2001～2015年沈陽(yáng)市土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力分析

， ， ，，

(1.許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000；2.遼寧省環(huán)境計(jì)算與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110016；3.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 中國(guó)科學(xué)院污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110016)

土地利用/覆被變化(Land-Use and Land-Cover Change，LUCC) 作為全球變化、人地協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分和核心研究?jī)?nèi)容，越來(lái)越顯現(xiàn)出其巨大優(yōu)勢(shì)和重要意義[1].遙感是信息科學(xué)技術(shù)的重要支撐，能夠迅速客觀地反映地物要素的空間分布，在土地利用變化監(jiān)測(cè)、土地規(guī)劃和管理等方面具有極大的應(yīng)用潛力[2].因此，兩者的結(jié)合具有較高的可行性和更大的優(yōu)越性.在“振興東北老工業(yè)基地”的時(shí)代背景下，全面而客觀地掌握沈陽(yáng)市土地利用的時(shí)空變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，合理調(diào)控土地利用方式，促進(jìn)人地關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展顯得尤為重要和迫切.

在近二十年的研究中，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者圍繞土地利用/覆被開展了大量的研究工作.美國(guó)全球變化研究計(jì)劃從1996年開始就實(shí)施了針對(duì)整個(gè)北美大陸的土地利用變化研究與分析項(xiàng)目[3]；Turner與Skole等學(xué)者對(duì)土地利用的驅(qū)動(dòng)力和時(shí)空變化特征進(jìn)行了深入的探索并取得重要成果[4,5]；Shi等研究了東營(yíng)市的土地利用變化及景觀格局對(duì)其的響應(yīng)[6]；Sun等對(duì)中國(guó)九大城市LUCC對(duì)顆粒物污染的影響進(jìn)行了研究[7]；顧朝林等對(duì)北京市的LUCC機(jī)制進(jìn)行了分析研究[8]；劉紀(jì)遠(yuǎn)等對(duì)土地利用的時(shí)空變化進(jìn)行了分析研究[9].

以往LUCC研究主要集中在區(qū)域性和全球性模型的構(gòu)建及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)等方面[10].我國(guó)的LUCC研究多著眼于大中尺度或者典型的干旱-半干旱氣候地區(qū)，而以沈陽(yáng)市作為研究區(qū)使用混合分類法的LUCC和驅(qū)動(dòng)力研究較為少見(jiàn).本文以混合分類法對(duì)沈陽(yáng)市的土地利用進(jìn)行了研究分析，其結(jié)果可以為沈陽(yáng)市土地利用調(diào)查和城市發(fā)展規(guī)劃提供重要參考，豐富和完善區(qū)域土地資源數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)推進(jìn)半濕潤(rùn)氣候下的小區(qū)域LUCC的驅(qū)動(dòng)力精細(xì)化研究.

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為沈陽(yáng)市，含9個(gè)區(qū)、3個(gè)縣和1個(gè)縣級(jí)市(東經(jīng)122°41′～123°81′ ，北緯41°19′～43°01′).地處遼寧省中部，因其位于沈水之北而得名.東西寬約115 km，南北長(zhǎng)約210 km，總面積12 948 km2.截止到2012年，全市常住人口822.8萬(wàn)人.沈陽(yáng)市的地形以平原為主，東南有部分山地、丘陵，境內(nèi)有遼河、渾河、秀水河等多條河流.屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，四季較為分明，終年氣溫-35～36 ℃，年均氣溫8.3 ℃，無(wú)霜期155～180 d，年降水量700 mm，降水量年際變化較大，主要受夏季風(fēng)的影響.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

本文影像來(lái)源于“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒.影像以TM和Landsat8的OLI為主，獲取時(shí)間為2001、2006和2015年九月份左右，對(duì)三期影像采用混合分類法進(jìn)行分類并結(jié)合目視解譯結(jié)果，參考研究區(qū)調(diào)查概況，糾正與實(shí)際情況不符的結(jié)果.得到本區(qū)土地利用變化狀況.根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)[11]和研究目的，把研究區(qū)內(nèi)的土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、園地、道路交通用地、城鎮(zhèn)用地、水域和其他用地，共計(jì)八種類別.

2.2 混合分類法

混合分類法先利用非監(jiān)督分類的方法對(duì)影像進(jìn)行初次分類，對(duì)結(jié)果進(jìn)行解譯并得到分類模板，之后利用這些模板作為監(jiān)督分類的樣本并最終得到分類結(jié)果.該方法結(jié)合監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自缺陷，較傳統(tǒng)的單一分類方法明顯提高了分類精度[12].

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化特征分析

由圖1和圖2可知，沈陽(yáng)市2001～2015年間的土地利用變化特征為：城鎮(zhèn)用地空間分布范圍較大且呈現(xiàn)不斷擴(kuò)展的趨勢(shì)；耕地在空間分布上仍占主導(dǎo)地位，但其面積逐漸縮減；林地面積逐漸變大，擴(kuò)展空間相對(duì)集中在沈陽(yáng)市區(qū)東部的棋盤山和東陵區(qū)，以及法庫(kù)縣和康平縣的丘陵及山地；道路交通用地顯著增加，路網(wǎng)密度變大，沈陽(yáng)市交通通達(dá)度水平逐漸提高；新民市周圍的園地消失，主要變?yōu)槌擎?zhèn)用地和耕地；水域尤其是沈陽(yáng)市北部法庫(kù)縣和康平縣的水庫(kù)面積明顯變大.

圖1 沈陽(yáng)市2001年土地利用分類圖

圖2 沈陽(yáng)市2015年土地利用分類圖

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

首先,對(duì)沈陽(yáng)市2001和2015年的土地利用分類結(jié)果進(jìn)行重編碼，確保土地利用類別在影像屬性表的排列順序一致.然后,利用Erdas中Interpreter模塊下GISAnalysis的Matrix工具，分別輸入前一時(shí)相和后一時(shí)相的數(shù)據(jù)并疊加，求出土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表1).由于結(jié)果以像元個(gè)數(shù)表示，需將其乘以實(shí)際面積并轉(zhuǎn)換為平方千米，結(jié)果如下.

表1 沈陽(yáng)市2001～2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/(km2)

3.3 土地利用變化指標(biāo)分析

3.3.1 土地利用比重變化率

基于土地利用分類結(jié)果計(jì)算出沈陽(yáng)不同階段的土地利用比重變化率(表2)，從整體來(lái)看，耕地、園地和其它用地比重減小，耕地比重變化率最大，為0.75%.前一階段(2001～2006年，下同)，水域、林地、草地、城鎮(zhèn)用地和道路交通用地逐漸增加，其中城鎮(zhèn)用地比重變化率最大，年均達(dá)0.81%；耕地、園地和其它用地減少，耕地的比重變化率最大，超過(guò)城鎮(zhèn)用地達(dá)到了1.02%.后一階段(2006～2015年，下同)，僅有耕地比重持續(xù)減少，其它土地利用類型比重有所增長(zhǎng)，但除林地外，增長(zhǎng)均放緩.

沈陽(yáng)市城鎮(zhèn)用地比重不斷增加，耕地比重則以最快的變化速度不斷下降.城市發(fā)展致使用地需求增加，作為比重最大的耕地則是城鎮(zhèn)用地的最大轉(zhuǎn)出源.除林地外，其它土地利用類型后一階段的變化率均小于前一階段.城市飛速發(fā)展后，會(huì)進(jìn)入相對(duì)緩慢的發(fā)展階段，此階段內(nèi)城市主要表現(xiàn)為內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整和優(yōu)化，而郊區(qū)和村鎮(zhèn)的各類基礎(chǔ)設(shè)施也不斷完善.林地和水域比重不斷增加并呈現(xiàn)緩慢加速趨勢(shì)，說(shuō)明沈陽(yáng)市“退耕還湖”和“退耕還林”工作有序推進(jìn).

表2 沈陽(yáng)市不同階段土地利用比重變化率/%

注：“-”代表該土地利用類型減少，數(shù)值小的比重變化率保留小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)字.

3.3.2 土地利用變化重要性指數(shù)

由表3可知，沈陽(yáng)土地利用變化總面積約為3 788 km2，占總面積的29.98%；在各種土地利用轉(zhuǎn)換中，耕地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地、耕地轉(zhuǎn)為林地、耕地轉(zhuǎn)化為道路交通用地等5種土地轉(zhuǎn)換居主導(dǎo)地位，占土地利用變化總面積的72%以上.這表明沈陽(yáng)土地利用變化以耕地向城鎮(zhèn)用地、林地、道路交通用地轉(zhuǎn)化為主要方向，同時(shí)城鎮(zhèn)用地和道路交通用地向耕地轉(zhuǎn)化也較為明顯.前者與城市化進(jìn)程加快和“退耕”政策相關(guān)，而后者應(yīng)是新農(nóng)村建設(shè)中土地整理和城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的緣故.

表3 沈陽(yáng)市2001～2015年土地利用變化主要類型

注：Ci代表各種土地變化類型占變化總面積的比重.

3.4 土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析

由以上分析可知，沈陽(yáng)市的土地利用變化集中在耕地、城鎮(zhèn)用地和道路交通用地，結(jié)合沈陽(yáng)市發(fā)展實(shí)際和現(xiàn)有資料，驅(qū)動(dòng)力因子主要從經(jīng)濟(jì)因素、人口和財(cái)政稅收、建筑業(yè)狀況、金融等方面進(jìn)行分析.

3.4.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素

經(jīng)濟(jì)因素是影響土地利用方式的基本要素，也是各種要素中最為活躍的驅(qū)動(dòng)力.它決定著土地利用變化的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和方向.根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)耕地和發(fā)展用地的影響較大，尤其是對(duì)發(fā)展用地.發(fā)展用地變化是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)張的直接體現(xiàn)，發(fā)展用地與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度均不小于0.75.第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)與耕地、發(fā)展用地的關(guān)聯(lián)度略大于第二產(chǎn)業(yè)與耕地、發(fā)展用地的關(guān)聯(lián)度.第一產(chǎn)業(yè)與耕地息息相關(guān)，而耕地同時(shí)也是發(fā)展用地的最大轉(zhuǎn)出源，所以第一產(chǎn)業(yè)與耕地和發(fā)展用地的關(guān)聯(lián)度較大.與第二產(chǎn)業(yè)主要提供生產(chǎn)制造和加工相比，第三產(chǎn)業(yè)更多地為第一、二產(chǎn)業(yè)提供交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等各類服務(wù)，服務(wù)用地的增加是第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀要求，這種需求會(huì)反作用于耕地.這些從側(cè)面反映出沈陽(yáng)市城市化進(jìn)程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)土地利用的影響.

3.4.2 人口因素

從關(guān)聯(lián)分析可知，人口因素與耕地、發(fā)展用地的關(guān)聯(lián)度略大于0.6，但較其它因素普遍較低.人口增加直接導(dǎo)致人均耕地面積不斷萎縮，人口大量涌入城市會(huì)造成住宅和各種配套設(shè)施緊張，使得建筑面積持續(xù)擴(kuò)大.人口作為生產(chǎn)的組織者和產(chǎn)品的主要消費(fèi)者，其生產(chǎn)活動(dòng)、消費(fèi)習(xí)慣、素質(zhì)水平在很大程度上影響著各種土地利用類型間的變化和相互轉(zhuǎn)化，這種影響重要而復(fù)雜，難以進(jìn)行具體描述和量化.因此，人口因素與耕地、發(fā)展用地的關(guān)系表現(xiàn)在關(guān)聯(lián)度上并非特別顯著.

3.4.3 財(cái)政稅收等制度政策因素

在制度和政策方面，沈陽(yáng)市都擁有良好的外部發(fā)展條件和自身發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì).這些政策和戰(zhàn)略能夠更好地引導(dǎo)沈陽(yáng)市的發(fā)展，加速經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程，發(fā)展過(guò)程中所遇到的人地矛盾、人與自然的矛盾也會(huì)逐步得到改善，進(jìn)而改變土地利用方式和結(jié)構(gòu)、效益.但也應(yīng)看到，制度政策的影響力具有一定的滯后性，它對(duì)土地利用的影響往往在一段時(shí)間后才逐漸明顯，因此顯著性不如國(guó)內(nèi)貿(mào)易等因素對(duì)兩者的影響.

3.4.4 建筑業(yè)狀況、國(guó)內(nèi)貿(mào)易和金融因素

建筑業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是人民生產(chǎn)生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ).建筑業(yè)與耕地、發(fā)展用地的關(guān)系較為密切，平均關(guān)聯(lián)度接近0.75.從關(guān)聯(lián)度大小來(lái)看，建筑業(yè)增加值、竣工面積與發(fā)展用地的關(guān)系較耕地更為密切，竣工面積與耕地的關(guān)系較建筑業(yè)增加值更為緊密.與其他因素相比，社會(huì)消費(fèi)品總額、本外幣存款余額與耕地、發(fā)展用地的關(guān)聯(lián)度最高，平均關(guān)聯(lián)度均為0.785.社會(huì)消費(fèi)品總額是反映經(jīng)濟(jì)狀況的重要指標(biāo)，金融業(yè)則是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表，它們分別體現(xiàn)出人民的消費(fèi)實(shí)力和潛在消費(fèi)能力.與財(cái)政稅收、人口等因素相比，兩者在反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r方面更為及時(shí)有效.市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，城市土地利用集約化不斷推進(jìn)，土地利用結(jié)構(gòu)和布局隨之改變，因此，社會(huì)消費(fèi)品總額和本外幣存款余額對(duì)耕地、發(fā)展用地具有極其重要的影響.

4 結(jié)論

(1)沈陽(yáng)的耕地在空間分布上仍占主導(dǎo)，但面積不斷萎縮；城鎮(zhèn)用地不斷擴(kuò)展，在沈陽(yáng)市區(qū)、遼中縣和法庫(kù)縣最為明顯；道路交通用地不斷增加，路網(wǎng)密度變大的同時(shí)，林地覆蓋在山地丘陵地區(qū)顯著提高.

(2)耕地是土地利用中最大的轉(zhuǎn)出類，耕地主要轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地、林地和道路交通用地；耕地與林地、水域、城鎮(zhèn)用地間的相互轉(zhuǎn)化較為明顯；城鎮(zhèn)用地不僅是耕地的轉(zhuǎn)入類型，還由道路交通用地等土地利用類型轉(zhuǎn)化.

(3)耕地比重以最快的速度不斷下降，而城鎮(zhèn)用地和道路交通用地比重不斷增加，但各土地利用類型變化率趨?。簧蜿?yáng)土地利用變化總面積約近3 788 km2，約占總面積的30%；土地利用變化面積比重方面，耕地、城鎮(zhèn)用地和道路交通用地變化劇烈.

(4)與耕地相比，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的驅(qū)動(dòng)因子與發(fā)展用地的關(guān)系更為密切；發(fā)展用地與本外幣存款余額、建筑業(yè)增加值、社會(huì)消費(fèi)品總額的關(guān)聯(lián)度最高，而耕地則與城市居民人均消費(fèi)性支出、農(nóng)村居民人均消費(fèi)性支出、社會(huì)消費(fèi)品總額的關(guān)系最為密切.