彭文甫，周介銘，羅懷良，楊存建，趙景峰

（1.四川師范大學 西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，成都610068；2.四川師范大學 地理與資源科學學院，成都610068）

人類活動已引起地球系統(tǒng)的巨大變化，并導致地球環(huán)境及生境的嚴重后果［1－2］，人類正面臨著全球變化造成的各種自然災害的不斷侵襲［3］。土地利用／土地覆被變化改變著地球表面的生物、能量和水分的過程，是全球環(huán)境變化的重要組成部分和造成全球環(huán)境變化的重要原因［4－8］，影響到人類的可持續(xù)發(fā)展。改革開放以來，我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，對土地的開發(fā)利用導致了自然資源需求量的急劇增加，引起了土地利用／土地覆被發(fā)生了顯著的變化［9］，由此產(chǎn)生了影響中國經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全問題［10］。近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，大規(guī)模的城市用地開發(fā)己經(jīng)成為人類活動改造自然環(huán)境的主要方式之一［11］，導致對各種自然過程和生態(tài)過程的改變，產(chǎn)生了復雜的生態(tài)環(huán)境后果，影響區(qū)域和全球的可持續(xù)發(fā)展。

城市土地利用變化，導致人類活動頻繁、干預強度大，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，由此帶來的生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)凸顯，已經(jīng)成為制約成都市社會、經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的主要限制因子。成都市地處四川盆地，靜風頻率高，逆溫強度大等特殊氣候條件，形成空氣流動不暢、阻礙大氣污染物擴散、遷移的不利的污染性氣象條件，使成都市空氣環(huán)境質量受到嚴重威脅。成都市生態(tài)環(huán)境保護，不僅對四川省的經(jīng)濟、社會發(fā)和生態(tài)安全極其重要，而且在長江上游及三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護中，具有重要的戰(zhàn)略地位。

成都城市空氣環(huán)境質量主要取決于SO2濃度、NO2濃度和總懸浮微粒物濃度等三項指標。我們分析認為，NO2污染主要因素來自機動車尾氣，SO2污染主要來自工業(yè)及生活燃煤，總懸浮微粒物主要來自建筑工地、市政工地、拆遷工地、閑置土地產(chǎn)生的揚塵和道路交通揚塵。因此，城市土地利用對成都市空氣環(huán)境質量產(chǎn)生重要影響。基于數(shù)據(jù)的可獲得性、在成都市NO2和總懸浮微粒物濃度采樣點數(shù)據(jù)基礎上，通過克里格插值獲得其空間分布，基于GIS空間分析方法，疊加土地利用變化與城市空氣環(huán)境質量二項目指標含量圖層，分析不同土地利用的城市空氣環(huán)境效應，為城市可持續(xù)發(fā)展和城市政府制定科學應對決策提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

成都市位于四川省中部，四川盆地西部，介于東經(jīng)102°54′－104°53′，北緯30°05′－31°26′，東西長192km，南北寬166km，現(xiàn)轄10區(qū)（錦江、青羊、金牛、武侯、成華、龍泉驛、青白江、新都、溫江、高新）、6縣（金堂、雙流、郫縣、大邑、蒲江、新津）、4市（都江堰、彭州、邛崍、崇州），總面積1.239萬km2。成都市地形從西到東，分為山地、平原、丘陵3個部分。西部是龍門山和邛崍山，海拔大多在3 000m以上，垂直分布比較明顯；中部是成都平原，面積約占全市總面積的一半，海拔450～720m，地勢由西北向東南微微傾斜；東部是龍泉山和四川盆地中部丘陵的西緣，海拔多在1 000m以下。成都市屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明、雨量充沛、日照較少。研究區(qū)涉及成華區(qū)、武侯區(qū)、青羊區(qū)、錦江區(qū)、金牛區(qū)、高新區(qū)、龍泉驛區(qū)、青白江區(qū)、新都區(qū)、溫江區(qū)、雙流縣和郫縣，面積約3.7萬hm2。2008年研究區(qū)人均生產(chǎn)總值達4.435萬元，人口822.44萬人。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

研究采用的數(shù)據(jù)有遙感數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)包括1992年、2000和2008年3個時期TM／ETM＋遙感影像，均來自中國科學院衛(wèi)星地面站的2級數(shù)據(jù)，已進行了輻射校正和幾何粗校正；輔助數(shù)據(jù)包括研究區(qū)地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、GPS數(shù)據(jù)以及1992年以來歷年《成都市統(tǒng)計年鑒》和成都市環(huán)科院相關數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

（1）遙感數(shù)據(jù)處理。依據(jù)成都市1∶50 000地形圖，選擇突出的地物點，通過采用二次多項式函數(shù)轉化方法，對1992年的TM 圖像進行幾何校正；采用最鄰近法重采樣，將原始圖像上的像素灰度值轉化成校正后圖像的灰度值；以經(jīng)過幾何校正后的1992年TM圖像為標準參照圖像，將2000年TM、2008年ETM＋影像等分別與其進行配準，配準的誤差不超過0.5個像元。

（2）土地利用變化信息提取。基于監(jiān)督分類、運用人機交互解譯與野外校核相結合的方法，通過對1992年、2000年和2008年3期影像進行分類，提取3個時期土地利用狀況，構建城市土地利用數(shù)據(jù)庫。

（3）土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應分析。利用Erdas和ArcGIS等軟件，建立土地利用變化轉移矩陣，闡明研究區(qū)1992－2008年城市土地利用時空演變特征；應用GIS與數(shù)理統(tǒng)計分析方法，定性與定量分析研究區(qū)城市土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應。

3 結果與討論

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 變化幅度分析 基于TM／ETM＋遙感影像，應用RS與GIS技術，獲得3期城市土地利用數(shù)據(jù)（表1）。

表1 城市土地利用數(shù)據(jù) hm2

據(jù)表1可知，1992－2008年期土地利用變化以耕地的大幅度減少和建設用地中的城鎮(zhèn)用地顯著增加為主要特征，面積變化分別達14.753萬hm2、3.246萬hm2；建設用地中的工礦與交通用地和農(nóng)村宅基地均呈持續(xù)增加的態(tài)勢，16年間面積分別增加1.385萬hm2和1.562萬hm2；林地、水域用地均呈持續(xù)增加的態(tài)勢，面積分別增加3.189萬hm2和2.641萬hm2。在1992－2000年旱地面積增加了4.384萬hm2，水田面積減少了11.039萬 hm2，工礦與交通用地增加面積1 910.331hm2，林地面積增加3.280萬hm2，水域用地面積增加4 492.717hm2。2000－2008年林地、旱地、水田均呈下降趨勢，面積分別 減 少 905.821hm2、3.714 萬 hm2、1.656 萬hm2，建設用地（城鎮(zhèn)用地、工礦與交通用地）均呈持續(xù)增加的態(tài)勢，面積分別增加1.787萬hm2、1.194萬hm2，其中城鎮(zhèn)用地，增加面積和速度較1992－2000年有所增加，水域用地面積持續(xù)增加，達2.192萬hm2，但增加面積和速度較1992－2000年有所減緩。

3.1.2 土地利用空間轉移分析 通過ArcGIS空間分析模塊、對1992－2008年土地利用類型圖分別進行運算，獲取1992－2008年土地利用轉移矩陣（表2、表3）。

由表2可見，1992－2000年城市土地利用轉化的主要特點：林地的轉入主要來自于耕地（水田），面積為97 387.48hm2，轉移出去的林地絕大部分轉化成為耕地和農(nóng)村宅基地，分別為6.219萬hm2、6 930.2 hm2；新增水域主要來自于林地，其面積為3 493.16 hm2，轉移出去的水域絕大部分轉化為建設用地和林地，面積分別為1 098.24hm2、757.10hm2；轉移出去的水田絕大部分轉化為林地和建設用地（城鎮(zhèn)、工礦交通與農(nóng)村宅基地），分別為9.738萬hm2、3.658萬hm2，比新增水田面積多出11.08萬hm2，導致研究區(qū)域內(nèi)水田凈面積是在減少；新增旱地面積比轉移成其它類型的旱地面積多出4.387萬hm2，主要來自耕地，其面積為3.403萬hm2；新增城鎮(zhèn)用地主要來自于耕地（水田）的轉化，面積6 326.45hm2；新增農(nóng)村宅基地主要來自于耕地（水田）和林地的轉化，其面積為1.96萬hm2和6 930.2hm2。

表3 2000－2008年研究區(qū)土地利用轉移面積和轉移概率矩陣 hm2

由表3可見，2000－2008年城市土地利用轉化的主要特點：林地絕大部分轉化為耕地（水田）和建設用地（農(nóng)村宅基地）和植被，分別為2.369萬hm2、43.352萬hm2，新增林地主要來自耕地（水田和旱地），其面積為6.474萬hm2；水域絕大部分轉化為旱地，為1 778.02hm2，新增水域主要來自林地和耕地（水田和旱地），其面積分別為8 912.086hm2和1.097萬hm2；轉移出去的水田絕大部分轉化為了林地和建設用地（城鎮(zhèn)、工礦交通與農(nóng)村宅基地），分別為4.488萬hm2、1.825萬hm2，新增水田主要來自林地，其面積為2.369萬hm2；轉移的旱地被轉化成林地和建設用地（農(nóng)村宅基地），其面積分別為1.985萬hm2、5 764.76hm2，新增旱地主要來自于林地和耕地（水田），其面積為7 379.81 hm2和5 414.6hm2；新增城鎮(zhèn)用地主要來自于林地和耕地（水田）的調整，其面積為1.552萬hm2和3 372.71 hm2；新增工礦交通用地主要來自于耕地（水田、旱地）的轉化，其面積為8743.64hm2，新增農(nóng)村宅基地主要來自于耕地（水田、旱地）和林地的轉化，其面積為1.163萬hm2和1.571萬hm2。

3.2 土地利用的空氣環(huán)境效應

（1）土地利用變化的NO2效應。不同土地利用對在NO2濃度變化影響差異較大（表4）。由表4可見，林地、旱地和水域用地對NO2濃度在0.298 0～0.386 0μg／m3、水田對 NO2濃度在0.386 0～0.474 0 μg／m3、城鎮(zhèn)用地對 NO2濃度在0.561 9～0.064 99 μg／m3、工礦與交通用地和農(nóng)村宅基地對NO2濃度在0.386 0～0.474 0μg／m3的空氣環(huán)境效應影響顯著。就NO2濃度變化在研究區(qū)分布面積分析，NO2濃度在0.386 0～0.474 0μg／m3的土地利用面積為最大，達9.489萬hm2，約占研究區(qū)總面積的25.613%，NO2濃度范圍最大的土地利用類型為城鎮(zhèn)用地，面積為3.375萬hm2，占研究區(qū)總面積的8.198%。

表4 城市土地利用與NO2濃度變化

土地利用變化導致大氣中NO2濃度在0.209 9～0.649 9μg／m3變化的空間變化呈現(xiàn)不均衡分布狀況（附圖7）。從NO2濃度空間變化分析，以青白江區(qū)－新都區(qū)－中心城區(qū)一線NO2濃度最高，濃度變化達0.561 9～0.649 9μg／m3，以此線向兩側，二氧化探濃度依次降低，NO2濃度最低值出現(xiàn)在研究區(qū)的東南部，幅度范圍在0.209 9～0.298 0μg／m3之間，與城鎮(zhèn)用地、工礦與交通用地的空間分布基本一致。

（2）土地利用變化的總懸浮顆粒物效應。土地利用變化導致研究區(qū)總懸浮顆粒濃度變化是不同的（表5）。由表5可知，林地和農(nóng)村宅基地對總懸浮顆粒濃度在1.198 7～1.267 1μg／m3、水田對總懸浮顆粒濃度在1.267 1～1.398 81μg／m3、旱地對總懸浮顆粒濃度在0.460 0～0.855 4μg／m3、城鎮(zhèn)用地對對總懸浮顆粒濃度在1.267 1～1.398 8μg／m3、工礦與交通用地對總懸浮顆粒濃度在1.075 8～1.198 7μg／m3、農(nóng)村宅基地對對總懸浮顆粒濃度在1.075 8～1.198 7 μg／m3、水 域 用 地 總 懸 浮 顆 粒 濃 度 在 0.855 4～1.075 8μg／m3空氣環(huán)境效益影響顯著。在0.460 0～1.267 1μg／m3的濃度變化范圍的主要土地利用變化類型是林地，而在1.26～1.39μg／m3濃度變化范圍的主要土地利用變化類型是城鎮(zhèn)用地。

總懸浮顆粒濃度在0.46～1.389μg／m3變化，且濃度在研究區(qū)的空間變化呈現(xiàn)不均衡分布狀況（附圖8）。就總懸浮顆粒濃度空間變化分析，以青白江區(qū)北部和雙流縣與武侯區(qū)結合部為濃度最高，達1.267～1.389μg／m3，濃度最低值出現(xiàn)在研究區(qū)的東南部與西北部區(qū)域，達0.46～0.855μg／m3之間；其次以青白江區(qū)－新都區(qū)－中心城區(qū)一線及其兩側向周圍區(qū)域漸低，表現(xiàn)為東北－西南向延伸分布?？倯腋☆w粒濃度的空間分布與工礦與交通用地的空間分布基本一致。

研究區(qū)總懸浮顆粒濃度變化在研究區(qū)分布面積是不同的，在1.267 1～1.398 8μg／m3的濃度范圍的土地利用面積為最大，8.523萬hm2，占研究區(qū)總面積的23%；總懸浮顆粒濃度范圍最大的土地利用類型為城鎮(zhèn)用地，面積為3.488萬hm2，約占研究區(qū)總面積的9.415%。

表5 城市土地利用與總懸浮顆粒濃度變化

4 結論

（1）城市土地利用變化表現(xiàn)為耕地面積顯著減少，建設用地面積持續(xù)增加，1992－2000年與2000－2008年2個時段的耕地、植被、建設用地等主要土地利用變化時空轉化速度有所加快，呈現(xiàn)不同的特點，對城市空氣環(huán)境效應產(chǎn)生重要影響。

（2）以城市機動車排氣污染、工地揚塵和道路揚塵整治為重點，分別采取限制沒有環(huán)保標志的車輛進入二環(huán)路內(nèi)，將有效控制和削減中心城區(qū)機動車污染負荷總量和加大對城市建筑工程工地和閑置土地的監(jiān)管、對城市道路采取機械化清潔保潔、濕法作業(yè)有效減輕氮氧化物和總懸浮顆粒物污染程度，促進城市空氣環(huán)境質量的明顯改善。

（3）城市土地利用變化的復雜性體現(xiàn)在土地利用規(guī)模、空間布局形態(tài)和用地結構3個方面，經(jīng)濟發(fā)展、人口增長與城市化等因素共同對土地利用變化產(chǎn)生的影響，這一變化對環(huán)境產(chǎn)生重大影響。我國城市發(fā)展面臨巨大的資源、環(huán)境、人口和空間壓力，促使綜合集成遙感數(shù)據(jù)、社會與經(jīng)濟數(shù)據(jù)，從理論、方法、實踐應用方面開展城市土地利用變化的環(huán)境效益研究，對促進當前城市土地利用、城市建設和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。

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