長株潭城市群“綠心”區(qū)土地利用變化特征
——基于土地功能視角

李樂蓉， 段建南， 楊 威， 張 昺

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128)

“綠心”區(qū)是提供生態(tài)服務(wù)或生態(tài)產(chǎn)品為主體功能的城市區(qū)域?！熬G心”概念首次由中國共產(chǎn)黨第十八次全國代表大會(huì)提出，且大會(huì)明確要求保護(hù)生態(tài)環(huán)境，走綠色發(fā)展道路。但近年來經(jīng)濟(jì)增長、工業(yè)污染、用地不合理等導(dǎo)致各城市的生態(tài)“綠心”區(qū)生態(tài)功能降低，盡管各地政府已出臺(tái)相關(guān)政策并采取多種措施保護(hù)“綠心”，但“綠心”區(qū)生態(tài)保護(hù)依然沒有得到本質(zhì)改善。因此，摸清“綠心”區(qū)土地利用功能現(xiàn)狀，探明土地利用功能變化規(guī)律，對(duì)協(xié)調(diào)土地生態(tài)、生產(chǎn)、社會(huì)功能之間的矛盾，調(diào)整土地利用布局及空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)保障“綠心”區(qū)作為城市“綠肺”的功能有重大意義。目前，國內(nèi)外諸多學(xué)者從土地利用布局和空間結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，分析土地利用變化規(guī)律，研究多區(qū)域、多尺度土地利用變化過程及演變機(jī)理[1-2]；但對(duì)土地功能角度的土地利用功能空間分布及特征研究的尚不多見[3-4]。隨著土地功能分類體系的完善[5-6]，將土地功能應(yīng)用于土地利用功能空間分布及特征分析具有了實(shí)際操作性。長株潭城市群是我國中部地區(qū)第1個(gè)國家城市群，具有自然及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的獨(dú)特性，可以打造生產(chǎn)生態(tài)生活協(xié)調(diào)發(fā)展的新城市群典范[7]。長株潭城市群的生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域(長株潭“綠心”地區(qū))是緩解大城市病的重要生態(tài)功能區(qū)，研究其土地功能空間分布及變化特征對(duì)“綠心”區(qū)域建設(shè)與發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)以長株潭城市群“綠心”區(qū)為研究對(duì)象，從土地功能角度出發(fā)，利用ArcGIS空間分析技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析長株潭城市群“綠心”土地功能的空間分布及其變化特征[8-9]，以期為政府部門制定保護(hù)“綠心”區(qū)的土地利用模式，協(xié)調(diào)社會(huì)、生產(chǎn)、生態(tài)用地之間的矛盾提供決策支持，為促進(jìn)長株潭一體化協(xié)同發(fā)展和土地資源的優(yōu)化調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，也為其他地區(qū)的土地資源環(huán)境協(xié)調(diào)提供借鑒。

1 研究區(qū)域概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

長株潭“綠心”地區(qū)位于湖南省長沙、株洲、湘潭三市交界的三角地帶(圖1)，北至長沙繞城線及瀏陽河，西至長潭高速西線，東至瀏陽柏加鎮(zhèn)，南至湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)，共涉及洞井鎮(zhèn)、坪塘鎮(zhèn)、暮云鎮(zhèn)、跳馬鄉(xiāng)、柏加鎮(zhèn)、仙庾鎮(zhèn)、龍頭鋪鎮(zhèn)、云田鄉(xiāng)、馬家河鎮(zhèn)、群豐鎮(zhèn)、昭山鄉(xiāng)、易家灣鎮(zhèn)、荷塘鄉(xiāng)、雙馬鎮(zhèn)、易俗河鎮(zhèn)、梅林橋鎮(zhèn)16個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))1個(gè)示范區(qū)(九華示范區(qū))638個(gè)居民點(diǎn)。長株潭城市群“綠心”地區(qū)面積約 521.55 km2。其中，長沙市304.40 km2，占58.36%；株洲市82.95 km2，占15.90%；湘潭市134.20 km2，占25.73%。長株潭地貌以低山丘陵為主，中部地勢高，向東西兩側(cè)地勢逐漸降低，山林分布廣泛；氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫16 ℃；工業(yè)污染整體較輕，區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好，比較適合動(dòng)植物繁衍生長，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)。生態(tài)“綠心”地區(qū)是長株潭三市重要的生態(tài)隔離帶，具有城市群重要的生態(tài)屏障功能，擁有石燕湖、仰天湖、法華山、金霞山、五云峰、昭山森林公園、紅旗水庫、五一水庫等自然保護(hù)區(qū)[7]。

1.2 研究思路及方法

1.2.1 研究區(qū)土地功能分類 國內(nèi)外學(xué)者基本將土地功能劃分為三大類[10-11]，由于長株潭城市群“綠心”區(qū)以生態(tài)功能為主導(dǎo)功能，本研究將土地劃分為生態(tài)、生產(chǎn)、社會(huì)功能三大類[12]，結(jié)合長株潭城市群“綠心”區(qū)實(shí)際土地資源屬性，以土地所具備的涵養(yǎng)水源功能、調(diào)節(jié)氣候功能、生產(chǎn)功能、居住功能、交通功能等11項(xiàng)功能為指標(biāo)因子，利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件中的系統(tǒng)聚類對(duì)現(xiàn)狀地類的主要功能進(jìn)行重劃，建立長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能分類體系(表1)。

表1 長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能分類系統(tǒng)

1.2.2 數(shù)據(jù)來源與方法 本研究數(shù)據(jù)主要來自湖南省國土資源規(guī)劃院提供的長株潭城市群“綠心”區(qū)2010、2013、2015年3期遙感影像圖和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，土地利用類型包括水域、自然保留地、林地、牧草地、耕地、園地、其他農(nóng)用地、城市建設(shè)用地、交通用地、水利設(shè)施用地、其他建設(shè)用地共11類。參照表1中的長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能分類系統(tǒng)，利用ArcGIS軟件對(duì)3期數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分區(qū)得到3期土地功能用地類型圖(圖2)并統(tǒng)計(jì)各區(qū)域土地功能面積數(shù)據(jù)(表2)。利用土地功能動(dòng)態(tài)度分析土地功能變化的時(shí)間特征，得到長株潭城市群“綠心”區(qū)3期土地功能用地類型圖；用ArcGIS 10.2進(jìn)行空間分析，采用轉(zhuǎn)移矩陣法確定土地功能相互轉(zhuǎn)變的狀況和數(shù)量，得到土地功能的空間轉(zhuǎn)移分布特征；將轉(zhuǎn)移變化圖轉(zhuǎn)點(diǎn)后，利用ArcGIS平臺(tái)下空間分析擴(kuò)展模塊中的密度分析工具完成點(diǎn)密度分析，得到土地功能轉(zhuǎn)移的空間集聚特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地功能的時(shí)間演變特征分析

2.1.1 土地功能動(dòng)態(tài)度分析 由表3可知，2010—2015年整體來看，長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能變化的動(dòng)態(tài)度值依次為社會(huì)功能用地﹥生態(tài)功能用地﹥生產(chǎn)功能用地。首先，2010—2015年長株潭城市群“綠心”區(qū)社會(huì)功能用地增加最明顯，增加值達(dá)到1 825.53 hm2，其中2013—2015年增加幅度突出，達(dá)7.10%。說明在2013—2015年社會(huì)功能用地?cái)U(kuò)增趨勢明顯。其次， 2010—2015年生產(chǎn)功能用地的動(dòng)態(tài)度僅有株洲片區(qū)為正值，為增長趨勢，主要在2010—2013年生產(chǎn)功能用地有所擴(kuò)大。最后，生態(tài)功能用地在2010—2013年基本沒有變化?！熬G心”區(qū)重視和保護(hù)生態(tài)用地，加上政策上的保護(hù)，生態(tài)功能用地在全區(qū)占有絕對(duì)的比重(60%)。生態(tài)功能用地在2013—2015年變化面積減少明顯，達(dá)到 1 292.46 hm2，主要減幅區(qū)域?yàn)殚L沙片區(qū)，長沙片區(qū)動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值大于“綠心”區(qū)動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值，因?yàn)楹鲜∈≌徇w到長沙市南部以后，帶動(dòng)長沙市向南發(fā)展，用地需求擴(kuò)增。

表2 2010—2015年研究區(qū)土地功能面積

2.1.2 各區(qū)域土地功能用地結(jié)構(gòu)變化分析 根據(jù)各區(qū)域的土地功能占比對(duì)各區(qū)域土地利用功能結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析(圖3)：首先，長沙片區(qū)。隨著時(shí)間的推進(jìn)，長沙片區(qū)生態(tài)功能用地呈先增長后縮減的趨勢，增幅較小為0.42%，主要增加的用地類型為水域和林地，但在2013—2015年生態(tài)功能面積減幅較大，為 3.23%，減少了981.61 hm2，主要減少的用地類型為林地、自然保留地、水域；2010—2015年生產(chǎn)功能用地面積呈逐漸遞減狀態(tài)，減幅較均勻；社會(huì)功能用地面積在3種功能用地面積中占比最小，與生態(tài)功能用地變化呈反向趨勢，2010—2013年社會(huì)功能面積略有減少，減少用地類型主要為城鄉(xiāng)建設(shè)用地和其他建設(shè)用地，而2013—2015年社會(huì)功能面積增加，達(dá)到1 077.25 hm2。表明長沙市2010—2013年為保護(hù)生態(tài)擴(kuò)大了濕地的面積，隨后長沙城區(qū)的南遷以及交通建設(shè)對(duì)長株潭城市群的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起促進(jìn)作用，導(dǎo)致長沙片區(qū)對(duì)生產(chǎn)和生態(tài)用地的占用，社會(huì)功能用地增長迅速。其次，株洲片區(qū)。株洲片區(qū)是3個(gè)區(qū)域中生態(tài)功能用地面積相對(duì)于本片區(qū)其他功能用地占比最大的區(qū)域，2015年接近70%，2010—2015年比重逐漸減少，減幅較均勻；社會(huì)功能用地在2010—2013年基本沒變，2013—2015年社會(huì)功能用地比重增加了2%，主要增加用地類型為城鄉(xiāng)建設(shè)用地；生產(chǎn)功能用地面積變化呈先增長后減少的趨勢，且增幅大于減幅，主要擴(kuò)增用地類型為耕地。2010—2013年生產(chǎn)功能用地有所增加，主要是由于土地整理后的耕地恢復(fù)，而隨后的減少是由于株洲市向西發(fā)展對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)用地需求增加。最后，湘潭片區(qū)。社會(huì)功能用地面積處于增長趨勢，2010—2015年總體比重增加了 4.50%，增加量達(dá)到604.55 hm2，2013—2015年比重增長明顯，增幅達(dá)到4.05%，主要增長用地類型為交通用地及城鄉(xiāng)建設(shè)用地；2010—2015年生態(tài)功能用地面積逐步減少，生態(tài)功能用地比重由59.12%減少到57.12%，減少了 268.29 hm2。2010—2013年略有減少，2013—2015年減幅較大于前期；2010—2013年生產(chǎn)功能用地面積基本沒變，2013—2015年減幅較大，為2.37%，主要減少用地類型為耕地。表明2010—2015年由于湘潭區(qū)域長株潭城際鐵路的建設(shè)，社會(huì)功能用地?cái)U(kuò)大，除生態(tài)功能用地減少外，對(duì)耕地的占用較明顯。

表3 研究區(qū)土地利功能類型的變化面積及動(dòng)態(tài)度

2.2 土地功能的空間演變特征分析

2.2.1 土地功能轉(zhuǎn)移空間分布特征 根據(jù)土地功能類型數(shù)據(jù)采用轉(zhuǎn)移矩陣法得到土地功能類型轉(zhuǎn)移矩陣(表4)，根據(jù)2010—2015年土地功能類型圖通過ArcGIS的空間疊加分析，分別得到生態(tài)、生產(chǎn)、社會(huì)功能的變化圖(圖4)?？梢钥闯觯L株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能呈現(xiàn)明顯的空間分布差異性。首先，生態(tài)功能用地。生態(tài)功能用地分布面積最廣，主要分布在長株潭城市群“綠心”區(qū)東北部分的核心區(qū)域往周邊擴(kuò)散，連片區(qū)域被交通線路割斷明顯。2010—2015年生態(tài)功能用地的轉(zhuǎn)出量為1 278.46 hm2，其中轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?huì)功能用地(主要轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)建設(shè)用地和交通用地)的面積共有 1 171.41 hm2，占生態(tài)功能用地面積總轉(zhuǎn)出量的91.62%，轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)功能用地的面積為107.05 hm2。而生態(tài)功能用地的轉(zhuǎn)入量稀少，僅為0.95 hm2，轉(zhuǎn)入量與轉(zhuǎn)出量差值較大，表明2010—2015年生態(tài)功能用地主要為轉(zhuǎn)出。其次，生產(chǎn)功能用地。生產(chǎn)功能用地主要集中分布在湘江兩側(cè)呈帶狀分布及“綠心”區(qū)東部邊界部分帶狀分布，其他低坡度區(qū)域零星分布。2010—2015年轉(zhuǎn)入量為107.05 hm2，轉(zhuǎn)出量為 655.06 hm2，轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出相對(duì)平衡，轉(zhuǎn)入部分主要在株洲市，轉(zhuǎn)出部分主要在湘潭市。最后，社會(huì)功能用地。社會(huì)功能用地主要集中分布在湘江東部。轉(zhuǎn)入量為1 826.29 hm2，轉(zhuǎn)出量僅為0.77 hm2，表明2010—2015年社會(huì)功能主要為轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入地區(qū)主要分布在長沙市的西北部、湘潭市的西南部以及株洲市的東北部。該轉(zhuǎn)化特征主要是由于湖南省省政府搬遷到長沙市南郊區(qū)后，長沙南移、湘潭北擴(kuò)，株洲西靠的相向擴(kuò)張趨勢日益明顯?！熬G心”區(qū)處于長株潭城市群的交匯區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市化的進(jìn)程加快造成了局部地區(qū)的過度開發(fā)，導(dǎo)致用地需求劇增，交通用地割斷明顯，綠地面積逐漸減少。

表4 2010—2015年研究區(qū)土地功能類型轉(zhuǎn)移矩陣

2.2.2 土地功能變化空間集聚特征 通過ArcGIS 10.2軟件對(duì)長株潭城市群“綠心”區(qū)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出變化進(jìn)行密度分析，可以直觀地看出三大功能用地轉(zhuǎn)變分布的空間集聚特征(圖5)。首先，生態(tài)功能用地轉(zhuǎn)入的點(diǎn)密度分布稀少且分散，僅有2個(gè)密度點(diǎn)，且都在長沙片區(qū)。社會(huì)功能用地轉(zhuǎn)出密度與生態(tài)功能轉(zhuǎn)入密度分布基本一致，說明生態(tài)功能轉(zhuǎn)入與社會(huì)功能轉(zhuǎn)出呈相關(guān)性。其次，社會(huì)功能用地轉(zhuǎn)入密度呈明顯聚集特征，呈南北走向帶狀分布，形成多個(gè)聚集點(diǎn)，即湘潭片區(qū)中部、長沙片區(qū)西北部、株洲片區(qū)東北部。其中，點(diǎn)密度最高值所在的區(qū)域位于長沙市。其生態(tài)功能用地轉(zhuǎn)出密度圖與社會(huì)功能用地轉(zhuǎn)入密度圖分布相似，但略有不同，生態(tài)功能轉(zhuǎn)出密度集聚點(diǎn)位于湘潭片區(qū)偏西，說明生態(tài)轉(zhuǎn)出密度與社會(huì)轉(zhuǎn)入密度呈相關(guān)性。最后，生產(chǎn)功能用地轉(zhuǎn)入點(diǎn)密度分布相對(duì)分散，密度較大的區(qū)域主要在株洲片區(qū)北部和西部，呈零星團(tuán)簇狀，密度最高值所在區(qū)域位于株洲片區(qū)的東北角，與其他密度圖相關(guān)性??；生產(chǎn)功能轉(zhuǎn)出密度呈“西密東稀”片狀分布，密度最高值所在區(qū)域位于湘潭市西南部，與其他密度圖相關(guān)性?。?010—2015年總體來看土地功能變化熱點(diǎn)處于研究區(qū)西部，呈南北走向分布，生態(tài)功能轉(zhuǎn)入密度與社會(huì)功能轉(zhuǎn)出密度一致，社會(huì)功能的轉(zhuǎn)入密度與生態(tài)功能的轉(zhuǎn)出密度相似，生產(chǎn)功能轉(zhuǎn)移密度與其他相關(guān)性小。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

基于3期土地利用數(shù)據(jù)建立長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能分類體系，分別從時(shí)間、空間分析長株潭城市群“綠心”區(qū)的土地利用功能時(shí)空演變特征情況發(fā)現(xiàn)，首先，生態(tài)功能用地和生產(chǎn)功能用地呈減少趨勢，社會(huì)功能用地呈增長趨勢，生產(chǎn)功能的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出相對(duì)平衡，反映了“綠心”區(qū)受到長株潭城市群城市化進(jìn)程加快的影響，導(dǎo)致“綠心”區(qū)社會(huì)功能用地不斷擴(kuò)大。其次，長沙片區(qū)。由于城區(qū)的南遷以及交通的建設(shè)對(duì)長株潭城市群的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展起促進(jìn)作用，導(dǎo)致長沙片區(qū)對(duì)生產(chǎn)和生態(tài)用地的占用，社會(huì)功能用地增長迅速。株洲片區(qū)。2010—2013年生產(chǎn)功能用地有所增加，主要是由于土地整理后的耕地恢復(fù)，而2013—2015年對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)用地需求增加。湘潭片區(qū)。2010—2015年由于湘潭區(qū)域長株潭城際鐵路的建設(shè)，社會(huì)功能用地?cái)U(kuò)大，除生態(tài)功能用地減少外，對(duì)耕地的占用較明顯。再次，長株潭城市群“綠心”區(qū)土地功能呈現(xiàn)明顯的空間分布差異性。生態(tài)功能用地主要分布在長株潭城市群“綠心”區(qū)東北部分的核心區(qū)域往周邊擴(kuò)散；生產(chǎn)功能用地主要集中分布在湘江兩側(cè)呈帶狀分布及“綠心”區(qū)東部邊界部分帶狀分布；社會(huì)功能用地主要集中分布在湘江東部。最后，長株潭城市群“綠心”區(qū)三大功能用地轉(zhuǎn)變分布具有明顯的空間集聚特征。2010—2015年土地功能變化熱點(diǎn)集中在西部，呈南北走向分布，生態(tài)功能轉(zhuǎn)入密度與社會(huì)功能轉(zhuǎn)出密度一致，社會(huì)功能的轉(zhuǎn)入密度與生態(tài)功能的轉(zhuǎn)出密度相似，生產(chǎn)功能轉(zhuǎn)移密度與其他相關(guān)性小。

以土地利用功能分析土地資源特征可為“綠心”區(qū)土地利用管理和規(guī)劃提供新的視角，對(duì)土地功能合理布局和土地資源可持續(xù)利用具有實(shí)用價(jià)值。

3.2 建議

本研究結(jié)果表明，研究區(qū)社會(huì)功能用地、生態(tài)功能用地以及生產(chǎn)功能用地之間的矛盾依然存在。由于長株潭城市群“綠心”區(qū)特殊的自然環(huán)境，任其發(fā)展下去將會(huì)削弱“綠心”的價(jià)值，因此必須首要保護(hù)生態(tài)功能用地，劃定生態(tài)紅線；其次還要節(jié)約利用社會(huì)功能用地，因地制宜加強(qiáng)生產(chǎn)功能用地的高效利用，發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，協(xié)調(diào)社會(huì)、生產(chǎn)、生態(tài)3個(gè)功能用地的發(fā)展。由于3市主要從局部利益來考慮各自方案，缺乏綜合協(xié)調(diào)，3個(gè)片區(qū)的變化差異大。建議長株潭城市群各區(qū)域嚴(yán)格按照規(guī)劃建設(shè)“綠心”，長沙片區(qū)須要保護(hù)林地，防止亂采亂伐，嚴(yán)禁濫用自然保留地，重點(diǎn)保護(hù)生態(tài)功能用地；湘潭片區(qū)須要切實(shí)保護(hù)耕地，重點(diǎn)保障生產(chǎn)功能用地，減少交通用地對(duì)綠地的割斷；株洲片區(qū)須要減少對(duì)園地和水域的占用。長株潭城市群有必要建立專門的部門統(tǒng)一管理“綠心”區(qū)，建立土地利用功能變化監(jiān)測體系，實(shí)時(shí)掌握動(dòng)態(tài)并及時(shí)進(jìn)行調(diào)控。