紹興市土地利用時(shí)空變化研究*

王居午，王軍邦，雷國平，馬泉來，丁 雪，葉 輝，鄭志志

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030； 2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101； 3.武漢市江岸區(qū)新村街道辦事處，湖北武漢 430012)

0 引言

中國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、城鎮(zhèn)化飛速發(fā)展的時(shí)期，土地利用在時(shí)間和空間上均呈現(xiàn)顯著的變化[1-2]。受到社會經(jīng)濟(jì)活動和自然因素等驅(qū)動力的影響，不同地域范圍內(nèi)的土地利用變化會出現(xiàn)不同的區(qū)域特點(diǎn)[3]，因此，目前的土地利用變化研究一般以區(qū)域?yàn)楸尘伴_展研究，探究其對某區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的影響[4-7]。

21世紀(jì)以來，區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型研究受到廣泛關(guān)注[8-9]，如生態(tài)脆弱區(qū)[5]、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展區(qū)[10]、干旱區(qū)[11-12]、 江河流域[6，13-14]等，作為其研究方向重點(diǎn)內(nèi)容的土地利用變化驅(qū)動因子及驅(qū)動機(jī)制，可以為其他地區(qū)土地利用變化機(jī)理分析提供方法和依據(jù)[15-16]?，F(xiàn)有的研究中，對土地利用變化動力機(jī)制研究主要從經(jīng)濟(jì)、社會、自然等角度來分析土地利用類型的面積變化與驅(qū)動因素間的關(guān)系，以此來揭示區(qū)域內(nèi)土地轉(zhuǎn)移的動力機(jī)制[12，17-18]。根據(jù)相關(guān)研究內(nèi)容，長時(shí)間序列的土地利用數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于大范圍的區(qū)域研究[19]，而在小范圍(省級以下)地區(qū)的應(yīng)用研究不夠豐富[20-21]，因此，進(jìn)行小范圍地區(qū)長期的土地利用變化趨勢的研究可以豐富土地利用變化研究的內(nèi)容，同時(shí)對小范圍地區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與恢復(fù)具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

文章運(yùn)用紹興1980～2015年7個(gè)時(shí)期的TM遙感影像，結(jié)合3S技術(shù)手段，研究紹興1980～2015年土地利用類型的動態(tài)變化特征，探究紹興土地利用變化的驅(qū)動力因素，揭示以紹興為代表的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用變化與自然、社會驅(qū)動因素之間的關(guān)系，以期為紹興市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地資源利用提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

紹興市地處浙江省，屬于長江三角洲地區(qū)。東連寧波市，南臨臺州市和金華市，西接杭州市，北至嘉興市，地理坐標(biāo)為119°53′03″E～121°13′38″E、29°13′35″N～30°17′30″N之間。紹興屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明。轄區(qū)東西長130.4km，南北寬118.1km，海岸線長40km，陸地總面積為82.733萬hm2。全市地貌可概括為“四山三盆兩江一平原”，境內(nèi)地貌類型多樣，地勢總趨勢由西南向東北傾斜，西、中、東3部屬山地丘陵，北部是紹虞平原。境域內(nèi)河流密布，湖泊眾多，素以“水鄉(xiāng)澤國”之稱而享譽(yù)中外。截止2015年底，全市下轄3區(qū)2市1縣，共118個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)與街道，總?cè)丝诩s為483萬人，自然增長率為9.38‰，GDP總量位居全省第四。

圖1 遙感影像分類

1.2 數(shù)據(jù)來源與方法

該文土地利用數(shù)據(jù)選用1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年7期Landsat分辨率為30m的 TM/ETM遙感影像作為數(shù)據(jù)源。結(jié)合研究區(qū)遙感影像的分辨率，采用中科院土地覆蓋分類系統(tǒng)一級類，將土地利用類型劃分為未利用地、建設(shè)用地、草地、水域、林地和耕地6類[22]。主要采取監(jiān)督分類方法里面的最大似然法對7期影像進(jìn)行分類，采用混淆矩陣法進(jìn)行分類精度評價(jià)，得出整體精度為98.956 3%，Kappa系數(shù)為0.901 2，分類精度較高(圖1)。社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《紹興統(tǒng)計(jì)年鑒》(2000～2015年)。

2 研究方法

2.1 土地變化模型

主要選用土地利用/覆被變化指數(shù)，土地利用變化軌跡進(jìn)行分析。土地利用/覆被變化指數(shù)參照劉瑞等[23]的研究成果，土地利用/覆被凈變化量指數(shù)(Dj)能夠反映不同土地利用類型的絕對變化量。

Dj=MAX(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)-min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)=∣P+j-Pj+∣

(1)

土地利用/覆被交換變化量指數(shù)(Sj)能夠反映區(qū)域內(nèi)不同土地利用類型間的相互轉(zhuǎn)換的總量。

Sj=2×min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)

(2)

土地利用/覆被總變化量指數(shù)(Cj)能夠綜合反映某一土地利用類型的絕對與交換變化量。

Cj=Dj+Sj

(3)

式(1)～(3)中，Pj+表示T1時(shí)點(diǎn)土地利用/覆被類型j的總面積百分比； P+j表示T2時(shí)點(diǎn)j種土地利用/覆被類型的總面積百分比； Pjj表示一定時(shí)期內(nèi)j種土地利用/覆被類型保持不變的面積百分比。

2.2 土地變化軌跡模型

通過結(jié)合7個(gè)不同時(shí)間段的圖層來表示土地利用變化軌跡，利用ArcGIS10.2軟件將7個(gè)時(shí)間段的圖層疊加在一起，形成一幅包含各個(gè)時(shí)間段斑塊的圖層，每個(gè)圖斑賦值7個(gè)時(shí)間段的土地利用編碼。其中，A表示耕地； B表示林地； C表示草地； D表示水域； E表示建設(shè)用地； F表示未利用地。建立土地利用變化軌跡的模型，分別用A～F 6個(gè)字母按照1980-1990-1995-2000-2005-2010-2015的順序表達(dá)每個(gè)斑塊的土地利用變化軌跡。

3 土地利用/覆被變化分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)分析

紹興市2015年主要土地利用類型為林地、耕地、建設(shè)用地、水域，四者的土地總面積占全市總面積的98.10%。近35年來，建設(shè)用地面積呈上升趨向，由1980年的2.511 2萬hm2(3.09%)迅速上升到7.918 5萬hm2(9.74%)，可見經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展以及人口的迅速增長對建設(shè)用地的強(qiáng)烈需求，且?guī)缀?0%的建設(shè)用地是由耕地轉(zhuǎn)換而來。同時(shí)，耕地面積先緩慢下降， 2000年后迅速下降，面積由1980年的28.286 3萬hm2(34.79%)下降到23.875 3萬hm2(29.36%)； 而林地面積從1980年的45.874 6萬hm2(56.42%)緩慢增加到1995年的46.368 5萬hm2(57.02%)，之后又緩慢下降到2015年的45.706 0萬hm2(56.21%)，總體變化不大； 水域面積整體呈下降趨勢，其中2000～2010年小幅度上升且穩(wěn)定不變，由1980年的3.058 3萬hm2(3.76%)到2015年的2.269 5萬hm2(2.79%)， 88%以上變化的水域面積轉(zhuǎn)化成了耕地。相對于紹興市4種主要的土地利用類型，草地、未利用地占總利用面積較少，分別占1.90%、0.004%，草地面積幾乎沒有變化，而未利用地從1980年的0.06%下降到0.004%，幾乎全部轉(zhuǎn)換成其他類型的土地，可見紹興市的土地幾乎都處于開發(fā)利用狀態(tài)。

圖2 土地利用類型變化趨勢

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

由于土地利用是一個(gè)動態(tài)的過程，各個(gè)時(shí)期的土地利用類型或多或少的有所變化。如表1所示，土地利用總變化量由大到小依次是：耕地>建設(shè)用地>水域>林地>草地>未利用地，其中林地和草地以交換變化為主，耕地、建設(shè)用地和未利用地的轉(zhuǎn)化以凈變化量為主，水域的變化以凈變化和交換變化為主。

1980～2015年，土地利用類型變化按增加率大小排序依次是：建設(shè)用地>草地； 按減少率大小排序依次是：未利用地>水域>耕地>林地(表2)。35年來，耕地的流失面積為5.653 8萬hm2，而補(bǔ)入面積僅僅為1.242 8萬hm2，其中1.060 9萬hm2(占補(bǔ)入面積的85.36%)由水域轉(zhuǎn)化而來。耕地1980～2015年凈流失面積達(dá)4.411 1萬hm2，期間有耕地轉(zhuǎn)化面積的83.09%流向了建設(shè)用地。期內(nèi)共用15.59%的耕地流向其他土地利用類型，并且2000年以來，耕地流失速度加速，雖然沿海的1.060 9萬hm2水域開發(fā)成了耕地，但流失的速度遠(yuǎn)大于補(bǔ)充的速度，耕地的保護(hù)工作壓力很大。

建設(shè)用地增幅最大，改革開放之后的35年建設(shè)用地增加了5.407 2萬hm2(215.32%)，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入了輝煌的時(shí)代，紹興各區(qū)縣政府所在地周圍建設(shè)用地增多，吸引了許多企業(yè)來紹興投資建廠，尤其是越城區(qū)、柯橋區(qū)和上虞區(qū)的建設(shè)用地增加最多。林地與草地的面積總量沒有太大的變化，主要是這些土地類型一般都在丘陵地帶，人煙稀少，比較偏自然狀態(tài)，但其交換變化占比較大，期間部分林地流向了建設(shè)用地； 同時(shí)部分耕地流向了林地，這與國家1999年以來實(shí)施“退耕還林還草工程”密切相關(guān)。紹興市的水域面積自改革開放以來，面積由原來的3.058 3萬hm2減少到2015年的2.269 5萬hm2， 2015年幾乎是1980年水域面積的1/4，減少的水域面積大部分流向了耕地，少數(shù)變成了建設(shè)用地。未利用地雖然面積比較少，但在轉(zhuǎn)換為其他用地的過程中發(fā)揮了很大的作用， 93.36%的未利用地均被開發(fā)成了其他利用類型的土地，可見紹興市的土地利用率很高。

圖3 紹興市土地利用軌跡分布

圖4 1980～2015年土地變化總軌跡

表1 1980～2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表2 1980～2015年紹興市土地利用類型轉(zhuǎn)換 %

表3 紹興市土地利用變化軌跡圖斑

面積(hm2)變化軌跡占比(%)面積(hm2)變化軌跡占比(%)449782B-B-B-B-B-B-B55 311427B-B-B-B-B-B-E0 18224172A-A-A-A-A-A-A27 571366B-B-A-A-A-A-A0 1723516E-E-E-E-E-E-E2 891260E-E-A-E-E-E-E0 1518839A-A-A-A-E-E-E2 321205D-D-D-D-A-A-A0 1516103D-D-D-D-D-D-D1 98983D-D-D-D-D-D-E0 1214314A-A-A-A-A-A-E1 76813C-C-B-C-C-C-C0 1013589C-C-C-C-C-C-C1 67794A-A-B-A-A-A-A0 105628A-A-E-E-E-E-E0 69773B-B-B-B-B-E-E0 105029D-D-D-D-D-D-A0 62734A-E-E-E-E-E-E0 094875A-A-A-A-A-E-E0 60676A-A-A-A-A-A-D0 084422A-A-B-B-B-B-B0 54637A-A-D-D-D-D-D0 082892D-D-A-A-A-A-A0 36614A-A-A-A-B-B-B0 082840B-B-B-B-E-E-E0 35465B-B-B-B-B-B-C0 061790A-A-A-A-D-D-D0 22409F-F-B-B-B-B-B0 051702D-D-A-D-D-D-D0 21402D-D-A-D-D-D-A0 051628A-A-A-E-E-E-E0 20385C-C-C-C-B-B-B0 05

3.3 土地利用變化軌跡分析

研究中發(fā)現(xiàn)，紹興市有32條較大的土地變化軌跡圖斑，占紹興市土地利用總面積的98.88%。由圖3、表3可看出，紹興市近35年來，長期不變的穩(wěn)定的土地類型占全市土地面積的89.43%，林地占據(jù)了一半以上的比重，而變化的土地利用軌跡占10.57%。其中面積最大的是林地，占全區(qū)面積的55.31%，變化的林地占0.84%(其中在2005年、2010年、2015年分別轉(zhuǎn)移0.35%、0.10%、0.18%至建設(shè)用地，0.17%的林地于1995年變成了耕地， 0.06%的林地于2015年變成了草地)。其次是耕地， 1980年總占比為34.79%， 2015年總占比為29.43%，期間27.57%的耕地處于穩(wěn)定不變的狀態(tài)， 6.76%的耕地發(fā)生了變化(圖4中， 1990～2015年耕地向建設(shè)用地依次轉(zhuǎn)移了0.09%、0.69%、0.20%、2.32%、0.60%、1.76%，共計(jì)5.66%)，耕地在1995年、2005年分別轉(zhuǎn)移了0.54%、0.08%到林地。草地與未利用地兩者主要轉(zhuǎn)移的土地類型是林地，其中草地在2005年轉(zhuǎn)移了0.05%，未利用地在1995年轉(zhuǎn)移了0.05%。最后是水域，主要的變化是流向了耕地，有的短暫變成了耕地后又變回了水域，占0.26%； 1995年、2005年、2015年分別有0.36%、0.15%、0.62%轉(zhuǎn)移到耕地，這些是轉(zhuǎn)移后穩(wěn)定不變的。建設(shè)用地具有穩(wěn)固性，幾乎不發(fā)生轉(zhuǎn)移的情況。綜合來看，人類活動與經(jīng)濟(jì)建設(shè)頻繁的地區(qū)，土地利用類型變化比較活躍，尤其是越城區(qū)、柯橋區(qū)與上虞區(qū)。改革開放的35年來，紹興地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，土地利用變化活躍，土地結(jié)構(gòu)不斷在調(diào)整，以適應(yīng)該地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

4 結(jié)論與討論

基于紹興市1980～2015年共7期Landsat TM影像解譯數(shù)據(jù)，結(jié)合ArcGIS分析等技術(shù)手段，分析了1980～2015年7個(gè)時(shí)期的土地利用轉(zhuǎn)型情況，并在此基礎(chǔ)上分析了紹興市土地利用變化的軌跡。 最后，對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)換的原因進(jìn)行了探究，主要結(jié)論有3點(diǎn)。

(1)紹興市是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市之一，全市林地面積(45.706 0萬hm2)占56.21%，其次是耕地(23.875 3萬hm2)、建設(shè)用地(7.918 5萬hm2)、水域(2.269 5萬hm2)，分別占比29.36%、9.74%、2.79%，這4種主要土地利用類型占紹興市土地總面積的98.10%。由于沿海灘涂的開發(fā)，導(dǎo)致水域不斷減少； 林地總量變化較小，建設(shè)用地飛速增加。

(2)從土地利用類型變化軌跡來看，紹興市土地類型沒有發(fā)生變化的面積占89.43%，為全區(qū)的主導(dǎo)，而變化的土地利用軌跡為10.57%。1980～2015年耕地變化軌跡占比最高(5.66%)，主要變化軌跡為耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地，分布在城市核心區(qū)邊緣； 水域轉(zhuǎn)耕地，占比為1.17%，分布在紹興東北圍墾區(qū)。林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，其占比為0.62%，分布比較分散。2000年以前，紹興市土地利用相對穩(wěn)定； 2000年后變化強(qiáng)烈，轉(zhuǎn)化量增多。紹興市東北部平原和縣區(qū)核心區(qū)域是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用變化的活躍區(qū)域。

(3)1980～2015年紹興市土地利用主要受到社會因素的影響。城市化的發(fā)展和人口的迅速增長，使城市人口和土地面積迅速增加，造成城市邊緣的農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化成了建設(shè)用地。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，使人們的工作方式和生活方式發(fā)生了改變，大量的勞動力投入到第二、三產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步導(dǎo)致了建設(shè)用地面積的增長。同時(shí)，沿海圍墾區(qū)的開發(fā)，影響了土地利用的軌跡。

紹興市土地利用變化是基于區(qū)域自然及社會條件，是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步、人口增長、國家政策以及自然變化等多種因素共同影響下的結(jié)果。經(jīng)濟(jì)、人口、科技、交通等因素是土地利用變化的顯著因素。下一步研究中，應(yīng)全面綜合考慮影響土地利用變化驅(qū)動力的因素。

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