沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展的关系

吕 冰,王 越,李炆颖,李佩泽,沈殿示,高 佳

(1.沈阳师范大学 管理学院,辽宁 沈阳 110034;2.东北大学 文法学院,辽宁 沈阳 110169)

近年来，东北经济持续下滑，其发展滞后固然存在体制和机制的弊端。但不可否认的是，土地作为东北振兴的基础和载体，长期以来存在不合理的土地利用问题已成为阻碍东北振兴与发展的瓶颈[1]，诸多土地利用过程引起的社会经济问题亦亟待破解[2-4]。沈阳经济区作为东北振兴的核心区域，当前在东北振兴的过程中多注重体制机制建设、经济转型和资源型城市转型等方面的研究[5-6]。针对土地利用存在问题方面的研究十分薄弱，沈阳经济区土地利用亟待转型。土地利用转型的科学内涵十分丰富，综合已有研究成果，本研究将土地利用转型界定为一定时空范围内，土地利用类型由一种空间形态转变为另一种空间形态的过程[7]，即土地利用形态的趋势性转折[8]。土地利用转型作为研究土地利用/覆被变化的一种综合方法[9-11]，可对土地利用过程和空间结构做出表征[12]。当前研究将土地利用转型理解为土地利用空间形态和土地利用功能形态的变化[11]，在衡量土地利用空间形态变化方面，通过测量各种土地利用类型的数量结构及空间分布、构建土地利用转移矩阵、测算各种土地利用类型的动态度相关指标等方法，表征土地利用空间形态的变化[13-14]，在衡量土地利用功能形态变化方面，常与人类对土地的非商品性产出需求紧密度联系起来，通过衡量人口、GDP等与社会经济发展密切相关的指标，表征土地利用功能的变化，在描述土地利用转型时空分异特征方面，多局限于对土地利用空间指数的静态解释上[15]，有关土地利用空间形态在空间上的重心转移及其与社会经济发展关系的研究相对薄弱。相关研究应用了3S技术和土地利用信息图谱及计量分析等模型方法[16-17]，为分析土地利用转型时空分异特征提供了可靠的研究方法和技术支撑。本研究以沈阳经济区为研究区，以1980—2018年遥感影像数据为基础，建立1980，1990，2000，2010和2018年5期研究区土地利用现状数据库，采用土地利用转移矩阵，明确1980—1990年、1990—2000年、2000—2010年和2010—2018年研究区各种土地利用类型的转入转出关系，运用土地利用重心转移轨迹模型，明确各种土地利用类型(耕地、林地、草地、建设用地、水域和其他用地)以及人口和GDP的重心转移轨迹，进一步揭示土地利用转型与社会经济发展的时空分异特征，研究成果可为区域土地可持续利用提供科学参考。

1 研究区概况及数据来源与处理

1.1 研究区概况

研究区沈阳经济区地处中国东北地区的南部，辽宁省的中部，属东北亚核心地带，位于122°10′56″—125°47′05″N，40°02′10″—43°02′25″E，是国务院于2010年批准设立的第8个国家综合配套改革试验区(新型工业化配套综合改革试验区)，也是我国东北振兴的核心地区。2017年辽宁省政府调整了沈阳经济区范围，划定以沈阳为核心，连同鞍山、抚顺、本溪和辽阳等5个地级市作为协同一体化发展区域，区域土地面积4.66×104km2，占辽宁省土地总面积的31.55%，区域总人口为1 615.3万人，城市化率高达65%[18]，GDP总量为1.08万亿，占辽宁省总量的42.69%，占东北地区总量的19%，在1980—2018年期间，辽宁省GDP与东北地区GDP同步变化，其中沈阳经济区GDP占东北地区GDP的比重，在1980—1990年由24%减少至21%，1990—2010年增至26%，2010—2018年又减少至19%，呈现“减—增—减”的波浪式变化。研究区属温带半湿润大陆性季风气候，地势自北向南、自东向西倾斜，土壤类型复杂，四季气候变化明显，土地利用类型多样，研究区土地利用问题主要表现为人多地少，建设用地扩张现象严重，土地资源开发利用不合理，土地负载率变大且后备资源严重不足[13,19]，核心城市沈阳市对区域整体的辐射作用较弱[20-21]，针对上述问题，探讨沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展关系十分必要且紧迫。

1.2 数据来源与处理

1.2.1 数据来源 ①遥感影像来源。选取研究区1980，1990，2000，2010和2018年5期Landsat TM遥感影像(30 m×30 m)，为确保遥感影像清晰度，综合考虑研究区自然物候特点，选用6—9月且云覆盖率低于影像面积10%的遥感影像。②社会经济数据来源。本文采用人口和GDP来表征社会经济发展。1990，2000，2010和2018年研究区人口和GDP公里网格数据，通过中国科学院地理空间数据云平台以及中国科学院资源环境数据云平台获得；收集1983—2018年《辽宁统计年鉴》以及研究区各地级市统计年鉴中区县一级的人口和GDP数据，采用最小二乘法推算1980年研究区各区县人口和GDP的统计数据，将以区县一级行政区为基本统计单元的1980年人口和GDP数据展布到空间网格上，实现1980年研究区人口和GDP的空间化。

1.2.2 数据处理 ①土地利用数据处理。运用RS，GIS技术，对研究区1980—2018年5期遥感影像进行几何校正、裁剪、数据融合、影像增强等处理，结合研究区实际，采用监督分类法进行解译，获取研究区1980，1990，2000，2010和2018年5期土地利用数据，分为耕地、林地、草地、建设用地、水域和其他用地6种一级土地利用类型，和21种二级土地利用类型，并对其位置、面积及分布信息进行统计，土地利用解译数据精度达到92%以上。②社会经济数据处理。在ArcGIS平台下，将研究区行政界限作为掩膜，分别对1980，1990，2000，2010和2018年全国人口和GDP空间分布公里网格数据进行裁剪，得到1980—2018年研究区人口和GDP空间分布公里网格数据，并对其进行矢量化处理，以便对其进行后续的空间量化分析。

2 研究方法

2.1 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵能够反映各种土地利用类型在某一时点的静态信息，以及在一段时间范围内各种土地利用类型面积转入转出变化的动态信息[22]。在ArcGIS平台下，分别对1980，1990，2000，2010和2018年土地利用数据进行数据融合，并对各研究时段初、末两期数据进行叠置分析与面积计算，利用Excel软件的数据管理和计算功能，分别计算研究区4个研究时段的土地利用转移矩阵，明确研究区内各种土地利用类型的转移方向和数目[23-24]。

2.2 重心转移轨迹模型建立

为更直观地表现研究区土地利用转型和社会经济发展的时空演变过程，本文采用重心转移轨迹模型，分别计算1980，1990，2000，2010和2018年区域某属性的重心坐标(Xk，Yk)，描述其重心转移轨迹〔公式(1)—(2)〕。

(1)

(2)

式中：Xk，Yk分别代表区域某属性k重心的经、纬度值；Xki，Yki分别为区域某属性k中图斑i对应范围内X与Y坐标的平均值；AkI为区域某属性k中图斑i的面积。

3 结果与分析

3.1 研究区土地利用转型时空分异特征

3.1.1 研究区土地利用转型地类变化量分析 1980—1990年研究区耕地面积增加136.09 km2，其中林地和草地向耕地的净转入面积分别为60.13和78.14 km2；林地、草地面积分别减少62.13和86.68 km2，水域面积变化不大，建设用地面积增至2 762.74 km2，其他用地面积减少了38.69 km2(见表1)。在空间上耕地主要来源于研究区西南方向和农牧交错带的部分林地以及沈阳市北部和西部水体边缘的草地，其他用地类型的面积基数较小，沈阳市北部和南部边缘的其他用地面积转为耕地，其他用地整体向研究区东南方向移动。1990—2000年研究区耕地面积增加160.27 km2，这一时期林地向耕地的总转入面积为425.53 km2，净转入量高达338.58 km2，其中有132.35 km2耕地转为建设用地，城市边缘有向外扩张态势；林地、草地面积分别减少了326.11和68.46 km2，损毁严重；水域面积增加43.57 km2；建设用地面积增加151.15 km2；其他用地面积增加40.03 km2，回升至原有水平(见表1)。在空间上沈阳市北部、研究区西部水体边缘以及抚顺市东部的林地均被开垦为耕地，由于农牧交错带的面积较大，其边缘部分林地向耕地的转出面积远超研究区西北部耕地增长面积，使研究区耕地重心向东南方向转移；沈阳北部和辽阳南部的草地大面积减少，向耕地、林地、水域和建设用地转移。2000—2010年研究区土地利用情况受退耕还林还草政策影响，各种土地利用类型的转入和转出面积基本持平，其面积与研究期初各种土地利用类型的面积大致相同(见表1)。在空间上，研究区东南方向耕地面积减少，西北方向增多，研究区其他用地面积呈现西侧减少东侧增加态势。

2010—2018年研究区耕地面积减少762.25 km2，主要转出方向为水域和建设用地，转出面积分别为332.78和1 324.91 km2；水域和建设用地面积分别增加了53.60 和871.28 km2，其中建设用地面积较1980年增长1 079.81 km2，研究区社会经济发展和城市化进程在1980—2018年不断加快；草地面积减少262.02 km2，主要转出方向为林地；林地面积增加380.33 km2，主要来源为草地和水域(见表1)。从空间上看沈阳市西部和北部的草地向林地大量转入，使林地面积激增，草地面积锐减；沈阳市和鞍山市建设用地面积在原基础上有所扩大，辽阳市南部以及研究区东部建设用地明显增多；其他用地在研究区西部增多。总之，1980—2018年研究区各种土地利用类型的面积变化较为平稳。耕地面积在1980—2010年稳步上涨，但在2010—2018年减少470.63 km2，其主要流向为建设用地；林地面积减少缓慢，2018年林地面积约为1980年林地面积的98.65%，研究区林地面积损失307.10 km2，林地保护工作不容乐观；草地面积逐年减少，共减少了414.53 km2，由于研究区草地面积基数小，2018年草地面积仅为1980年的45.96%，可见退耕还林还草政策仍需相关部门落实于实处；水域面积在1990—2000年和2010—2018年共增加了91.90 km2；建设用地面积受城市化进程影响持续上升，防止建设用地的无序扩张应从土地利用的节约—集约利用入手；其他用地面积总体保持不变，应对其进行合理的规划和使用(见图1)。

表1 沈阳经济区1980-2018年土地利用转移矩阵 km2

图1 1980-2018年沈阳经济区各种土地利用类型的面积变化

3.1.2 研究区土地利用转型重心转移轨迹分析 1980—1990年研究区耕地重心向东北方向迁移14.21 km；林地重心向南偏西方向迁移5.94 km；草地重心向东南方向迁移12.76 km；水域重心向东迁移4.92 km；建设用地重心向北部仅迁移了0.62 km；其他用地重心向东南方向迁移15.11 km。该时期研究区内耕地、草地和其他用地的重心迁移程度较大，其主要原因是人为开垦导致耕地面积增加，草地面积减少，以及其他用地被开发利用(图2)。

1990—2000年研究区耕地、草地重心分别向东南方向迁移17.5和13.7 km；林地的重心向西南方向迁移6.1 km；建设用地重心向北迁移了4.5 km；水域和其他用地重心位置稳定。这一时期耕地面积增加和林地、草地面积减少是其重心迁移程度较大的主要原因。

2000—2010年研究区土地利用转型重心迁移幅度较为稳定，各种土地利用类型的转入转出面积均较小，其总面积在研究期前后几乎不变，重心也都处于一种稳定状态。这一时期重心迁移幅度最大的是其他用地，其重心向东偏北方向迁移3.7 km。

2010—2018年研究区土地利用转型重心迁移幅度最大，耕地重心向西南方向迁移7.2 km，林地、草地、水域和其他用地的重心向西北方向分别迁移63.7，59.7，17.6和27.8 km，建设用地重心向东南方向迁移14.2 km。林地、草地、水域和其他用地重心向沈阳市中部迁移剧烈，其中林地重心迁移主要原因是研究区北部的耕地和草地向林地的转移增多；草地重心迁移主要原因是研究区草地面积基数小，且东南方向的草地向林地大量转出，使草地面积锐减。耕地相比其他土地利用类型在这一时期的重心迁移程度相对较小，向研究区几何中心靠近(图2)。

图2 沈阳经济区各种土地利用类型在不同发展阶段的转移距离

综上所述，1980—2018年研究区各种土地利用类型的重心空间迁移方向和速度差异明显，1980—2010年研究区林地、建设用地和水域重心位置较为固定，2010—2018年研究区各种土地利用类型的重心迁移方向均出现明显转折，研究区林地、草地、水域和其他用地重心均向沈阳市中部迁移剧烈，而建设用地的重心则向反方向移动，各种土地利用类型转移方向的变化主要受沈阳经济区建立带来的各地级市的社会经济协同一体化发展得影响(图3)。

图3 沈阳经济区经济发展重心转移轨迹

3.2 研究区社会经济发展重心转移轨迹分析

1980—2018年研究区人口和GDP重心始终处于沈阳市东南角，人口重心从沈阳和辽阳交汇处开始，呈先“Z型”后“C型”迁移回沈阳和辽阳交界处，经济重心从沈阳、辽阳与本溪的交汇处，呈“S型”向沈阳市中心方向迁移，研究区人口和GDP重心均向偏离研究区几何中心(123.75°N，41.51°E)方向移动，且主要集中于东西方向上的迁移，南北方向上迁移相对较小，主要原因是受到历史基础、自然条件和产业条件的综合影响。1980—2000年研究区人口和经济重心在沈阳市、辽阳市、本溪市的交界处徘徊，且均有向研究区西部移动的趋势；2000—2010年是以沈阳市为首的研究区经济发展增速最高的时期，人口和GDP重心均向沈阳市方向靠近，核心城市的带头作用逐步显现；2010—2018年沈阳经济区的成立促进了区域社会经济一体化进程，有助于该区域形成联动发展格局(图3)。

3.3 研究区土地利用转型与社会经济发展关系分析

1980—2010年研究区人口增长速度减缓，GDP水平增加了68倍，这一时期建设用地重心移动较小，耕地、林地、草地、水域和其他用地重心向远离沈阳市中心方向迁移，人口、GDP的重心与耕地重心迁移的方向相反，沈阳市城镇化发展加快。2010—2018年沈阳经济区发展较快，各种土地利用类型的分布发生较大变化，经济水平和人口数量均保持在稳定状态，在区域社会经济一体化发展现状下，研究区各地级市协同发展。区域土地利用转型在时序上的变化通常与区域社会经济发展相对应[14,25]，土地利用转型通过改变土地利用方式和结构，影响各种土地利用类型的空间分布特征，特别是生产建设类用地以及农用地的集中连片分布，有助于提升工业企业的物流效率和农用地的生产效率，便于实现一体化的经营和管理，绿色生态类用地的集中连片分布有利于自然生态环境保护和旅游业的开发建设，从而促进区域社会经济发展。同时区域社会经济发展促使区域土地利用功能形态发生变化，如单位面积内较高的经济产出和较大的人口承载力等，提升了区域土地利用集约化水平，改变了区域土地利用空间形态，进而实现区域土地利用转型。总之，1980—2018年研究区土地利用转型促使区域人口聚集，提升了社会经济发展水平。

4 讨论与结论

4.1 讨 论

明确土地利用转型与社会经济发展的关系对人类合理开发利用土地具有重要意义。目前国内外相关研究对土地利用转型时空分异特征的研究较多[26-27]，但针对各种土地利用类型的重心转移与人口、GDP重心转移关系的研究尚缺少探讨。对研究区进行土地利用空间形态变化与社会经济发展关系的研究，更加直观的展现1980—2018年研究区土地利用和社会发展的现实情况，有助于协调东北地区经济发展与土地可持续利用的关系。本文通过测算1980—2018年不同时点研究区各种土地利用类型的重心转移特征，将人口、GDP的重心转移特征以空间化的形式体现，分析各种土地利用类型的空间形态与人口、GDP的相互作用关系，有助于优化区域土地利用。如何在明确区域土地利用转型与社会经济发展关系的基础上，探讨自然环境变化和人类活动对土地利用转型机理是下一步的研究重点和方向。

4.2 结 论

(1) 1980—2018年研究区各种土地利用类型存在相互转化关系，耕地、林地和草地面积均有减少，且主要转出方向为建设用地，使建设用地面积持续上升，一定程度上满足了人民的生产生活的需要，促进区域经济的发展；1990—2000年和2010—2018年这两个时期研究区水域面积增加，其主要来源为耕地和草地；其他用地利用较差，研究时段内面积变化不明显。

(2) 1980—2018年研究区各种土地利用类型的重心空间迁移方向和速度差异明显，1980—2010年研究区林地、建设用地和水域重心迁移范围较小，重心位置较为固定；2010—2018年沈阳经济区被批准设立后，受到沈阳市经济发展的影响，研究区各种土地利用类型的重心迁移方向均出现明显转折，其中林地、草地、水域和其他用地重心均向沈阳市中部迁移剧烈，耕地和建设用地重心在区域社会经济一体化发展现状下，向研究区几何中心方向迁移。

(3) 1980—2018年研究区人口、GDP转移重心受历史基础、自然条件和产业条件等影响，分别呈现为先“Z型”后“C型”迁移和“S型”迁移，迁移方向主要集中于东西方向，呈现由东向西的趋势，相比之下南北方向上的迁移较小。1980—2010年沈阳市的经济水平在研究区范围内逐渐占据领先地位，人口和GDP重心均远离研究区几何中心向靠近沈阳市的研究区西部迁移；2010—2018年沈阳经济区设立，实施区域社会经济一体化发展，人口重心向研究区几何中心靠近，而GDP重心受沈阳市城镇化发展速度加快和鞍山市、本溪市在这一时期经济负增长的影响，向沈阳市中心方向靠近。

(4) 1980—2018年研究区各种土地利用类型的面积变化比较稳定，但各种土地利用类型的重心在空间分布上差异较大，区域土地利用转型与社会经济发展相互促进，在一定程度上刺激了研究区人口和GDP不断增长，区域社会经济发展与土地利用空间结构和布局的调整正逐步形成联动发展格局。