廊坊市土地利用類型及植被覆蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究

郜敏娜 胡永翔 尚國(guó)琲 秦占飛 謝寶妮

摘要 廊坊市的土地利用變化對(duì)當(dāng)?shù)赝恋刭Y源優(yōu)化布局和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有明顯作用。通過(guò)對(duì)廊坊市2000年、2005年、2010年、2015年及2020年5期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到廊坊市土地利用變化相關(guān)數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w指數(shù)，并利用該數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)土地利用的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：該研究區(qū)土地利用類型的數(shù)量和結(jié)構(gòu)都在不斷地變化和演變。2000—2020年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.42%，各土地類型之間也存在著不同程度的轉(zhuǎn)化。土地利用類型間的多維向轉(zhuǎn)化是引起土地利用時(shí)空分布變化的直接表現(xiàn)形式。2000—2020年廊坊市植被覆蓋度變化也呈現(xiàn)出了下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 土地利用；植被覆蓋度；時(shí)空動(dòng)態(tài)變化；廊坊市

中圖分類號(hào) Q948? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2024）10-0073-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.017

Study on the Spatial and Temporal Dynamics of Land Use Types and Vegetation Cover in Langfang City

GAO Min-na1，2，HU Yong-xiang1，2，SHANG Guo-fei1，2 et al

（1.School of Land Science and Spatial Planning，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031;2.Hebei Center for Ecological and Environmental Geology Research，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031）

Abstract The land use changes in Langfang City have obvious effects on the optimal layout of local land resources and ecological environmental protection.In this paper，we analyzed the land use data of Langfang City in five periods of 2000，2005，2010，2015 and 2020 to obtain the data related to land use change and local vegetation cover index in Langfang City，and used the data to evaluate the rationality of land use in the study area.The results show that the number and structure of land use types in the study area are constantly changing and evolving.The integrated land use dynamic attitude from 2000 to 2020 is 0.42%，and there are different degrees of transformation among land types.The multi-dimensional transformation among land use types is a direct manifestation of the change in spatial and temporal distribution of land use.2000-2020 vegetation cover change in Langfang also showed a decreasing trend.

Key words Land use;Vegetation cover;Spatial and temporal dynamics;Langfang City

基金項(xiàng)目 河北省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（HB20YJ032）。

作者簡(jiǎn)介 郜敏娜（2000—），女，山西晉城人，碩士研究生，研究方向：土地資源管理。*通信作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事土地資源管理研究。

收稿日期 2023-10-11

通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)赝恋乩?土地覆蓋變化情況的研究，可以對(duì)解決當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境變化問(wèn)題提供一定的參考［1-3］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)土地利用/土地覆蓋變化進(jìn)行了多角度、多方法的研究。IGBPII指出土地利用/土地覆蓋變化是認(rèn)識(shí)人類、陸地和環(huán)境這個(gè)大系統(tǒng)的關(guān)鍵［4］；于興修等［5］闡述了我國(guó)當(dāng)前土地利用/覆被變化的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題；邵景安等［6］分析了引起土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子及驅(qū)動(dòng)力；許月卿等［7-8］從流域尺度出發(fā)，分析土地利用/覆被變化。劉成武等［9］整理分析了研究土地利用/覆被變化的相關(guān)方法。該研究基于廊坊市遙感數(shù)據(jù)利用ENVI進(jìn)行監(jiān)督分類和提取，得到土地利用數(shù)據(jù)和植被覆蓋數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用ArcGIS對(duì)廊坊市土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行分析，針對(duì)當(dāng)?shù)刂脖桓采w度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，了解廊坊市土地利用的現(xiàn)狀及問(wèn)題，為合理地調(diào)整廊坊市土地利用結(jié)構(gòu)、提高土地利用效率和改善生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 研究概況及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

廊坊市位于河北省和華北平原的中部，位于38°28′～40°15′N，116°7′～117°14′E。廊坊總面積6 429.0 km2，地勢(shì)比較平緩，以平原為主，一般高程在2.5～30.0 m，平均海拔約13.0 m（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年共5 期的Landsat4-5 TM和Landsat8 OLI_TIRS的遙感影像數(shù)據(jù)，所有原始遙感影像數(shù)據(jù)均從地理空間數(shù)據(jù)云中下載［10］。DEM數(shù)據(jù)下載于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/），空間分辨率為30 m。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)處理 以廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年5 期的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)最大似然法對(duì)不同時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類得到廊坊市土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)。使用ENVI5.3對(duì)研究區(qū)原始遙感影像進(jìn)行圖像預(yù)處理，主要包括輻射校正、幾何校正、大氣校正等；然后通過(guò)監(jiān)督分類，將該地區(qū)土地利用類型分為6 類，即耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地，通過(guò)土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)研究區(qū)不同用地類型的土地利用變化進(jìn)行綜合研究，并結(jié)合像元二分模型法和一元線性回歸法分析廊坊市2000—2020 年植被覆蓋度變化情況，進(jìn)而進(jìn)一步分析土地利用變化規(guī)律及其合理性，然后通過(guò)對(duì)廊坊市2000—2020 年對(duì)研究區(qū)后續(xù)土地利用類型的合理優(yōu)化提出建議。

2.2 土地利用變化數(shù)據(jù)處理

2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣不僅可以體現(xiàn)各土地類型相互間的轉(zhuǎn)化情況，還可以表現(xiàn)各土地利用類型變化幅度的大?。?1］。該研究通過(guò)Arcgis10.8制作土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析土地利用的動(dòng)態(tài)變化情況。

2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度。

土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度（Ki）和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度（LC）［12］，可以體現(xiàn)出研究區(qū)土地利用在研究時(shí)段的變化速率，計(jì)算公式為：

Ki=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中：Ki為某種土地利用類型年動(dòng)態(tài)變化率；Ua和Ub分別為研究期初和期末某種類型土地的面積；T為研究時(shí)間段。

LC=ni=1ΔLUi-j2ni=1LUi×1T×100%（2）

式中：LUi為起始時(shí)間某類土地利用類型面積；ΔLUi-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為j類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度。

2.3 植被覆蓋度數(shù)據(jù)處理與分析

2.3.1 基于NDVI的像元二分模型法。

基于像元二分模型法，利用NDVI來(lái)計(jì)算廊坊市省植被覆蓋度［13］，計(jì)算公式為：

FVC=NDVI-NDVIsoilNDVIveg-NDVIsoil（3）

式中：FVC表示植被覆蓋度，NDVIsoil表示沒(méi)有植被覆蓋地區(qū)的植被指教或裸土，NDVIveg表示完全被植被覆蓋地區(qū)的植被指數(shù)［14］。

參考王國(guó)帥等［15］對(duì)植被覆蓋度的劃分，對(duì)廊坊市植被覆蓋度進(jìn)行合理劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2.3.2 一元線性回歸。

采用一元線性回歸方法分析廊坊市2000—2020 年的植被覆蓋度變化，一元線性回歸能夠模擬每個(gè)像元的變化趨勢(shì)，并滿足在若干時(shí)間節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)模擬變化趨勢(shì)需求［16］。計(jì)算公式為：

slope=n×ni=1i×NDVIi-（ni=1i）（ni=1NDVIi）n×ni=1i2-（ni=1i）2（4）

式中：i為研究期間的第i年，n為研究時(shí)段；NDVI為第i年的NDVI值；slope為每個(gè)像元NDVI變化趨勢(shì)斜率，用于反映變化趨勢(shì)。

3 土地利用變化和植被覆蓋變化結(jié)果分析

3.1 土地利用變化分類結(jié)果

不同時(shí)間的各個(gè)土地利用類型面積的增減多少可以反映出廊坊市土地利用的變化情況，通過(guò)對(duì)研究區(qū)2000—2020年不同土地利用類型面積變化情況分析，得出研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。由2000—2020年廊坊市土地利用變化（圖2）和土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）可知，廊坊市整體以耕地和建設(shè)用地為主，草地所占面積最小。土地利用面積有所增加的類型有建設(shè)用地、未利用地和草地，分別增加了511.41、9.71和13.87 km2；而耕地、林地面積有所減少，分別減少了503.54、27.61 km2；水域面積變化幅度不明顯。說(shuō)明廊坊市在發(fā)展的過(guò)程中，建設(shè)用地和草地占用了部分耕地和林地，對(duì)于部分耕地和林地產(chǎn)生了一定的消極影響，除此之外，廊坊市未利用地也出現(xiàn)了增加的趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)較為明顯，說(shuō)明研究區(qū)土地呈現(xiàn)出了退化的趨勢(shì)。

3.2 廊坊市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

選取廊坊市2000、2010、2020年3年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)分析，獲得2000—2010年、2010—2020 年、2000—2020 年3個(gè)時(shí)段的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3～5）。由轉(zhuǎn)移矩陣可見(jiàn)，各地類的互相轉(zhuǎn)換集中出現(xiàn)在耕地、建設(shè)用地、林地三者之間。在2000—2010 年，除耕地和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換外，林地和耕地也在互轉(zhuǎn)。2010—2020 年，耕地主要由建設(shè)用地、林地和水域轉(zhuǎn)入，但耕地轉(zhuǎn)入建設(shè)用地和水域的面積也在增加。2010—2020 年，主要為耕地、林地、水域和建設(shè)用地之間的互轉(zhuǎn)，耕地主要由建設(shè)用地、林地和水域轉(zhuǎn)入，建設(shè)用地主要由耕地和林地的轉(zhuǎn)入。2000—2020 年，主要也為耕地和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化、耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦噩F(xiàn)象最為明顯，其次是耕地、林地和水域之間的轉(zhuǎn)化。耕地和林地的轉(zhuǎn)出量大于轉(zhuǎn)入量，說(shuō)明耕地和林地的面積是減少的。

3.3 廊坊市土地利用類型動(dòng)態(tài)度

依據(jù)土地利用動(dòng)態(tài)度（表6）和土地利用面積變化（圖3），分析廊坊市土地利用的時(shí)間演變規(guī)律。從單一土地利用動(dòng)態(tài)角度來(lái)看，2000—2010年，耕地、草地和水域的土地利用面積呈現(xiàn)出了減少的趨勢(shì)，年減少率分別為0.44%、2.59%和4.95%；林地和建設(shè)用地土地利用面積呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，年增長(zhǎng)率分別為0.46%和3.34%。在一定程度上，各土地利用類型面積變化速度的快慢可以通過(guò)土地利用動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值大小來(lái)反映。2000—2010年，變速由快到慢依次為水域、建設(shè)用地、草地、林地和耕地，由此可知，水域變速最快，而耕地的變速最慢。2010—2020年，耕地和林地繼續(xù)減少，草地、水域、建設(shè)用地和未利用地持續(xù)增加，并且林地、草地、水域反向變化。由于最開(kāi)始并沒(méi)有未利用地，后期未利用地面積持續(xù)增加，導(dǎo)致未利用地變速最大，其次為草地、水域、林地、建設(shè)用地和耕地。整體來(lái)

看，2000—2020年，對(duì)比絕對(duì)值大小，變速最大的是草地，其次是建設(shè)用地、林地、耕地和水域。

3.4 廊坊市植被覆蓋度時(shí)空變化特征

3.4.1 植被覆蓋度隨空間變化特征。

基于廊坊市2000、2005、2010、2015和2020年植被覆蓋度等級(jí)圖較為客觀地反映廊坊市的植被覆蓋情況，通過(guò)5期分類圖可以發(fā)現(xiàn)廊坊市近些年來(lái)植被覆蓋度發(fā)生了較大的變化，結(jié)合表7和圖4可以看出，2000、2005、2010、2015和2020年良等覆蓋度是廊坊市主要植被覆蓋等級(jí)，分別占總面積的56.15%、32.36%、55.38%、50.52%和45.44%。同時(shí)，差等覆蓋度是變化最大的植被覆蓋等級(jí)，增加了10.85百分點(diǎn);其次為良等覆蓋度，減少了10.71百分點(diǎn)，多分布于西北部和東南部地區(qū)。整體上中等覆蓋面積大于差等覆蓋面積，且二者都呈增加的發(fā)展趨勢(shì)，但面積變化不大。最后，劣等覆蓋面積較小，至2020年，增加幅度較小。2000年良等覆蓋度占地面積占一半以上，2020年良等覆蓋度面積降至45.44%。廊坊市植被覆蓋度由中等、良等覆蓋度向中等、差等覆蓋度逐級(jí)過(guò)渡轉(zhuǎn)移，歸因于廊坊市近年來(lái)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率不斷提高，從而忽視了環(huán)境問(wèn)題。

3.4.2 植被覆蓋度隨時(shí)間變化特征。

NDVI不僅能夠降低遙感影像中地形等因素的影響，還能夠準(zhǔn)確地表現(xiàn)一個(gè)地區(qū)植被覆蓋情況［17］，該研究選取2000—2020年中的5個(gè)年份，通過(guò)計(jì)算NDVI值進(jìn)而進(jìn)行植被覆蓋度分析（圖5）。由圖5可知，植被覆蓋度平均值趨勢(shì)回歸方程為y=-0.075 1x+0.824 9，相關(guān)系數(shù)R2為0.483 3。植被覆蓋度NDVI平均值呈下降趨勢(shì)，每年降低速度為0.075 1，整體的NDVI平均值在0.30～0.73，最小NDVI平均值出現(xiàn)在2020年，為0.30，植被覆蓋度較低，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，建設(shè)用地占用其他用地現(xiàn)象還是比較嚴(yán)重，植被覆蓋情況有所下降。在2005年平均值達(dá)到最大，由原來(lái)的0.64增加到0.73，2015年又出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于廊坊市經(jīng)濟(jì)、人口迅速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)，城市建設(shè)以及人類對(duì)植被的不合理開(kāi)發(fā)導(dǎo)致植被覆蓋度有所降低。

由圖6和表8可以看出，在廊坊市2000—2020年均NDVI空間分布中，良等覆蓋度所占比例最大，達(dá)到65.56%；優(yōu)等覆蓋度所占比例最小，為0.01%；劣等覆蓋度、差等覆蓋度、中等覆蓋度所占比例位于兩者之間，所占比例分別為0.52%、10.47%、23.44%。

3.4.3 植被覆蓋空間格局演變特征分析。由表9、圖7可知，2000—2020年，廊坊市嚴(yán)重退化區(qū)域位于主城區(qū)、工業(yè)區(qū)和各縣鄉(xiāng)中心，而郊區(qū)和農(nóng)村等地的植被覆蓋度相對(duì)較高，以森林、草地和農(nóng)田為主的植被類型也是影響植被覆蓋度空間分布特征的因素之一。植被改善區(qū)域面積均稍小于退化區(qū)域，穩(wěn)定面積持續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，表明生態(tài)恢復(fù)工程發(fā)揮了一定的作用，但效果不是特別顯著?？傮w上來(lái)看廊坊市植被覆蓋度逐漸降低，但幅度不大，局部區(qū)域仍會(huì)出現(xiàn)退化現(xiàn)象，需要加大生態(tài)環(huán)境治理力度。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論 人地之間關(guān)系是人文地理學(xué)研究的一個(gè)重要議題，最基礎(chǔ)層次的人地關(guān)系是人類活動(dòng)與土地利用之間的關(guān)系［18］。依據(jù)已有研究成果，并結(jié)合研究區(qū)土地利用的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析廊坊市土地利用的變化情況可知，廊坊市土地利用主要以耕地和建設(shè)用地為主；但從2000年以來(lái)，廊坊市的土地利用情況也在不斷地波動(dòng)和變化中，其中耕地和林地面積減少，耕地減少的面積最多，林地次之。主要原因是人類活動(dòng)區(qū)域擴(kuò)大、城鎮(zhèn)化的發(fā)展過(guò)程中對(duì)耕地和草地造成了不合理的占用現(xiàn)象。草地面積雖然有所增加，但趨勢(shì)不明顯，說(shuō)明近年來(lái)廊坊市生態(tài)保護(hù)建設(shè)工程雖得到了一定的成效，但成效不明顯。植被覆蓋度可以表現(xiàn)出植被的繁茂程度，2000—2020年植被覆蓋度NDVI總體呈下降趨勢(shì)，植被覆蓋度較低，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，建設(shè)用地占用其他用地現(xiàn)象還是比較嚴(yán)重，植被覆蓋情況有所下降。在2005年NDVI值達(dá)到最大，2015年又出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于廊坊市經(jīng)濟(jì)、人口迅速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)，城市建設(shè)以及人類對(duì)植被的不合理開(kāi)發(fā)導(dǎo)致植被覆蓋度有所降低。

4.2 結(jié)論

（1）2000—2020 年廊坊市土地利用/覆被變化中，整體是以耕地和建設(shè)用地為主，草地所占面積最小。近20年間，主要是建設(shè)用地、未利用地和草地面積有所增加，分別增加了511.41、9.71和13.87 km2。耕地、林地面積有所減少，分別減少了503.54、27.61 km2；其中水域面積變化幅度不明顯。說(shuō)明廊坊市在20 年發(fā)展的過(guò)程中，建設(shè)用地和草地土地資源使用占用了部分耕地和林地，對(duì)于部分耕地和林地產(chǎn)生了一定的消極影響，除此之外，廊坊市未利用地也出現(xiàn)了增加的趨勢(shì)，說(shuō)明土地質(zhì)量呈現(xiàn)出了退化的趨勢(shì)。

（2）2000—2020 年，廊坊市嚴(yán)重退化區(qū)域位于主城區(qū)、工業(yè)區(qū)和各縣鄉(xiāng)中心，而郊區(qū)和農(nóng)村等地的植被覆蓋度相對(duì)較高，以森林、草地和農(nóng)田為主的植被類型也是影響植被覆蓋度空間分布特征的因素之一。植被改善區(qū)域面積均稍小于退化區(qū)域，穩(wěn)定面積持續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，這表明生態(tài)恢復(fù)工程發(fā)揮了一定的作用，但效果不是特別顯著?？傮w上來(lái)看廊坊市植被覆蓋度出現(xiàn)了降低的趨勢(shì)，雖然整體逐漸趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，但局部區(qū)域仍出現(xiàn)退化現(xiàn)象，需繼續(xù)加大生態(tài)環(huán)境治理。

5 對(duì)策建議

（1）加強(qiáng)土地利用規(guī)劃，優(yōu)化城市布局。制定合理的土地利用和城市規(guī)劃，盡可能減少耕地面積的壓縮，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)城市綠化，提高植被覆蓋率。

（2）發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。推廣綠色產(chǎn)業(yè)，如清潔生產(chǎn)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)等，利用資源進(jìn)行生態(tài)循環(huán)利用，通過(guò)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式減少對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。

（3）加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，提高植被覆蓋度。加強(qiáng)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，通過(guò)在城市周邊興建森林公園和自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)保護(hù)設(shè)施，提高植被覆蓋度，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)。

（4）合理用地，保障農(nóng)民土地權(quán)益。優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)適度調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、提高精細(xì)化管理、實(shí)施落后農(nóng)業(yè)用地的改造，合理利用土地資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保障農(nóng)民土地權(quán)益。

綜上，廊坊市應(yīng)加大對(duì)耕地的保護(hù)與利用力度，優(yōu)化耕地結(jié)構(gòu)，促進(jìn)城鎮(zhèn)綠化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)開(kāi)發(fā)與可持續(xù)發(fā)展。要保護(hù)和恢復(fù)綠色空間，提高城市綠化率，并制定土地利用規(guī)劃和政策控制城市化的速度和方向，減少綠地的消失和植被受到破壞，此外還要采取措施應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、控制污染，采取相應(yīng)措施減少污染物排放，減少對(duì)植被的破壞，最后還要推廣可持續(xù)發(fā)展理念，保護(hù)生態(tài)安全。

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