摆万奇

（中国科学院 自然资源综合考察委员会，北京 100101）

提　要　在分析深圳市土地利用变化与驱动力的基础上，将城镇用地细化为工业用地、居住用地和第三产业用地，并将它们与耕地和工业投资、人口增长、收入水平、水资源状况等主要驱动力纳入统一的总体结构中，采用系统动力学的方法，定量地描述它们的动态关系。系统动力学模型的基本模拟结果显示，城镇用地的长期变化趋势是一种“S”型的增长规律，从 1 980年至 2030 年是城镇用地变化的快速增长阶段。在城镇用地的变化过程中，工业用地、居住用地和第三产业用地在总的城镇用地中所占的比例在经过一个较长时期的波动后，大约从 2020 年开始基本保持稳定的状态。耕地的变化趋势是持续下降，并逐渐消失。

关键词　土地利用变化；驱动力；系统动力学；深圳市

中图分类号　F301.2

文献标识码　A

文章编号　1000-3037(2000)02-0112-05

1 深圳市土地利用的动态变化

　　深圳市自改革开放以来，随着经济的迅速发展，工业化、城市化、人口增长、收入增加、技术进步、水资源短缺等土地利用变化的各种自然和社会驱动力极为活跃，导致了土地利用状况在短期内发生了急剧变化，这为研究土地利用变化的内部机制和动态规律提供了很好的实例。

　　遥感及地面调查的结果显示，1973 年，深圳以城镇为主的非农业用地仅占其土地面积的 1.15%，1983 年则上升为 4.92%，1995 年达到了 34.54%；与此同时，耕地面积从 1973 年的 30.37% 下降到 1983 年的 27.55%，到 1995 年更降到不足 2%。由此可见，深圳市的土地利用变化主要表现为城镇用地与耕地的竞争（表 1）。

表 1　深圳市土地利用基本格局变化情况
Table 1 Changes of land use pattern in Shenzhen

注：1973 年和 1995 年数据分别来自 Landsat MMS和 TM 卫星遥感资料，1983 年和 1990 年数据分别来自区划调查和土地资源详查资料。

　　为了系统地考察深圳市土地利用的长期动态趋势，本研究将深圳市城镇用地细化为工业用地、居住用地和第三产业用地，将主要土地利用类型与主要驱动力纳入统一的框架，采用系统动力学的方法，定量地描述它们之间复杂的动态关系。

2 深圳市土地利用变化的系统动力学模型

　　土地利用的动态变化是各种驱动力作用下土地利用目的与方式的改变。改革开放以来，工业投资对于深圳市城镇用地的扩大发挥着积极的主导作用。当建立经济特区等一系列政策阀门开启后，首先进入深圳的主要是工业投资，特别是从香港扩散过来的三资企业和以承揽“三来一补”业务（来料加工、来件加工、来样加工和补偿贸易）为主的乡镇企业，其中大多数属于劳动密集型企业。这些工业企业的发展一方面使工业用地面积不断扩大，另一方面创造着就业机会，引发了人口的迁移高潮。人口的迁移既包括当地农村人口向城镇的流动，也包括外地人口流入深圳。前者提高了深圳的城市化水平，后者促进了深圳市人口的迅速增长。人口增长又加大了对住房和服务的需求，从而推动了居住用地和第三产业用地的扩大。此外，由于工业产品比农产品具有更高的收益，因此，居民收入水平的提高在很大程度上也归于工业生产的发展，而收入水平的提高又成为居住用地和第三产业用地扩大的另一重要的驱动力。主要由工业用地、居住用地和第三产业用地组成的城镇用地的扩大又导致了耕地等农业用地的减少。可见，工业投资通过推进工业化进程，决定了深圳市的人口增长、城市化水平、收入水平以及城镇用地和农业用地的变化。因此，在深圳市土地利用变化过程中，工业投资是至关重要的驱动力。另一方面，随着深圳市的人口增长和工业发展，水源短缺问题已变得日益突出，它将成为制约经济进一步发展的重要因素，并且在深圳市未来的土地利用变化中发挥关键的作用。

　　上述驱动力与土地利用变化的关系可以用系统动力学的因果关系图加以表达
（图 1）。图 1 中的土地占用率、工作岗位劳力比、住房供求比、服务供求比和淡水供需比是 5 个关键的辅助变量，它们将不同的子块有机地联系在一起，构成了一个完整的系统。土地占用率是指城乡非农业用地占适于城镇建设的所有土地面积的比率；工作岗位劳力比是指深圳市第一产业、第二产业和第三产业所提供的总的工作岗位数与深圳市的全部劳动力之比；住房供求比是指深圳市的实有住房面积与需求面积之比；服务供求比是指第三产业用地上所提供的服务总量与实际需求量之比；淡水供需比则是指深圳市的淡水供应量与需求量之比。

图 1 深圳市土地利用变化总体因果关系图
Fig.1 A system dynamics diagram describing the relationship between land use and driving forces in Shenzhen

　　在图 1 所表达的因果关系中，并未反映政策对土地利用变化的重要作用。事实上，本研究是将政策作为外部驱动力加以考虑的。政策的作用可以通过改变系统动力学模型中的相应参数加以深入研究。

　　图 1 可进一步转化为半定量化的系统流程图，在此基础上，本研究应用系统动力学专用模拟语言 Professional DYNAMO Plsu 建立了深圳市土地利用变化系统动力学模型。模型中的参数估算，采用了遥感、地面调查和大量公开的统计数据。通过运行该模型，重点分析以下问题：①各种驱动力是如何变化和相互作用，从而共同推动土地利用变化的？②深圳市土地利用变化的长期趋势如何？③深圳市土地利用变化的结果及应采取的对策是什么？

3 模拟结果与分析

　　模型的模拟时间范围确定为 1950～2050 年。在此长达 100 年的时间跨度内，各类土地利用变化的规律性得到了较好的展现，这也正是系统动力学方法所具有的长程模拟特点。其中，19 50年至 90 年代中期的模拟结果是对历史变化过程的拟合，而 90 年代中期以后的模拟结果则是对未来变化的预测。模拟结果反映的是在现有政策条件下的系统运行状况，也就是模型的基本运算结果。

3.1 耕地

　　图 2 反映的是耕地变化的模拟结果。从图 2 可以看出，耕地变化的基本趋势是持续地下降，直到完全消失。1950～1980 年是一个缓慢下降阶段，1980～1995 年属于迅速下降阶段。这两个阶段的模拟结果与耕地的实际变化过程基本吻合（图 3）。从 1995 年起，耕地变化进入了较低水平上的缓慢下降期。耕地面积下降主要是城镇和交通等非农业用地扩大的直接结果。它标志着深圳城市化水平的不断提高。从耕地变化的长期趋势可以看出，深圳最终将成为一个完全城市化地区。

图 2 深圳市耕地变化趋势
Fig.2 Trend of arable land change in Shenzhen

图 3 深圳市耕地实际变化情况
Fig.3 Actual arable and change in Shenzhen

3.2 工业用地

　　模型基本运行结果显示，深圳市工业用地变化的长期趋势表现为略带超调性质的“S”型规律（图 4）。80 年代以前，工业用地处于缓慢的增长期。从 80 年代初开始，工业用地迅速扩大，这一快速增长阶段将持续大约 50 年时间，于 2025 年左右达到峰值，峰值为 11790hm²。此后便开始缓慢地下降，到达谷底后还会有所回升。这种变化规律是由系统的内部结构决定的。在工业用地的迅速增长阶段，正反馈机制发挥着主导作用，此时的主要正反馈回路有：

图 4 深圳市工业用地变化趋势
Fig.4 Trend of industrial land change in Shenzhen

　　（1）工业用地→＋工业投资→＋工业用地增长率→＋工业用地

　　（2）工业用地→＋工业用地增长率→＋工业用地

　　但随着工业生产规模的扩大和用地面积的增加，负反馈机制开始发挥主导作用，从而使工业用地的增长速度减缓，并在达到最大值后开始下降。主要的负反馈回路有：

　　（1）工业用地→＋土地占有率→－工业用地增加量→＋工业用地

　　（2）工业用地→－淡水供需比→＋工业用地增加量→＋工业用地

　　（3）工业用地→＋工作岗位劳力比→＋人口→－淡水供需比→＋工业用地增加量→＋工业用地

　　（4）工业用地→＋工业用地减少量→－工业用地

　　前三条负反馈回路具有减缓工业用地扩大速度的作用，第四条负反馈回路则会降低工业用地的绝对值。工业用地在扩大的同时，由于工业企业的破产、转产，以及固定资产的折旧等，每年总要减少一部分工业用地，在正反馈回路起主导作用的情况下，工业用地的增长速度超过了下降速度，因而总体上表现为扩大的趋势。而在负反馈回路起主导作用后，则有可能出现下降速度超过增长速度的情况，从而使工业用地总体上表现为下降趋势。这就是图 4 中工业用地自 2030 年开始下降的内在原因。

　　工业用地变化的另一个规律是，工业用地在城镇用地中所占的比例经过一个长期过程后会逐渐趋于稳定（图 5）。从图 5 可以看出，尽管工业用地所占比例在早期阶段具有较大波动，但从 2020 年后，这一比例已基本稳定，大体保持在 15% 左右的水平上。这种稳定状态从一个方面说明深圳市的城市发展从 2020 年后将进入成熟阶段。

图 5 深圳市城镇用地主要组成部分所占比例的变化趋势
Fig.5 Proportional changing trend of major components of urban land use in Shenzhen

3.3 居住用地

　　深圳市居住用地的长期变化趋势表现出较为典型的“S”型增长规律（图 6）。1950～1980 年是“S”型增长的缓慢上升阶段。1980～2050 年是迅速上升阶段。此后在保持稳定的基础上略有上升，该阶段将持续很长一个时期，最大值出现在 2050 年之后，约为 19850hm²。

图 6 深圳市居住用地变化趋势
Fig.6 Trend of residential land use change in Shenzhen

　　居住用地变化的主要驱动力是人口增长和收入水平的提高。1980 年以前，深圳市的人口增长与经济发展非常缓慢，因此，该阶段的居住用地增长基本上处于停滞状态。80 年代以后，人口和收入水平开始迅速增长，这两种驱动力与居住用地本身的正反馈机制相结合，使居住用地进入快速增长阶段。从 2050 年开始，居住用地的增长速度明显放慢，这是因为在此之前人口增长已经停滞，并且土地供应状况与居住用地之间的负反馈作用逐渐占据了主导地位。

　　虽然居住用地总量的长期变化趋势表现为“S”型增长，但其相对量的变化并未遵循同样的规律。图 5 中居住用地所占比例在 1950 年时高达 70%，随后持续下降。从 2020 年开始，基本稳定在 27% 左右。居住用地所占比例的下降过程，是城镇用地结构的调整过程，它反映了深圳市城市结构与功能所发生的转变。

3.4 第三产业用地

　　第三产业用地的模拟结果也表现为近似的“S”型增长（图 7）。“S”型的缓慢增长阶段大约在 1950～1990 年之间。迅速增长期从 1990 年持续到大约 2020 年。此后进入渐进增长阶段，最大值出现在 2050 年之后，约为 41060hm²。

图 7 深圳市第三产业用地变化趋势
Fig.7 Trend of service land use change in Shenzhen

　　与居住用地变化一样，第三产业用地变化的主要驱动力也是人口增长和收入水平的提高。在 1950～1990 年间，第三产业用地的缓慢增长是当时深圳市人口增长与经济发展缓慢的具体体现。虽然在该阶段的后期，情况有了很大改变，但与工业相比，第三产业的发展仍显得滞后。从 1990 年开始，第三产业用地进入了迅速增长期。这时，人口与第三产业用地之间，以及第三产业用地自身的正反馈机制开始发挥主导作用。2030 年以后，人口增长的停滞状态和土地供应状况与第三产业用地之间负反馈机制的作用逐渐突出，造成了第三产业用地的渐进增长，这一阶段一直延续到 2050 年以后。

　　第三产业用地在城镇用地中所占比例在 1950 年时为 20%，2020 年达到 54%，此后一直稳定在 57% 左右（图 5）。该比例的提高过程，显示了深圳市的城市功能处于不断完善之中。2020 年之后的逐渐稳定，则是城市发展进入成熟阶段的重要标志。

4 结论

　　本研究采用系统动力学方法，将主要驱动力与土地利用类型置于统一的系统中，考察了深圳市土地利用的长期动态趋势。这是一种从土地利用变化内部关系入手的系统与综合研究方法。系统动力学模型的基本模拟结果显示，深圳市城镇用地的长期变化趋势是一种“S”型的增长规律，从 1980 年至 2030 年是城镇用地变化的快速增长阶段，此后由于适于城镇建设的土地资源渐趋枯竭，城镇用地的扩张过程开始停滞，土地利用变化主要是城镇用地内部不同用地类型之间的相互转化。城镇用地几种主要组成部分的变化过程也表现为典型的或近似的“S”型增长规律，如工业用地的变化过程是一种略带超调性质的“S”型；居住用地的变化是一种较为典型的“S”型；第三产业用地的变化在达到最大值后有所下降。在城镇用地的变化过程中，工业用地、居住用地和第三产业用地在总的城镇用地中所占的比例也在不断地变化，但它们的变化过程与其绝对值的变化过程有所不同，一般是经过一个较长时期的波动后，大约从 2020 年开始基本保持稳定的状态。这种情况预示着深圳市在经过一定时期的发展后，城市的结构和功能将会达到比较成熟的状态。深圳市未来的耕地变化趋势仍然是持续地下降，并逐渐消失，农业最终将失去存在的基础。

　　从深圳市土地利用变化长期趋势的分析中可以看出，从 1980 年至 2030 年之间，深圳市的城镇用地一直处于快速增长之中，这期间工业用地、居住用地和第三产业用地都将有较大幅度的提高，因此对土地的需求量非常大，土地的供需矛盾将成为制约经济发展的重要因素，合理利用土地将是保证深圳市经济可持续发展的关键。

参考文献

1	广州地理研究所．深圳自然资源与经济开发[M]．广州：广东科技出版社，1986.
2	齐文虎．资源承载力计算的系统动力学模型[J]．自然资源学报，1987,2(1)：38～48.
3	宋启林．中国现代城市土地利用学[M]．北京：中国建筑工业出版社，1992.
4	苏懋康．系统动力学原理及应用[M]．上海：上海交通大学出版社，1988.
5	摆万奇，赵士洞．土地利用和土地覆盖变化研究模型综述[J]．自然资源学报，1997,12(2)：169～175.

第一作者简介

摆万奇 (1963－)，男（回族），河南南阳人，中国科学院自然资源综合考察委员会副研究员，博士，现从事土地利用/土地覆盖变化研究。

基金项目：中、美、印度三国科学院合作研究项目，由美国 MacArthur 基金资助。