類型分為耕地、園地、林地、草地、城鎮村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利建設用地和未利用土地共8 個一級利用類別，對8 個類別進行土地利用動態度和土地利用程度分析，得出研究年限間土地利用狀況。

2.2 研究方法

為全面反映陜西省LUCC 動態變化情況，利用數學統計分析與定量分析相結合的方法，采用土地利用動態度模型、土地利用變化幅度、單一和綜合土地利用動態度、土地利用程度綜合指數、土地利用結構多樣性指數、優勢度指數、均勻度指數模型定量分析陜西省2010—2018 年土地利用動態變化，具體參照王秀蘭等［17］構建的土地利用動態度模型，具體各指數計算公式及含義見表1［17-23］。

3 結果與分析

3.1 各類土地利用變化幅度分析

根據研究區內土地利用數據計算出2010—2018 年各土地利用類型的變化面積，詳見表2。由表2 可以看出，2010—2018 年陜西省耕地面積減少，2018 年與2010 年相比共減少6.71 萬hm2，由于2018年總土地面積有所增加，所以變化率沒有明顯的降低，但單從耕地面積來看是減少的，以平均每年0.84 萬hm2速率遞減，耕地面積銳減明顯。響應國家相關政策和土地復墾以及生態修復等措施的出臺，未利用土地面積減少明顯，8 年間減少了66.22萬hm2，林地面積則增加明顯，共增加了81.28 萬hm2，以每年10.16 萬hm2的速率增加，說明國家對土地利用政策逐漸完善，對公共資源的使用日趨合理，林地面積的增加對可持續發展政策的實施有很大的正面效應。從其他數據來看，由于城鎮化進程加快、城鎮人口增加和就業壓力等社會和經濟因素，城鎮村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設用地均有不同幅度的增加，側面表明陜西省經濟社會水平有明顯上升趨勢。草地面積相對有所減少，這也和其他土地面積增加有直接關系，也由于氣候和其他自然因素，使得2010—2018 年草地面積有所減少。

從表2 可以得出，2010—2018 年陜西省土地利用結構有以下主要特征：①主要的土地利用類型沒有發生改變，受社會經濟因素影響較大，以農業用地為主的用地結構沒有發生較大改變，但減少的未利用土地主要轉向林地、園地、城鎮村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設用地；②2010—2018年，林地和園地面積增加明顯，說明陜西省生態環境得到有力改善，促進了人與自然的和諧相處；③對較為脆弱的西北地區，陜西省林地有絕對的優勢，但由于自然條件限制，對可開發土地有較大挑戰，如何在未來適當開發安全的可利用土地是值得思考的問題［7，18］。

表1 土地利用指數及計算方法

表2 2010—2018 年陜西省土地利用變化幅度

3.2 土地利用變化情況

計算陜西省單一土地利用類型動態度，其中負值為面積減少的土地利用類型，正值為面積增大的土地利用類型［24，25］，結果顯示，園地、林地、城鎮村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設用地均為 正 值，分 別 為1.95%/年、0.98%/年、1.98%/年、37.05%/年和83.59%/年，表示其面積明顯增加，認為其受社會經濟發展和生態環境保護影響較大。隨著經濟發展，交通運輸用地和水域水利建設用地面積增加是大勢所趨，由于持續的生態環境保護工作，園地、林地面積也有所增加，表明生態環境在土地面積上有所改善。耕地、草地和未利用土地動態度為負值，分別為-0.21%、-0.79%和-8.30%，表示其面積在減少，以未利用土地面積減少最為明顯。林地由于基數大，年變化率較低，除林地和耕地外，其他土地類型動態度變化明顯，表明人類活動對這幾類土地的利用程度加大，由此轉移未利用土地面積。

2010—2018 年，陜西省綜合土地利用動態度較低，為0.76%，土地利用變化較為緩慢，由于陜西省位于西北內陸，發展速度相對較慢，從單一土地利用動態度也可以看出，土地利用的變化面積主要集中在交通運輸用地和水域及水利建設用地，而其他類型土地利用變化不明顯。

3.3 土地利用程度變化

土地利用程度能夠定量表現研究區內土地利用開發程度［18］，反映人類因素與自然環境因素的綜合效應，對了解當前陜西省土地利用開發程度提供科學依據。將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態分為4 級，并賦予分級指數［19］，如表3 所示。運用土地利用程度指數的表達式定量表現出土地利用程度的變化。

表3 土地利用程度的分級賦值

經計算得出陜西省土地利用程度指數為226.57（2010 年）和232.25（2018 年），依據土地利用程度指數極限為400［11，13］，說明陜西省對土地資源的開發力度較大，受人類活動影響較大，生態系統脆弱，這就要求陜西省在可持續發展的基礎上開發土地，并采取必要的保護措施，以防止自然災害的發生。

2010—2018 年，陜西省土地利用程度變化量為5.68，土地利用程度變化率為2.51%，二者均大于0，表明近9 年間陜西省土地利用狀況一直處于發展時期。

3.4 土地利用的空間格局分析

由表4 可以看出，2010—2018 年陜西省土地利用空間格局的Gibbs-Mirtin 多樣化指數、Shannon’s多樣性指數和優勢度指數基本保持不變，而均勻度指數明顯下降。其中，Gibbs-Mirtin 多樣化指數、Shannon’s 多樣性指數和優勢度指數分別變化了-0.020、-0.003、0.003；而均勻度指數從2010 年的52.170 下降到2018 年的49.700，表明陜西省8 年間土地利用類別的均勻程度在下降，主要表現在林地、草地、水域及水利建設用地和未利用土地占比變化較大。

表4 2010—2018 陜西省土地利用空間格局指數

4 討論

陜西省在2010 年3 月26 日通過結合本省制定的《中華人民共和國土地管理法》（以下簡稱《辦法》，并按《辦法》嚴格實施各類土地保護政策?！掇k法》中明確劃定基本農田保護區，編制土地開發整理和退耕還林還草專項計劃時必須符合土地利用總體規劃［26］。從本研究結論可看出，《辦法》實施的近9 年間起到了實質性作用，土地資源使用較為合理，不同土地利用類型的面積變化較小，生態型的林地、園地面積有增加趨勢。但由于經濟發展、產業結構轉型、工業化和城鎮化進程加快，城鎮及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利建設用地面積均呈不同程度的增加趨勢，這與《2006—2020 年陜西省土地利用總體規劃》中保障基礎設施建設，推進城鎮化進程相符［27］?！兑巹潯分兄赋龈亍@地、林地在2010 年要分別完成399 萬、72 萬、1 044 萬hm2的指標，園地在2010 年僅為71 萬hm2，并未完成指標，但在2018 年就已完成了2020 年77 萬hm2的面積調整，表明在接近《規劃》結束時期各土地利用類型面積調整情況較好。

研究時段內交通運輸用地和水域及水利建設用地數量變化情況明顯，單一土地利用類型動態度指數分別達37.05%、83.59%。改革開放40 年來陜西省重大水域水利建設工程30 項，一批交通運輸重點項目相繼完成，關中城市群公交化建設、對商品糧集散地等經濟干線的完善，以及西咸一體化、寶雞市區面積擴建，導致相應土地資源使用面積增加［28］。同時，土地利用轉換向交通運輸和水域水利建設傾斜，導致近9 年間土地利用類別均勻度下降。依據分級后的土地類型計算土地利用程度指數，結果表明研究年限內陜西省土地利用受人類活動影響較大，同時受工業和經濟發展影響，產生一定程度的工業產業聚集，導致工業用地增加。

陜西省分為三大地形區，即陜北黃土高原、關中平原地區、陜南秦巴山區。尤以陜北生態環境脆弱，水土流失嚴重，土壤肥力低，受交通條件限制，經濟發展較為落后，因此在陜北地區應加大水土保持力度，嚴格管理土地資源的使用，重點做好防沙固土工作，切實保護好農業用地。在關中地區，地形以平原為主，作為陜西省主要的農作物產區，應優化土地資源結構，保證農業用地面積，合理配置土地資源，在保證土地可持續發展前提下統籌城鄉建設。陜南以山區為主要地形，是陜西省森林覆蓋面積最多的地區，在此地區應守好生態紅線，保護好生態資源，以保護為主要責任前提下合理開發土地和自然資源，并做好自然災害防控工作，安全合理改善土地生態。因此，為了更有效地實現可持續發展戰略，實現自然生態資源的可持續利用，要科學合理規劃不同土地利用類型使用比例，使土地利用效率最大化，遵循人與自然的和諧發展［29］。

本研究通過數學統計分析與定量分析相結合的方法分析陜西省2010—2018 年的土地利用動態變化，對該時期土地利用結果的原因進行了較深入討論，并結合本研究的結果對今后土地資源管理方向給出相應建議，有利于政府部門對土地資源的科學管理和配置。土地資源的合理配置和可持續發展是一個艱難探索的過程，受到社會經濟、人口發展、自然災害等眾多復雜因素影響，本研究時間尺度相對較短，研究內容較為單一，沒有進行數據可視化，在今后的研究中，可對土地利用變化的內在原因進行深層次剖析，從不同角度分析土地資源變化情況及原因，并加入數據可視化，使研究結果更直觀。

5 結論

本研究從各類土地利用類型變化幅度、土地利用變化情況、土地利用程度變化和土地利用空間格局4 個方面分析了陜西省2010—2018 年的土地利用動態變化，并分析了該時期陜西省各土地利用類型的轉換情況，得出以下結論。

1）2010—2018 年陜西省土地利用數據統計顯示，陜西省不同土地類型利用程度變化明顯，其中耕地、草地和未利用土地減少較明顯，而城鎮村及工礦用地、林地、交通運輸用地和水域及水利建設用地面積增加明顯，表現出未利用土地向其他土地類型轉變的趨勢。

2）從陜西省土地利用變化情況來看，土地利用動態度為0.76%，表明土地利用程度不高。

3）2010 年和2018 年土地利用程度指數分別為226.57 和232.25，依據土地利用程度指數極限為400，陜西省數值大于200，表明近9 年陜西省土地利用受人為因素影響較大，對土地資源開發程度較大；2010—2018 年，陜西省土地利用程度變化量為5.68，土地利用程度變化率為2.51%，二者均大于0，表明2010—2018 年陜西省土地利用狀況一直處于發展時期。

4）2010—2018 年陜西省土地利用Gibbs-Mirtin多樣化指數、Shannon’s多樣性指數和均勻度指數均有所下降，而優勢度指數有所上升，表明陜西省近9年土地資源受人類影響較大，土地利用類型多樣化。