土地利用数量结构的预测方法研究

夏雨岚 蔡潇 叶晓龙 吕添贵

摘 要  本文采用定量分析方法分析九江市的土地利用数量结构的特征并对其2020年用地数量结构进行预测，对比分析规划值与预测值之间的差异。研究结果表明：（1）九江市用地数量结构变化的显著特征是农用地、生态用地占比逐年减少，建设用地快速增加;（2）采用灰色系统动态模型对九江市的用地数量结构进行预测具有科学合理性。建议在国土空间规划编制中采用科学方法预测，以提高规划的科学性和指导性。

关键词  土地利用;数量结构特征;灰色系统动态预测模型;九江市

中图分类号：F301.2 文献标识码：A

Research on Prediction Methods of Land Use Quantitative Structure

—Taking Jiujiang City as an Example

Xia Yulan1， Cai Xiao1， Ye Xiaolong1， Lv Tiangui2

（1.College of Tourism and Geography， Jiujiang University， Jiujiang Jiangxi 332005; 2. School of Tourism and Urban Management， Jiangxi University of Finance and Economics， Nanchang Jiangxi 330013）

Abstract： The purpose of this paper is to analyze the present characteristics of land use quantitative structure in Jiujiang city of Jiangxi province， to forecast the quantitative structure of land use in 2020， and to compare the difference between the planning number and the predicting number. The results show that：①The obvious characteristic of changes of land use quantitative structure in Jiujiang city is that the proportion of agricultural land and ecological land is reduced year after year， and the construction land is increasing rapidly. ②It is scientific and reasonable to use the grey system dynamic model to predict the quantitative structure of land use in Jiujiang city. In order to enhance the planning scientific and directive， it is suggested to adopt scientific methods to forecast in national spatial planning.

Keywords： land use; quantitative structural characteristics; model of grey system dynamic prediction; Jiujiang city

1  引言

土地利用结构是土地利用系统的核心内容[1]，是土地利用规划研究的核心问题[2]。土地利用结构包括四层含义：土地利用组成结构、土地利用数量结构、土地利用空间结构、土地利用权属结构，其中，土地利用数量结构是指区域内各类土地利用类型和方式在数量上的比例关系，反映不同土地利用系统的特征、利用水平及运行方向[3]。

现有文献对土地利用数量结构的分析主要从静态、动态角度展开。从静态研究来看，现有的土地利用数量结构分析主要包括组合类型分析、集中程度分析、多样化分析、区位意义分析等[4-6];从动态研究来看，现有的土地利用数量结构分析主要体现在利用历年数据分析历年的土地利用变化、利用历年数据预测未来土地利用结构两个方面。其中，分析历年的土地利用变化，国外学者主要是应用GIS、RS技术进行分析[7-8]，国内学者主要采用土地利用动态度指标分析土地利用类型变化的速度和幅度[9-12];预测未来的土地利用数量结构，学者们主要通过构建马尔科夫预测模型[13-15]或采用灰色预测法[16-17]。从现有研究来看，大多侧重于从静态或动态的某一方面分析土地利用数量结构的特征，鲜有文献综合运用静态和动态分析方法研究土地利用数量结构。

本文以全国第一大淡水湖泊鄱阳湖与全国第一大河流长江的节点城市——江西省九江市为研究对象，在分析九江市历年的土地利用数量结构的基础上对其进行预测，以期为九江市的土地利用转型、土地利用管理及新一轮国土空间规划编制工作提供依据。

2  研究方法及数据

本文聚焦于九江市土地利用数量结构的过去、現在和未来，采用灰色系统动态预测模型预测2020年九江市的土地利用数量结构。文中九江市的社会经济统计数据来源于《九江市统计年鉴》;2009-2015年的土地利用变更调查数据均来自九江市自然资源局。

灰色系统动态预测模型是通过少量的、不完全的信息，建立数学模型并做出预测的方法。灰色预测的缺点在于对波动性较大数据列和长期预测的拟合较差，优点在于短期预测。目前应用最为广泛的灰色预测模型是GM（1，1）模型，该模型基于随机的原始时间序列，经按时间累加后所形成的新的时间序列呈现的规律可用一阶线性微分方程的解来逼近，从而对时间序列数据进行数量大小的预测。这种方法对影响因素多、规律性不很明显的数列预测有明显的优势[18]。考虑到数据的可得性及影响各地类面积变化的社会经济因素较多，本文拟构建灰色系统动态预测模型对土地利用数量结构进行短期预测。据此，本文根据2009-2015年九江市的土地利用变更调查数据分别建立8类土地利用类型的预测模型，预测其2020年的发展趋势。

3  结果分析

3.1 土地利用数量结构变化特征

通过对九江市2009-2015年各个土地利用类型数量结构的动态分析可知（表1）：农用地大量减少，建设用地大量增加。其中，园地面积减少的速度最快，6年间减少了6.13%;耕地面积、林地面积分别以0.18%、0.16%的速度减少;草地减少了4.29%;交通运输用地面积增加的速度最快，期间增加了20.58%;城镇村及工矿用地面积以年均2.9%的速度增加了18.74%。采用土地利用结构变化贡献率指标反映2009-2015年九江市土地利用结构的动态演化，由表1可知，对九江市2009-2015年土地利用结构变化贡献最大的土地利用类型是城镇村及工矿用地，这主要是受九江市近些年快速发展的工业化和城镇化影响。此外，研究时段内，水域及水利设施用地面积以年均0.23%的速度减少。

3.2 灰色系统动态模型预测结果与分析

3.2.1 2009-2015年九江市土地利用数量结构的预测拟合分析

运用MATLAB软件对九江市的8种用地类型分别进行GM（1，1）灰色模型预测，可以得出各种土地利用类型历年的预测拟合值和误差百分比（表2）。表2显示各地类的预测结果与实际值拟合较好，误差百分比大部分控制在0.1%以下，由此可见，采用灰色预测模型对九江市土地利用结构进行预测是可行的。

3.2.2 2020年九江市土地利用数量结构预测

本文采用灰色系统动态模型预测法对九江市2020年各地类的用地结构进行预测，并将其与九江市2020年的各地类的规划值进行对比分析（表3），以期为近期九江市的土地利用决策调整、合理配置土地资源、实现土地利用效益最大化提供依据，以此调整社会经济发展策略，优化土地利用结构，达到土地资源的可持续利用。

从预测结果来看（表3），九江市2020年的用地构成中仍以林地和耕地为主，但林地和耕地的占比均处于下降趋势，较2015年占比分别下降0.48%和0.13%;城镇村及工矿用地和交通运输用地所占比较2015年将分别增加0.62和0.15个百分点;水域及水利设施用地占比将降低0.14个百分点;其他土地占比保持稳定。

从九江市2020年土地利用数量结构预测值和规划值比较来看，耕地、林地、水域及水利设施用地的数量结构的规划值比预测值略微偏小。考虑到九江正处于快速发展的工业化和城镇化阶段，工业化和城镇化发展对建设用地的需求快速增加需要占用部分农用地及水域，造成其规划值比预测值偏小是可以接受的。随着长江经济带发展战略、“一带一路”战略的实施、“九江市国民经济和社会发展第十三个五年规划”的深入推进，建设用地需求量必将会进一步增加。但是，九江市土地利用结构2020年的规划值中，城镇村及工矿用地、交通运输用地的占比共4.97%，不仅小于预测值7.54%，更比其2015年測定的6.77%的比重还小，这就存在明显的矛盾。更难以解释的是，在《九江市土地利用总体规划（2006-2020年）》中，其他土地所占的比重竞高达到10.32%，远超历年及其预测值1.2%的比重，可能存在规划中把一些可用闲置土地违规纳入“其他土地”的问题。由于这部分闲置土地实际上是前期准备的建设用地，如果这样的话，就有可能造成实际建设占用的土地远超过规划值和预测值，有可能存在违法占地的行为。此外，在历年的土地利用变更调查数据中草地占比达到1.8%-2%之间，然而规划中2020年草地占比为0，这与现实不相符合，也违背生态文明建设的初衷。可见，当前正在实施的《九江市土地利用总体规划（2006-2020年）》存在一定的缺陷，期望在新一轮的国土空间规划中，其能够实事求是并结合国民经济和社会发展的需要，做好科学预测;否则，规划便失去了它应有的科学指导作用。

4  结论

（1）从土地利用数量结构变化来看，九江市土地利用数量结构变化的显著特征是农用地、生态用地（主要包括林地、草地、水域等能改良区域生态环境的用地类型）比重逐渐减少;建设用地比重快速增加。无论是从2009-2015年九江市的土地利用数量结构的统计中还是2020年的预测结果来看：耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地均处于逐年减少;城镇村及工矿用地、交通运输用地面积处于逐年增加的态势，其中，城镇村及工矿用地对建设用地面积增加的贡献最大。这与九江市当前快速发展的工业和城镇化需要大量建设用地相一致。

（2）采用灰色系统动态模型预测九江市的土地利用数量结构是可行的。通过对2009-2015年九江市土地利用数量结构的预测拟合分析，显示各地类的预测结果与实际值拟合较好，误差百分比大部分控制在0.1%以下。同时对九江市2020年用地结构的预测值与规划值对比，发现采用灰色系统动态模型预测未来的用地状况较其传统规划方法更具客观性和科学性，可有效避免人为规划的主观随意性。

（3）《九江市土地利用总体规划（2006-2020年）》中存在一定的缺陷，与当前九江的实际发展状况和发展趋势有些不符。科学预测主要地类的面积和结构是编制好一部规划的关键，在新一轮的国土空间规划编制中需采用多种方法进行科学预测，以提高规划的科学性和指导性。

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