張 濤,徐軍朋*

（1.東莞市測(cè)繪院，廣東 東莞 523000）

土地利用信息的快速、高效、準(zhǔn)確獲取是區(qū)域土地利用研究的基礎(chǔ)，如何更準(zhǔn)確地估算LUCC一直是國(guó)際遙感和應(yīng)用界的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)[1-2]。Landsat衛(wèi)星遙感影像由于存檔數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)，空間分辨率高并可以免費(fèi)獲取，已成為L(zhǎng)UCC定量估算的重要遙感影像來源；監(jiān)督與非監(jiān)督、面向?qū)ο蠓ǖ确诸惙椒ǔ蔀楂@取區(qū)域土地利用變化信息的重要途徑[3-5]。不同學(xué)者通過利用Landsat影像信息獲取區(qū)域土地利用變化信息，完成對(duì)快速城市地區(qū)城市擴(kuò)張、時(shí)空格局、環(huán)境影響的分析[6]。

珠江三角洲地區(qū)是我國(guó)改革開放的前沿陣地，城市化發(fā)展速度位居我國(guó)首列[7-8]。東莞市在35 a的時(shí)間里，完成農(nóng)業(yè)縣到GDP過萬億、人口過千萬的大都市轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造了我國(guó)城市化過程的奇跡[9-10]。本文以1987—2021 年間15 期Landsat 遙感影像解譯的東莞市土地利用/覆被（LUCC）數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析城市化過程中不同階段土地利用類型的變化及其驅(qū)動(dòng)因子，以期更好地認(rèn)識(shí)東莞市土地利用格局演變，為東莞市后期國(guó)土空間規(guī)劃與發(fā)展提供一定借鑒。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

東莞市位于珠江口東岸，廣東省中南部，東北毗鄰廣州，南部連接深圳，研究面積為2 461.46 km2。全域呈現(xiàn)南高北低的地勢(shì)，南部為山地區(qū)，中北部為地勢(shì)低凹的圃田區(qū)，西北區(qū)域?yàn)楹恿魅牒？诘乃l(xiāng)片區(qū)，西南部主要是沿海區(qū)域。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文從USGS（http://glovis.usgs.gov/）網(wǎng)站獲取了東莞市1987—2021 年間的15 期Landsat 遙感影像；采用SVM 分類算法和目視解譯修正形成了15 期長(zhǎng)序列LUCC 數(shù)據(jù)；經(jīng)精度驗(yàn)證總體分類精度達(dá)到86.87%，kappa系數(shù)為0.83，可滿足相關(guān)分析工作[5]。

基于相關(guān)研究文獻(xiàn)[11]，并結(jié)合東莞市面積小、自然資源變化不大的特征，本文以經(jīng)濟(jì)因子為主要因素分析區(qū)域土地利用變化。搜集了東莞市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒、東莞年鑒以及鎮(zhèn)街年鑒，以大約10 a 間的變化節(jié)點(diǎn)，整理了1987 年、2001 年、2011 年和2021 年東莞市及各鎮(zhèn)街GDP、常住人口、財(cái)政收入等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以進(jìn)行土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子分析。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用度

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度（式(1)）反映區(qū)域土地利用類型在研究時(shí)段內(nèi)的數(shù)量變化[12]。

式中，LC為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；T為研究時(shí)間長(zhǎng)度；LUi為研究時(shí)段初期土地類型的面積；?LUi-j為土地利用類型轉(zhuǎn)化面積的絕對(duì)值。

1.3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（式（2））可統(tǒng)計(jì)不同土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系，直觀反映一定時(shí)間尺度內(nèi)社會(huì)發(fā)展背景下不同土地利用類型分布轉(zhuǎn)換的方向與結(jié)構(gòu)特征，可有效分離出不同類型的變化特征[13]。

式中，Sij為研究時(shí)段初期第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為末期j類土地利用類型的總面積；n為區(qū)域土地利用類型總數(shù)量。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可完成對(duì)不同土地利用類型的空間統(tǒng)計(jì)，根據(jù)不同土地利用類型在不同時(shí)間的質(zhì)心位置（式3）、方位角（式4）、長(zhǎng)軸和短軸（式5）等，綜合判斷空間移動(dòng)趨勢(shì)[14]。

式中，xi、yi為區(qū)域幾何中心坐標(biāo)；wi為權(quán)重；θ為橢圓方位角；x’i、y’i分別為區(qū)域中心道平均中心的坐標(biāo)偏差。

2 東莞市土地利用變化

2.1 土地利用格局特征

1987—2021 年，東莞市土地利用類型的空間分布發(fā)生了較大的變化（圖1）。1987 年，西北部以耕地為主，南部與東部以林地為主，草地主要分布在中部地區(qū)，水體主要在西部區(qū)域分布，建設(shè)用地則以全域點(diǎn)狀分布為主，僅在西北部莞城街道附近呈現(xiàn)塊狀分布。后續(xù)階段，建設(shè)用地的擴(kuò)張是主要變化類型，呈現(xiàn)沿道路分布、擴(kuò)張的特征，到2001 年形成沿石龍鎮(zhèn)、莞城街道、厚街鎮(zhèn)、虎門鎮(zhèn)和長(zhǎng)安鎮(zhèn)連續(xù)條帶狀分布；西部地區(qū)的耕地減少嚴(yán)重。耕地持續(xù)大范圍減少到2011 年基本穩(wěn)定，南部和東部林地類型開始呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。2021 年呈現(xiàn)以建設(shè)用地和林地分布為主導(dǎo)的用地格局，建設(shè)用地在全域呈現(xiàn)連片分布，空間占比最高；林地主要在南部和東部山地區(qū)域聚集分布；耕地則全域呈現(xiàn)零星點(diǎn)狀分布。

總體上看，1987—2021年建設(shè)用地呈現(xiàn)點(diǎn)狀、塊狀、連片分布的擴(kuò)張趨勢(shì)，空間完整性逐步提升；耕地從片狀分布縮減到點(diǎn)狀分布，空間分布破碎化；林地主體未發(fā)生較大偏移，但外圍不斷收縮；草地和裸地則減少嚴(yán)重，僅有少部分區(qū)域分布；水體則主要為河流、海域和水庫(kù)，空間變化不大。

2.2 數(shù)量結(jié)構(gòu)變化

1987 年全市土地利用類型中，耕地面積最大為977.87 km2，占全市面積的39.73%；林地的面積為550.51 km2；草地、水體和裸地的占比分別是15.29%、12.59%和6.11%；建設(shè)用地的面積最小為86.52 km2（3.92%）。從鎮(zhèn)街范圍看，樟木頭鎮(zhèn)的林地比例最高為75.02%，17 個(gè)鎮(zhèn)街的林地比例低于1%；耕地方面，高埗鎮(zhèn)的占比最高為73.84%，12個(gè)鎮(zhèn)街的耕地面積占比超過50%，樟木頭最低為13.26%；莞城街道的建設(shè)用地占比最高，接近40%；謝崗鎮(zhèn)最低，只有0.88%。

1987—2021 年建設(shè)用地面積持續(xù)增加，從1987年的3.92%增長(zhǎng)到2021 年的43.42%。耕地占比從39.73%持續(xù)降低到21.54%。林地在2001 年增加到最高，為26.99%。水體區(qū)域占比最高為1999 年的13.44%，最低為2015 年9.10%。裸地在1987—1993年快速增加達(dá)到峰值12.08%，2019 年最低占比為0.28%；草地占比則是從1987 年15.29%持續(xù)降低到2021年的0.09%。

2021年莞城街道的建設(shè)用地占比最高，15個(gè)鎮(zhèn)街的建設(shè)用地占比超過50%，僅有樟木頭鎮(zhèn)的建設(shè)用地比例低于20%。樟木頭鎮(zhèn)、黃江鎮(zhèn)和清溪鎮(zhèn)的林地占比超過50%；沙田鎮(zhèn)、石龍鎮(zhèn)和洪梅鎮(zhèn)的林地占比地域1%。耕地方面，松山湖的耕地占比最高為35.95%，莞城街道的耕地占比最低為5.81%。

總體看，1987—2021年東莞市建設(shè)用地面積增長(zhǎng)最為明顯，耕地、草地、裸地基本持續(xù)降低，林地面積整體穩(wěn)定。鎮(zhèn)街建設(shè)用地全域增加，但不同鎮(zhèn)街增加差異明顯；南部地區(qū)鎮(zhèn)街林地保有量較大，西北部水鄉(xiāng)片鎮(zhèn)街是主要的耕地分布區(qū)域。

2.3 相互轉(zhuǎn)變

1987—2001 年，林地轉(zhuǎn)出120.06 km2，主要向耕地、裸地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。草地有34.73%轉(zhuǎn)移為林地，5.62%轉(zhuǎn)移為耕地。耕地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地282.26 km2，占其轉(zhuǎn)出面積的52.65%。建設(shè)用地主要接收耕地轉(zhuǎn)入，占建設(shè)用地新增范圍的63.97%。水體轉(zhuǎn)出面積中31.00%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地。裸地轉(zhuǎn)出面積中，33.91%轉(zhuǎn)移為耕地，27.51%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地。

2001—2011 年，林地轉(zhuǎn)出的40.95%轉(zhuǎn)移為耕地，21.42%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地；草地轉(zhuǎn)出中，34.32%轉(zhuǎn)移為林地，31.55%轉(zhuǎn)移為耕地；耕地轉(zhuǎn)出中53.99%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地；建設(shè)用地轉(zhuǎn)入中52.25%來自耕地，25.75%來自裸地；水體減少面積中超過一半轉(zhuǎn)移為耕地，其次是建設(shè)用地；裸地轉(zhuǎn)出中的52.21%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地。

2011—2021 年，林地轉(zhuǎn)出中超過71.10%轉(zhuǎn)移向耕地；草地轉(zhuǎn)出量為56.32 km2，主要轉(zhuǎn)移為耕地；耕地轉(zhuǎn)出中67.66%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地；建設(shè)用地增加面積中56.09%來自耕地，22.06%來自裸地；水體和裸地主要轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地。

總體看，1987—2021 年，林地轉(zhuǎn)出的146.80 km2中，46.19%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地，44.34%轉(zhuǎn)移為耕地；草地同樣主要轉(zhuǎn)移向建設(shè)用地和耕地；耕地轉(zhuǎn)出了714.67 km2，83.42%轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地；建設(shè)用地增加的989.45 km2中，59.57%來自耕地，其次是草地18.28%、林地9.39%；水體和裸地主要轉(zhuǎn)移向建設(shè)用地和耕地。

建設(shè)用地變化是鎮(zhèn)街土地利用變化的主要類型，莞城街道增加面積最小為4.947 km2，虎門鎮(zhèn)的增加面積最大為65.57 km2；13 個(gè)鎮(zhèn)街建設(shè)用地增加面積在30 km2以上。耕地變化中，企石鎮(zhèn)的耕地減少最少為0.13 km2，沙田鎮(zhèn)減少最多36.90 km2，20 個(gè)鎮(zhèn)街的減少量在10 km2以上。林地在11 個(gè)鎮(zhèn)街呈現(xiàn)減少，鳳崗鎮(zhèn)減少最多為14.58 km2，松山湖管委會(huì)增加最高為20.5 km2。草地在大嶺山鎮(zhèn)、常平鎮(zhèn)、松山湖鎮(zhèn)減少較多。水體方面，長(zhǎng)安鎮(zhèn)的減少量最大達(dá)到18.51 km2，松山湖管委會(huì)增加最多為3.02 km2；裸地則是23 個(gè)鎮(zhèn)街減少趨勢(shì)，松山湖減少量最大為15.36 km2。

2.4 發(fā)展方向變化

本文以變化最大的建設(shè)用地、耕地和林地進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)變化分析（圖2）。

圖2 1987—2021年土地利用變化范圍標(biāo)準(zhǔn)差橢圓變化

結(jié)果顯示，建設(shè)用地的變化范圍在90年代相對(duì)靠西北區(qū)域偏移；2001—2011年呈現(xiàn)明顯的向東部移動(dòng)的趨勢(shì)；2011—2021 年向西部和南部運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。1987—2021年建設(shè)用地增加的范圍質(zhì)心呈現(xiàn)自西北向東部繼而回歸中南部地區(qū)的變化趨勢(shì)。

耕地變化范圍的空間分布變化橢圓未發(fā)生較大變化；其變化范圍的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓呈現(xiàn)明顯向西北部逐漸擴(kuò)展的態(tài)勢(shì)，東部則呈現(xiàn)交替變化態(tài)勢(shì)；空間質(zhì)心在2000年后向西部偏移。

林地變化范圍的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓呈現(xiàn)較大的變化特征。2000 年前其主要在中部地區(qū)變化，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓空間分布較??；2000—2011 年向西北部擴(kuò)張，質(zhì)心向南部偏移；2011—2021 年標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和質(zhì)心均呈現(xiàn)明顯的向西北部偏移的特征，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓呈現(xiàn)擴(kuò)大態(tài)勢(shì)。

2.5 土地利用變化度

東莞市1987—2021年綜合空間動(dòng)態(tài)度評(píng)估結(jié)果表明，中北部地區(qū)土地利用的動(dòng)態(tài)度最高，主要是寮步鎮(zhèn)、萬江街道、高埗鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)總體變化在1.6~2.0 之間；中部區(qū)域16 個(gè)鎮(zhèn)街相對(duì)集中，其變化度總體在1.2~1.6之間變化；東部謝崗鎮(zhèn)、清溪鎮(zhèn)、樟木頭鎮(zhèn)的變化度在0.4~0.8之間；其余鎮(zhèn)街主要在西部和南部的變化度在0.8~1.2之間。

3 討 論

3.1 自然環(huán)境對(duì)土地利用格局變化產(chǎn)生重要影響

自然環(huán)境是區(qū)域土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素之一[16]。文中分析可發(fā)現(xiàn)，東莞市東南部和南部區(qū)域的林地以及草地是區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的主要對(duì)象；因其地形相對(duì)復(fù)雜，侵蝕難度較高且開始時(shí)間晚，造成林地重心逐漸向西部偏移。耕地作為主要被侵蝕對(duì)象主要分布在西部區(qū)域，一方面是耕地本底分布面積大，另外與耕地平坦的地勢(shì)特征密切聯(lián)系。同時(shí)西北區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)緩慢，綜合形成耕地重心自西北向西南偏移的特征。但在2011 年后耕地越來越少及侵蝕難度越來越高，減少用地的侵蝕方向逐漸重點(diǎn)向林地、水體等轉(zhuǎn)移。總體看，自然環(huán)境的易侵蝕度一定程度影響了區(qū)域土地利用格局的演變。

3.2 人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)土地利用變化

區(qū)域土地利用變化是人類社會(huì)發(fā)展與關(guān)鍵空間因子、土地資源不匹配所引起的綜合響應(yīng)之一，也是自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及管理體制系統(tǒng)三重相互關(guān)聯(lián)、共同作用的結(jié)果[17]。

人口和經(jīng)濟(jì)要素推動(dòng)土地利用變化。區(qū)域范圍內(nèi)人口數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)直接刺激人居環(huán)境需求的變化，具體變現(xiàn)為城鎮(zhèn)居民住宅用地、公共基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)、工業(yè)用地建設(shè)等需求。前述可知，東莞市建設(shè)用地快速擴(kuò)張；東莞市人口由1987 年的150萬人增長(zhǎng)到2021 年1 047 萬人，增長(zhǎng)了897 萬人，人口與建設(shè)用地的擴(kuò)展呈現(xiàn)密切聯(lián)系，其二者發(fā)展速度基本一致；這也解釋了人口對(duì)自然資源的需求推動(dòng)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張。建設(shè)用地空間侵占耕地、林地等空間；另外農(nóng)業(yè)人口自身的流失導(dǎo)致丟荒、撂荒等現(xiàn)象，體現(xiàn)出耕地面積的持續(xù)減少。綜合形成人口和經(jīng)濟(jì)推動(dòng)建設(shè)用地變化，進(jìn)而影響其他土地利用類型空間變化。

建設(shè)用地發(fā)展初期，人口發(fā)展是主要推動(dòng)作用。進(jìn)而推動(dòng)GDP和財(cái)政投入的增加，此后經(jīng)濟(jì)要素的發(fā)展速度快于人口的增長(zhǎng)速度，一方面是勞動(dòng)密集型企業(yè)的減少，另外也是人口對(duì)GDP 推動(dòng)的邊際效用降低。企業(yè)轉(zhuǎn)型、發(fā)展質(zhì)量要求、土地成本（擴(kuò)張與建設(shè)）使得發(fā)展對(duì)空間的需求相對(duì)降低，建設(shè)用地增長(zhǎng)速度低于GDP。最后，東莞市不同鎮(zhèn)街快速發(fā)展背景下的不同鎮(zhèn)街發(fā)展速度差異，促進(jìn)了鎮(zhèn)街建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度的差異，以及全域相關(guān)地類空間變化特征的差異性。

3.3 發(fā)展方向

高質(zhì)量發(fā)展與耕地保護(hù)是當(dāng)今發(fā)展的重要方向。如何有效阻止建設(shè)用地的持續(xù)擴(kuò)張，保留耕地、林地、草地等生態(tài)空間，便成為區(qū)域發(fā)展與保護(hù)的重要課題。東莞市土地利用格局在經(jīng)濟(jì)要素、自然要素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面綜合影響下，其總體變化較為強(qiáng)烈，建設(shè)用地急劇擴(kuò)張；一定程度增加了地方對(duì)自然資源保護(hù)的壓力。同時(shí)，建設(shè)用地急速擴(kuò)張背景下，空間利用率和質(zhì)量不高基本是同步面臨的問題[18]。從建設(shè)用地內(nèi)部提升已有建設(shè)用地空間的利用效率已成為迫切需求。因此，在新時(shí)期更發(fā)展背景下，地市應(yīng)該在高度城市化最大實(shí)際的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界三條控制線劃定，發(fā)揮國(guó)土空間規(guī)劃和用途管制，有效平衡區(qū)域發(fā)展與保護(hù)；以區(qū)域城市建設(shè)與產(chǎn)業(yè)體系更新為牽引，推進(jìn)城市高品質(zhì)發(fā)展。

4 結(jié) 論

本文基于1987—2021 年的15 期遙感影像完成東莞市長(zhǎng)序列土地利用數(shù)據(jù)的制作，并完成土地利用變化分析；采用土地利用度、轉(zhuǎn)移矩陣、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓完成變化驅(qū)動(dòng)力的分析。結(jié)果顯示：

1） 1987—2021 年東莞市建設(shè)用地、農(nóng)地、草地和裸地的時(shí)空變化較為劇烈，林地小幅波動(dòng)，水體基本穩(wěn)定。建設(shè)用地增長(zhǎng)最多，由1987年的96.52km2增加到2021 年的1 068.6 km2，增加了972.17 km2。耕地呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢(shì)，從39.73%降低到2021 年21.54%，草地則是持續(xù)降低從1987 年的15.29%降低到2021年的0.09%。

2）建設(shè)用地呈現(xiàn)鎮(zhèn)街點(diǎn)狀分布極大增長(zhǎng)到市域片狀分布，59.57%來自耕地，其次是草地18.28%；耕地破碎化嚴(yán)重，全市點(diǎn)狀、塊狀分布，主要轉(zhuǎn)移為建成區(qū)；林地主要分布在東莞南部地區(qū)三大林場(chǎng)附近，外圍逐步收縮。草地在城市化過程期間波動(dòng)性最強(qiáng)，大量轉(zhuǎn)移為耕地、林地和建成區(qū)。全市土地利用變化空間橢圓變化不大，質(zhì)心略有變化遷移。東部山地區(qū)域綜合動(dòng)態(tài)度最低，鎮(zhèn)街動(dòng)態(tài)度變化是各鎮(zhèn)街自然本底條件、土地利用類型比例、城市發(fā)展速度的綜合結(jié)果。

3）自然環(huán)境、人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用變化格局產(chǎn)生影響。土地利用格局劇烈變化背景下，推進(jìn)發(fā)展與保護(hù)平衡是對(duì)地方政府的考驗(yàn)。推動(dòng)區(qū)域綜合發(fā)展的同時(shí)結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界三條控制線劃定，綜合利用國(guó)土空間規(guī)劃、用途管制等措施，提升城市發(fā)展的空間利用率與質(zhì)量。