基于GIS的城郊結(jié)合帶土地利用覆被變化研究

趙澤平 張凱瑞 陳紅鳳 徐偉青 向婉婷 曹瀚文

摘要：土地利用覆被變化是保護農(nóng)田、耕地等實踐應用工作的基礎，充分認識和了解城郊結(jié)合帶土地利用覆被分類變化對提高土地空間資源利用率具有重要意義。該文通過GIS提取武漢市城郊結(jié)合帶（黃陂區(qū)）的土地利用覆被數(shù)據(jù)，對比剖析了2000、2005、2010、2015和2018年五個時期的土地利用遙感影像，并分析了人口、城鎮(zhèn)化率、社會經(jīng)濟等對土地利用覆被變化的影響。結(jié)果表明：1）2000-2018年間，黃陂區(qū)土地覆被類型波動較大，耕地面積逐年減少，建設用地面積逐年增大;2）2015-2018年間，草地面積先下降后上升，水域面積變化幅度微弱，保持相對穩(wěn)定;3）林地和未利用地基數(shù)較小，變化幅度不明顯。社會經(jīng)濟的快速發(fā)展給土地利用覆被分類帶來了諸多變化，政府對于建設用地的投入和支持明顯加大，因此建設用地的相關(guān)標準得到了改善。

關(guān)鍵詞：土地利用;覆被;城郊結(jié)合帶;GIS;土地利用分類

土地利用覆被/分類是土地利用中基礎的技術(shù)實踐應用工作，可為土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地資源開發(fā)、監(jiān)測和控制等方面提供理論依據(jù)，為土地管理和相關(guān)部門提供土地利用相關(guān)信息，有助于土地資源可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著我國快速城市化，人類的活動范圍、活動程度逐年加大，土地資源的開發(fā)利用問題逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。

近20年來，國內(nèi)外已有較多學者對土地利用分類進行研究和分析，其中李亦佳等學者運用數(shù)理統(tǒng)計，空間分析和GIS等方法對南昌市1995-2015年的土地利用時空變化以及驅(qū)動因素進行了分析[2];周霞等用動態(tài)模型來揭露了咸寧市2005-2015年間的土地覆被變化的相關(guān)特征，并對其相關(guān)的動力因素進行總結(jié)[3];陳義菁等根據(jù)遙感圖像數(shù)據(jù)制作土地利用專題圖并對比分析重慶市北碚區(qū)土地利用類型變化，探索出影響土地利用分類變化的原因[5]。目前土地利用/覆被分類變化的研究多偏重于經(jīng)濟發(fā)展較快的大型城市，而對于快速發(fā)展的特大城市下的城郊結(jié)合帶的研究相對較少。

本研究以武漢市城郊結(jié)合帶——黃陂區(qū)2000、2005、2010、2015和2018年五個時期的土地利用遙感影像數(shù)據(jù)為研究對象，結(jié)合當?shù)厝丝凇⒊擎?zhèn)化以及社會經(jīng)濟等因素對武漢市黃陂區(qū)的土地利用變化的影響，分析了城郊結(jié)合帶土地覆被變化的驅(qū)動因素。本研究有助于合理優(yōu)化土地空間利用和科學調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局，可為未來土地規(guī)劃等工作提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黃陂區(qū)地處長江中下游北岸，位于平原向丘陵多山地勢過渡帶，地理位置跨越114°09′- 114°39′E，30°40′-31°22′N，研究區(qū)內(nèi)有低山區(qū)、丘陵區(qū)、崗狀平原區(qū)和濱湖平原區(qū)的四種地貌，形成全境“三分半山，一分半水，五分田”的格局[5]。區(qū)內(nèi)光照條件充分，雨水充盈，地理條件優(yōu)越，非常適宜農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

隨著近幾年中心城區(qū)——武漢的發(fā)展，黃陂區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市化水平明顯提高，建設用地大幅擴張。根據(jù)黃陂區(qū)2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[8-9]可知，黃陂區(qū)2018年的GDP年增長率達到了17.1%，城市化水平增至18.2%，建設用地率為0.354‰，人均建設用地面積為0.71m2，人均耕地面積478.26m2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用覆被相關(guān)數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心，遙感地圖信息數(shù)據(jù)源主要是Landsat TM影像，在Landsat TM數(shù)據(jù)無法覆蓋或質(zhì)量較差的區(qū)域，使用資源三號衛(wèi)星影像和GoogleEarth影像等數(shù)據(jù)進行補充，以提高判讀和制圖精度[6-7]。在ArcGIS中進行數(shù)據(jù)提取、裁剪等步驟，得到黃陂區(qū)空間分辨率為30m×30m的2000、2005、2010、2015和2018年的土地利用覆被數(shù)據(jù)。結(jié)合研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)特征，將土地利用覆被分為6類：耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。

1.3 研究方法

土地類型的判別利用Lansat ETM+遙感圖像的光譜、紋理和色調(diào)等信息，經(jīng)專家識別，結(jié)合地形圖目視解譯而成，采用空間疊加分析、土地利用動態(tài)度分析、空間轉(zhuǎn)移矩陣等方法[4]分析土地覆被變化及其空間分布規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

通過分析各時期的土地覆被類型和特征可知，在武漢市黃陂區(qū)分布最廣的是林地和耕地，草地和未利用地在武漢市黃陂區(qū)的分布比較少;土地利用類型發(fā)生了較大變化，其中耕地的降低最為顯著，建設用地面積持續(xù)快速增長，林地和水域的變化程度較小。經(jīng)過空間疊加分析得到黃陂區(qū)各時期土地利用面積變化趨勢和強度，結(jié)果見表1、圖1和圖2。

（1）2000-2005年，研究區(qū)的水域、林地、建設用地范圍相對擴大，草地、耕地、未利用地范圍相對縮小，且耕地的下降速率最大，反映了當?shù)卣畬ν烁€林政策的實施十分到位，表明國家對土地利用相關(guān)問題在逐漸重視和改善。

（2）2005-2010年，研究區(qū)的林地、耕地、草地和水域的范圍相對下降了，建設用地以及未利用地的范圍有所增長，而建設用地的增長最顯著，增加了53.80 km2，建設用地面積占整體的5.40%;耕地的降幅最為明顯，降低了46.86km2，耕地面積占總面積的61.45%。這說明由于國家退耕還林政策的大力推進，耕地面積大幅減少，與此同時，城市的擴張和發(fā)展加速了建設用地的利用，使建設用地大幅增加。

（3）2010-2015年，研究區(qū)的建設用地的范圍擴大了，而耕地、草地、林地、水域的范圍均有所縮小。耕地面積減少了20.31km2，仍占總體的60.55%;建設用地面積增加25.66 km2后占總體的6.54%。反映了當?shù)亟ㄔO用地的規(guī)模調(diào)整模式是通過占用耕地的面積來促進農(nóng)民住宅向集鎮(zhèn)、中心村集中，以此促進了當?shù)氐陌l(fā)展進程。

（4）2015-2018年，研究區(qū)的林地、草地、建設用地和未利用地范圍保持穩(wěn)定并有一定地相對增長，耕地和水域范圍有所縮小，反映了當?shù)卣畬ο嚓P(guān)土地保護政策的有效落實。按照相關(guān)政策標準的要求，實行土地的保護和防護措施，由主管部門進行管控，因此使林地和草地得到了保護，在三年間面積保持穩(wěn)定。

（5）2000-2018年，總體來說，研究區(qū)的土地覆蓋類型在18年間發(fā)生顯著改變，林地、耕地、草地和水域范圍都相對縮小了，而建設用地和未利用地在增長;其中建設用地的擴張最顯著，18年間擴大了106.75 km2，截至2018年由總體的2.73%增長至7.48%;耕地的下降最為顯著，18年間面積減少了97.16 km2;現(xiàn)占總體的59.80%;水域以及未利用地的改變較小。城市的快速擴張導致耕地數(shù)量大幅減少，人地矛盾進一步加大。相比較而言，研究區(qū)對建設用地的投入力度明顯加大，但建設用地并不能高效運轉(zhuǎn)，且產(chǎn)出效益比較低。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文以武漢市黃陂區(qū)作為研究對象，黃陂區(qū)在2000-2018年間土地覆被結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大改變，主要的土地利用類型是耕地、水域、林地和建設用地，其中耕地、水域、林地和草地的范圍在縮小，18年間分別縮小了97.16 km2、1.24 km2、6.31 km2、2.28 km2，建設用地范圍卻大幅增長了106.75 km2，未利用地范圍增長了0.31 km2。

對比五期土地覆被類別空間分布圖的發(fā)展趨勢可知，五期的耕地和建設用地的發(fā)展趨勢相對保持穩(wěn)定，耕地在持續(xù)降低，而建設用地卻持續(xù)上升，耕地自2000年后就一直呈持續(xù)下降狀態(tài)，五期耕地縮小的面積與建設用地所增加的面積大致相等，說明新增城鎮(zhèn)建設用地的主要來源是耕地;草地由最初下降狀態(tài)在2015-2018階段轉(zhuǎn)為上升狀態(tài)，表明國家的退耕還林還草的政策正在大力推行和實施，且已發(fā)揮了一定作用。水域和林地雖總體變化不大，面積卻在2000-2005年間上升但在2005年以后轉(zhuǎn)為下降趨勢，水域面積的變化與黃陂區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)。鑒于黃陂區(qū)有大量的水域面積，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，2005年之前為促進該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，政府大力促進養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，促使了水域面積的增加。此后，水域面積開始減少，是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境造成破壞，黃陂區(qū)大量水域污染，政府為保護生態(tài)環(huán)境開始減少水產(chǎn)養(yǎng)殖，因此水域面積沒有發(fā)生太大的變化。林地與水域也有不同，林地面積在2015年以后略有上升，一方面是國家退耕還林的政策，另一方面也是政府對環(huán)境保護的力度加大。另外未利用地的變化趨向并不明顯，保持著相對穩(wěn)定。

3.2 建議

建設用地的擴張要在適應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要下進行，黃陂區(qū)建設用地的面積隨其經(jīng)濟發(fā)展而增長，而城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢更強，使建設用地的利用率不高，所以在保證建設用地規(guī)劃和態(tài)勢相對穩(wěn)定的條件下，進一步改善城鎮(zhèn)利用空間，發(fā)揮資源優(yōu)勢，提升和優(yōu)化土地資源利用效率。

耕地是國之根本，耕地保護的責任很重，需要進一步改善農(nóng)田的布局，推動農(nóng)田資源合理利用，優(yōu)先保護優(yōu)質(zhì)耕地，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。黃陂區(qū)的戰(zhàn)略備用土地不足，以致全區(qū)耕地后備資源分布零散，開發(fā)難度大，迫切需要實施耕地保護政策。而且全區(qū)的環(huán)境保護工作需要加強，城鄉(xiāng)結(jié)合帶的環(huán)境保護設施配備不健全，污染嚴重，易使生態(tài)發(fā)生破壞，需要加強管理。

參考文獻

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