2010—2020年徐州市土地利用/覆蓋時(shí)空變化分析

王 燕，戴 燁，賈聰慧，譚云薈，孫 萌，李 賀

（江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116）

0 引言

土地作為一種人類賴以生存的不可再生資源，是人類生產(chǎn)和生活中最基本的物質(zhì)資料[1]。土地是國家發(fā)展的基礎(chǔ)，關(guān)系到人民、社會(huì)以及國家的發(fā)展[2]。土地利用/覆蓋變化（LUCC）是由人類活動(dòng)所引起陸地表面發(fā)生的變化[3]。隨著城市化進(jìn)程加快，城市化過程中對(duì)土地資源的需求不斷增加，再加上人口增長(zhǎng)和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，土地資源日益緊缺，由此合理利用土地資源成為研究熱點(diǎn)[4]。90年代以來，人們對(duì)土地利用/覆蓋變化的研究，進(jìn)入了一個(gè)新階段，在人類活動(dòng)的同時(shí)，人為地破壞和干擾土地的事件越來越嚴(yán)重[5]。如何合理有效地解決城市發(fā)展與土地資源的矛盾，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前人類的一個(gè)重要研究課題[6]。而對(duì)土地資源的合理利用將關(guān)乎到人類的生產(chǎn)生活，土地利用應(yīng)該與城市生態(tài)平衡協(xié)調(diào)發(fā)展，踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念[7]。

20世紀(jì)90年代，徐州市煤炭資源逐漸枯竭，加之城市化進(jìn)程以及人地矛盾逐漸突出，城市用地需求和生態(tài)環(huán)境壓力日趨增大，城市發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[8]。徐州作為一座資源型城市，是重要的工業(yè)、能源基地，工業(yè)化程度高[9]。目前徐州市正處于工業(yè)化階段，城市化加快，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展[10]。在城市發(fā)展進(jìn)程中對(duì)自然資源進(jìn)行不斷開發(fā)，導(dǎo)致城市土地利用類型和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，局部地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)問題，煤炭開采過度導(dǎo)致塌陷，造成土地破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著城市可持續(xù)發(fā)展[11]。因此，本研究對(duì)徐州市的土地利用/覆蓋的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定量化研究，為徐州市土地利用的規(guī)劃與實(shí)施提供一定基礎(chǔ)[12]。一方面可以為徐州市未來城市規(guī)劃及管理等提供基礎(chǔ)研究，另一方面也為實(shí)現(xiàn)淮海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的、有效的理論保障。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

徐州，古稱“彭城”，地處蘇、魯、豫、皖四省交界處，素有“五省通衢”之稱。是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市，連接?xùn)|西，貫通南北，地處重要的十字路口，是全國重要的交通樞紐城市。地勢(shì)以平原為主，海拔在30米至50米之間。中東部有些許山地和丘陵。徐州屬于溫帶季風(fēng)氣候，冬暖夏涼，四季分明，雨量適中。煤炭豐富，是我國重要的煤炭產(chǎn)地。也是全國重要的能源基地和工業(yè)基地。2020年，全市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）7 319.77億元，比上年增長(zhǎng)3.4%[13]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于30米全球地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30（http://www.globallandcover.com.），這 是 我國研制開發(fā)的30米空間分辨率全球地表覆蓋數(shù)據(jù)。GlobeLand30提供的土地覆蓋數(shù)據(jù)共包括10個(gè)一級(jí)類型，分別是：耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪。GlobeLand30數(shù)據(jù)研制所使用的分類影像主要是30米多光譜影像，包括美國陸地資源衛(wèi)星（Landsat）的TM5、ETM+、OLI多光譜影像和中國環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星（HJ-1）多光譜影像，2020版數(shù)據(jù)還使用了16米分辨率高分一號(hào)（GF-1）多光譜影像。2010年數(shù)據(jù)的總體精度為83.50%，Kappa系數(shù)0.78。2020年數(shù)據(jù)的總體精度為85.72%，Kappa系數(shù)0.82?；?010年和2020年徐州市2期土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，徐州市土地覆蓋類型分為耕地、人造地表、林地、草地、濕地、水體和裸地7種類型。

2 研究方法

2.1 土地利用變化幅度

土地利用變化幅度是指在一定時(shí)期內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)各地類的面積變化幅度。通過研究區(qū)域內(nèi)各地類面積的變化情況，可反映研究區(qū)土地利用變化情況及總的變化趨勢(shì)[14]。計(jì)算公式如下：

式中，Ui為研究時(shí)段內(nèi)某一類型土地利用變化幅度；Uia、Uib分別為土地利用類型的數(shù)量初期和末期的面積。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是根據(jù)一地區(qū)不同時(shí)相遙感影像的變化，求得一個(gè)二維矩陣[15]，見表1。對(duì)轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行分析，能夠得到2個(gè)時(shí)相，不同的土地類型之間相互轉(zhuǎn)換?？梢匀媪私馔恋乩米兓傮w趨勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)的改變[16]。

表1中[17]，行T1表示上一時(shí)相；列T2表示下一時(shí)相；A1至An表示n種不同的土地覆蓋類型；P為面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化幅度分析

如圖1和圖2所示，2010—2020年徐州市各地類均發(fā)生明顯變化。其中耕地和人造地表面積增幅變化較大。對(duì)比兩期的土地覆蓋的遙感數(shù)據(jù)，土地覆蓋類型發(fā)生了較大的變化，主要表現(xiàn)為耕地減少，人造地表增加（表2）。

表2 徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋面積變化及變化幅度

圖1 徐州市2010年土地利用/覆蓋圖

圖2 徐州市2020年土地利用/覆蓋圖

3.1.1 土地覆蓋類型的變化量：2010—2020年，耕地面積比2010年減少856.95平方千米；其次為人造地表，比2010年增加804.94平方千米。其他各地類的變化量：林地增加9.60平方千米；草地增加1.47平方千米；濕地增加4.79平方千米；水體增加37.23平方千米；裸地減少1.08平方千米。

3.1.2 土地覆蓋類型變化幅度：2010—2020年土地覆蓋類型變化幅度最大的為耕地，比2010年減少7.69%；其次為人造地表，比2010年增加7.22%。其他各地類的變化幅度：林地增加0.09%；草地增加0.01%；濕地增加0.04%；水體增加0.33%；裸地減少0.01%。

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

利用GIS軟件，通過對(duì)2010年和2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，得到徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋類型之間的相互轉(zhuǎn)移關(guān)系（表3）。從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可知，耕地的持續(xù)減少并大多轉(zhuǎn)化成了人造地表；人造地表的增加主要由耕地、草地及水體等類型的用地減少再改變利用方式形成的。

表3 徐州市2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

耕地的變化從結(jié)構(gòu)上來說主要是耕地與人造地表之間的相互轉(zhuǎn)化，從數(shù)量上來說主要是耕地的轉(zhuǎn)出（圖3），轉(zhuǎn)移成人造地表。這十年間，耕地轉(zhuǎn)移成人造地表的面積為1 022.82平方千米，而人造地表轉(zhuǎn)移為耕地的只有236.34平方千米。剩余轉(zhuǎn)移關(guān)系中，耕地有7 654.56平方千米未發(fā)生轉(zhuǎn)移，有26.24平方千米轉(zhuǎn)出為草地，14.92平方千米轉(zhuǎn)出為林地，0.09平方千米轉(zhuǎn)出為裸地，95.78平方千米轉(zhuǎn)出為水體，7.48平方千米轉(zhuǎn)出為濕地。2020年耕地由草地、林地、人造地表、裸地、水體、濕地轉(zhuǎn)入而來的面積分別為8平方千米、3.49平方千米、236.34平方千米、0.04平方千米、61.38平方千米和0.05平方千米，耕地的整體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出。

圖3 徐州市2010—2020年土地覆蓋轉(zhuǎn)移比例

人造地表的變化主要是各類型土地大量轉(zhuǎn)入，主要是耕地轉(zhuǎn)入為人造地表。這十年間，人造地表有1 652.95平方千米未發(fā)生轉(zhuǎn)移，有3.54平方千米轉(zhuǎn)出為草地，236.34平方千米轉(zhuǎn)出為耕地，0.49平方千米轉(zhuǎn)出為林地，3.86平方千米轉(zhuǎn)出為水體，0.25平方千米轉(zhuǎn)出為濕地。2020年人造地表由草地、耕地、林地、裸地、濕地、水體轉(zhuǎn)入而來的面積為16.48平方千米、1022.82平方千米、2.77平方千米、0.77平方千米、0.01平方千米、7.15平方千米，人造地表的整體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)入。

草地、林地、裸地、水體轉(zhuǎn)移變化較小。草地與林地之間的轉(zhuǎn)移數(shù)量基本持平，草地轉(zhuǎn)出為人造地表的部分由耕地的轉(zhuǎn)入進(jìn)行補(bǔ)充；林地少量轉(zhuǎn)出為草地，主要由草地與耕地轉(zhuǎn)入；裸地主要轉(zhuǎn)出為草地、人造地表、以及水體，轉(zhuǎn)入來源為草地；水體轉(zhuǎn)出中有61.38平方千米為耕地，而耕地轉(zhuǎn)入為水體的部分更多，有95.78平方千米；濕地主要轉(zhuǎn)出為水體，主要轉(zhuǎn)入來源為耕地與水體。

總體來說，各用地類型之間的轉(zhuǎn)移是復(fù)雜多變的，2010年某一類型轉(zhuǎn)出為多個(gè)類型，2020年的每一個(gè)類型也由多個(gè)類型轉(zhuǎn)入。在徐州市2010年和2020年之間土地覆蓋轉(zhuǎn)移比例中，轉(zhuǎn)化為人造地表和水體的比例較大。此外，林地、裸地、濕地和水體也較大比例轉(zhuǎn)化為草地、草地、水體和耕地。在2010—2020年間林地、草地、濕地、水體等土地覆蓋類型有一定程度的增加。而城市建設(shè)擴(kuò)張過程中，某種程度上也會(huì)造成對(duì)城市建成區(qū)周邊耕地、裸地等土地利用類型的占用。

3.3 空間變化分析

為方便研究，將徐州市的泉山區(qū)、鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、賈汪區(qū)和銅山區(qū)這5個(gè)行政區(qū)合并為徐州市主城區(qū)。

徐州市在2010—2020年土地利用/覆蓋變化主要集中在耕地的減少以及人造地表的增加（圖4）。耕地減少最明顯的地方在徐州主城區(qū)，豐縣、沛縣、新沂市、邳州市以及睢寧市中心區(qū)域也存在減少，但新沂市西南部分耕地有一定的增加；林地變化較少，主要是在銅山區(qū)有一定的增加；草地在主城區(qū)以及睢寧市存在減少；濕地主要是賈汪區(qū)內(nèi)有明顯增加，這是采煤塌陷地修復(fù)工程帶來的變化，而邳州市濕地有輕微減少；水體的變化廣泛分布于徐州市各區(qū)縣，徐州市主城區(qū)和新沂市以減少為主，豐縣、沛縣、邳州市和睢寧縣以新增為主；人造地表是以增加為主，分布于主城區(qū)和各區(qū)縣的中心區(qū)域；裸地面積較少，變化不明顯，主要分布于銅山區(qū)和賈汪區(qū)。

圖4 徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋類型變化

4 討論

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)化程度不斷加深，城市建設(shè)總是不可避免地占用耕地資源[18]，導(dǎo)致全國各地可用耕地面積大幅度下降，因此守好18億畝耕地紅線，準(zhǔn)確掌握土地資源狀況，對(duì)土地資源進(jìn)行合理利用和有效保護(hù)日益重要。想要達(dá)到合理高效利用現(xiàn)有土地資源的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在不妨礙當(dāng)前發(fā)展的情況下，最大限度地發(fā)揮各類型土地的利用價(jià)值。

（1）徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋變化表現(xiàn)出來的耕地減少以及人造地表的增加與我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)、城市不斷擴(kuò)張這種大趨勢(shì)有關(guān)?？筛鶕?jù)各土地利用類型的變化規(guī)律及趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求以及生態(tài)要求，因地制宜確定符合本地區(qū)可持續(xù)發(fā)展道路的土地利用方向和規(guī)劃[19]，從而實(shí)現(xiàn)土地資源的合理分配及高效利用。

（2）耕地與人造地表的相互轉(zhuǎn)移，與國土資源部提出“保經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、保耕地紅線”行動(dòng)，有一定的相關(guān)性。從耕地與人造地表相互轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)上來看，徐州政府盡可能保持耕地資源的占補(bǔ)平衡，但從轉(zhuǎn)移數(shù)量以及結(jié)果上來說，并沒有完全達(dá)到占補(bǔ)平衡，人造地表轉(zhuǎn)出為耕地遠(yuǎn)少于耕地轉(zhuǎn)出為人造地表。應(yīng)該切實(shí)加強(qiáng)耕地保護(hù)，結(jié)合各地區(qū)具體情況，劃分出基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，對(duì)優(yōu)質(zhì)農(nóng)田加大保護(hù)力度，盡可能保持耕地資源占補(bǔ)平衡，緩解耕地壓力[20]。

（3）面對(duì)城市化進(jìn)程對(duì)建設(shè)用地以及人造地表不斷增加的需求，以及大幅度增加的人造地表，應(yīng)盡可能地充分發(fā)揮不同地塊的區(qū)位優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行建設(shè)用地開發(fā)，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[21]，將閑置未利用土地以及各類劣地進(jìn)行綜合利用，最大程度發(fā)揮每一部分土地的價(jià)值，進(jìn)而提高土地利用效率，同時(shí)也要對(duì)人造地表進(jìn)行合理把控，控制其用地規(guī)模。

（4）對(duì)于草地、林地、水體以及濕地，應(yīng)著重保護(hù)生態(tài)環(huán)境，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)對(duì)生態(tài)環(huán)境有重要意義的天然林地、濕地等，建立自然保護(hù)區(qū)，將必要的退耕還湖、退耕還林盡快納入規(guī)劃落實(shí)[22]。在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，綜合規(guī)劃開發(fā)利用各類土地，不斷擴(kuò)大城市綠化面積，提高城市綠化水平。5結(jié)論

本文以徐州市為研究區(qū)域，基于兩期30米全球地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30數(shù)據(jù)對(duì)徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋變化進(jìn)行分析研究。通過分析兩期土地覆蓋數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

（1）徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋變化主要表現(xiàn)為耕地的減少和人造地表的增加。耕地面積2010年為8 813.55平方千米，占總面積的79.08%，在2020年面積為7 956.6平方千米，占總面積71.39%。其面積在2010—2020年減少了856.95平方千米，減少7.69%。人造地表面積2010年為1 903.32平方千米，占總面積的17.08%，在2020年面積為2 708.26平方千米，占總面積24.30%，其面積在2010—2020年增加了804.94平方千米，增加了7.22%。

（2）徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋類型之間的轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為由耕地轉(zhuǎn)移為人造地表，轉(zhuǎn)移面積為1 022.82平方千米。在土地覆蓋轉(zhuǎn)移比例中，人造地表和水體占較大比例。

（3）徐州市2010—2020年土地利用/覆蓋空間變化主要集中在主城區(qū)，其他各區(qū)縣也有變化。

由于城市化進(jìn)程不斷加快，城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人地矛盾日益突出。準(zhǔn)確掌握各用地類型變化規(guī)律及趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)律，因地制宜確定符合可持續(xù)發(fā)展要求的土地利用方向，從而實(shí)現(xiàn)土地資源的合理分配與高效利用對(duì)于城市未來的發(fā)展尤為重要。在未來城市的發(fā)展過程中，還需要著重關(guān)注對(duì)耕地、草地、林地等的保護(hù)，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展[23]。本文對(duì)于準(zhǔn)確掌握2010—2020年徐州市土地利用/覆蓋時(shí)空變化、各土地利用類型之間的數(shù)量以及結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移具有重要作用，而結(jié)合當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，探究這種土地利用/覆蓋變化背后的內(nèi)在機(jī)理，這或許是今后研究的重要方向。