粵北山區(qū)城市土地利用時(shí)空演變特征分析
——以云浮市為例

吳志軍，常夢(mèng)雅，蘇雪云，肖 紅

（1.廣東省測(cè)繪技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東省測(cè)繪工程有限公司，廣東 廣州 510663）

土地利用/覆被變化是自然客觀條件和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，其形成與演變過程不僅受地理自然因素制約，還越來越多地受人類改造利用行為影響[1]。城市的發(fā)展首先體現(xiàn)在土地變化上，相應(yīng)地，土地變化也能反映城市的發(fā)展水平。有限的土地資源存在內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，容易“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，使整體土地利用格局發(fā)生變化。土地資源的屬性決定了其使用范圍，由于開發(fā)成本低，平原地區(qū)的土地往往是開發(fā)的優(yōu)選。

廣東省作為沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省，省內(nèi)區(qū)域發(fā)展不平衡、不協(xié)調(diào)問題突出。云浮市位于廣東省西部，是典型的山區(qū)城市。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，截至2020 年云浮市面積占廣東省總面積的4.3%，人口占總?cè)丝诘?.9%，經(jīng)濟(jì)總量?jī)H占廣東省的0.9%，與其他城市相比，差距明顯。隨著粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的持續(xù)深入，為促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，廣東省堅(jiān)持把提高發(fā)展平衡性和協(xié)調(diào)性擺在重要位置，加快構(gòu)建形成由珠三角核心區(qū)、沿海經(jīng)濟(jì)帶、北部生態(tài)發(fā)展區(qū)構(gòu)成的“一核一帶一區(qū)”區(qū)域發(fā)展新格局，區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的體制機(jī)制正在逐步完善[2]。目前，云浮市正搶抓戰(zhàn)略機(jī)遇，錨定發(fā)展目標(biāo)。隨著城市發(fā)展速度的加快，日益增長(zhǎng)的用地需求與有限的土地資源之間的矛盾，山區(qū)城市土地資源在數(shù)量、空間上的合理分配以及如何對(duì)標(biāo)灣區(qū)所需、發(fā)揮區(qū)域所長(zhǎng)、并堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)兩手抓，這些都是云浮市亟需了解和參考的問題。本文分析了云浮市1990—2020年土地利用演變特征，為云浮市正確制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)持續(xù)推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

云浮市位于廣東省中西部、西江中游以南，毗鄰珠江三角洲，地理范圍為111°03′～112°31′E、22°22′～23°19′N，市區(qū)距廣州市140多km，水路距香港177海里，轄兩區(qū)兩縣一市；地勢(shì)西南高、東北低，主要地貌為丘陵。云浮市是珠江—西江經(jīng)濟(jì)帶重要節(jié)點(diǎn)城市、廣州都市圈城市之一；水資源、礦產(chǎn)資源豐富，石材加工歷史悠久，2020 年云浮市生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)1 002.18 億元，同比增長(zhǎng)4.1%，截至2021年6月，常住人口為238.34 萬人，其中居住在城鎮(zhèn)的人口為104.33萬人。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文主要采用1990—2020年中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心多時(shí)期土地利用/覆被遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集；具有3 級(jí)分類系統(tǒng)，一級(jí)類包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6 類，本文土地利用分類采用一級(jí)地類。

2.2 研究方法

本文主要采用定量分析、對(duì)比等方法研究地類變化情況，分析了1990—2020 年云浮市土地利用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和演變特征；并采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動(dòng)態(tài)度分析了云浮市30 a 來的土地利用變化情況。

1）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化方面的應(yīng)用，來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述[3-4]，不僅可定量反映不同地類之間的轉(zhuǎn)移情況，還可揭示轉(zhuǎn)移速率。土地利用類型轉(zhuǎn)移包括轉(zhuǎn)出率和轉(zhuǎn)入率兩個(gè)因子，轉(zhuǎn)出率即某一地類轉(zhuǎn)移為其他地類的面積占變化前該地類總面積的比例；轉(zhuǎn)入率即變化后某一地類中來自其他地類的面積占該地類總面積的比例[5-6]。

2）土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度是指某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種地類數(shù)量的變化情況，可真實(shí)反映區(qū)域土地利用/覆被中土地利用類型的變化劇烈程度[7]，表達(dá)式為：

式中，Ua、Ub分別為研究期初和期末某一地類的數(shù)量；T為研究時(shí)段，當(dāng)T設(shè)定為a時(shí)，K即為該研究區(qū)某種地類的年變化率。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可描述區(qū)域土地利用變化的速度，表達(dá)式為：

式中，LUi為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間第i類地類面積；?LUi-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類地類轉(zhuǎn)移為非i類地類面積的絕對(duì)值；T為監(jiān)測(cè)時(shí)段，當(dāng)T設(shè)定為a時(shí)，LC即為該研究區(qū)土地利用年變化率[8]。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 土地利用面積演變

對(duì)云浮市各個(gè)時(shí)期的土地利用類型進(jìn)行制圖和量化，得到云浮市1990—2020年4個(gè)時(shí)期的土地利用變化趨勢(shì)和變化量，結(jié)果見圖1、表1，可以看出，1990—2020年云浮市土地利用分布變化幅度不大，耕地集中在中部和西南部平原地區(qū)，隨著時(shí)間推移，平原地區(qū)外圍的耕地首先被建設(shè)用地占用；草地主要分布在中部和西南部，水域以河流為主，分布在北部和中部區(qū)域，草地和水域在空間分布上變化不大；1990年建設(shè)用地零星分散在云浮市的平原地區(qū)，隨著分布范圍的不斷擴(kuò)大，2020年形成了三大組團(tuán)和多點(diǎn)分布的空間結(jié)構(gòu)[9]；2020 年云浮市耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地的面積占比分別為21.48%、69.29%、3.76%、1.41%和4.05%，主要地類為林地；1990—2020年云浮市耕地、林地和水域面積分別減少了25.2 km2、79.53 km2和6.4 km2，草地面積增加了11.84 km2，其占比始終保持在3.6%左右，建設(shè)用地面積增幅最大，增加了99.29 km2。

表1 1990—2020年云浮市地類面積變化統(tǒng)計(jì)/km2

圖1 云浮市土地利用面積變化分布

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

基于馬爾科夫模型，不同地類之間的轉(zhuǎn)化情況見表2～4，并分析了轉(zhuǎn)出率、轉(zhuǎn)入率，結(jié)果見圖2，可以看出，1990—2020 年云浮市耕地主要轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地，對(duì)建設(shè)用地面積增加的貢獻(xiàn)率達(dá)21.85%，耕地轉(zhuǎn)移為林地的面積對(duì)林地的貢獻(xiàn)率為1.2%，耕地轉(zhuǎn)移為其他地類的比例較低，耕地主要由林地流入，轉(zhuǎn)移面積對(duì)耕地面積增加的貢獻(xiàn)率為5.17%，其次是建設(shè)用地，轉(zhuǎn)移面積對(duì)耕地面積增加的貢獻(xiàn)率為1.32%，主要是少量廢棄工礦用地、住宅等建設(shè)用地通過回收復(fù)墾等手段轉(zhuǎn)為耕地；林地是云浮市的主要地類，1990—2020年流出的面積最多，但從整體來看其變化幅度并不明顯，林地轉(zhuǎn)移為耕地的面積最大，達(dá)86.39 km2，其次是建設(shè)用地，轉(zhuǎn)移面積對(duì)建設(shè)用地面積增加的貢獻(xiàn)率達(dá)15.73%，林地對(duì)草地面積增加的貢獻(xiàn)率為10.36%，主要是由森林砍伐或放荒后引起的，林地主要由耕地、草地流入，這主要是政府通過開展水土流失治理工作，推進(jìn)退耕還林、植樹造林等工程，讓部分耕地、草地轉(zhuǎn)移為林地；草地面積呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，變化幅度不大，草地轉(zhuǎn)移為林地的比例最大，轉(zhuǎn)出率約為6%，其次是建設(shè)用地和耕地，轉(zhuǎn)出率約為2%；水域是面積變化最小的地類，水域轉(zhuǎn)移為耕地的比例最大，而從流入情況來看，耕地的貢獻(xiàn)率較大，兩種地類的交換可能是部分土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生的變化；建設(shè)用地面積增加明顯，1990—2020年共增加了99.29 km2，其中對(duì)建設(shè)用地面積增加貢獻(xiàn)較大的是耕地和林地，轉(zhuǎn)移到建設(shè)用地的面積是研究初期建設(shè)用地自身面積的一半左右[10]。

表2 云浮市1990—2000年地類轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表3 云浮市2000—2010年地類轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表4 云浮市2010—2020年地類轉(zhuǎn)移矩陣/km2

圖2 云浮市土地利用類型轉(zhuǎn)出率與轉(zhuǎn)入率

由于土地平整區(qū)域的開發(fā)投入較少，是發(fā)展農(nóng)業(yè)和建設(shè)用地的良好區(qū)域，因此平原地區(qū)的耕地易被開發(fā)為建設(shè)用地。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增長(zhǎng)，對(duì)生存產(chǎn)品和生活用地提出了更高要求，大量耕地被建設(shè)用地占用，但“八山一水一分田”的地形特點(diǎn)決定了云浮市可耕種的土地有限，在人為因素驅(qū)動(dòng)下，較高坡度的林地被開墾為耕地，無序開發(fā)易引起山洪滑坡等災(zāi)害。為解決耕地?cái)?shù)量持續(xù)減少、生態(tài)系統(tǒng)被不斷破壞等問題，國家出臺(tái)了一系列政策來保護(hù)耕地、限制生態(tài)用地的過度開發(fā)，土地轉(zhuǎn)移活動(dòng)隨之減緩；但人與用地之間的矛盾并未解決，在土地資源緊缺的情況下，仍有相當(dāng)面積的林地、耕地轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地。

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)度

根據(jù)式（1）、（2）計(jì)算得到云浮市土地利用變化模式，結(jié)果見表5、圖3，可以看出，1990—2000 年水域、建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度>0，耕地、林地和草地面積減少，其中耕地面積減少最多；2000—2010年耕地、建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度>0，林地、草地、水域面積減少，耕地和建設(shè)用地面積保持增長(zhǎng)，表明隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，建設(shè)用地首先占用了城鎮(zhèn)周邊的耕地，使一些生態(tài)用地被開發(fā)為耕地；2010—2020年草地、建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度>0，建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)到最高值，為2.51%，增加幅度遠(yuǎn)超過其他地類，其他地類面積繼續(xù)減少，這與政府實(shí)施耕地保護(hù)措施、不能隨意侵占耕地有關(guān)；1990—2020 年云浮市綜合土地利用動(dòng)態(tài)度由0.02%增至0.10%；由3 個(gè)時(shí)期綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可知，隨著時(shí)間的推移，人類活動(dòng)對(duì)土地利用的影響日益增強(qiáng)，土地利用幅度后期大于前期。

表5 1990—2020年云浮市土地利用動(dòng)態(tài)度/%

圖3 云浮市綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

4 結(jié)語

本文基于云浮市1990—2020年4期遙感數(shù)據(jù)的土地利用/覆被結(jié)果，分析了云浮市土地利用變化特征。結(jié)果表明：①林地是云浮市的主要地類，在研究期間不斷減少，建設(shè)用地面積增長(zhǎng)明顯，耕地呈先減后增的變化趨勢(shì)，草地和水域整體變化幅度不大；②土地利用類型轉(zhuǎn)移中，耕地和林地對(duì)建設(shè)用地面積增加的貢獻(xiàn)較大，建設(shè)用地占用耕地的比例較大，兩種地類在空間分布上表現(xiàn)出相互包含的空間結(jié)構(gòu)，耕地、林地和草地也存在相互轉(zhuǎn)移，水域變化最小；③建設(shè)用地變化速度較快，耕地、林地等農(nóng)用地變化速度較慢，研究末期云浮市受人類活動(dòng)的影響更加強(qiáng)烈，土地利用幅度后期大于前期。

綜上所述，研究初期受政策傾斜不足、交通落后、投資環(huán)境差等因素影響，云浮市經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，土地利用變化幅度不大；隨著粵東西北部區(qū)域振興口號(hào)的提出和廣東省對(duì)云浮市的扶持，云浮市迎來新的發(fā)展機(jī)會(huì)，基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)通和改善使云浮市的發(fā)展明顯加快，土地利用開發(fā)強(qiáng)度加大。2010—2020年耕地保護(hù)等一系列加強(qiáng)土地資源管理的政策出臺(tái)，使耕地面積有一定回升，但建設(shè)用地需求也在不斷增長(zhǎng)。近年來，云浮市被劃入粵北生態(tài)發(fā)展區(qū)，因此在今后的城市土地利用中，云浮市應(yīng)立足于自身功能定位和資源稟賦，緩解內(nèi)外部發(fā)展不協(xié)調(diào)的問題，避免城市低水平重復(fù)建設(shè)，考慮土地利用開發(fā)對(duì)周邊土地甚至生態(tài)環(huán)境的影響，避免過度擠壓生態(tài)用地，通過尋找新的土地利用方式來合理使用有限的土地資源，促進(jìn)地類之間的增長(zhǎng)與平衡。