2009-2018年海口市土地利用转型特征及其影响因素

王 婷, 韦仕川,2

(1.海南大学 公共管理学院, 海南 海口 570228; 2.海南省公共管理治理研究中心, 海南 海口 570228)

城镇化和工业化的无序蔓延扩张，人口、产业和城镇三者之间的交互关联耦合，导致非农用地需求增加，农业生产空间与生态空间受到挤压，导致粮食生产安全和生态安全等问题日益突显[1-4]。人们对土地的开发利用强度使得土地利用发生剧烈变化，加速土地利用转型[5]。开展土地利用转型研究对于综合研究与评估土地变化结果，破解人类活动与土地利用/土地覆被变化系统耦合规律，实现土地资源的优化利用具有重要意义[6]。

土地利用转型是指社会经济变化和革新的驱动下，某一区域在一段时期内由一种土地利用形态转变为另一种土地利用形态的过程，它通常与经济和社会发展阶段的转型相对应，是一个动态变化的过程[7]。已有诸多学者针对土地利用转型进行研究。国外学者对林地转型方面颇为关注[8-10]；国内学者主要集中于耕地转型[11-13]、宅基地转型[14-16]、建设用地转型[17-20]、土地利用转型的理论框架[21]、土地利用转型的生态环境效应[22-24]以及与乡村转型发展耦合关系等[25]方面。土地利用具有生态、生产和生活(简称“三生”)的综合功能，而土地利用转型的重要表现就是有限的土地资源通过在各种主导功能之间进行数量和空间再配置的动态过程[26-27]。目前基于“三生”功能的土地利用转型研究大多聚焦于生态方面[23-24,28-29]，而综合考虑其社会、经济与政策的影响因素研究甚少。

海口市是海南省经济、政治、文化中心及与岛外联系的交通枢纽，也是海南国际旅游岛和自由贸易港建设的前沿阵地。在此种背景下，明晰土地利用转型特征及其影响因素对于自贸港建设及土地利用布局优化具有重要意义。因此，本研究以海口市为例，利用土地利用转移矩阵、土地功能重心迁移和小波相干模型，识别2009—2018年海口市土地利用转型特征及影响因素，为国土空间规划提供科学参考。

1 研究区概况

海口市是海南省省会城市，国际性综合交通枢纽城市，国家“一带一路”倡仪支点城市，海南自由贸易港核心城市，位于北纬19°31′—20°04′，东经110°07′—110°42′，地处海南岛北部，东邻文昌，西接澄迈，南毗定安，北濒琼州海峡。下辖秀英、龙华、琼山、美兰4个区，共辖22个镇，21个街道办事处。截至2018年底，海口市总人口为2.30×106人，土地总面积为2 289.51 km2，地区生产总值为1.51×1010元。研究区属于热带季风气候，地势平缓，主要土壤类型为砖红壤、带状潮沙泥、滨海沙土。随着2008年“国际旅游岛”的提出，人口数量增加，城市化进程加快，土地利用发生剧烈转型。

2 研究方法及数据

2.1 研究方法

2.1.1 土地利用类型转移矩阵 通过分析土地利用类型转移矩阵，可以实现土地利用功能结构的转型。该方法将土地利用转型转移面积以矩阵的形式加以列出，可以综合反映不同时期土地利用的结构特征和土地利用功能类型的变化[30]。本文使用ArcGIS软件对2个时期的土地利用类型数据进行交叉分析，并结合Excel数据透视表进行处理，建立2009—2018年海口市土地利用类型转移矩阵。计算公式为：

式中：S为面积;n为土地利用的类型数;i，j分别为研究初期与末期的土地利用类型。

2.1.2 土地功能重心迁移 为更直观地分析土地利用转型过程，通过对各年份各类用地重心坐标的计算分析其重心迁移过程[31]，其表达式为：

式中：X,Y表示各类用地分布重心的经、纬度坐标;Wi表示第i个土地斑块的面积;Xi,Yi分别表示第i个土地斑块几何重心的经、纬度;n表示该年份各类用地的斑块总个数。

2.1.3 小波相干模型 小波相干谱可以用来度量空间中两个信号局部相关的密切程度[32-33]。本文将生产用地面积变化率、生活用地面积变化率、生态用地面积变化率代表“三生用地”(Y)和影响因素(X)视为两组空间信号，采用二者之间的小波相干系数作为生产用地、生活用地、生态用地影响因素对其作用的大小，将生产用地面积变化率、生活用地面积变化率、生态用地面积变化率(Y)和影响因素(X)的小波相干谱定义为：

式中：R为生产用地面积变化率、生活用地面积变化率、生态用地面积变化率Y和影响因素X的小波相干系数;WX(s)，WY(s)和WXY(s)为小波相干谱密度,即均除以尺度参数s,方可进行频率域的平滑谱运算,否则将导致在所有空间和频率点上交叉小波功率谱值均相等的错误结果,〈〉为平滑算子。

利用小波相干系数，明确土地利用转型与其影响因素之间的作用关系，若小波相干系数大于0.7，说明该影响因素对土地利用转型会产生重要作用。小波相干谱中下方0～1是小波相干系数值，细黑色锥线闭合内的数据为有效数据，粗黑线包围的范围表示通过蒙特卡洛显著性检验。

2.2 数据来源及处理

2.2.1 数据来源 文中社会经济数据来源于2010,2019年《海口市统计年鉴》和海口市各区、镇政府工作报告；2009,2018年海口市土地数据来源于土地利用变更调查数据，土地利用现状数据参照《土地利用现状》(GB/T21010-2017)，土地整治数据源于土地整治项目。根据土地功能相关文献[29,34-36]，将土地利用类型按其所满足人类需求的不同方面分为生产功能、生态功能和生活功能(表1)。

表1 海口市“三生”功能分类

2.2.2 指标选取 考虑土地利用转型是土地利用变化演进到一定阶段的产物，通常以10 a甚至100 a作为研究尺度[21,37]，故将2009—2018年10 a作为研究整体。土地利用转型任何时候都发生在社会、经济及政策三维框架中[38]，社会因素主要体现在人口方面，土地利用转型与人口结构紧密相连，人口的迁移影响着土地利用转型[39]；经济因素主要体现在GDP方面，是影响土地利用结构的主要因素和根本动力[40]；政策因素指引着土地利用转变的方向，引起土地利用格局的重大调整[41]，目前中国土地管理政策是在土地利用总体规划管控下，通过建设用地指标和耕地“占补平衡”政策措施进行管理，建设用地指标通过建设用地面积变化情况体现，而耕地“占补平衡”通过土地整理项目实施。

综上借鉴现有研究[42-46]，结合数据科学性、可获取性原则，以研究周期为基准从社会、经济与政策3层面选取指标(表2)。鉴于海口市自然因素对土地利用转型影响不显著，故未考虑。

表2 海口市土地利用转型指标解释

3 结果与分析

3.1 土地利用转型时间演变特征

图1为2009—2018年海口市土地利用状况分布。由图1可以看出，农业生产用地、林地生态用地以及城镇生活用地分布最为广泛，依次分布于该市南部、东部与北部。2018年海口市农业生产用地和林地生态用地面积为1 164.87，414.43 km2，分别占总面积的50.88%和18.10%(表3)。海口市河湖水网分布密集，水域生态用地所占比重较高，而草地生态用地比重相对较小。其他生态用地面积为3.77 km2，仅占总面积的0.16%，表明海口市土地开发利用程度高，后备土地资源不充裕。2009—2018年，海口市土地格局发生了显著变化，生产与生态用地面积均减少，生活用地面积增加。其中农业生产用地和林地生态用地面积大幅减少，工矿生产用地、城镇生活用地、农村生活用地面积增长较快。农业生产用地和林地生态用地分别减少35.07，15.73 km2，工矿生产用地、城镇生活用地、农村生活用地面积分别增加20.31，28.7，10.95 km2，其中工矿生产用地增幅最大，增长45.5%，其次是城镇生活用地，增幅为14.1%。这表明随着城镇化水平的快速提升，海口市工矿生产用地、城镇生活用地需求增加，土地供需矛盾进一步加剧。

图1 2009—2018年海口市土地利用状况

为进一步了解土地利用现状在各乡镇分布情况，对各乡镇土地分布进行统计发现，三门坡镇农业生产用地分布最多，演丰镇工矿生产用地、水域生态用地与其他生态用地分布最多，东山镇林地生态用地、其他生产用地分布最多，灵山镇城镇生活用地与农村生活用地分布最多，永兴镇草地生态用地分布最多。

表3 2009-2018年海口市各类土地面积km2

为了探讨各土地利用类型间的内部转换，利用ArcGIS的空间分析功能对2009，2018年的土地利用现状数据进行叠加分析，获得研究区2009，2018年土地利用功能类型的转移模式，明确土地类型相互转化的方向和数量(表4)。土地利用类型转换中农业生产用地转出方向主要为林地生态用地、农村生活用地，其次为水域生态用地、城镇生活用地、草地生态用地、工矿生产用地；转出面积分别为157.97，40.8，30.84，23.01，22.99，20.39 km2；林地生态用地转出方向主要为农业生产用地与农村生活用地，转出面积分别为158.38，21.52 km2；水域生态用地转出方向主要为农业生产用地，转出面积为29.89 km2；农村生活用地主要转出方向为农业生产用地，转出面积为35 km2；其他用地变化相对较小。土地类型转换中，林业生态用地、水域生态用地、农村生活用地与农业生产用地进行相互转换，林地生态用地与农村生活用地相互转换，面积相差不大，农业生产用地面积主要转出为工矿生产用地与生活用地。综上所述可知，10 a间，建设占用仍是农业生产用地减少的主要原因。

表4 2009-2018年海口市土地利用转移矩阵 km2

3.2 土地利用转型空间分布特征

通过对土地功能重心分布情况的分析，可以得到研究期内“三生”空间变化特征，进而更好地对快速城镇化进程中海口市土地利用转型过程进行研究分析。如图2—3所示，海口市生产用地重心2009—2018年重心向西北迁移；整个研究期内经向移动0.019 5°，纬向移动0.020 0°，共向西北方向迁移3 040.17 m；重心位置一直在旧州镇，存在向云龙镇移动的趋势。海口市生态用地重心2009—2018年向东南方向迁移，整个研究期内经向移动0.005 8°，纬向移动0.004 4°，东南方向迁移773.62 m，重心位置由龙塘镇向云龙镇转移。海口生活用地重心2009—2018年向西北方向迁移，整个研究期内经向移动0.002 9°，纬向移动0.001 4°，重心位置迁移344.68 m，重心位置均在龙桥镇。总体来看，研究区生产、生活用地重心移动的共性为均向西北方向移动。表明研究区的生产、生活用地发展方向总体开始向北偏移，与北部区域发展的交通用地以及居民点范围的扩张有直接关系。生态用地则向东南方向移动，与研究区较优越自然条件集中在南部有关。

图2 2009-2018年海口市土地功能重心迁移特征

图3 2009-2018年海口市土地功能重心迁移特征

3.3 土地利用转型影响因素

小波相干模型(图4—6)分析结果表明，对生产用地影响的指标依次为：常住人口变化率(0.928 4)>地均人口变化率(0.918 3)>建设用地面积变化率(0.882 2)>新增耕地总面积(0.797 2)>土地整理总规模(0.795 6)>人均GDP变化率(0.792 8)>土地整理投资总额(0.781 9)>地均GDP变化率(0.767 4)；对生活用地影响程度的指标依次为：建设用地面积变化率(0.992 1)>人均GDP变化率(0.963 2)>常住人口变化率(0.939 1)>地均人口变化率(0.935 5)>地均GDP变化率(0.927 0)>新增耕地总面积(0.852 3)>土地整理总规模(0.826 8)>土地整理投资总额(0.824)；对生态用地影响程度的指标依次为；地均人口变化率(0.853 1)>常住人口变化率(0.840 7)>建设用地面积变化率(0.830 9)>地均GDP变化率(0.778 7)>人均GDP变化率(0.730 0)，其中土地整理总规模、土地整理投资总额与新增耕地总面积未通过蒙特卡洛显著性检验。

图4 生产用地与其影响因素的小波相干图谱

3.3.1 社会因素 依据小波相干模型得知人口对土地利用转型影响最为显著，其相干系数均大于0.84，与生活用地的相干系数达到0.9以上。海南省政府在2008年出台了《海南国际旅游岛建设行动计划》和《关于加快推进海南国际旅游岛建设的意见》，并在全省范围内布局推动国际旅游岛建设；2010年，国务院、海南省政府先后发布《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》及《海南国际旅游岛建设发展规划纲要(2010—2020)》，海南国际旅游岛建设正式上升为国家战略。在此背景下，大量人口迅速涌入海口市城镇地区。一方面各类外来人才入琼，作为海南省会城市，海口市在10 a间吸引外来人口数量高达8.22×105人；另一方面，随着城镇化进程的推进，人口城镇化使得农村人口不断向城镇转移，研究期间约有48.57万人转为城镇户口。“双重”因素的人口集聚导致建设用地需求增长，土地利用转型格局发生转变，加速生活用地的扩张，促进生产用地空间格局变化和挤占生态用地空间。

图6 生态用地与其影响因素的小波相干图谱

3.3.2 经济因素 随着“国际旅游岛”的提出，各方资金注入，海口市经济水平急剧上升。2009—2018年，10 a间海口市地区生产总值增长了1.00×1011，地均GDP增长了3倍，人均GDP增长了6倍。从小波相干模型得知，经济因素对生活用地影响最大，其小波相干系数均超过0.9，表示随着经济的发展，各方资本进入土地市场，为推动国际旅游岛建设，推进城镇化进程，占用农用地与生态用地，扩张城市用地，促使土地利用转型。

3.3.3 政策因素 政策因素以规划管理和行政机制等方式影响土地利用转型方向，也可间接作用于土地使用者，限制其使用范围。从小波相干系数可知，土地整理总规模、土地整理投资总额与新增耕地总面积对生态用地影响不显著，这是由于海口市自身拥有优越的生态环境，以及海口市后备资源不足。

2010年以来，海口市逐步推进土地整治工作，2011年海口市南渡江重大土地整治项目纳入国家规范，在国家政策与资金的加持下，开展土地整治提高耕地、基本农田质量和农业基础设施建设水平，利于改善农业生产条件；充分利用区内闲置土地，整合现有建设用地，整治空心村，盘活宅基地，提高土地利用效率，进而优化生产用地配置，对生活用地规模扩张产生了积极的影响。海口市土地利用总体规划(2006—2020年)将“一城四镇”作为重点发展地区，高效率建设发展小城镇，形成了江东快速建设区。建设用地面积与生活用地的小波相干系数高达0.992 1，表明在各种利好政策下，生活用地迅速扩张。

4 结 论

本文利用土地利用类型转移矩阵、土地功能重心迁移、小波相干模型方法，定量识别了2009—2018年海口市土地利用转型空间分布特征与影响因素。

(1) 近10 a来，海口市生产用地与生态用地面积减少，生活用地增加。农业生产用地、林地生态用地以及城镇生活用地分布最为广泛，依次位于海口南部、东部与北部。从镇域尺度而言，三门坡镇农业生产用地分布最多，演丰镇工矿生产用地、水域生态用地与其他生态用地分布最多，东山镇林地生态用地分布最多，灵山镇城镇生活用地与农村生活用地分布最多，永兴镇草地生态用地分布最多，东山镇其他生产用地分布最多。

(2) 海口市生产用地重心重心向西北迁移，重心一直位于旧州镇，存在向云龙镇转移的趋势；生态用地重心向东南方向迁移，重心位置由龙塘镇向云龙镇转移；生活用地重心向西北方向迁移，重心位置均在龙桥镇；土地类型转换表明，林业生态用地、水域生态用地、农村生活用地与农业生产用地进行相互转换，林地生态用地与农村生活用地相互转换，面积相差不大，农业生产用地面积主要转出为工矿生产用地、城镇生活用地与农村生活用地。

(3) 海口市土地利用转型受社会因素影响最为显著，经济因素对生活用地影响最大，土地利用规划、土地整治等政策因素起到关键性的推动作用。其中社会因素对各地类转型影响最为显著，小波相干系数均高达0.84以上，主要原因在于大量外来人口与农村人口涌入海口市城镇地区，对建设用地需求的增加驱动土地利用转型格局发生变化。经济因素对生活用地影响最大，其小波相干系数均高于0.9；建设用地面积变化率是生活用地最大的影响因子，其小波相干系数高达0.99，主要由于“国际旅游岛”建设加速城镇建设用地扩张，促使土地利用转型。政策因素对生产、生活用地影响颇深，近年来海口市逐步推进土地整治工作，采用多项措施优化生产用地，而“一城四镇”的提出更是加快了生活用地的扩张；于生态用地而言，土地整理总规模、土地整理投资总额与新增耕地总面积未通过蒙特卡洛显著性检验，表明土地整理政策对生态用地显著性较低。

上述研究仍存在局限性。①仅对海口市土地利用转型时空特征及影响因素进行分析，未对这些因素作用进行镇域差别分析； ②未剥离土地利用转型的显性与隐性形态进行分析，后续研究需进一步深化和探讨。