基于计量地理模型的广州土地利用特征

基于计量地理模型的广州土地利用特征

及其空间布局

摘 要：研究土地利用特征及其空间布局是实现区域土地合理开发和利用的基础。本文以珠三角典型地域广州市为研究区，以2007年广州市土地变更调查年末面积矢量数据库为基础，运用计量地理模型，探讨使用土地利用总体组合类型、土地利用多样化指数及各地类的区位意义，来表征广州市12个区（市）土地利用的数量特征，进而分析其空间布局特征等。结果表明：研究区土地利用的数量特征总体存在一定的差异性，土地利用组合类型表现为土地整体功能较强，土地利用程度高低不一，说明广州尤其是中心城区的城市化水平极高。空间格局的总体特征表现为各地类斑块的形状总体较为复杂，其中城市用地、耕地、林地的形状较规则且分布集中连片，未利用地和其他土地利用类型分布较为离散。 关键词：土地利用，模型，广州，空间布局

0引 言

土地是人类赖以生存和发展的物质基础，是社会活动的空间载体。土地利用特征是人类在对土地进行开发利用后的直接反映，具有显著的数量特征和空间特征，它反映了一个国家或地区土地资源开发利用程度及空间分布状况[1]。土地资源的数量、质量和组合状态，制约着一个国家或地区的经济、政治实力及其发展前景。近年来，随着人口的增加、经济的发展，我国的人地矛盾日益尖锐; 土地资源的不合理利用引起的生态环境恶化和生产能力下降等问题也日益突出。为此，着眼于区域社会经济持续发展的战略高度，如何在国民经济各部门、各产业之间合理配置有限的土地资源(即调整土地利用结构，实现其结构最优化的问题) ，己发展成为土地利用研究的核心问题[2]。通过对区域土地利用结构的分析，可以有效地揭示土地利用变化的机制与驱动力，找出合理利用土地的途径，从而实现合理的土地利用结构及其最佳空间布局，实现土地资源的可持续发展[3]。

目前，关于区域土地利用特征及其空间布局方面的研究，主要侧重于土地利用的面积变化特征、地类的转换、土地利用强度等。本文以广州市12区（市）为研究区，基于计量地理模型，运用计量地理模型方法，探讨使用土地利用总体组合类型、土地利用多样化指数及

各地类的区位意义来表征区域尺度土地利用的数量特征，对研究区范围内12个区（市）的土地利用特征进行分析，在此基础上进一步表现其空间布局特征等，为实现区域土地合理开发利用及经济、社会、生态效益最大化提供依据[4]。

1研究区自然概况

广州市总面积为7434.4平方公里，其中农业耕地面积12.27万公顷，林业用地面积30.92万公顷。广州市土地资源数量有限，但土地类型多样，适宜性广。地形复杂，地势自北向南降低，最高峰为北部从化市与龙门县交界处的天堂顶，海拔为1210米。东北部为中低山区，中部为丘陵盆地，南部是沿海冲积平原，是珠江三角洲的组成部分。地处南亚热带，属南亚热带典型的季风海洋气候。由于背山面海，海洋性气候特别显著，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、霜期短等气候特征。广州光热资源充足，年平均日照时数为1875.1～1959.9小时，年太阳总辐射量105.3～109.8千卡/平方厘米，年平均气温为21.4～21.8℃，日均气温都在0℃以上。无霜期北部290天，南部346天。广州雨量充沛，年降水量为1689.3～1876.5毫米，雨季（4～9月）降水量占全年的85％左右；因受地形影响，山区多于平原，北部多于南部。同时，雨季与强光和高热同期，形成了相当高的气候生物潜力（光温水潜力），达77865～97950千克/公顷。广州市的自然条件为多种生物栖息繁衍和作物种值提供良好的生态环境，生物种类繁多，生长快速。地带性植被为南亚热带季风常绿阔叶林，但天然林已极少，山地丘陵的森林都是次生林和人工林。粮食作物以水稻为主，一年两熟。经济作物以甘蔗、花生、蔬菜、水果为主。广州市的地质构造相当复杂，有较好的成矿条件。目前已发现52个矿种。

2土地利用数量结构分析

土地利用结构是指各种用地，如耕地、园地、林地、其他农用地、居民点及工矿用地、 交通用地、水利建设用地和未利用地占本区总面积的百分比，所反映的是指国民经济各部门 占地的比重及其相互关系的总和，而且区域土地利用结构现状是其经济发达程度、城市化水 平的客观反映。

广州是华南地区区域性中心城市，交通、信息枢纽和国际贸易通商口岸，经济发达，城市化水平较高，其土地利用结构充分反映了其土地资源在国民经济各生产部门的分配情况。土地利用方式有耕地、园地、林地等（表 1、2）。

表1 2007年广州市土地变更调查年末面积表 % 行政

区 耕地 园地 林地

0 0 牧草地 0

0 坑塘及养殖水 0

0 城市用地 建制镇用地 农村交通水利未利独立河流 居 运输设施 用 工矿 水面 民点 用地 用地 土地 0 0 0 0 0 0 7.10 0 11.90 0 8.95 8.95 0.64 0.64 9.37 0.43 7.86 7.86 荔湾 0 75.00 0 78.39 0 越秀 0.81 0.67 0 0.89 72.12 0 东山 0.00 0.00 8.43 0

海珠 2.62 9.61 0.36 0.01 0.69 44.86 0.04 5.93 2.74 5.51 0.48 13.66 13.48 天河 4.10 3.21 18.18 0.38 1.77 52.27 0.61 1.06 7.27 6.19 0.33 2.57 2.05 芳村 2.28 14.49 0 .07 0.00 0.86 35.62 0.00 9.34 11.54 4 .81 1.00 10.01 9.97 白云 13.44 1 3.38 2 7.40 0.02 7.58 7.10 2.40 9.81 9.17 4.47 1.24 2.42 1.56 黄埔 3.61 7.23 7.25 0.00 1.45 39.96 0.00 0.74 9.00 3.91 0.50 13.55 12.81 番禺 12.50 1 3.19 3 .32 0.01 12.18 1.25 7.00 6.42 6.20 2.74 1.12 17.51 16.55 花都 12.42 1 2.47 3 7.56 0.00 11.14 1.60 1.41 5.18 10.38 3.03 2.00 1.71 1.11 增城 15.48 2 1.09 4 1.79 0.00 4.25 0.65 1.91 4.20 4.96 0.71 1.12 2.07 1.77 从化 8.59 20.68 5 7.98 0.00 0.84 0.28 0.43 2.54 2.21 0.73 1.39 3.33 1.00

表2 2007年广州市土地变更调查年末面积表

注：数据来源于广州市国土资源和房屋管理局

2005年广州土地利用以林地为主，其面积占全区土地总面积的 36.62%;其次是园地，占15.67%;再次是耕地，占14.83%。2007年广州的土地利用结构总体上没有很大的变化，

其中林地面积占全区土地总面积的 34.31%;其次园地，占16.51%;再次是耕地，占11.64%。仅是过了两年，耕地的面积减少了2.19%，说明广州城市化的过程中，耕地被转换为其它土地利用类型。未利用地包括未利用土地和其他土地，2007年未利用地面积为644147.4亩，面积占广州市总面积的5.81%，这反映了广州的土地后备资源数量的非常有限性。

图1：2009年广州土地利用现状图 图2：2009年广州农用地与未利用土地分布 从图1、2 看，番禺区与主城区接壤部分的建设用地聚集，开发潜力巨大。该片区建设用地总面积为213.4 km 2，达27.15% ；未来土地利用数量结构配置仍有一定空间。东部片区的东北部，是未来城镇建设扩展的主要区位。从空间布局来看，其未来城镇化扩展将呈中心城区向四周发散的态势。从化片区、增城片区和南沙片区有较大的城镇化扩展空间，其中，南沙片区包括较大水域面积。从化片区和增城片区内农用地占较大比例的土地为林地，这两片区是广州市特色生态农业示范区、生态旅游基地。

城市扩展对土地的压力主要在耕地、园地、林地和草地等农用地。未利用地的开发利用将是解决土地资源矛盾的途径之一，但未利用的土地资源是有限的。

3土地利用结构的计量地理学分析方法

3.1土地利用多样化分析

目前，在对土地利用结构进行多样性分析时多采用吉布斯·马丁多样化指数(G)进行分析。根据广州土地利用结构的基础数据进而分析巴彦县各种土地利用类型的齐全程度或多样化状况。

式中G 为多样化指数，其理论最大值为( n-1)/n；n 为土地利用类型数；xi 第i 类土地面积或百分比。当n =1时，该地区只有一种土地类型，此时G =0，多样化指数最小；如果一个地区土地利用类型越多样，则n 越大，G 越接近1。

以表1、2为数据基础，可以计算出广州市12区（市）的土地利用类型多样化指数（表

3）。通过计算，广州市12区（市）平均多样化指数（各区多样化指数之和/区个数）为 0.68，说明广州市的土地利用类型多样化程度总体处于中偏上的程度。其中，番禺区的多样化指数最大为 0.879，东山区的多样化指数最小为 0.364，大于全市平均水平的区（市）有：番禺区、白云区、芳村区、花都区、黄浦区、增城市、海珠区、天河区，广州市的高多样化地区分布不在主城区, 而在番禺区、白云区这些仍然有很大城市发展空间的地区；小于全市平均水平的区（市）有：从化市、越秀区、荔湾区、东山区。可见，区域土地利用类型数量特征多样化特征程度差异较大。

3.2土地利用集中化指数

本文采用集中化指数 I 来进行集中化分析，这样可以测算出区域土地利用类型的集中化程度。集中化指数是定量分析区域土地利用集中化程度的一个指标，用于反映不同时期研究区各类土地利用所处的区位优势状况。集中化指数越大说明土地结构越集中，反之，就说明数据分布的集中化程度越低(越均衡) 。其计算公式为：

式中，I i 为第i 个区域土地利用的集中化指数；Ai 为第 i 个区域各地类累计面积百分比，地类面积累计百分比为按照地类序号（1- 耕地、2- 园地、3- 林地、4- 牧草地、5- 坑塘及养殖水面、6- 城市用地、7- 建制镇用地、8- 农村居民点、9- 独立工矿、10-交通运输用地、11-水利设施、12-未利用土地、13-河流水面），将研究区各地类面积占总面积比重逐一加和得出；M 为土地集中分布时累计面积百分比之和；R 为高一级层次区域（本研究选取广州市所属的广东省作为高一级层次区域）各地类累计面积百分比，以 R 值作为衡量集中化程度的基准，广州市地类为 13 种，M 值为1300，R 值为1177.20（以2007年广东省土地利用结构为标准计算得出），由公式 2 计算得到区（市）土地利用类型的集中化指数（表

3）。

表3：广州市各区（市）土地利用多样化指数、集中化指数

从集中化指数可以看出，花都区的集中化程度最低，荔湾区的集中化程度最高。集中化指数介于-3.899 ～0.633 之间，说明全市土地利用集中化程度总体较低，各土地利用类型较均衡。多样化指数高，集中化指数应该低才合逻辑，但表3的数据显示两项数据有明显的正相关关系，明显不合理。

3.3地类组合类型分析

进行土地利用结构组合类型分析，目的是为了进一步阐明某一个区域内土地利用的特征。组合类型分析的传统方法是根据经验直观加以判断，虽简单明了，但对复杂的区域难以准确定论。本文在分析永川区土地数量结构的组合特点时，所采用的方法为威弗一托马斯(weaver-Tomas)组合系数法。该方法的实质是把土地的实际分布(实际相对面积百分比) 与假

设分布(假设相对面积百分比) 相比较，然后逐步逼近实际分布，得到一个最接近实际分布的近似分布，这种分布的组合类型即为所求的组合类型。其步骤为：

1、把各种土地类型按面积相对比例由大到小顺序排列。

2、假设土地只分配给一种类型，这一种类型的假设分布即为100%，其它类型的假设分布为0; 如果仅分配给两种类型，那么这两种类型的假设分布为50%，其它类型的假设分布为。; 依此类推，如果土地均匀分配给8种类型，则它们的假设分布均为12.5%。

3、计算和比较每一种假设分布与实际分布之差的平方和(组合系数) 。

4、选择假设分布与实际分布之差的平方和最小的假设分布组合类型(最小组合系数所对应的 组合类型) ，这种组合类型即为该区域土地组合类型[5]。 表4：广州市各区（市）地类组合类型

行政地区

荔湾区

越秀区

东山区

海珠区

天河区

芳村区

白云区

黄埔区

番禺区

花都区

增城市

从化市 地类组合类型数 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 3 3 地类组合类型 城市用地-河流水面-未利用土地-交通运输用地 城市用地-交通运输用地-河流水面-未利用土地 城市用地-交通运输用地-林地 城市用地-河流水面-未利用土地-园地 城市用地-林地-独立工矿-交通运输用地 城市用地-园地-独立工矿-未利用土地 林地-耕地-园地-农村居民点 城市用地-未利用土地-河流水面-独立工矿 未利用土地-河流水面-耕地-园地 林地-园地-耕地-坑塘及养殖水面 林地-园地-耕地 林地-园地-耕地

广州市各区（市）土地利用结构组合类型多，包括城市用地、交通运输用地、河流水面、耕地、其他农用地、林地、园地等，这与土地利用集中化指数的结论各利用类型上分布较为均匀相符合。

4 结 论

本文运用计量地理模型，对 2007年广州市土地利用特征及其空间布局进行分析，为区域合理利用土地提供了依据。

1 、土地利用类型多样化分析结果表明广州市总体处于中偏上的程度，其中，番禺区的多样化指数最大为 0.879，东山区的多样化指数最小为 0.364，大于全市平均水平的区（市）

有8个，区域土地利用类型数量特征多样化特征程度差异较大。土地利用组合类型分析结果可以看出广州市土地利用结构组合类型多，这一结果主要受各区（市）的区域位置和交通条件等因素所影响。

2、广州市的空间格局的总体特征表现为各地类斑块的形状总体较为复杂，其中城市用地、耕地、林地的形状较规则且分布集中连片，未利用地和其他土地利用类型分布较为离散。

改革开放以来，广州市经济建设取得了显著成绩，同时，也极大地改变了城市土地覆盖景观，伴随出现城镇土地迅速扩张、土地资源利用效率低下、土地利用结构不合理等问题。对广州市土地利用数量结构进行调整，可在一定时期内满足地区经济、生态与社会可持续发展的需要。优化配置有限土地资源是解决土地供需矛盾的前提，焦点是建设用和农用地之间的数量转变，并以耕地减少为主，同时也包括对未利用土地占用，但更需要以调整优化各产业部门内部土地资源配置为主导方向。同时，在保护现有耕地资源质量与数量的前提下，更应注重提升现有耕地生产力，努力提高土地利用效率与效益。如在建设用地规模的约束下，调整优化其内部结构和空间布局，将成为区域土地资源挖潜的有效途径[6]。

参考文献：

[1] 王万茂. 土地利用规划学[M]. 北京：中国大地出版社，2000.

[2] 刘彦随. 区域土地利用优化配置[M].北京:学苑出版社，1999.

[3] 杨肖丽.GIS 支持的宝应县土地利用结构研究[D].南京师范大学硕士学位论文，2003.

[4]宋戈. 基于计量地理模型的松嫩高平原土地利用特征及其空间布局, 农业工程学报 2012

[5]钟佐沉. 土地利用规划中的土地利用结构研究 西南大学硕士学位论文，2010

[6] 龚建周 广州市土地利用结构优化配置及其潜力. 地理学报,2010