西咸新區土地利用變化特征與區域經濟發展關系研究

管子隆,劉 園,強敏敏,張星辰

(1. 中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065；2. 陜西省水生態環境工程技術研究中心，西安 710065；3. 中國電建水環境治理研究(實驗)中心，西安 710065；4.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司 博士后科研工作站，西安 710065)

0 前 言

土地是一個由經濟、社會和生態環境組成的復雜系統[1]。土地不僅是人類開展生產生活的場所，同樣生產生活所需的物質基礎，有效利用土地是實現可持續發展的重要保證[2]。而城市化在社會經濟發展和民生福利方面發揮著重要作用，但其對當地和全球的自然環境都有負面影響[3-4]，因此也一直是學術討論的重要課題。隨著以犧牲自然覆蓋為代價的建成區擴張，城市化被認為是“導致不可逆轉的景觀變化的最劇烈的土地利用變化形式”[5]。作為世界上最大的城市化國家，中國的土地利用結構變化劇烈，其中以建設用地面積急劇增加最為顯著，導致大量農田、林地、果園、草地和水域等優質生態用地被占用[6]。新建城區作為我國現階段區域發展的重要戰略，是在新時期發展背景下對區域發展的重新定位。新建城區的不斷擴張，必定會帶來土地利用的變化，而土地利用作為人與自然聯系最為緊密的紐帶，其變化對區域生態環境、局部氣候及社會生產生活帶來沖擊，甚至引起更大范圍的環境變化[7-8]。土地利用變化日漸成為國內外學者研究全球變化的重要課題之一，國內外研究人員從區域差異[9]、尺度效應[10]以及情景背景[11-12]等角度對土地利用時空變化進行了專項研究。土地利用變化下社會經濟發展與生態環境變化的響應也逐漸成為學者研究的重點[13-14]。合理的土地利用規劃方案應考慮經濟增長和生態環境，而如何平衡生態保護和經濟發展仍然是區域和國家發展中關注的焦點。前期土地利用規劃主要注重經濟效益，導致生態系統保護壓力加大，土地利用效率低下[15]。我國西部地區天然氣候條件和生態本底條件較差，用地類型復雜，經濟發展和用地類型有明顯的地域差異，城市的全面興起和發展，土地利用隨之發生劇烈變化[16]，特別是新建城區的不斷擴張導致的建設用地的增加。

作為我國中西部地區新建城區的代表，西咸新區成立于2014年1月6日，是由國務院發布國函〔2014〕2號文件正式批準成立的我國第七個國家級新區。它位于陜西省西安市和咸陽市之間的區域內，土地面積達到882 km2。隨著國家政策對區域發展的引導，新區城鎮化在快速推進，隨之而來的是土地資源的高強度開發利用，研究人員也針對新建城區影響下土地利用轉變、影響因素和環境效應等問題開展了研究[17-18]，但就土地利用和區域經濟的耦合關系研究還不多。因此，在明晰土地利用變化特征的基礎上，深入探討區域經濟發展和土地利用的耦合制約關系，對區域的長期可持續發展意義重大，同時可為其他新建城區的建設提供決策建議。

本文以新建城區西咸新區為研究對象，基于新區成立前后不同時期的土地利用情況，分析區域土地利用空間格局特征和時空變化趨勢,選取指標定量評價土地利用程度和經濟發展水平直接的耦合關系,研究成果為分析新建城區土地利用的演變規律，促進區域土地資源合理利用與經濟可持續發展提供支撐。

1 研究區域和方法

1.1 研究區概況

西咸新區位于陜西省西安市和咸陽市建成區之間(E108°31′47"～108°58′19"，N34°10′15"～34°33′16"之間)，是首個以創新城市發展方式為主題的國家級新區。西咸新區規劃面積為882 km2，現有戶籍人口103萬人。西咸新區內根據行政區域細分為空港新城、灃東新城、秦漢新城、灃西新城、涇河新城(見圖1)。2018年西咸新區生產總值381.94億元，同比增長13.3%，增速在陜西省各地市中穩居第一。

西咸新區平均海拔約440 m，地貌有徑河沖積平原、渭河沖積平原、二級灘、黃土臺塬等。新區屬半濕潤氣候，區內有隸屬黃河水系的渭河，涇河、澇河、灃河、新河、沙河、皂河7條河流穿過，區內河流覆蓋總長度約為118.97 km。新區多年平均降水量為532.0 mm，多年平均氣溫12 ℃左右。

1.2 數據來源及預處理

土地利用數據根據新區成立時間，分別選取了新區成立前的2010年和成立后的2015、2018年土地利用數據，數據選自中國科學院資源環境科學與數據中心(http://resdc.cn)，數據在Landsat遙感影像數據基礎上，通過人工目視解譯得到，分辨率為30m。結合研究區域實際情況在原有的分類基礎上將研究區內用地類型劃分為耕地、林地、草地、建設用地、未利用地和水域。社會經濟數據主要來自于西咸新區統計局。

1.3 土地利用變化率

土地利用面積變化率是對一定時期內研究區土地利用變化的一個具象性表達，它能夠反映研究區的一個變化趨勢，其中又可細分為相對變化率和凈變化速度[19]。相對變化率是較研究區內初期的變化而言，凈變化速度則是對研究區年均變化速度的一種表達。根據分析研究區內的面積變化率、相對變化率和凈變化率，從而得到一個多緯度的系統分析結果。

(1)

(2)

公式(1)～(2)中：Nc為面積的相對變化率；Rs為凈變化速度；Ua、Ub為研究期始末時間點的面積，km2；T為時間段,a。此處涉及的變化面積，均不包含各類型的相互轉入與轉出。

圖1 西咸新區位置及區劃范圍

1.4 土地綜合利用程度

土地綜合利用程度反映了某區域在一定時間段內的土地利用強度，其包含了自然環境和人類生產生活等活動對土地利用產生的綜合影響。本文參考Zhuang等[20]定義的土地綜合利用程度指數，包含了4個等級，同時對每個級別賦值相應的指數，具體見表1。

表1 土地利用程度分級指數表

基于各土地利用類型分級指數表及面積，通過計算土地綜合利用程度來評價不同階段研究區域的土地利用程度。具體計算方法如下：

(3)

公式(3)中：L為土地利用程度綜合指數；Ai為i級的分級指數；Ci為i級指數對應用地類型面積百分比；n為總的分級數。

由于未利用地本身存在天然條件不適宜開發等因素，其對區域發展的體現程度較低，因此，為消除這一影響，在計算土地利用綜合程度指數時，增加了一種情景，即排除未利用地面積作為調整后的指數。

2 結 果

2.1 土地利用變化

不同時期西咸新區土地利用類型的空間分布如圖2所示，統計不同時期不同土地利用類型的面積及所占比例見表2。由圖2可知，3個時期西咸新區土地利用類型當中，耕地面積所占比例最高，是該區域主要的土地利用類型；建設用地次之，未利用土地面積最小；各土地利用類型面積由大到小為：耕地>建設用地>草地>水域>林地>未利用地。分別計算比例可知，2010、2015年和2018年耕地面積所占比例分別達到72.57%、67.38%和65.56%，建設用地面積所占比例分別為20.64%、25.90%和28.21%，而未利用地則僅為1.16%、1.32%和1.13%。

表2 不同時期西咸新區土地利用格局

圖2 2010—2018年西咸新區土地利用空間格局分布

由表2同樣可知，自2010年起，西咸新區耕地、林地和水域面積均逐年減少，其中耕地的減少幅度最大；建設用地面積呈明顯的增加趨勢；草地和未利用地面積則存在波動變化。計算不同時期各土地利用類型變化率見表3，2010—2015年耕地面積減少最明顯，達45.65 km2，林地次之，草地面積減少最少，僅為0.29 km2。消除各土地利用類型面積基數的影響，由相對變化率和凈變化速度可知，林地面積的相對變化率和凈變化速度最大，分別為-8.55%和-1.77%。建設用地和未利用地面積增加，其中建設用地面積增加最多，為46.27 km2，其相對變化率和凈變化速度同樣最大，分別為25.48%和4.64%。2015—2018年耕地、林地、水域和建設用地面積仍同前一階段保持相同的變化趨勢；草地和未利用地面積則出現和前一階段相反的變化趨勢，草地面積由減少變為增加，未利用地面積則由增加變為減少。與2010—2015年相比，林地、草地、水域和未利用地的凈變化速度均有所增加，其中，草地變化最大，為前一時期的6.4倍，耕地和建設用地的變化速度均有所降低。縱觀整個研究階段，耕地、林地和水域面積減少，建設用地面積逐年增加，草地面積總體有所增加，未利用地面積先增加后減少，整體有所減少；凈變化速度由大到小排序為：建設用地、林地、耕地、水域、草地和未利用地(見圖3)。

表3 2010—2018年西咸新區各土地利用類型變化

2.2 土地利用程度

設置調整前(考慮未利用地)和調整后(不考慮未利用地)兩種情景進行土地利用程度分析，分別計算兩種情景下土地利用程度綜合指數，結果見表4。3個時期區域土地利用程度指數均在320左右，遠高于蘇明偉等[21]計算的陜西省土地利用程度綜合指數(2010年為226.57，2018年為232.25)，表明該區域土地利用程度整體上處于較高水平。

表4 西咸新區土地利用不同時期程度綜合指數

調整前后西咸新區土地利用程度綜合指數均隨時間而呈增長趨勢，結合各土地利用類型面積的變化分析可知，雖然耕地和林地面積的減少在一定程度上會導致土地利用程度綜合指數的減小，但是建設用地面積的急劇增加使得區域的土地利用程度綜合指數整體呈現增長。對比調整前后兩種情景，區域整體的土地利用程度綜合指數均有小幅度增加。

圖3 不同時期西咸新區土地利用凈變化速度

圖4 西咸新區2010—2018年土地利用綜合程度空間

基于ArcGIS10.2對土地利用的空間分布特征進行分析(見圖4)。由圖可知，土地利用程度綜合指數較低(小于200)的區域面積較少，主要分布在流經境內的渭河和涇河附近的區域；指數在200～300的面積分布最廣；土地利用程度較高(大于300)的區域在零散分布的基礎上又存在幾個集中的區域，分別為新區北部涇河新城的西北部、空港新城西安/咸陽國際機場附近、新區東南部灃東新城大部，其中灃東新城土地利用程度高的面積最大，其主要原因為灃東新城屬于西咸新區最靠近西安市主城區的區域，其城市建設和土地利用變化受西安市影響較大，土地利用程度普遍較高。從時間角度看，土地利用程度高的幾個集中區域隨著時間推進在不斷擴張。由于新區內5個新城的產業引導政策略有不同，導致每個新城的土地利用程度綜合指數存在一定差異。在同一區域內，地況基本相同情況下，政策的導向同樣對土地利用程度起著至關重要的作用。

2.3 土地利用效益

選擇單位面積GDP為評價指標，定量評價不同時期研究區土地利用效益。為真實體現區域經濟變化，GDP均轉化為2010年可比價。同前節一樣分為調整前和調整后兩種情景分析。隨著西咸新區的建成，區域土地利用效益增長明顯(見表5)。計算增長率(見表6)可知，整個研究階段(2010—2018年)研究區土地利用效益增長率最高，增長一倍以上，而2015—2018年土地利用效益的增長率僅為26%左右，遠低于2010—2015年的70%以上。

表5 西咸新區土地利用效益

表6 西咸新區土地利用效益變化率

3 討 論

3.1 土地利用程度與區域發展相互關系

為定量分析區域土地利用程度和社會發展水平直接的關系，選取單位面積GDP來表征區域經濟發展水平，城市化指數(建設用地在區域總面積中所占比例)來表示城市化水平，土地綜合利用程度指數來表示區域土地利用程度。同樣分為調整前(區域總面積)和調整后(剔除未利用地面積)兩種情景，分別計算兩種情景下對應時期西咸新區各指標(見圖5)。由圖5可知，土地利用程度綜合指數同空間城市化指數、單位面積GDP均呈現出同增同減的關系，隨著土地利用程度綜合指數增加，西咸新區的空間城市化指數和單位面積GDP均呈上升趨勢。由于區域內未利用土地所占比例較小，因此，調整前后土地利用程度與區域發展的內在耦合關系未發生明顯變化。2014年西咸新區的正式成立，使得城市化進程加速，伴隨著土地利用程度綜合指數的增加以及經濟發展水平的提高。

圖5 西咸新區土地利用程度與區域發展關系

2010年在城區未建設階段，區域經濟發展較為緩慢，土地利用程度綜合指數增長緩慢。2010—2015年為新城區建設伊始階段，擴張性增長較為突出，土地利用程度綜合指數也大幅度提升。由于城區新建時期，政府引導加大基礎設施建設，建設投入力度增加，但實施中很多政策、制度建設及落實還不夠完善，發生了建筑用地面積增大過快、空間城市化指數增長過快等現象。2015—2018年期間，經過幾年快速發展，政府對區域發展定位及運行方式進行適當調整，由大力度開展基礎設施建設轉為創新城市發展方式，注重提高土地利用效率，調整產業結構，以創新為動力促進產業升級。因此，建設用地增長變緩，但能保持區域GDP持續增長，逐步開始走上又快又好發展的道路。

3.2 土地利用變化驅動因素分析

土地利用受自然和人類活動共同影響，而人類活動本身的復雜性加之城市發展帶來的活動強度提升，其對土地利用的影響愈發強烈。主要驅動因素如下：

(1) 人口變化是土地利用變化最活躍的影響因子，人口的增長必然伴隨著居民建筑和城鎮用地的擴張，西咸新區成立前的2010年，人口為77.95萬人，成立后的2015年和2018年分別增長至91.50萬和102.32萬，增長率分別為17.38%和31.26%；結合土地利用綜合程度指數分析，兩者存在很強的線性正相關，R2達到0.99，表明人口增長是新區土地利用變化的核心驅動因素之一。

(2) 西咸新區位于關中經濟核心區，是新絲綢之路的起點城市，承擔著“共建大西安、引領大關中、輻射大西北”的時代重任。因此，西咸新區的發展必然會伴隨著產業集聚、基礎設施建設加速推進、城鄉一體化加速等活動[22]，這些將導致區域土地利用的急劇變化，最明顯的特點即建設用地面積在3個時期出現連續增加。根據《西咸新區城市總體規劃(2016—2030年)》，2030年新區城市建設用地將超過272 km2，城鎮建設空間規劃總計達到344 km2，城鎮建設帶來的土地利用變化將持續貫穿新區的發展過程。

(3) 西咸新區作為現代化新區，在城市建設的過程中融入了更多的生態和景觀措施，如海綿城市的建設中采用的生物滯留池等LID設施，一定程度上增加了區域內水域和草地的面積[23]。

4 結 論

基于西咸新區建成前后的2010—2018年三期土地利用和社會經濟數據，探析新區土地利用動態及其與經濟發展的內在聯系，得出以下結論：

(1) 耕地和建設用地是西咸新區最主要的兩種土地利用類型，兩者面積在流域總面積占比在90%以上。2010—2018年區域耕地、林地和水域面積連續減少，其中耕地面積減少最明顯，所占比例由72.57%下降到65.56%；建設用地面積持續增加，所占比例由20.64%增加到28.21%。土地利用變化與新區建成發展過程基本吻合。新建城區經歷較大規模的基礎設施建設過程，該過程中耕地保護與建設用地的擴張應做好平衡。

(2) 研究期內西咸新區土地利用程度綜合指數均大于300，普遍較高，且隨時間逐漸增大，2010—2018年增長了2.60%。空間上新區東南部土地利用程度較高，西北部略低。地理位置帶來的大城市輻射效應的差異以及政策導向是土地利用程度空間差異的主要原因。

(3) 2010—2018年西咸新區土地利用效益連續增長，增長超過114 %，土地利用程度與經濟發展水平正相關。土地利用與經濟發展既能相互表征又有相互制約關系。土地利用變化的主要驅動因素為政策性引導的人類活動。