山區(qū)城市土地利用空間結(jié)構(gòu)特征分析

張勇榮 周忠發(fā) 馬士彬

摘要：利用１９９０、２０００、２０１０年3個(gè)時(shí)相的遙感影像對(duì)貴州省六盤水市市區(qū)土地利用進(jìn)行監(jiān)測，運(yùn)用土地利用類型多樣性指數(shù)、土地利用程度指數(shù)和生態(tài)價(jià)值，以１ ｋｍ×１ ｋｍ網(wǎng)格為統(tǒng)計(jì)單元，對(duì)土地利用空間結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，研究區(qū)城市中心及城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)域的多樣性下降，離市中心較近的獨(dú)立鄉(xiāng)鎮(zhèn)多樣性快速上升，功能轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)結(jié)合部；研究區(qū)整體土地利用程度不斷提高，土地利用程度從市中心向外圍逐漸減小，土地利用程度較高的網(wǎng)格逐漸連通；研究區(qū)內(nèi)生態(tài)價(jià)值較低，生態(tài)環(huán)境脆弱。２０年間土地利用空間結(jié)構(gòu)變化較大，高利用程度、低多樣性、低生態(tài)效益的網(wǎng)格逐漸相互連通，形成大的斑塊，對(duì)研究區(qū)土地利用景觀格局及生態(tài)環(huán)境造成較大影響。

關(guān)鍵詞：山區(qū)城市；土地利用；空間結(jié)構(gòu)；六盤水市市區(qū)

中圖分類號(hào)：Ｆ３０１．２４文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）14－2958-06

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ Ｃｉｔｙ：Taking Urban Area of Liupanshui City in Guizhou Province as An Example

ＺＨＡＮＧ Yｏｎｇ－ｒｏｎｇ１，２，ＺHOU Ｚｈｏｎｇ-ｆａ２，３，ＭA Ｓｈｉ-ｂｉｎ１

（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ５５３００４， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｋａｒｓｔ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ／ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｋａｒｓｔ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｉｎ Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ cｉｔｙ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ pｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｉｎｄｅｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＲＳ ｉｍａｇｅｓ ｉｎ １９９０， ２０００ ａｎｄ ２０１０， taking 1 km×1 km grid as the statistical unit． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｖｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｔｏｗｎ ｒｅｇｉｏｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｈａｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｇｏｔ ｌｏｗｅｒ． Ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ， ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｔｗｏ ｄｅｃａｄｅｓ． Ｇｒｉｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ， ｌｏｗ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｉｇｇｅｒ ｐｌａｑｕｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ｃｉｔｙ； ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｏｗｎｔｏｗｎ ａｒｅａ in Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ｃｉｔｙ

土地利用是人類活動(dòng)在土地的自然屬性上作用的結(jié)果，綜合體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)部自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展以及人口的狀況。目前土地利用變化研究主要表現(xiàn)在土地利用變化的時(shí)空差異及形成機(jī)制的研究［１-３］、土地利用變化動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建與應(yīng)用以及土地利用變化的情景分析［４-６］、不同地區(qū)土地利用擴(kuò)展模式和驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究［６］、土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及其對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的影響［７-１０］、土地利用變化的空間擴(kuò)展形勢及其約束體系的研究［１１］等５個(gè)方面。但目前對(duì)山區(qū)城市土地利用空間結(jié)構(gòu)特征及其變化規(guī)律的研究較少。因此，通過遙感解譯獲?。保梗梗啊ⅲ玻埃埃凹埃玻埃保澳辏硞€(gè)時(shí)相的土地利用數(shù)據(jù)，從景觀、生態(tài)兩個(gè)方面系統(tǒng)地討論了山區(qū)城市土地利用空間結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化特征，提出了山區(qū)城市發(fā)展建設(shè)和土地利用方面的建議。

１研究區(qū)概況

貴州省六盤水市市區(qū)位于２６°２６′－２６°４７′Ｎ、１０４°４４′－１０５°２′Ｅ，是典型的山區(qū)城市，地表起伏度較大，研究區(qū)總面積為４７４．８ ｋｍ２（圖１）。２０世紀(jì)９０年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口迅速增長，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，土地利用變化劇烈（表１）。在這種背景下研究其土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間分異規(guī)律，能夠?yàn)橥恋乩靡?guī)劃、城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

２數(shù)據(jù)來源與研究方法

２．１數(shù)據(jù)來源

研究采用１９９０年３月、２０００年２月、２０１０年２月３個(gè)時(shí)相的ＴＭ、ＥＴＭ以及ＣＢＥＲＳ-０２Ｂ遙感影像，結(jié)合Ａｓｔｅｒ ＧＤＥＭ數(shù)據(jù)對(duì)六盤水市市區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。

研究區(qū)土地利用分類參考我國土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)［１２］，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況將研究區(qū)劃分為８種土地利用類型，即有林地、灌木林、草地、水田、旱地、建設(shè)用地、水體和未利用地。

研究采用監(jiān)督分類法，參照野外ＧＰＳ樣點(diǎn)調(diào)查資料、地形圖、植被圖獲得研究區(qū)土地利用矢量數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分辨率為３０ ｍ×３０ ｍ柵格數(shù)據(jù)。

２．２研究方法

２．２．１景觀空間結(jié)構(gòu)特征法區(qū)域土地利用類型多樣化程度是反映區(qū)域土地利用類型總體結(jié)構(gòu)和齊全程度的重要指標(biāo)，引用吉布斯－馬?。ǎ牵椋猓猓螅停幔颍簦椋睿┑亩鄻有灾笖?shù)模型來度量土地利用類型的多樣化程度，其模型為：

式中，ＧＭ為土地利用類型多樣性指數(shù)。ｆｉ第ｉ種土地利用類型的面積。ＧＭ的值在０～１之間，越趨近于１表示該區(qū)域土地利用類型多樣化程度越高；０代表只有１種土地利用類型。但ＧＭ受土地利用類型數(shù)的影響，當(dāng)有ｎ種土地利用類型時(shí)，其最大值為（ｎ－１）／ｎ［１３］。

土地利用程度反映了土地系統(tǒng)中人類因素的影響程度，而土地系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的自然社會(huì)綜合體。土地利用程度的分級(jí)原則見表２，土地利用程度指數(shù)的定量化表達(dá)式為：

式中，Ｌａ為土地利用程度指數(shù)；Ａｊ第ｊ級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)； Ｃｊ第ｊ級(jí)土地利用程度面積占總面積的百分比。根據(jù)公式（２）可知，土地利用程度指數(shù)是一個(gè)取值區(qū)間為［１００，４００］的連續(xù)函數(shù)。在一定單位網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)，土地利用程度指數(shù)的大小反映了土地利用程度的高低［１４］。由于土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子來源于自然和社會(huì)兩個(gè)方面，因此通過土地利用程度指數(shù)，可以很好地體現(xiàn)自然和人類社會(huì)因素對(duì)土地利用的影響。為了詳細(xì)表達(dá)土地利用類型在空間上的分布及結(jié)構(gòu)特征，將研究區(qū)劃分為１ｋｍ×１ｋｍ的網(wǎng)格單元，分別計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)３個(gè)時(shí)相的ＧＭ和Ｌａ（圖２、圖３）。

２．２．２生態(tài)空間結(jié)構(gòu)特征分析方法土地利用生態(tài)特征可以應(yīng)用生態(tài)價(jià)值進(jìn)行分析。為了便于比較，在計(jì)算時(shí)采用了Ｃｏｓｔａｎｚａ等［１５］研究得到的生態(tài)系統(tǒng)類型分類系統(tǒng)和生態(tài)功能效益。為了表達(dá)土地利用類型生態(tài)特征的空間異質(zhì)性，采用１ ｋｍ×１ ｋｍ的網(wǎng)格單元，分別計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)３個(gè)時(shí)相的不同土地利用類型面積比例，然后將該比例乘以相應(yīng)的土地利用生態(tài)價(jià)值并將其相加，得到每個(gè)網(wǎng)格單元的平均生態(tài)價(jià)值（圖４）。

３結(jié)果與分析

３．１土地利用景觀空間結(jié)構(gòu)特性分析

３．１．１土地利用多樣性特征分析研究將土地利用類型多樣性指數(shù)劃分為高（ＧＭ＞０．６５）、中（０．３≤ＧＭ≤０．６５）、低（ＧＭ＜０．３）３個(gè)等級(jí)，最終獲得研究區(qū)ＧＭ分布圖見圖２ａ至圖２ｃ。由圖２可知，１９９０、２０００和２０１０年３個(gè)時(shí)相上，研究區(qū)土地利用類型多樣化程度空間特征明顯，ＧＭ值都呈現(xiàn)從城市中心區(qū)域向四周遞減。整個(gè)研究區(qū)域土地利用多樣化程度較高，ＧＭ值小于０．３的網(wǎng)格多分布于城市的外圍區(qū)域，這些區(qū)域土地利用類型主要以灌木林為主，用地類型較單一；研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域的ＧＭ值為０．３０～０．６５，主要是由于研究區(qū)內(nèi)較大的人地矛盾關(guān)系拉大了耕地對(duì)地形的適應(yīng)性，導(dǎo)致中心城區(qū)周邊坡度小于２５°的區(qū)域上耕地、林地、草地等用地類型交錯(cuò)分布；土地利用多樣化程度較高的區(qū)域（ＧＭ＞０．６５）主要分布于城鄉(xiāng)結(jié)合部，該區(qū)域土地的自然屬性良好，適應(yīng)性較強(qiáng)，可利用類型增多。圖２ｄ和圖２ｅ體現(xiàn)了２０年間研究區(qū)土地利用類型多樣性的變化趨勢。由圖２ｄ可知，１９９０－２０００年間，研究區(qū)中心城區(qū)及主要廠礦周邊土地利用多樣化程度加大，主要是由于在此１０年間經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市快速發(fā)展，中心城區(qū)及主要廠礦周邊大量的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘屑皬S礦用地，形成耕地、建設(shè)用地等景觀類型交錯(cuò)分布的格局。由圖２ｄ和圖２ｅ對(duì)比分析可以看出，城市中心區(qū)域的土地利用多樣化程度減小，離中心城區(qū)較近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用多樣化程度增大，這主要是由于隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中心區(qū)域建設(shè)用地已經(jīng)擠占全部的耕地，由多景觀類型相間分布轉(zhuǎn)化成單一建設(shè)用地景觀類型，而離城市較近且發(fā)展條件較優(yōu)越的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)入初級(jí)發(fā)展階段，由獨(dú)立鄉(xiāng)鎮(zhèn)變?yōu)槌青l(xiāng)結(jié)合部，土地利用類型多樣化程度加大，未來將由城鄉(xiāng)結(jié)合部變?yōu)閱我怀鞘杏玫亍?/p>

３．１．２土地利用程度特征分析圖３ａ至圖３ｃ為研究區(qū)１９９０、２０００、２０１０年土地利用程度數(shù)據(jù)。通過分析可知，研究區(qū)１９９０－２０１０年土地利用程度分布均呈現(xiàn)出從中心城區(qū)向四周遞減的格局。２０年間研究區(qū)內(nèi)土地利用程度整體提高，網(wǎng)格內(nèi)土地利用程度最低值由１９９０年的１４０．８９７上升到２０１０年的１８５．４０８，最高值由1990年的３８１．９３１上升到2010年的３９９．７１３。城市中心區(qū)土地利用程度逐漸加強(qiáng)，利用程度高的網(wǎng)格已經(jīng)相互連接，形成了較大的斑塊，對(duì)區(qū)域景觀格局造成較大影響。

另外隨著城市的發(fā)展，城市中心區(qū)的建筑用地面積和密度逐漸加大，土地利用程度快速提高，但是由于建設(shè)用地的擠壓，使得其他用地類型消失，土地利用類型單一化。所以表現(xiàn)為土地利用程度與多樣性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

３．２土地利用生態(tài)空間結(jié)構(gòu)特性分析

通過圖４可知，研究區(qū)生態(tài)價(jià)值空間分布呈現(xiàn)從中心城區(qū)向外遞增的趨勢。研究區(qū)生態(tài)價(jià)值較低，２０１０年區(qū)域內(nèi)生態(tài)價(jià)值僅為０．１７３ ８×１０６元/km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平。通過將研究區(qū)域3個(gè)時(shí)相的土地利用圖與生態(tài)價(jià)值圖疊加分析可知，生態(tài)價(jià)值的區(qū)域布局與土地利用類型的分布密切相關(guān)。由于研究區(qū)內(nèi)土地利用類型以耕地和灌木林為主，二者占研究區(qū)總面積的７７．１８％，而生態(tài)價(jià)值較高的水體僅占１．８５％，導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)域生態(tài)價(jià)值較低，２０年間空間分布差異較小。

４結(jié)論

１）貴州六盤水市市區(qū)土地利用多樣性存在一定的空間差異。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市中心區(qū)的土地利用多樣性指數(shù)下降，而離市中心較近的獨(dú)立鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用多樣性指數(shù)快速上升，其功能轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)結(jié)合部。

２）土地利用程度從市中心向外圍逐漸減小，２０年間土地利用程度不斷提高。在城市中心區(qū)利用程度較高的網(wǎng)格逐漸連通，形成了較大斑塊，并且隨著土地利用程度的增加土地利用的多樣性減小。為保障城市生態(tài)的良好發(fā)展，必須嚴(yán)格限制城市建設(shè)用地的發(fā)展。

３）由于土地利用類型以灌木林和耕地為主，所以研究區(qū)內(nèi)生態(tài)價(jià)值較低，生態(tài)環(huán)境脆弱。隨著城市發(fā)展，大量耕地、林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，其生態(tài)價(jià)值將進(jìn)一步下降，因此在城市發(fā)展的過程中必須大量營造人工濕地、水體等生態(tài)價(jià)值較高的用地類型，并實(shí)施退耕還林，以保證城市基本生態(tài)需求。

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