2005—2016年衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

賀秋華 史玲 肖雪

摘 要：快速發(fā)展的都市地區(qū)是區(qū)域土地利用變化的熱點(diǎn)區(qū)域。衡陽(yáng)市作為中西部地區(qū)快速發(fā)展區(qū)域，近年來(lái)土地利用發(fā)生較大變化。以衡陽(yáng)市主城區(qū)為例，基于衡陽(yáng)市主城區(qū)2005年、2012年、2016年3期遙感影像，通過(guò)GIS的空間分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)衡陽(yáng)市主城區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明：耕地面積減少最多，耕地主要轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地和水域；建設(shè)用地面積增加最多，增加速率最快，主要是對(duì)耕地的占用；土地利用綜合程度指數(shù)由2005年的290.48增加到2016年的304.46，且土地利用程度指數(shù)變化率均大于1，說(shuō)明衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用處于劇烈、快速發(fā)展階段。該變化主要和這一時(shí)期的國(guó)家政策有關(guān)。

關(guān)鍵詞：土地利用動(dòng)態(tài)變化；GIS；空間分析；衡陽(yáng)市主城區(qū)

中圖分類號(hào) F205 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）21-0093-06

Study on Dynamic Change of Land Use in Main Urban Area of Hengyang City From 2005 to 2016

He Qiuhua et al.

（College of Resource and Environmental and Safety Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China）

Abstract：Urban area with fast-speed advance is the hotspot region for the land utilization. Hengyang，the Midwestern area，has changed dramatically in land utilization. The mainland area in Hengyang was researched based on three remote sensing image of year on 2005，2012 and 2016. The dynamic change of land utilization in mainland area of Hengyang was analysed by spatial analysis of GIS and statistics functions. The result has been shown that the cultivated area reduced was the most，which transferred to forest lands，construction lands and water； construction area added and its increase rate was the most for the occupation of cultivated land. Land utilization integrated index has increased from 290.48 in 2005 to 304.66 in 2016，and its rate above 1 all，which illustrated the stage of mainland area of Hengyang. The change has closely correlated with national policy in the period.

Key words：Dynamic Change of Land Utilization；GIS；Spatial Analysis；Mainland Area of Hengyang

土地利用是人與自然交叉最為緊密的環(huán)節(jié)，其直觀反映出人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境施加的影響[1]。土地利用變化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、區(qū)域氣候、土壤、水文、生物多樣性等產(chǎn)生重大的影響[2-3]，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。當(dāng)前人類以前所未有的程度從城市、區(qū)域、國(guó)家甚至全球尺度上改變著土地利用，因此探討土地利用變化已成為當(dāng)前全球變化研究的重要領(lǐng)域[4-6]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市土地利用結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著巨大變化。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速使城市建成區(qū)范圍逐步擴(kuò)張，在一定程度上引起土地利用的不斷演變，進(jìn)而影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7]。作為自然景觀變化最明顯的區(qū)域，城市土地利用變化已成為當(dāng)前土地利用研究的熱點(diǎn)[8]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土地利用的研究主要集中在城市土地利用動(dòng)態(tài)變化及生態(tài)環(huán)境影響方面。如Valdez等[9]研究了墨西哥西北部海岸帶的濕地生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值及在經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)下導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題。Spencer等[10]研究了英國(guó)海岸地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)植被的多樣性和時(shí)空演變規(guī)律，分析其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化。Robles等[11]運(yùn)用土地利用類型轉(zhuǎn)移舉證對(duì)墨西哥西北海岸的Sinaloa區(qū)域土地利用類型空間格局變化及生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行了研究。Alphan等以土耳其地中海沿海的Erdemli鎮(zhèn)為研究對(duì)象，采用多種景觀格局指標(biāo)系統(tǒng)分析了該區(qū)域的土地利用時(shí)空變化。馬晴等[12]以遙感影像為基礎(chǔ)，運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)變化模型研究了疏勒河中下游綠洲土地利用動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制。傅穎秀等[13]通過(guò)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)等數(shù)學(xué)定量分析黑河中游典型綠洲土地利用時(shí)空變化及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。呂曉等[14]借助GIS技術(shù)求得生態(tài)服務(wù)價(jià)值量，研究了江蘇沿海地區(qū)土地利用變化及生態(tài)效應(yīng)。任秀金[15]借助馬爾科夫模型預(yù)測(cè)了德令市未來(lái)20年的土地利用演變趨勢(shì)。楊李娜[16]根據(jù)咸陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從土地利用變化的不同角度對(duì)咸陽(yáng)市土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究。以往研究區(qū)域多為海岸及河流地區(qū)，對(duì)快速城市發(fā)展地區(qū)研究較少[15-16]。

衡陽(yáng)市主城區(qū)（雁峰區(qū)、珠暉區(qū)、石鼓區(qū)、蒸湘區(qū)）總面積約為518.55km2，占全市土地總面積的3.39%，是衡陽(yáng)市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，區(qū)內(nèi)建設(shè)用地、水域、交通用地的比例和土地利用效益高于其他土地利用區(qū)。衡陽(yáng)作為快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市，2005-2016年城鎮(zhèn)率由31.58%上升至51.07%，全市GDP由541.23億元上升至2868.57億元。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展驅(qū)使主城區(qū)面積不斷擴(kuò)張，城市土地利用格局發(fā)生巨大變化，從而導(dǎo)致了諸多環(huán)境問(wèn)題，具有一定的代表性。因此系統(tǒng)研究衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用變化特征，將補(bǔ)充我國(guó)城市土地利用變化動(dòng)態(tài)研究的理論與實(shí)踐研究，可為土地利用、城市建設(shè)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策支持，也可為國(guó)內(nèi)外同類區(qū)域研究提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)選用2005、2012和2016年分辨率為30m的3期Landsat TM影像，其中Land TM遙感影像波段組成為4、3、2（RGB），以土地利用方式和覆蓋特征為主要分類依據(jù)，采用人機(jī)交互目視解譯法，以1∶1萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)為參考，應(yīng)用相關(guān)分析并綜合影像特征判定各類地物的邊界，利用ArcGIS插件，生成現(xiàn)狀土地利用專題圖（圖1）。參照《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GBT21010-2007）并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況將土地利用類型分為水田、旱地、林地、園地、水域、建設(shè)用地（包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)及其他建設(shè)用地）、未利用地7大類。以此為基礎(chǔ)，使用ArcGIS空間疊置分析功能，生成3個(gè)時(shí)間段的土地利用變化專題圖；最后通過(guò)對(duì)照GoogleEarth提供的高分辨率數(shù)據(jù)視圖并結(jié)合野外實(shí)地觀察及經(jīng)驗(yàn)知識(shí)判定地物類型并驗(yàn)證預(yù)判圖的精度[12，17]。

2 研究方法

采用方法模型有土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、單一土地動(dòng)態(tài)度、修正單一土地動(dòng)態(tài)度和土地利用程度指數(shù)模型，其中土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠直觀地反映出各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換情況以及研究期末各土地利用類型的來(lái)源與結(jié)構(gòu)[18]；單一動(dòng)態(tài)度K1可反映區(qū)域內(nèi)的土地利用類型的變化速度[19-20]；修正單一動(dòng)態(tài)度可反映出研究時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出量的動(dòng)態(tài)變化情況；土地利用綜合程度指數(shù)模型反映了土地利用程度。

2.1 修正單一土地利用動(dòng)態(tài)度 K1反映了研究初期到研究末期各土地利用類型面積變化情況，不能反映出土地利用類型轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入的雙向變化情況。修正單一動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：

[K2=（ΔU1+ΔU2）Ua+1t2-t1×100%] （1）

式中：K2為修正單一土地動(dòng)態(tài)度；t2-t1為時(shí)間間隔；U1為研究期初某一種土地利用類型的面積；△U1、△U2分別為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型面積增加、減少的絕對(duì)值。

2.2 土地利用程度指數(shù)模型 土地利用綜合程度指數(shù)模型反映了土地利用的廣度和深度，不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時(shí)也反映了人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)。劉紀(jì)遠(yuǎn)等[19]從生態(tài)學(xué)的角度提出了土地利用程度的綜合分析方法，即將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分4個(gè)，并分別賦值。其表達(dá)式為：

[La=100×i=1nAi×Ci] （2）

式中：La為研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為研究區(qū)域第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)（見(jiàn)表1）；Ci為研究區(qū)域第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；n為土地利用程度分級(jí)數(shù)。

3 土地利用變化總體特征分析

通過(guò)對(duì)衡陽(yáng)市主城區(qū)2005、2012及2016年3個(gè)時(shí)期土地利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和土地利用變化數(shù)據(jù)的分析，可以總結(jié)得出2005—2016年衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用的總體特征。

3.1 土地利用主要類型轉(zhuǎn)移分析 基于GIS軟件平臺(tái)，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)與空間分析功能，得出不同研究時(shí)段土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2～4、圖2）。據(jù)此分析，衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移情況如下：

（1）2005年各土地利用類型按面積排序?yàn)椋焊?gt;建設(shè)用地>林地>水域>未利用地>園地，2012年與2016年各土地利用類型按面積排序?yàn)椋航ㄔO(shè)用地>耕地>林地>水域>未利用地>園地。2005—2016年衡陽(yáng)市主城區(qū)面積變化總體特征為：耕地面積顯著減少；建設(shè)用地積大量增加；園地、其他土地、未利用土地面積持續(xù)減少；林地、水域地面積先增加后減少。

（2）2005—2012年期間衡陽(yáng)市主城區(qū)各類土地利用類型發(fā)生了較明顯的相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)移趨勢(shì)以耕地、建設(shè)用地和林地3者之間的相互轉(zhuǎn)化為主。2005—2016年衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用面積變化劇烈。

（3）耕地轉(zhuǎn)出面積占各種土地利用類型轉(zhuǎn)出總量之首。2005—2012年轉(zhuǎn)出9302.98hm2，占轉(zhuǎn)出總量的33.84%。2012—2016年轉(zhuǎn)出7659.01hm2，占轉(zhuǎn)出總量的30.19%。2012—2016年平均轉(zhuǎn)出速率大于2005—2012年。耕地土地利用類型轉(zhuǎn)變形式主要包括3種，一是旱地轉(zhuǎn)化為利用價(jià)值更高的水田，二是建設(shè)用地占用耕地，三是退耕還林。2005-2012年水田主要流向建設(shè)用地（包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其它建設(shè)用地）、水域和林地，三者合計(jì)占水田轉(zhuǎn)出總面積的80.48%。旱地主要轉(zhuǎn)化為水田、建設(shè)用地和林地，3者合計(jì)占旱地轉(zhuǎn)出總面積的76.77%。2012—2016年耕地轉(zhuǎn)移方向與2005—2012年大體一致。

（4）建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積最多，2005—2012年轉(zhuǎn)入面積總量為9621.85hm2，2012—2016年轉(zhuǎn)入面積為8298.68hm2，2005—2016年轉(zhuǎn)入量是轉(zhuǎn)出量的1.26倍。其主要來(lái)源于耕地與林地，說(shuō)明研究區(qū)2005—2016年間土地利用處于發(fā)展期，土地利用強(qiáng)度增大。

（5）2005—2016年林地面積先增后減，總體面積呈增加趨勢(shì)。2005—2012年，退耕還林是林地面積增加的主要原因。2012—2016年林地轉(zhuǎn)出面積增加，導(dǎo)致面積減少，主要是由于2012—2016年建設(shè)用地占用林地面積增加。

（6）未利用地變化幅度次于建設(shè)用地，2005—2016年面積減少了483.73hm2，面積占比由5.01%減少到4.01%，主要是未利用地通過(guò)生態(tài)治理轉(zhuǎn)化為耕地、林地以及開(kāi)發(fā)為建設(shè)用地。

總而言之，2005—2016年衡陽(yáng)市主城區(qū)土地利用類型變化顯著，即存在引起生態(tài)質(zhì)量改善的土地利用轉(zhuǎn)移類型（如旱地向水田，耕地向林地轉(zhuǎn)化），也存在導(dǎo)致生態(tài)質(zhì)量惡化的土地利用轉(zhuǎn)移類型（如林地向耕地，耕地、林地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化），前者是落實(shí)綜合治理和退耕還林的政策成效，后者是由于城市擴(kuò)張導(dǎo)致的。

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度分析 由表5中的傳統(tǒng)單一動(dòng)態(tài)度K1可知，2005—2016年水田、旱地、園地、未利用地均以相同速度減少，林地、水域和建設(shè)用地面積呈增加態(tài)勢(shì)，其中建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度最大為0.02%/年，其次為林地和水域。