基于GIS的城郊結(jié)合帶土地利用覆被變化研究
——以武漢市黃陂區(qū)為例

趙澤平，張凱瑞，陳紅鳳，徐偉青，向婉婷，曹瀚文

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002）

土地利用覆被/分類是土地利用中基礎(chǔ)的技術(shù)實踐應(yīng)用工作，可為土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地資源開發(fā)、監(jiān)測和控制等方面提供理論依據(jù)，為土地管理和相關(guān)部門提供土地利用相關(guān)信息，有助于土地資源可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著我國快速城市化，人類的活動范圍、活動程度逐年加大，土地資源的開發(fā)利用問題逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。

近20年來，國內(nèi)外已有較多學(xué)者對土地利用分類進(jìn)行研究和分析，其中李亦佳等學(xué)者運用數(shù)理統(tǒng)計，空間分析和GIS等方法對南昌市1995-2015年的土地利用時空變化以及驅(qū)動因素進(jìn)行了分析[2]；周霞等用動態(tài)模型來揭露了咸寧市2005-2015年間的土地覆被變化的相關(guān)特征，并對其相關(guān)的動力因素進(jìn)行總結(jié)[3]；陳義菁等根據(jù)遙感圖像數(shù)據(jù)制作土地利用專題圖并對比分析重慶市北碚區(qū)土地利用類型變化，探索出影響土地利用分類變化的原因[5]。目前土地利用/覆被分類變化的研究多偏重于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的大型城市，而對于快速發(fā)展的特大城市下的城郊結(jié)合帶的研究相對較少。

本研究以武漢市城郊結(jié)合帶——黃陂區(qū)2000、2005、2010、2015和2018年五個時期的土地利用遙感影像數(shù)據(jù)為研究對象，結(jié)合當(dāng)?shù)厝丝?、城?zhèn)化以及社會經(jīng)濟(jì)等因素對武漢市黃陂區(qū)的土地利用變化的影響，分析了城郊結(jié)合帶土地覆被變化的驅(qū)動因素。本研究有助于合理優(yōu)化土地空間利用和科學(xué)調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局，可為未來土地規(guī)劃等工作提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黃陂區(qū)地處長江中下游北岸，位于平原向丘陵多山地勢過渡帶，地理位置跨越114°09′-114°39′E，30°40′-31°22′N，研究區(qū)內(nèi)有低山區(qū)、丘陵區(qū)、崗狀平原區(qū)和濱湖平原區(qū)的四種地貌，形成全境“三分半山，一分半水，五分田”的格局[5]。區(qū)內(nèi)光照條件充分，雨水充盈，地理條件優(yōu)越，非常適宜農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

隨著近幾年中心城區(qū)——武漢的發(fā)展，黃陂區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化水平明顯提高，建設(shè)用地大幅擴張。根據(jù)黃陂區(qū)2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[8-9]可知，黃陂區(qū)2018年的GDP年增長率達(dá)到了17.1%，城市化水平增至18.2%，建設(shè)用地率為0.354‰，人均建設(shè)用地面積為0.71m2，人均耕地面積478.26m2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用覆被相關(guān)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，遙感地圖信息數(shù)據(jù)源主要是Landsat TM影像，在Landsat TM數(shù)據(jù)無法覆蓋或質(zhì)量較差的區(qū)域，使用資源三號衛(wèi)星影像和GoogleEarth影像等數(shù)據(jù)進(jìn)行補充，以提高判讀和制圖精度[6-7]。在ArcGIS中進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、裁剪等步驟，得到黃陂區(qū)空間分辨率為30m×30m的2000、2005、2010、2015和2018年的土地利用覆被數(shù)據(jù)。結(jié)合研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)特征，將土地利用覆被分為6類：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

1.3 研究方法

土地類型的判別利用Lansat ETM+遙感圖像的光譜、紋理和色調(diào)等信息，經(jīng)專家識別，結(jié)合地形圖目視解譯而成，采用空間疊加分析、土地利用動態(tài)度分析、空間轉(zhuǎn)移矩陣等方法[4]分析土地覆被變化及其空間分布規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

通過分析各時期的土地覆被類型和特征可知，在武漢市黃陂區(qū)分布最廣的是林地和耕地，草地和未利用地在武漢市黃陂區(qū)的分布比較少；土地利用類型發(fā)生了較大變化，其中耕地的降低最為顯著，建設(shè)用地面積持續(xù)快速增長，林地和水域的變化程度較小。經(jīng)過空間疊加分析得到黃陂區(qū)各時期土地利用面積變化趨勢和強度，結(jié)果見表1、圖1和圖2。

圖2 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區(qū)土地覆被類別變化趨勢圖

表1 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區(qū)各種土地利用類別面積統(tǒng)計

圖1 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區(qū)土地覆被類別空間分布圖

（1）2000-2005年，研究區(qū)的水域、林地、建設(shè)用地范圍相對擴大，草地、耕地、未利用地范圍相對縮小，且耕地的下降速率最大，反映了當(dāng)?shù)卣畬ν烁€林政策的實施十分到位，表明國家對土地利用相關(guān)問題在逐漸重視和改善。

（2）2005-2010年，研究區(qū)的林地、耕地、草地和水域的范圍相對下降了，建設(shè)用地以及未利用地的范圍有所增長，而建設(shè)用地的增長最顯著，增加了53.80 km2，建設(shè)用地面積占整體的5.40%；耕地的降幅最為明顯，降低了46.86km2，耕地面積占總面積的61.45%。這說明由于國家退耕還林政策的大力推進(jìn)，耕地面積大幅減少，與此同時，城市的擴張和發(fā)展加速了建設(shè)用地的利用，使建設(shè)用地大幅增加。

（3）2010-2015年，研究區(qū)的建設(shè)用地的范圍擴大了，而耕地、草地、林地、水域的范圍均有所縮小。耕地面積減少了20.31km2，仍占總體的60.55%；建設(shè)用地面積增加25.66 km2后占總體的6.54%。反映了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)用地的規(guī)模調(diào)整模式是通過占用耕地的面積來促進(jìn)農(nóng)民住宅向集鎮(zhèn)、中心村集中，以此促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展進(jìn)程。

（4）2015-2018年，研究區(qū)的林地、草地、建設(shè)用地和未利用地范圍保持穩(wěn)定并有一定地相對增長，耕地和水域范圍有所縮小，反映了當(dāng)?shù)卣畬ο嚓P(guān)土地保護(hù)政策的有效落實。按照相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)的要求，實行土地的保護(hù)和防護(hù)措施，由主管部門進(jìn)行管控，因此使林地和草地得到了保護(hù)，在三年間面積保持穩(wěn)定。

（5）2000-2018年，總體來說，研究區(qū)的土地覆蓋類型在18年間發(fā)生顯著改變，林地、耕地、草地和水域范圍都相對縮小了，而建設(shè)用地和未利用地在增長；其中建設(shè)用地的擴張最顯著，18年間擴大了106.75 km2，截至2018年由總體的2.73%增長至7.48%；耕地的下降最為顯著，18年間面積減少了97.16 km2；現(xiàn)占總體的59.80%；水域以及未利用地的改變較小。城市的快速擴張導(dǎo)致耕地數(shù)量大幅減少，人地矛盾進(jìn)一步加大。相比較而言，研究區(qū)對建設(shè)用地的投入力度明顯加大，但建設(shè)用地并不能高效運轉(zhuǎn)，且產(chǎn)出效益比較低。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文以武漢市黃陂區(qū)作為研究對象，黃陂區(qū)在2000-2018年間土地覆被結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大改變，主要的土地利用類型是耕地、水域、林地和建設(shè)用地，其中耕地、水域、林地和草地的范圍在縮小，18年間分別縮小了97.16 km2、1.24 km2、6.31 km2、2.28 km2，建設(shè)用地范圍卻大幅增長了106.75 km2，未利用地范圍增長了0.31 km2。

對比五期土地覆被類別空間分布圖的發(fā)展趨勢可知，五期的耕地和建設(shè)用地的發(fā)展趨勢相對保持穩(wěn)定，耕地在持續(xù)降低，而建設(shè)用地卻持續(xù)上升，耕地自2000年后就一直呈持續(xù)下降狀態(tài)，五期耕地縮小的面積與建設(shè)用地所增加的面積大致相等，說明新增城鎮(zhèn)建設(shè)用地的主要來源是耕地；草地由最初下降狀態(tài)在2015-2018階段轉(zhuǎn)為上升狀態(tài)，表明國家的退耕還林還草的政策正在大力推行和實施，且已發(fā)揮了一定作用。水域和林地雖總體變化不大，面積卻在2000-2005年間上升但在2005年以后轉(zhuǎn)為下降趨勢，水域面積的變化與黃陂區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)。鑒于黃陂區(qū)有大量的水域面積，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，2005年之前為促進(jìn)該區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，政府大力促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，促使了水域面積的增加。此后，水域面積開始減少，是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境造成破壞，黃陂區(qū)大量水域污染，政府為保護(hù)生態(tài)環(huán)境開始減少水產(chǎn)養(yǎng)殖，因此水域面積沒有發(fā)生太大的變化。林地與水域也有不同，林地面積在2015年以后略有上升，一方面是國家退耕還林的政策，另一方面也是政府對環(huán)境保護(hù)的力度加大。另外未利用地的變化趨向并不明顯，保持著相對穩(wěn)定。

3.2 建議

建設(shè)用地的擴張要在適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要下進(jìn)行，黃陂區(qū)建設(shè)用地的面積隨其經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長，而城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢更強，使建設(shè)用地的利用率不高，所以在保證建設(shè)用地規(guī)劃和態(tài)勢相對穩(wěn)定的條件下，進(jìn)一步改善城鎮(zhèn)利用空間，發(fā)揮資源優(yōu)勢，提升和優(yōu)化土地資源利用效率。

耕地是國之根本，耕地保護(hù)的責(zé)任很重，需要進(jìn)一步改善農(nóng)田的布局，推動農(nóng)田資源合理利用，優(yōu)先保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。黃陂區(qū)的戰(zhàn)略備用土地不足，以致全區(qū)耕地后備資源分布零散，開發(fā)難度大，迫切需要實施耕地保護(hù)政策。而且全區(qū)的環(huán)境保護(hù)工作需要加強，城鄉(xiāng)結(jié)合帶的環(huán)境保護(hù)設(shè)施配備不健全，污染嚴(yán)重，易使生態(tài)發(fā)生破壞，需要加強管理。