基于格網(wǎng)尺度的永城市土地利用轉(zhuǎn)型研究與熱點(diǎn)探測(cè)

郭椿陽，高建華，2，樊鵬飛，姚　飛

（1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南大學(xué)黃河文明與可持續(xù)發(fā)展研究中心，河南開封 475001）

基于格網(wǎng)尺度的永城市土地利用轉(zhuǎn)型研究與熱點(diǎn)探測(cè)

郭椿陽1，高建華1，2，樊鵬飛1，姚飛1

（1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南大學(xué)黃河文明與可持續(xù)發(fā)展研究中心，河南開封 475001）

研究目的：基于格網(wǎng)尺度分析河南省永城市土地利用轉(zhuǎn)型時(shí)空演化規(guī)律。研究方法：利用土地利用動(dòng)態(tài)度測(cè)算土地利用變化速度，通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，研究土地利用類型的轉(zhuǎn)移方向及原因；在格網(wǎng)尺度上，采用Crime stat軟件探測(cè)土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)，運(yùn)用Moran指數(shù)分析土地利用轉(zhuǎn)型的空間關(guān)系與集聚狀況。研究結(jié)果：（1）土地利用動(dòng)態(tài)度總體變化平緩，但城市建設(shè)用地變化較大；（2）2005—2010年各用地類型的轉(zhuǎn)移幅度均比2000—2005年大，耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)用地轉(zhuǎn)移方向以互相轉(zhuǎn)化為主，城鎮(zhèn)用地面積增加的來源主要是耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)；（3）土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)地區(qū)在空間呈現(xiàn)集聚與正向相關(guān)關(guān)系，不僅數(shù)目增多，而且范圍不斷擴(kuò)大，且集中在中心城區(qū)和路網(wǎng)發(fā)達(dá)區(qū)域。研究結(jié)論：（1）采煤塌陷區(qū)空間形態(tài)的復(fù)雜性及新城區(qū)的迅速發(fā)展，決定了遙感是土地利用轉(zhuǎn)型研究的有效手段，格網(wǎng)尺度的研究更能精準(zhǔn)刻畫土地利用轉(zhuǎn)型的過程與特征；（2）永城市是河南省糧食主產(chǎn)區(qū)，擔(dān)負(fù)著糧食生產(chǎn)安全的重要使命，但來自于老城區(qū)采煤塌陷與新城區(qū)快速建設(shè)、處于省際邊界地區(qū)強(qiáng)力推進(jìn)的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)建設(shè)，保護(hù)耕地的壓力越來越大，建設(shè)用地供給側(cè)改革的開源與節(jié)流是永城市持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)。

土地利用；格網(wǎng)；動(dòng)態(tài)度模型；熱點(diǎn)分析；空間自相關(guān)分析；永城市

1　引言

土地利用轉(zhuǎn)型研究是LUCC綜合研究的新途徑［1-2］，對(duì)此，不少學(xué)者開展了相關(guān)研究。龍花樓闡述了長江沿線土地利用轉(zhuǎn)型階段及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制［1］；陳龍通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動(dòng)態(tài)度等手段分析了江蘇省土地利用轉(zhuǎn)型的特征及驅(qū)動(dòng)因子［3］；劉永強(qiáng)對(duì)湖南省土地利用轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化進(jìn)行了測(cè)度分析［4］；Lambin以越南為研究區(qū)域，分析了土地利用轉(zhuǎn)型對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的影響［5］；Carmona利用遙感衛(wèi)星影像通過對(duì)智利南部森林覆蓋變化的研究探討了土地利用轉(zhuǎn)型與森林變化軌跡的關(guān)系［6］，這些研究關(guān)注點(diǎn)基本上都是基于遙感數(shù)據(jù)對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型較為宏觀的研究。從尺度較小的格網(wǎng)上的研究，喬陸印利用全國農(nóng)村居民點(diǎn)1 km×1 km的柵格數(shù)據(jù)，通過綜合指標(biāo)法和空間自相關(guān)分析法，揭示了全國農(nóng)村居民點(diǎn)用地變化的數(shù)量特征、變化地域類型和空間分布特征［7］；苗作華利用ArcGIS軟件對(duì)土地利用斑塊格網(wǎng)化，分析了城市土地利用的空間布局［8］；孫貴艷將研究區(qū)域劃分為若干個(gè)1 km×1 km的格網(wǎng)單元，分析農(nóng)村居住用地布局的變化等?？傮w上看，基于格網(wǎng)尺度對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型研究較少，業(yè)已開展的研究中也都沒有涉及土地利用轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)分析［9］。格網(wǎng)相對(duì)于較大尺度（不同層級(jí)的行政區(qū)域）的研究，可以更有效地挖掘基于遙感獲得的LUCC信息，可以更客觀、更精確地刻畫土地利用及其轉(zhuǎn)型在空間上的表現(xiàn)，增加研究結(jié)果的精準(zhǔn)度、說服度和可信度［10-13］。

永城是典型的煤炭資源型城市，煤炭資源的開發(fā)一方面帶動(dòng)了工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，另一方面造成了大面積的采煤塌陷沉降區(qū)、積水區(qū)，同時(shí)也出現(xiàn)了大量耕地被煤矸石壓占、村莊被迫搬遷等一系列問題，土地利用類型發(fā)生了較大變化。此外，永城西部的老城區(qū)由于處于潛在煤陷區(qū)內(nèi)，21世紀(jì)以來開始建設(shè)新城區(qū)，隨著被河南省列為加快城鎮(zhèn)化進(jìn)程重點(diǎn)縣市和優(yōu)先發(fā)展城市，新城區(qū)建設(shè)進(jìn)一步加快；另一方面，作為主要建材粘土磚的磚瓦窯用地面積也不斷擴(kuò)大。本文運(yùn)用RS和GIS技術(shù)，在格網(wǎng)尺度上分析、探討永城土地利用轉(zhuǎn)型的過程與特征，并在此基礎(chǔ)上探尋土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)域的變化與空間關(guān)系，為永城市制定相關(guān)土地政策、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)服務(wù)。

2　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

永城位于河南省東部，東、南、西三面與安徽省相鄰，屬商丘市，距離商丘市區(qū)98 km，被稱為河南省的東大門，素有“豫東門戶”、“豫東明珠”之稱，是河南省東引西進(jìn)戰(zhàn)略的橋頭堡城市、河南省重點(diǎn)建設(shè)的區(qū)域性中心城市。全市總面積為2068 km2，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°58′—116°39′，北緯33°42′—34°18′，平均海拔33 m，除東北有16 km2的芒碭山外，其他地區(qū)均為平原地區(qū)。永城全境屬暖溫帶季風(fēng)性半濕潤氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫14.3℃，礦藏豐富，地下儲(chǔ)煤面積1216 km2，可開采儲(chǔ)量50.45×108t，年產(chǎn)原煤2300×104t，是全國6大無煙煤基地之一。永城市境內(nèi)有廢棄廠房500多處，煤礦塌陷區(qū)已穩(wěn)定塌陷地塊，加上廢坑塘、廢窯坑、空心村等可改造用地，尚有3330 hm2可利用和改造的土地資源。

本文所采用的數(shù)據(jù)有土地利用數(shù)據(jù)和圖形圖像數(shù)據(jù)。在預(yù)研究階段，對(duì)1990—2010年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，但1990—2000年的土地利用變化甚小，2000年以來變化較大?？疾炱浜暧^背景，采煤塌陷地的大面積出現(xiàn)、新城區(qū)的大范圍開發(fā)以及新農(nóng)村建設(shè)、新型農(nóng)村社區(qū)的全面推進(jìn)，都是2000年之后永城市影響土地利用變化最為主要的因素，認(rèn)為2000—2010年的土地利用更能反映新世紀(jì)以來永城市土地利用的現(xiàn)狀，因此本文選取了2000年、2005年、2010年3期數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是由中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的1∶10萬矢量數(shù)據(jù)（相當(dāng)于30 m分辨率），數(shù)據(jù)精度達(dá)到90%以上。為更客觀地分析永城市的土地利用特征，我們還對(duì)新城區(qū)、產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)及城區(qū)北部的磚瓦窯用地等進(jìn)行了實(shí)地踏勘與走訪。

3　研究方法

3.1土地利用轉(zhuǎn)型的時(shí)空測(cè)度

本文主要從土地?cái)?shù)量變化、速度變化以及轉(zhuǎn)移方向三個(gè)方面來分析永城市土地利用轉(zhuǎn)型的時(shí)空變化。

土地利用的變化速度可以揭示出區(qū)域各種土地利用類型的變化程度，通過單一類型的土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度兩個(gè)指標(biāo)來衡量［14］。單一土地利用動(dòng)態(tài)度表征某一土地利用類型在時(shí)間序列內(nèi)的數(shù)量變化情況［15-16］，對(duì)比較土地利用變化的區(qū)域差異有重要作用：

式（1）中，K為研究時(shí)期內(nèi)某種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度，Ua、Ub為研究初期及研究末期某種土地利用類型的數(shù)量，T為研究時(shí)段。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度是研究時(shí)段土地利用類型間的轉(zhuǎn)移［17］，反映研究區(qū)域內(nèi)所有類型土地在研究期間的總體變化情況［18］，表達(dá)式為：

式（2）中，LC為研究時(shí)期內(nèi)某種土地利用類型綜合變化動(dòng)態(tài)度，LUi為研究初期第i類土地利用類型的面積，ΔLUi-j為研究期內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非i類土地利用類型的面積，T為研究時(shí)段。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣不僅能揭示區(qū)域某一時(shí)間點(diǎn)的土地利用結(jié)構(gòu)，而且還能定量描述研究初期和末期各地類相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程，顯示各地類轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的信息，為國內(nèi)外所常用［19-21］，其表達(dá)式為：

式（3）中，Sij表示轉(zhuǎn)移前i地類轉(zhuǎn)換成j地類后轉(zhuǎn)移的面積，n為轉(zhuǎn)移前后土地利用類型的數(shù)目，i和j（i，j=1，2，3，…，n）分別為轉(zhuǎn)移前和轉(zhuǎn)移后的土地利用類型。

3.2土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)分析

分級(jí)熱點(diǎn)探測(cè)是全局聚集性檢驗(yàn)方法之一，是根據(jù)某種規(guī)則來獲取“金字塔”型多層次空間熱點(diǎn)區(qū)域的［22］。在分級(jí)熱點(diǎn)探測(cè)中，首先通過定義一個(gè)“聚集單元”的“極限距離或閾值”，然后將其與每一個(gè)空間點(diǎn)對(duì)的距離進(jìn)行比較，當(dāng)某一點(diǎn)與其他點(diǎn)的距離小于該極限距離時(shí)，該點(diǎn)被計(jì)入聚集單元。也可以指定聚集單元的點(diǎn)數(shù)目來強(qiáng)化聚集規(guī)則，依此類推，可以得到不同層次的熱點(diǎn)區(qū)域［23］。本文利用ArcGIS軟件對(duì)永城市進(jìn)行格網(wǎng)化，格網(wǎng)過大不能精確表達(dá)出土地利用變化的情況，過小容易忽略各地類之間的相互影響，因此本文在參考其他文獻(xiàn)［23-25］及反復(fù)調(diào)試的基礎(chǔ)上將永城市劃分為3 km×3 km 大小的231個(gè)格網(wǎng)，在ArcGIS中分別計(jì)算出不同時(shí)期每個(gè)格網(wǎng)的綜合動(dòng)態(tài)度，通過Crime stat軟件，利用分級(jí)熱點(diǎn)探測(cè)永城市不同時(shí)期土地利用動(dòng)態(tài)變化的熱點(diǎn)地區(qū)，最后將永城行政區(qū)劃圖以及從遙感影像中提取出的2005年和2010年的永城市交通圖與土地利用動(dòng)態(tài)變化熱點(diǎn)圖進(jìn)行疊加，得出土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)圖，并分析區(qū)位因素及交通因素對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型的影響。

3.3土地利用動(dòng)態(tài)度的空間相關(guān)性分析

土地利用動(dòng)態(tài)度的空間自相關(guān)分析通過Moran指數(shù)測(cè)度進(jìn)行［26］。Moran指數(shù)定義如下［27］：

式（4）—式（5）中，Yi為第i個(gè)格網(wǎng)的土地利用動(dòng)態(tài)度值，n為單元格總數(shù)（文中為劃分的231個(gè)格網(wǎng)），S為Y的樣本標(biāo)準(zhǔn)差，Wij為二進(jìn)制的鄰接空間權(quán)值矩陣；Moran指數(shù)I的取值一般在-1至1之間，小于0表示各格網(wǎng)的土地利用動(dòng)態(tài)度在空間上為負(fù)相關(guān)，等于0表示不相關(guān)，大于0表示正相關(guān)。

4　土地利用特征與轉(zhuǎn)型分析

依據(jù)2000年、2005年、2010年永城的TM遙感影像圖，得到永城市對(duì)應(yīng)年份的土地利用狀況（表1），在此基礎(chǔ)上得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）及土地利用動(dòng)態(tài)度雷達(dá)圖（圖1）。

4.1土地利用轉(zhuǎn)型的總體特征與動(dòng)態(tài)變化

表1表明，在永城市土地利用結(jié)構(gòu)中，耕地是最主要的用地類型，占土地總面積的80%以上，且有增加的趨勢(shì)。其中原因：（1）近10多年來國家實(shí)行嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，強(qiáng)化土地用途管制，實(shí)行嚴(yán)格的基本農(nóng)田保護(hù)制度；（2）在采煤塌陷地復(fù)墾、磚瓦窯用地復(fù)墾、農(nóng)村空心村整治與新農(nóng)村建設(shè)等方面，創(chuàng)造了許多適合本地實(shí)際的模式，有效增加了耕地供給面積。

表1　永城市2000年、2005年和2010年土地利用類型結(jié)構(gòu)Tab.1　The land use structure of 2000， 2005 and 2010 in Yongcheng

表2　2000—2010年永城市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣　單位：hm2Tab.2　The land use shift matrix from 2000 to 2010 in Yongcheng　unit： hm2

城鎮(zhèn)用地面積雖然絕對(duì)數(shù)量較小，但相對(duì)變化劇烈，增長迅速，尤其在2005—2010年，以近兩倍的速度增長。2006年后，永城實(shí)施舊城改造和新城建設(shè)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積急劇上升。其他建設(shè)用地包括工礦倉儲(chǔ)及交通用地，該部分用地大部分為采煤用地、磚瓦窯用地及產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)用地，從表1可以看出其面積增加，比重增大。在空間表現(xiàn)上，其他建設(shè)用地的重心也發(fā)生了較大的變化，2000—2010年位于城區(qū)周圍的磚瓦窯用地隨著時(shí)間向北發(fā)展，產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)則建在靠近淮北市的東部地區(qū)。

圖1描繪了2000—2010年永城市各土地利用類型的動(dòng)態(tài)度變化情況。永城市的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化不大，表明永城市2000—2010年的土地利用是比較穩(wěn)定的。單一土地利用動(dòng)態(tài)度中，各地類在各時(shí)段的變化差異相對(duì)較大。其中，耕地、水域及農(nóng)村居民點(diǎn)的動(dòng)態(tài)度基本保持不變，但是水域用地有小幅度的降低；林地面積雖然絕對(duì)數(shù)量小，但是相對(duì)變化量大，尤其是2005—2010年由于新農(nóng)村建設(shè)和空心村整治，以圍村林為主要林地存在的林地面積驟減，動(dòng)態(tài)變化劇烈；城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度處于上升狀態(tài)，特別是城鎮(zhèn)用地，變化幅度十分明顯，隨著城市化步伐的加快，2005—2010年的動(dòng)態(tài)度是2000—2005年的9倍之多。

4.2土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

從表2可以看出，耕地在2000—2005年轉(zhuǎn)出方向?yàn)樗?、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地，轉(zhuǎn)出幅度較小。在2005—2010年轉(zhuǎn)出方向未變，但是轉(zhuǎn)出面積明顯增加，尤其是轉(zhuǎn)出到農(nóng)村居民點(diǎn)的用地，轉(zhuǎn)出率增至5.12%；轉(zhuǎn)入方向有林地、水域、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地，其中從農(nóng)村居民點(diǎn)用地轉(zhuǎn)入的比例最大，為7.06%。

圖1　永城市2000—2005年、2005—2010年和2000—2010年土地利用動(dòng)態(tài)度Fig.1　The dynamic of land use of 2000-2005， 2005-2010 and 2000-2010 in Yongcheng

林地在2000—2005年無轉(zhuǎn)移，2005—2010年全部為轉(zhuǎn)出方向，轉(zhuǎn)出到耕地的比例高達(dá)45.45%，換言之近一半的林地在2005—2010年轉(zhuǎn)化為耕地。水域用地在2000—2005年沒有轉(zhuǎn)出，但是有少部分的耕地轉(zhuǎn)化為水域用地，占整個(gè)水域面積的6.17%，其主要原因是采煤形成的積水區(qū)淹沒耕地所致。2005—2010年水域的轉(zhuǎn)出方向?yàn)楦亍⑥r(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地，其中轉(zhuǎn)向耕地的最多，占18.37%；轉(zhuǎn)入的方向?yàn)楦?、農(nóng)村居民點(diǎn)和其他建設(shè)用地，從耕地轉(zhuǎn)入的比重最大，為10.3%。

農(nóng)村居民點(diǎn)用地在2000—2005年向城鎮(zhèn)用地單一轉(zhuǎn)出，且轉(zhuǎn)出比重僅有0.07%，耕地對(duì)其轉(zhuǎn)入但轉(zhuǎn)入比例很小，為0.62%。2005—2010年農(nóng)村居民點(diǎn)用地的轉(zhuǎn)換幅度很大，其中轉(zhuǎn)出方向?yàn)楦?、水域、城?zhèn)用地和其他建設(shè)用地，耕地的轉(zhuǎn)出比重最大，為34.77%，其次為城鎮(zhèn)用地，為3.05%；各個(gè)地類向農(nóng)村居民點(diǎn)用地均有所轉(zhuǎn)入，其中以耕地轉(zhuǎn)入的比重最大，為28.19%。

城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地在2000—2005年沒有轉(zhuǎn)移，但2005—2010年有較大程度的轉(zhuǎn)移。城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)出方向?yàn)楦睾娃r(nóng)村居民點(diǎn)，且轉(zhuǎn)出比重都較低，為5.53%和1.98%，但是轉(zhuǎn)入的幅度很大，主要由耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入比重分別占28.89%和35.74%。其他建設(shè)用地的轉(zhuǎn)出方向是耕地、水域和農(nóng)村居民點(diǎn)，主要轉(zhuǎn)向耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)，所占比例分別為32.45%和33.45%；轉(zhuǎn)入的地類則有耕地、林地、水域和農(nóng)村居民點(diǎn)，其中從耕地轉(zhuǎn)入的比重最高，為53.49%，其次是農(nóng)村居民點(diǎn)，為15.86%。

4.3熱點(diǎn)分析

為了在時(shí)空上進(jìn)一步分析永城的土地利用轉(zhuǎn)型情況，運(yùn)用Crime stat軟件，分別對(duì)2個(gè)時(shí)期231個(gè)格網(wǎng)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度進(jìn)行熱點(diǎn)探測(cè)，得到永城市土地利用轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)地區(qū)分布圖（圖2）。由圖2可以看出，2000—2005年永城市土地利用轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)地區(qū)有1個(gè)，處于中心地區(qū)的城關(guān)、候嶺、城廂、雙橋和十八里5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交匯處，也就是永城老城區(qū)所在地。2005—2010年熱點(diǎn)地區(qū)有4個(gè)，其中1個(gè)仍然處于永城市的中心地區(qū)，但相較2000—2005年明顯增大，且重心轉(zhuǎn)移到了以城廂、演集、候嶺和城關(guān)為主的新城區(qū)；其他3個(gè)新增的熱點(diǎn)區(qū)域分別位于永城市東北部的芒山熱點(diǎn)區(qū)（包括芒山、灤湖和薛湖）、東部的苗橋熱點(diǎn)區(qū)（包括陳官、苗橋和茴村）、西南部的酂城熱點(diǎn)區(qū)（包括龍崗、酂城和臥龍），但目前范圍較小。

永城市建設(shè)用地?zé)狳c(diǎn)區(qū)初步分析：（1）芒山熱點(diǎn)區(qū)：芒山鎮(zhèn)山石礦產(chǎn)資源豐富，在發(fā)展初期大力發(fā)展石料開采、加工、運(yùn)輸業(yè)，后來芒山鎮(zhèn)政府實(shí)施封山禁采、保護(hù)文物的措施，轉(zhuǎn)向發(fā)展林果業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和文化旅游業(yè)，土地利用類型及面積變化迅速，形成了一個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域；（2）苗橋熱點(diǎn)區(qū)：永夏大煤田、辛莊煤礦開采造成土地塌陷以及塌陷后進(jìn)行土地復(fù)墾，另外該地區(qū)近幾年發(fā)展為永城市的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，對(duì)該區(qū)域的土地利用也造成了較大影響，導(dǎo)致土地變化加深、加快，成為土地利用轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)區(qū)域，此區(qū)域緊鄰淮北市，未來土地利用變化的程度更深，變化速度更快；（3）城關(guān)熱點(diǎn)區(qū)：此熱點(diǎn)形成的原因主要是永城西部舊城區(qū)的改造以及東部新城區(qū)的建設(shè)，在此過程中大批的土地從耕地和農(nóng)居點(diǎn)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地及建設(shè)用地，成為土地動(dòng)態(tài)變化時(shí)間最長、程度最深、范圍最廣的區(qū)域；（4）酂城熱點(diǎn)區(qū)：此區(qū)域內(nèi)的酂城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展較快，尤其是2006年以來吸引大量外來投資，建設(shè)了大批的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)與工業(yè)園區(qū)。臥龍鄉(xiāng)近年來則實(shí)施遷村并居，將整理出的大量閑置的農(nóng)居點(diǎn)用于發(fā)展種植業(yè)，以上這些舉措都改變了原本的土地利用類型，加劇了土地利用動(dòng)態(tài)變化，形成一個(gè)轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)。

圖2　2000—2010年永城市土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)圖Fig.2　The hotspots map of land use transition from 2000 to 2010 in Yongcheng

2000—2010年，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，永城市的交通運(yùn)輸條件發(fā)生了較大的變化，主要道路公里數(shù)合計(jì)從87 km增加到156.3 km，增幅為69.3 km，增加了近一倍，其中2005—2010年增加了55.3 km，市區(qū)交通線密度明顯增大，路網(wǎng)以中心城區(qū)為原點(diǎn)呈外向型發(fā)展，與周圍城市的聯(lián)系更加緊密。從圖2可以看出，兩期的土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)都分布于永城交通線路較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。芒山熱點(diǎn)區(qū)省道201和連霍高速從中穿過；苗橋熱點(diǎn)區(qū)緊鄰國道311；城關(guān)熱點(diǎn)區(qū)在2000—2005年有國道311以及連接各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的道路，隨著道路建設(shè)的發(fā)展，于2005—2010年新增了省道324、省道201、省道325以及永登高速；酂城熱點(diǎn)區(qū)范圍內(nèi)則有永登高速和國道311?？梢钥闯鼋煌ㄒ蛩匾彩怯绊懹莱峭恋乩棉D(zhuǎn)型的一個(gè)重要因素。

為了進(jìn)一步解析土地利用轉(zhuǎn)型在空間上的相關(guān)性以及驗(yàn)證土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)的準(zhǔn)確性，本文從空間計(jì)量的角度運(yùn)用Moran指數(shù)，對(duì)231個(gè)格網(wǎng)的土地利用綜合動(dòng)態(tài)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果得出永城市在2005—2010年間的I指數(shù)為0.6071，且位于P=0.01置信區(qū)間內(nèi)，表明永城市的土地利用轉(zhuǎn)型表現(xiàn)出明顯的正向空間自相關(guān)，這意味著土地利用轉(zhuǎn)型在空間上呈現(xiàn)為一種顯著集聚現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，使用GeoDa軟件得到空間相關(guān)聚類地圖（圖3），分析永城市2005—2010年間土地利用轉(zhuǎn)型的空間聚集特征。從圖3可以明顯看出永城市2005—2010年間的土地利用轉(zhuǎn)型有高高聚集（High—High）的特點(diǎn)，與圖2的熱點(diǎn)圖有較好的空間一致性。

5　結(jié)論與討論

（1）土地利用動(dòng)態(tài)度總體變化平緩，但城市建設(shè)用地變化較大。在土地利用構(gòu)成中，耕地是主要利用類型，且期內(nèi)耕地面積有所增加，這得益于永城市新世紀(jì)以來圍繞耕地總量動(dòng)態(tài)平衡政策開展的以補(bǔ)充耕地為主旨的采煤塌陷地復(fù)墾、磚瓦窯用地復(fù)墾、空心村治理及新農(nóng)村建設(shè)等一系列行之有效工作的推動(dòng)。建設(shè)用地尤其是城市建設(shè)用地變化較大，2010年城市建設(shè)用地面積是2000年3倍多，2005—2010年的城市建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度是2000—2005年的9倍多，這與研究期內(nèi)永城因老城區(qū)位于潛在采煤塌陷區(qū)要建設(shè)新城密切相關(guān)，同時(shí)也與永城市大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等經(jīng)濟(jì)建設(shè)有關(guān)。

圖3　2005—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度的Moran空間自相關(guān)聚類圖Fig.3　Spatial autocorrelation dendrogram of dynamic degree of land use in Yongcheng

（2）相較而言，永城市2005—2010年各用地類型的轉(zhuǎn)移幅度比2000—2005年大。耕地的主要轉(zhuǎn)出方向?yàn)檗r(nóng)村居民點(diǎn)用地，農(nóng)村居民點(diǎn)用地的主要轉(zhuǎn)出方向是耕地，二者的轉(zhuǎn)移方式以其互相轉(zhuǎn)化為主。其中農(nóng)村居民點(diǎn)轉(zhuǎn)化為耕地的面積是耕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)村居民點(diǎn)面積的1.4倍，表明永城近年來實(shí)施的空心村治理等政策成效較為顯著。但同時(shí)需指出的是，農(nóng)村居民點(diǎn)人均建設(shè)用地面積偏大、用地粗放仍是基本特征，其集約利用還是一項(xiàng)長遠(yuǎn)任務(wù)。城鎮(zhèn)用地面積增加的來源主要為耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)，2005—2010年有近760 hm2的耕地凈量（耕地凈量為耕地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地的面積減去城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)化為耕地的面積，下同）和近960 hm2的農(nóng)村居民點(diǎn)用地凈量轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，分別占城鎮(zhèn)用地總面積的27%和34%左右。相對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)用地，城鎮(zhèn)用地集約利用程度較高，但需清醒認(rèn)知的是，一方面城鎮(zhèn)用地集約利用還有很大空間，另一方面，雖然近年來永城市耕地總面積有所增加，但是由于城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)、采煤塌陷區(qū)等原因流失的耕地，相對(duì)來說質(zhì)量較好，而通過復(fù)墾等措施補(bǔ)充的耕地質(zhì)量遠(yuǎn)不如流失耕地質(zhì)量，因此，今后永城市不斷提高新補(bǔ)充耕地的質(zhì)量將是一個(gè)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略任務(wù)。

（3）土地利用轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)區(qū)在增加，強(qiáng)度在增大。2000—2005年，永城市有1個(gè)以永城市政府所在地城關(guān)鎮(zhèn)為中心的土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)；2005—2010年有4個(gè)，分別是中部的城關(guān)熱點(diǎn)區(qū)、東北部的芒山熱點(diǎn)區(qū)、西南部的酂城熱點(diǎn)區(qū)和東部的苗橋熱點(diǎn)區(qū)，其中苗橋熱點(diǎn)區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)型在未來一段時(shí)期內(nèi)會(huì)愈加明顯。從整體上看，永城市土地利用轉(zhuǎn)型地區(qū)的數(shù)目逐漸增多，范圍逐漸擴(kuò)大。把控這些發(fā)展趨勢(shì)，一方面服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，另一方面還要進(jìn)一步做好保護(hù)耕地、集約利用土地的工作，為永城市土地資源的可持續(xù)利用提供有效保障。

（4）耕地立足于保護(hù)，建設(shè)用地立足于集約利用。永城市是河南省糧食主產(chǎn)區(qū)之一，擔(dān)負(fù)著糧食安全的國家責(zé)任，因此，雖面臨著建設(shè)用地占用、采煤塌陷等多重壓力，但耕地保護(hù)紅線必須堅(jiān)守。與此同時(shí)，在農(nóng)村居民點(diǎn)改造的過程中，還要積極做好中低產(chǎn)田的改造工作，提高耕地質(zhì)量；以國土管理部門為主，其他部門積極配合，做好采煤塌陷區(qū)的監(jiān)控工作，塌陷區(qū)穩(wěn)定后，做好整體復(fù)墾設(shè)計(jì)，及時(shí)復(fù)墾，綜合開發(fā)利用，有條件復(fù)墾為耕地的，一定要復(fù)墾為耕地。新城區(qū)和產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)都是永城市建設(shè)用地量最大、最活躍的區(qū)域，但永城市土地的基本市情決定了其建設(shè)用地只能走集約利用的道路，一方面依據(jù)規(guī)劃嚴(yán)格控制規(guī)模，另一方面做好建設(shè)用地的執(zhí)法監(jiān)察。

由于永城市是以煤炭為主的資源型城市，隨著煤炭的持續(xù)開采，煤矸石占?jí)和恋亍⒉擅核輩^(qū)都在不斷擴(kuò)大，而且其老城區(qū)正位于采煤塌陷區(qū)范圍內(nèi)，加之隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)土地供應(yīng)的需求比任何時(shí)候都要強(qiáng)烈，因此，永城市土地利用轉(zhuǎn)型不遵循一般變化規(guī)律，運(yùn)用遙感手段對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分必要。限于篇幅，本文對(duì)永城市土地利用轉(zhuǎn)型的影響因素與機(jī)理、模擬等都未涉及，開展的土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)的空間關(guān)系分析也僅是在永城市內(nèi)部進(jìn)行的，所有這些工作都需要在今后的研究中進(jìn)一步完善。

（References）：

［1］ 龍花樓. 土地利用轉(zhuǎn)型——土地利用/覆被變化綜合研究的新途徑［J］ . 地理與地理信息科學(xué)，2003，19（1）：87 - 90.

［2］ Christian Huttich， Martin Herold， Martin Wegmann， et al. Assessing effects of temporal compositing and varying observation periods for large-area land-cover mapping in semiarid ecosystems: Implications for global monitoring［J］ . Remote Sensing of Environment， 2011，115（10）: 2445 - 2459.

［3］ 陳龍，周生路，周兵兵，等. 基于主導(dǎo)功能的江蘇省土地利用轉(zhuǎn)型特征與驅(qū)動(dòng)力［J］ . 經(jīng)濟(jì)地理，2015，35（2）：155 - 162.

［4］ 劉永強(qiáng)，廖柳文，龍花樓，等. 土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值效應(yīng)分析——以湖南省為例［J］ . 地理研究，2015，34（4）: 691 - 700.

［5］ Lambin E F， Meyfroidt P. Land use transitions: Socio-ecological feedback versus socio-economic change［J］ . Land Use Policy， 2010，27（2）: 108 - 118.

［6］ Carmona A， Nahuelhual L. Combining land transitions and trajectories in assessing forest cover change［J］ . Applied Geography， 2012，32（2）: 904 - 915.

［7］ 喬陸印，劉彥隨，楊忍. 中國農(nóng)村居民點(diǎn)用地變化類型及調(diào)控策略［J］ . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（7）：1 - 8.

［8］ 苗作華，陳勇，曾向陽. 基于斑塊聚集的城市土地利用空間布局研究［J］ . 地理與地理信息科學(xué)，2013，29（1）：56 - 59.

［9］ 孫貴艷，王傳勝，肖磊，等. 快速城市化地區(qū)農(nóng)村居住用地布局變化及其影響因素研究——以深圳市龍崗區(qū)為例［J］ . 地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30（3）：352 - 360.

［10］ J Nievergelt， H Hinterberger， C Sevcik K. The grid file: An adaptable symmetric multi key file structure［J］ . ACM Transactions on Database Systems， 1984， 9（1）: 38 - 71.

［11］ I Gargantini. An effective way to represent quad trees［J］ . Communications of the ACM， 1982， 25（12）: 905 - 910.

［12］ 張?zhí)祢?，?yán)泰來，王海蛟，等. 基于Morton碼的土地空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)組織與檢索［J］ . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（S1）：235 - 243.

［13］ 劉明亮，唐先明，劉紀(jì)遠(yuǎn)，等. 基于1km格網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)尺度效應(yīng)研究［J］ . 遙感學(xué)報(bào)，2001， 5（3）：183 - 191.

［14］ 王秀蘭，包玉海. 土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討［J］ . 地理科學(xué)進(jìn)展，1999，18（1）：81 - 87.

［15］ 王思遠(yuǎn)，劉紀(jì)遠(yuǎn)，張?jiān)鱿椋? 中國土地利用時(shí)空特征分析［J］ . 地理學(xué)報(bào)，2001，56（6）：631 - 639.

［16］ 易玲，張?jiān)鱿?，汪瀟，等. 近30年中國主要耕地后備資源的時(shí)空變化［J］ . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（6）：1 - 12.

［17］ 趙華甫，朱玉環(huán)，吳克寧，等. 基于動(dòng)態(tài)指標(biāo)的城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶邊界界定方法研究［J］ . 中國土地科學(xué)，2012，26（9）：60 - 65.

［18］ 劉紀(jì)遠(yuǎn)，張?jiān)鱿?，莊大方，等. 20世紀(jì)90年代中國土地利用變化時(shí)空特征及其成因分析［J］ . 地理研究，2003，22（1）：1 - 12.

［19］ 袁金國. 遙感圖像數(shù)字處理［M］ . 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006：2.

［20］ 喬偉峰，盛業(yè)華，方斌，等. 基于轉(zhuǎn)移矩陣的高度城市化區(qū)域土地利用演變信息挖掘：以江蘇省蘇州市為例［J］ . 地理研究，2013，32（8）：1497 - 1507.

［21］ 徐嵐，趙羿. 利用馬爾柯夫過程預(yù)測(cè)東陵區(qū)土地利用格局的變化［J］ . 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1993，4（3）：272 - 277.

［22］ 王勁峰，廖一蘭，劉鑫. 空間數(shù)據(jù)分析教程［M］ . 北京：科學(xué)出版社，2010：73 - 78.

［23］ 張麗，楊國范，劉吉平. 1986～2012年撫順市土地利用動(dòng)態(tài)變化及熱點(diǎn)分析［J］ . 地理科學(xué)， 2014， 34（2）：185 - 191.

［24］ 潘倩，金曉斌，周寅康. 清代中期江蘇省土地利用格局網(wǎng)格化重建［J］ . 地理學(xué)報(bào)，2015，70（9）：1449 - 1462.

［25］ 單玉紅，朱欣焰，杜道生. 土地資源的多級(jí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立與應(yīng)用研究［J］ . 自然資源學(xué)報(bào)，2008，23（2）：336 - 344.

［26］ 陳彥光. 基于Moran統(tǒng)計(jì)量的空間自相關(guān)理論發(fā)展和方法改進(jìn)［J］ . 地理研究，2009，28（6）：1449 - 1463.

［27］ 張紅霞，譚術(shù)魁，周和義. 土地市場(chǎng)中開發(fā)商行賄表征的量化分析——基于Logistic模型及Moran指數(shù)的應(yīng)用［J］ . 中國土地科學(xué)，2012，26（6）：26 - 34.

（本文責(zé)編：陳美景）

Land Use Transition and Hotspots Detection in Yongcheng City based on the Grid Scale

GUO Chun-yang1， GAO Jian-hua1，2， FAN Peng-fei1， YAO Fei1
（1. College of Environment and Planning， Henan University， Kaifeng 475004， China； 2. Key Research Institute of Yellow River Civilization and Sustainable Development， Henan University， Kaifeng 475001， China）

The purpose of this study is to analyze space-time evolution regularity of land use transition based on the grid scale of Yongcheng city， Henan Province. The whole process of the study includes two steps: one is to analyze the change rate of land-use as well as the transfer directions and reasons of land use composition by dynamic degree model and land-use transfer matrix respectively； another is to probe land use change hotspots as well as spatial relations and agglomeration status of land use transition by crime stat software and Moran index separately. The results show that 1）the land-use dynamic degree is changing gently as a whole， but urban construction land shows a great difference. 2）The transferrate of various land use types in 2005-2010 was greater than that in 2000-2000. The cultivated land and rural residential land transferred between each other， and the source of urban land area was arable land and rural residential land. 3）As for the hotspots，their number and scope is increasing with the positions mainly located in central urban and developed road network， which shows a kind of gathering phenomenon and positive correlation in space. This paper indicates that 1）due to the complexity of coal mining subsidence area and the development of the new central urban， RS is an effective way to analyze land use transition. The research of grid scale can accurately specify process and characteristics of land use transition. 2）Yongcheng city plays an important role in achieving production safety as a main grain producing area of Henan Province. With the development of central urban area， the expansion of mining subsidence area and the construction of industry cluster district which are located in provincial boundary area bring enormous pressure on protecting cultivated land. Therefore the reform on supply side of construction land， namely allocating the land resource rationally is a strategic mission for Yongcheng city's sustainable development.

land use； grid； dynamic model； hotspots analysis； spatial autocorrelation analysis； Yongcheng City

F301.24

A

1001-8158（2016）04-0043-09

10.11994/zgtdkx.20160425.143611

2016-01-20；

2016-03-15

2011年教育部人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地重大項(xiàng)目（11JJD790017）；2015年河南省政府招標(biāo)課題（2015B033）。

郭椿陽（1993-），女，河南登封人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橥恋乜沙掷m(xù)利用與管理。E-mail: 13838240539@163.com

高建華（1964-），男，河南臨潁人，博士，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橥恋乜沙掷m(xù)利用與管理、區(qū)域分析與規(guī)劃。E-mail: jhgao@henu.edu.cn