長沙市1990～2010年土地覆被變化及其預(yù)測(cè)

任紅鴿 ，全 斌,，王道平，王 鵬，胡 最

(1.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421000)

長沙市1990～2010年土地覆被變化及其預(yù)測(cè)

任紅鴿1，全 斌1,2，王道平1，王 鵬2，胡 最2

(1.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421000)

以長沙市作為研究對(duì)象，利用1990、1995、2000、2005、2010年長沙市5期的Landsat TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算出了1990～2010年土地利用的數(shù)量結(jié)構(gòu)和各地類實(shí)際面積的轉(zhuǎn)移矩陣以及2010～2030年每10年間隔的各地類預(yù)測(cè)面積的轉(zhuǎn)移矩陣，分析了長沙市1990～2010的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)長沙市土地利用變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和土地利用/覆被轉(zhuǎn)移變化的驅(qū)動(dòng)力分析。結(jié)果表明：(1)長沙市1990～2010年建設(shè)用地保持持續(xù)高速增加，而耕地面積和林地面積則逐年下降，并且絕大部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；(2)在2010～2020年，建設(shè)用地面積將會(huì)保持大致為6658.7 hm2/年的增速繼續(xù)增加，增速大約為2000～2010年的兩倍，此期間的主要變化表現(xiàn)為林地面積的減少；(3)到2020年左右，長沙市各個(gè)地類的土地利用趨于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；(4)耕地減少和建設(shè)用地增加的主要社會(huì)因素為人口增長以及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

土地利用/覆被變化；CA-Markov預(yù)測(cè)；長沙市

Abstract： This paper took Changsha city as the research object, used the Landsat TM/ETM remote-sensing image data of Changsha in the years of 1990, 1995, 2000, 2005 and 2010, calculated and analyzed the quantitative structure of land use and the transfer matrix of actual area of various land use types during 1990～2010, and the transfer matrix of predicted area of various land use types during 2010～2030, predicted the change trend of land use in Changsha, and analyzed the driving force for land use/cover transformation and change. The results showed that: (1) In Changsha city from 1990 to 2010, the construction land area kept a sustainable and high-speed increase, while the cultivated land and forest land area dropped year by year, and most of them were converted to construction land; (2) During 2010～2020, the construction land area will continuously increase at the speed of about 6658.7 hm2/a, being about 2 times increasing speed during 2000～2010; in this period, the major change will be the decrease in forest land area; (3) Around the year 2020, the area of various land use types in Changsha city will tend to a stable state; (4) The main social factors causing the cultivated land reduction and the construction land increase were population growth and rapid economic development.

Keywords： Land use/cover change; CA-Markov prediction; Changsha city

0 引言

土地利用反映的是人類利用土地的功能和特性來滿足自身需求的活動(dòng)方式和過程，屬于土地社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性的一種現(xiàn)象，而土地覆蓋則體現(xiàn)的是土地的自然屬性[1]。由于全球環(huán)境問題的涌現(xiàn)，使得土地利用/覆被變化(LUCC)已經(jīng)成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)之一，因?yàn)橥恋乩眉捌渥兓休d著自然與人文過程，是探討人地關(guān)系地域系統(tǒng)的重要切入點(diǎn)。國外最早對(duì)于LUCC的研究開始于19世紀(jì)前期，以杜能對(duì)德國南部地區(qū)的土地利用模式進(jìn)行的研究為標(biāo)志[2]。20世紀(jì)70年代后，關(guān)于全球變化的研究逐步在世界范圍內(nèi)開展，LUCC因其受到自然環(huán)境、人文地理、社會(huì)活動(dòng)等諸多方面的影響，引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。1990年以來，諸多與全球變化相關(guān)的國際組織和研究機(jī)構(gòu)將LUCC作為研究的重點(diǎn)之一，如聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)亞太地區(qū)環(huán)境評(píng)價(jià)計(jì)劃于1994年啟動(dòng)了“土地覆被評(píng)價(jià)和模擬(LCAM)”項(xiàng)目，分析了東南亞地區(qū)的土地覆被現(xiàn)狀與變化情況。自20世紀(jì)90年代以來，全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域逐漸加強(qiáng)了對(duì)土地利用/覆被變化的研究?！皣H地圈與生物圈計(jì)劃”(IGBP)和“全球環(huán)境變化人文計(jì)劃”(IHDP)于1995年共同發(fā)起了“土地利用/覆被變化”(LUCC)研究計(jì)劃[3]。我國的LUCC研究已開展了幾十年，專家學(xué)者跟隨著國際上研究學(xué)者的研究動(dòng)態(tài)，開展了一系列如土地利用變化監(jiān)測(cè)、驅(qū)動(dòng)力以及變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)等方面的研究。從研究尺度來看， 目前的研究主要集中在以全國為研究對(duì)象的大尺度[4]、以流域[5]和地貌單元[6]為研究對(duì)象的中尺度以及以具體城市為研究對(duì)象的小尺度[7]。從研究方法來看，采用單一土地利用動(dòng)態(tài)度、綜合土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用程度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、重心模型等方法[8]?？偟膩砜?，土地利用變化研究主要是理解土地利用變化的原因和結(jié)果，同時(shí)模擬土地轉(zhuǎn)換的時(shí)空類型。

國外研究土地利用變化的趨勢(shì)一般運(yùn)用模型來進(jìn)行模擬，如Laney以過程為主導(dǎo)模擬了馬達(dá)加斯加農(nóng)業(yè)景觀的利用變化狀況[9]；我國的學(xué)者也對(duì)土地利用的變化趨勢(shì)進(jìn)行了大量的模擬預(yù)測(cè)，如魏永坤等[10]以2000、2005和2010年3期土地利用數(shù)據(jù)，采用馬爾科夫模型對(duì)上海市2010～2020年的土地利用情景進(jìn)行了模擬；李亞麗等[11]基于CA的鄭州市土地利用演化研究對(duì)鄭州市2002～2016的土地利用變化進(jìn)行了模擬。由于CA模型在模擬的空間上具有優(yōu)勢(shì)，而馬爾科夫模型具有數(shù)量表達(dá)的優(yōu)勢(shì)，將兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合的CA-Markov模型成為了目前研究者廣泛用來模擬預(yù)測(cè)未來土地利用狀況的一種預(yù)測(cè)模型。

長沙市作為長株潭“中部經(jīng)濟(jì)區(qū)”的核心城市，近年來，由于受到人口迅速增長、土地等資源相對(duì)不足和環(huán)境承載能力較弱等問題的影響，長沙市人-地矛盾日漸突出，制約了“中部經(jīng)濟(jì)區(qū)”的發(fā)展，土地利用問題引人注目[12]。例如陳永林等對(duì)長沙市2003～2013年土地利用變化與城市化關(guān)系進(jìn)行了分析，認(rèn)為長沙市城市化水平的高低與土地利用變化量的大小在數(shù)量上存在著明顯的線性相關(guān)[13]。歷華等研究了基于遙感的長沙市熱島與土地利用/覆被變化之間的關(guān)系，研究表明城市用地和裸地是城市熱島強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)因素[14]。金勇章等對(duì)長沙市2002～2006年的土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)空變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明空間上居民點(diǎn)及工礦用地變化最大[15]。目前，雖然關(guān)于長沙市土地利用變化的研究頗多，一般是就一定的時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段探討土地利用變化，但結(jié)合驅(qū)動(dòng)力對(duì)長沙市未來的土地利用的預(yù)測(cè)研究較少。此外，以往研究傾向于數(shù)量分析與計(jì)算，很少對(duì)預(yù)測(cè)進(jìn)行空間上的地理要素顯示。本研究通過已有土地利用數(shù)據(jù)，深入探索研究了長沙市近年來的土地利用變化規(guī)律，并對(duì)其驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上，基于CA-Markov模型合理預(yù)測(cè)了未來長沙市的土地利用變化/覆蓋狀況并將其進(jìn)行地圖表達(dá)。這將為如何規(guī)劃好、利用好、節(jié)約好有限的土地資源，實(shí)現(xiàn)土地利用的可持續(xù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

長沙市位于湖南省東部偏北、湘江下游，南接株洲市和湘潭市。地理位置為東經(jīng)111°53′～114°5′，北緯 27°51′～28°40′。長沙市轄天心區(qū)、芙蓉區(qū)、岳麓區(qū)、雨花區(qū)、開福區(qū)、望城區(qū)及瀏陽市、長沙縣、寧鄉(xiāng)縣，總共6區(qū)1 市2縣，面積約為1.18萬km2。在氣候上，長沙市屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，全年無霜期、降水充沛、雨熱同季、四季分明。土壤屬南方紅壤地帶，植被屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域。地形以山地丘陵為主，土地利用類型多樣。2007年11月16日，長株潭城市群被批準(zhǔn)為“兩型社會(huì)”試驗(yàn)區(qū)，長沙市為核心城市?，F(xiàn)如今，伴隨著“中部經(jīng)濟(jì)區(qū)崛起”政策的逐步實(shí)施，以及《長江中游城市群發(fā)展規(guī)劃》得到國務(wù)院批復(fù)，長沙市已然成為我國中西部地區(qū)最具競(jìng)爭(zhēng)力的城市之一。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所使用的長沙市土地利用數(shù)據(jù)來自中國資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫的 TM遙感影像標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，時(shí)期為1989/1990、1994/1995、1999/2000年，分別簡記為1990、1995、2000年的3期數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是以TM/ETM+遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類和人工目視解譯形成的1∶10萬的土地利用矢量數(shù)據(jù)，這3期數(shù)據(jù)的解譯定性精度誤差被分別控制在92.92%、98.40%和97.45%水平上；2005和2010年的遙感數(shù)據(jù)原始格式為DAT，頭文件為Fast，并已經(jīng)過輻射校正和相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)處理的TM遙感影像標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。數(shù)據(jù)的分辨率均為30 m。其他數(shù)據(jù)主要包括長沙市行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)和湖南省1991～2010年的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

通過應(yīng)用IDRISI軟件的CA-Markov模塊，可以高效快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)土地利用/覆被未來趨勢(shì)的預(yù)測(cè)模擬。具體的操作為：(1)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。在IDRISI中將ArcGIS可識(shí)別的土地利用數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到IDRISI可識(shí)別的文件；(2)進(jìn)行Markov預(yù)測(cè)。使用IDRISI軟件提供的Markov模塊，得到兩個(gè)年度區(qū)間的轉(zhuǎn)移面積矩陣與狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣；(3)制作轉(zhuǎn)換適宜性圖集。采用進(jìn)行Markov預(yù)測(cè)時(shí)產(chǎn)生的rgf格式的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖集作為適宜性圖集；(4)進(jìn)行CA-Markov模擬預(yù)測(cè)。本文采用標(biāo)準(zhǔn)格式的5×5的CA鄰近濾波器為鄰域定義，5 a為步長，進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1土地利用的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征

表1為在IDRISI中統(tǒng)計(jì)的研究區(qū)各期土地利用面積情況，由表1可知1990～2010年長沙市土地利用/覆被主要表現(xiàn)如下幾個(gè)特征：

(1)長沙市的土地利用/覆被以耕地和林地以及建設(shè)用地為主，耕地與林地呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，而建設(shè)用地則逐年增加。耕地和林地方面：1990～2010年研究區(qū)耕地和林地兩者面積均在減少，但其面積之和占總面積的比例仍均大于90%，從1990年的94.45%減少到2010年的91.47%。建設(shè)用地方面：建設(shè)用地逐年增加。1990年研究區(qū)建設(shè)用地面積為26141 hm2，占該年土地利用總面積的2.23%；2010年則增加為61513 hm2，占比5.24%。

(2)草地、水體以及未利用地占比較小。草地在1990～2010年期間的變化幅度比較小，基本上保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，總體上略有增加；水體的總面積變化也較小，但從2000年開始呈現(xiàn)略微減少的趨勢(shì)。

表1 1990～2010年長沙市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)

3.2土地利用/覆被轉(zhuǎn)換分析

3.2.1 1990～2010年長沙市各地類轉(zhuǎn)換速率分析 利用IDRISI軟件中的GIS Analysis功能，以5年為時(shí)間間隔，分別統(tǒng)計(jì)1990～1995、1995～2000、2000～2005和2005～2010年這4個(gè)時(shí)間段耕地、林地、建設(shè)用地和其他(包括水體、草地和未利用地)各地類的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出面積。以各地類的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出面積為基礎(chǔ)分別制作長沙市1990～2010年各地類增加的速率圖和減少的速率圖，并將兩圖像進(jìn)行對(duì)比。由圖1可知：(1)在1990～2010年這20年期間，長沙市耕地與林地減少的速率一直大于其增加的速率，說明在此期間耕地和林地的總面積持續(xù)減少；后10年耕地與林地減少的速率明顯大于前10年減少的速率，說明后10年長沙市耕地和林地轉(zhuǎn)換程度遠(yuǎn)比前10年劇烈。(2)在1990～2010年這20年期間，長沙市建設(shè)用地基本上只有增加的速率而無減少的速率，說明在此期間建設(shè)用地面積持續(xù)增長而基本上無轉(zhuǎn)出；后10年建設(shè)用地的增加速率明顯高于前10年增加的速率，說明后10年長沙市城鎮(zhèn)化程度遠(yuǎn)比前10年劇烈。

3.2.2 1990～2010年長沙市土地利用/覆被轉(zhuǎn)換分析 以10年為時(shí)間間隔，在IDRISI中分別操作得到長沙市1990～2000年以及2000～2010年的土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果如表2、表3所示。再在ArcGIS軟件中將1990、2000、2010年的土地利用/覆被分布圖制圖(圖2)輸出。

圖1 長沙市1990-2010年各地類增加速率與減少速率

表2、表3分別反映了1990～2000和2000～2010年長沙市土地利用類型轉(zhuǎn)換特征，耕地和林地有大量轉(zhuǎn)出，兩者大量轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，導(dǎo)致后者的面積迅速增加。從各地類轉(zhuǎn)出去向看：耕地面積轉(zhuǎn)出的最多，轉(zhuǎn)出面積總分別計(jì)為3691 hm2和14477 hm2，主要轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地、林地、水體，轉(zhuǎn)出量分別為2210、1317、404 hm2和23、349、20458 hm2；林地面積轉(zhuǎn)出次之，轉(zhuǎn)出面積總計(jì)為2956 hm2和27620 hm2，轉(zhuǎn)出部分主要流向建設(shè)用地，其次為草地、耕地和水體。1990～2000年，草地主要轉(zhuǎn)換為林地，為121 hm2；水體主要轉(zhuǎn)換成建設(shè)用地，為312 hm2，另有一部分轉(zhuǎn)換成耕地；建設(shè)用地轉(zhuǎn)出部分主要變成林地和耕地；未利用地則主要轉(zhuǎn)換為林地和建設(shè)用地。2000～2010年，草地主要轉(zhuǎn)換為林地，為896 hm2；水域主要轉(zhuǎn)出為林地和建設(shè)用地，轉(zhuǎn)出量分別為1992、1443 hm2，另有3630 hm2轉(zhuǎn)換成耕地；建設(shè)用地轉(zhuǎn)出部分主要變成耕地和林地，分別轉(zhuǎn)出5461 hm2和1839 hm2；未利用地主要轉(zhuǎn)出為草地和水體。

綜上所述，1990～2010年期間，在長沙市土地利用/覆被轉(zhuǎn)換中，各個(gè)地類之間基本上有相互的轉(zhuǎn)換，最為突出表現(xiàn)是耕地和林地銳減，建設(shè)用地面積持續(xù)增加；2000～2010年期間的地類轉(zhuǎn)換相對(duì)1990～2000年期間尤為劇烈，體現(xiàn)了該時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得土地利用變化加劇演變的現(xiàn)象。

表2 1990～2000年長沙市土地利用/覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表3 2000～2010年長沙市土地利用/覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

圖2 1990、2000、2010年長沙市地類分布圖

3.3基于CA-Markov的土地利用變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

使用Kappa系數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。因?yàn)橐?995年為起始年的這3期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)具有高度的一致性，故繼續(xù)以1995年為起始年，使用CA-Markov模型對(duì)長沙市2015、2020、2025、2030年這4期的土地利用/覆被進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到土地利用/覆被數(shù)據(jù)，如圖3所示。由圖3可知，建設(shè)用地主要在已有的城市外圍進(jìn)行擴(kuò)張，尤其是在長沙市中心城市之外的城鎮(zhèn)地區(qū)。為了更加直觀地了解各地類之間轉(zhuǎn)移變化的數(shù)量，計(jì)算長沙市2010～2020年以及2020～2030年的土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣，如表4、表5。

由表4和表5可以得出：(1)2010～2030年，長沙市土地利用各地類中，建設(shè)用地的變化幅度相對(duì)較大，林地、耕地和草地次之，水域變化幅度最小；(2)建設(shè)用地的面積在此期間擴(kuò)展了一倍多，占總面積的比重由5.24%增大為10.90%；(3)林地的面積轉(zhuǎn)移較多，其減少的面積主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，用來滿足未來10年左右持續(xù)增加的經(jīng)濟(jì)建設(shè)用地需求。從2010年至2020年左右，建設(shè)用地面積將會(huì)以6658.7 hm2/a左右的增速進(jìn)行增加，增速大約為2000年至2010年的兩倍，土地被持續(xù)開發(fā)利用。因此，如何協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)和林地保護(hù)之間的關(guān)系，最重要的是使有限的土地資源發(fā)揮其最大的作用。

總體來看，未來15年，長沙市土地利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以耕地和林地為主，建設(shè)用地面積不斷增加，且大致在2020年左右，長沙市的土地利用/覆被將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，不再隨著時(shí)間的推移發(fā)生較大的變化轉(zhuǎn)移。

表4 2010～2020年長沙市土地利用/覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表5 2020～2030年長沙市土地利用/覆被面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

3.4長沙市土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)力分析

區(qū)域地形地貌特征、人口規(guī)模變動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及相關(guān)政策、規(guī)劃制訂都會(huì)對(duì)土地利用變化產(chǎn)生很大影響[16]。本文主要從自然因素、社會(huì)因素兩個(gè)方面來分析長沙市在研究期內(nèi)土地利用變化的成因。

3.4.1 自然因素 自然因素中的氣溫、降水和光照強(qiáng)度決定著土地生產(chǎn)潛力，而災(zāi)害性氣候限制著土地的開發(fā)與利用[17]。自然條件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響尤為嚴(yán)重，因此誘導(dǎo)著土地利用和覆被分布的變化。長沙市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，深受東亞季風(fēng)環(huán)流的影響。長沙市1995～2010年氣候變化主要分兩個(gè)時(shí)間段：(1)2005年以前，長沙市年平均氣溫在17 ℃左右，其中7月份氣溫最高，1月份氣溫最低；年均降水量1300～1500 mm；年平均日照1400～1600 h。(2)2005年以后，由于溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致全球氣溫升高，長沙市平均氣溫升高了2.7 ℃，光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，而降水量卻逐漸降低。因此，全球環(huán)境間接影響了區(qū)域土地利用/覆被變化狀況。

3.4.2 社會(huì)因素 現(xiàn)在普遍認(rèn)為，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子是目前全球、國家和地區(qū)等不同尺度內(nèi)土地利用與土地覆被變化的主要驅(qū)動(dòng)力，并且在不同尺度上的作用機(jī)理也不同。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子包括很多因素，本文主要討論人口、經(jīng)濟(jì)等主要因子的驅(qū)動(dòng)作用[18]。

人口既是生產(chǎn)者，又是消費(fèi)者，它是影響土地利用/覆被變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中最具活力、最為重要的因素之一。從表6可以看出，1995～2010年長沙市人口呈現(xiàn)高速增加的態(tài)勢(shì)，市區(qū)人口增長迅速，且農(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口的構(gòu)成變化明顯；隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量和比例不斷增大，農(nóng)業(yè)人口數(shù)量和比例則持續(xù)減小，城鎮(zhèn)化水平不斷提高。1995年全市總?cè)丝?62.82萬人，其中市區(qū)人口145.45萬人，占全市總?cè)丝?5.84%，非農(nóng)業(yè)人口占了全市總?cè)丝?8.46%，農(nóng)業(yè)人口占了71.54%；到2010年，全區(qū)人口數(shù)量為650.12萬人，增加了87.3萬人，其中市區(qū)人口占總?cè)丝诘谋壤?6.84%，而農(nóng)業(yè)人口減少至63.43%。

人口增長和結(jié)構(gòu)變化對(duì)土地利用/覆被變化的影響主要表現(xiàn)在：(1)人口快速增長對(duì)糧食的需求量增加，在土地資源有限的條件下，促使人類對(duì)土地的作用程度加強(qiáng)。(2)人口增加和結(jié)構(gòu)變化使土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用地和生態(tài)用地被占用，荒蕪的土地被開發(fā)，而城鄉(xiāng)工礦居民用地急劇增加，加劇了人地矛盾。1995～2010年間，長沙市耕地總體減少了16522 hm2，林地減少了16809 hm2，建設(shè)用地增加了31217 hm2。

表6 1995～2010年期間長沙市人口變化

土地利用/覆被變化是一個(gè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不斷適應(yīng)的過程。由表7看出：(1)1995～2010年長沙市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)總量急劇膨脹。1995年，生產(chǎn)總值332.75億元，到2010年，增長至4547.06億元，經(jīng)濟(jì)膨脹了將近14倍。(2)區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，三次產(chǎn)業(yè)分配更加合理。農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比例下降，第二產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，比例由42.18%增加為53.60%。

表7 1995～2010年期間長沙市經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r

耕地總量與GDP呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.91；建設(shè)用地總量與GDP呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.96。研究表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然促進(jìn)對(duì)土地的投入力度，增加建設(shè)用地的需求，必然會(huì)影響農(nóng)業(yè)用地和生態(tài)用地，最終導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)的變化，最直接的表現(xiàn)為建設(shè)用地?cái)D占其他用地，導(dǎo)致其面積大量增加(圖4)。

4 結(jié)論

土地利用/覆被變化作為全球環(huán)境變化的重要研究方向，與我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。本研究以長沙市作為研究對(duì)象，以1990、1995、2000、2005、2010年5期遙感影像制作而成的1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，利用ArcGIS和IDRISI，對(duì)長沙市的土地利用變化進(jìn)行了研究、預(yù)測(cè)和分析。主要得出以下結(jié)論：

(1)長沙市土地利用結(jié)構(gòu)在1990～2010年這20年期間發(fā)生了很大的變化，其總體特征是耕地和林地持續(xù)減少，建設(shè)用地持續(xù)增加，但后10年的土地利用結(jié)構(gòu)變化比前10年的要?jiǎng)×摇?/p>

圖4 長沙市生產(chǎn)總值與耕地和建設(shè)用地?cái)?shù)量變化情況的相關(guān)性

(2)1990～2010年，長沙市的土地利用/覆被類型以耕地和林地為主，兩者占總面積的比重在此期間一直超過90%，但面積不斷減少；建設(shè)用地的面積增長迅速，在這20年中，長沙市的建設(shè)用地面積增加了35372 hm2，年均增加1768.6 hm2；耕地面積減少了18168 hm2，年均減少908.4 hm2；林地減少了16933 hm2，年均減少846.65 hm2；草地增加了444 hm2，年均增加22.2 hm2；水域面積減少了464 hm2，年均減少23.2 hm2。

(3)根據(jù)CA-Markov預(yù)測(cè)結(jié)果，長沙市的林地在2010～2020年期間將會(huì)出現(xiàn)較大幅度減少，主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地和耕地；建設(shè)用地將依然保持高速的增長，向外擴(kuò)展較快；在2020年左右，長沙市的土地利用/覆被將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，不再隨著時(shí)間的推移發(fā)生較大的變化轉(zhuǎn)移。

(4)通過定性和定量分析知，氣溫、降水、日照等自然環(huán)境要素對(duì)長沙市土地利用/覆被變化有一定影響，而人口、經(jīng)濟(jì)等則是主要的社會(huì)人文因素；通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，長沙市耕地和建設(shè)用地變化與人口、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)因素具有一定的相關(guān)性。

致謝：感謝美國克拉克大學(xué)地理系教授Robert Gilmore Pontius Jr在論文寫作過程中給予的幫助和指導(dǎo)！

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

LandCoverChangeduring1990～2010inChangshaandItsPrediction

REN Hong-ge1, QUAN Bin1,2*, WANG Dao-ping1， WANG Peng2， HU Zui2

(1. School of Resource, Environment and Safety Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411100, China; 2. College of City and Tourism, Hengyang Normal University, Hengyang 421000, China)

F293.2

A

1001-8581(2017)10-0093-07

2017-06-20

湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(17A067);中國國家高端外國專家項(xiàng)目(GDW20154300243);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171076、 41771188)。

任紅鴿(1993─)，女，河南平頂山人，碩士研究生，主要研究土地利用變化。*通訊作者：全斌。