朱林燁，牛婧格，邢華橋*，陳冰瑤，劉 暢

（1.山東建筑大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

近年來(lái)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日趨增長(zhǎng)，人類(lèi)加快了對(duì)土地資源利用的速度，也產(chǎn)生了相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境惡化、土地利用分布不均等一系列問(wèn)題。以2000-2020 年山東省GlobeLand30 數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，采用用地面積、構(gòu)成占比、增量占比以及地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣的空間分析方法，研究了山東省及其各地級(jí)市地表覆蓋的空間格局、變化幅度、區(qū)域差異及變化成因，為山東省城市規(guī)劃、土地利用可持續(xù)發(fā)展等方向提供理論基礎(chǔ)[1-4]。

1 研究區(qū)與研究方法

以2000 年、2010 和2020 年的GlobeLand30 數(shù)據(jù)以及山東省16 地市的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，分別研究山東省地表覆蓋的空間格局分布、變化幅度、區(qū)域差異及變化驅(qū)動(dòng)力分析等，總體思路如圖1 所示。首先，利用行政區(qū)劃數(shù)據(jù)裁剪覆蓋山東省范圍的三期GlobeLand30 數(shù)據(jù)，分別從山東省全局和16 地市對(duì)山東省地表覆蓋空間格局分布進(jìn)行分析；其次分別從變化量、變化率、轉(zhuǎn)移矩陣等角度對(duì)2000-2020 年間的山東省地表覆蓋變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；最后分析山東省地表覆蓋變化的原因及其產(chǎn)生的影響，為山東省土地利用決策、城市發(fā)展方向、國(guó)情預(yù)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。

2 結(jié)果與分析

2.1 總體格局分布

結(jié)合山東省的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，對(duì)2000 年、2010 年和2020 年的GlobeLan 30 數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，如圖2 所示。獲得山東省2000-2020 年GlobeLand 30 數(shù)據(jù)空間分布情況，并對(duì)8 個(gè)地類(lèi)面積及占比結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。山東省耕地面積占全省面積比例最高，這也體現(xiàn)出山東省土壤條件好，易于發(fā)展農(nóng)業(yè)。人造地表僅次于耕地，森林和草地的面積約占總面積的4%～5%，主要分布于魯中南山地丘陵中部區(qū)域和魯東丘陵的北部區(qū)域，該地區(qū)地形起伏較大，易于形成森林。濕地和水體主要分布于南四湖地區(qū)和魯西北平原北部沿海地區(qū)。

圖2 山東省GlobeLand30 數(shù)據(jù)的空間分布圖

表1 2000-2020 年山東省地表覆蓋各地類(lèi)面積及比例

2.2 變化幅度

通過(guò)分析2000-2020 年的地表覆蓋的變化量和變化率，可知20 a 間山東省地表覆蓋面積和結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展趨勢(shì)[5]，如表2 所示。從總體上看，2000-2020 年山東省地表覆蓋變化程度較大，其中，2000-2020 年間耕地變化量最大、裸地的變化量最小。在2000-2010 年間山東省的GlobeLand 30 數(shù)據(jù)沒(méi)有灌木地?cái)?shù)據(jù)。

表2 2000-2020 年山東省地表覆蓋面積變化量與變化率

1）在2000-2010 年間，山東省的耕地、森林、濕地呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，山東省的水體、草地、裸地、人造地表呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，減少幅度最大的地表類(lèi)型為濕地，在這10 a 間減少了約226.28 km2，濕地變化率約為29.19%。森林的縮減率僅次于濕地，減少了約25.42%。耕地縮減了3 761.72 km2，但耕地縮減率僅約為2.98%，縮減率相對(duì)較低，其原因是山東省耕地面積較大，變化部分面積所占耕地總面積比例較小。在2000-2010 年間水體增長(zhǎng)率高達(dá)41.63%，其次是草地，增加了約928.16 km2，增長(zhǎng)率達(dá)到33.96%。裸地在2000-2010 年間由原來(lái)的126.28 km2增長(zhǎng)到158.41 km2，增長(zhǎng)了約25.44%。人造地表由2000 年的15 524.59 km2增長(zhǎng)到2010 年的18 324.18 km2，在這10 a 間，其增長(zhǎng)率約為18.03%。

2）在2010-2020 年間，山東省的耕地、水體、裸地呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，山東省人造地表、濕地、森林、草地呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。水體由2000-2010 年的增長(zhǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的減少趨勢(shì)。裸地變化率最大，高達(dá)27.49%。耕地一直呈縮小的趨勢(shì)，且縮小趨勢(shì)十分明顯，這與人造地表面積的擴(kuò)張存在一定的聯(lián)系。人造地表的增長(zhǎng)尤為迅速，由18 324.18 km2（2010 年）擴(kuò)張至28 087.32 km2（2020 年），增長(zhǎng)率高達(dá)53.28%。灌木地的變化率較大，其可能是由于在2000 年和2010 年灌木地的區(qū)域較少，較難提取灌木地區(qū)域。草地的增長(zhǎng)率相比于2000-2010 年增長(zhǎng)率減少24.17%。雖然在2010-2020 年間森林和濕地都有不同程度的增加（森林面積增長(zhǎng)率為10.44%，濕地面積增加77.09 km2），但都未達(dá)到2000 年的森林和濕地面積量。

2.3 區(qū)域差異

利用ArcGIS 軟件得到2000-2020 年山東省地表覆蓋變化轉(zhuǎn)移矩陣。如表3～4 所示，從總體上看，山東省耕地面積減少的主要原因是人造地表面積增加，2000-2010 年耕地轉(zhuǎn)出總面積為7 748.14 km2，其中轉(zhuǎn)入人造地表面積為4 930.62 km2，占63.64%，另有部分耕地轉(zhuǎn)化為森林、草地等其他地類(lèi)。2010-2020 年耕地轉(zhuǎn)化為人造地表面積占比高達(dá)78.35%。由此可知，山東省在這20 a 內(nèi)城市化水平仍在提高。

表3 2000-2010 年山東省地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣

表4 2010-2020 年山東省地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣

對(duì)2000-2020 年間山東省各地級(jí)市的地表覆蓋面積變化量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3 所示?？梢钥闯?000-2010 年煙臺(tái)市、東營(yíng)市、青島市的地表覆蓋面積變化量較大，棗莊市、德州市、聊城市等其他地級(jí)市地表覆蓋面積變化較小，山東省的地表覆蓋變化呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異性[6]。2010-2020 年臨沂市地表覆蓋面積變化量較大，威海市地表覆蓋面積變化量最小，其他地級(jí)市地表覆蓋均有不同程度的變化。具體表現(xiàn)為:

圖3 山東省各地級(jí)市地表覆蓋面積變化量

1）山東省各地級(jí)市耕地均有不同程度的減少，但耕地減少區(qū)域分布相對(duì)分散。2000-2010 年耕地減少量較大的地區(qū)為濰坊市、東營(yíng)市、臨沂市、青島市。耕地減少最大的地區(qū)為東營(yíng)市，由2000 年的5 293.28 km2減少至2010 年的4 383.91 km2。濰坊市、東營(yíng)市、臨沂市、青島市在2000-2010 年間耕地面積減少量為2 223.58 km2，山東省耕地總體減少量為3 761.72 km2，占59.12%。2010-2020 年耕地轉(zhuǎn)化為人造地表的區(qū)域面積更大，且?guī)缀醣椴颊麄€(gè)山東省。結(jié)合圖4a 和圖4g所示，森林區(qū)域主要集中在魯中南山地丘陵中部地區(qū)（即，濟(jì)南市和淄博市）；耕地轉(zhuǎn)化為濕地、水體的區(qū)域主要分布于魯西北平原北部；各地級(jí)市中心及其周?chē)貐^(qū)是耕地轉(zhuǎn)化為人造地表的主要地區(qū)，主要呈現(xiàn)從中心向外部擴(kuò)張的趨勢(shì)。

2）森林變化量由減少趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為略微增加的趨勢(shì)。在2000-2010 年間，煙臺(tái)市、青島市、威海市是山東省森林變化幅度較大的區(qū)域。煙臺(tái)市、青島市、威海市森林面積減少量為1 345.56 km2，超過(guò)山東省森林減少總量1 251.31 km2。結(jié)合圖4b 所示，森林轉(zhuǎn)化耕地、草地的區(qū)域主要分布魯東丘陵?yáng)|北部地區(qū)，主要由于該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件較好，導(dǎo)致森林面積減少量較大。在2010-2020 年間，結(jié)合圖4b 和圖4h 可知，16 地級(jí)市的森林變化量基本都呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。其中，濰坊市、臨沂市、淄博市森林面積增加量較大。

3）山東省草地面積一直處于增加的趨勢(shì)。在2000-2010 年間，山東省草地變化幅度較大區(qū)域?yàn)闊熍_(tái)市、青島市、威海市、東營(yíng)市。草地增加最大的地區(qū)為煙臺(tái)市，由2000 年的622.95 km2增加為2010 年的1 121.91 km2。煙臺(tái)市、青島市、威海市、東營(yíng)市草地共增加了1 096.91 km2，而山東省森林共增加了927.58 km2，超過(guò)山東省草地增加總量。結(jié)合圖4c 和圖4i 所示，山東省草地增長(zhǎng)區(qū)域主要集中于魯中南山地丘陵中部區(qū)域（即濟(jì)南市、淄博市等地），以及屬于魯東丘陵的東南部的日照市。

4）山東省水體面積在2000-2010 年間呈現(xiàn)較大程度的增加，而在2010-2020 年間呈現(xiàn)小幅度的減少。濰坊市、東營(yíng)市、濟(jì)寧市是山東省水體變化幅度較大的區(qū)域。在這20 a 間水體面積變化最大的地區(qū)為濟(jì)寧市。結(jié)合圖4e 和圖4k 所示，水體轉(zhuǎn)移主要分布在魯西北平原北部沿海地區(qū)，以及屬于魯東丘陵地區(qū)的日照市、青島市，南四湖區(qū)域也是水體轉(zhuǎn)移的主要區(qū)域。

圖4 2000-2020 年各地類(lèi)轉(zhuǎn)移的空間分布

5）山東省各地級(jí)市人造地表均有不同程度的增加，主要分布在城市中心及其近郊區(qū)域，新增人造地表大多集中于現(xiàn)有人造地表周?chē)?。?000-2010 年間，人造地表增加量較大的地區(qū)為煙臺(tái)市、臨沂市、青島市。人造地表增加最大的地區(qū)為青島（由2000 年的1 087.79 km2增加為2010 年的1 542.71 km2）。煙臺(tái)市、臨沂市、青島市人造地表共增加了1 207.36 km2，占人造地表增加總面積的43.12%。結(jié)合圖4f 和圖4l 所示，人造地表面積顯著增加。

6）山東省濕地變化幅度較大的區(qū)域?yàn)闁|營(yíng)市、濟(jì)寧市。結(jié)合圖4d 和圖4j 所示，2000-2020 年濕地增加最大的地區(qū)為東營(yíng)市，2000-2010 年間東營(yíng)市濕地增加168.70 km2，2010-2020 年間東營(yíng)市濕地增加60.71 km2，其濕地增加的主要原因與獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)和當(dāng)?shù)卣哂忻芮嘘P(guān)系。在這20 a 間濕地減少最大的地區(qū)為濟(jì)寧市，由2000 年的508.59 km2減少到2020 年的71.94 km2，其濕地減少的主要原因與南四湖區(qū)域的水體面積增加有關(guān)。

3 山東省地表覆蓋數(shù)據(jù)時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)力分析

地表覆蓋變化由多種因素共同影響造成，主要受經(jīng)濟(jì)、文化、人口、政策等多重因素的制約[7]。原因如下:

1）經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口增加是導(dǎo)致地表覆蓋變化的主要因素。2000-2020 年，山東省的經(jīng)濟(jì)和人口正在處于迅猛發(fā)展階段，山東省生產(chǎn)總值（GDP）由2000 年的8 337.47 億元增長(zhǎng)至2019 年的71 067.5 億元，生產(chǎn)總值增長(zhǎng)了62 730.03 億元。人口由2000 年的8 998.00 萬(wàn)增長(zhǎng)至2019 年的10 070.21 萬(wàn)人。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口增加導(dǎo)致城市建設(shè)用地的需求增加，占用城市邊緣地區(qū)的其他地類(lèi)。因此，山東省耕地面積大幅下降，并轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和其他類(lèi)型用地[8-9]。雖然山東省頒布了相關(guān)的耕地保護(hù)政策，在一定的程度上對(duì)耕地起到了保護(hù)的作用，由于建設(shè)用地與耕地之間的矛盾日益加劇，耕地保護(hù)政策不能夠阻止建設(shè)用地的擴(kuò)張，所以耕地面積減少明顯。

2）經(jīng)濟(jì)效益或產(chǎn)值的差異是水體變化的主要原因。2000-2020 年，山東省水體面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。隨著時(shí)間的推移，不同土地利用類(lèi)型的經(jīng)濟(jì)效益不同[10]。由于山東省地表覆蓋變化選擇GlobeLand30 數(shù)據(jù)在氣候方面存在較大的差異性，如:2000 年山東省屬于較為干旱的年份，而2010 年山東省屬于較為濕潤(rùn)的年份，因此，GlobeLand 30 數(shù)據(jù)在解譯過(guò)程中可能存在誤差，導(dǎo)致2000-2010 年水體面積的增加。

3）政策因素是推動(dòng)濕地變化的主要因素。由于《中國(guó)濕地保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃》、南水北調(diào)等政策的推行，山東省對(duì)濕地保護(hù)補(bǔ)助工作的開(kāi)展，加上山東省獨(dú)特的地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)了濕地的生成和擴(kuò)大，山東省部分地區(qū)修建水庫(kù)將濕地轉(zhuǎn)化成水體，提高了山東省環(huán)境修復(fù)能力[11-12]。

4）保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)是森林、草地變化的主要原因。森林面積由減少趨勢(shì)轉(zhuǎn)向增加趨勢(shì)，草地面積呈現(xiàn)一直增加的趨勢(shì)，是由于地區(qū)環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)、以及相關(guān)環(huán)境保護(hù)法律體系的完善。如《退耕還林條例》等政策制定，部分耕地轉(zhuǎn)化為森林和草地。為了推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的革新，山東省政府制定相關(guān)的土地利用政策。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于GlobeLand-30 數(shù)據(jù)，對(duì)山東省及其各地級(jí)市地表覆蓋的時(shí)空變化進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:

1）山東省主要的地表覆蓋類(lèi)型為耕地、人造地表。山東省耕地面積和人造地表面積占山東省總地表面積的91%～92%，其中人造地表主要分布在各地級(jí)市域的中心和其臨近地區(qū)。

2）在2000-2020 年20 a 年間，山東省地表覆蓋面積發(fā)生了較大的變化。耕地呈現(xiàn)大幅度減少的趨勢(shì)，減少量為14 707.28 km2。人造地表呈現(xiàn)急劇增加的趨勢(shì)，山東省人造地表面積增加12 562.73 km2，水體、草地呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其他地類(lèi)變化程度較小。

3）山東省地表覆蓋變化呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異性，各地級(jí)市地表覆蓋均有不同程度的變化。其中，2000-2010 年間東營(yíng)市的耕地面積變化最大，減少量為909.37 km2；2000-2010 年間青島市的人造地表面積變化最大，面積增加了454.92 km2；2010-2020 年間16 地級(jí)市耕地和人造地表均有較大程度變化。草地和森林的變化主要集中在魯東丘陵的東北部地區(qū)和魯中南山地丘陵中部區(qū)域，濕地和水體的變化主要集中在魯西北平原北部沿海地區(qū)和南四湖地區(qū)。

4）山東省地表覆蓋變化是多種驅(qū)動(dòng)力因素共同影響的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口增長(zhǎng)、政策法規(guī)制定和實(shí)施等是大部分地表覆蓋變化的主要因素。山東省森林和草地的變化主要原因是人們對(duì)森林保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和相關(guān)法律法規(guī)的制定；水體的變化主要來(lái)自經(jīng)濟(jì)效益或產(chǎn)值的差異的影響；耕地的減少、人造地表的增加主要原因是經(jīng)濟(jì)水平的提高和人口的增長(zhǎng)促進(jìn)城市的擴(kuò)張；濕地的變化主要由于政策的制定與實(shí)施。

GlobeLand 30 數(shù)據(jù)有效提高了山東省地表覆蓋數(shù)據(jù)的精度質(zhì)量，為研究環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查、土地利用監(jiān)測(cè)和調(diào)控等方向提供了可靠的數(shù)據(jù)材料。在后續(xù)研究中，將采用現(xiàn)勢(shì)性更好、空間分辨率更高的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)山東省及其各地級(jí)市地表覆蓋時(shí)空變化進(jìn)行多尺度與長(zhǎng)時(shí)序的分析，為山東省土地利用決策、城市發(fā)展方向、國(guó)情預(yù)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。