土地利用变化分析

1.5.1　土地利用变化分析

土地利用动态变化主要包括土地利用数量的变化、土地利用结构的变化和土地利用程度的变化，以下分别从时间和空间分异两个角度进行论述和分析。

1）土地利用数量的变化

（1）土地利用变化幅度

土地利用类型面积变化是区域土地利用变化的重要方面，而面积变化首先反映在不同利用类型土地的总量变化上，通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土地利用变化总的态势。

通过对江苏省1996～2006年数据进行统计分析，得出表1.18的结果。

表1.18　1996～2006年江苏省土地利用变化统计表

从总体上看，江苏省土地利用总量变化的特征表现为：

①农业用地总体减少，林地、园地增加

比较1996年和2006年农业用地面积，江苏省农用地总体规模有较大幅度减少，共减少227 071.76hm²，其中数量减少最大的是耕地，林地和园地稍有增加，说明这一时期农业结构调整（退耕还园、退耕还林）成效明显。从幅度来看，牧草地减少了95.41％，其中大部分是天然草地，交通运输用地增加了73.39％，说明这一时期全省交通基础设施建设投入增多，投资环境大大改善。

②耕地数量较大幅度减少，耕地质量下降

江苏省耕地面积减少十分突出，1996～2006年耕地数量从5 061 675.00hm²下降到4 768 735.55hm²，减少了5.79％，10年净减292 939.45hm²，占期内土地利用变化总量的30.05％。其中1996～2004年间质量较好的灌溉水田和水浇地减少最多，占到耕地变化量的80.90％，而质量较差的旱田面积则增加了47 241.29hm²，耕地质量有所下降。

图1.12　江苏省1996～2006年耕地、建设用地变化趋势

③建设用地急剧扩大，工矿用地增加最多

如图1.12所示，1996～2006年间，江苏省建设用地急剧扩大，从1996年的1 584 242hm²增加到2006年的1 869 122.03hm²，增加了18.10％。其中交通运输用地增加最多，增加了73.39％。

④未利用地面积减少，土地利用率稍有上升

1996年全省未利用地面积为2 113 526.64hm²，到2006年减少到2 062 498.01hm²，减少了2.50％，净减少面积53 164.03hm²，其中未利用土地增加88 524.40hm²，其他土地减少139 552.89hm²，未利用土地增加是局部地区生态系统退化的表现，其他土地减少主要是由于湖泊围垦、滩涂开发形成的，对生态造成不利影响，同时也说明全省后备土地资源短缺的问题越来越突出，耕地占补平衡中未利用地的开发还未得到足够的重视。

图1.13　1996～2006年江苏省耕地面积相对变化率比较

综上所述，1996～2006年间耕地数量变化最大，耕地不仅是重要的生产要素，而且是人类生存的根基。耕地不仅有生产功能（经济效益），更有生态服务功能（生态效益）和社会保障功能（社会效益）。以耕地变化为例，江苏全省及各地级市耕地数量变化数据表明，在全省耕地面积相对变化率明显减少的背景下，空间分布表现出较大的差异（见图1.13），即：苏南地区总体减少幅度大，均超过了全省平均水平；苏北地区内部耕地减少差异比较明显，徐州耕地减少幅度低于全省平均水平，而连云港和盐城耕地出现增加；苏中各市耕地呈现减少趋势，区域平均水平和全省水平差不多。

为进一步证实经济发展速度与耕地减少的直接关系，在将江苏省分解成不同的区域后分析表明，不同城市耕地数量变化过程存在着区域差异（见图1.14）。苏南地区耕地总量少，在社会经济发展过程中耕地一直呈现减少趋势，并且减少速度逐渐加快；苏中地区耕地数量总体上表现为缓慢的变化，一直表现为缓慢的减少；苏北地区耕地数量总体上表现为缓慢的减少，但不同地区变化的差异较大，部分地区出现耕地总量增加的现象，如盐城。总之，江苏省耕地变化的过程与格局存在着明显的区域差异；同时，耕地面积变化与地区经济发展之间存在着密切的关系。

图1.14　1996～2006江苏省分区域耕地变动表

（2）土地利用变化速度

土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极的作用。

单一土地利用动态度用于表达某一区域一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化速度，其表达式为：

式中，K为研究时段内某一土地利用类型动态度；U_a、U_b分别为研究期初、期末某一种土地利用类型的数量；T为研究时段长，T设定为年，K的值就是某种土地利用类型的年变化率。

根据式（1.1），计算出江苏省1996～2006年各土地利用类型的年变化率。

计算结果表明，整个江苏省土地利用变化速度最快的是牧草地，其次土地利用变化速度较快的是交通运输用地、未利用地和居民点及独立工矿用地，随着社会经济的发展，各地物流、信息流沟通加快，基础设施投入加大，招商引资步伐加快，工矿企业增多，同时人口增加和收入增多带来城镇农村居民点用地增多；林地变化速度最小，林地在该时期内缓慢增长，说明退耕还林政策成效明显。

通过土地利用变化率不仅可以看出不同土地利用类型在时段内的变化速度，利用地理信息系统的空间表达功能还可以看出某种土地利用类型在空间上的变化差异。利用1997年和2004年土地利用数据分别计算耕地、林地、居民点及独立工矿用地和未利用地在1997～2004年间的土地利用年变化率，如图1.15至图1.18所示。

由图1.15可以看出，全省范围内，耕地增加区主要分布在苏北，尤其是江淮平原和滨海平原，耕地减少区主要分布在苏南，经济发展较快的南京，无锡和苏州减少尤甚。耕地增加的原因主要是由于土地开发复垦造成的，连云港海州湾地区和无锡沿太湖地区增加最快，分别是沿海滩涂围垦和湖泊围垦，从这一方面也说明了经济发展与生态保护的矛盾比较突出。耕地减少的原因对于苏北主要是退耕还林，与图1.16林地增加部分相吻合，对于苏南主要是建设占用耕地导致耕地减少。另外农业结构调整也是造成耕地减少的原因之一，由于比较经济效益的存在，耕地向果园、茶园转化，从而导致耕地减少。耕地占补在全省空间上存在不平衡，建设占用的多为优质耕地，而新增耕地多是质量较差的由沿湖、沿海滩涂开发的边际耕地。

图1.15　1997～2004年江苏省耕地年变化率

图1.16　1997～2004年江苏省林地年变化率

由图1.16可以看出，林地增加主要分布在苏北江淮平原、黄淮平原和滨海平原地区，与该地区耕地的减少相一致，主要是由于当地政府大力提倡植树造林富民工程政策的结果，而苏南地区林地增加部分比较分散，主要是退耕还林的原因。在长江以北，林地的减少主要发生在里下河平原地区，而该地区地势低洼，洪涝频繁，林地快速的减少给防洪带来不利的影响。长江以南林地的减少主要发生在宁镇丘陵地区，易造成水土流失，给当地生态系统带来不利的影响。

从图1.17可看出，居民点及独立工矿用地在全省范围内都有所增加，苏南比苏中和苏北地区增加要快。苏南小城镇建设和乡镇企业的发展使得城乡居民点及独立工矿用地增加迅速。苏北在省委、省政府的大力支持下，抓住苏北振兴、沿东陇海线产业带建设的重要机遇，加强与苏南五市结队帮扶，吸引苏南产业转移，逐步加快了工业化、农村产业化和城市化的步伐，城乡面貌显著改善。

图1.17　1997～2004年江苏省居民点及独立工矿用地年变化率

图1.18　1997～2004年江苏省未利用地年变化率

图1.18显示未利用地变化比较分散，但仍呈现一定规律性。未利用地增加主要分布在沿长江、环太湖、环洪泽湖地区，主要是洪涝灾毁、海水淹没所致。该时期全省未利用地大范围减少，但苏南比苏北减少迅速，一定程度上反映了全省各地土地利用率在提高，而苏南比苏北地区土地利用水平高。

2）土地利用结构的变化

土地利用结构的变化是自然和人为因素综合作用的结果，是人地系统耦合作用的产物。江苏省不同时期土地利用结构功能很大程度上反映了全省不同时期的自然资源条件及社会经济结构，因此研究江苏省不同时期的土地利用结构分异及其动态变化是研究全省自然资源和社会经济结构的重要途径。

（1）土地利用结构变动的速度

土地利用结构的变化可以反映出土地使用方向的变化趋势，到2006年江苏省耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民点及独立工矿用地、交通运输用地、水利设施用地、未利用地、其他土地的结构比例为44.68∶2.99∶3.05∶0.01∶12.45∶14.52∶1.18∶1.82∶1.92∶17.38，牧草地比例很小，约为土地总面积的0.01％（见表1.19）。

表1.19　不同年份的江苏省土地利用结构　　（％）

（续表1.19）

土地利用结构变动速度指标可以考察某个时期内土地利用类型变动的速度。其计算公式为：

其中，K表示土地利用结构变动速度；Q_it和Q_i0表示期末和基期的i类土地在土地利用中的比例；T为测评期时间间隔年份。

用表1.19中列出的土地利用结构数据，按照公式（1.2），可以对江苏省土地利用结构变动速度进行量化分析，计算结果表明，两个时期的土地利用结构变化有很大差别（见图1.19），1996～2000年期间，土地利用结构变动速度比较小，只有0.424 8；2000～2004年期间是江苏省土地利用结构变动比较剧烈的时期，速度达到1.633 6；2004～2006年间江苏省土地利用结构变动速度达到了0.721 0。

图1.19　江苏省土地利用结构变动速度变化

（2）土地利用结构的系统有序度

土地利用结构系统有序度是对自然和人类活动的响应，可用Shannon信息熵来表示。假定第i研究子区土地利用总面积为A_i，A_ij为第i个（i＝1，2，3，…，n）县、市第j类（j＝1，2，3，…，m）土地利用类型的面积，则有：

第i个县、市土地利用结构信息熵H_i，可用如下公式表示：

土地利用结构信息熵可综合反映全省在一定时段内各种土地利用类型的动态变化，同时也可说明人类与自然作用对土地利用系统的改造程度。当信息熵H_i值愈大，土地利用结构系统的有序度愈高，反之亦然。

根据公式（1.4）计算江苏省1996～2006年每年土地利用结构信息熵（见表1.20）。

表1.20　1996～2006年江苏省土地利用结构信息熵变化

由图1.20可以看出，虽然全省土地利用结构信息熵有波动，但总体上呈现增长趋势，且1996～2001年增长缓慢，2001年以后迅速增长，土地利用类型呈现丰富和均匀程度。

图1.20　江苏省土地利用结构信息熵的变化趋势

3）土地利用程度的变化

土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度，它不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性，同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应。根据刘纪远先生等提出的土地利用程度的综合分析方法，将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为若干级，并赋予分级指数（见表1.21），从而给出了土地利用程度综合指数及土地利用程度变化模型的定量化表达式。

表1.21　土地资源利用类型分级

（1）土地利用程度综合指数模型

某研究区土地利用程度综合指数可表达为：

式中，L_j为某研究区域土地利用程度综合指数；A_i为研究区域内第i级土地利用程度分级指数；C_i为研究区域内第i级土地利用程度分级面积百分比；n为土地利用程度分级数。

（2）土地利用程度变化模型

一个特定范围内土地利用程度的变化是多种土地利用类型变化的结果，土地利用程度及其变化量和变化率可定量地揭示该范围土地利用的综合水平和变化趋势。土地利用程度变化量和土地利用程度变化率可表示为：

式中，L_b和L_a分别是b时间和a时间的区域土地利用程度综合指数；A_i为第i级的土地利用程度分级指数；C_ib和C_ia分别为某区域b时间和a时间第i级土地利用程度面积百分比。如ΔL_b－a＞0，或R＞1，则该区域土地利用处于发展时期，否则处于调整期或衰退期。

根据公式（1.5）计算出江苏省1996～2004年土地利用综合指数（见表1.22），并画出趋势图（见图1.21）。

表1.22　1996～2004年江苏省土地利用面积百分比与综合指数

图1.21　1996～2004年江苏省土地利用综合指数趋势图

由图1.21可直观地看出，江苏省土地利用综合指数总体上呈现增长态势，1996～2001缓慢增长，2002年稍有回落，2003年综合指数显著提高，反映了江苏省土地利用的广度和深度在不断加强，土地利用水平在逐渐提高。随着人口的增长和收入的提高，在住、行等方面必然会产生更多更高的需求，人们的消费结构也会发生很大的变化，从而带来农业用地总量的减少以及农业用地内部结构的调整。随着城市化进程的加快，大量农村人口搬入城市，城市人口的不断增长，必然会推动城市建设规模的不断扩大，大量农业类用地转变成建设用地，土地利用程度总体上呈现出稳步增长的趋势；随着工业化和城市化的发展，经济密度和单位土地上固定资产投资额逐年增加，农业产值的比例逐年减少。人们对农业收入的依赖减轻，并且由于单位农业用地产值低于单位非农业用地产值，人们更乐意进行非农业生产。非农经济的发展，促成大量的农业用地转变为非农用地，并且单位土地上的投资也趋向增大，土地利用程度趋向增强。

土地利用程度变化量可定量地揭示全省范围内土地利用的综合水平，由图1.22显示，1996～2004年期间，除了2001～2002年度ΔL_b－a＜0，表明该年度全省土地利用处于调整期，其余年度ΔL_b－a＞0，表明全省土地利用处于发展期，且2003年以来土地利用水平经过2002年调整后得到显著提高。

图1.22　1996～2004年江苏省土地利用程度变化量

由于全省自然条件、社会经济条件的不同，土地利用程度的变化也存在空间区域差异（见图1.23）。1996～2004年期间，除了南京市土地利用处于调整期，其余各地土地利用都处于良好的发展时期，其中苏南五市整体上土地利用综合水平最高，苏南经济得到全面提升；苏中土地利用综合水平低于全省平均水平，处于调整和发展并存的时期，苏中在融入苏南板块的步伐需要加快；而苏北呈现空间分异，盐城市土地利用综合水平超出全省平均水平，而连云港低于全省平均水平，总体而言，在振兴苏北的机遇下，苏北出现了可喜的快速发展势头。

图1.23　1996～2004年江苏省土地利用程度变化量比较