榆次城北新區(qū)土地利用變化特征分析

孫貞貞

(遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連 116029)

1 引言

土地利用變化是指人類改變土地利用和管理方式，導致土地覆被的變化[1，2]，是自然和人文過程交叉最為密切的問題。區(qū)域土地利用變化的研究目前已成為 “全球環(huán)境變化的人文因素計劃(IHDP)”的重要組成部分[3]。其中對土地利用 /土地覆蓋的測量一直作為土地利用 /土地覆蓋研究的重要基礎，受到IHDP組織者的高度重視[4]。近年來山西城鄉(xiāng)結合部土地利用類型正在悄然發(fā)生變化，同時遙感和地理信息系統(tǒng)由于宏觀性、綜合性、多光譜性等特征在土地利用變化研究中起著越來越重要的作用[5，6]，成為該研究不可或缺的技術手段。本文以晉中市榆次區(qū)城北新區(qū)為研究對象，對該區(qū)域2006～2011、2013～2018年TM數(shù)據(jù)利用Arcgis進行遙感解譯，并結合動態(tài)模型、質(zhì)量模型、空間模型分析了榆次城北新區(qū)2006～2018年各種土地利用類型的基本特征以及空間格局，以了解研究時段內(nèi)該區(qū)域土地利用變化的基本特征，為城北新區(qū)土地規(guī)劃提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

榆次城北新區(qū)位于晉中市城區(qū)北部，2006年城北新區(qū)開始施工，2013年正式投入使用，是太榆同城化的重要抓手，是山西省教育基地、科研智庫，將成為晉中市發(fā)展的前沿陣地[7，8]。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2006～2011年、2013～2018年土地利用數(shù)據(jù)來源于Landsat5TM數(shù)據(jù)(2012Landsat衛(wèi)星出現(xiàn)故障)，分辨率為30 m。首先利用Arcgis10.2對2018年TM2、TM3、TM4進行標準假彩色合成。而后以此為基準，對其他年份影像進行幾何校正，最后基于全國土地利用分類系統(tǒng)將其分為：建設用地、水體、植被、耕地。并利用ERDAS軟件對影像進行遙感解譯，解譯完成后野外驗證發(fā)現(xiàn)分類結果可以滿足研究精度。

3 研究方法

3.1 土地利用類型動態(tài)變化模型

土地利用類型動態(tài)度直觀反映了區(qū)域土地利用類型的變化劇烈程度[9]。計算公式如下：

K=(Ua-Ub)/Ua×1/T×100%

(1)

式(1)中:K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua，Ub為研究初期與研究末期某一土地利用類型的數(shù)量；T為研究時長。

3.2 土地利用類型空間變化模型

土地利用類型轉移矩陣是土地利用格局變化研究的一種重要的方法，可以動態(tài)地反映各種土地利用類型相互轉換的過程[10]。公式如下：

(2)

式(2)中:P表示面積；n表示土地利用類型數(shù)；Pij中的i、j分別表示研究初期與末期的土地利用景觀類型。

3.3 土地利用類型質(zhì)量變化模型

土地資源開發(fā)度表示的是單位時間中某種土地利用類型實際新開發(fā)程度，其表示為單位時間內(nèi)某種土地利用類型新開發(fā)的土地面積占初期該土地利用類型總面積的百分比[11]。公式如下：

P=Dab/Ua×1/T×100%

(3)

式(3)中:P為土地利用開發(fā)度，Dab為從a時刻到b時刻某種土地利用類型新開發(fā)的面積，Ua表示a時刻該種土地利用類型的面積，T為研究時長。即從a時刻到b時刻。

4 結果與分析

4.1 土地利用變化動態(tài)模型分析

隨著LUCC研究的不斷深入發(fā)展，定量分析在土地利用變化分析中得到廣泛應用[12]。整體來看，土地利用動態(tài)度整體趨勢與土地利用變化總的特征相一致，2006～2012年動態(tài)度的絕對值比2012～2018年大，說明在2006～2012年土地利用類型的變化劇烈，而此階段為北部大學城建設初期，土地利用類型整體在發(fā)生變化(表1)。

表1 土地利用類型動態(tài)度 %

4.2 土地利用變化空間模型分析

由表2可知，三時段內(nèi)耕地轉化為建設用地轉移面積巨大，分別占同期耕地轉移量的94.7%,28.6 %,24.8%，耕地轉化為建設用地是研究時段內(nèi)主要趨勢，這與城北新區(qū)初始主要土地利用類型為耕地以及城北新區(qū)建設密切相關。水體與耕地相互轉換在研究時段內(nèi)均有發(fā)生，2006～2010年和2014～2018年年耕地轉化為水體的轉移量遠不及水體轉化為耕地的轉移量，2010～2014年耕地轉化為水體居絕對優(yōu)勢。2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年水體轉化為建設用地的轉移量占同期轉移量的31.2%、42.3%、27.4%，轉移量在2010～2014年達到最大值。

表2 土地利用類型轉移矩陣提取信息 m2

4.3 土地利用變化質(zhì)量模型分析

通過對土地利用類型轉移矩陣中各種土地利用類型轉移量的計算得出時間段內(nèi)開發(fā)量，并計算出土地利用開發(fā)度表。由表3可知，2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年植被土地利用開發(fā)度度分別為0.53%、38.72%、11.82%。建設用地在三個時段內(nèi)開發(fā)度分別為：26.15%、27.07%、15.4%，整體來看都在15%之上，大于其他類型，數(shù)據(jù)說明城北新區(qū)在2006～2018年處于發(fā)展期，從2014～2018年數(shù)據(jù)來看，未來繼續(xù)發(fā)展的可能性很大。水體土地利用開發(fā)度分別為8.75%、143.71%、18.01%，2010～2014年開發(fā)度高達143.71%，這可能是建設中主要建筑完成后對周圍景觀進行布置。三種土地類型在2010～2014年開發(fā)度達到最大，前期為建筑預熱時期，中期建筑面積增大，各項土地利用類型開發(fā)度最大。

表3 土地利用開發(fā)度數(shù)據(jù) %

5 結論

土地利用變化是指人類改變土地利用和管理方式，導致土地覆被的變化[13]，尺度規(guī)模是區(qū)域土地利用變化特征及驅(qū)動機制研究的核心問題，關于大尺度中尺度的研究成果已有很多，而小尺度研究是土地利用變化進程中重要組成部分[14]。

(1)土地利用存在一個機會成本，當耕地的收益明顯低于建設用地時，耕地將大量轉化為建筑用地。

(2)土地利用轉移量最大的方向為其他土地類型向建設用地的轉化，2012年前轉移量巨大，2012年后轉移量變小，但相比于其他來說，仍然較大。

(3)2006～2012年動態(tài)度的絕對值比2012～2018年大，說明在2006～2012年土地利用類型的變化劇烈，而此階段為北部大學城建設初期，土地利用類型整體在發(fā)生變化，而2012年大學城基本建設完畢，所以2012～2018年土地利用動態(tài)度絕對值相對較小。

(4)在城北新區(qū)土地利用類型轉化過程中，自然因素、社會經(jīng)濟因素尤其是政策因素、環(huán)保意識等發(fā)揮了重要作用，前期建設用地、耕地、水域的轉換與社會經(jīng)濟因素密切相關。但后期國內(nèi)環(huán)境突出，人們越來越重視自然環(huán)境。