扬州市土地利用系统演化分析

三、扬州市土地利用系统演化分析

（一）演化的动向

对于土地利用系统演化的方向分析是通过对系统无序程度模型的测算得出的。选取扬州市1996～2004年间相应的评价指标构建原始数据矩阵如表6－4：

在评价模型的测算过程中，首先要对评价指标的原始值进行无量纲化处理，本书采用的是均值化处理方法，即，式中：x_i（k）为第i项指标第k个元素进行无量纲化处理之后的指标值；x′_i（k）为第i项指标第k个元素的原始指标值。应用该方法处理原始数据的一个好处就是可以避免标准化方法之后的负数影响，无量纲化后的指标矩阵如表6－5所示：

表6－5　扬州市土地利用系统无序度评价指标无量纲化结果

接着，需要对各项指标赋权，这里采用熵值法，各项指标的权重值如表6－6所示：

表6－6　扬州市土地利用系统无序度评价指标权重值

在权重结果中可以明显看出：影响土地利用系统无序程度的主要因素集中在工业“三废”的排放量、人口总量及非农人口的增长、土地的固定资产投入方面，这些因素的权重之和在0.9以上，它们对土地利用系统的运行演化起着非常重要的导向性作用，如果这些因素能够调控在合理的范围之内，那么土地利用系统的运行就会趋于有序，其无序程度会逐渐降低；反之无序程度增加。

最后，根据土地利用系统无序度评价模型求得1996～2004年间扬州市土地利用系统的无序度指数，见表6－7。

表6－7　扬州市土地利用系统无序度评价结果

表6－7计算的土地利用系统无序度指数实际上是熵值的一种体现，因为在其计算过程中遵循熵值的原理。由计算结果可以得出：扬州市土地利用系统的熵值由1996年的1.306减少到2004年的0.899，这期间减少了0.407，表明扬州市在这期间土地利用系统总体上朝着有序的方向发展，系统无序度指数下降了0.407；但是，这9年中由于土地利用系统中正熵和负熵流动的不均衡、系统内的一些非线性作用等，导致系统整体的熵值变化不是呈现出线性趋势，而是一种阶段性的起伏状态。以2000年为界，2000年以前扬州市的土地利用系统熵值趋于减少，系统的无序程度不断降低；2000年系统内外正熵的注入增多，主要是这一时期的土地开发利用强度比较大，土地生态问题比较突出，表现为较强的系统无序化运行，在这之后，随着人类利用土地的活动不断朝着可持续的方向回归，同时伴随着科学技术的发展，土地的社会经济承载能力不断增强，使得系统负熵不断增多，土地利用系统得以有效的调控，系统又朝着有序的方向运行，虽然系统熵值时有增加，但也只是在原有基础上的微小波动，不会在整体上影响土地利用系统演化的方向。

（二）演化的动因

土地利用系统的演化受到自组织驱动因素和他组织驱动因素的共同作用，在扬州这样一个经济比较发达的区域中，自组织驱动因素相对他组织驱动因素的影响作用是很弱的，因此，本书主要侧重于对扬州市土地利用系统的他组织驱动因素展开分析研究。

如图6－2所示，由于土地利用系统变化十分复杂，影响因素错综复杂，在进行土地利用系统演化驱动力分析时，选择的因素要细致全面，但指标过多又会加大分析的难度和复杂性，往往指标之间具有关联性，各指标在一定程度上所反映的信息有重叠，为此，本书选用两种定量分析方法——主成分分析和灰色关联分析，先应用“主成分分析法”，通过降维的方法，把相互关联的多个指标变成少数几个不相关的综合指标，减弱变量之间的相互干扰，得出影响扬州市土地利用系统变化的主要驱动因素类别，在此基础上通过灰色关联模型的计算，可以得到每个驱动因素与土地利用系统变化之间的关联程度大小，更加全面、精确地描述土地利用系统演化过程中驱动因素的作用效果。

图6－2　扬州市土地利用系统演化的驱动力机理

由于社会行为和土地利用者主体行为难以用评价指标作定量分析，所以这里仅对人口增长、经济增长和技术进步因素作定量研究，根据扬州市土地利用变化驱动力的实际情况，以及所收集到的资料状况，选取反映人口增长、经济增长和技术进步的11项因子作为分析指标，构建扬州市土地利用系统演化的驱动力分析模型。

根据表6－8构建的驱动力指标体系，对1996～2004年影响扬州市土地利用变化的各因素指标取值，得到表6－9：

表6－8　扬州市土地利用变化驱动力分析指标体系

①由于资料的可得性，这里仅以单一指标“非农人口占总人口的比重”计算城市化水平。

表6－9　扬州市土地利用系统演化驱动力分析指标实际值

1.主成分分析过程

1）数据标准化处理

为了消除原始数据在数量级上和量纲上的不同而带来的影响，需要对原始数据作标准化处理，这里采用以下处理方法：

式中：X′_ij——指标的标准值；X_ij——指标的原始值；——第j列指标的平均值；S_j——第j列指标的标准差。

根据公式（6.1）计算得出驱动力分析中各指标标准化后的结果，见表6－10：

表6－10　扬州市土地利用系统驱动力分析指标标准化结果

（续表）

2）求标准化数据的相关阵

由于标准化后的数据均值为0，方差为1，这样数据的协方差阵和相关阵完全一致，经计算得到驱动力指标体系的相关阵R如下：

3）计算相关阵的特征根及驱动因子贡献率

依据主成分分析方法的原理，计算各驱动力因子的特征根、各自对区域土地利用变化的贡献率以及驱动因子的累积贡献率，结果见表6－11。

表6－11　扬州市土地利用系统驱动因子主成分计算结果

由表6－11中可以看出，第一主成分的特征值是10.167，方差贡献率是92.427%＞85%，表明这个主成分的数值变化就基本上可以代表11个指标因子的变化，也就是说扬州市1996～2004年间土地利用变化的驱动力因素基本上可以由这个主成分综合反映。由此得出该主成分的载荷矩阵，见表6－12：

表6－12　扬州市土地利用系统驱动因子主成分载荷矩阵

载荷矩阵反映出原始变量与主成分的相关程度，从而为解释主成分的实际经济意义提供了依据。由表6－11可以看出：第一主成分和各个原始变量的相关性都比较强，各变量的载荷值都＞85%，表明扬州市土地利用系统演化的驱动作用基本上可以由第一主成分解释。

2.灰色关联分析过程

灰色关联分析比主成分分析方法更加具体、细致一些，主成分分析一般是从整体上把握土地利用系统演化过程中驱动因素的作用，很少对系统内部的具体变化展开深入研究，而灰色关联分析则可以弥补这种不足，它能够对一段时间内土地利用系统内部变化比较显著的子系统进行具体分析，得出影响该子系统变化的关联程度最高的驱动因素，从而增强了土地利用系统演化过程中驱动机制研究的合理性和科学性。

观察扬州市1996～2004年间土地利用类型的数量变化，发现这期间耕地、园地、城市用地、独立工矿、交通用地和农村居民点用地的变化幅度最大，因此，仍然选用表6－8中的11项指标对扬州市1996～2004年间这6类用地变化的驱动因素进行灰色关联分析。

1）耕地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

设耕地面积为Y₁，计算耕地面积变化与驱动因子的灰色关联度，由驱动因子与耕地面积表（表6－13）可计算出耕地面积与驱动因子的绝对差值（表6－14），由此确定在关联系数计算公式中的Δ_min和Δ_max，取ρ＝0.5计算灰色关联度（表6－15）及关联序列。

表6－13　1996～2004年间扬州市驱动因子与耕地面积表

注：表中的数据是对原始数值进行标准化之后的结果，标准化的方法同主成分分析中的数据处理方法。

表6－14　1996～2004年间扬州市驱动因子与耕地面积绝对差值

由表6－14求得两极最小差Δ_min＝0.001 488，两极最大差Δ_max＝0.997 103，代入ρ＝0.5计算得到的结果见表6－15。

表6－15　1996～2004年间扬州市驱动因子与耕地面积灰色关联度

关联序列：X₃＞X₁＞X₂＞X₇＞X₉＞X₁₀＞X₁₁＞X₆＞X₈＞X₄＞X₅

由关联度序列可以看出：对耕地面积变化影响最大的是城市化水平，也就是人口非农化，影响程度相当的另一个因素是经济非农化，可见，非农产业的发展和非农人口的增长迫切需要非农用地的供给，这对耕地面积造成了很大的威胁，导致了耕地面积的下降，其他交通运输条件的完善也在一定程度上造成了耕地面积的减少。

2）园地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

园地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析过程与耕地的分析步骤类似，这里为了表述简洁，省去园地与驱动因子的面积取值以及绝对差值表，直接分析两者的灰色关联度情况，见表6－16。

表6－16　1996～2004年间扬州市驱动因子与园地面积灰色关联度

关联序列：X₉＞X₃＞X₁＞X₂＞X₇＞X₈＞X₁₀＞X₁₁＞X₆＞X₄＞X₅

由关联序列可以得出：对园地面积变化影响最大的因素是粮食产量的提高，在园地的归类过程中，有一部分是可调整园地，以备农业结构调整之用，在扬州粮食生产的过程中，为了增加粮食产量，提高粮食单产，需要开展农业规模经营，这就占用了一部分可调整园地面积；此外，人口的增长带来居住用地的需求增加，这些都导致了园地面积的减少。

3）城市用地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

与耕地和园地面积变化不同的是，城市用地的面积在这期间是增加的，计算过程同上得出两者的灰色关联度表，见表6－17：

表6－17　1996～2004年间扬州市驱动因子与城市用地面积灰色关联度

关联序列：X₆＞X₄＞X₅＞X₁₁＞X₁₀＞X₇＞X₂＞X₁＞X₃＞X₉＞X₈

由关联序列可以看出，导致城市用地面积增长的主要因素是经济的发展，GDP的增长，社会固定资产投资和社会消费品零售总额的增加，都会直接影响到城市规模的扩大和城市用地的扩张；农业结构调整以及粮食生产对城市用地的影响不大。

4）独立工矿用地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

独立工矿用地的面积在这期间也是增加的，该类用地的面积变化与其驱动因子的灰色关联度计算结果见表6－18。

表6－18　1996～2004年间扬州市驱动因子与独立工矿用地面积灰色关联度

关联序列：X₆＞X₄＞X₁₁＞X₁₀＞X₇＞X₅＞X₂＞X₁＞X₃＞X₉＞X₈

由关联序列可以看出：对工矿用地面积变化影响较大的因素首先还是经济发展的用地需求，其次是公路运输方面的影响。与城市用地的情况比较类似，农业结构调整以及粮食生产对城市用地的影响很小。

5）交通用地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

如表6－19所示，由关联序列可以看出：对交通用地面积变化影响最大的因素是公路客运量、货运量增加所产生的交通用地需求，接下来是经济发展对交通用地的需求，再次是人口增加对交通用地的需求，这些都致使交通用地的面积大幅增加。

表6－19　1996～2004年间扬州市驱动因子与交通用地面积灰色关联度

关联序列：X₁₀＞X₁₁＞X₆＞X₄＞X₇＞X₃＞X₁＞X₃＞X₉＞X₅＞X₈

6）农村居民点用地面积变化与驱动因子的灰色关联度分析

农村居民点用地是农村建设用地的主要表现类型，随着城乡经济的一体化发展趋势，农村建设用地的面积也发生了很大的变化，该地类与其驱动因子的关联度计算结果如表6－20所示。

表6－20　1996～2004年间扬州市驱动因子与农村居民点地面积灰色关联度

关联序列：X₃＞X₁＞X₂＞X₇＞X₉＞X₁₀＞X₁₁＞X₈＞X₆＞X₄＞X₅

由关联序列可以看出：对农村居民点用地面积变化影响最大的因素是城市化水平，随着城市化水平的提高，原有城市人口增长的同时很多农村人口流向城市，导致了农村居民点的闲置，在我国农村土地整理的过程中，这些闲置和超标的农村居民点用地都是补充耕地的对象，通过整理和集约用地之后，农村居民点用地的规模在原有基础上缩小了很多；此外，还有粮食生产规模化对农村居民点用地的整理需求。与城市、工矿及交通用地不同的是，农村居民点用地面积的减少受经济发展的直接驱动作用不是很大。

3.驱动因子分析

通过主成分分析和灰色关联分析两种统计方法的计算分析，可以看出1996～2004年间影响扬州市土地利用系统变化的主要驱动因素集中在人口增长和经济发展两大方面，接下来本书将针对这两个方面的主要因素就其对土地利用系统变化的驱动作用展开具体的分析。

1）人口增长

1996～2004年间扬州市的人口总数和人口密度呈稳定的递增趋势，8年间共增加了9.42万人，年增长率为2.65‰，平均每年增加人口1.2万人；到2004年全市的人口密度达到685人/平方公里。

由表6－21可以看出，1996～2004年间全市农业人口和非农人口的变化趋势，农业人口总体上逐年递减，非农人口逐年递增，但是2002年为一个明显的转折点，农业人口和非农人口在2002年以前都呈现出稳定的变化态势，而2002年到2003年一年内，全市的总人口增幅仍然很稳定，但是农业人口猛然下降38.71万人，相应的非农人口突增40.1万人，表现为明显的人口非农化，反映在城市发展上则体现为城市化进程的加快（见图6－3）。

表6－21　1996～2004年间扬州市人口变化情况

数据来源：《扬州统计年鉴》1997～2005年。

图6－3　1996～2004年间扬州市人口变化情况

人口的增加，不仅直接带来了人均占有土地、耕地、林地、草地、城镇建设用地的相应趋减，而且会由于人们对物质和精神产品的需求增加促使经济社会的发展，是各种产业，特别使非农产业和城镇会有不断发展的趋势，加上由此而带来的人民生活水平的提高，引起了土地需求的急剧增长，造成各种产业用途的竞相用地，从而加剧了人—地关系和土地供求关系矛盾的尖锐化。

（1）人口增长对土地的需求。从上面对扬州市的人口分析中得出全市的人口增长主要体现在非农人口的增长上，尤其是近年来非农人口迅速增长，人口增长对土地的需求首先表现在居住用地上，人口数量的增加自然迫使居住用地总面积增大，而随着人们生活水平的提高和收入的增加，对个人居住环境和面积的要求也不断提高；另外，人口的增加，特别是人口的非农化会引起城市用地、居民点工矿及交通用地需求的扩张，表6－22给出了近几年全市城市居住用地的扩张情况：

表6－22　近几年扬州市主要城市土地扩张情况

（2）生活质量上升对土地的需求。随着经济的发展，人类在满足了生存需求后，追求着生活质量的改善，这对土地资源产生了更大的压力，这就意味着要比过去追加过多的土地或集约利用土地才能满足人口对高质量生活的追求。随着人们生活质量的提高，人们在满足基本的温饱需求后，开始追求其他较高层次的消费品，这里就常见的家用电器拥有量（每百户年末拥有量）作一个纵向的比较，见表6－23。

表6－23　主要年份扬州市每百户居民家电拥有量

由表6－23可以看出，从1995～2004年间，扬州市市区和农村居民的家用电器拥有量都不断增加，农村居民的拥有量比市区居民增长得更快，这说明扬州市农民的生活水平不断提高，农民用于支配生活消费品的支出增加，生活质量有所提高。要满足更高层次的消费需求，势必需要投入更多的土地，这必然就相应增加了对土地需求的压力，造成了土地利用数量和结构的变化。

2）经济增长

近年来扬州市经济发展势头很猛，到2004年末全市的国内生产总值达到了788.13亿元，年内净增加140.91亿元。1996～2004年间，全市的GDP增加了436.98亿元，年均增长10.63个百分点，相应地，这段时间内全市的固定资产总投资也呈逐年增加的趋势，2004年全市的固定资产投入为330.05亿元，年均增长14.57%，人均GDP也随之不断增长，该市的主要经济发展指标见表6－24：

表6－24　1996～2004年间扬州市主要经济指标

注：投入产出比＝GDP总产值/社会固定资产投入。

虽然8年间扬州市的GDP年增长率低于社会固定资产投入年增长率，但这期间GDP的总增量和年均增量均高于社会固定资产投入，表现为经济的持续快速增长，扬州市这8年间社会经济的投入和产出水平如图6－4所示：

图6－4　1996～2004年间扬州市经济投入、产出情况

（1）经济增长导致产业结构的变化。从地区生产总值的内部结构来看，第二、三产业产值占的比重很高，每年都占到了80%以上，而且呈现出逐年增长的趋势，相应地，第一产业的产值比重不断下降，这就导致了扬州市产业结构的不断变化——第二、三产业占比增加和第一产业占比减小，这种产业结构的变化，势必会引起土地资源在不同产业部门之间的重新分配，从而引起土地利用结构的变化，即第一产业用地面积减少，第二、三产业用地面积增加，也就是说，随着全市经济的不断增长，产业结构的相应变动，农用地面积会逐渐减少，建设用地的面积会不断增加。

（2）经济增长中投入产出比略有上升。从全市社会经济的投入产出比来看，1996～2004年间该项指标值有所递增，说明这期间经济发展对资源利用的集约程度不够高，一个单位的经济产出所需的资源投入是增加的，土地是任何经济发展的载体，土地的粗放利用主要体现为工业用地等建设用地的扩张，农用地面积的缩小，从而使得土地利用结构发生变化。

表6－25给出了1996～2004年间扬州市经济增长过程中，建设用地和农用地的变化情况：

表6－25　1996～2004年间扬州市经济增长和土地利用情况

由表6－25可以看出，随着经济的快速增长，扬州市的建设用地逐年增加，8年间全市的建设用地一共增加了6 206.53公顷，平均每年增长775.82公顷；与此同时，全市的农用地则表现出持续减少的趋势，尤其是耕地面积的减幅很大，8年间全市的农用地减少了1 635.14公顷，而耕地面积减少了7 224.43公顷，是农用地减少量的4.4倍，同时也多于建设用地的增加量，扬州市《1997～2010年土地利用总体规划》中确定了全市2010年耕地的保有量目标是325 106.67公顷，如果不对耕地的占用给予以必要的控制和补充，则很难实现规划目标。

由于建设用地的涨幅和耕地的减幅都非常显著，这里分别对这两类用地（建设用地Y₁，耕地Y₂）随着经济增长（X）的变化作回归分析，得出如下结果：

Y₁＝101 230.767 2＋15.359 7×X

（R²＝0.96，T_检验值13.64，F_检验值186.14）

Y₂＝329 500.494 4－17.525 3×X

（R²＝0.89，T_检验值－7.63，F_检验值58.15）

在5%的显著水平下，检验统计量T_0.025（7）＝2.365，F_0.05（1，7）＝5.59，回归方程的T检验和F检验通过，R2结果也很显著，表明两个回归方程中自变量和因变量之间有显著的线性关系。

由此得出：扬州市建设用地和农用地的变化都与经济的增长存在显著的相关性。由回归分析结果得出：全市GDP每增长1亿元，需要新增建设用地约15.36公顷，减少耕地约17.53公顷。经济的增长促使全市产业结构的变化，从而导致土地利用结构的变化，其对全市土地利用变化有明显的驱动作用。

3）城市化进程加快

城市化意味着更多的人口进入城市，城市的空间随之相应扩大，土地用作城镇用地的比重就会增加，经济发展的实践表明，当城市化进程处于加速阶段，非农业用地，特别是城镇用地相应增加与功能调整是社会发展的客观要求，也是土地利用结构变化的必然趋势。

（1）城镇用地不断增加。随着扬州市社会经济的不断发展，城镇发展的步伐也随之加快，城市化水平不断提高，按照国际上一般的规律，城镇人口比重是衡量城市化水平的标准。城镇人口占10%～20%的为城市化的起步阶段，20%～70%为城市化的发展阶段，70%～100%为城市化成熟阶段，依据这一规律，结合扬州市城市化水平的变化情况可知：当前该市处于城市化发展的阶段。表6－26和图6－5给出了城市化水平增长过程中全市城镇用地的增加情况。

表6－26　扬州市城市化水平与城镇用地变化情况

图6－5　扬州市城市化水平与城镇用地情况

8年内扬州市城市化水平持续增长，2002年到2003年间增长最为显著，2004年趋于缓和，这期间共增长了13个百分点，年均增长近2个百分点；相应地，全市城镇用地共增加了3 473.59公顷，年均增加434.2公顷。

城市化进程的加快，改变着城市空间分布的格局，现代交通与区域基础设设施的建设，使区域城镇体系进一步完善，居住条件与人居环境质量的提高对城市用地提出了更高的要求，为了改善市区的环境质量，一些市区的第二产业迁至郊区，原有厂址转让给第三产业使用，这就使郊区增加了新的工业用地，同时在新工厂区的周围建设相应的配套生活区，这都需要占用大量的土地。

（2）耕地数量不断减少。城市化发展与土地利用变化的另外一个主要方面，则体现在城市化水平与耕地面积的内在联系上，在经济增长和城市化的过程中，建设用地的粗放利用和盲目扩张，必然使得耕地的占用增加，即随着城市化水平的不断提高，耕地面积逐渐减少，具体变化见表6－27和图6－6：

表6－27　扬州市城市化水平与耕地面积变化情况

图6－6　扬州市城市化水平与耕地变化情况

分别对城市化水平（X）的提高所引起的耕地面积（Y₁）减少和城镇用地（Y₂）扩张情况作回归分析，得出如下结果：

Y₁＝339 986.925－481.439×X

（R²＝80.84，T_检验值＝－5.43，F_检验值＝29.53）

Y₂＝296.122×X－1 317.88

（R²＝78.1，T_检验值＝4.99，F_检验值＝24.97）

两个回归方程都通过显著性检验，由此得出：扬州市城市化水平每增加1个百分点，需要减少耕地面积481公顷，同时扩展城镇用地296公顷，耕地的减少幅度大于城镇用地扩展的幅度，此时全市城市化的进程表现为明显的建设用地盲目扩张导致耕地大幅被占用，农用地转用现象比较突出，全市的土地利用呈现出相对粗放的态势。

另外，从城市化进程中城镇用地和耕地面积变化的阶段性特点来看，2000年以后，扬州市的城镇用地开始大幅地扩张，尤其是2001年和2002年两年全市的城镇用地数量迅猛增加，2002年全市的城镇用地年内增加了2 047.34公顷，而到2003年和2004年全市城镇用地的增量明显下降，这一方面与国家的宏观调控政策有关，国家对非农建设项目占用耕地的审批进行了冻结，另一个方面也说明随着城市化水平的提高，城镇用地的扩张速度有所减缓，土地集约利用水平有所提高；与城镇用地的变化相比，耕地的减少幅度呈不稳定的发展态势，表现出忽多忽少的交替演变现象，而且波动幅度很大，这里以“Δ耕地面积/Δ城市化率”作为扬州市城市化对耕地资源边际占用倾向的指标，分析城市化进程中耕地资源被占用的趋势：可以看出1998年、2002年和2004年该指标值异常偏大，而2003年的耕地资源边际占用量却异常地小，除过这些异常点外，其他年份的指标实际值变化比较稳定，并有减小的倾向，这说明随着城市化进程的加快和城市化水平的继续提高，全市的土地利用尤其是农用地会朝着节地型的模式发展，土地利用率会有所提高；但出现的异常点主要是因为城市化率增加不快，但耕地减少的却很多，表明政府的耕地保护政策强度不够，人们的耕地保护意识薄弱。

4）政策制度因素

一种自然资源开发利用活动都是在一定的文化背景和制度条件下进行的，土地资源自然也不例外，文化和制度的外在约束性作用对于人们的包括土地资源在内的自然资源开发利用形式产生重要的影响。由于人们在土地资源利用过程中所表现的各种不持续利用行为无法通过其他形式得到有效解决，因此一个包括诸如土地有偿使用制度、产权制度和价格制度等的政策制度体系的建立具有很大的作用。

扬州市各级市、县、乡镇都有其土地利用规划和计划，能够对土地利用进行宏观管理，调节各类用地的供给和需求，控制各类用地的规模，调整其比例结构和空间布局，协调各类用地之间的矛盾，以提高土地利用的经济效益、社会效益和生态效益。这些规划和计划的制定都是由当地主管部门牵头组织，请知名的专家学者进行编制，其编制、验收的过程都是经过科学分析、反复论证，具有一定的可行性，在相当长的时间内，扬州市的土地利用在土地利用规划和计划的指导下，具有一定的方向性。但是，其执行的效果如何，归根结底则要视其保障程度——土地管理政策、产权制度和价格制度等，这些政策法规的完善和执行，是科学的土地利用规划、计划得以实施、土地持续利用得以实现的重要保障，其变迁对土地利用也将产生非常的影响。