基于用地强度指数的昆明市呈贡区土地利用变化特征分析

易俊华，赵 玉

(1.昆明冶金高等专科学校测绘学院，云南 昆明 650033；2.云南省测绘产品检测站，云南 昆明 650034)

0 引 言

自从1995年国际地圈生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Programme,IGBP)和国际全球环境变化人文因素计划(International Human Dimentions Programme on Global Environmental Change,IHDP)共同拟定并发表了《土地利用/土地覆盖变化科学研究计划》以来，许多全球环境变化的国际组织和国家纷纷启动了各自的土地利用/土地覆盖变化(Land Use/Land Cover Change，LUCC)研究项目。土地资源有限，如何评价人地关系及其特征以集约化利用土地资源是当前土地利用需要解决的重大问题。土地利用强度指数是指人类为了生存发展，需要改变土地的原始布局和样貌，对土地生态系统进行改变的程度。该方法既能直接表现土地表面覆盖的变化，还能间接表现土地生态系统的损害而导致变化的环境，进而为政府从事相关工作进行可持续发展提供了依据。比如，闫永涛等[1]利用土地利用强度指数研究了北京市土地利用变化的空间结构形态,揭示了其特征及影响因素；刘欢等[2]应用地学信息图谱方法研究了银川平原的土地利用强度空间变化规律，为该地区土地资源优化配置和社会经济可持续发展提供基础依据；马劲松等[3]以南京市江宁区和溧水县为例,利用半方差变异函数和分形维数对研究区2个时段的土地利用强度指数进行了空间变异特征分析，结果表明：对土地利用强度指数进行空间异质性分析能挖掘出更多的土地利用信息；刘芳等[4]利用遥感、社会经济和土地利用分类等多源数据，研究了土地利用强度的高分辨率表达方法，并利用该成果对中国21世纪的土地利用强度的分布格局进行了定量分析。可见，利用土地利用强度指数是定量刻画区域性人类活动与LUCC关系的有效方法。

呈贡区位于我国云南省昆明市滇池东岸，是昆明社会经济发展的南部重镇，近年来经济发展迅速，经济发展与自然环境存在着明显的差异，摸清该区域土地利用变化与人类社会经济的关系对于促进该区域的可持续发展具有重要意义。基于此，本文运用GIS数量分析方法对呈贡区的土地利用程度进行定量分析，以期为实现土地资源的高效利用以及土地生态系统的良性发展提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

呈贡区地处北纬24°42′—25°00′，东经102°45′—103°00′,在昆明坝子的南部，西连滇池，是昆明市级行政中心，高校云集，交通便利，农业发达，众多产业园也纷纷迁至于此。2017年呈贡区GDP突破200亿元，城镇化和工业化进程不断加快，也是云南省高等教育的腹地，多所高校坐落在呈贡，加之众多产业园，为呈贡区发展提供了源源动力。因此，以呈贡区为研究对象，利用用地强度指数分析城市化进程中土地利用变化特征，有助于发现该地区社会经济发展与土地资源之间的互动关系与相关程度，为该地区的良性用地规划提供决策依据。

1.2 土地利用强度指数

土地利用强度指数能够反映土地利用的深度和广度，是人类活动和自然环境共同作用的结果。将各类型的土地利用类型进行重新分类，把它们划分为4级地类，再将各级地类实现分级定量化，其结果如下：Ⅰ 级地类为未利用地，土地利用定量为1；Ⅱ 级地类为林地、草地、水域，土地利用定量为2；Ⅲ 级地类为耕地、园地、人工草地，土地利用定量为3；Ⅳ 级地类为工矿用地、居民用地、城镇用地、交通用地，土地利用定量为4。根据刘纪远等提出的土地利用强度的综合分析方法，土地利用强度指数计算公式如下[5-6]：

UINDEX=100×∑Ai×Ci

UINDEX∈[100,400]

其中：UINDEX为土地利用强度指数；Ai为第i级土地利用强度分级指数；Ci为第i级土地利用强度分级面积百分比。

根据公式可知，土地利用综合量化指标体系是一个[100, 400]之间连续变化的指标，综合指数越大，则土地利用强度越大；反之，则土地利用强度越小。土地利用强度指数可以反映土地的利用现状、土地的覆盖情况、人口集聚度等情况，作为人和自然的共同作用的结果，其量化结果可以客观地为人们提供用地参考。基于呈贡地区的现状，本文主要研究林地、草地、耕地、城镇工矿居民用地、水域等地类和未利用土地的面积变化与用地强度指数的时空变化；利用土地利用强度指数对呈贡区进行定量化的研究，掌握呈贡区的用地程度情况，并分析其原因，引入统计学中的皮尔逊相关系数，得到到各级地类间的相关程度。

2 结果与分析

2.1 土地利用强度计算结果

用地强度指数作为衡量土地利用强度的指标，是对某一时间点或时间段内的土地利用的真实反映。2013年呈贡区的用地强度分布情况如图1(a)所示。将呈贡区的土地利用程度指数从100～400分为5级,可以看出：土地利用综合指数低于149的区域，用地强度比较低，主要集中分布在东部毗邻阳宗海地区、南部马金铺乡大部分地区、大渔乡邻近滇池的大部分土地以及北部呈贡工业园区旁边的大片区域；综合指数在149～221的区域主要包括滇池、阳宗海、北部诸山(尖山、蛇山、五里箐、西路山、向阳山、黑山阱)、东部诸山(柴家坟、大官山、小官山、李凹山等)以及东南边陲诸山(架子台、鸡叫山、十八台等)；综合指数在221～280的区域没有成片出现，而是零散呈点状分布于呈贡区中西部地区；综合指数在280～349的区域，主要分布于滇池东岸邻近地域、王家营、中卫居委会等片区；综合指数在349～400的区域，属于用地强度最大的区域，在本次分类中，主要分布于呈贡老城区、各级人民政府所在地、呈贡工业园区以及各类学校所在地。

2017年呈贡区的用地强度分布情况，如图1(b)所示。将呈贡区的土地利用强度指数从100 ～400 分为5级。从中可以看出：综合指数在149以下的区域，主要分布在邻近阳宗海附近地域、中部诸山(柴家坟、大官山、小官山、李凹山、尖山、营盘山等)、南部的白云居委会境内、东南边境诸山(架子台、鸡叫山、十八台)以及东北部诸山(支锅山、凤凰山、黑阱山、向阳山)等地区，其余区域零散地分布于毗连滇池一带；强度指数在149～221的区域主要组成为水域、呈贡区正北部的山区、西南边陲部、东部诸山大部分地区以及北部尖山区域；综合指数在221～284的区域，零散分布于呈贡区的各地，没有成片的出现，不太明显；强度指数在284～356的区域主要分布于斗南农业园片区、北部果林、吴家营农业园，其余小部分零散分布于南部；强度指数在356～400的区域，主要是建设用地，中西部的大部分平坦区域、东北部的呈贡工业园区、四合院片区以及七子湾片区，其余小部分零散分布于山里较平坦的区域。

图1 呈贡区2013和2017年用地强度对比

从呈贡区总体上来看，2013和2017年的土地利用强度指数平均指数分别为206.82和240.81，土地利用强度增长14.11个百分点，变化显著，说明这4年内呈贡区经济发展迅猛。指数高的建设用地，4年间占比面积不断扩大，因此对土地利用强度影响最大。从总体上看，呈贡区的土地利用强度不均衡，中西部地区土地利用强度较大，而东部地区土地利用强度指数较小。用一条直线连接正北端和正南端，大致把呈贡区的土地利用强度分为两部分：利用强度大的西部和利用强度小的东部；2017年西部陆域的强度平均指数超过300，而东部陆域的强度平均指数仍在200以下。

2.2 各级土地利用类型强度相关分析

呈贡区的土地利用强度指数为Ⅰ级地类、Ⅱ级地类、Ⅲ级地类、Ⅳ级地类利用指数之和，所以各级地类共同影响着用地强度指数，且影响力大小不同[7]。利用皮尔逊相关系数分析用地强度指数和各级地类的相关程度，结果见表1。其中，用地强度指数与Ⅰ级地类指数相关性极大，相关系数为-1(P<0.01)，与Ⅱ、Ⅳ级地类指数呈显著正相关，相关系数分别为0.999和1(P<0.05)，与Ⅲ级地类利用指数相关性不大(P>0.05)。Ⅱ级地类和Ⅳ级地类利用指数是土地利用强度指数大小的重要成分，并且土地利用强度与其呈正相关，反之，则与Ⅰ级地类的利用指数呈负相关。从各级地类指数之间的相关性来看，Ⅰ级地类和Ⅱ级地类的相关系数为-0.998，Ⅰ级地类和Ⅳ级地类的相关系数为-0.999(P<0.05)，说明未利用地的利用程度增加，将直接导致水体、林地、草地利用强度的减弱，但Ⅰ级地类和Ⅲ级地类无明显相关性；Ⅱ级地类和Ⅲ级地类相关系数为-0.997(P<0.05)，呈显著负相关，说明林地、水体、草地利用程度的增加将会直接导致耕地利用程度的减弱，Ⅱ级地类和Ⅳ级地类呈显著正相关，相关系数为1(P<0.05)，说明耕地利用强度的增加为建设用地利用强度的增加提供正能量，其他各级地类间的相关性不显著。

表1 2013—2017年呈贡区各级地类土地利用强度指数之间的Pearson相关系数

2.3 土地利用强度指数影响因子分析

利用皮尔逊相关系数对呈贡区4年内各地级指数、用地强度指数与第一产业值、第二产业值、第三产业值进行相关性分析[7]，发现相关性并不显著(表2)。造成呈贡区土地利用强度指数时空变化的因素很多，但追根寻底可概括为人为因素和自然因素两方面。从自然因素来看，呈贡区位于滇池东岸，昆明坝子的南端，全区的地理环境多样，水域的利用难度较大，地势西部平坦，东部多山、地势较高难以开发利用，因此，形成了东部高、中西部低的地貌走势。从人为要素方面来看，自2013—2017年以来，随着城镇化进程的加快，传统产业不断转型升级，不断有房地产开发商来到呈贡区进行开发投资，加强了呈贡区的用地强度，因此政策要素才是呈贡区各种土地格局变化的主要因素：2013年呈贡县改区，打破了昆明市多年来的四区格局，形成“五区鼎立”的新格局；昆明市政府搬到呈贡区内，让呈贡区被重新定位为未来昆明市的中心，致使众多的企业、商人看到了呈贡未来的潜力，纷至沓来从事各类商业活动，大大改变了各类型土地的占比；昆明市首条地铁线的开通、昆明南站(高铁站)的使用，使得呈贡区的交通变得十分便利；呈贡区环境好、车辆少、消费较低，受到大多数人的青睐，人们不约而同来到呈贡生活，加大了人口密度，从而提高了土地利用强度。

表2 2013—2017年呈贡区各级地类土地利用强度指数与影响因子的Pearson相关系数分析

3 结 论

本研究形成的主要结论为：1) 2013—2017年呈贡区土地总体利用动态变化表现为耕地的动态度最大，未利用地次之，再次为草地、建设用地和林地，水体的动态度最小，各地类土地间都有所转移，但转移的多少和方向各不相同。2) 呈贡区土地利用强度指数存在明显的时空差异，2013—2017年土地平均利用强度指数由206.82增长到240.81，土地利用程度增长 14.29%；土地利用强度指数高的区域集中分布在呈贡区中、西部区域，特别是市、区级政府所在地、学校、工业园区，东部地区用地强度较低。3) 呈贡区内Ⅱ级地类、Ⅳ级地类的利用强度指数为土地利用强度指数提供正能量，Ⅰ级地类利用强度指数为土地利用强度指数提供负能量，Ⅲ级地类对用地强度指数影响不显著。4) 呈贡区内的土地利用时空变化是人类活动和自然环境共同作用的结果。自然因素主要体现在地形和自然资源的分配上，人为因素主要是人们的活动——种植业、房地产建设、交通用地以及政府的行政行为等影响人口的分布，进而导致土地利用类型的变化和用地强度指数的变化。

综上所述，呈贡区绝大部分地区土地利用强度指数增长显著，可归咎于近4年来城镇化进程的加快和人口密度的快速增加。一个地区是一个整体，一个土地利用类型面积的增加势必导致与其相关其他类型土地面积的减少，建设用地的增加多以牺牲耕地为代价。因此，在加强土地利用的同时，也要保障生态系统的稳定、实现可持续发展，避免因盲目提高土地利用强度指数而破坏生态系统和土地利用结构的平衡。