张志军，赵志刚，邱俊武

(1.天津市测绘院，天津 300381； 2.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079)

沿海地区耕地占补时空演变研究
——以宁波市为例

张志军1∗，赵志刚2，邱俊武1

(1.天津市测绘院，天津 300381； 2.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079)

目前，建设占用耕地，后备资源补充模式是被占用耕地得到补偿的一种有效方式，然而这种单一模式是否长期有效是值得深思的一个问题。本文使用Logistic回归模型和二分类因变量的多元化分析方法对此模式在沿海地区的时空演变进行研究。以宁波市为例，模拟了建设用地、耕地和后备资源三者在时空演变中的关系，使用现实数据对模型进行了验证，证明其可行性和有效性。最后预测了2011年～2021年建设占用耕地和后备资源补充耕地的趋势。结果表明建设用地扩展将向南部迁移，占用耕地数量相对减少，后备资源将会枯竭等后果。

Logistic回归模型；多元量化分析；时空模拟；耕地占补平衡

1 引 言

随着1996年耕地占补平衡政策提出后，中国大部分省市特别是沿海地区在解决这个问题上遇到重大的挑战。目前，建设占用耕地，后备资源补充的模式被认为是应对这种挑战的一种有效方式之一[1，2]，该模式在沿海地区的耕地占补平衡中初见成效。然而该模式是否长期有效，能否满足耕地占补平衡的要求和建设用地扩张的趋势是一个值得探讨的问题。本文将以宁波市为例对此模式下的建设用地、耕地和后备资源的时空演变进行研究，通过对2011年和2021年状况进行预测，对该模式的可持续性进行探讨。

目前，建设用地扩张和耕地被占用的研究方法基本都是基于LUCC的研究框架下采用不同的模型开展的，大致分4大类:统计模型、动态模型、综合模型和马尔柯夫模型[3～7]。其中统计模型的优势在于:简化问题，容易抓住复杂系统的主要矛盾[8]，更适合本文的研究，因此本文采用Logistic回归模型作为时空演变模型[9，10]。与此同时，耕地占补平衡分为3个层次:一是数量平衡，二是质量平衡，三是生产力平衡[11]。本文将“与淡水域距离”等衡量耕地质量和生产力因子加入到演变模型中，使用二分类因变量的多元量化分析方法，分别对建设占用耕地和后备资源补充耕地进行模拟，通过对模拟结果的分析，验证了模型的可行性和有效性。

2 研究区域

都很快的城市，其城市化水平从1977年的13.6%提高到1998年的41%，到2005年已达到56%，表现出了强劲的增长态势。这与它的区位、自然条件和社会经济条件是分不开的。宁波在地势上西南高，东北低，自西南向东北倾斜，三面环海、一面依山，地貌以平原和丘陵为主。耕地和建成区基本分布在平原地区，且呈现出耕地包围建设用地的圈层结构。

3 模型和数据

其中:P是因变量，表示事件发生的概率，X1，X2……Xm为自变量，参数α为常数，与参数β1，β2……βm是回归系数，βi决定Xi的影响大小和敏感性[12]。

数据是宁波市域土地利用分类图，分为因变量和自变量(驱动因子)。因变量是指建设用地、耕地和后备资源，自变量包括DEM、坡度、道路、水系、人口密度、GDP、城市规划图等。建设用地、耕地和自变量为自1991年～2005年历史数据，后备资源为自1998年整理入库的数据。数据格式为栅格，格网大小为100 m×100 m。

Logistic回归模型普遍应用于针对二分类因变量(y=1或y=0)的多元量化分析方法。利用该模型可以研究影响事件发生的概率、二分性变量的主要因子，模型表达式如式(1):

宁波是我国沿海地区一个经济和城市化发展速度

4 研究方法

本文的研究路线如下:首先建立建设用地扩展的时空演变模型，预测2011年和2021年建设用地分布情况，从而计算出2011年和2021年建设用地占用耕地的情况；然后建立后备资源补充占用耕地的时空演变模型，从而得到2011年和2021年的补充情况。同时建立相应的评价模型对时空演变过程的有效性进行验证。

4.1 建设用地占用耕地时空演变

(1)指标选取

本文采用二分类因变量多元分析方法，使用SPSS软件的Hosmer-Lemeshow指标评价筛选结果[13，14]。其中自变量选取了7个驱动因子:与道路的距离(x1)、与组团中心(县级以上)的距离(x2)、人口密度(x3)、人均GDP(x4)、坡度图(x5)、DEM(x6)和城市规划因子(x7)；因变量选取1991年～2005年占用建设用地作为二分类因变量。各变量的空间分布如图1所示。

图1 时空演变模型中各变量空间分布图

(2)禁建区域

在时空演变中需考虑禁建区，即不可建设扩展的区域。本文中的演变模型将各类饮用水源水库(包括水库、湖泊、大型河流)、坡度大于25°或高程大于200 m的区域、湿地保护区、风景名胜区等作为禁建区。

(3)建设用地占用耕地时空演变

首先进行数据采样，因变量将y=1和y=0各取一半随机采样；然后利用Logistic模型进行演变模拟，得到预测分类结果，如表1所示；为规避随机采样带来的影响，本文采集6套数据，并对结果进行比较，详情见表2；最后选取预测率最高的反演模拟公式，如式(2)。

预测分类与原始数据分类表 表1

采样拟合汇总表 表2

(4)验证模型

以2005年～2007年数据进行预测，并与真实数据进行比较，结果如图2所示。结果显示预测建设占用面积为137.566 7 km2，真实面积为136.107 km2，因此该演变模型视为有效。

(5)建设用地占用耕地预测

基于1991年～2005年的历史数据，采用时序拟合的方法对2011年和2021年占用建设用地情况进行预测，结果表明2005年～2011年需新增建设用地309.80 km2，占用耕地241.65 km2；2011年～2021年需新增建设用地377.89 km2，占用耕地294.75 km2，其空间分布如图3所示。

图2 2005年～2007年建设用地扩展预测图和真实图

图3 预测2005年～2011和2005年～2021年建设用地扩展和占用耕地空间分布图

(6)结果分析

对建设用地占用耕地情况进行分析，得到如下结论:

(1)2011年～2021年，宁波市城市扩张主要分布在中心城区和北部余慈地区，南部的宁海和象山县的新增建设用地有增加的趋势。

(2)预测期间新增建设用地75%左右来自于耕地，尤其集中于公路和居民点周边等区位条件较优的肥沃的耕地。

4.2 后备资源补充占用耕地时空演变

(1)指标选取

经过驱动力分析，后备资源补充占用耕地时空演变模型选取6个指标作为自变量驱动因子:与道路的距离(x1)、与组团中心的距离(x2)、人口密度(x3)、坡度图(x5)、DEM(x6)，与淡水域的距离(x8)，如图4所示。因变量为1998年～2005年后备资源已开发为耕地和未开发为耕地的分布图，如图5所示。

图4 与淡水域距离 图5 1998年～2005年后备补充耕地图

(2)模型拟合和验证

后备资源补充占用耕地时空演变模型公式为:

验证模型与建设用地占用耕地的时空演变验证模型类似的，在此不做过多赘述。

(3)后备资源补充占用耕地预测

根据前面预测得到的2011年建设用地占用耕地的面积(249.95 km2)，确定2011年后备资源库补充耕地的概率阈值(0.68)，对2021年后备资源补充占用耕地进行预测。发现后备资源已不能全额补充建设占用耕地，如采取占一补半的策略(即概率阈值取0.5)，后备资源分布情况如图6所示。

图6 2011年后备资源补充耕地和2021年补半分布图

(4)结果分析

对后备资源补充占用耕地情况进行分析，得到如下结论:

①预测阈值比建设占用耕地时空演变模型偏低。

②2021年以后，宁波市后备资源潜力基本消失。

③在后备资源中，沿海海涂面积较大，其他资源地块面积较小，且分布零散。

5 结论与对策

5.1 结论

在后备资源补充建设占用耕地模式下，基于logistic模型分别对宁波市建设用地占用耕地和后备资源补充占用耕地进行时空演变模拟，对模拟结果进行分析后得到如下结论:

(1)宁波市建设用地扩展速度很快，建设用地在区位和土质上都偏重于利用率高、效益好的耕地，使得耕地逐年呈现负增长的态势。

(2)从模拟建设用地占用耕地的时空图可直观地发现，到2021年宁波市“中心”耕地扩展空间所剩无几，南部建设占用耕地开始增长。

(3)从模拟后备资源补充耕地的结果发现，到2021年宁波市将无地可补，后备资源补充建设占用耕地单一模式无法持续维持耕地占用平衡，亟须寻求新的解决方案。

5.2 对策

对于如何维持耕地占用平衡问题，笔者提出了如下参考对策:

(1)从政府的角度，完善法规制度，制定更加科学合理的政策措施；

(2)从经济的角度，在政策允许的范围内通过耕地占用权交易，可缓解部分问题；

(3)从效益的角度，提高耕地的利用效益来弥补占补不平衡问题；

(4)从技术的角度，可尝试摸索表土剥离利用实现耕地质量占补平衡。

6 总结与展望

本研究力求以图形表达的方式来简化建设用地、耕地和后备用地三者之间复杂的演变系统，提供直观的决策依据。同时，本文提出的时空演变模型可以通过修改边界条件或阈值等参数，快速模拟出新的结果，具备辅助决策功能。但该模型只考虑了表现耕地质量和生产力的自然因子，在后面的研究工作中需考虑社会因子等。

[1] 孟媛.“坚守18亿亩耕地红线”研讨会摘要.中国农业大学学报[J].2007，12(3)：25～26.

[2] 张琳，张凤荣，薛永森等.中国各省耕地数量占补平衡趋势预测.资源科学[J].2007，29(6)：114～119.

[3] 史培军，宫鹏，李晓兵等.土地利用/覆盖变化研究的方法与实践[M].北京：科学出版社，2000.

[4] 摆万奇，赵士洞.土地利用变化驱动力系统分析[J].资源科学，2001，21(3)，39～41.

[5] 韩超峰，陈仲新.LUCC驱动力模型研究综述[J].中国农业通报，2008，24(4)：365～368.

[6] 郭斌，陈佑启，姚艳敏等.土地利用与土地覆被变化驱动力研究综述[J].中国农学通报，2008，(4)：81～86.

[7] 蒙吉军，严汾.大城市边缘区的LUCC驱动力时空分异研究——以北京冒平区为例[J].北京大学学报(自然科学版)，2008，3：137～144.

[8] 钱铭杰.区域建设用地集约利用模式与评价研究[D].北京：中国地质大学，2011.

[9] 李全，李霖，姜文亮等.基于logistic模型城市扩展时空模拟——以深圳龙岗区为例[J].华中师范大学学报·自然科学版，2006，40(3)：442～446.

[10] James D.A.Millington，George L.W.Perry，and Rau′Romero-Calcerrada.Regression Techniques for Examining Land Use/Cover Change：A Case Study of a Mediterranean Landscape[J].Ecosystems，2007，10：562～578.

[11] 万江波.基于多源数据的土地利用信息图谱研究[D].武汉：武汉大学，2008.

[12] 王济川，郭志刚.Logistic回归模型方法与应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[13] Bo Huang，L Zhang，and BWu.Spatio-temporal Analysis of Rural-urban Land Conversion[J].International Journal of Geographical Information Science，2009，23(10)：1～27.

[14] 焦锋，秦伯强.GIS支持下的小尺度土地驱动力研究——以宜兴市湖滏小流域为例[J].长江流域资源与环境，2003，12(3)：205～210.

上海市测绘院为上海市政府更新工作用图

近日，上海市测绘院圆满完成了为上海市政府领导更新工作用图的保障任务。

本次工作用图更新任务周期紧、任务重，从接到通知到完成任务只有短短几天时间。上海市政府有关部门不仅要求更新地图信息，还对装帧提出了严格要求。接到任务后，上海市测绘院立即启动了领导用图保障机制，各相关部门积极行动，迅速制定更新方案。任务实施过程中，计划业务处和第四分院按照上海市测绘院“服务政府和服务社会公众”的宗旨，多次赴实地踏勘测量，精在点上、细到实处，力争呈现最好的效果，并提前完成了本次工作用图更新任务，得到了上级的肯定。

多年来，上海市测绘院坚持为上海市委、市政府、市人大、市政协等部门制作和更新工作用图，及时反映本市最新的城市建设和发展状况，为领导决策提供测绘地理信息支撑。

(来源：http：//www.shsmi.cn)

Exam ining Temporal and Spatial Evolution for Arable Land Occupied and Compensated at Coastal Areas——A Case Study for Ningbo

Zhang Zhijun1，Zhao Zhigang2，Qiu Junwu1
(1.Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China；2.School of Resource and Environment Science，Wuhan University，Wuhan 430079，China)

Themode thatusing back-up resources to supply farmland thatused for construction is an effectiveway of compensation for occupied farm land at presently.But is it continuable?This paper studied the temporal and spatial evolution at coastal areaswith the logistic regression model and the two categories dependent variable analysismethod.Take Ningbo as an example，we simulated space-time evolution of the relationship among the construction land，cultivated land and reserve resources.Using real data validated model to prove its feasibility and effectiveness.And lastly，predicted the trend that construction occupying arable land and land reserving resource supplementing arable land in 2011and 2021. Then，the result showed the construction land would expanse more quickly in the south，the number of occupied arable land would reduce relatively，and the reserving resource would exhaust in 2021.

Logistic regressionmodel；Two categories dependent variable analysis；Spatiotemporal simulation；Requisition-compensation quality balance of arable land

1672-8262(2013)02-30-05

P208.2

A

2012—05—18

张志军(1983—)，男，工程师，主要从事智慧城市及城市发展理论与技术相关研究。