基于LUCC的土地利用功能分區(qū)研究——以新津縣為例

張?jiān)姉睿?潘洪義* ， 蔣貴國

(1.四川師范大學(xué)西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610066;2.四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川成都610066)

土地是人類賴以生存的載體，土地利用受到自然規(guī)律、社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)律和人類歷史規(guī)律的制約，依據(jù)土地利用現(xiàn)狀和土地資源的適宜性，結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，將規(guī)劃地區(qū)劃分出不同的用地區(qū)域［1-2］(土地利用分區(qū))，對(duì)于制定用地規(guī)劃、調(diào)整用地結(jié)構(gòu)、提高用地效率、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展有著重要的作用.目前，學(xué)者對(duì)土地利用分區(qū)的研究主要集中在農(nóng)業(yè)類型的空間分布、不同尺度空間的土地利用管理、區(qū)域發(fā)展、土地可持續(xù)發(fā)展利用以及土地功能分區(qū)等幾個(gè)方面［3-10］.在數(shù)據(jù)來源方面，大多將自然、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為量化指標(biāo)，采用具體方法進(jìn)行功能分區(qū)，而較少考慮土地利用動(dòng)態(tài)變化在功能分區(qū)中的作用.本文從土地利用/覆被時(shí)空變化的角度，以新津縣2004年和2009年TM影像為主要數(shù)據(jù)源，通過土地轉(zhuǎn)移矩陣的建立，從土地利用多樣性和土地利用程度兩個(gè)維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，采用四象限法劃分土地利用功能區(qū)域，以期為地方政府實(shí)施土地用途管制和編制土地利用規(guī)劃提供參考.

1 研究區(qū)概況

新津縣位于四川省成都市南部，地理位置在30°19'～30°31'N，103°42'～103°55'E 之間，如圖 1所示.海拔高度442～673 m，總面積330 km2.全境地勢(shì)平坦，主要為河流、漫灘和階地構(gòu)成的平原地貌，平壩、丘陵、水面分別占 76.6%、14.1%和9.3%.境內(nèi)河流屬岷江水系，可分岷江正流及支流.氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)性氣候，無霜期長(zhǎng)，雨量充沛，四季分明.行政區(qū)劃包括11個(gè)鎮(zhèn)和1個(gè)鄉(xiāng).截止2009年，全縣總?cè)丝?0.48萬，非農(nóng)人口1.07萬，地區(qū)生產(chǎn)總值100.09億元，地方財(cái)政收入25.19億元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入14 616元，農(nóng)民人均純收入6 962元.

2 數(shù)據(jù)來源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源 研究選取美國地質(zhì)勘探局網(wǎng)站(USGS)提供的成都區(qū)域2004年和2009年Landsat-5 TM影像以及成都市統(tǒng)計(jì)年鑒作為數(shù)據(jù)源.在ERDAS IMAGINE平臺(tái)的支持下，對(duì)TM影像進(jìn)行裁剪和去霾處理.根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010-2007)［11］和當(dāng)?shù)赝恋乩们闆r將土地利用類型劃分為5類:耕地、林地、建設(shè)用地、河流水域和其他用地，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)督分類，提取土地利用/覆被信息，運(yùn)用聚類、去除、重編碼和目視解譯等方法對(duì)分類后圖像進(jìn)行修正，最終得到新津縣2004—2009年土地利用類型圖，如圖2和圖3所示.并借助Arc GIS 10.1平臺(tái)建立土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過與新津縣行政圖進(jìn)行屬性合并，獲得土地利用/覆被變化數(shù)據(jù).

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 一般來講，土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一動(dòng)態(tài)度和綜合動(dòng)態(tài)度.單一土地利用動(dòng)態(tài)度表示研究區(qū)域一定時(shí)間范圍內(nèi)的某種土地利用類型的數(shù)量變化情況［12］.

(1)式中，K表示研究時(shí)段內(nèi)單一地類土地利用動(dòng)態(tài)度，Ua、Ub分別代表某土地利用類型在研究期初和期末的數(shù)量，T為研究時(shí)段.

為進(jìn)一步在空間上反應(yīng)研究區(qū)某段時(shí)間土地利用變化的劇烈程度，以便發(fā)現(xiàn)土地利用變化熱點(diǎn)區(qū)域，引入綜合土地利用動(dòng)態(tài)度［13］，計(jì)算公式如下

(2)式中，LUi為研究期初第i類土地利用類型面積，ΔLUi-j為研究時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值，T為研究時(shí)段.

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是土地利用類型間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量和方向定量研究的主要方法，它能夠具體的反應(yīng)土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型間的轉(zhuǎn)移方向［14］.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(3)式中，Sij為研究期內(nèi)第i類土地向第j類轉(zhuǎn)化的面積，i為研究期初土地利用類型，j為研究期末土地利用類型，n為土地利用類型的數(shù)量.

2.2.3 土地利用多樣性 土地利用多樣性指數(shù)反應(yīng)了土地利用類型的復(fù)雜性和豐富程度.值越大，表明土地利用類型復(fù)雜度越高，分布越均勻［15］.

(4)式中，H為研究區(qū)域土地利用多樣性指數(shù)，Pi為研究地區(qū)第i級(jí)土地利用類型所占百分比，m為土地利用類型數(shù)量.

為進(jìn)一步比較不同地類間土地利用多樣性的變化程度，這里用多樣性變化率來表示

(5)式中，Ha和Hb分別為a時(shí)期和b時(shí)期的區(qū)域土地利用多樣性指數(shù)，Pia和Pib分別為研究區(qū)域a時(shí)期和b時(shí)期第i級(jí)土地利用類型所占百分比.

2.2.4 土地利用程度 土地利用程度是自然環(huán)境和人類活動(dòng)的共同結(jié)果，反映了土地利用的深度和廣度［16］.根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)等［17］劃分的土地利用程度分級(jí)表，結(jié)合新津縣土地利用類型，得到土地利用程度分級(jí)表如表1所示.

表1 土地利用程度分級(jí)Table 1 Grading of land use degree

土地利用程度指數(shù)計(jì)算公式為

(6)式中，L為土地利用程度綜合指數(shù)，Ai為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)，Ci為第i級(jí)土地利用類型面積百分比，n為土地利用程度分級(jí)數(shù).

土地利用程度變化主要是由各土地利用類型在研究時(shí)段的變化導(dǎo)致的［18］，其變化趨勢(shì)通常用土地利用程度的變化量和變化率來表示:

(7)和(8)式中，Lb和La分別為b時(shí)期和a時(shí)期的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)，Ai為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)，Cib和Cia分別為研究區(qū)域b時(shí)期和a時(shí)期第i級(jí)土地類型利用程度面積百分比.若Lb-a＞0，則該區(qū)域土地利用處于發(fā)展期;Lb-a＜0，則該區(qū)域的土地利用處于衰退期.

2.2.5 四象限法 四象限法是由美國管理學(xué)家柯維提出的一個(gè)關(guān)于時(shí)間管理的理論，即把工作按照重要和緊急2種程度作為劃分基礎(chǔ)，將評(píng)價(jià)單元進(jìn)行2個(gè)屬性的分析、權(quán)衡，并把它填入每個(gè)象限方塊，按照不同的目標(biāo)導(dǎo)向?qū)?個(gè)象限進(jìn)行排序.

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)及變化趨勢(shì)

表2 土地利用結(jié)構(gòu)及變化趨勢(shì)Table 2 Land use structure and its variation trend

從表2可以看出新津縣2004年土地利用類型以耕地和林地為主，耕地和林地分別占土地總面積36.25%和21.08%.2009年土地利用類型以耕地、建設(shè)用地和林地為主，建設(shè)用地、林地和耕地分別占土地總面積的26.88%、24.96%和27.71%.

從變化數(shù)量來看，建設(shè)用地面積增加量最大，達(dá)3 465.13 hm2;耕地面積減少量最大，達(dá)2 832.44 hm2;林地面積增加1 285.89 hm2;其他用地減少2 055.47 hm2;河流水域面積小幅增加136.89 hm2.根據(jù)單一土地利用動(dòng)態(tài)度可知，建設(shè)用地平均每年增加0.127%;其他用地每年減少0.067%;變化最小的是河流水域，每年增加0.011%.總體來講，新津縣2004—2009年耕地與其他用地面積減少，建設(shè)用地、林地與河流水域面積增加.在此期間，全縣綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.050 8%.

3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移及空間分布情況

表3 2004—2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Transfer matrix of land use in 2004-2009 hm2

從矩陣表3可以看出新津縣2004—2009年期間，土地利用類型轉(zhuǎn)換頻繁，各類型間轉(zhuǎn)換量較大.在土地利用類型轉(zhuǎn)出面積中:耕地＞其他用地＞建設(shè)用地＞林地＞河流水域;土地利用類型轉(zhuǎn)入面積中:建設(shè)用地 ＞耕地 ＞其他用地 ＞林地 ＞河流水域.

耕地轉(zhuǎn)出面積為7 574.28 hm2，主要轉(zhuǎn)出源為建設(shè)用地、林地以及其他用地，耕地轉(zhuǎn)出是為城市規(guī)劃與工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)提供后備資源;轉(zhuǎn)入面積共4 741.84 hm2，主要轉(zhuǎn)入源為其他用地，轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)域主要為西北平原和東北部岷江北段與至雙流公路形成的三角區(qū)，可見退耕還林政策的實(shí)施對(duì)岷江水系的生態(tài)修復(fù)起到了重要作用.建設(shè)用地轉(zhuǎn)出面積為1 590.10 hm2，主要轉(zhuǎn)出源為耕地、河流水域和林地;轉(zhuǎn)入面積為5 055.24 hm2，主要轉(zhuǎn)入源為耕地和其他用地.建設(shè)用地以縣城為中心呈規(guī)模擴(kuò)張，同時(shí)以河流和道路為支撐，呈線狀輻射;在縣城西部，原先零星分布的居民點(diǎn)逐步向農(nóng)村集中居住區(qū)聚集，為耕地整理工作的實(shí)施奠定了基礎(chǔ).林地轉(zhuǎn)出面積為1 396.57 hm2，主要向耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移;轉(zhuǎn)入面積為2 682.46 hm2，主要轉(zhuǎn)入源為耕地和其他用地，集中分布于淺丘和臺(tái)地區(qū)，依托起伏地貌和較為豐富的林業(yè)資源，東南臺(tái)地區(qū)積極發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)，西南丘嶺區(qū)重點(diǎn)打造優(yōu)質(zhì)生態(tài)旅游業(yè)，既整合了林業(yè)資源，又帶動(dòng)了生態(tài)經(jīng)濟(jì).

3.3 土地利用多樣性與土地利用程度分析

表4 土地利用多樣性與土地利用程度地域差異Table 4 Diversity and geographical diversity of land use

依據(jù)表4，從土地利用多樣性指數(shù)可知，金華鎮(zhèn)、興義鎮(zhèn)、花源鎮(zhèn)和花橋鎮(zhèn)的多樣性指數(shù)較高，說明4個(gè)鎮(zhèn)土地利用類型復(fù)雜，類型分布較為均勻;方興鎮(zhèn)和永商鎮(zhèn)的多樣性指數(shù)較低，表明這2個(gè)鎮(zhèn)存在具有優(yōu)勢(shì)的土地利用類型.從土地利用程度來看，五津鎮(zhèn)的土地利用強(qiáng)度最大，它作為縣城所在地，建設(shè)用地比重高;永商鎮(zhèn)的土地利用程度最低，這與該鎮(zhèn)以淺丘地形和豐富水資源為依托，林地比重大，重點(diǎn)打造生態(tài)旅游業(yè)有關(guān).由土地利用程度變化量可知，永商鎮(zhèn)、新平鎮(zhèn)、文井鄉(xiāng)、普興鎮(zhèn)、花源鎮(zhèn)、方興鎮(zhèn)和安西鎮(zhèn)變化量為正值，說明2004—2009年期間土地利用處于發(fā)展期，耕地、林地、建設(shè)用地增加，且相互之間轉(zhuǎn)換頻繁;而金華鎮(zhèn)、鄧雙鎮(zhèn)、興義鎮(zhèn)、五津鎮(zhèn)和花橋鎮(zhèn)變化量為負(fù)值，表明5鎮(zhèn)在2004—2009年期間土地利用處于衰退期，耕地、林地面積大量減少，轉(zhuǎn)換成其他用地，土地利用程度低.

總體來說，12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用多樣性指數(shù)和土地利用程度指數(shù)有增有減，土地利用/覆被類型受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，這與新津縣在2004—2009年期間，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土地資源，大力發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)有著重要關(guān)系.

3.4 土地利用功能分區(qū)

3.4.1 分區(qū)結(jié)果 本文以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，依據(jù)表4計(jì)算土地利用多樣性變化率和程度變化率的平均值(W=-0.0261，R=0.0774)作為分界點(diǎn)，如圖4所示將土地利用類型分布狀況劃分為均勻分布和不均分布2種類型，將土地利用程度劃分為強(qiáng)度大和強(qiáng)度小2種類型，由此四象限劃分如下:

1)第一象限:兩個(gè)指標(biāo)均高于各自平均值，區(qū)內(nèi)地類分布均勻，土地利用強(qiáng)度大，故為城鎮(zhèn)發(fā)展?jié)摿^(qū);

2)第二象限:多樣性指數(shù)低于平均值、利用程度指數(shù)高于平均值，區(qū)內(nèi)建設(shè)用地比重大，土地利用潛力小，即為城鎮(zhèn)發(fā)展集約區(qū);

3)第三象限:兩個(gè)指標(biāo)均低于各自平均值，區(qū)內(nèi)耕地林地比重大，土地利用強(qiáng)度小，劃為生態(tài)保護(hù)旅游區(qū);

4)第四象限:多樣性指數(shù)高于平均值、利用程度指數(shù)低于平均值，區(qū)內(nèi)地類分布均勻，利用強(qiáng)度小，故為糧食作物生產(chǎn)區(qū).

依據(jù)分區(qū)原理，結(jié)合新津縣實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r劃分土地利用功能區(qū)域如圖5所示.

3.4.2 各區(qū)土地利用現(xiàn)狀及調(diào)控措施

1)城鎮(zhèn)發(fā)展?jié)摿^(qū).城鎮(zhèn)發(fā)展?jié)摿^(qū)位于新平鎮(zhèn)，占縣域面積15.21%，該區(qū)域?yàn)樾陆蚩h縣城發(fā)展或擴(kuò)區(qū)的優(yōu)先考慮區(qū).鎮(zhèn)內(nèi)土地利用分類分布均勻，耕地占全鎮(zhèn)面積47.86%，其他用地和建設(shè)用地分別占21.46%和21.89%.區(qū)域內(nèi)用地類型豐富，挖掘潛力大，可通過土地資源開發(fā)整合，優(yōu)化用地格局，來提高土地利用效益.新平鎮(zhèn)作為縣城向西拓展規(guī)劃區(qū)和“時(shí)尚水城”規(guī)劃區(qū)，同時(shí)地處新津工業(yè)園區(qū)A區(qū)范圍，土地利用規(guī)劃前景較好.成新蒲快速通道的修建，進(jìn)一步完善了交通體系，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯.

2)城鎮(zhèn)發(fā)展集約區(qū).城鎮(zhèn)發(fā)展集約區(qū)分布于新津縣縣城，占縣域面積7.39%，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、文化、政治中心，區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出，交通發(fā)達(dá)，包括五津鎮(zhèn)和鄧雙鎮(zhèn)兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn).該區(qū)域建設(shè)用地比重大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為合理，城鎮(zhèn)化水平較高，經(jīng)濟(jì)總量位于全縣前列.中心城區(qū)集約節(jié)約用地潛力大，在土地面積有限和城鎮(zhèn)急需擴(kuò)張的博弈中，通過舊城改造、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來提升土地利用空間是必要的.由此，該區(qū)域應(yīng)發(fā)揮土地應(yīng)有的價(jià)值，平衡商住工三大類型用地比例，提高土地的經(jīng)濟(jì)效益.作為成都市產(chǎn)業(yè)園區(qū)的承接者，該區(qū)域應(yīng)在原有工業(yè)的基礎(chǔ)上，積極引進(jìn)高素質(zhì)人才和優(yōu)質(zhì)企業(yè)，大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使之成為新津經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn).

3)生態(tài)保護(hù)旅游區(qū).生態(tài)保護(hù)旅游區(qū)包括文井鄉(xiāng)、方興鎮(zhèn)、永商鎮(zhèn)和花源鎮(zhèn)，占縣域面積28.08%，該區(qū)域利用優(yōu)越自然條件，因地制宜，大力發(fā)展生態(tài)旅游業(yè).文井鄉(xiāng)-文化古鎮(zhèn)、方興鎮(zhèn)-鷺島、永商鎮(zhèn)-梨花溪風(fēng)景區(qū)以及花源鎮(zhèn)-農(nóng)家樂，風(fēng)景絢麗，游客眾多.由此，在此區(qū)域應(yīng)禁止毀林開荒，嚴(yán)保耕地、林地?cái)?shù)量，合理布局用地結(jié)構(gòu);嚴(yán)格控制工程建設(shè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境要素，做好環(huán)評(píng)工作;結(jié)合當(dāng)?shù)厣剿鷳B(tài)文明建設(shè)，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，改善環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施，以帶動(dòng)區(qū)域旅游發(fā)展.

4)糧食作物生產(chǎn)區(qū).糧食作物生產(chǎn)區(qū)通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、改善農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等方式發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，促進(jìn)人均增收和提高生活水平.該區(qū)域包括興義鎮(zhèn)、花橋鎮(zhèn)、普興鎮(zhèn)、金華鎮(zhèn)和安西鎮(zhèn)，占縣域面積49.32%，區(qū)域內(nèi)土壤肥沃、資源豐富，擁有數(shù)個(gè)果蔬示范基地和養(yǎng)殖基地，產(chǎn)品銷往周邊區(qū)縣.為發(fā)揮區(qū)域傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)，該區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)耕地保護(hù)，嚴(yán)守耕地紅線，提高耕地質(zhì)量，保證作物產(chǎn)量;依托環(huán)境優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)土地承包經(jīng)營，集中種植優(yōu)勢(shì)作物，提高土地利用效益;積極培育特色作物，擴(kuò)大生產(chǎn)，打造生態(tài)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化經(jīng)營.

4 結(jié)論與討論

作為成都市“城南門戶”的快速發(fā)展區(qū)域，新津縣在2004—2009年的發(fā)展中，土地利用/覆被各類型呈現(xiàn)出不同程度的增減變化;土地利用類型轉(zhuǎn)換頻繁，各類型間轉(zhuǎn)換量較大，土地利用結(jié)構(gòu)處于快速調(diào)整期;依據(jù)四象限法分區(qū)原理，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，將新津縣土地利用劃分為4個(gè)區(qū)域，分別是城市發(fā)展?jié)摿^(qū)、城市發(fā)展集約區(qū)、生態(tài)保護(hù)旅游區(qū)和糧食作物生產(chǎn)區(qū).

本文基于土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，從土地利用多樣性和土地利用程度兩個(gè)維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用四象限法劃分土地利用功能區(qū).這一方法是從土地利用/覆被類型時(shí)空變化的角度，對(duì)土地利用分區(qū)的嘗試和探索，為新津縣實(shí)施土地用途管制和編制土地利用規(guī)劃提供了參考.

本文較少使用經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和生態(tài)數(shù)據(jù)加入模型運(yùn)算，使得計(jì)算結(jié)果主觀性較強(qiáng).這在今后的研究中需要進(jìn)一步改善和提升.

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