1、第 卷第期 年月 科技和产业 ，杭州市临安昌北山区 年“三生”用地演变分析隋铭豪，肖胜和（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，杭州 ）摘要：基于临安昌北山区 、和 年土地利用监测数据，根据行为主体的主观用地意图为“三生”用地划分依据，依据土地利用转移矩阵、土地利用变化图谱、单一土地利用动态度、土地利用结构信息熵等方法测度昌北山区 年间的“三生”用地演变特征。结果发现，该地区 年间土地利用处于缓慢发展的阶段，但土地利用结构信息熵值不断增加，尤其 年后人类活动干扰输入的负熵流明显增加，土地利用结构均衡度水平较低，昌北山区的土地利用系统内部结构向无序方向发展。究其原因，与当地工矿业用地扩张、盲目追求生
2、产发展有直接关系。工矿业生产用地的增加会使土地利用系统内部结构无序发展，林草生态用地的增加可以使系统内部更趋于有序状态。分析结果为科学地调节昌北山区“三生”用地关系、探索“三生”良性互动的可持续协调发展之路提供基础研究支持。关键词：“三生”用地；土地利用转移矩阵；土地利用结构信息熵；昌北山区中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：浙江省社科规划课题（）。作者简介：隋铭豪（），男，山东威海人，浙江农林大学风景园林与建筑学院，硕士研究生，研究方向为城乡历史遗产保护与旅游开发；通信作者肖胜和（），男，湖南涟源人，浙江农林大学风景园林与建筑学院，副教授，硕士研究生导师，研究方向为森
3、林康养旅游。土地资源作为最基本的自然资源，是人们赖以生存和发展的物质基础，也为地区的经济发展和人类生活所需提供基本资料。在 年第三届全球土地计划开放科学大会上，确立了“面向人与自然的土地系统转变”研究讨论的新主题。随着中国人口总数的不断增加，城镇化水平的不断提高，生产和生活所占据的土地越来越多。面对有限的土地资源，如何合理开发、提高利用效率，成为当前人地协调发展的研究重点。中国作为一个多山的国家，山地面积广阔。山区作为生态环境脆弱区，也多是经济发展滞后区。为发展山区经济、提高山区居民的生活水平，过去一段时期各地对山区的开发力度较大，开发方式比较单一，导致土地退化、植被覆盖减少等生态失衡问题频发
4、，可利用的土地资源快速消耗且越来越少，土地利用矛盾冲突不断，大片土地“撂荒”闲置，原本平衡稳定的生态空间被破坏，致使部分地区出现了生态退化的现象，并由此引发的一系列灾害。问题严重的地区已威胁到区域内人的生命财产安全，对当地居民的生产生活产生不良影响，致使生产、生活、生态（“三生”）之间的严重失调。随着党的十八大将生态文明建设上升到国家战略，中央城市工作会议对统筹“三生”空间提出新的要求，因此，亟须科学地调节山区“三生”之间的关系，探索基于当地地域条件、“三生”良性互动的可持续协调发展之路。国内学者在用地演变的研究前期受当时客观条件和技术的影响，更多侧重于土地的现状调查、土地利用的制图等方面，为
5、满足建设发展的需要而展开研究，忽视对资源的合理利用、人口的需求等研究，使得在经济快速发展的阶段，人地矛盾不断累积叠加。随着（、）等遥感影像技术的完善、多学科的交叉，使国内学者逐渐意识到缓解人地矛盾、实现可持续发展的重要性。张红旗等、刘继来等、陈龙等从“三生”的角度对用地进行了区别，将“三生”与土地利用演变相结合。从研 究 尺 度 来 看，主 要 分 为 国 家、省 域、市域、区县 和乡村 个层面；从研究侧重点来看，多集中于“三生”用地的分类，、“三生”用地的时空动态变化研究 、“三生”用地变化驱动分析 、“三生”空间的转型优化 等方面。但国外对于“三生”空间并没有直接的概念定义和表征成 果，更
6、 多 集 中 于 土 地 系 统 科 学 与 可 持 续 发展 、土地功能类型 划分、土 地 冲 突 调 和 优化、土地利用动态监测 等方面，尤其是土地利用及用地空间优化等方面值得我们借鉴。等将土地利用冲突分为“噪音污染”“视觉障碍”“健康危害”“自然保护”“保护过去”和“改变社区”等种不同类型。这些土地冲突产生的原因不仅仅是资源的不合理分布，更多时候是由市场变动和政府政策造成的土地利用变化引起的 。但在梳理过程中发现，这些研究多以省市范围、城市群等宏观视角为主，多聚焦于人类活动频繁且经济发展较好的热点城市、西北生态敏感脆弱的交错区和大江湖泊沿岸流域等地区，研究范围较大，虽然有少部分研究针对乡
7、村的“三生”用地优化，但多是平原型乡村和极具特色的传统村落，对发展较为落后的山区乡镇“三生”用地研究较少。基于此，本文以中小尺度的杭州市临安西北部昌北山区为研究对象，依据土地利用转移矩阵、单一土地利用动态度、土地利用程度综合指数、土地利用结构信息熵等统计分析方法，测度、分析昌北山区 年间的“三生”用地演变特征，以期为未来昌北山区的国土空间规划和土地合理利用提供发展方向和参考。研究区概况研究区位于浙江省杭州市临安区西北部，地处东经 至 、北纬 至 之间，包括行政区划内的岛石镇和龙岗镇，由杭徽高速、国道、省道贯穿而过，华浪线更成为连接昌北与昌西的交通纽带。研究区西部与安徽省绩溪县家朋乡、荆州乡接壤
8、，东部紧邻临安区昌化镇，北部与安徽省宁国市南极乡和胡乐镇连接，南部与河桥镇和清凉峰镇相邻，土地面积 ，涉及的行政村共 个（图）。图研究区区位图截至 年 末，临 安 昌 北 山 区 常 住 人 口 约 人，其中农业人口达到 人，农业人口的比例占到总人口的 。年规模以上企业 家，其中岛石镇家，龙岗镇 家。农民人均纯收入达到 元，与 年的 元相比，增长了 ，呈现稳步增长的趋势（图）。研究区属天目山系，地貌以山地为主，平均海拔在 以上，地形起伏较大，落差悬殊，盆地与山地科技和产业 第 卷第期图 年昌北山区农民人均纯收入交错分布，最高处落差达到 以上，地势总体呈现西北高东南低的态势，南北两侧群山起伏。且
9、地处昌北溪上游流域，河网密布，北部银坑溪、黄川溪、仁里溪等河流支流较多，顺势而下，穿岩而过，形成坡陡谷深的中山峡谷地貌自然景观（图）。年夏季第号台风“利奇马”带来的强降雨导致昌北山区发生严重地质灾害，山洪、泥石流等山体滑坡导致大面积道路损坏、房屋倒塌（图），涉及岛石 镇 和 龙 岗 镇 共 个 村 落，受 灾 群 众 约 多人，紧急搬迁 户，严重阻碍了昌北地区的整体发展。这些生态难民的出现不仅仅是由台风持续降雨造成的，更是与当地过度经营和粗放式发展有关。昌北地区农业历史悠久，山核桃种植有近千年的历史，是临安山核桃的主要产区之一；但大面积的山核桃林造成了原生林的破坏，且粗放的林地经营管理模式和大
10、量农药化肥的使用，导致山地部分地表裸露，土壤稳定性降低，鸡血石、萤石等矿产资源的开采，山体松动。这些生态问题导致最终的生态失衡，造成严重水土流失。图昌北山区河流分布图 年“利奇马”台风对昌北地区造成的生态灾害隋铭豪等：杭州市临安昌北山区 年“三生”用地演变分析数据来源及研究方法 数据来源本文研究跨度为 年。基于数据的科学性、真实性和可获得性，分辨率的土地利用监测数据来源于中科院资源环境科学与数据中心数据平台构建的全国土地利用数据集，该数据是基于美国陆地卫星 和 遥感影像结合人工目视解译生成的，包括耕地、林地、草地等个一级土地利用类型和水田、旱地、有林地、高覆盖度草地、水库坑塘等 个二级土地利用
11、类型；地形数据来自地理空间数据云的 数字高程提取，空间分辨率为；相关社会经济数据主要来源于 临安区统计年鉴、龙岗镇和岛石镇政府工作报告等。“三生”用地的识别与划分土地作为一个多功能的综合体，因其利用方式的不同，在使用时会展现出多样化的功能，根据研究重点的不同划分类型也多有不同。鉴于本文的研究对象是山地区域，山区乡村分布较多，乡村的土地利用功能相对来说比较单一，为使“三生”用地在以后的规划过程中易于操作，故参考陈龙等的研究成果，以土地的主导功能类型作为“三生”用地的划分原则，其中土地的主导功能类型的判定则以行为主体的主观用地意图为主要依据，建立山 地 生 态 修 复 区“三 生”用 地 的 分
12、类 体 系（表）。表山地“三生”用地的分类体系一级指标二级指标对应现状土地利用类型生活用地城镇生活用地城镇用地农村生活用地农村居民点用地生产用地农业生产用地水田、旱地工矿业生产用地厂矿、工业区及其他建设用地生态用地水域生态用地河渠、湖泊、水库坑塘、滩涂、滩地、永久性冰川雪地、林草生态用地有林地、灌木林、疏林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地其他生态用地盐碱地、沼泽地、裸土地、沙地 研究方法 土地利用转移矩阵“三生”用地的变化是自然演化和人工干预综合作用的结果，通过分析用地的时空演变可以为寻找变化驱动因子提供清晰的方向。土地利用转移矩阵是马尔可夫模型（）在土地研究中的利用，是一种定量表
13、示土地利用转换的二维矩阵，可以全面而具体地描述同一个地区的不同时间土地利用的变换状况和结构特征 ，是分析土地利用变化的基础，其矩阵表达式为 （）式中：代表土地面积；代表土地利用类型的种类数；和分别表示研究时间范围内起止时期的土地利用类型。单一土地利用动态度随着经济的发展、城市的扩张，不同时期土地利用发生不同的变化。本文引入单一土地利用动态度模型分析一段时间范围内该地区不同种类土地的数量变化情况和变化速度，其计算公式 为 （）式中：表示某一单一土地类型在研究时间内的土地利用动态度，即该土地类型的年变化率；表示该土地类型在研究时段初期的面积数量；则表示该土地利用类型在研究时段末期的面积数量；表示该
14、研究的时段周期，以年为计算单位。当值时，表示该土地类型在研究时段内面积呈增多状态；当值时，表示该用地类型在时段内缩减状态。土地利用程度综合指数本文同时引入土地利用程度综合指数模型，通过对该地区土地利用程度的计算，分析该地区人类活动对土地生态系统的作用强度。其表达式为 （）（）式中：为该地区的土地利用程度综合指数，且 ，；为指研究区内第种土地利用类型的分级指数，通过参考相关文献 ，将分级指数划分为个等级（表）；是指第类土地类型在研究区中所占的比重。表不同土地利用类型的分级指数土地分类未利用或难利用的土地林地、草地、水域旱地、水田等耕地城镇用地、农村居民点和工矿用地等其他建设用地分级指数 根据土地
15、利用程度综合指数可以计算出不同年份之间的指数变化量及变化率，即科技和产业 第 卷第期 （）（）（）（）（）式中：表示不同年份之间的指数变化量；、分别表示研究时段末期和研究时段前期的土地利用类型的分级指数；表示不同年份之间的指数变化率。当指数变化量或指数变化率大于时，则表示该研究区的土地利用正处于发展的阶段，当小于时，则表示该地区土地用处于衰退或者用地调整阶段，。图 、年昌北山区“三生”用地的空间分布 土地利用结构信息熵及均衡度土地在利用发展的过程因自然演变和人为干扰，在时空上处于动态变化，在利用结构和土地功能方面表现出有序性的特征，而这种土地利用的有序程度可以用信息熵来描述和刻画。信息熵的计算
16、式 为 （）式中：即为研究区土地利用结构的信息熵，单位为 ，如果信息熵越大，则该地区土地利用的内部结构无序状态越严重，反之亦然；为该地区的土地利用类型；表示不同类型的土地占研究区土地总面积的比重，即（）式中：表示第种土地类型的面积；为研究区土地总面积。通过计算发现，具有归一性的特点，即。由于在计算实际土地利用的信息熵时，没有考虑土地实际职能数对其的影响，因此需要引入土地利用结构均衡度，来 表 示 土 地 利 用 结 构 的 均 衡 性，其 表 达式 为 （）式中，为土地利用结构均衡度，当越大时，表示该地区的土地利用结构均衡度越好，当为时，信息熵也为，说明该地区属于尚未开发利用的状态。结果与分析 昌北山区“三生”用地变化状况结合临安昌北山区 、和 年土地利用监测数据，运用 软件对昌北山区的“三生”用地重分类，形成 、和 年的“三生”用地空间分布状况图（图），并统计各类用地的面积变化（表），直观反映出 年间“三生”用地的空间分布和变化情况。对一级指标而言，年 年间生态用地作为基质景观，一直保持分布面积最广，所占的斑块面积最大，虽然至 年呈现负增长的趋势，面积有所下降，但下降幅度较小，用地面
