2001—2016年徐州市區(qū)土地利用類型時空演變

曹澤強 朱笑笑 周 立

(1. 江蘇海洋大學 測繪與海洋信息學院, 江蘇 連云港 222002; 2. 中國礦業(yè)大學 環(huán)境與測繪學院, 江蘇 徐州 221000)

0 引言

土地利用類型及其演變特征是景觀生態(tài)學研究的核心內(nèi)容和熱點問題,對揭示人類活動與生態(tài)環(huán)境演變之間的關(guān)系具有重要意義[1]。自20世紀70年代以后,國外學者開始從定量角度對土地利用類型進行分析[2-4]。20世紀80年代,我國開始引入土地利用類型的概念和分析方法,自此景觀生態(tài)學得到廣泛的研究和應用,并取得長足進展[5-7]。隨著城市化進程的明顯加快,城市用地規(guī)模不斷擴展,深入、系統(tǒng)地研究城市土地利用類型演化及其生態(tài)效應,對于合理規(guī)劃城市發(fā)展、優(yōu)化城市地域格局具有重要意義[8-10]。

本文基于遙感技術(shù)研究2001—2016年徐州市區(qū)土地利用類型的時空變化,獲取研究年限內(nèi)徐州市區(qū)土地利用類型的變化趨勢,評價該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。分析促使徐州市區(qū)土地利用類型變化的原因,力求在實踐上為徐州市土地利用規(guī)劃提供有效決策支持。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

徐州地處江蘇省西北部,京杭大運河從中穿過,隴海、京滬兩大鐵路干線在徐州交會,區(qū)位優(yōu)勢十分明顯,素有“五省通衢”之稱[11]。

考慮到時間、精度以及成本等問題,以3年為間隔,選取2001—2016年的Landsat衛(wèi)星遙感影像,其中2001年、2004年、2007年以及2010年的是TM影像,2013年及2016年的是OLI影像,本文所研究的區(qū)域數(shù)據(jù)列于表1。

表1 研究區(qū)域數(shù)據(jù)列表

1.2 研究方法

本文的研究技術(shù)路線見圖1。

圖1 研究路線圖

通過自然真彩色與標準假彩色波段組合進行目視解譯,運用基于CART(Classfication And Regression Tree)算法的決策樹分類方法對圖像進行監(jiān)督分類。然后利用混淆矩陣評價分類后圖像的精度,參考制圖比例尺為1∶2 300的徐州天地圖選取驗證樣本集,采用混淆矩陣中總體精度以及Kappa系數(shù)兩個因子對分類結(jié)果進行檢核。

由表2可知各類分類圖像的總體精度均達到90%以上,并且Kappa系數(shù)均大于0.9,說明利用CART決策樹進行圖像分類精度較高,結(jié)果可靠。

表2 徐州市區(qū)分類精度評價

2 土地利用類型時空變化解析

2.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣解析

利用ArcMap10.2以及excel,根據(jù)各年土地利用數(shù)據(jù)計算研究區(qū)域相應年份的土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣,具體結(jié)果見表3至表8。

表3 2001(列)—2004年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表4 2004(列)—2007年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表5 2007(列)—2010年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表6 2010(列)—2013年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表7 2013(列)—2016年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表8 2001(列)—2016年(行)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 單位:104 m2

表9 2001—2016年土地利用類型動態(tài)度

由上述表格可知：2001—2016年，徐州市區(qū)耕地面積減少17.066 3 km2，建筑用地增加7.010 4 km2，水體減少26.631 3 km2，林地增加15.753 1 km2，草地增加9.566 1 km2，未利用地增加11.367 9 km2。2001—2004年，徐州市區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體良好。2004—2007年，徐州市推行“2+6+15”(兩個中心、六個組團、十五個功能聚集區(qū))的空間布局體系，并將新城區(qū)中心設(shè)置在云龍區(qū)。因此新城區(qū)建設(shè)致使建筑用地面積大幅增加，不同程度上侵占耕地與林地用地，致使環(huán)境質(zhì)量下降。2007—2010年，徐州市致力于打造森林生態(tài)城市以及繼續(xù)推進退耕還林政策，因此市區(qū)森林植被覆蓋率大大提高，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升。2010—2016年，因城市擴張以及云龍湖山體酒店的興建，耕地景觀大面積轉(zhuǎn)化為建筑用地，徐州的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。

2.2 土地利用動態(tài)度解析

土地利用類型動態(tài)度指某一研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)土地利用類型的數(shù)量變化,其表達式為:

(1)

式中，Y為研究期內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度;Na、Nb為初期及末期的某一土地利用類型的數(shù)量;T為研究的時長,單位為年。詳見表9。

耕地和建筑用地:耕地類型在2004—2007年變化最為劇烈,主要轉(zhuǎn)出到建筑用地。建筑用地在城市擴張過程中,因拆遷問題,在2001—2013年,變化最為劇烈。

水體:水體景觀因季節(jié)變化及被其他景觀侵占等,為土地利用慢速變化型。

林地和草地:2007—2010年,因推行森林生態(tài)城市戰(zhàn)略,徐州市區(qū)草林地面積大幅增加,各景觀類型之間連通度增加,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升。二者變化極為顯著,為慢速變化型。

未利用地:2004—2007年為慢速變化型,在2007—2010年以及2013—2016年為極緩慢變化型。

3 結(jié)束語

本文研究表明，自2001—2016年，徐州市區(qū)耕地總體減少17.066 3 km2，減少面積占徐州市區(qū)總面積的2.98%。建筑用地增加7.010 4 km2，占總面積的1.22%。水體減少26.631 3 km2，占總面積的4.65%。林地增加15.753 1 km2，占總面積的2.75%。草地增加9.566 1 km2，占總面積的1.67%。未利用地增加11.368 0 km2，占總面積的1.98%。2001—2004年，因退耕還林政策的推進，林地面積增加，徐州市區(qū)景觀多樣性較高，且各景觀類型分布較均勻，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。2004—2007年，因新城區(qū)建設(shè)，建筑用地侵占草林地等景觀類型面積，導致市區(qū)景觀破碎度增加，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。2007—2010年，因推行森林生態(tài)城市戰(zhàn)略，徐州市區(qū)草林地面積大幅增加，各景觀類型之間連通度增加，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升。2010—2016年，因城市擴張以及云龍湖山體酒店的興建，耕地景觀大面積轉(zhuǎn)化為建筑用地，徐州的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。

徐州市區(qū)未來規(guī)劃一方面應繼續(xù)健全耕地保護政策,深化建設(shè)森林生態(tài)城市的戰(zhàn)略,結(jié)合徐州周圍山川形勝,通過設(shè)置生態(tài)敏感區(qū)、自然保護區(qū)、生態(tài)控制區(qū),構(gòu)建一個生態(tài)效益高、景觀效果好的發(fā)展格局框架;另一方面應構(gòu)建完善的城鄉(xiāng)空間布局結(jié)構(gòu),整合村鎮(zhèn)建設(shè)用地,優(yōu)化資源配置,加大用地集約力度以及提高土地利用率,改善設(shè)施條件和生態(tài)環(huán)境。