蘇明偉，張偉峰，杜 鵑，李明潔，段 煉，梁永康

（1.寶雞文理學(xué)院，a.地理與環(huán)境學(xué)院；b.經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 寶雞 721013；2.武漢科技大學(xué)理學(xué)院，武漢 430065）

土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）與人類生產(chǎn)生活有著緊密聯(lián)系，影響自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，也是國際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）和國際全球變化人文因素計(jì)劃（IHDP）兩大國際項(xiàng)目合作進(jìn)行的綱領(lǐng)性交叉科學(xué)研究課題，同樣是當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展與全球變化研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一，對(duì)全球氣候變化和全球環(huán)境變化起到至關(guān)重要的作用。1992 年聯(lián)合國“21 世紀(jì)議程”明確提出將加強(qiáng)土地利用變化研究作為21 世紀(jì)重點(diǎn)科研工作，標(biāo)志著國際上對(duì)土地利用變化研究的開始［1］。國內(nèi)學(xué)者對(duì)土地利用的研究日漸增多，張曉寧等［2］構(gòu)建了土地利用自然生態(tài)位模型，將模型與景觀格局結(jié)合進(jìn)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(zhuǎn)移情況，并分析了土地利用變化驅(qū)動(dòng)力。賈菊桃等［4］從時(shí)空分布的角度分析了西北地區(qū)土地利用變化情況，發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。劉瑤等［5］分析了不同土地利用類型對(duì)水環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是研究區(qū)水環(huán)境非點(diǎn)源污染的主要污染來源，還有其他學(xué)者也對(duì)不同土地利用類型下水環(huán)境、大氣環(huán)境的影響做了相關(guān)研究［6-9］。張琳等［10］、何格等［11］研究了稀缺土地資源與區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快地區(qū)的城市土地資源稀缺度與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)更符合庫茲涅茨曲線。劉忠等［12］將土地利用和人口密度結(jié)合分析糧食產(chǎn)量的空間分布規(guī)律。武力超等［13］在城市化和經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展背景下，分析了30 年時(shí)間尺度土地資源結(jié)構(gòu)變化情況以及耕地轉(zhuǎn)化情況。

隨著中國西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化發(fā)展迅猛，對(duì)土地需求日益激增，但西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，不同土地類型的使用和分布都對(duì)環(huán)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(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在土地的不合理配置，土地資源濫用現(xiàn)象明顯。基于以上，本研究分析了陜西省2010—2018 年LUCC 動(dòng)態(tài)變化情況，定量化闡明近9 年陜西省土地資源結(jié)構(gòu)變化，針對(duì)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(guī)劃土地資源配置、實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

陜西省位于黃河中游，南部兼跨長(zhǎng)江支流漢江流域和嘉陵江上游的秦巴山區(qū)，是西北較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。省內(nèi)鐵路和高速公路運(yùn)輸通暢，北部是黃土高原，中部是關(guān)中平原，占比最多的是黃土高原，南部是秦巴山區(qū)，是西北典型的水土流失嚴(yán)重地區(qū)。持續(xù)的工業(yè)和城鎮(zhèn)人口擴(kuò)張導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)耕地減少和其他用地低效使用，工業(yè)企業(yè)的增加加劇了農(nóng)村人口遷移，農(nóng)村閑置耕地增加，城市用地緊張，環(huán)境壓力加大，城鎮(zhèn)化和土地利用變化帶來一系列環(huán)境和社會(huì)生態(tài)問題，影響可持續(xù)發(fā)展。對(duì)陜西省2010—2018 年的LUCC 動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，有利于政府對(duì)合理利用土地進(jìn)行正確決策，為適時(shí)調(diào)整土地政策提供科學(xué)依據(jù)，使生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展［15，16］。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2010—2018 年陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒自然資源部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒分類，將陜西省土地類型分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利建設(shè)用地和未利用土地共8 個(gè)一級(jí)利用類別，對(duì)8 個(gè)類別進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)變化情況，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析與定量分析相結(jié)合的方法，采用土地利用動(dòng)態(tài)度模型、土地利用變化幅度、單一和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用程度綜合指數(shù)、土地利用結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)模型定量分析陜西省2010—2018 年土地利用動(dòng)態(tài)變化，具體參照王秀蘭等［17］構(gòu)建的土地利用動(dòng)態(tài)度模型，具體各指數(shù)計(jì)算公式及含義見表1［17-23］。

3 結(jié)果與分析

3.1 各類土地利用變化幅度分析

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)土地利用數(shù)據(jù)計(jì)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(yīng)國家相關(guān)政策和土地復(fù)墾以及生態(tài)修復(fù)等措施的出臺(tái)，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(duì)土地利用政策逐漸完善，對(duì)公共資源的使用日趨合理，林地面積的增加對(duì)可持續(xù)發(fā)展政策的實(shí)施有很大的正面效應(yīng)。從其他數(shù)據(jù)來看，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、城鎮(zhèn)人口增加和就業(yè)壓力等社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)用地均有不同幅度的增加，側(cè)面表明陜西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平有明顯上升趨勢(shì)。草地面積相對(duì)有所減少，這也和其他土地面積增加有直接關(guān)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(jié)構(gòu)有以下主要特征：①主要的土地利用類型沒有發(fā)生改變，受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響較大，以農(nóng)業(yè)用地為主的用地結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生較大改變，但減少的未利用土地主要轉(zhuǎn)向林地、園地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)用地；②2010—2018年，林地和園地面積增加明顯，說明陜西省生態(tài)環(huán)境得到有力改善，促進(jìn)了人與自然的和諧相處；③對(duì)較為脆弱的西北地區(qū)，陜西省林地有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但由于自然條件限制，對(duì)可開發(fā)土地有較大挑戰(zhàn)，如何在未來適當(dāng)開發(fā)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(shù)及計(jì)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(jì)算陜西省單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度，其中負(fù)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(jié)果顯示，園地、林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)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(rèn)為其受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)影響較大。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通運(yùn)輸用地和水域水利建設(shè)用地面積增加是大勢(shì)所趨，由于持續(xù)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，園地、林地面積也有所增加，表明生態(tài)環(huán)境在土地面積上有所改善。耕地、草地和未利用土地動(dòng)態(tài)度為負(fù)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(shù)大，年變化率較低，除林地和耕地外，其他土地類型動(dòng)態(tài)度變化明顯，表明人類活動(dòng)對(duì)這幾類土地的利用程度加大，由此轉(zhuǎn)移未利用土地面積。

2010—2018 年，陜西省綜合土地利用動(dòng)態(tài)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(nèi)陸，發(fā)展速度相對(duì)較慢，從單一土地利用動(dòng)態(tài)度也可以看出，土地利用的變化面積主要集中在交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)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(xiàn)研究區(qū)內(nèi)土地利用開發(fā)程度［18］，反映人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)，對(duì)了解當(dāng)前陜西省土地利用開發(fā)程度提供科學(xué)依據(jù)。將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4 級(jí)，并賦予分級(jí)指數(shù)［19］，如表3 所示。運(yùn)用土地利用程度指數(shù)的表達(dá)式定量表現(xiàn)出土地利用程度的變化。

表3 土地利用程度的分級(jí)賦值

經(jīng)計(jì)算得出陜西省土地利用程度指數(shù)為226.57（2010 年）和232.25（2018 年），依據(jù)土地利用程度指數(shù)極限為400［11，13］，說明陜西省對(duì)土地資源的開發(fā)力度較大，受人類活動(dòng)影響較大，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，這就要求陜西省在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)土地，并采取必要的保護(hù)措施，以防止自然災(zāi)害的發(fā)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(fā)展時(shí)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(shù)、Shannon’s多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)基本保持不變，而均勻度指數(shù)明顯下降。其中，Gibbs-Mirtin 多樣化指數(shù)、Shannon’s 多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別變化了-0.020、-0.003、0.003；而均勻度指數(shù)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(xiàn)在林地、草地、水域及水利建設(shè)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(shù)

4 討論

陜西省在2010 年3 月26 日通過結(jié)合本省制定的《中華人民共和國土地管理法》（以下簡(jiǎn)稱《辦法》，并按《辦法》嚴(yán)格實(shí)施各類土地保護(hù)政策。《辦法》中明確劃定基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，編制土地開發(fā)整理和退耕還林還草專項(xiàng)計(jì)劃時(shí)必須符合土地利用總體規(guī)劃［26］。從本研究結(jié)論可看出，《辦法》實(shí)施的近9 年間起到了實(shí)質(zhì)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(tài)型的林地、園地面積有增加趨勢(shì)。但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利建設(shè)用地面積均呈不同程度的增加趨勢(shì)，這與《2006—2020 年陜西省土地利用總體規(guī)劃》中保障基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程相符［27］。《規(guī)劃》中指出耕地、園地、林地在2010 年要分別完成399 萬、72 萬、1 044 萬hm2的指標(biāo)，園地在2010 年僅為71 萬hm2，并未完成指標(biāo)，但在2018 年就已完成了2020 年77 萬hm2的面積調(diào)整，表明在接近《規(guī)劃》結(jié)束時(shí)期各土地利用類型面積調(diào)整情況較好。

研究時(shí)段內(nèi)交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)用地?cái)?shù)量變化情況明顯，單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別達(dá)37.05%、83.59%。改革開放40 年來陜西省重大水域水利建設(shè)工程30 項(xiàng)，一批交通運(yùn)輸重點(diǎn)項(xiàng)目相繼完成，關(guān)中城市群公交化建設(shè)、對(duì)商品糧集散地等經(jīng)濟(jì)干線的完善，以及西咸一體化、寶雞市區(qū)面積擴(kuò)建，導(dǎo)致相應(yīng)土地資源使用面積增加［28］。同時(shí)，土地利用轉(zhuǎn)換向交通運(yùn)輸和水域水利建設(shè)傾斜，導(dǎo)致近9 年間土地利用類別均勻度下降。依據(jù)分級(jí)后的土地類型計(jì)算土地利用程度指數(shù)，結(jié)果表明研究年限內(nèi)陜西省土地利用受人類活動(dòng)影響較大，同時(shí)受工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，產(chǎn)生一定程度的工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集，導(dǎo)致工業(yè)用地增加。

陜西省分為三大地形區(qū)，即陜北黃土高原、關(guān)中平原地區(qū)、陜南秦巴山區(qū)。尤以陜北生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重，土壤肥力低，受交通條件限制，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后，因此在陜北地區(qū)應(yīng)加大水土保持力度，嚴(yán)格管理土地資源的使用，重點(diǎn)做好防沙固土工作，切實(shí)保護(hù)好農(nóng)業(yè)用地。在關(guān)中地區(qū)，地形以平原為主，作為陜西省主要的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)，應(yīng)優(yōu)化土地資源結(jié)構(gòu)，保證農(nóng)業(yè)用地面積，合理配置土地資源，在保證土地可持續(xù)發(fā)展前提下統(tǒng)籌城鄉(xiāng)建設(shè)。陜南以山區(qū)為主要地形，是陜西省森林覆蓋面積最多的地區(qū)，在此地區(qū)應(yīng)守好生態(tài)紅線，保護(hù)好生態(tài)資源，以保護(hù)為主要責(zé)任前提下合理開發(fā)土地和自然資源，并做好自然災(zāi)害防控工作，安全合理改善土地生態(tài)。因此，為了更有效地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)資源的可持續(xù)利用，要科學(xué)合理規(guī)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(fā)展［29］。

本研究通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析與定量分析相結(jié)合的方法分析陜西省2010—2018 年的土地利用動(dòng)態(tài)變化，對(duì)該時(shí)期土地利用結(jié)果的原因進(jìn)行了較深入討論，并結(jié)合本研究的結(jié)果對(duì)今后土地資源管理方向給出相應(yīng)建議，有利于政府部門對(duì)土地資源的科學(xué)管理和配置。土地資源的合理配置和可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)艱難探索的過程，受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口發(fā)展、自然災(zāi)害等眾多復(fù)雜因素影響，本研究時(shí)間尺度相對(duì)較短，研究?jī)?nèi)容較為單一，沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，在今后的研究中，可對(duì)土地利用變化的內(nèi)在原因進(jìn)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(shù)據(jù)可視化，使研究結(jié)果更直觀。

5 結(jié)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(gè)方面分析了陜西省2010—2018 年的土地利用動(dòng)態(tài)變化，并分析了該時(shí)期陜西省各土地利用類型的轉(zhuǎn)換情況，得出以下結(jié)論。

1）2010—2018 年陜西省土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(zhèn)村及工礦用地、林地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利建設(shè)用地面積增加明顯，表現(xiàn)出未利用土地向其他土地類型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

2）從陜西省土地利用變化情況來看，土地利用動(dòng)態(tài)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(shù)分別為226.57 和232.25，依據(jù)土地利用程度指數(shù)極限為400，陜西省數(shù)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(duì)土地資源開發(fā)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(fā)展時(shí)期。

4）2010—2018 年陜西省土地利用Gibbs-Mirtin多樣化指數(shù)、Shannon’s多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均有所下降，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)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。