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        1986一2007年重慶主城區(qū)土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究

        2012-08-02 05:06:30范科紅李陽兵
        水土保持研究 2012年1期
        關(guān)鍵詞:建設(shè)研究

        范科紅,李陽兵

        (1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院,重慶400047;2.重慶市高校地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室,重慶400047)

        LUCC變化作為全球環(huán)境變化研究的核心主題之一[1-4],已經(jīng)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[5-8]。遙感和GIS技術(shù)為快速、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)監(jiān)測土地資源的變化提供了有效的手段,已成為LUCC研究的重要方法[3],有關(guān)的研究和報(bào)道已經(jīng)很多。王思遠(yuǎn)、劉紀(jì)遠(yuǎn)等在遙感與GIS支持下,對中國近5a來土地利用的時(shí)空變化特征進(jìn)行了定量研究[9];高志強(qiáng)、劉紀(jì)遠(yuǎn)等采用GIS工具和數(shù)學(xué)模型方法,對中國土地利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析[10]。以往研究多集中于土地利用的數(shù)量與格局的時(shí)空分析以及主要領(lǐng)域方法論的探討,對引起變化的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素研究較薄弱。而利用遙感與GIS技術(shù),揭示其空間變化規(guī)律與驅(qū)動(dòng)機(jī)制,已經(jīng)成為當(dāng)前開展LUCC研究的最新趨勢[11-13]。

        隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加劇和城市化進(jìn)程的廣泛深入,城市土地利用格局發(fā)生了很大變化,甚至導(dǎo)致了違背自然規(guī)律的土地利用格局[14],從而直接或間接地改變著景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,對區(qū)域生物多樣性和重要的生態(tài)過程產(chǎn)生深刻的影響[15]。因此,本文以重慶主城區(qū)為研究單元,基于GIS的空間分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能,探討研究區(qū)土地利用變化的主要類型、方向和強(qiáng)度特點(diǎn)以及演變規(guī)律,并進(jìn)一步對研究區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行深入分析,有利于了解人類活動(dòng)對不同土地利用類型的干擾程度及土地利用類型的相互轉(zhuǎn)換,對區(qū)域土地資源可持續(xù)利用及區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,具有重要的意義。

        1 研究區(qū)概況

        重慶主城區(qū)位于東經(jīng) 106°22′—106°37′,北緯29°26′—29°37′,范圍包括渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、大渡口區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)9個(gè)區(qū),土地總面積548 884.3hm2,2007年總?cè)丝诩s為659.09萬人。研究區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,多年平均氣溫16~18℃,年均降水量約1 100 mm。地貌屬四川盆地東部平行嶺谷區(qū)的低山丘陵地區(qū)(即川東平行嶺谷區(qū)),條帶狀的山脈南北向縱列其間。主要干流為長江、嘉陵江,受自然條件和資源環(huán)境影響,城市布局以組團(tuán)式結(jié)構(gòu)座落在長江和嘉陵江匯合地帶及兩岸丘陵化的河流Ⅰ—Ⅵ級階地上。區(qū)內(nèi)人口密集,工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá),經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁,是重慶市都市圈的重要組成部分,也是重慶市政治、文化、經(jīng)濟(jì)的中心地區(qū)。

        2 研究數(shù)據(jù)與方法

        2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

        本研究所應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括1986年、2000年TM影像和2007年中巴影像,研究區(qū)域1∶5萬地形圖;社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于歷年重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括 ArcGIS 9.0,Erdas Imagine 8.5和FRAGSTATS 3.3軟件。利用Erdas Imagine 8.5影像處理軟件進(jìn)行影像處理,由于選用遙感影像均已經(jīng)過幾何校正且位置相對準(zhǔn)確,誤差在一個(gè)像元之內(nèi),故無需幾何精校正。在ERDAS軟件中用最大似然法分別對三幅遙感影像進(jìn)行解譯,分別獲取這三個(gè)時(shí)段的土地利用信息,根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況,結(jié)合《全國土地分類標(biāo)準(zhǔn)(試行)(國土資源部地籍司,2001)》,最終將研究區(qū)劃分為林地、灌叢、水體、建設(shè)用地、水田、旱地共6個(gè)一級土地利用類型,分類結(jié)果如圖1所示。

        圖1 主城區(qū)1986-2007年3期土地利用空間分布

        2.2 研究方法

        2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析 轉(zhuǎn)移矩陣是國內(nèi)外通用的一種揭示土地利用/覆被類型間變化方向的方法,能夠全面而具體地反映變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型之間轉(zhuǎn)移的方向,在土地利用變化分析中,運(yùn)用Arc-GIS對3期土地利用數(shù)據(jù)圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和疊加分析,建立重慶市主城區(qū)1986—2007年土地利用變化圖形數(shù)據(jù)庫和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

        2.2.2 土地利用程度變化分析 土地利用動(dòng)態(tài)度:王思遠(yuǎn)[16]、劉紀(jì)遠(yuǎn)[17]等提出了反映區(qū)域土地利用類型變化劇烈程度的土地利用動(dòng)態(tài)度模型。公式表達(dá)為:

        式中:Ua,Ub——研究期初、研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量;T——研究時(shí)段長;K——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度。當(dāng)設(shè)T為年時(shí),K就是該研究區(qū)域某種土地利用類型的年變化率。

        土地利用程度及其變化:可定量地表達(dá)該地區(qū)土地利用的綜合水平和變化趨勢。根據(jù)莊大方、劉紀(jì)遠(yuǎn)的計(jì)算方法[18]:

        式中:L——土地利用程度綜合指數(shù);R——土地利用程度變化;A——土地利用程度分級指數(shù);Ci——第i級土地利用程度分級面積百分比。未利用土地分級指數(shù)為1,林地、草地、水域分級指數(shù)為2,農(nóng)業(yè)用地(耕地、水田)分級指數(shù)為3,建設(shè)用地分級指數(shù)為4;Lb,La——研究期末和研究期初的土地利用程度綜合指數(shù),若R>0,表明土地利用處于發(fā)展時(shí)期,否則處于衰退期[19]。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 土地利用變化分析

        3.1.1 總體特征 各時(shí)期的土地利用空間分布表明(圖1),1986—2007年間研究區(qū)各土地利用類型和分布具有明顯的過渡性和空間差異性。1986年研究區(qū)各土地類型分布受地形限制作用明顯,其中分布最廣的是耕地,約占全區(qū)總面積的65%,主要分布于沿河谷地的兩側(cè)及平壩槽谷區(qū);其次是林地,主要因地形沿著研究區(qū)六大山脈呈條帶狀分布,同時(shí)丘陵谷地區(qū)及主城區(qū)各大公園如歌樂山森林公園等也有零星分布;灌叢主要分布在各大林地條帶邊緣地區(qū),槽谷平壩地區(qū)也有零散分布;建設(shè)用地呈現(xiàn)鮮明的組團(tuán)式結(jié)構(gòu)分布,主要集中于研究區(qū)西南部,分布在長江和嘉陵江兩江交匯形成的“半島”地形周邊地區(qū)。1997年重慶直轄后,隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與土地的開發(fā)和利用,建設(shè)用地沿交通網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的強(qiáng)度加大,并有向西向北擴(kuò)張的趨勢。而與此同時(shí),耕地面積減少了27.5%,這反映了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)景觀向現(xiàn)代城鎮(zhèn)景觀轉(zhuǎn)變的特征。

        3.1.2 土地利用變化過程分析 1986—2000年和2000—2007年,研究區(qū)各類土地的空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移情況分別見表1和表2??梢钥闯?,研究區(qū)耕地、林地為基質(zhì)景觀,這三種土地利用類型面積與其它三種土地類型相比都占絕對優(yōu)勢,而它們各自的面積則有增有減。(1)耕地面積大量減少,年減少率為1.2%,其主要向建設(shè)用地和林地轉(zhuǎn)化,特別是向城鎮(zhèn)居民點(diǎn)、工礦用地和交通用地轉(zhuǎn)化,說明研究區(qū)1986—2007年期間土地利用處于發(fā)展期,土地利用強(qiáng)度迅速加大。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市擴(kuò)張是耕地減少的主要原因。(2)林地面積經(jīng)歷了先減后增的過程。第一時(shí)段,林地轉(zhuǎn)入面積少于轉(zhuǎn)出面積;而第二時(shí)段,林地轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積??傮w上,林地面積由110 230hm2增加至120 922hm2。增加的林地主要源自耕地,也有少量建設(shè)用地和灌叢的轉(zhuǎn)入。這主要得益于近年來“森林重慶”項(xiàng)目的啟動(dòng)實(shí)施,研究區(qū)植樹造林成效十分明顯。

        建設(shè)用地、灌叢和水域是在總面積中所占比例較小的三種土地利用類型。(1)建設(shè)用地始終處于快速增長階段。隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長,城區(qū)居民點(diǎn)不斷擴(kuò)建,基礎(chǔ)設(shè)施和交通用地日趨完善,各種開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、大學(xué)城和大廣場的興起,導(dǎo)致1986—2007年間,研究區(qū)建設(shè)用地增加了36 154hm2,總增長率為208%。從土地轉(zhuǎn)移類型來看,耕地是其主要的轉(zhuǎn)入對象,說明城市的擴(kuò)張是以犧牲農(nóng)業(yè)用地為代價(jià)的。(2)灌叢面積有所增長,其中重要的驅(qū)動(dòng)力之一便是國家退耕還林政策的實(shí)施,灌叢也有部分轉(zhuǎn)向林地,其次為建設(shè)用地和水體。(3)水體由16 404.98hm2增加到17 240.64hm2,三峽工程的興建,各種水庫、坑塘等蓄水設(shè)施的興建是水體面積增加的原因。

        綜上所述,1986—2007年間研究區(qū)土地利用演變中,耕地和林地年變化速度較快,建設(shè)用地年變化速度最快,灌叢和水域年變化速度相對居中。由于研究區(qū)是人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城區(qū),人類活動(dòng)影響顯著,主要的土地轉(zhuǎn)移類型是耕地、林地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換,而轉(zhuǎn)化量占絕對優(yōu)勢的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。1986—2007年的轉(zhuǎn)移矩陣中,除了旱地的轉(zhuǎn)入量之外,其它土地類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出量都存在2000—2007年時(shí)段大于1986—2000年時(shí)段的特征,說明后一時(shí)段人類對土地的利用強(qiáng)度大于前一時(shí)段。

        表1 1986-2000年研究區(qū)各土地利用轉(zhuǎn)移矩陣hm2

        表2 2000-2007年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣hm2

        3.1.3 土地利用變化程度分析 從研究區(qū)各種土地利用類型的單一動(dòng)態(tài)度來看(圖2),1986—2000年間(前期)和2000—2007年間(后期)灌叢、建設(shè)用地的增幅較大,單一土地利用動(dòng)態(tài)度分別由前期的3.7%,4.3%增加到后期的42.2%和21.7%;旱地、水田明顯減少,由前期的0.15%,0.25%減少為2.9%和3.8%;林地增幅先減后增由0.42%增加到2.4%;水體增幅相對較穩(wěn)定。2000—2007年期間城市建設(shè)用地的增長速度比1986—2000年間快,這是因?yàn)橹貞c市直轄以來經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的結(jié)果。林地和耕地的變化速度也是后期大于前期,是由于退耕還林措施的實(shí)施及環(huán)境保護(hù),城市綠化等工作的有效開展和城市發(fā)展對主城區(qū)邊緣耕地的占用。后期水域面積的增加速度大于前期主要是部分水庫、中心湖的建設(shè),還有三峽蓄水量的增加造成的。

        圖2 2003-2008年重慶主城區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度

        根據(jù)公式(2),計(jì)算得出重慶主城區(qū)1986年、2000年和2007年的土地利用程度綜合指數(shù)分別為279.3,281.4和282.3,呈現(xiàn)明顯上升趨勢。根據(jù)公式(3)計(jì)算出1986—2000年和2000—2007年的土地利用程度變化值分別為0.007 52和0.003 20,大于0,說明在1986—2007的21a間研究區(qū)的土地利用始終處于發(fā)展時(shí)期。

        3.2 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素分析

        研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)因子主要受地形條件限制、交通網(wǎng)對平行嶺谷區(qū)的貫通、人口與經(jīng)濟(jì)增長、城市規(guī)劃、國家政策等因素的綜合影響。在不同的發(fā)展階段,不同的因素組合占主導(dǎo)地位,使各階段土地利用變化速度、變化模式有所不同。

        3.2.1 自然驅(qū)動(dòng)因素 城市地貌格局對城市用地選擇、功能分區(qū)和規(guī)劃布局等都具有強(qiáng)烈的控制作用[17]。研究區(qū)典型的南北向平行嶺谷地貌(圖3),自西向東分別是縉云山山脈(A)、華鎣山—歌樂山—中梁山脈(B)、龍王洞山脈(C)、銅鑼山脈(D)、明月山脈(E)、桃子蕩山脈(F)等。對土地利用變化具有阻隔作用,低山之間的谷地景觀格局具有單一性與穩(wěn)定性,而距中心城市遠(yuǎn)近不同的嶺谷區(qū),土地利用與景觀格局空間差異很大。1986—2000年時(shí)段,研究區(qū)交通尚不發(fā)達(dá),受南北向低山條帶阻隔,建設(shè)用地主要是在歌樂山—銅鑼山之間形成了主要沿長江、嘉陵江等自然通道的空間擴(kuò)散,導(dǎo)致歌樂山—銅鑼山之間兩江沿岸的建設(shè)用地較為密集,斑塊面積也較大;城市形態(tài)最初主要采取沿江“分散組團(tuán)式”布局。

        3.2.2 人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 人口增長是土地利用變化的重要驅(qū)動(dòng)力,對城市用地規(guī)模起著決定性的影響[20]。1997—2007年,研究區(qū)人口由526.74萬人迅速增長到659.09萬人,增長了1.24倍;人口的聚集增長帶動(dòng)了房地產(chǎn)、商業(yè)等的發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施的改善,推動(dòng)了城市化進(jìn)程,引起主城區(qū)用地的快速變化。而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是土地利用結(jié)構(gòu)及其演變的最根本動(dòng)力[21]。研究區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值由1997年的469億元迅速增長到2007年的1 812億元(圖4),且GDP年均增長速率基本保持在10%以上。經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展不僅使城市土地的需求量不斷上升,也為舊城改造和新區(qū)開發(fā)提供了強(qiáng)大的資金保證。

        圖3 研究區(qū)數(shù)字高程模型及主要山脈分布

        圖4 研究區(qū)人口與國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)

        3.2.3 交通建設(shè)因素 為了分析交通的驅(qū)動(dòng)效應(yīng),選取研究區(qū)的主要交通干線,通過GIS的緩沖區(qū)分析,分別計(jì)算道路緩沖距離200,500,1 000m影響區(qū)域內(nèi),建設(shè)用地占總面積的比重及斑塊數(shù)的變化(表4)。可以看出,隨著道路緩沖距離的增加,建設(shè)用地的面積增大,但其所占總土地面積的比重減少;2007年建設(shè)用地面積在不同緩沖區(qū)所占比重均要高于1986年和2000年。土地類型的斑塊數(shù)增加,景觀破碎性增加,這說明主要交通干線的發(fā)展是城市建設(shè)用地迅猛發(fā)展的直接動(dòng)力,而交通道路的沿線耕地與林地大量流失。

        表4 不同道路緩沖區(qū)建設(shè)用地占總面積比重及斑塊數(shù)目

        3.2.4 政府政策 政府政策通常會(huì)助長或制約城市的用地變化,對土地利用變化及分化起宏觀調(diào)控作用[22]。1986—1997年時(shí)段,城區(qū)建設(shè)用地有所擴(kuò)張,但植被變化并不顯著。其主要原因是重慶還只是四川省的第2大城市,各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模較小。1997—2007年時(shí)段,隨著重慶直轄和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,老城區(qū)內(nèi)部重組和城區(qū)土地利用大規(guī)模的外延擴(kuò)張同時(shí)進(jìn)行,導(dǎo)致建設(shè)用地的面積快速增長。與此同時(shí),國家“全面建設(shè)小康社會(huì)”目標(biāo)的提出,研究區(qū)加大了對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度,加之“退耕還林”政策的實(shí)施,使得耕地面積持續(xù)減少,而林地和灌叢面積持續(xù)增長。

        3.2.5 城市規(guī)劃及開發(fā)區(qū)建設(shè) 重慶市1983年、1998年和2005年的城市總體規(guī)劃及重慶“都市圈”規(guī)劃等,對城區(qū)用地布局有重要的引導(dǎo)作用。從1983年城市總體規(guī)劃確定以北部地區(qū)為城市發(fā)展的主要方向,到1998年“跨過兩江向江北區(qū)、北部新區(qū)和南岸區(qū)發(fā)展”與《重慶市城市總體規(guī)劃(2005—2020年)》的“跨山發(fā)展”思路的提出,即通過跨越銅鑼山和中梁山分別向東、向西發(fā)展,新增茶園和西永兩個(gè)城市副中心,使土地利用發(fā)生了較大變化,城區(qū)布局由“多中心,組團(tuán)式”的“一主三副”城市多中心體系變成了“一主六副”的城市體系。加之城區(qū)內(nèi)部的“開發(fā)區(qū)熱”和“大學(xué)城”、“大廣場”建設(shè),如西永微電子工業(yè)區(qū),江北、渝北的北部新區(qū),南岸的南坪和九龍坡的高新區(qū)建設(shè),這些都將進(jìn)一步影響研究區(qū)城市擴(kuò)展方向及土地利用格局變化,導(dǎo)致建設(shè)用地急劇膨脹和耕地銳減。

        4 結(jié)論與討論

        本文利用遙感與GIS技術(shù),定量分析了重慶主城區(qū)土地利用時(shí)空變化規(guī)律,并對其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了初步研究,有利于全面系統(tǒng)地把握區(qū)域土地利用變化的格局及過程,這將為今后土地資源合理規(guī)劃、管理和開發(fā)提供依據(jù)。1986—2007年間,重慶主城區(qū)的土地利用變化在數(shù)量、結(jié)構(gòu)、程度及驅(qū)動(dòng)力方面有以下特征:

        (1)1986—2007年,重慶主城區(qū)的土地利用類型發(fā)生了很大變化,其中,建設(shè)用地面積大規(guī)模增加,2007年面積是1986年面積的3倍多;耕地共減少102 345hm2,平均每年減少率約1%;各土地利用類型間轉(zhuǎn)換激烈,土地利用轉(zhuǎn)移量較大的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移,以及耕地向林地和灌叢的轉(zhuǎn)移,其中耕地是主要的轉(zhuǎn)出源,建設(shè)用地為主要轉(zhuǎn)入源。

        (2)研究時(shí)段內(nèi),研究區(qū)土地利用綜合程度不斷升高,表明重慶主城區(qū)的土地利用與開發(fā)還處于發(fā)展時(shí)期,隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,重慶主城區(qū)今后幾年土地利用的演變速度也在加快,因此遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在監(jiān)測和研究分析土地利用動(dòng)態(tài)變化方面將發(fā)揮出更大的作用。

        (3)此外,由于研究區(qū)地形地貌條件的制約,限制了城市發(fā)展初期的土地利用方式;隨著城市化的進(jìn)程的加速,人口和資本的高度集中是研究區(qū)耕地面積大量減少的直接驅(qū)動(dòng)力;加之交通道路網(wǎng)絡(luò)對研究區(qū)平行嶺谷的貫通作用,使得城市用地呈現(xiàn)跳躍式擴(kuò)張,建設(shè)用地利用強(qiáng)度增大,而道路沿線的耕地和林地面積大量減少;國家政策、城市規(guī)劃是研究區(qū)土地利用變化的宏觀影響因子。

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