山东省土地利用变化的基本特征与区域差异

吴 宵，王秋贤

（鲁东大学资源与环境工程学院，山东烟台 264025）

0 引言

LUCC（Land-Use and Land-Cover Change），即土地利用/ 土地覆盖变化，是IGBP 和IHDP 两大国际项目合作进行的纲领性交叉科学研究课题，其目的在于提示人类赖以生存的地球环境系统与人类日益发展的生产系统之间相互作用的基本过程[1-3]。土地利用/ 土地覆盖变化与地区农业、工业、城市发展等联系密切，相互影响又相互作用，成为社会经济发展的重要组成部分，因此分析LUCC 变化对区域发展具有极其重要的意义。

山东省位于中国东部沿海地区，地处渤海和黄海交汇处，特殊的地理位置让山东省拥有漫长的海岸线，黄河又在东营、滨州入海口处冲击出黄河三角洲，是北方重要的湿地保护区[4]，这些条件使得沿海地区拥有盐碱地、沙地、湿地等海岸带土地利用类型；郯庐断裂带等各种地质构造丰富了山东省的地势地貌[5]，中部高耸的鲁中南山地、东部地势缓和的胶东丘陵、西部与北部土壤肥沃的鲁西北平原，这些多样的地形条件也影响着不同的土地利用/ 土地覆盖的形成。同时，山东省又是中国重要的工业和农业大省，自古以来就是北方的经济重区。改革开放后，山东省的工业产值迅速上升[6]，成为中国最重要的经济大省。值得一提的是，农业产值也是山东省经济的重要支撑[7]。发展迅速的工业和农业对土地利用/ 土地覆盖变化产生了重大影响[8]，尤其是进入21 世纪后，城镇化进程加快，城镇人口数量迅速上升[9]，土地利用类型也随之快速变化，尤其是耕地与建设用地之间的矛盾问题越发突出。工业的发达与城镇的发展使得耕地被大量占用，同时，现代农业的发展也要求农业工程设施的完善，这也在一定程度上加重了耕地的流失。在以往对山东省土地利用的研究中[10-12]，主要集中在山东半岛沿海地区，而中西部研究较少，缺乏对山东省整体土地利用变化的认知。另外，对某种土地利用的时空变化和驱动因素的研究较多[13,14]，较少对全面的土地利用类型进行研究，并且土地利用分类体系主要采用一级分类标准，具体的土地利用类型之间的相互转变无法得知。因此，本文采用二级分类体系，对山东省整体的土地利用变化进行探究，以期为山东省未来的土地利用与社会经济发展提供一定依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源与数据处理

本文数据以1990、2000、2010 和2015 年山东省的四期Landsat TM 数字影像为基础，采用目视解译方法，对山东省具有的24 种土地利用类型进行人工解译，制成土地利用现状图。

1.2 模型与方法

单一土地利用动态度（表1）是用来描述研究区内某种土地利用类型在一定时间段中的数量变化情况[15]。动态度越大，说明研究区内土地利用变化越大，区域更为活跃。K 为负数时，表示某种土地利用类型面积在相应时间段内是减少的，为正数时则为增加。单一土地利用动态度的公式为：

表1 山东省1990-2015 年土地利用动态度

式中，K 表示某种土地利用类型在研究时间段内的动态度；Ua表示某种土地利用类型在研究基期的数量；Ub表示末期的数量；T 表示研究时长。

2 结果与分析

由土地利用现状图可以看出，1990-2015 年山东省土地利用变化具有明显的年代特征和区域差异。

2.1 耕地变化的基本特点是：“总量不断减少，片状转为块状”

耕地总体面积在减少。从空间上看，耕地面积大量减少且破碎化严重，减少地区集中在泰鲁沂山前倾斜平原区、鲁西北平原区、鲁西南平原区、鲁南丘陵平原区和胶莱河平原区，这些地区地势平缓、水源丰富[16]，而黄河三角洲地区耕地明显增加。其中，水田种植面积较小，分布区变化不大，集中分布在黄河三角洲、南四湖和郯庐断裂带中部地区。旱地在空间分布上向碎片化发展，80 年代末，山东省的鲁西平原和胶莱平原旱地连片分布，到了2015 年，由于建设用地等其它用地类型的占用，连片的旱地被割裂开，变成块状分布。

水田面积在1990-2000 年增加，但2000 年以后不断下降；旱地面积一直呈下降趋势。1990-2000 年第一个十年间，旱地共减少了1.23×105hm2，减少旱地主要以城镇用地、农村居民点用地、水库池塘占用为主；水田增加了5.51×103hm2，增长水田主要以滩涂、旱地、湖泊的变化为主。第二个十年间旱地减少了1.7×106hm2，减少旱地主要以农村居民点用地、草地、城镇用地占用为主；水田减少了4.77×104hm2，减少水田主要以农村居民点用地、城镇用地、滩涂占用为主。后五年间旱地减少了7.36×104hm2，减少旱地主要以城镇用地、农村居民点用地和其它建设用地占用为主；水田减少了1.372×103hm2，减少水田主要以城镇用地、其它建设用地、农村居民点用地占用为主。

2.2 建设用地变化的基本特点是：“胶济沿线发展最快，整体共同进步”

建设用地整体面积一直在增加，增加的热点地区主要为胶济铁路沿线地区、胶北低山丘陵区、鲁南丘陵平原区以及黄河三角洲地区。其中，农村居民点用地从鲁中南山地区较为均匀地向周边扩散至全省，而胶济铁路沿线贯穿的济南、淄博、潍坊和青岛是城镇用地最密集的地区，其它建设用地的扩张主要集中在沿海地区，尤以莱州湾、渤海湾地区扩张面积最大、扩张速度最快。

增加的建设用地主要以占用耕地（包括水田和旱地）、农村居民点用地、草地（包括高覆盖度草地和中覆盖度草地）为主。第一个十年间建设用地增加了1.61×105hm2，其中城镇用地增长速度为48%，增速最快，其次是其它建设用地和农村居民点用地，分别为20%和18%；第二个十年间建设用地总面积增加了1.24×106hm2，其中农村居民点用地的增长速度最快，其次是城镇用地和其它建设用地，分别是67%和43%；后五年建设用地增加了7.24×104hm2，其中城镇用地增长速度最快，增速为9.8%，其次是其它建设用地和农村居民点用地。

2.3 非人工土地利用类型变化的基本特点是：“林地增加，东部盐碱化严重，水域分散增加”

林地面积呈增长趋势，其中，有林地、疏林地和灌木林分布地区几乎没有变化，仍然以鲁中南山地和鲁东丘陵为主要分布区，其他林地则在鲁西北平原和胶东丘陵地区得到扩展。

有林地面积略有下降，从1990-2015 年减少了6.89×103hm2，其中1990-2000 年增加了2 536.89×103hm2， 其余时间段面积都在减少； 灌木林面积在1990-2000 年几乎没有变化，但到了2010 年增加了7.22×104hm2，2015 年灌木林面积为1.71×105hm2；疏林地面积总体上呈增长趋势，从1990-2015 年共增长了5.57×104hm2；其它林地面积一直在增长，共增长了3.13×104hm2，其增长率为124%。

草地面积在不断增长，集中分布在鲁中南山地、鲁东丘陵地区。高覆盖度草地面积几乎没有变化，中覆盖度草地和低覆盖度草地面积在增长，在1990-2015 年草地面积共增长了1.45×105hm2，草地面积增长主要来自旱地的变化。

沙地、裸土地和裸盐石质地面积在不断增长，集中分布在鲁南丘陵平原和胶莱平原，并由鲁南丘陵平原区向鲁山地丘陵区扩展。其中裸盐石质地在2000-2010 年的增长率为91%，主要以旱地、草地、林地退化为裸盐石质地为主，退化面积分别为5.42×103hm2、2.63×103hm2、1.44×103hm2，到2015 年裸盐石质地面积达到了1.87×104hm2。裸土地在1990-2015 年面积共增长了427 hm2；沙地面积在1990-2000 年虽然略有下降，但是到了2015 年，沙地面积增长到了5.66×104hm2，比1990 年面积增加了1.93×103hm2。2000-2015 年沙地面积变化最大，其增长主要以旱地和水域面积的转变为主，部分滩地也转变为沙地，其中旱地退化为沙地面积为1.41×103hm2，水域（主要为河渠和水库池塘）变化面积为353.63 hm2，279.08 hm2的沙地也在这一时期转变为建设用地（主要为农村居民点用地和城镇用地）。

盐碱地和沼泽地面积变化较小，呈下降趋势。2015年面积为1.07×105hm2，比1990 年减少了6.84×103hm2，20 世纪末减少的盐碱地主要转变为其它建设用地和部分旱地。从空间上看，山东省盐碱地集中分布在鲁西北平原黄河三角洲西北部及滨海地区，且逐渐由滨海向陆地发展。进入21 世纪后，山东省耕地盐碱化严重，在2000-2010 年，5.13×104hm2的旱地和1.93×103hm2的水田遭到盐碱化，虽然耕地盐碱化治理也在进行，但最终被盐碱化的耕地达到了1.75×104hm2，治理速度落后于盐碱化速度[17]。除此之外，滩涂和滩地的盐碱化也较为严重[18]，实际盐碱化面积达到了1 008.56 hm2。减少的盐碱化土地主要转变为建设用地（包括其它建设用地、农村居民点用地和小面积城镇用地）、水域（主要为水库池塘和河渠）和小面积草地。2010-2015年，耕地盐碱化问题得到有效治理，实际盐碱化耕地为547.27 hm2，盐碱化速度变慢。减少的盐碱地主要转变为草地、水库池塘和建设用地（主要为其它建设用地和城镇用地）。

沼泽地减少面积较多，尤其在1990-2000 年，由6.85×104hm2减少了5.74×103hm2，主要是向湖泊和水坑池塘转变。之后变化较小，到了2015 年，山东省沼泽地面积仅为1.56×104hm2，集中分布在黄河三角洲和南四湖地区，南四湖沼泽地面积缩减最为严重。

2.4 水域变化的基本特点是：“人工水域自鲁中向四周扩张，天然水域不断减少”

水域面积呈增长趋势。其中，河渠和水库池塘面积在2000-2010 年增量最多，分别增长了6.83×104hm2和1.4×105hm2，但河渠在上一个十年期间面积略有下降。到2015 年，山东省河渠面积为9.98×104hm2，主要集中在南四湖湖区、黄河流域、沂沭河流域、汶泗河流域。水库池塘集中分布在鲁中南山地、鲁西北平原、鲁东丘陵地区，而在鲁西南平原地区分布较少。水库池塘面积一直在增加，且增速也在上升，主要来自旱地湖泊和滩地类型的转变。湖泊面积减少，主要湖泊是南四湖和东平湖。在第一个十年期间增量较大，但进入21 世纪后，湖泊面积在不断减少，减少湖泊主要以水库池塘、水田、草地（包括高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地）占用为主，后五年主要以水库池塘、水田和滩地占用为主。滩涂面积在不断减少，向建设用地转变。

3 主要土地利用类型变化的驱动因素

3.1 耕地变化因素分析

1990-2015 年，传统农区耕地变化的主要原因在于建设用地的占用。其中，1990-2000 年，因建设用地扩张而减少的耕地占总减少耕地面积的74.95% ，2000-2010 年 这 个 比 例 为50.14% ，2010-2015 年 为84.47%。2000-2010 年，受国家退耕还林还草工程的影响[19]，34.24%的耕地转变为林地和草地，生态用地比例大幅度上升，这一比例仅次于建设用地的扩张。

20 世纪90 年代以来，山东省人口数量持续增加，到2015 年，户籍人口数达到了9 822 万人，人均耕地为0.108 1 hm2，低于世界平均值，庞大的人口数量要求有更高的土地产出效益。城镇化占用了大量的传统耕地[20]，从全国来看，山东省城镇用地侵占农耕地的面积仅次于江苏省[21]。这些耕地大部分位于城镇附近，耕地质量较好，在城镇扩张过程中是最容易被占用的，这导致山东省耕地内部结构之间发生了问题，即优质耕地大量消失，劣质耕地在耕地整体占比中上升，对于传统农业大省来说是相当不利的。除此之外，城镇化也带来了土地质量下降的问题，以山东半岛来说，海水入侵和土壤盐渍化给农业生产活动增加了困难[22]。

针对这些问题，一方面山东省农业的现代化技术不断升级[23，24]，另一方面开辟了大量耕地，前期主要是开发利用未利用地（包括滩地、滩涂、盐碱地、沙地等），后期受土地集约利用政策影响，大量农村居民点用地由分散变为集中而腾出耕地。1990-2000 年，占用未利用土地面积占所有用地类型向耕地转变数量的49.32%，进入21 世纪后，人口与耕地的矛盾越发突出，耕地侵占生态用地情况变得严重，其增加的面积有59.57%来自草地、林地的转变。2010-2015 年，建设用地腾出占耕地增加面积的75.36%，这一变化原因在于山东省的新农村改造政策，将农村居民点用地集中起来，尤其是闲置空房，从而整合土地，腾出大量空地变为耕地。这些措施在一定程度上有助于缓解人地矛盾，但以占用农耕地来达到城镇发展目的这个方向不改变，仍然无法从根本上解决这个问题。乡村振兴战略和新旧动能转换对于处在经济不断下滑的山东省来说是个转机，从过去牺牲土地、人力、资源的经济发展向依靠资本、人才、技术转变，是山东省目前的发展方向[25]。

3.2 城镇居民工矿用地变化因素分析

城镇居民工矿用地（包括城镇用地、农村居民点用地和其它建设用地） 的变化最为强烈。1990-2000年，城镇居民工矿用地主要以占用耕地为主，耕地转换为城镇居民工矿用地的比例达到76.67%。进入21世纪后，这一比例上升为87.84%，在2010-2015 年，仍然稳定在86.39%。说明山东省的城镇化发展主要依靠耕地的转换。值得注意的是，城镇用地的扩张除了大量占用耕地外，还有部分是由原来的农村居民点用地转化而来，并且这一比例逐渐升高，由1990-2000 年的4.13%上升到2010-2015 年的5.63%，就地城镇化得到了发展。

改革开放以来，山东省实体经济发达，这是山东省最大的发展优势[25]。截止到2015 年，山东省非农业户籍人口达到4 702 万人，地区生产总值（按当年价格计算）为63 002.33 亿元，城镇化不断推进的过程中[26]，城镇用地也不断激增。

3.3 水域变化因素分析

水域（包括湖泊、河渠、水库池塘、滩涂、滩地）面积的增长主要来源于未利用土地（包括沙地、盐碱地、沼泽地）和耕地的转化。1990-2000 年，未利用土地转化占水域面积增加的56.07%，耕地转化占22.07%。但2000 年后，水域面积增加主要来自耕地的转化，比例占到68.15%，2010-2015 年耕地转化为水域面积占到水域面积增加的54.55%。滩涂面积在不断减少，滩地面积在增加，在2000-2010 年变化最多。

受温带季风性气候影响，山东省水资源相对短缺，湖泊较少，河流径流量季节变化大，难以满足农田灌溉的需求，因此修建河渠和水库池塘用来引水、储水、灌溉是解决春旱的重要措施。

3.4 林草地变化因素分析

林地（包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地）面积的增加主要来源于耕地的转化。这种转化在2000-2010年最显著，耕地转化为林地的面积占林地增加面积的57.94%。草地（包括高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地）面积变化较小，主要是与耕地之间的相互转化。

林地的变化与退耕还林政策有关。按照中国退耕还林工程建设规划，到2010 年，全国完成800 万hm2的林地治理任务，黄河流域及北方地区退耕还林面积应达到712.5 hm2[27]。山东省丘陵地区广阔，主要退耕地区集中在胶东丘陵以及鲁中南山地地区。

4 结论

土地利用/ 土地覆盖变化是人类最直接作用于自然环境的活动，它的时空变化直观地反映出地区发展的轨迹，表征了人地关系在不同历史时期的作用形式，与人类社会关系密切相关。本文通过1990-2015 年四期遥感影像数据的分析与研究，主要得出以下结论：

（1）1990-2015 年这25 年来，山东省的土地利用呈现出明显的时空差异。“总量不断减少，片状转为块状”是耕地的基本变化；“增速提高，胶济沿线发展最快，向西北地区扩展”是建设用地的基本变化；林地面积不断增加，草地则经历了先减后增的过程；东部沿海地区土地盐碱化严重，近年来有好转；“人工水域自鲁中向四周扩张，天然水域不断减少”是水域面积的基本变化，具体表现为水库池塘、沟渠等农业工程设施的水域面积在不断增加，而湖泊的面积在减少。

（2）20 世纪末到21 世纪初期，山东省的土地利用格局也有了新的变化，主要表现在鲁中南山地、胶东丘陵区的城镇用地大量增加，鲁西北平原的农村居民点用地大量增加，耕地在全省范围内减少，以转向城镇用地、农村居民点用地和其它建设用地为主。受退耕还林政策影响，林地面积也在上升，尤其是胶东丘陵的林地面积增加较多。天然水域向人工水域类型转变，沟渠、水库等人工水域类型也占用了部分耕地。

（3）造成山东省土地利用类型变化的原因有很多，虽然气候变化和土地退化对农业产生了一定影响，但经济驱动、市场导向和政策调控是产生这些变化的主要原因。受这三者的共同影响，城镇用地、农村居民点用地和其它建设用地在以占用耕地为主向保护耕地变化是山东省土地利用类型最主要的变化。