（土壤学专业论文）县域农用地土地利用程度评估及应用研究.pdf

摘嘤 摘要 人口数最极度膨胀，相对资源严重短缺，为获得足够的生活资料与生存空间，人类穷 极所能，频频发起向土地资源拓展生存空间的挖潜行为。一旦人们发现其土地利用的外延 式扩张几乎已经达到了极限时，纷纷把眼光移向内涵挖潜这一途径。然而，并非所有的土 地利用都能够进行内涵挖潜，在土地利用实践中，挖潜的可能性和可能空间究竟有多大， 都取决于其当前的土地利用程度和可能达到的土地利用程度空间的大小，也就是说，了解 某一区域士地利用程度是该区进行内涵挖潜的前提和基础。 土地利用率是衡量区域十地利用程度的量化指标，人类土地利用无论在时空上还是功 能上都已突破了其原有涵义，如何对其修正，使之在新的历史时期继续发挥作用，是本文 研究的一人重点。伪此本文： 在回顾和总结当前土地利用程度度量指标研究方法、机理及进展的基础上，提出农用 地土地利用程度可以从种植制度、有效生物产出、有效经济产出三个角度全面衡量；同时 本文住全面探讨土地利用分维特征的基础上，综合目前区域土地生产力和土地生产潜力方 面的研究进展，建立起土地利用率复种指数、产出指数和效益指数模型。 在土地利用程度实证研究中发现，曲周县土地利用程度在时空上有其独特的分异特征， 在土地利用的集聚一扩散过程中，城关镇与四疃是曲周县土地利用过程中出现的“经济极 点”与“科技极点”，而曲魏公路则是连接这两极点的“综合性极性生长轴”。与土地利用 率产出指数在空间上的“经济极点+ 科技极点”扩散模式相比，土地利用率效益指数在空 间上则呈典型的“经济极点+ 综合性极性生长轴”扩散模式。 士地利用程度之所以能够在时空上扩散，是其区域土地利用驱动力存在所致。研究表 明，土地质量群因子、经济区位群因子和人口压力群因子是其驱动因子，在此基础上，建 立了曲周县土地利用程度驱动因子的多元线性回归模型。 进一步研究表明，曲周县土地利用在时间扩散上具有明显的阻力存在，其外在表现就 是近年来土地利用程度一直徘徊不前，导致这一现象产生的原因即阻力主要来自于土地经 营者的认知水平，包括其对国家土地政策的反应、种植业经济弱势效应的影响、惜地心理 等等。 在土地利用程度评估的扩展研究中，本文对土地利用率产出指数和效益指数在土地利 川规划和农用地估价中进行了尝试性的运用，结果表明，土地利用率三指数在区域土地利 j t j 内涵挖浒、用地预测、耕地保护、农用地分等定级及估价等方面可以广泛采用。f 关键词：十地利用，土地利用程度，建藏，土地利用南复种揖教，土地利用率产出指数， r 【：地利肘率效益指数。i 摘要 a b s t r a c t t h el a c ko fl a n di st h ei n e v i t a b l ef a t ew es h o u l da c c e p ta n df a c e ， i m p r o v i n gl a n dp o t e n t i a l c a p a c i t yi st h ef e a s i b l em e a n sa n dm e t h o dt oh e l pu sp u tt h ea x ei nt h eh e l v e t h e r e f o r e ，c l o s e l y t oc o m b i n er e a l i z a t i o no fh o wt o i m p r o v el a n d u s ed e g r e ew i t ht h ec u r r e n tp r o b l e m so fl a n d r e s o u r c el a c k ，a n dw i t hl a n du s ed e g r e ea s s e s s m e n t s ( l u d a ) m o d e l i n g ，b e c o m e sa p r o f o u n da n d r e a l i s t i ci s s u e t h ed i s s e r t a t i o nf i r s tm a k e sar e s e a r c ho nt h eb a s i cl a n d u s et h e o r i e s ，c o n s t r u c t i o ne x a m p l e sa n d e v o l u t i o np r o c e s s ，t h e no ns e v e r a lt h e o r i e sa n dm e t h o d o l o g yo fl a n du s er e l a t e dt ot h ed i f f e r e n t s t a g e so f l u d ae v o l u t i o ni nc h i n a t h em a i n p o s i t i v ec o n c l u s i o n s c a nb ed r a w na sf o l l o w s ： 1 c h a p t e rt w od e e p l ys u m m a r i z e st h el u d et h e o r i e sa n de x a m p l e sh o m ea n da b r o a d ，a n d c o n c l u d e st h a tt h ec r o p p i n gs y s t e m ，e f f e c t i v eb i o l o g i co u t p u ta n de f f e c t i v ee c o n o m i co u t p u t s h o u l db et a k e ni n t oa c c o u n td u r i n gt h ec o u r s eo f l u d ec h a p t e rt h r e eo u t l i n e st h es t u d yo nt h e l a n dr e s o u r c e sp r o d u c t i v i t ya s s e s s m e n t sa n dt h em u l t i - p u r p o s ec h a r a c t e r i s t i c so fl a n du s e t h e n l a n du s er a t ec r o p p i n gi n d e x ( l u r c i ) m o d e l l a n du s er a t ey i e l di n d e x ( l u r y i ) m o d e l a n dl a n du s er a t eb e n e f i ti n d e x ( l u r b i ) m o d e la r eb u i l tu p 2t h en e x tc h a p t e r si nd e t a i ld e v e l o pt h ea b o v em o d e l sw i t ht h es a m p l eo fq u z h o uc o u n t yh e b e i p r o v i n c e a n dt h es u m m a r i z e d c o n t e n t sa r el i s t e d ： ( 1 ) p a r t i c u l a r l y , s p a t i o - t e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i c sa r ed i s c o v e r e dd u r i n gt h ec o u r s eo f t h es t u d y o fl a n du s ed e g r e ei nq u z h o uc o u n t y , q u z h o ut o w ni st h ee c o n o m i ca p e xo fl a n du s e ，s i t u a n v i l l a g ei st h es c i e n c e - t e c h n i q u ea p e x ，a n dq u w e ih i g h w a yi st h ei n t e g r a t e dp o l a r i t yg r o w t h - a x e s t h ee c o n o m i ca p e x s c i e n c e t e c h n i q u ea p e xi s ，a sc o m p a r e dw i t ht h eu r y i ，e c o n o m i c a p e x i n t e g r a t e d p o l a r i t y g r o w t h a x e si st h ed i f f u s em o d e o f t h el u r i ( 2 ) t h er e a s o no f s p a r t a - t e m p o r a ld i f f u s eo f l a n du s ed e g r e ei sd r i v i n gf o r c e s e f f e c t a v e r a g e n e li n c o m e p e rc a p i t a ，a v e r a g ea r e ao f l b r m - l a n d p e rc a p i t a ，i r r i g a t i o n w e l ld e n s i t y ，i r r i g a b l e l a n ds c a l e ，n a t u r a lg r o w t hr a t eo f p o p u l a t i o n ，d i s t a n c et oc i t yo fm a r k e t ，a n d f a r m l a n dq u a n t i t y a r et h ed r i v i n gf a c t o r s t h e n ，t h em u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o nm o d e lo fl a n du s ed e g r e ec h a n g e ( d e p e n d e n t v a r i a b l e ) a n d t h ed r i v i n g f a c t o r s ( i n d e p e n d e n tv a r i a b l e s ) i s d e v e l o p e d ( 3 ) t h e t e n d e n c yo fl u d w a sw e a k e n i n gi nd e s p i t eo ft h ea c t i o no fd r i v i n gf o r c e si nr e c e n t y e a r si nq u z h o uc o u n t y , w h i c hm e a n st h e r et ob er e s i s t a n c ei nt h ec a u s eo ft e m p o r a ld i f f u s eo f l u d a sar e s u l to ff u r t h e rs t u d y , t h er e a s o no ft h i st e n d e n c yi sr e c o g n i z a b i l i t yo fl a n d h o l d e r , i n c l u d i n go ft h em e n t a l i t yo fg r u d g et h el a n d ，t h er e a c t i o nt on a t i o n a ll a n dp o l i c y , a n di n f i r m d o m i n oe f f e c to f t h e c r o p p i n g ，a n d s oo n 2 摘要 3b e s i d e st h ea b o v e ，t h i sp a p e ra l s ot a k e sa ne n l a r g e ds t u d yo fl u d a s u c c e s s f u l l ys u c ha st h e a p p l i c a t i o no fl u r b ii na p p l i c a t i o no fa r a b l el a n dp r i c ev a l u a t i o n ，b a s i c f a r m l a n dp r o t e c t i o n ， f o r e c a s t i n go f c u l t i v a t e da r e ar e q u i r e m e n t ，e v e no t h e rr e l a t e da p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：l a n du s e ，l a n du s ed e g r e e ，m o d e l i n g ，l a n du s er a t ec r o p p i n gi n d e x ，l a n du s e r a t ey i e l di n d e x ，l a n du s er a t eb e n e f i ti n d e x 笫一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 研究的背景意义 地资源在人口、资源、环境三人要素中处r 基础地位，土地资源能否合理利_ i _ j ，直 接关系到人类丰十会的可持续发展问题。在过去的几十年里，迫于巨大的人口压力，我国在 i 二地利州过程中出现了土地质量退化、耕地数量锐减等一系列始料不及的问题，然而，人 类要生存，社会要发展，基本的生活资料和生存空间还必须也只能向士地索取。 相对+ 人类永无止尽的物质需求，土地资源的供应却是极为有限。于是，为了获取更 人的生存空间和更为丰富的物质资料，人类从远古时代起就开始了对土地利用的无限扩张， 特别是刮了现代，七地利用的外延式扩张几乎已经达到了极限，在这种情况下，人类的土 地利用开始转向内涵挖潜这一途径。可是，并非所有的土地利用都能够进行内涵挖潜，在 卜地利i t j 实践中，挖潜的可能性和可能空间究竟有多大，都取决于其当前的土地利用程度 和可能达到的十地利用程度空间的大小，也就是说，了解某一区域土地利用程度是该区进 行内涵挖潜的前提。 卜地利用率是衡量区域士地利用程度的垣化指标，其传统的概念理解为：己利用土地 一ir 全部十地面积的百分比。土地利刚率这一概念是什么时候提出来的需要考证，但是有一 点从逻辑上是可以推测的：也就是只有当人类开发利川土地从微小局部利用到着眼区域整 体时才柯实际意义。如果土地面积无限充足，人类可以随意利用想利用的每一块土地时， 一地使川者与管理者是不会关心“还有多少可供利h 的土地”的，只是限于土地资源在数 鼙l 的有限性和在空间分布上的固定性，导致了人类活动区域内已经利用的土地面积比例 愈米愈人，进而才会关心区域还有多少可利用的土地空间，也就是说，才会创造出“土地 利川率”的概念来衡量区域的土地利用程度。 原有概念的局限性 1 0 也利j h 率的最初定义在一度时期曾发挥了积极的作川：随着社会的发展和人地矛盾 i 茄突出，原有的土地利用率含义已经远远不能满足十：地资源管理和各项国民统计的需求。 住现阶段，“寸= 地利用率”这一指标如果还延续以往的含义，其最多也只能是一个衡量未利 j h 十地面积的指标。 十地概念的完接性 日方面，就士地本身的含义来考虑，十地利h 率的定性描述也决非单纯的面积之比。 i 电地个自然经济综合体，气候、热量等自然因素和其他的人为干涉和影响都是其不可 4 第一章结论 缺少的组分。要想比较全面地衡量一个区域内的卜地利川样皮( 土地利片】率) ，应该也必须 综合考虑该区域在十：地利用过程中对土地利j = i = j 强度( 复种指数、建筑容积率等) 、利用广度 ( 陆地利川面积、海洋利用面积) 和利_ 【 深度( 向地r 、向空间扩展利用方向) 等各个方 面，而以往的十地利州率充其量也仅仅只是其中一个组成部分。 新形势下的迫切性 就目前来讲，士地资源的稀缺性不言而喻，单纯在二维平面上要想再扩大可利用士地 资源的面积，其可能性已是很小。实际情况是，由于区域：i - 地利心具有空问性、时序性和 功能的叠加性等特性，人类势必会通过各种手段使其固有的活动空间尽可能向外围扩展， 而且这种趋势越来越大。因此，在研究土地利用率时，就4 i 得不考虑围绕“可持续土地资 源利朋”这一主题来对土地利用的强度、广度和深度来加以准确衡量。 特别是在与我们生存息息相关的农田生产利用中，多个作物种群不仅存在着空间维组 合，而且也存在着时问维组合，多个作物群体对同一田块资源空间集约利用以及在不同田 块间、不同季节与年际间对环境资源的时间集约利用形成各种多作群体类型，不同作物群 体对资源环境具有不同的利用特征，如何评价这些作物群体的资源利用效果，而且适用于 任何多作群体类型群体效应的定量评价，目前尚未有此应用。 同时，在实践中我国目前土地利用也存在着许多不容忽视的土地利用不合理问题，特 划是：( 1 ) 农用地土地质量退化、利用效率低一i - 等一系列问题引发的生态经济综合症：( 2 ) 城市化进程中耕地数量锐减，现有城市建设用地容积潜力没有得到充分发挥而导致建设用 地容积率普遍低下，小城镇发展加速导致其用地规模失控( 偏大) ，已建成区土地配置不尽 合理，七地利用效率不高；( 3 ) 各类工矿用地的善后复垦、整理效益偏低等。 造成以上土地利用不合理现象的主要原因之一，就是对地利用程度在时间、空间和 数量方面的合理性配置没有很好地把握，而对土地利用程度涵义的理解又存在诸多分歧， 冈此，统一士地利用率的切实内涵，定位于土地利用程度评估基础上的土地利用率研究有 助于为土地利用提供一个全面的、系统的和合理的土地利用程度参数，而土地资源合理利 用也正是进行这一研究的最终目标。 1 1 2 主要研究内容 1 1 2 1 对土地利用进行理性思考 在深刻理解土地及土地利用内涵的基础上，对士地利用的多维特征进行分析，明确农 川地十地利用不只是一个平匦、立体空间上的经营者自觉彳亍为，在比较利益的驱使f ，其 利川规模、利_ h ：j 强度的加大还表现在土地利用在时间上的延续( 尽可能提高士地面积上的 有效光合时间) 和往功能上的扩展( 土地利用多种功能在时空上的叠置) 。 第一章绪论 1 1 2 2 构建农用地土地利用程度评估的数学模型 基 ：上述土地利用的多维特征，为准确界定农川地十地n i l j 率概念，全面衡量一个地 【的真实十地利_ l = i 程度，对土地利用率的概念及其模! 表达方式进行修丑三，最终从种植制 度、仃效! t 物产出和经济产山三个角度建立十地利州率复种指数、土地利用率产出指数和 r 地利h j 率效益指数模型。 l 1 2 3 县域基础上的土地利用程度评估研究 以河北省曲间县为例，以m a p g i s 、a r c v i e w 、a u t o c a d 等多种地理信息系统及制图软件 为1 p 台，进行县域水平上的土地利用程度研究： 土地利用程度时空变异分析 以曲周县为例，立足人地关系分析，研究该县域自1 9 8 0 年以来二十年间全县土地利用 榉度的时空变异特征，分析引起这一变化的主要原因，并对全县今后土地利用程度的时空 分布进行预测； 土地利用程度驱动力因素分析 从十地利用驱动力系统分析的角度出发，全面探讨县域土地利用驱动力的运作方式， 芹就乡镇水平和村级水平两个层次上分析导致县域土地利用程度变化的因子群组成及其影 响程度排序，最终建立土地利用率复种指数、产出指数和效益指数在乡镇水平和村级水平 e 的驱动力模型： 土地利用程度区域扩散研究 住1 ，地利用程度变化驱动力因子的综合作用下，基于梯度推移理论、增长极理论和生 长轴理论等在土地利用程度区域扩散方面的认知，分析曲周县农用地利用过程中，资金、 技术、信息等诸多生产要素在时空上的集聚与扩散特征，找出产生集聚与引起扩散的“极 ，- 1 - 0 ”与“生长轴”的空间位置。 二地利用程度扩散阻力分析 1 地利川程度在时空扩散上既有驱动力，也有阻力，_ 者的消长构成了土地利用程度 动态变化这一系统过程，研究表明，士地利用程度在空间上扩散加速，但在时间上扩散减 缓县全向负向发展，为探寻导致这一现象的原因，以农户调查为突破口，对他们的行为、 心理进行分析，找出导致区域土地利用程度时间上扩散受阻的真正原冈所在。 1 1 2 4 进行土地利用程度评估的扩展应用研究 i 地利川程度评估的扩展研究是一个尝试性的麻j f j ，本文着重从土地利用中的两大领 域r 地利用规划和农用地估价进行分析研究： 士地利用程度评估在土地利用规划中的扩展应用 f i t 仝面分析十地利用规划的实质性功能的基础上，针对规划的两人环节寸空制( 基本 6 第一章绪论 农田保护) 和预测( 土地产出水平预测和十地需求预测) ，分析土地利用率产出指数在其中 应用的可能性和可信性； 土地利用程度评估在农用地估价中的扩展应用 分析农用地产出与其自然质量的关系，找出士地利用程度评估结果在农用地估价中的 锲入点，并以土地利用率效益指数为基础，在不改变用途的基础上，对全县耕地进行估价。 1 1 3 国内外研究现状及评述 在国外，直接进行土地利用程度的研究并不多见，但在区域发展的时间、空间和功能 等结构方面的研究则早已展开，他们在这方面的研究对我们的土地利用程度研究有直接的 借鉴作刚。 特别是早期的地理经济学家史密斯( s m i t h a ) 和李嘉图( r i c a r d o d ) 早就认识到了 空间配置对地租理论的积极作用，随后德国农学家杜能( j o h a n n ah e i n r i c hv o nt h u n e n ， 1 8 2 6 ) 创立了农业区位理论，旨在解析崮绕城市市场中心的圈层式农业地域结构类型，寻 找区域土地集约化经营方式，以求建立合理的农业空间利用结构。其后，德国的经济学家 韦伯( a 1 f r e dw e b e r ) 创立了工业区位论，克利斯泰勒( w a l t e rc h r i s t a l l e r ) 创立了中 心地学说。所有这些区位理论的研究都是运用微观的分析方法，往往局限于单个区域或孤 立的地块或产业生产力子系统的空间结构优化，没有能够建立在区域土地利用系统的综合 分析的基础之上，其局限性是显而易见的。因此，德国学者奥托伦( o t r e m b a e ) 从空间 统一体的观点出发，认为区域土地利用必然是一个空间综合统一体；美国学者贝里( b e r r y ) 在之后的土地利用区位配置中强调空间结构和空间系统( 广义的空间经济活动) 的组织性 和动态性；德国学者博芬特尔( b o v e n t e r e v ) 将居住地、就业场所、流动性等生产性要 素考虑到区域土地利用中，对区域土地空间结构作了系统的理论分析和模型推导。 与国外相比而言，由于我们的现实国情，国内在士地利用程度方面的研究较多，在不 同领域出现了各自的重点： 许多学者从实践到理论对土地利用程度和区域土地优化配置进行了积极有益研究和探 时。庄大方、刘纪远等认为，在大尺度上，土地利用程度的变化受自然环境因素主要是水 文、温度、地质、地貌、土壤、光照等因子的影响，而所有这些自然环境因素又受到中国 独特的地形极地特征的影响，从而决定了中国t 地利用程度的总体空问变化格局，为此， 庄大方( 1 9 9 7 ) 等给出“中国土地利用的极地模式”，并建立了中国土地利用程度的经度、 商程模型，从而建立起中国土地利用程度的环境因素分异模型，为模拟与预测我国土地利 川程度变化提供了理论方法与途径”。在此基础上，吴承祯( 1 9 9 9 ) 等应用地统计学的k r i g e 内插值法，客观地反映了我国土地利_ ； 程度的区域分异规律”，并在一定程度反映了我国 筇一章绪论 现阶段 ? 地利川程度利i 要环境要素之间的相互芙系，为驱动我国十地利j h 程度在跨地区、 跨幽界乃垒全球 j 地利川变化的环境冈了的综合模型研究提供了有益借鉴，也为研究我国 1 j 地利川程度区域分异规律、研究我国- h 地利用程度预测、模拟与控制提供了新方法和新 r 段。 刘1 三华等在综合分析农州地种植群体的基础上，界定了士地当量比的内涵，并在田块 尺度上对农州地的实际利用程度迸彳j ：了实证研究”： 包一e 海( 1 9 9 9 ) 等提出了十地利用程度变化模型，从土地利用的r 度和深度入手，综 合考虑十地利用中土地本身的自然属性，并研究了人为因素与自然环境因素的综合效应 ： 吴群( 1 9 9 9 ) 从资源配置的适度适量角度探析自然资源( 土地) 配置利用中的适度适 嚣规模，研究了资源利用的生态阈值、经济阂值和生态经济阑值： 彭文英、张科利( 2 0 0 1 ) 等基于g i s 基础上对黄土高原土地坡度构成及垦殖率地域分异 特征进行了研究，从一个侧面反映了土地利用程度在黄土高原上随坡度的关系“”； 乇寺远、刘纪远( 2 0 0 1 ) 等利悄中国2 0 世纪9 0 年代中期土地利用的1 ：1 0 万土地利用数 据羽1 2 0 0 0 年采集的反映2 0 世纪9 0 年代末期土地利用的1 ：1 0 万土地利用数据，对中国土地利 用类型和土地利用程度在这两时段变化进行了时空特征分析”； 张光宁( 1 9 9 9 ) 认为，十地利用强度的测算，必须考虑综合两方面的因素；其一，土 地利用对土地生态系统的影响：若土地利用项目有助于土地生态系统的改善，则区域内土 地利川强度降低，如退耕还林。其二，土地利用的极限：它不仅包括土地利用的数量极限， 更重要的包括七地利用程度极限，为此他将土地利用的下限定义为土地利用的起点。即原 始的人类与自然合一的土地状况，如原始森林等：土地利用的上限定义为土地利用的终点， 即人类一般无法进一步扩展其利用的深度，如现代化大都市等。在这种理论支持下，他将 十地资源根据原国家_ _ f _ = 地管理局对土地资源的标准分类，将土地资源分为8 个利用强度级 别，分别是林地一级，牧草地级，水域三级，未利刖土地四级，耕地五级，园地六级， 交通用地七级，居民上矿_ 【 j 地8 级。在此基础上，他将士地利川按各类比重分为四种类型： 生态删、集约型、粗放型和耗损型g t i o 从上述诸家研究可以看出，目前土地利用程度研究呈现山如下态势： 在方法体系方面，士地利h i 程度研究以两种方式体现，其一是以类型模式表达为主， 如甲期的德国科学家冯屠能的农区十地利j 强度的概括，以及国外在此基础上发展起来的 一般十地利模式、图解模式，以及十地利用的极化和反极化模式和重力模式和庄大方 ( 1 9 9 7 ) 等给山的“中国土地利用的极地模式”“”。第：种十地利用程度的研究方法则是 通过数量指标体系来表达，如我国较常_ 【 j 的间接指标体系，在土地利用规划一书中共 8 第一章绪论 给出了5 个间接的士地利用程度指标”“。利用多个指数来反映土地利用的程度，能较好地 反映土地利中某侧面的特点，但不利于反映土地利用的总体程度，而且不同区域之问 也无法进行横向比较，从而进行其区域分异的分析研究。 在研究尺度方面，纵观国内外土地利用程度研究现状，不难看出，士地利用程度研究 在大尺度上研究的较多，而在中小尺度下研究相对较少；表征性研究较多，应用性( 可操 作性与指导性) 研究较少；状态性研究较多，而时空演变方面( 预测性) 研究较少；这其 中，基础资料和工作量积累限制的不够是其主要限制阏予，因此，在一定程度上也就限制 了十地利州程度研究成果的可操作性和实用性。 在技术支撑方面，空间信息技术是土地利用程度研究的强有力工具。空间信息技术的 产生和发展促进了对土地利用程度研究的进一步深化，地理工作者更是首先得益于空问信 息技术的发展，它为地学研究提供了全新的研究手段和方法，导致了地学研究的范围、内 容和方法的重要变化，标志着地学信息获得与处理方法的革命。 空间信息技术，特别是g i s 技术强有力地支持空间结构分析、多维动态模拟和仿真， 支持预测及策略的优化空间信息技术，具有极强的空间分析与建模能力。在g i s 支持下， 能方便地完成距离与面积量测、空问查询、缓冲区分析、图形迭加分析、数字高程模型分 析、最佳路径分析等多种空间操作与分析。g i s 也有力地支持对二维和三维模型的构造， 在此基础上，根据土地利用管理的不同目的构建各种应用模型，如土地评价模型、土地资 源利用最优化模型、生态环境控制模型、水土流失模型等，从而更全面和真实地反映现实 世界的事件，使土地利用管理的现代化和科学化迈上一个新台阶。随着计算机技术的发展， g i s 扩展制模型、仿真及处理四维数据能力的增强，g i s 可以更好地对地理信息进行动态 描述，构建四维的时空模型，对土地利用管理过程中系统要素格局的变化和发展、未来土 地资源状态及社会环境状态的演变进行动态的模拟和预测，对拟定的各种不同的规划管理 方案进行动态仿真。以直观、丰富的表现形式把土地利用管理现状及未来的图景展现在决 策者面前，为其提供最为丰富的决策支持信息，保证利用管理的策略及目标优化，使土地 利用管理问题解决的更快更好。空间信息技术以其高效率、高精度，定位、定性、定量相 结合，实现了土地利用管理真正意义上的空间分析与过程的预测和模拟。 在研究方向上，决策支持系统( d s s ) 是土地利用程度研究的主要方向。建立基于空 间信息技术的土地利用管理决策支持系统，可有效地支持半结构化和非结构化问题的决策， i ) s s 是现代管理决策科学的前沿和发展方向。将3 s 技术、多媒体技术与d s s 技术有机地 结合起来应j = ；i 于十地利用管理的研究与实践，可以充分地发挥人一机的功能与优势实现 人一机一资源的利川管理一体化，为决策者和规划者进行现代化的土地利用管理提供科学 的下段和方法。基于3 s 技术年多媒体技术的土地利用管理决策支持系统通过人机交互、 9 销一章绪论 数据库( 超文本数据库) 、模型方法库、专家知识库等的有机联系，为决策者提供灵活地解 决、| 结构化、非结构化的决策问题，全面支持土地利_ f j 管理的全过程。并能以多媒体的形 式加以表达，实现整个系统全开放的、动态的上下关联。该系统的建立与应用，将克服人 的主观性和片面性，使土地利_ l _ i j 管理的决策和实施更科学、规范和现代化。在未来的土地 科学研究中，空间信息技术将成为土地利用管理的关键技术之一。空间信息技术的应用， 将使七地利用管理的效益、效率大为提高，促进土地利用管理 ：作实现规范化、信息化、 自动化和现代化。同时，在土地利用管理实践中的应用，也为土地利用管理本身的进一步 完善提供了重要的参考。 资源优化配置是土地利用程度研究的终极目标。尽管土地利用程度研究在不同的时间段 和不同的空间地域上其作用的动力机制与作用方式是不尽相同。但是，无论在哪种情况下， 土地利用程度研究的目标是一致的，都是为了实现土地资源在时空上的优化配置。特别是 8 0 年代后期至9 0 年代末，我国土地资源时空特征研究研究迈上了一个新台阶，并在土地利 h 及其配置研究方面取得了诸多成果“”“。 回顾国内外土地利用程度研究历程不难看出，在不同的历史阶段和不同国情下，土地 利h j 程度的研究内容有很大差异：在农业占主导地位的1 9 世纪以前，土地利用等一系列研 究都是围绕农用地展开的，这一期间最为明显的就是屠能的农业区位理论和其后的土地是 生产潜力的研究分析；进入1 9 世纪，特别是到了上个世纪，社会的发展重心逐步转移到城 镇，许多学者围绕工业区位论、城市土地利用程度、土地利用效率、土地利用空间配置等 方面展开讨论，并取得了很大进展“2 。”“3 ：近年来，随着可持续理论的研究和人们对可 持续认识的不断深化，大尺度、着眼于地区乃至全球土地利_ l j 士地覆被变化( l u c c ) 方 面的研究已经逐步成为热点。在这种形势f ，本文立足于目前研究较少的中小尺度( 大比 例尺1 ：1 0 0 0 0 ) ，以县域为研究对象，在研究土地利用程度的同时建立土地利用率的数学表 达，力图谋求在合理利用土地的前提下积极探索实践中可操作性较强的土地利用程度挖潜 的合理途径和方法。 1 1 4 研究方法 往研究方法上，土地利用程度研究强调现代技术的综合应朋，特别是博采地理信息系 统软件m a p i n f o 、a r c v i e w 、m a p g is 强大的空间分析能力，并借助计算机辅助设计软件 a u t o c a d 的制图功能，采用先进的三维分析技术及空间番加功能，优势互补，真正体现土地 利h 程度评估图件的翔实性和准确性。 区域十地利用合理利用是一个复杂的巨系统运作过程，具有整体性、动态性和多层次 性等特点，必须强调综合、系统和时空动态等角度的研究思路，因此，在研究中，应当综 o 旃一章结论 合考虑： 1 1 4 1 立足实证分析 _ 十地利用方式不同，土地利用结构迥异，七地利刚率研究只能建立在典型土地利用的 基础之上，特别是在构建土地利用率模型的过程中，理论研究与实证分析的多次反馈，才 能保证其在实践中的可操作和可应用性。 i 1 4 2 综合地域结构 以自然地域结构为基础，结合行政设置，将自然和人文经济要素纳入系统中形成综合 的地域结构，通过地域结构的优化强调实现区域的可持续发展。 1 1 4 3 要素相关分析 研究重视区域过去若干时间的自然、人文经济要素过程，并将区域变化与这些要素( 即 驱动因子) 联系起来，建立解释区域时间变化机制及推断未来变化的动态模型。 1 1 4 4 区域系统分析 区域。t 地利用变化发展的自然和人文经济驱动因子在不同时空尺度上错综复杂的相互 关系，使其具有很人的不确定性。显然，驱动因子与区域变化发展的关系及机制不是单 模型所能刻画的。因此区域土地利用应在全面收集有关数据资料并经科学分析的基础上， 从系统观点出发，建立不同种类的模型和多个替代方案，其中，尤其应当借助3 s 及其信息 集成技术，建立具有数据、空间表达详尽并易于同其它模型接口的空间变化模型。 1 1 4 5 决策支持系统 区域土地资源利用系统组成要素具有明显的随机性和非线形特点，区域可持续发展牵 涉到大量的非结构化问题，并涵盖广阔的时空界面和大量数据，其最终优化方案又必须符 合决策者的意志。因此，研究采用i ) s s 法，建立区域土地利用的有关数据库、模型库和专家 系统等，为区域可持续发展提供更为有效的决策支持。 1 1 5 与本文有关的概念及范围界定 1 1 5 1 十地：_ = 地是地球表面一定幅度的多维空间及其中的自然物、经济物、社会物、 时间物所组成的自然、经济、社会、历史综合体。这里的自然物包括气候、土壤、水文、 地形、地质、动物、植物等要素，这里的经济物、社会物则指过去和现在人类洒动对土地 的剥- 种结果和影响。 1 1 5 2 七地利h j ：土地利用是指人类为了某种目的，对士地进行的干预活动，即在特定 的生产方式f ，人们为了一定的目的，按照士地的自然属性和社会属性，对土地进行的开 发、利片j 、整治、和保护活动，统称为十地利用。 1 1 5 3 十地利j i _ j 程度：指十地开发的深度与广度，体现土地利用质量和强度，它不仅反 笫章绪论 映j t ：地利川中十地本身的自然属性，同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应： 在本义- 的农川地研究中，借助于十地利_ i j 率三指数来衡量。 1 15 4 1 ：地利埘率：对这一概念的认识，笔者在此稍作解释，传统的土地利用率概念是 指已利州十地面积- s 七地总面积的比例；在本文，笔者借土地利用率的原始概念赋予其特 姝的i j 涵：即十地利用率是表征区域土地利_ 1 1 j 程度( 包括强度) 的一个量纲，其涵义从以 r = 个角度理解： 1 ：地利用率复种指数：单位面积土地在固定期目内能够完成某项土地功能( 承载、生 产及服务于生产的) 的次数，具体到农用地，则专指单位土地上作物能够完成其产生足够 效益的生长周期的次数； 1 ：地利用率产出指数：单位面积土地在固定期日内能够完成某项土地功能的有效生物 产出量当黄数； f - t 也利h j 率效益指数：单位面积土地在固定期目内能够完成某项土地功能的经济当量数。 11 5 5 土地利用结构：是在一定区域内各种单元土地利川方向的有机组合，是有效利用 十地的关键之一。 11 5 6 土地利用方式：即根据土地自然、社会经济特点所确定的土地利用类型，反映了 十地利刚的单元外貌特征。 1l 5 7 七地利用效益：广义的土地利用效益是指土地利用所产生的社会、经济和环境生 态被益，住可持续土地利用过程中，三者是辩证统一的；在本文中的农用地研究中，重点 讨论其经济效益。 1 1 5 8 土地利用的地域分布：指相同或相似土地利用类型在地域上的集中与分散状况。 11 5 9 耕作制度：一个地区或生产单位作物种植制度以及与之相适应的养地制度的综合 技术体系。 1 15 l o 种植制度：一个地区或生产单位作物组成、配置、熟制与种植方式的总称。 l15 1 1 养地制度：对农用地所采取的保护与改善土地生产力的技术体系。 ll5 1 2 复种：在同一田地上，一年内接连种植_ 季或二季以上作物。 ll5 1 3 间作：在同一田块上，于同一生长期内分行或分带相间种植两种或两种以上的作 物的种植方式。 11 5 1 4 混作：在同一田块上，同期混合种植两种或两种以上作物的种植方式。 11515 套作：在同一田块上，在前季作物生产后期的株行间播种或移栽作物的种植方式。 l15 1 6 十地自然供给：土地以其自然固有的属性供给人类利用，以满足人类社会生活和 乍产的需要，称为土地的自然供给；土地自然供给不受任何人为因素或社会经济因素的影 响，是无弹性供给。 1 2 第一章绪论 115 1 7 一 ：地经济供给：十地在自然供给及自然条件允许的范围内，在一定的时间和地区 冈用途利菔与价格变化而形成的土地供给数量；由于土地具有多宜性、多用性，受供需影 响，十地的经济供给是有弹性供给。 1 1 5 1 8 十地星殖率：土地垦殖率是指耕地面积占土地总面积的比例。 1 15 1 9 土地空间结构：土地空间结构是在地域性分异规律支配下所形成的各种土地类型 的空间组合形式，其实质是相邻的主导土地类型按照一定的方式进行物质输送、能量转换 和信息传递的结合关系，可以用模式来表示。 1 1 5 2 0 土地数量结构：土地数量结构，揭示了不同带层内各种土地类型量的对比关系， 可用面积对比、多度、频率和结构复杂度等指标来指征；其中，面积对比反映了土地类型 在带层内的规模大小，多度反映了土地类型在带层内重复出现的程度。 1 1 5 2 1 土地质量结构：土地质量结构是通过土地评价所揭示的不同带层各种土地类型质 赶等级的构成及其比配关系，其实质是土地类型适宜性的直观反映。 1 15 2 2 土地结构格局：是区域内各种土地类型的空间构型及其质与量的对比关系，综合 反映了土地类型分布与结构特征的差异，具体可包括土地空间结构、土地数量结构和土地 质蜒结构3 种基本形式。 1 2 研究思路和章节安排 1 2 1 研究思路 本项研究采用的土地利用程度评估方法主要以建立土地利用率复种指数( l u s c i ) 、产 出指数( l u r y i ) 和效益指数( l u r b i ) 模型为依托，其它的县域土地利用程度研究都在 该模型的应用基础上展开。研究区域界定为河北省曲周县，文中的数据来源主要有两大块， 一为统计年鉴的资料，二是2 0 0 0 年该县土地利用现状修订资料，同时，涉及土地投入产出 的和七地经营者行为、心理的数据及资料主要来自于农户调查，投入产出等情况数据采用 普查的形式( 与河北省农用地分等定级曲周县的农户调查同步展开) ，农户行为心理资料采 用抽奁的方式( 分不同收入层次对2 3 个行政村进行行为问卷调查) 。模型的构建始终力求达 到与g i s 系统的结合，在区域土地利用程度研究中，为尽可能减少图斑和信息量的减少， 分不同功能采用了m a p g l s 、a r c v i e w 、m a p i n f o 及a u t o c a d 等多种地理信息系统及制图软 什平台进行图件的预处理、图形转换及空间分析，为使研究直观化和更具有实践意义，所 有的研究结果都以1 ：1 0 0 0 0 的分区图的方式进行表达。本项研究的整体技术路线如图l 一1 所示。 1 2 2 章节安排 第一章绪论 第一章是全文的总论部分，也是本项研究的立题依据，主要是在对国内外十- 地利片 程 嘘评估综合分析的基础上，提山了本文的主要研究背景、研究内容、研究思路、技术路线 和酬究方法，并对文中涉及到的一些专业术语进行了界定。 第章是理论探讨部分，是本项研究的立论基础。本章首先对土地的科学内涵进行分 析，从十地的物质组成、存在状态、基本功能、空间跨幅等多角度完善对土地概念的科学 理解，在此基础上，证实了土地利用的空间维、时间维和功能维等分维特性；第二节从土 地利川程度评估角度出发对土地利用的有关理论进行了探讨与评述；第三节提出农用地土 地利用的实质是土地生产力的实现过程，由此对土地生产力的构成因素、形成过程进行分 析，明确了士地生产力的生态学层次性( 光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力和 十壤生产潜力) 和技术层次性( 潜在土地生产力、可达到土地生产力和现实土地生产力) ： 第四仃从土地利用程度评估角度考虑得出农用地土地利用的最终归宿是绿色植物对光能的 利用，而土地利用程度评估的归宿也应当从光能利用率实现角度考虑，也就是说，光能利 用率是农用地土地利用