王 婷, 韋仕川,2

(1.海南大學(xué) 公共管理學(xué)院, 海南 ?？?570228; 2.海南省公共管理治理研究中心, 海南 海口 570228)

城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的無序蔓延擴張，人口、產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)三者之間的交互關(guān)聯(lián)耦合，導(dǎo)致非農(nóng)用地需求增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與生態(tài)空間受到擠壓，導(dǎo)致糧食生產(chǎn)安全和生態(tài)安全等問題日益突顯[1-4]。人們對土地的開發(fā)利用強度使得土地利用發(fā)生劇烈變化，加速土地利用轉(zhuǎn)型[5]。開展土地利用轉(zhuǎn)型研究對于綜合研究與評估土地變化結(jié)果，破解人類活動與土地利用/土地覆被變化系統(tǒng)耦合規(guī)律，實現(xiàn)土地資源的優(yōu)化利用具有重要意義[6]。

土地利用轉(zhuǎn)型是指社會經(jīng)濟變化和革新的驅(qū)動下，某一區(qū)域在一段時期內(nèi)由一種土地利用形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N土地利用形態(tài)的過程，它通常與經(jīng)濟和社會發(fā)展階段的轉(zhuǎn)型相對應(yīng)，是一個動態(tài)變化的過程[7]。已有諸多學(xué)者針對土地利用轉(zhuǎn)型進行研究。國外學(xué)者對林地轉(zhuǎn)型方面頗為關(guān)注[8-10]；國內(nèi)學(xué)者主要集中于耕地轉(zhuǎn)型[11-13]、宅基地轉(zhuǎn)型[14-16]、建設(shè)用地轉(zhuǎn)型[17-20]、土地利用轉(zhuǎn)型的理論框架[21]、土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[22-24]以及與鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型發(fā)展耦合關(guān)系等[25]方面。土地利用具有生態(tài)、生產(chǎn)和生活(簡稱“三生”)的綜合功能，而土地利用轉(zhuǎn)型的重要表現(xiàn)就是有限的土地資源通過在各種主導(dǎo)功能之間進行數(shù)量和空間再配置的動態(tài)過程[26-27]。目前基于“三生”功能的土地利用轉(zhuǎn)型研究大多聚焦于生態(tài)方面[23-24,28-29]，而綜合考慮其社會、經(jīng)濟與政策的影響因素研究甚少。

?？谑惺呛Ｄ鲜〗?jīng)濟、政治、文化中心及與島外聯(lián)系的交通樞紐，也是海南國際旅游島和自由貿(mào)易港建設(shè)的前沿陣地。在此種背景下，明晰土地利用轉(zhuǎn)型特征及其影響因素對于自貿(mào)港建設(shè)及土地利用布局優(yōu)化具有重要意義。因此，本研究以?？谑袨槔猛恋乩棉D(zhuǎn)移矩陣、土地功能重心遷移和小波相干模型，識別2009—2018年?？谑型恋乩棉D(zhuǎn)型特征及影響因素，為國土空間規(guī)劃提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

?？谑惺呛Ｄ鲜∈鞘?，國際性綜合交通樞紐城市，國家“一帶一路”倡儀支點城市，海南自由貿(mào)易港核心城市，位于北緯19°31′—20°04′，東經(jīng)110°07′—110°42′，地處海南島北部，東鄰文昌，西接澄邁，南毗定安，北瀕瓊州海峽。下轄秀英、龍華、瓊山、美蘭4個區(qū)，共轄22個鎮(zhèn)，21個街道辦事處。截至2018年底，海口市總?cè)丝跒?.30×106人，土地總面積為2 289.51 km2，地區(qū)生產(chǎn)總值為1.51×1010元。研究區(qū)屬于熱帶季風(fēng)氣候，地勢平緩，主要土壤類型為磚紅壤、帶狀潮沙泥、濱海沙土。隨著2008年“國際旅游島”的提出，人口數(shù)量增加，城市化進程加快，土地利用發(fā)生劇烈轉(zhuǎn)型。

2 研究方法及數(shù)據(jù)

2.1 研究方法

2.1.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 通過分析土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，可以實現(xiàn)土地利用功能結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。該方法將土地利用轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)移面積以矩陣的形式加以列出，可以綜合反映不同時期土地利用的結(jié)構(gòu)特征和土地利用功能類型的變化[30]。本文使用ArcGIS軟件對2個時期的土地利用類型數(shù)據(jù)進行交叉分析，并結(jié)合Excel數(shù)據(jù)透視表進行處理，建立2009—2018年?？谑型恋乩妙愋娃D(zhuǎn)移矩陣。計算公式為：

式中：S為面積;n為土地利用的類型數(shù);i，j分別為研究初期與末期的土地利用類型。

2.1.2 土地功能重心遷移 為更直觀地分析土地利用轉(zhuǎn)型過程，通過對各年份各類用地重心坐標的計算分析其重心遷移過程[31]，其表達式為：

式中：X,Y表示各類用地分布重心的經(jīng)、緯度坐標;Wi表示第i個土地斑塊的面積;Xi,Yi分別表示第i個土地斑塊幾何重心的經(jīng)、緯度;n表示該年份各類用地的斑塊總個數(shù)。

2.1.3 小波相干模型 小波相干譜可以用來度量空間中兩個信號局部相關(guān)的密切程度[32-33]。本文將生產(chǎn)用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率代表“三生用地”(Y)和影響因素(X)視為兩組空間信號，采用二者之間的小波相干系數(shù)作為生產(chǎn)用地、生活用地、生態(tài)用地影響因素對其作用的大小，將生產(chǎn)用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率(Y)和影響因素(X)的小波相干譜定義為：

式中：R為生產(chǎn)用地面積變化率、生活用地面積變化率、生態(tài)用地面積變化率Y和影響因素X的小波相干系數(shù);WX(s)，WY(s)和WXY(s)為小波相干譜密度,即均除以尺度參數(shù)s,方可進行頻率域的平滑譜運算,否則將導(dǎo)致在所有空間和頻率點上交叉小波功率譜值均相等的錯誤結(jié)果,〈〉為平滑算子。

利用小波相干系數(shù)，明確土地利用轉(zhuǎn)型與其影響因素之間的作用關(guān)系，若小波相干系數(shù)大于0.7，說明該影響因素對土地利用轉(zhuǎn)型會產(chǎn)生重要作用。小波相干譜中下方0～1是小波相干系數(shù)值，細黑色錐線閉合內(nèi)的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，粗黑線包圍的范圍表示通過蒙特卡洛顯著性檢驗。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來源 文中社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2010,2019年《海口市統(tǒng)計年鑒》和?？谑懈鲄^(qū)、鎮(zhèn)政府工作報告；2009,2018年?？谑型恋財?shù)據(jù)來源于土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)參照《土地利用現(xiàn)狀》(GB/T21010-2017)，土地整治數(shù)據(jù)源于土地整治項目。根據(jù)土地功能相關(guān)文獻[29,34-36]，將土地利用類型按其所滿足人類需求的不同方面分為生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和生活功能(表1)。

表1 ?？谑小叭惫δ芊诸?/p>

2.2.2 指標選取 考慮土地利用轉(zhuǎn)型是土地利用變化演進到一定階段的產(chǎn)物，通常以10 a甚至100 a作為研究尺度[21,37]，故將2009—2018年10 a作為研究整體。土地利用轉(zhuǎn)型任何時候都發(fā)生在社會、經(jīng)濟及政策三維框架中[38]，社會因素主要體現(xiàn)在人口方面，土地利用轉(zhuǎn)型與人口結(jié)構(gòu)緊密相連，人口的遷移影響著土地利用轉(zhuǎn)型[39]；經(jīng)濟因素主要體現(xiàn)在GDP方面，是影響土地利用結(jié)構(gòu)的主要因素和根本動力[40]；政策因素指引著土地利用轉(zhuǎn)變的方向，引起土地利用格局的重大調(diào)整[41]，目前中國土地管理政策是在土地利用總體規(guī)劃管控下，通過建設(shè)用地指標和耕地“占補平衡”政策措施進行管理，建設(shè)用地指標通過建設(shè)用地面積變化情況體現(xiàn)，而耕地“占補平衡”通過土地整理項目實施。

綜上借鑒現(xiàn)有研究[42-46]，結(jié)合數(shù)據(jù)科學(xué)性、可獲取性原則，以研究周期為基準從社會、經(jīng)濟與政策3層面選取指標(表2)。鑒于?？谑凶匀灰蛩貙ν恋乩棉D(zhuǎn)型影響不顯著，故未考慮。

表2 海口市土地利用轉(zhuǎn)型指標解釋

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用轉(zhuǎn)型時間演變特征

圖1為2009—2018年?？谑型恋乩脿顩r分布。由圖1可以看出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、林地生態(tài)用地以及城鎮(zhèn)生活用地分布最為廣泛，依次分布于該市南部、東部與北部。2018年?？谑修r(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林地生態(tài)用地面積為1 164.87，414.43 km2，分別占總面積的50.88%和18.10%(表3)。海口市河湖水網(wǎng)分布密集，水域生態(tài)用地所占比重較高，而草地生態(tài)用地比重相對較小。其他生態(tài)用地面積為3.77 km2，僅占總面積的0.16%，表明海口市土地開發(fā)利用程度高，后備土地資源不充裕。2009—2018年，?？谑型恋馗窬职l(fā)生了顯著變化，生產(chǎn)與生態(tài)用地面積均減少，生活用地面積增加。其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林地生態(tài)用地面積大幅減少，工礦生產(chǎn)用地、城鎮(zhèn)生活用地、農(nóng)村生活用地面積增長較快。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林地生態(tài)用地分別減少35.07，15.73 km2，工礦生產(chǎn)用地、城鎮(zhèn)生活用地、農(nóng)村生活用地面積分別增加20.31，28.7，10.95 km2，其中工礦生產(chǎn)用地增幅最大，增長45.5%，其次是城鎮(zhèn)生活用地，增幅為14.1%。這表明隨著城鎮(zhèn)化水平的快速提升，海口市工礦生產(chǎn)用地、城鎮(zhèn)生活用地需求增加，土地供需矛盾進一步加劇。

圖1 2009—2018年?？谑型恋乩脿顩r

為進一步了解土地利用現(xiàn)狀在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地分布進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，三門坡鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地分布最多，演豐鎮(zhèn)工礦生產(chǎn)用地、水域生態(tài)用地與其他生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)林地生態(tài)用地、其他生產(chǎn)用地分布最多，靈山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活用地與農(nóng)村生活用地分布最多，永興鎮(zhèn)草地生態(tài)用地分布最多。

表3 2009-2018年?？谑懈黝愅恋孛娣ekm2

為了探討各土地利用類型間的內(nèi)部轉(zhuǎn)換，利用ArcGIS的空間分析功能對2009，2018年的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行疊加分析，獲得研究區(qū)2009，2018年土地利用功能類型的轉(zhuǎn)移模式，明確土地類型相互轉(zhuǎn)化的方向和數(shù)量(表4)。土地利用類型轉(zhuǎn)換中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)出方向主要為林地生態(tài)用地、農(nóng)村生活用地，其次為水域生態(tài)用地、城鎮(zhèn)生活用地、草地生態(tài)用地、工礦生產(chǎn)用地；轉(zhuǎn)出面積分別為157.97，40.8，30.84，23.01，22.99，20.39 km2；林地生態(tài)用地轉(zhuǎn)出方向主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地與農(nóng)村生活用地，轉(zhuǎn)出面積分別為158.38，21.52 km2；水域生態(tài)用地轉(zhuǎn)出方向主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，轉(zhuǎn)出面積為29.89 km2；農(nóng)村生活用地主要轉(zhuǎn)出方向為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，轉(zhuǎn)出面積為35 km2；其他用地變化相對較小。土地類型轉(zhuǎn)換中，林業(yè)生態(tài)用地、水域生態(tài)用地、農(nóng)村生活用地與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地進行相互轉(zhuǎn)換，林地生態(tài)用地與農(nóng)村生活用地相互轉(zhuǎn)換，面積相差不大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積主要轉(zhuǎn)出為工礦生產(chǎn)用地與生活用地。綜上所述可知，10 a間，建設(shè)占用仍是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地減少的主要原因。

表4 2009-2018年?？谑型恋乩棉D(zhuǎn)移矩陣 km2

3.2 土地利用轉(zhuǎn)型空間分布特征

通過對土地功能重心分布情況的分析，可以得到研究期內(nèi)“三生”空間變化特征，進而更好地對快速城鎮(zhèn)化進程中?？谑型恋乩棉D(zhuǎn)型過程進行研究分析。如圖2—3所示，?？谑猩a(chǎn)用地重心2009—2018年重心向西北遷移；整個研究期內(nèi)經(jīng)向移動0.019 5°，緯向移動0.020 0°，共向西北方向遷移3 040.17 m；重心位置一直在舊州鎮(zhèn)，存在向云龍鎮(zhèn)移動的趨勢。?？谑猩鷳B(tài)用地重心2009—2018年向東南方向遷移，整個研究期內(nèi)經(jīng)向移動0.005 8°，緯向移動0.004 4°，東南方向遷移773.62 m，重心位置由龍?zhí)伶?zhèn)向云龍鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移。?？谏钣玫刂匦?009—2018年向西北方向遷移，整個研究期內(nèi)經(jīng)向移動0.002 9°，緯向移動0.001 4°，重心位置遷移344.68 m，重心位置均在龍橋鎮(zhèn)?？傮w來看，研究區(qū)生產(chǎn)、生活用地重心移動的共性為均向西北方向移動。表明研究區(qū)的生產(chǎn)、生活用地發(fā)展方向總體開始向北偏移，與北部區(qū)域發(fā)展的交通用地以及居民點范圍的擴張有直接關(guān)系。生態(tài)用地則向東南方向移動，與研究區(qū)較優(yōu)越自然條件集中在南部有關(guān)。

圖2 2009-2018年海口市土地功能重心遷移特征

圖3 2009-2018年?？谑型恋毓δ苤匦倪w移特征

3.3 土地利用轉(zhuǎn)型影響因素

小波相干模型(圖4—6)分析結(jié)果表明，對生產(chǎn)用地影響的指標依次為：常住人口變化率(0.928 4)>地均人口變化率(0.918 3)>建設(shè)用地面積變化率(0.882 2)>新增耕地總面積(0.797 2)>土地整理總規(guī)模(0.795 6)>人均GDP變化率(0.792 8)>土地整理投資總額(0.781 9)>地均GDP變化率(0.767 4)；對生活用地影響程度的指標依次為：建設(shè)用地面積變化率(0.992 1)>人均GDP變化率(0.963 2)>常住人口變化率(0.939 1)>地均人口變化率(0.935 5)>地均GDP變化率(0.927 0)>新增耕地總面積(0.852 3)>土地整理總規(guī)模(0.826 8)>土地整理投資總額(0.824)；對生態(tài)用地影響程度的指標依次為；地均人口變化率(0.853 1)>常住人口變化率(0.840 7)>建設(shè)用地面積變化率(0.830 9)>地均GDP變化率(0.778 7)>人均GDP變化率(0.730 0)，其中土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積未通過蒙特卡洛顯著性檢驗。

圖4 生產(chǎn)用地與其影響因素的小波相干圖譜

3.3.1 社會因素 依據(jù)小波相干模型得知人口對土地利用轉(zhuǎn)型影響最為顯著，其相干系數(shù)均大于0.84，與生活用地的相干系數(shù)達到0.9以上。海南省政府在2008年出臺了《海南國際旅游島建設(shè)行動計劃》和《關(guān)于加快推進海南國際旅游島建設(shè)的意見》，并在全省范圍內(nèi)布局推動國際旅游島建設(shè)；2010年，國務(wù)院、海南省政府先后發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于推進海南國際旅游島建設(shè)發(fā)展的若干意見》及《海南國際旅游島建設(shè)發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020)》，海南國際旅游島建設(shè)正式上升為國家戰(zhàn)略。在此背景下，大量人口迅速涌入海口市城鎮(zhèn)地區(qū)。一方面各類外來人才入瓊，作為海南省會城市，?？谑性?0 a間吸引外來人口數(shù)量高達8.22×105人；另一方面，隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，人口城鎮(zhèn)化使得農(nóng)村人口不斷向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，研究期間約有48.57萬人轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)戶口?！半p重”因素的人口集聚導(dǎo)致建設(shè)用地需求增長，土地利用轉(zhuǎn)型格局發(fā)生轉(zhuǎn)變，加速生活用地的擴張，促進生產(chǎn)用地空間格局變化和擠占生態(tài)用地空間。

圖6 生態(tài)用地與其影響因素的小波相干圖譜

3.3.2 經(jīng)濟因素 隨著“國際旅游島”的提出，各方資金注入，?？谑薪?jīng)濟水平急劇上升。2009—2018年，10 a間?？谑械貐^(qū)生產(chǎn)總值增長了1.00×1011，地均GDP增長了3倍，人均GDP增長了6倍。從小波相干模型得知，經(jīng)濟因素對生活用地影響最大，其小波相干系數(shù)均超過0.9，表示隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各方資本進入土地市場，為推動國際旅游島建設(shè)，推進城鎮(zhèn)化進程，占用農(nóng)用地與生態(tài)用地，擴張城市用地，促使土地利用轉(zhuǎn)型。

3.3.3 政策因素 政策因素以規(guī)劃管理和行政機制等方式影響土地利用轉(zhuǎn)型方向，也可間接作用于土地使用者，限制其使用范圍。從小波相干系數(shù)可知，土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積對生態(tài)用地影響不顯著，這是由于?？谑凶陨頁碛袃?yōu)越的生態(tài)環(huán)境，以及?？谑泻髠滟Y源不足。

2010年以來，?？谑兄鸩酵七M土地整治工作，2011年海口市南渡江重大土地整治項目納入國家規(guī)范，在國家政策與資金的加持下，開展土地整治提高耕地、基本農(nóng)田質(zhì)量和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平，利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；充分利用區(qū)內(nèi)閑置土地，整合現(xiàn)有建設(shè)用地，整治空心村，盤活宅基地，提高土地利用效率，進而優(yōu)化生產(chǎn)用地配置，對生活用地規(guī)模擴張產(chǎn)生了積極的影響。海口市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)將“一城四鎮(zhèn)”作為重點發(fā)展地區(qū)，高效率建設(shè)發(fā)展小城鎮(zhèn)，形成了江東快速建設(shè)區(qū)。建設(shè)用地面積與生活用地的小波相干系數(shù)高達0.992 1，表明在各種利好政策下，生活用地迅速擴張。

4 結(jié) 論

本文利用土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣、土地功能重心遷移、小波相干模型方法，定量識別了2009—2018年?？谑型恋乩棉D(zhuǎn)型空間分布特征與影響因素。

(1) 近10 a來，?？谑猩a(chǎn)用地與生態(tài)用地面積減少，生活用地增加。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、林地生態(tài)用地以及城鎮(zhèn)生活用地分布最為廣泛，依次位于?？谀喜?、東部與北部。從鎮(zhèn)域尺度而言，三門坡鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地分布最多，演豐鎮(zhèn)工礦生產(chǎn)用地、水域生態(tài)用地與其他生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)林地生態(tài)用地分布最多，靈山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活用地與農(nóng)村生活用地分布最多，永興鎮(zhèn)草地生態(tài)用地分布最多，東山鎮(zhèn)其他生產(chǎn)用地分布最多。

(2) 海口市生產(chǎn)用地重心重心向西北遷移，重心一直位于舊州鎮(zhèn)，存在向云龍鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移的趨勢；生態(tài)用地重心向東南方向遷移，重心位置由龍?zhí)伶?zhèn)向云龍鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移；生活用地重心向西北方向遷移，重心位置均在龍橋鎮(zhèn)；土地類型轉(zhuǎn)換表明，林業(yè)生態(tài)用地、水域生態(tài)用地、農(nóng)村生活用地與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地進行相互轉(zhuǎn)換，林地生態(tài)用地與農(nóng)村生活用地相互轉(zhuǎn)換，面積相差不大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積主要轉(zhuǎn)出為工礦生產(chǎn)用地、城鎮(zhèn)生活用地與農(nóng)村生活用地。

(3) ?？谑型恋乩棉D(zhuǎn)型受社會因素影響最為顯著，經(jīng)濟因素對生活用地影響最大，土地利用規(guī)劃、土地整治等政策因素起到關(guān)鍵性的推動作用。其中社會因素對各地類轉(zhuǎn)型影響最為顯著，小波相干系數(shù)均高達0.84以上，主要原因在于大量外來人口與農(nóng)村人口涌入海口市城鎮(zhèn)地區(qū)，對建設(shè)用地需求的增加驅(qū)動土地利用轉(zhuǎn)型格局發(fā)生變化。經(jīng)濟因素對生活用地影響最大，其小波相干系數(shù)均高于0.9；建設(shè)用地面積變化率是生活用地最大的影響因子，其小波相干系數(shù)高達0.99，主要由于“國際旅游島”建設(shè)加速城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張，促使土地利用轉(zhuǎn)型。政策因素對生產(chǎn)、生活用地影響頗深，近年來?？谑兄鸩酵七M土地整治工作，采用多項措施優(yōu)化生產(chǎn)用地，而“一城四鎮(zhèn)”的提出更是加快了生活用地的擴張；于生態(tài)用地而言，土地整理總規(guī)模、土地整理投資總額與新增耕地總面積未通過蒙特卡洛顯著性檢驗，表明土地整理政策對生態(tài)用地顯著性較低。

上述研究仍存在局限性。①僅對海口市土地利用轉(zhuǎn)型時空特征及影響因素進行分析，未對這些因素作用進行鎮(zhèn)域差別分析； ②未剝離土地利用轉(zhuǎn)型的顯性與隱性形態(tài)進行分析，后續(xù)研究需進一步深化和探討。