程宪波， 杨子生

(云南财经大学 国土资源与持续发展研究所, 云南 昆明 650221)

土地是人类赖以生存和发展最基本的自然资源和物质基础。土地利用/土地覆被(LUCC)变化是全球变化过程的重要表现，引起国内外学者重视[1-2]。近年来，学者们运用RS[3-4]等方法，从土地资源变化对生态格局[5]、生态服务价值[6]和生态敏感性[7]等不同视角研究中国土地资源时空间变化特征、土地资源变化驱动力及其效应。研究区域主要有国家[2-3]、省[8]、市[9]、县[10]、经济发达地区[11]等不同尺度。研究数据的来源的获得方法主要是RS的解译[12]和土地利用变更等调查数据[13]。总体来看，针对全国、区域的土地相关的研究成果较丰富，但主要集中在中国经济较发达地区，而在经济欠发达的研究不足，且发达地区与欠发达地区土地利用结构变化的比较规律很不足。因此本研究以昭通市为研究区，借用土地利用变更数据为基础，结合相关人口、经济及城镇化等数据，研究其各类土地的时空间变化特征及其驱动力，为西南地区土地利用相关研究及其合理、可持续利用提供一个研究案例。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

昭通市位于云南省东北部，地处云南、贵州、四川3省的结合部，辖区面积2.30×104km2。昭通地势西南高、东北低，属典型的山地构造地形，山高谷深，高原季风立体气候特征明显。辖区内土地总面积为2 243 979.02 hm2，其中，耕地612 709.74 hm2，园地37 034.14 hm2，林地1 031 149.38 hm2，草地270 324.4 hm2，城镇村及工矿用地57 379.6 hm2，交通运输用地17 806.44 hm2，水域及水利设施用地27 309.89 hm2，其他用地190 265.43 hm2。

1.2 数据来源

各类土地利用数据来源于2009—2015年昭通市土地利用变更及调查数据；人口、经济及社会相关数据主要来源于2010—2016年的《昭通市统计年鉴》和2009—2015年。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用的速度变化 土地利用类型用地面积的变化程度[14]：

(1)

式中：LUi——研究时段内第i地类的面积； ΔLUi-j——研究时段内第i地类转为非i地类的土地利用类型面积；LC——T时段研究区土地利用类型年变化率。

1.3.2 土地利用程度分析

(1) 土地利用程度综合指数(La)分析。其计算公式为：

(2)

式中：La——区域土地利用程度综合指数；Ai——该区域的土地利程度分级指数[15]；Ci——第i级土地利用程度分级面积占土地总面积的百分比。

(2) 土地利用程度变化量分析。计算公式为：

(3)

式中：La，Lb——研究期初和期末土地利用程度综合指数；Cia，Cib——分别为a时间和b时间土地利用程度所占区域面积百分比; ΔLb-a——正值，则表明该地区处于发展期，反之处于调整期或衰退期。

(3) 土地利用程度变化率(Q)分析。计算公式为：

(4)

式中：Q——土地利用程度变化率，其余各参数定义如上;Q——正值，说明该区土地利用处于发展阶段；Q——负值表示该区处于调整期或衰退期。

1.3.3 土地利用结构信息熵分析 土地结构信息熵的计算。根据Shannon熵公式可以构建土地利用结构信息熵(H)，其计算模型为：

(5)

Pi=LUi/LU

(6)

(7)

式中：LU——各类用地总面积；Pi——各类土地面积百分比，具有归一性；H——各类用地结构信息熵。

1.3.4 土地利用结构均衡度和优势度的计算 根据信息熵函数，构建的均衡度公式为：

(8)

式中：J——均衡度；H——信息熵；Hm——土地利用结构信息熵最大值，记为：lnN。基于均衡度的概念，构建出各类用地结构的优势度公式：

I=1-J

(9)

式中：I——优势度。

1.3.5 土地利用变化效益动态关联度分析 根据灰色系统理论，参考系列与比较系列在k点的关联系数为：

(10)

式中：ζi(K)——C*和Ci在时刻K的关联系数；ρ——分辨系数，ρ越小，分辨力越大，一般的取值区间为ρ∈[0，1]，具体取值可视情况而定，当ρ=0.546 3时分辨率最好，通常取ρ=0.5。参考序列与比较序列的关联度为序列在各时刻关联系数的均值，记作：

(11)

2 结果与分析

2.1 昭通市土地利用及程度变化分析

由表1可知2009—2015年昭通市各类用地总体变化，耕地、园地、林地和草地面积简减少，城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他用地面积增加。其中，耕地减少5 146.65 hm2，减少量占总面积(简称“占比”)0.23%；园地减少956.65 hm2，占比0.04%；林地减少2 621.97 hm2，占比0.12%；草地减少1 111.27 hm2，占比0.05%；城镇村及工矿用地增加3 062.74 hm2，占比0.14%；交通运输用地增加728.82 hm2，占比0.03%；水域及水利设施用地增加2 486.53 hm2，占比0.11%；其他用地增加3 558.45 hm2，占比0.16%。由表1也可看出，土地利用程度变化量为-0.092 6%，表明该地区处于调整期。土地利用程度变化率为-0.040 8%，该区处于调整期。

表1 昭通市2009—2015年各类用地变化量、利用程度变化量及利用程度变化率

注：Uib-Uia为变化量(hm2)； ΔLb-a为利用程度变化量(%)；Q为利用程度变化率(%)； ΔPi为各类土地面积百分比之差(%)。

2.2 昭通市土地利用速度变化分析

由表2可知，昭通市水域及水利设施用地以每年1.67%的最高速率增长，城镇村及工矿用地和交通运输用地分别以0.94%和0.71%的速度增长；而农用地中，园地、耕地、林地和草地分别以每年0.42%，0.41%，0.04%和0.07%的速率减少。昭通市各县/区各类用地变化，耕地都是呈减少的趋势变化；园地变化，绥江县以每年8.45%的高速率减少，与之相反的是盐津县园地几乎无变化；林地与草地变化，各县/区林地变化速率都很小；城镇村及工矿用地变化，除绥江县外，其余各县/区都有较大速率的增加，交通运输用地变化，除绥江县以0.46%的速率减少，其他10个县/区交通运输用地都以不同的变化速率变化增加；水域及水利设施用地变化，绥江县以每年26.19%的变化速率增加，绥江县属于水资源相对缺乏地区，近几年兴建水利工程，其中包括关村水库等水利工程，因此短时内导致水域及水利设施用地面积激增；其他用地的变化，鲁甸县和彝良县都有较大变化速率的增加。昭通市综合土地利用动态度为0.07%，相较刘明皓等[16]研究重庆市土地利用综合动态度3.179%和封建民[17]等分析五陵原土地利用综合动态度1.14%相比，昭通市土地综合变化度较小。

表2 2009-2015年昭通市及各县/区单一土地利用动态度 %

2.3 昭通市及各县/区土地利用动态变化分析

由表3可知，2009—2015年，昭通市及各县/区各类用地面积的信息熵和均衡度总体呈上升并渐趋于稳定趋势；昭通市及各县/区各类用地面积优势度的变化趋势与信息熵和均衡度的变化相反。总体来看，昭通市及各县/区各类用地总体呈逐渐升高并渐趋稳定的趋势，说明昭通市下辖各县/区中，有序性降低，结构性减弱，各类用地规模差别在逐渐缩小。本研究结果与林珍铭等[18]以广东省1996—2008年的土地利用结构变化进行时间序列和空间差异分析，在研究期间信息熵逐年上升趋势，均衡度逐年上升，优势度逐年下降，结果一致。

表3 昭通市及各县/区2009-2015年各类用地结构信息熵H(Nat)、均衡度J和优势度I

2.4 昭通市土地利用变化驱动力分析

由表4可知，农用地总面积与各因子之间关联程度由高到低的排序依次为第二产业值、第一产业值、第三产业值、国内生产总值、人口数量和城镇化率，建设用地总面积与各因子之间关联程度由高到低的排序依次为第二产业值、第三产业值、第一产业值、国内生产总值、人口数量和城镇化率，其他用地总面积与各因子之间关联程度由高到低的排序依次为国内生产总值、第三产业值、第一产业值、第二产业值、人口数量和城镇化率。各个县/区中，农用地、建设用地和其他用地与各个因子的关联度有所差异。如国内生产总值与农用地总面积关联度最高的县/区有巧家、大关、镇雄和彝良等县；与建设用地总面积关联度最高的的县/区有巧家、盐津和水富的县；与其他用地总面积关联度最高的区县有昭阳、鲁甸、绥江等县/区。第一产业值与农用地总面积关联度最高的有大关、镇雄和水富县；人口与农用地总面积关联度最大的只有盐津和永善县；城镇化率与农用地总面积关联度最高的只有水富县；第一产业值、第三产业值、人口和城镇化率等因子与建设用地总量在各个县/区中关联度较高。而第二产业值除永善、绥江和水富县的建设用地总面积关联度较高，其余都与农用地总面积的关联度较高。国内生产总值都较平均影响昭通市各个区县的农用地、建设用地和其他用地变化。

总体来看，结合已选取的驱动因子对昭通市各个县/区的农用地、建设用地和其他用地的关联度分析，第一产业值、第三产业值、人口和城镇化率为建设用地变化主要驱动力，第二产业值是农农地变化主要驱动力，国内生产总值驱动昭通市各个区县各类用地变化。

表4 昭通市及各县/区2009-2015年各类用地总面积与各影响因子之间的关联度

注：F，C，O，GDP，GDP1，GDP2，GDP3，RK，CZHL分别为昭通市农用地面积(hm2)、建设用地面积(hm2)、其他用地面积(hm2)、国内生产总值(万元)、第一产业值(万元)、第二产业值(万元)、第三产业值(万元)、人口(万人)和城镇化率(%)。

3 结 论

(1) 2009—2015年，昭通市农用地总面积呈减少趋势变化，建设用地和其他用地总面积呈上升趋势变化。昭通市各县/区中，耕地面积高速率减少的是昭阳区、绥江县和鲁甸县；园地面积高速率减少的是大关县、绥江县和彝良县；林地面积高速率减少的是鲁甸县和绥江县，草地面积高速率减少的是绥江县、彝良县和大关县；城镇村及工矿用地面积高速率增加的是昭阳区、鲁甸县和永善县；交通用地高速率增加的是绥江县，其他用地高速率增加的是鲁甸县和彝良县，高速率减少的是绥江县。

(2) 2009—2015年，昭通市下辖各县/区中，有序性降低，结构性减弱，各类用地规模差别在逐渐缩小。县/区中，昭阳区、鲁甸县和巧家县的各类用地结构均衡度最高，其他各县优势度由高向低分别为：永善县、镇雄县，威信县、绥江县、水富县，大关县、盐津县和彝良县。

(3) 国内生产总值、第一产业值、第二产业值、第三产业值、人口和城镇化率分别与农业用地总面积、建设用地总面积和其他用地总面积关联度分析：第一产业值、第三产业值、人口和城镇化率为建设用地变化主要驱动力；第二产业值为各区县农用地变化驱动力；国内生产总值都较平均影响昭通市各个区县的农用地、建设用地和其他用地变化。

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