于海影, 韋安勝, 陳竹君

(西北農林科技大學 資源與環(huán)境學院, 陜西 楊凌 712100)

基于RS和GIS的楊凌區(qū)土地利用變化及驅動力分析

于海影, 韋安勝, 陳竹君

(西北農林科技大學 資源與環(huán)境學院, 陜西 楊凌 712100)

基于楊凌區(qū)1989年土地利用現(xiàn)狀圖、2004年和2010年拍攝航片目視解譯后分別于2007年和2013年的實地核查數(shù)據，在ArcGIS 10.0支持下建立3個時期土地利用信息數(shù)據庫，同時采取多主體訪談調查了233戶農戶家庭土地利用和經濟收入情況等資料，分析了該區(qū)域24 a土地利用動態(tài)變化特征及其驅動力。結果表明：1989—2013年楊凌區(qū)農用地面積減少2 351.36 hm2，建設用地增加2 113.91 hm2；農用地的減少主要以耕地為主，減少的耕地主要流向建設用地，其次在農用地內部向果園、苗圃和養(yǎng)殖用地轉移；耕地內部結構也從糧食作物用地轉移至設施栽培用地。楊凌區(qū)土地利用變化主要驅動力為政策制度和社會經濟因素，國家給予“農科城”特殊區(qū)位的優(yōu)惠和扶持政策，直接引導了土地流轉和土地利用結構的宏觀變化；經濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程加快以及受經濟利益驅使，也使土地利用由低值向高值轉移。農業(yè)用地變化總體上處于衰退期，耕地的衰退問題突出，要保持“農科城”的特殊地位，需要科學地協(xié)調保護耕地與城鄉(xiāng)建設用地需求間的關系。

土地利用變化; 驅動力; 遙感; 楊凌示范區(qū)

土地利用變化研究是當前全球環(huán)境變化研究的熱點和前沿，分析土地利用變化特征和變化的驅動因素是研究的核心問題[1-2]，不僅可以作為區(qū)域土地利用規(guī)劃的科學依據，也是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要決策基礎。目前，許多學者對土地利用變化及其驅動機制開展了深入的研究。由于土地利用特征、變化過程和變化驅動因素與空間尺度密切相關，不同驅動因子在不同區(qū)域影響的方式和程度各不相同，為此一般以區(qū)域案例為基礎開展研究[3]，且多數(shù)集中在生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和經濟快速發(fā)展的城市及周邊區(qū)，空間尺度較大[4-6]。鑒于土地利用的快速變化和驅動機制的復雜性，RS和GIS技術的應用是準確有效地掌握土地利用動態(tài)變化及其驅動機制的關鍵，已成為區(qū)域土地利用變化研究的最新趨勢[7]。

楊凌作為我國唯一的國家級農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)，按照“現(xiàn)代農業(yè)看楊凌”的定位，是探索中國現(xiàn)代農業(yè)技術和展示產業(yè)發(fā)展的一個窗口。在國家各項政策優(yōu)惠及扶持下，社會經濟顯著提高的同時，產業(yè)結構調整、新機制下的土地流轉使得土地利用發(fā)生很大變化。為此，本文以特殊區(qū)位條件的楊凌示范區(qū)作為研究對象，選取不同時期的航攝像片，利用ArcGIS 10.0對區(qū)域土地利用時空變化特征進行分析，結合實地調查統(tǒng)計數(shù)據，探討引起該地區(qū)土地利用變化的驅動因素，為楊凌示范區(qū)土地利用規(guī)劃與管理等提供科學依據，也為我國土地利用變化研究積累案例。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據來源

1.1 研究區(qū)概況

楊凌示范區(qū)位于陜西八百里秦川腹地，關中平原中部，東鄰西安、西銜寶雞。地理坐標為東經108°—108°07′，北緯34°12′—34°20′，屬暖溫帶季風區(qū)半濕潤氣候，年平均氣溫13℃。示范區(qū)土地總面積為135 km2，總人口21.6萬，其中城鎮(zhèn)人口8萬人。區(qū)內地勢南低北高，依次形成渭河三級階地，海拔431～559 m。土壤肥沃，以土為主，耕性良好，宜于農作物生長，因而古為周人祖先后稷“教民稼穡”之地，成為我國農耕文化的發(fā)祥地之一?，F(xiàn)有耕地面積5 724.03 hm2，人均耕地面積不足0.03 hm2。交通便利，隴海鐵路、西寶高速公路、西寶中線等貫穿全區(qū)。寶雞峽二支渠、渭惠渠、渭高干渠等人工渠系越境而過，渭河、漆水河、韋河流經本區(qū)，水資源豐富、水利條件優(yōu)越。

楊凌農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)(簡稱楊凌示范區(qū)或楊凌區(qū))成立于1997年，成立之初下轄李臺鄉(xiāng)、楊村鄉(xiāng)、大寨鄉(xiāng)、五泉鎮(zhèn)和街道辦事處5個行政單位，2008年原扶風縣揉谷鄉(xiāng)劃歸楊凌示范區(qū)管轄。為了更好地對比和準確掌握示范區(qū)24 a間土地利用變化，揉谷鄉(xiāng)未納入本次研究范圍內。自示范區(qū)設立以來，在充分發(fā)揮區(qū)內農業(yè)科技優(yōu)勢，積極調整產業(yè)結構，促進社會經濟快速增長的同時，土地利用方式呈現(xiàn)多元化，土地利用結構迅速調整。

1.2 數(shù)據來源及數(shù)據處理

土地利用現(xiàn)狀及數(shù)據庫創(chuàng)建：楊凌示范區(qū)早期土地利用現(xiàn)狀圖為1989年第一次全國土地調查獲得，該圖由陜西省測繪局根據1984年航攝像片于1989年實地調繪；2007年和2013年土地利用現(xiàn)狀圖根據從陜西省測繪地理信息局購買的由RC-30航攝儀拍攝于2004年5月(絕對航高4 300 m)和2010年9月(絕對航高4 448 m)攝影比例尺為1∶2.5萬(地面分辨率為1.0 m)研究區(qū)航片影像，通過對影像進行目視解譯后，分別于2007年6月和2013年5月逐塊地進行野外核查調繪?；贏rcGIS 10.0對3期土地利用現(xiàn)狀圖掃描圖進行地理配準、矢量化后創(chuàng)建土地利用地理信息數(shù)據庫。

土地利用現(xiàn)狀分類：根據研究區(qū)土地利用的區(qū)域特點，本研究土地利用分類標準參照2002年《全國土地分類(試行)》，分為農用地(包括耕地、園地、林地、其他農用地)、建設用地(包括商服用地、工礦倉儲用地、公用設施用地、公共建筑用地、住宅用地、交通運輸用地和特殊用地)、未利用地(包括未利用土地和其他土地)3個一級類13個二級類。本文采用三級分類研究。

社會經濟數(shù)據來自于2013年5月采取多主體訪談和調查問卷兩種方式對隨機抽取的233戶農戶家庭的土地利用及經濟收入基本情況調查獲得的一手資料。

1.3 研究方法

采用劉紀遠[8]提出的綜合分析方法，通過計算研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)Lj、土地利用程度變化量ΔLb-a和變化率R，來表征研究區(qū)土地利用的程度變化。本方法將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡態(tài)分為4級[8](表1)，按照分級指數(shù)依據下列公式進行計算。

表1 土地利用程度分級賦值

(1)

ΔLb-a= Lb-La=100×

(2)

(3)

式中：Lj——第j級土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——研究區(qū)域內第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ci——研究區(qū)域內第i級土地利用程度分級面積百分比；n——土地利用程度分級數(shù)；ΔLb-a——b時間和a時間區(qū)域土地利用程度變化量；Cia，Cib——研究區(qū)域a時間和b時間第i級土地利用程度面積百分比；R——土地利用程度變化率。

2 土地利用變化結果與分析

2.1 土地利用類型變化

2.1.1 土地利用一級類變化 楊凌示范區(qū)1989年、2007年及2013年3期土地利用現(xiàn)狀圖顯示，24a間研究區(qū)建設用地不斷增加，農用地面積明顯減少。通過對不同時期不同土地利用類型面積進行計算和統(tǒng)計，結果見表2。

表2 楊凌示范區(qū)1989-2013年各類土地利用面積變化

由表2可知，研究區(qū)農用地在1989年、2007年、2013年分別由7 347.60 hm2減少到6 240.40 hm2和4 996.24 hm2，共減少2 351.36 hm2，占研究區(qū)總面積的比例由77.95%降到53.01%，降低了24.94%，但目前為止，研究區(qū)土地利用類型仍以農用地為主。農用地的減少主要以耕地為主，由1989年7 009.10 hm2減少到2013年3 311.68 hm2，占比減少了39.23%；而園地、林地及其他農用地則有所增加，增加面積分別為800.00 hm2，216.82 hm2，329.24 hm2。隨著農用地的減少建設用地面積不斷增加，從1989年1 625.84 hm2增加到2013年3 739.74 hm2，共增加2 113.91 hm2，占比增加了22.43%，建設用地以居民點及工礦用地增加為主，增加1 503.15 hm2，占比增加了15.95%；交通運輸用地增加了6.48%。未利用地先減少后增加，2013年達到689.52 hm2，占土地總面積的7.32%，未利用土地的增加主要是被征用土地的尚未開發(fā)建設閑置所導致。同時可以看出2007—2013年6 a間各類土地利用變化速率遠高于1989—2007年18 a的變化。

2.1.2 農用地內部結構變化 1989—2013年楊凌示范區(qū)農用地變化不僅表現(xiàn)為面積減少，農用地內部結構也發(fā)生了很大的變化，農用土地利用類型呈現(xiàn)多樣化。圖1表明，農用地內部利用方式呈現(xiàn)多元化，各類型用地面積變化差異明顯。耕地中的糧食作物種植面積不斷減少，糧食作物用地在農用地中的比例由94.99%降低到52.69%，減少了42.30%；果園和設施栽培用地在農用地中所占比例大幅提高，其中果園由2.02%增加到18.98%，設施栽培用地占比提高了13.39%；苗圃、養(yǎng)殖場和設施農業(yè)用地在農用地內部比例也由0.09%增加到11.74%。同樣可以看出2007—2013年6 a間農用地內部各類型土地利用面積變化量遠高于1989—2007年18 a的變化量。

圖1 楊凌示范區(qū)3個時期農用地內部各土地利用類型面積

2.2土地利用程度變化

土地利用程度既可以反映土地利用的廣度和深度，又反映了驅動因素對土地利用變化的綜合效應[4]。如果土地利用程度變化量ΔLb-a>0或土地利用程度變化率R>0，則表示該區(qū)域土地利用處于發(fā)展期，否則處于調整期或衰退期[9]。表3中農用地土地利用程度變化量(ΔL)和土地利用程度變化率(R)均為負值，表明農用地總體上處于衰退期。從農用地內部看，耕地處于衰退期，園地處于發(fā)展期，林地在1989—2007年處于衰退期，2007—2013年為發(fā)展期，因此可以說明農用地的衰退主要是由耕地的衰退引起的。建設用地及內部各類型土地的利用均處于發(fā)展期。比較1989—2007年和2007—2013年兩個階段土地利用程度變化可知，2007—2013年土地的開發(fā)利用程度加大。研究區(qū)整體上ΔL2013—1989=15.46>0，R2013—1989=0.05>0，說明楊凌示范區(qū)土地利用正處于發(fā)展期。

表3 1989-2013年楊凌示范區(qū)土地利用程度變化

2.3 土地利用變化驅動力分析

土地利用變化驅動力包括自然、社會經濟和政策制度等因素，自然因素相對穩(wěn)定，通過累積效應主要引起土地覆被發(fā)生變化，社會經濟和政策制度因素相對活躍，直接影響人們在土地利用上的決策[10]。許多研究結果均揭示出土地利用變化主要受經濟發(fā)展、人口增長及政策等因素的控制[11-13]。此外，不同空間尺度和不同區(qū)域驅動因子也會有所不同。

2.3.1 政策制度因素 土地政策是土地利用變化的最直接驅動力[14]。楊凌作為唯一的國家級農業(yè)高新技術產業(yè)示范園區(qū)，國家對楊凌的各項投入和政策優(yōu)惠對土地利用轉化具有直接影響。如2008年開始由政府主導發(fā)起了土地流轉[15]，即在保持農村基本經營制度不變的前提下發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)的體制機制，實施農民以一定價格將土地存入土地銀行，本村農民、企業(yè)、外地農民或農業(yè)專業(yè)合作社再從土地銀行租用土地，用以規(guī)?；s經營。據統(tǒng)計，目前發(fā)生土地流轉的面積為1 712.61 hm2，占該區(qū)農用地的34.28%，流轉的土地已逐步建成現(xiàn)代農業(yè)創(chuàng)新園、國際農業(yè)科技合作園、現(xiàn)代農業(yè)企業(yè)孵化園、種苗產業(yè)園、標準化生產示范園、科技探索園等現(xiàn)代農業(yè)示范窗口，主要發(fā)展設施蔬菜和水果、苗木、養(yǎng)殖業(yè)和食用菌工廠化栽培等。同時，為進一步促進農業(yè)產業(yè)結構調整，出臺了各種政策補貼、技術培訓等，如“在規(guī)劃區(qū)內，每建一個日光溫室大棚財政直補1.5萬元，并協(xié)調銀行給農戶貸款1萬元，全額貼息三年，對于帶動效應大的合作社，每棚再加2 000元補助”政策[16]。以上政策的出臺和實施，改變了過去楊凌示范區(qū)以小麥—玉米糧食作物為絕對主導的農用地內部結構，對于土地利用類型的轉變具有直接的驅動作用。

2.3.2 社會經濟因素 與全國其他城市相似，隨著楊凌區(qū)經濟的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程的加快，城鎮(zhèn)建設用地需求亦不斷增加。楊凌示范區(qū)GDP由1997年成立時的3.09億元增加到2012年的47.29億元，平均年增長2.95億元，2012年農民人均純收入為10 841元，增長率為19.00%。劉軍等[17]研究也認為工業(yè)總產值與農民人均收入是影響楊凌建設用地總量變化的核心驅動力，其中工業(yè)總產值的影響又大于農民人均收入。

另外，農用地內部結構的變化也受比較經濟利益的驅動，為實現(xiàn)土地利用的高產出率與高效益，土地利用總是不斷地由低值向高值轉移[18]。根據2013年的農戶土地利用及經濟情況調查表明，種植糧食作物(小麥—玉米)年每公頃平均純收益1.30萬元，果園(獼猴桃)年每公頃純收益11.37萬元，設施栽培年每公頃純收益37.05萬元，糧食作物純收益分別比果園和設施栽培低10.07萬元和35.75萬元。在這種比較利益的驅動下，進一步推動了示范區(qū)農用地內部利用結構由低值糧田向高值果園、苗圃和設施栽培用地的轉移。

2.3.3 交通和人口因素 有研究顯示，農用地轉化成城鎮(zhèn)用地的強度與其距交通干線的距離有密切的關系[19]。楊凌示范區(qū)地理位置優(yōu)越，交通便利，自古以來都是關中地區(qū)重要的交通要沖和物資集散地之一。研究區(qū)內隴海鐵路及西寶高速公路縱貫全區(qū)，自建成通車后，以路為軸，建設用地不斷輻射擴大，最終導致李臺鄉(xiāng)因其特殊的地理位置，24 a間80.26%的土地被納入城鎮(zhèn)化建設范圍，其中被征用的農用地面積為1 422.30 hm2，占總變化量的81.24%。隨著示范區(qū)交通運輸網發(fā)展不斷完善，鐵路密度和公路密度分別從1989年的0.094 4 km/km2和0.396 0 km/km2，發(fā)展到2013年的0.144 1 km/km2和1.999 5 km/km2，已超過陜西省總水平，而示范區(qū)城鄉(xiāng)一體化建設將使未來的交通條件更加優(yōu)越，對土地利用變化的影響將會愈強烈。

人口作為一個獨特的因素，其數(shù)量的增長、分布、結構、素質以及遷移均影響土地利用的變化[20]。自1997年示范區(qū)設立至今，16 a總人口增加約9.57萬，其中2007—2013年6 a人口增加約5.58萬，增長率為34.83%，同期居民點及工礦用地由2007年2 416.02 hm2增加到2013年3 054.76 hm2，增加了6.78%。人口增長對居民點及公共設施等用地的需求增加，從而導致建設用地擴張。

3 結 論

(1) 1989—2013年楊凌示范區(qū)土地利用發(fā)生了很大變化，目前土地利用類型仍以農用地為主。24 a間農用地面積減少2 351.36 hm2，建設用地增加2 113.91 hm2，未利用土地增加237.45 hm2。農用地的減少主要以耕地為主，共減少3 311.68 hm2，減少了39.23%，減少的耕地主要流向建設用地，其次在農用地內部向果園、苗圃和養(yǎng)殖用地轉移，耕地內部結構也從糧食作物用地轉移至設施栽培用地。

(2) 楊凌示范區(qū)土地利用變化主要驅動力為政策制度和社會經濟因素，作為“農科城”的特殊區(qū)位要求，國家一系列的優(yōu)惠和扶持政策，直接引導了土地的流轉和土地利用結構的宏觀變化；經濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，驅動建設用地總量增加，而受經濟利益的驅使，農用地內部由低值糧田向高值果園、苗圃和設施栽培用地轉移。交通條件的改善和人口增加在一定程度也推動了土地利用結構的變化。

(3) 土地利用程度變化說明：楊凌示范區(qū)土地利用整體上處于發(fā)展期，但農業(yè)用地總體上處于衰退期，其中耕地的衰退問題突出。要保持“農科城”的特殊地位，需要科學地協(xié)調保護耕地與城鄉(xiāng)建設用地需求間的關系。

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AnalysisofLandUseChangesandDrivingForcesinYanglingBasedonRS&GIS

YU Hai-ying, WEI An-sheng, CHEN Zhu-jun

(CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Based on the land use status map of Yangling in 1989, and the on-spot inspection data in 2007 and 2013 according to the visual interpretation of aerial photographs of 2004 and 2010, we established land use information database of three periods with ArcGIS 10.0 system, and took multi-agent interviews survey of land use and economic income of 233 farmer households, then analyzed the land use dynamic change characteristics and its driving forces over the past 24 years. The results showed that in the period from 1989 to 2013, agricultural land area decreased by 2 351.36 hm2, construction land increased by 2 113.91 hm2in Yangling. The agricultural land reduction was mainly due to the loss of the cultivated land. The cultivated land reduction mainly shifted to the construction land. Next was the land internal transfer in the agricultural system, it transferred to the orchard, the nursery and animal farm land. For the cultivated land, high rate of land changed from cereal crop land to facility-cultivated land. The main driving forces of land use changes were the policy regimes and socio-economic factors. Yangling is an agricultural town, it got some special policies from the central government, which directly guided land transfer and land use structure changes. And economic development and urbanization also accelerated the process, i.e., land use transferred from the low to the high-value products. Agricultural land changes in Yangling were in recession, especially for the cultivated land. To maintain the special status for agricultural town, the scientific coordinated relationships between protecting farmland and meeting the urban-rural construction land demands is necessary.

land use change; driving force; RS; Yangling Demonstration Zone

2013-11-20

：2013-12-30

“中英農業(yè)生產中養(yǎng)分資源可持續(xù)利用合作項目”;國家“十二五”科技支撐計劃項目課題(2012BAD15B04)資助

于海影(1984—),女,黑龍江克山縣人,在職碩士,主要研究方向為土地利用評價。E-mail:yuhaiying3@163.com

陳竹君(1964—),女,陜西楊凌人,博士,副教授,主要研究方向為土壤學及土地資源調查與評價。E-mail:zjchen@nwsuaf.edu.cn

F301.24

：A

：1005-3409(2014)05-0079-05