中部典型市域長(zhǎng)時(shí)序土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力研究

陳超+黃颯+呂建春+張建勇+余洋

摘要：以中部典型城市合肥市為研究對(duì)象，基于多時(shí)相TM影像數(shù)據(jù)的市域土地利用變化研究，重點(diǎn)分析1987—2014年不同時(shí)相土地利用變化特征，并對(duì)其驅(qū)動(dòng)力予以分析。研究表明：（1）耕地面積在持續(xù)減少，而建設(shè)用地面積在27年間持續(xù)增加，水域面積呈現(xiàn)先減少后增加而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，林地與草地所占比例較小，其中林地呈現(xiàn)先增加后減少而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，草地面積則基本保持不變；（2）各土地利用類型變化流向情況，主要為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入，而耕地的轉(zhuǎn)入主要靠林地、草地和水域的少部分補(bǔ)給；定量分析表明，人口增長(zhǎng)是土地利用變化的第一驅(qū)動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；驅(qū)動(dòng)力；城鎮(zhèn)化；合肥市

中圖分類號(hào)： F323.211文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）07-0231-05

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，城市建設(shè)用地面積不斷增加，引發(fā)區(qū)域土地利用劇烈變化[1-2]。土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制是一項(xiàng)涉及多因素的綜合研究，已引起諸多學(xué)者的普遍關(guān)注[3-5]，特別是借助遙感影像解譯和GIS對(duì)土地利用變化進(jìn)行綜合動(dòng)態(tài)分析[6-7]，深入挖掘研究區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化建設(shè)等多方面因素綜合驅(qū)動(dòng)下的土地利用變化機(jī)制[8-10]。隨著中部崛起戰(zhàn)略的實(shí)施，安徽省合肥市作為中部地區(qū)發(fā)展的“排頭兵”，同時(shí)面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)的雙重任務(wù)，加之合肥市土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，而該研究區(qū)類似研究缺乏系統(tǒng)性、針對(duì)性[11-12]，因此，本研究基于合肥市多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)的解譯，并對(duì)該區(qū)1987—2014年間土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行重點(diǎn)分析，詳細(xì)闡釋相關(guān)因素對(duì)研究區(qū)域土地利用變化的影響，以期為緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)的矛盾提供理論參考。

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

合肥市位于中國中部，分別與淮南、滁州、馬鞍山、蕪湖、安慶、六安等市接壤，具有承東啟西、貫通南北的重要區(qū)位優(yōu)勢(shì)；而合肥市地處中緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明、氣候溫和、雨量適中，年均氣溫15.7 ℃，年均降水量約1 000 mm，年日照時(shí)間約2 000 h，年均無霜期228 d，平均相對(duì)濕度為77%。近年來，合肥市充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，大力推動(dòng)區(qū)域城鎮(zhèn)發(fā)展進(jìn)程，成為中國發(fā)展最快的省會(huì)城市之一。根據(jù)美國布魯金斯學(xué)會(huì)發(fā)布的2012年度《全球都市圈監(jiān)測(cè)報(bào)告》，合肥經(jīng)濟(jì)圈人均GDP增速和新增就業(yè)率分別位居全球300個(gè)都市經(jīng)濟(jì)體的第1、2位。因此，適時(shí)關(guān)注合肥市土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力，對(duì)合理推進(jìn)地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程、提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同水平具有重要意義。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究顧及研究區(qū)土地利用變化的實(shí)際情況，獲取27年間6個(gè)時(shí)相（1987、1995、2000、2005、2009、2014年）的Landsat TM/ETM+影像數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)安徽統(tǒng)計(jì)年鑒、合肥統(tǒng)計(jì)年鑒、合肥市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)以及相關(guān)研究文獻(xiàn)等，還獲取了2010年合肥市土地利用現(xiàn)狀圖和《合肥市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020）》，以及1990—2014年合肥市人口數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等資料。

2研究方法

2.1土地利用變化數(shù)據(jù)提取

通過實(shí)際調(diào)查與分析，結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T21010—2007）》的土地利用定義與劃分標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)土地分為5類，耕地、林地、草地、建筑用地、水域。利用ENVI 5.1對(duì)6個(gè)研究時(shí)相的影像進(jìn)行大氣校正、輻射定標(biāo)和掩膜等預(yù)處理，再通過監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類相結(jié)合，輔以目視解譯的方法得到各個(gè)時(shí)相土地利用分類結(jié)果；然后結(jié)合多次項(xiàng)目實(shí)地踏勘經(jīng)驗(yàn)和高分辨率Google Earth影像進(jìn)行分類后精度驗(yàn)證，并查閱歷史文檔和地圖資料，各個(gè)時(shí)相的分類精度均大于85%；而后輸出為便于ArcGIS統(tǒng)計(jì)分析的矢量數(shù)據(jù)格式，最終得到研究區(qū)6個(gè)時(shí)相30 m空間分辨率的土地利用圖[13-14]。

2.2土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算

土地利用動(dòng)態(tài)度指某研究區(qū)內(nèi)，在一定時(shí)間段內(nèi)土地利用類型數(shù)量變化情況，可以定量描述土地利用變化率，對(duì)分析土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測(cè)未來土地利用變化趨勢(shì)具有積極的作用[5，12]，分為單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[15]。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式如下：

式中：Ua、Ub表示研究初期和研究末期研究區(qū)內(nèi)某類土地利用類型面積；T表示時(shí)間段，一般時(shí)間間隔（年），此時(shí)表示該土地利用年變化率；K表示土地利用動(dòng)態(tài)度。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式如下：

式中：LUi表示研究初期第i類土地利用類型面積；ΔLUi-j表示末期第i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為第j類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T表示時(shí)間段，當(dāng)T時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，LC表示研究區(qū)土地利用綜合年變化率。

2.3土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力主要表征為導(dǎo)致土地利用類型和目的發(fā)生變化的人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素[2，5]，本研究主要是基于合肥市1987—2014年人口數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，采用主成分分析法，基于SPSS軟件分析歷年土地利用變化數(shù)據(jù)，得出影響土地利用類型和目的變化的主要驅(qū)動(dòng)力。

3結(jié)果與分析

3.1土地利用結(jié)構(gòu)演變

通過分析合肥市1987—2014年間6個(gè)時(shí)相遙感影像解譯的土地利用類型，利用GIS統(tǒng)計(jì)分析與可視化功能，見27年間6個(gè)時(shí)期土地利用解譯結(jié)果（圖1）與不同時(shí)期土地利用結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）。

由表1可知：（1）在5種土地利用類型中，耕地面積一直處于首位，并保持比重60%以上；然而在27年間，耕地面積呈減少趨勢(shì)，由1987年的77.37%減少到2014年61.19%，總面積減少114 033 hm2，主要是用于基建與建房用地等非農(nóng)業(yè)用地和退耕還林、改果、改牧等農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整；（2）建設(shè)用地面積占有較大比例，占土地總面積的10%以上，在27年間建設(shè)用地面積呈增加趨勢(shì)，面積由1987年的74 795 hm2增加為2014年的185 490 hm2，增幅達(dá)到1倍以上，且2005年建設(shè)用地面積突破20%；（3）水域也占有較大比例，林地與草地所占比例較小，其中林地呈現(xiàn)先增加后減少而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，水域面積呈現(xiàn)先減少后增加而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，草地面積基本保持不變；（4）2005—2014年在林地、草地和水域保持基本平衡狀態(tài)下，耕地面積減少和建設(shè)用地面積的增加有著密切聯(lián)系。

3.2近30年合肥市土地利用動(dòng)態(tài)度分析

通過上述研究方法對(duì)1987—2014年合肥市的土地利用統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算，可得該時(shí)間段土地利用變化情況和動(dòng)態(tài)度（表2）。

從單一土地利用動(dòng)態(tài)度（圖2-A）反映的土地利用類型變化速度上看，建設(shè)用地變化速度最快。27年間建設(shè)用地變化率達(dá)到101.8%，建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度達(dá)3.7，遠(yuǎn)高于其他土地利用類型；林地在1995—2000年間也有較大變化，動(dòng)態(tài)度達(dá)到-2.54；草地在2000—2010年間動(dòng)態(tài)度由負(fù)轉(zhuǎn)正。但綜合來說，林地、草地和水域面積在27年間變化較小，變化量分別為-964、495、3 961 hm2。從綜合土地利用動(dòng)態(tài)度（圖2-B）來看，27年間綜合土地利用動(dòng)態(tài)度總體呈現(xiàn)“M”形趨勢(shì)，在1987—2000年和2005—2010年2個(gè)時(shí)期內(nèi)，土地利用動(dòng)態(tài)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，增幅分別達(dá)到0.20和0.37，而在2000—2005年間綜合動(dòng)態(tài)度達(dá)到最低值0.29，表明合肥市土地利用類型隨時(shí)間推移發(fā)生劇烈變化，且合肥市土地利用變化不均勻，城市發(fā)展導(dǎo)致耕地和建設(shè)用地面積變化較為顯著，城市發(fā)展成為該區(qū)土地利用類型相互變化的主要驅(qū)動(dòng)力。

3.3土地利用變化流向分析

表3至表8為27年間6個(gè)時(shí)期土地利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及土地利用綜合轉(zhuǎn)移矩陣，其中：（1）27年間，耕地被大量占用，其中轉(zhuǎn)化類型主要為建設(shè)用地，占轉(zhuǎn)移面積的約85%，其余分別轉(zhuǎn)化為林地、草地和水域，所占比例為1%、1%和13%；（2）除耕地外，建設(shè)用地在林地、草地和水域轉(zhuǎn)化類型中也占主導(dǎo)地位，分別占轉(zhuǎn)化面積的72%、52%和83%；（3）27年間建設(shè)用地面積增加最多，凈增加面積2.2×105 hm2，主要來源于耕地，林地、草地和水域都有一定比重轉(zhuǎn)向建設(shè)用地。因此，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增多，城市化水平不斷提高，造成合肥市土地利用發(fā)生巨大變化，而城鄉(xiāng)住宅、公共交通建設(shè)用地、水利通信等基礎(chǔ)設(shè)施用地的不斷增加是耕地面積減少的主要原因，也直接影響到其他土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化。

3.4土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化驅(qū)動(dòng)力包括自然驅(qū)動(dòng)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力，其中人類活動(dòng)是引起土地利用變化的主要因素，是最主要、最活躍的驅(qū)動(dòng)力[3]。結(jié)合合肥市自然情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，基于合肥市現(xiàn)有27年間社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取人口指標(biāo)（人口總數(shù)X1、非農(nóng)業(yè)人口總數(shù)X2）；社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP值X3、第二產(chǎn)業(yè)值X4、第三產(chǎn)業(yè)值X5、財(cái)政支出X6、財(cái)政收入X7、固定資產(chǎn)投入X8）；農(nóng)業(yè)指標(biāo)（糧食總產(chǎn)量X9）；居民生活水平（城鎮(zhèn)人均可支配收入X10、農(nóng)村人均可支配收入X11）利用主成分分析法對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表9。第一主成分特征值為10.496，累積貢獻(xiàn)率為95.415%，說明其對(duì)11個(gè)驅(qū)動(dòng)力因素的解釋能力達(dá)到了95.415%，而其他主成分特征值均小于1，且貢獻(xiàn)率較低，解釋力度較弱，故直接提取人口因子來解釋驅(qū)動(dòng)因子對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)影響。

對(duì)提取的人口因子和其他因子作因子分析，由表10可知，Varimax后的因子載荷矩陣，與第一主成分相關(guān)性較大的幾個(gè)驅(qū)動(dòng)因素按照大小排列分別為：X10（城鎮(zhèn)人均可支配收入）、X5（第三產(chǎn)業(yè)值）、X11（農(nóng)村人均可支配收入）、X3（GDP值）、X4（第二產(chǎn)業(yè)值）、X8（固定資產(chǎn)投入）、X6（財(cái)政支出）、X7（財(cái)政收入）、X2（非農(nóng)業(yè)人口總數(shù)）、X9（糧食總產(chǎn)量）等因素。驅(qū)動(dòng)因子中主要為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素，人口增長(zhǎng)對(duì)土地利用變化產(chǎn)生間接驅(qū)動(dòng)作用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，合肥市對(duì)固定資產(chǎn)和城市化建設(shè)的投入加大，促進(jìn)了城鎮(zhèn)人口數(shù)量和比例的增加，而日益增加的城鎮(zhèn)人口對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平的要求也在不斷提高，進(jìn)一步促進(jìn)土地利用變化，尤其是其他土地利用類型向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。1987—2014年，合肥市經(jīng)濟(jì)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，經(jīng)濟(jì)發(fā)展要與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，城市化進(jìn)程要與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，這就要求土地利用變化逐漸趨于平衡性和合理性。

4結(jié)論

通過對(duì)1987—2014年合肥市土地利用情況分6個(gè)時(shí)期進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：（1）合肥市土地利用變化情況，27年間耕地面積在持續(xù)減少，截至2014年減少面積達(dá) 114 033 hm2，較1987年減少16.18%，而建設(shè)用地面積在27年間持續(xù)增加，其年變化率和動(dòng)態(tài)度分別達(dá)到101.8%和 3.7，水域面積呈現(xiàn)先減少后增加而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，林地與草地所占比例較小，其中林地呈現(xiàn)先增加后減少而后保持平衡的態(tài)勢(shì)，草地面積基本保持不變；（2）各土地利用類型變化流向情況，主要為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入，而耕地的轉(zhuǎn)入主要靠林地、草地和水域的少部分補(bǔ)給；從定量分析來看，人口增長(zhǎng)是土地利用變化的第一驅(qū)動(dòng)力。基于此，為保證合肥市可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土地利用的規(guī)劃和調(diào)控，有效控制和合理布局城鎮(zhèn)化建設(shè)，嚴(yán)守耕地紅線，加強(qiáng)對(duì)林地、草地及水域的保護(hù)，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，促進(jìn)合肥市經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定發(fā)展。

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