土地利用變遷

一、土地利用變遷的研究近況

Clawson and Stewart (1965) 將土地利用定義為「人類於土地上所從事的與其 直接相關之活動」。換言之，土地利用乃指人類為了特定目的，對土地資源利用 方式進行選擇，進行開發、保育、改造等活動，形成都市發展用地、水利用地、

農業用地等各類土地用途 (丁志堅，2002)。

由於科技發展迅速，人類對於地表大規模的開發使得大面積土地經歷了去森 林 化 及都 市化 的歷 程。 於 此 背景下 ，「國際地圈生物圈計畫」 (International Geosphere-Biosphere Programme, IGBP) 與 「 全 球 環 境 變 遷 人 文 面 向 研 究 」 (Human Dimensions of Global Envirnmental Change Programme, HDP) 在 1996 年 於西班牙成立了「土地利用及覆蓋變遷」 (Land-Use and Land-Cover Change, LUCC) 計畫，藉由跨學科的整合性研究，達成下述目的 (Turner II et al., 1995；

丁志堅，2002；蔡博文，2005)：

1. 過去 300 年以來，人類土地利用如何影響土地覆蓋的變遷？

2. 不同的地理及歷史脈絡下，人類土地利用方式改變的主因是甚麼？

3. 未來 50-100 年間，人類土地利用方式的改變將如何影響土地覆蓋的變遷？

4. 當前的人類與生物物理動態將如何影響特定土地利用型態的永續性？

5. 氣候與全球生物地球化學的改變將如何影響土地利用/覆蓋，反之亦然？

在 2005 年接續前述 LUCC 計畫的「全球土地研究計畫」(Global Land Project, GLP) 進一步整合了土地利用/覆蓋變遷及「全球變遷與陸地生態系統」(Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE) 研究，主要目的為量度、模式化、以及 理解人類與環境的互動系統 (human-environment systems) (劉佳玲，2007)

從 IGBP 及 HDP 推動的各類土地利用/覆蓋變遷計畫中可發現，若為建構一 個跨尺度的土地利用變遷模式，最基本的工作乃進行各區域的土地利用變遷機制 研究，以作為個案比較及全球整合之基礎。以此觀點而視，建構一套探討個案土 地利用變遷機制之模式與掌握造成變遷的驅動力因子，是為本研究之意義與貢獻 性。

二、土地利用變遷的研究類型 (一) 變遷型態的度量

從事土地利用變遷研究的第一步需先掌握變遷的實際情況，即透過各種度量 方法取得土地利用的相關資訊，以作為後續分析的基礎。丁志堅 (2002) 將度量 的類型歸納整理成：量的度量、空間型態的度量、衍生資訊的度量三類。

量的度量又可分為「各類型土地數量的時間變化」，和「時序上各土地類型 轉換為其他類型數量」二種，是土地利用變遷研究的根基。相關研究如周天穎等 (2003) 運用面積轉移矩陣分析台中市都市地區土地利用變遷情形，並應用集群 分析 (cluster analysis) 探討各行政區間的發展特性與相互關係。

空間型態的度量則以空間型態與結構變遷的計量方法描述土地利用變遷，分 析斑塊 (patch) 於時序上的幾何變化，透過指標的計算將變化程度予以量化呈現。

如 Huang et al. (2009) 以景觀生態指標分析台北─桃園地區 1971 年至 2006 年間 的地景型態的變遷，指出都市蔓延的情形在非都市計畫區較明顯，使地景呈現出 高度破碎化型態；吳振發、林裕彬 (2006) 應用景觀生態指標分析新北市汐止區 的都市計畫區、鄉村區、一般農業區、山坡地保育區、森林區等土地使用分區內 整體土地利用、建成地、草地、林地等土地利用的變遷趨勢，藉以探討土地使用 分區對土地利用空間結構變遷的管制效力。

衍生資訊的度量則是利用空間分析的計量方法，將複雜的土地利用變遷資料 轉換為系統性的空間資訊，相關研究如周天穎等 (2003)、連美綺 (2011)、

Kamusoko et al. (2009) 皆為利用馬可夫鏈 (Markov chains) 度量方法，獲得各時 期土地利用變遷資料，並計算各類別土地利用比例於時序上的增減，建置轉移機 率矩陣，作為後續模擬、預測等分析之用。

(二) 變遷模式的建構

另一類研究為對土地利用變遷的情形，透過模式的建立來進行預測或解釋。

Lambin et al. (1999) 將其歸納成文字敘述法 (narrative)、行為者基礎模型 (agent-based model)、系統/結構模型 (systems/structure perspectives) 三類 (鄒克萬、張曜 麟，2004)。其中文字敘述法乃藉由觀察、描述及解析，呈現土地利用變遷的事 實，以了解土地利用變遷情形，大多藉由文獻回顧、田野調查、訪談等方式重建 過往土地利用實況，並討論土地利用的數量及型態在時序上的演變。

行為者基礎模型由下而上地探討每一個作用於土地利用變遷的行為者 (agent)，其個體本質 (年齡、性別、教育程度等)、理性選擇、認知意象、偏好等 來瞭解土地利用行為的決策過程。如 Ligtenberg et al. (2004) 使用多主體系統 (multi-agent system) 模擬政府當局、農民組織、環境組織三者在三種情節下，如 何發展出荷蘭馬斯垂克 (Maastricht) 地區不同的土地使用型態。顏子揚 (2006) 以多主體系統為基礎，利用多元羅吉特模式 (multinomial logit model) 建立土地 利用轉換規則，建構台北捷運新店線沿線的土地利用變遷模式。

系統/結構模型主要從社經結構、政策制度、自然環境等面向剖析結構性因 素對土地利用變遷的影響，以及不同時空尺度層級下的土地利用變遷機制，是近 年土地利用變遷研究的主流，其可依據欲探討的土地種類數分成單一土地利用變 遷模型與多種土地利用變遷模型二種。單一土地利用變遷模型常被用來探討都市 擴張、林地退化等現象。相關研究如 Cheng and Masser (2003) 以 logistic 迴歸呈 現武漢市 1993 年至 2000 年間的都市成長模型，發現道路建設及鄰近開發區域為 武漢都市發展的主要決定因素，然而政府的政策規劃則失去其引導效力；Long (2010) 利用約束性細胞自動機 (constrained CA)，透過對建成地擴張的模擬，制 定北京市內中心都市、新市鎮、鄉鎮三個層級的都市增長邊界 (urban growth boundaries, UGBs)，亦發現北京市城市總體規劃的原有 UGBs 空間配置並未能符 合實際的都市用地需求。

多種土地利用變遷模型透過計量方法，計算每一空間單元內各種土地利用變 遷 之 機 率 。 如 Kamusoko et al. (2009) 以 辛 巴 威 為 例 ， 利 用 多 準 則 評 估 (multicriteria evaluation, MCE) 方法建構轉移機率地圖，並經由多目標土地利用 配置 (multi-objective land allocation, MOLA) 程序實行轉移機率的動態校正，再 以馬可夫─細胞自動機 (Markov-cellular automata) 來模擬當地至 2030 年間的土

地利用/覆蓋變遷。預測顯示辛巴威 Masembura 和 Musana 地區的林地將持續衰 減，相對地裸露地則有成長的趨勢，若不改變當前的土地利用趨勢並朝向永續發 展，則各種土地退化問題將接踵而至。

此外亦有研究以不同準則，將土地利用變遷模型進行各種分類。如 Parker et al. (2003) 將土地利用變遷模型分為方程式基礎模型 (equation-based models)、計 量經濟模型 (econometrics models)、統計模型 (statistical models)、空間系統模型 (spatial system models)、專家模型 (expert models)、演化模型 (evolutionary models)、

細胞自動機 (cellular automata) (Clarke and Gaydos, 1998; Piyathamrongchai and Batty, 2007)、行為者基礎模型 (agemt-based models)、混合模型 (hybrid models) (Kamusoko et al., 2009) 等九類。

由於不同研究對於土地利用變遷的關心層次各異，因此選用何種變遷模式端 視研究目的而定，如系統模型僅以區域間的結構性差異推導土地利用變遷影響因 素，相對地，行為者基礎模型則忽略了大環境對土地利用的影響及限制。然整體 而言土地利用變遷模型的內涵必包括了「土地利用於何處改變」及「土地利用如 何改變」二者，使空間外顯 (spatial explicit) 形式得以彰顯。

三、土地利用變遷的影響因素

Briassoulis (2000) 認為「什麼驅動了土地利用變遷」與「土地利用變遷的 環境及社經影響力為何」是探討土地利用變遷的核心問題，唯有辨明這些驅動 力因子，才得以描述及了解土地利用變遷後複雜的互動機制 (楊書婷，2008)。

然而土地利用變遷為一複雜的系統，因此往往無法全然掌握所有影響因素，唯 能透過前人文獻的回顧及整理，配合對於研究區特性的了解，以實證方法找出 具代表性的關鍵因素。

Fox et al. (2003) 將 土 地 利 用 / 覆 蓋 變 遷 的 作 用 力 區 分 為 直 接 作 用 因 子 (proximate cause) 與潛在驅動力 (more distal forces) 二類，直接作用因子係指人 類活動直接影響土地利用者，通常直接於地方尺度下進行操作，如家戶決策、聚 落特性等；潛在驅動力包含社會、政治、經濟、技術、文化等人文社經因素，可 直接於地方尺度操作，並可透過資料的整合連結國家及全球尺度 (謝啟賢，2007)。

丁志堅 (2002) 將土地利用變遷的驅動力分為社會作用力、個體決定因子、

空間決定因子三面向。社會作用力為非空間的結構性因素，又分為經濟、政策、

技術因子三類；個體決定因子探討人的決策行為對土地利用的影響；而個人的決 策行為會受到某些基本屬性所制約，如年齡、教育、性別等；空間決策因子分為 自然環境、區位條件二種，亦為結構性的因素。張曜麟 (2005) 歸納出七大類都 市土地利用變遷的影響因素，分別為自然環境、社經環境、個體特質、鄰里特質 與空間互動、基地條件、計畫環境、其他 (主觀決策、不可逆性、空間不穩定性 等)。

眾多研究進一步指出在相異的空間尺度下能觀察到的土地利用類型不盡相 同，各種驅動力的影響性也會各異其趣，故土地利用變遷影響因素的選取尚須考 量其在不同尺度下的適用性。(Veldkamp et al., 2001; Briassoulis, 2001)

藉由對桃園地方發展與土地利用變遷相關文獻的爬梳，本研究將桃園地區建 成地變遷的潛在影響因素分為自然環境、社會經濟條件、交通區位、政策規劃、

初始土地利用五個面向，各面向潛在影響因素之選取與建置將於 3-2 節再行詳述。