基于RS与GIS的土地利用变化与新型城镇化关系研究

[摘要]以广西百色市为例，在 GIS及 RS技术的支持下，结合回归分析方法，对研究年份的TM遥感图像进行解译分类，利用土地利用动态度、转移矩阵分析模型、回归拟合分析等方法对土地利用变化进行研究，揭示百色市新型城镇化水平与土地利用变化的关系。结果表明，①2005 ～2015百色市各类土地的面积都在变动;②百色市新型城镇化水平的高低与各类土地面积存在着相关性;③土地城镇化、产业城镇化及人口城镇化之间存在着正反馈关系。

[关键词]土地利用变化;新型城镇化;广西百色市

[中图分类号]F301.24[文献标识码]A

土地作为人类活动的空间载体，在城镇化进程中发挥着极其重要的作用。随着我国经济的逐步发展， “空间城镇化”并没有带来“人口城市化”。与此同时，土地撂荒、人地矛盾、优质耕地漏失等问题愈演愈烈，我国城镇化的模式亟待转型。随着相关规定的出台以及有关新型城镇化试点方案的推行，使得新型城镇化的概念深入人心。在新型城镇化发展的进程中国内外的学者开始关注新型城镇化与土地利用变化之间的关系，主要集中在新型城镇化中土地利用中的结构与布局、效益耦合发展、集约利用程度等方面的研究。也有一些学者利用3S技术结合回归分析法，对究土地利用变化与城市化及土壤侵蚀程度进行研究。

纵观国内外，学者们对仅是对一些发达城市的土地利用变化与城镇化关系进行研究，对边境地区研究较少;且多数从土地利用效益、土地利用结构的角度对城镇化进行剖析，很少从土地利用变化这个大的角度研究其与新型城镇化发展的关系。且这些地区基本上都属于广西区外的研究对广西区内城市的研究极少，特别是对对革命老区的研究更少。因此，以广西百色市为例研究2005～2015百色市土地利用的变化趋势，并探讨新型城镇化前后的其变化情况，揭示新型城镇化与土地利用变化的内在联系。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域概况

百色市位于广西西部及右江流域，旅游与矿产资源丰富，随着新型城镇化的推进，百色市的经济与城镇化发展显著加快。2015年百色市总人口达413.19万人，其中常住人口占总数的87%，整个市的GDP达980.4亿元。由于山区面积占比较大，城镇化的快速发展对土地资源稀缺的百色市提出来更高的要求，迫切需要在新型城镇化过程中提高土地的利用率，形成更为合理的发展模式。

1.2 数据来源

通过互联网资源共享下载2005、2010、2015百色市遥感影像，在ArcGis10.2及ERDAS IMAGINE_9.2软件的技术支持下，对百色市遥感卫星影像进行处理，从解译的影像中提取变化信息，最后利用土地利用转移矩阵算出各地类变化。新型城镇化评价指标体系的数据主要来源于《百色市统计年鉴》以及政府门户网站。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用动态度（LUDI）。用此方法研究百色市三个时间段的土地在数量、质量、类型等方面的面积变化，。其表达式为：

（1）

式中Ua、Ub分别为研究初、末期某土地利用类型的数量;T为研究时段。

1.3.2 转移矩阵分析模型。转移矩阵分析模型可全面反映区域土地利用类型变化的方向、特征与结构。其数学形式为

（2）

公式中：n为地类的数量，S为图斑面积，i j分别为研究初、期末地类，该模型可以清楚的反映研究时间段内初、末期的土地利用类型结构以及各时段内各地类的组成、来源。

（3）回归拟合模型。其公式如下：

Y = aX2 + bX + c （3）

式中：Y为某土地利用类型占总面积的比例; X为新型城镇化发展水平。

2 2005 ～2015百色市土地利用时空变化特征分析

2.1 土地利用数量变化分析

通过分析2005、2010及2015百色市土地利用数量结构表（表1）和2005、2010及2015百色市土地利用现状图（图1），结果表明：从时间上看，建设用地和水域面积不断增加;耕地和草地面积先减后增;林地面积先增后减;未利用地在三个时期的变化不大。从空间上看，林地、耕地数量的增减在百色市南部及东部地区较为明显;建设用地的增加则主要是体现在百色市中部及东部地区;草地、水域及未利用地在空间上的变化表现不明显。

2.2 土地利用变化速度分析

本研究采用土地利用动态度来分析百色市土地利用变化速度，依据土地利用动态度计算公式，结合不同年份的土地利用类型总面积可得到 3个时期的土地利用动态度，如表2所示。

由表2可知，2005 ～2015间，耕地面积先减后增，土地利用动态度为-0.10%;林地面积先增后减，土地利用动态度为-0.01%;草地面积变化量较小土地利用动态度约接近于0;建设用地面积、水域面积持续增加，土地利用动态度分别是1.91%和5.60%，其中建设用地面积的变化程度最大，水域次之;未利用地先增后减，土地利用动态度为0.23%。

2.3 土地利用类型变化分析

本研究运用ArcGIS10.2对百色市土地利用分类矢量数据进行空间叠置分析，得出2005～2010百色市土地利用格局转移矩阵（见表3）、2010 ～2015百色市土地利用格局转移矩阵（见表4）。

2005 ～2010百色市各地类的变化，由表3可知：①草地转为建设用地的量为590.97hm2;②耕地转为建设用地的量为5032.21hm2;③林地转为建设用地的量为2828.98;④水域转出为建设用地的量为518.2hm2。转出水域的量变成林地的面积占最多，草地和耕地次之，未利用地与建设用地最小;⑤转出的建设用地主要变成耕地和林地。

2010 ～2015各地类的变化，由表4可知：①耕地转为建设用地的面积是4982.7hm2;②林地转出为建设用地的面积是2407.21hm2;③草地转出为建设用地的面积是601.05hm2;④水域转出为建设用地的面积是831.89hm2;⑤转入的建設用地面积小于转出的。

结合表3、表4可知：在这几个时期中，建设用地变化最大，未利用地的变化率次之，说明建设用地与未利用地的面积还处于波动状态;从相互转移的数量来看，建设用地多是由耕地转入而来的，表明百色市城镇化发展建设多以占用耕地为主。此外，占建设用地转入面积较大的还有林地。

3土地利用变化与新型城镇化水平的相关分析

3.1 百色市新型城镇化发展水平测度结果

基于已有的新型城镇化评价指标体系相关研究成果，对备选指标进行了仔细筛选，指标的选取涵盖生产、生活、生态等方面的32个具体指标体系。通过计算，最后得出百色市新型城镇化发展水平。采用改进的熵权法确定权重，对新型城镇化的综合水平进行分析，以消除在权重赋值过程中主观因素的影响。

通过计算，可得到百色市2005～2015年新型城镇化发展水平测度结果如表5所示。

由表5可知，从2005～2015年，百色市新型城镇化发展水平总体上呈现逐年上升趋势。不断上升的新型城镇化发展水平反映出百色市经济稳步增长的同时，人民无论在生活上还是精神上都得到质量上的提高，生产、生态、生活配置结构日趋合理，使得城市的聚集效益不断增强，影响力也不在断扩大。

3.2 土地利用变化与新型城镇化的比较分析

借鉴已有研究，本文将各地类变化与百色市新型城镇化进行定量比较分析。然后把新型城镇化发展水平与各土地利用类型占比值制成散点图（见图2、图3），得出土地利用变化与百色市新型城镇化发展水平的定量研究关系。

由图2可知，农用地占总面积比随着新型城镇化水平的上升不断的下降，两者在数量上呈现出显著的线性关系，关联系数 R2=0.991，回归方程为：

Y1=-26.686X2+10.62X+97.943 （11）

式中：Y1为农用地占总面积比;X为新型城镇化发展水平。从曲线图可以看出，新型城镇化水平与农用地占总面积比有很密切的相关性，表明了新型城镇化的不断发展导致城市周边农用地减少。

由图3可知，建设用地占总面积比随着新型城镇化水平的上升而上升，两者在数量上同样呈现出典型的线性相关，关联系数 R2=0.9891，回归方程为：

Y2=20.219X2-8.2605X+1.2603 （12）

式中：Y2为建设用地占总面积比;X为新型城镇化发展水平。从回归拟合曲线来看，新型城镇化水平的高低与建设用地占总面积比之间在数量上相关性很好，且新型城镇化的快速发展表现为建设用地规模的不断扩大。

3.3 土地利用变化与新型城镇化的互馈机制分析

本文将土地利用变化与城市化发展作用机制应用于百色市新型城镇化发展与土地利用变化的关联分析中，结合图4分析，得出新型城镇化过程土地、产业、人口城镇化之间存在正反馈关系 。

3.3.1 三个时间段百色市的新型城镇化上水平都呈现上升的趋势，新型城镇化水平由2005年的0.1850提高到2015年的0.3138，随着城镇化进程的推进，农村人口不断向城镇积聚，城镇人口占比由25%上升至34%。在新型城镇化初期，农村人口向城市迁移，人口的大量转移导致农村土地撂荒，城镇发展空间不断扩大以满足人们的生产生活需要，这需要占用城市周边的土地以此来扩大城镇建设用地规模，最终导致土地利用结构发生改变，2005～2015建设用地比重由0.42%增加至0.65%;农业用地比重由99.00%减少至98.66%。

但是，在新型城镇化水平不断提升的过程中，其经济基础和社会功能等基本能满足迁入人口的需求，为了提升并优化新型城镇化发展水平的目标，2010 ～2015百色市城镇化进程的发展，不再是一味的以建设用地扩张为主，而是注重以人为核心，注重转变发展方式，提升集约水平，故2010 ～2015百色市建设用地增加的幅度在减小，但是新型城镇化水平仍在稳步发展。

3.3.2 土地利用结构的重组也使得产业结构重新配置，2005～2015第一产业所占比重从26.7%变成17.3%，二、三产业占比上升，由73.3%增至82.7%。城镇边缘区建设用地扩张多是占用了其边周边的农用地。

3.3.3 因二、三产业的收入远高于第一产业，大量农村剩余劳动力会向二、三产业靠拢，城镇聚集效应增强，农村人口从事非农生产占比将持续上升，势必进一步加快了新型城镇化的发展。但是，这种正向作用机制并非长久存在，当新型城镇化水平达到其应有水平后，正向影响机制就会停止，土地应该更多的向空间发展而不是摊“大饼式”。

4 结论

以广西百色市为研究区，选取2005年、2010年和2015年为研究节点，在 GIS及 RS技术的支持下，结合回归分析方法，研究百色市新型城镇化水平与土地利用变化的关系，结果表明，2005～2010年土地利用大体表现为建设用地、林地、水域面积的增加，耕地、草地、未利用地的减少，2010～2015年土地利用大體表现为耕地、草地、建设用地、水域面积的增加，林地、未利用地的减少。

新型城镇化水平的高低与土地利用类型比存在着明显的相关性，低水平的新型城镇化导致了农用地的萎缩和建设用地的扩大;当新型城镇化水平达到一定高度时，粗滥的发展方式转变成更注重发挥资源的综合效益的发展模式，农业人口合理向非农产业转移，建设用地多向空间发展，土地利用类型的变化比一般城镇化进程的结构优化，这一变化会在城镇周边地区表现得非常明显。

新型城镇化水平较低时，仅表现为建设用地的扩张;随着各方面的不断完善，土地、产业及人口城镇化之间存在着正向显著相关，当发展理念转变、水平不断提高时，土地城镇化将带动产业及人口城镇化，产业和人口城镇化也将推动土地城镇化。

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[收稿日期]2018-12-03

[作者简介]张宗刻（1990—），男，广西百色人，助理工程师，从事国有土地管理工作。