近20年天津市土地利用变化以及驱动力分析

(内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古 呼和浩特010000）

匡文慧(中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

土地利用／覆盖变化(LUCC）是全球变化研究的热点问题之一。1993年，国际地圈与生物圈计划（IGBP）和全球变化人类影响计划(IHDP）两大国际组织共同制订的土地利用／覆盖变化(LUCC）科学研究计划[1-2]，将其作为全球变化研究的核心计划。土地利用／覆盖变化是人类与环境耦合系统中人类活动通过生物地球物理过程或生物地球化学循环等方式改变陆地生态系统最为直接的表现形式，与全球气候变化、生物多样性减少、生态环境演变等都密切相关[2]。在此研究基础上，2005年启动全球土地计划(GLP），强调陆地系统中人类-环境耦合系统的综合集成与模拟研究。以人类-环境耦合系统为核心的土地利用／土地覆盖动态过程的监测与模拟成为研究关注的焦点问题，并成为新兴领域土地变化科学(LCS）研究的热点问题。

国内外众多学者在土地利用／覆盖变化研究领域取得了优异的成果。在大尺度时空范围内，研究成果揭示了土地利用变化所引起的研究区域环境变化，随而深化至变化机制；对于宏观政策，又为其提供土地规划、环境治理、土地集约化、可持续发展等理论依据与科技支撑。由于工业化和城镇化的加速发展，天津市的土地利用特征发生了极大的变化，本研究基于遥感获取的2期(1990～2000年，2000～2008年）土地利用变化数据，采用ArcInfo软件进行分析，以揭示天津市近20年的土地利用变化特征和土地利用变化速率，从而为天津市未来城市建设规划等宏观政策提供理论依据。

1 研究区概况

1．1 自然地理条件

天津市位于东经116°43′～118°04′，北纬38°34′～40°15′之间，市中心位于东经117°10′，北纬39°10′。北起蓟县黄崖关，南至滨海新区翟庄子沧浪渠，南北长189km；东起滨海新区洒金坨以东陡河西干渠，西至静海县子牙河王进庄以西滩德干渠，东西宽117km。天津市域面积11917．3km2，疆域周长约1290．8km，海岸线长153km，陆界长1137．48km。其地质构造复杂，大部分被新生代沉积物覆盖。地势以平原和洼地为主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐渐下降。天津地处北温带位于中纬度亚欧大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属温带季风性气候。主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。天津的年平均气温约为11．6～13．9℃，7月温度最高，月平均温度27．8℃。1月最冷，月平均温度-4．3℃。年平均降水量在360～970mm之间，平均值为600mm(1949～2010）[3-6]。

1．2 社会经济状况

天津有12个市辖区，1个副省级区，3个市辖县；共有乡镇级区划数为240个，市辖区分为中心城区、环城区。全市常住人口1293．8万(2010年普查数据），外来常住人口299．17万，占23%。天津市拥有中国56个民族中的50多个。人口最多的为汉族，占全市人口的97%，少数民族人口30．38万人，少数民族主要为回族(2%，172358人）、满族(0．6%，56555人）、蒙古族(11331人）、朝鲜族（11041人）。2010年天津全市实现生产总值9224．46亿元，比上年增长17．4%。其中，第一产业增加值149．48亿元，比上年增长3．3%；第二产业增加值4837．57亿元，比上年增长20．2%；第三产业增加值4121．78亿元，比上年增长14．2%，三次产业结构为1．6∶53．1∶45．3。天津工业发达、门类齐全，是中国近代工业的发祥地，也是中国重要的老工业基地和中国传统与当前重要的工业城市。自滨海新区成为国家综合配套改革试验区以来，天津开始采取依靠重大工业项目拉动的策略优化产业结构，已经形成航空航天、石油化工、装备制造、电子信息、生物医药、新能源、新材料、国防工业等八大新兴支柱产业。世界500强企业中已有147家在天津设立了分公司和办事处[7-8]。

2 数据来源与方法

2．1 数据来源

所选用的数据为1990～2000年、2000～2008年2期土地利用／覆盖动态变化信息数据，以及1990年、2008年土地利用现状数据。

2．2 数据处理方法

1990～2000年土地利用／覆盖动态信息通过相隔10年2期遥感影像的直接对比，采用土地利用／覆盖分类判读(即直接解译动态斑块）的方式进行提取，再进一步勾画出1990～2000年10年内土地利用／覆盖变化的动态图版，并加以定性与集成[2]。2000～2008年土地利用／覆盖动态变化信息的提取同上。再通过对天津市地图进行图片矢量化，得到天津市行政区划矢量界线。然后利用ArcInfo软件下的空间叠置分析功能，得到天津市2期LUCC数据，并根据各自的属性表求出不同土地利用类型的转移矩阵。

2．3 土地利用类型动态度模型

为了定量描述区域土地利用变化速度，引入动态度指数来对土地利用变化的速度进行分析研究。

其中，单一土地利用动态度可表达区域一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其计算公式为：

式中：K为研究时段内某一土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为研究期初及研究期末某一土地类型的数量；T为研究时段长，当T的时段设为年时，K的值就是该研究区域某种土地利用类型年变化率。

综合土地利用动度可描述区域土地利用变化的速度，其公式表示为：式中：LUi为监测起始时间第i类土地利用类型面积；△LUi-j为监测时段第i类土地利用类型转化为非I类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时段长度。当T的时段设定为年时，LC的值就是该研究区域土地利用年变化率[9]。

3 结果与分析

3．1 土地利用类型变化

分别利用ArcInfo软件叠置分析后得到的天津市2期(1990～2000年，2000～2008年）LUCC数据的不同利用类型土地面积的转移矩阵，结果见表1、表2。由表1、表2可看出，天津市土地利用类型变化十分显著，变化主要集中在耕地、水域和3种城乡建设用地(城镇用地、农村居民用地、工矿建设用地）。相比较2个时段的变化，2000～2008年间变化较为剧烈(1557．39km2），1990～2000年相对缓慢(为426．14km2）。

表1 天津市1990～2000年土地利用类型面积转移矩阵 km2

表2 天津市2000～2008年土地利用类型面积转移矩阵 km2

1990～2000年间，耕地的转化最为显著，超过了总体的1／2，达到了53．73%；转化方向上，总计转化为水域的最多，达到249．87km2，占整体的58．64%。3种城乡建设用地中，农村居民用地转化城镇用地最为显著，占农村居民用地整体转化面积的96．86%；工矿用地转化为城镇用地也最为显著，占工矿用地整体转化面积的88．97%；城镇用地没有发生转移；耕地转化为城镇用地、农村居民用地、工矿建设用地面积分别为49．21km2、19．59km2、7．57km2，分别占耕地整体转化的21．49%、8．55%、和3．30%。

2000～2008年间，耕地和上个10年一样，转化最为显著，达到了总体的72．74%。其中，其耕地内部的互相转化(二级地类）又占到耕地整体转化面积的64．20%。转化成其他类型中，由于耕地内部转化比重大的原因，还是占到了总体的48．09%。3种城乡建设用地中，农村居民用地转化城镇用地最为显著，占农村居民用地整体转化面积的85．52%；工矿用地转化为城镇用地也最为显著，占工矿用地整体转化面积的64．80%；城镇用地没有发生转移；耕地转化为城镇用地、农村居民用地、工矿建设用地面积分别170．47km2、70．50km2、121．30km2，分别占耕地整体转化的15．05%、6．22%和10．71%。

3．2 土地利用变化速度

表3结果表明，天津市近20年土地利用变化速度很快，年平均变化速度达到了0．32。其中以城镇用地、未利用地以及草地变化速度最大，工矿建设用地变化速度适中，耕地由于总量很大，土地利用变化面积所占比例较小，林地、水域以及农村居民用地变化也较小。

表3 天津市近30年土地利用动态度指数

4 土地利用变化驱动力分析

4．1 人口因素

依据人口普查统计数据，天津市在1990、2000以及2007年3个年份的人口分别为878．5万、1001万和1115万人。1990～2000年、2000～2007年2个时期人口增长比率分别为13．94%和11．39%，2期人口增长比例均超过10%。随着人口极速增长，人们对粮食的需求也加大，对耕地面积需求也加大。从土地利用变化结果分析来看，耕地在近20年的各个时期都是呈减少态势，考虑到天津越来越多的发展工业和经济，结合城乡工矿用地近20年的增长来看，人口逐渐向城市中心和城市周边近郊的工矿建设用地聚集，粮食需求方式慢慢的更倚赖于 “外供”。

4．2 经济因素

改革开放以来，特别是近年来，天津商贸中心的作用不断加强，已经成为全国南北物资交流的重要枢纽和辐射东北、西北、华北地区的商品集散地。据互联网数据显示，近10年来，天津市GDP每年同期增长超过20%。经济的快速发展，吸引了大量外来人群也固定了大量的本市人群，城镇用地需求急剧增加；经济的快速发展也要求大量工矿建设用地来提供产品加工地点，贸易集散地点等等，导致工矿建设用地随之增加。

4．3 政策因素

2006年3月22 日，国务院常务会议完整定位为 “环渤海地区经济中心，国际港口城市，北方经济中心，生态城市”，并将 “推进滨海新区开发开放”纳入十一五规划和国家战略，设立为国家综合配套改革试验区，成为 “中国经济第三增长极”。京津唐城市群伴随着中国环渤海区域的快速崛起，正成为国家发展战略重要地区。21世纪以来，随着环渤海经济区的大开发，天津滨海等新区建设的启动，导致京津唐城市群8年间城乡建设用地不透水地表以每年145．03km2的速度增长了1160．22km2，城镇不透水地地表以每年80．42km2的速度增长了643．37km2[10]。而自滨海新区成为国家综合配套改革试验区以来，天津开始采取依靠重大工业项目拉动的策略优化产业结构，已经形成航空航天、石油化工、装备制造、电子信息、生物医药、新能源、新材料、国防工业等八大新兴支柱产业。城市化、工业化的城市发展战略促使城乡建设用地面积急剧增长，耕地、林地、草地等逐渐减少，城乡建设用地中，农村居民用地和工矿建设用地在本身增长的同时也同时有部分向城镇用地转化，说明城市化进程力度大于工业化。

5 结语

综上所述，1990～2000年天津市土地利用变化较快，变化主要集中在耕地、水域和3种城乡建设用地上；2000～2008年由于天津市加快城市化进程，城乡建设用地急剧增长，同时，农村居民用地与工矿建设用地部分转化为城镇用地，致使其土地利用／覆盖变化面积加大，滨海新区的建成更加剧了这一变化。近20年，整体土地利用变化速度较快，开垦耕地面积很大，城镇用地增加速率很快，未利用地开发成为其他类型用地为人所用的速度也很快。这种变化对天津市的区域环境也产生了一定的影响。在未来城市建设、土地利用规划上，除了本着发展经济与贸易，以及天津优势工业的基础上，还要着眼经济的可持续发展，把发展经济外的环境建设、文化建设等提到日程上来，近20年，耕地、草地以及林地面积都有不同程度的减少，这对长久的城市发展是不利的。

[1]刘纪远，刘明亮，庄大方，等．中国近期土地利用变化的空间格局分析 [J]．地球科学，2002，32（12）：1031-1040．

[2]刘纪远，张增祥，徐新良，等．21世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析 [J]．地理学报，2009，69（12）：1411-1420．

[3]侯学曾，李 璟，李树德．天津土地利用动态变化及其调控途径初探 [J]．国土与自然资源研究，1989，（2）：26-32．

[4]罗海江．20世纪上半叶北京和天津城市土地利用扩展的对比研究 [J]．人文地理，2000，15（4）：34-37．

[5]杜海燕，黄岁樑．天津地区农业旱灾脆弱性综合评价及区划研究 [J]．自然灾害学报，2010，19（5）：138-145．

[6]马 春，鞠美庭，李洪远，等．天津地区土地生态系统多样性演变与驱动力分析 [J]．南开大学学报(自然科学版），2011，44（1）：66-77．

[7]刘 戈，汪 波．天津经济技术开发区土地集约利用与经济增长关系 [J]．天津大学学报(社会科学版），2007，9（2）：97-101．

[8]董智勇，陈元清．近代天津对外贸易与工业经济增长的实证研究 [J]．特区经济，2010，（1）：59-61．

[9]王 娟．安徽省土地利用的动态变化分析 [J]．中国统计，2011，（6）：28-30．

[10]匡文慧，刘纪远，陆灯盛．京津唐城市群不透水地表增长格局以及水环境效应 [J]．地理学报，2011，66（11）：1486-1496．