山区城市土地利用空间结构特征分析

张勇荣 周忠发 马士彬

摘要：利用１９９０、２０００、２０１０年3个时相的遥感影像对贵州省六盘水市市区土地利用进行监测，运用土地利用类型多样性指数、土地利用程度指数和生态价值，以１ ｋｍ×１ ｋｍ网格为统计单元，对土地利用空间结构变化进行分析。结果表明，研究区城市中心及城乡结合部区域的多样性下降，离市中心较近的独立乡镇多样性快速上升，功能转变为城乡结合部；研究区整体土地利用程度不断提高，土地利用程度从市中心向外围逐渐减小，土地利用程度较高的网格逐渐连通；研究区内生态价值较低，生态环境脆弱。２０年间土地利用空间结构变化较大，高利用程度、低多样性、低生态效益的网格逐渐相互连通，形成大的斑块，对研究区土地利用景观格局及生态环境造成较大影响。

关键词：山区城市；土地利用；空间结构；六盘水市市区

中图分类号：Ｆ３０１．２４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）14－2958-06

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ Ｃｉｔｙ：Taking Urban Area of Liupanshui City in Guizhou Province as An Example

ＺＨＡＮＧ Yｏｎｇ－ｒｏｎｇ１，２，ＺHOU Ｚｈｏｎｇ-ｆａ２，３，ＭA Ｓｈｉ-ｂｉｎ１

（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ５５３００４， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｋａｒｓｔ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ／ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｋａｒｓｔ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｉｎ Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ cｉｔｙ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ pｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｉｎｄｅｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＲＳ ｉｍａｇｅｓ ｉｎ １９９０， ２０００ ａｎｄ ２０１０， taking 1 km×1 km grid as the statistical unit． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｖｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｔｏｗｎ ｒｅｇｉｏｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｈａｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｇｏｔ ｌｏｗｅｒ． Ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ， ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｔｗｏ ｄｅｃａｄｅｓ． Ｇｒｉｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ， ｌｏｗ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｉｇｇｅｒ ｐｌａｑｕｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ｃｉｔｙ； ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｏｗｎｔｏｗｎ ａｒｅａ in Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ｃｉｔｙ

土地利用是人类活动在土地的自然属性上作用的结果，综合体现了区域内部自然环境、经济与社会发展以及人口的状况。目前土地利用变化研究主要表现在土地利用变化的时空差异及形成机制的研究［１-３］、土地利用变化动态模型的构建与应用以及土地利用变化的情景分析［４-６］、不同地区土地利用扩展模式和驱动机制的研究［６］、土地利用变化的生态环境效应及其对生态服务功能的影响［７-１０］、土地利用变化的空间扩展形势及其约束体系的研究［１１］等５个方面。但目前对山区城市土地利用空间结构特征及其变化规律的研究较少。因此，通过遥感解译获取１９９０、２０００及２０１０年３个时相的土地利用数据，从景观、生态两个方面系统地讨论了山区城市土地利用空间结构动态变化特征，提出了山区城市发展建设和土地利用方面的建议。

１研究区概况

贵州省六盘水市市区位于２６°２６′－２６°４７′Ｎ、１０４°４４′－１０５°２′Ｅ，是典型的山区城市，地表起伏度较大，研究区总面积为４７４．８ ｋｍ２（图１）。２０世纪９０年代以来，随着经济的快速发展，人口迅速增长，城市规模不断扩大，土地利用变化剧烈（表１）。在这种背景下研究其土地利用动态变化的空间分异规律，能够为土地利用规划、城市规划、生态环境保护以及区域经济的可持续发展提供科学依据。

２数据来源与研究方法

２．１数据来源

研究采用１９９０年３月、２０００年２月、２０１０年２月３个时相的ＴＭ、ＥＴＭ以及ＣＢＥＲＳ-０２Ｂ遥感影像，结合Ａｓｔｅｒ ＧＤＥＭ数据对六盘水市市区的土地利用动态变化进行分析。

研究区土地利用分类参考我国土地利用分类标准［１２］，结合当地实际情况将研究区划分为８种土地利用类型，即有林地、灌木林、草地、水田、旱地、建设用地、水体和未利用地。

研究采用监督分类法，参照野外ＧＰＳ样点调查资料、地形图、植被图获得研究区土地利用矢量数据，最终数据转换成分辨率为３０ ｍ×３０ ｍ栅格数据。

２．２研究方法

２．２．１景观空间结构特征法区域土地利用类型多样化程度是反映区域土地利用类型总体结构和齐全程度的重要指标，引用吉布斯－马丁（Ｇｉｂｂｓ－Ｍａｒｔｉｎ）的多样性指数模型来度量土地利用类型的多样化程度，其模型为：

式中，ＧＭ为土地利用类型多样性指数。ｆｉ第ｉ种土地利用类型的面积。ＧＭ的值在０～１之间，越趋近于１表示该区域土地利用类型多样化程度越高；０代表只有１种土地利用类型。但ＧＭ受土地利用类型数的影响，当有ｎ种土地利用类型时，其最大值为（ｎ－１）／ｎ［１３］。

土地利用程度反映了土地系统中人类因素的影响程度，而土地系统本身是一个复杂的自然社会综合体。土地利用程度的分级原则见表２，土地利用程度指数的定量化表达式为：

式中，Ｌａ为土地利用程度指数；Ａｊ第ｊ级土地利用程度分级指数； Ｃｊ第ｊ级土地利用程度面积占总面积的百分比。根据公式（２）可知，土地利用程度指数是一个取值区间为［１００，４００］的连续函数。在一定单位网格区域内，土地利用程度指数的大小反映了土地利用程度的高低［１４］。由于土地利用变化的驱动因子来源于自然和社会两个方面，因此通过土地利用程度指数，可以很好地体现自然和人类社会因素对土地利用的影响。为了详细表达土地利用类型在空间上的分布及结构特征，将研究区划分为１ｋｍ×１ｋｍ的网格单元，分别计算网格单元内３个时相的ＧＭ和Ｌａ（图２、图３）。

２．２．２生态空间结构特征分析方法土地利用生态特征可以应用生态价值进行分析。为了便于比较，在计算时采用了Ｃｏｓｔａｎｚａ等［１５］研究得到的生态系统类型分类系统和生态功能效益。为了表达土地利用类型生态特征的空间异质性，采用１ ｋｍ×１ ｋｍ的网格单元，分别计算网格单元内３个时相的不同土地利用类型面积比例，然后将该比例乘以相应的土地利用生态价值并将其相加，得到每个网格单元的平均生态价值（图４）。

３结果与分析

３．１土地利用景观空间结构特性分析

３．１．１土地利用多样性特征分析研究将土地利用类型多样性指数划分为高（ＧＭ＞０．６５）、中（０．３≤ＧＭ≤０．６５）、低（ＧＭ＜０．３）３个等级，最终获得研究区ＧＭ分布图见图２ａ至图２ｃ。由图２可知，１９９０、２０００和２０１０年３个时相上，研究区土地利用类型多样化程度空间特征明显，ＧＭ值都呈现从城市中心区域向四周递减。整个研究区域土地利用多样化程度较高，ＧＭ值小于０．３的网格多分布于城市的外围区域，这些区域土地利用类型主要以灌木林为主，用地类型较单一；研究区内大部分区域的ＧＭ值为０．３０～０．６５，主要是由于研究区内较大的人地矛盾关系拉大了耕地对地形的适应性，导致中心城区周边坡度小于２５°的区域上耕地、林地、草地等用地类型交错分布；土地利用多样化程度较高的区域（ＧＭ＞０．６５）主要分布于城乡结合部，该区域土地的自然属性良好，适应性较强，可利用类型增多。图２ｄ和图２ｅ体现了２０年间研究区土地利用类型多样性的变化趋势。由图２ｄ可知，１９９０－２０００年间，研究区中心城区及主要厂矿周边土地利用多样化程度加大，主要是由于在此１０年间经济发展及城市快速发展，中心城区及主要厂矿周边大量的耕地转变为城市及厂矿用地，形成耕地、建设用地等景观类型交错分布的格局。由图２ｄ和图２ｅ对比分析可以看出，城市中心区域的土地利用多样化程度减小，离中心城区较近的乡镇土地利用多样化程度增大，这主要是由于随着经济的发展，城市中心区域建设用地已经挤占全部的耕地，由多景观类型相间分布转化成单一建设用地景观类型，而离城市较近且发展条件较优越的乡镇进入初级发展阶段，由独立乡镇变为城乡结合部，土地利用类型多样化程度加大，未来将由城乡结合部变为单一城市用地。

３．１．２土地利用程度特征分析图３ａ至图３ｃ为研究区１９９０、２０００、２０１０年土地利用程度数据。通过分析可知，研究区１９９０－２０１０年土地利用程度分布均呈现出从中心城区向四周递减的格局。２０年间研究区内土地利用程度整体提高，网格内土地利用程度最低值由１９９０年的１４０．８９７上升到２０１０年的１８５．４０８，最高值由1990年的３８１．９３１上升到2010年的３９９．７１３。城市中心区土地利用程度逐渐加强，利用程度高的网格已经相互连接，形成了较大的斑块，对区域景观格局造成较大影响。

另外随着城市的发展，城市中心区的建筑用地面积和密度逐渐加大，土地利用程度快速提高，但是由于建设用地的挤压，使得其他用地类型消失，土地利用类型单一化。所以表现为土地利用程度与多样性的负相关关系。

３．２土地利用生态空间结构特性分析

通过图４可知，研究区生态价值空间分布呈现从中心城区向外递增的趋势。研究区生态价值较低，２０１０年区域内生态价值仅为０．１７３ ８×１０６元/km2，远远低于全国平均水平。通过将研究区域3个时相的土地利用图与生态价值图叠加分析可知，生态价值的区域布局与土地利用类型的分布密切相关。由于研究区内土地利用类型以耕地和灌木林为主，二者占研究区总面积的７７．１８％，而生态价值较高的水体仅占１．８５％，导致整个研究区域生态价值较低，２０年间空间分布差异较小。

４结论

１）贵州六盘水市市区土地利用多样性存在一定的空间差异。随着经济发展，城市中心区的土地利用多样性指数下降，而离市中心较近的独立乡镇土地利用多样性指数快速上升，其功能转变为城乡结合部。

２）土地利用程度从市中心向外围逐渐减小，２０年间土地利用程度不断提高。在城市中心区利用程度较高的网格逐渐连通，形成了较大斑块，并且随着土地利用程度的增加土地利用的多样性减小。为保障城市生态的良好发展，必须严格限制城市建设用地的发展。

３）由于土地利用类型以灌木林和耕地为主，所以研究区内生态价值较低，生态环境脆弱。随着城市发展，大量耕地、林地转变为建设用地，其生态价值将进一步下降，因此在城市发展的过程中必须大量营造人工湿地、水体等生态价值较高的用地类型，并实施退耕还林，以保证城市基本生态需求。

参考文献：

［１］ 史培军，陈晋，潘耀忠．深圳市土地利用变化机制分析［Ｊ］．地理学报，２０００，５５（２）：１５１－１６０．

［２］ 朱会义，何书金，张明．环渤海地区土地利用变化的驱动力分析［Ｊ］．地理研究，２００１，２０（６）：６６９－６７８．

［３］ 何书金，王秀红，邓祥征，等．中国西部典型地区土地利用变化对比分析［Ｊ］．地理研究，２００６，２５（１）：７９－８７．

［４］ ＲＯＵＮＳＥＶＥＬＬ Ｍ Ｄ Ａ， ＡＮＮＥＴＴＳ Ｊ Ｅ， ＡＵＤＳＬＥＹ Ｅ， ｅｔ ａl． Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｌａｎｄ ｕｓｅ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｓｃａｌｅ［Ｊ］． Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２００３，９５：４６５－４７９．

［５］ 姜广辉，张风荣，孔祥斌，等．北京山区建设用地扩展空间分异分析［Ｊ］．地理研究，２００６，２５（５）：９０５－９１２．

［６］ 王双，何春阳，潘耀忠，等．水资源约束下北京地区２００４－２０２０年土地利用变化情景模拟研究［Ｊ］．自然资源学报，２００６，２１（４）：５３５－５４４．

［７］ ＳＨＩ ＰＪ，ＹＵＡＮ Ｙ， ＺＨＥＮＧ Ｊ，ｅｔ ａl． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ／ｃｏｖｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｕｎｏｆｆ ｉｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ｒｅｇｉｏｎ， Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｃａｔｅｎａ， ２００７，６９：３１－３５．

［８］ ＫＯＮＧ Ｆ Ｈ， ＮＡＫＡＧＯＳＨＩ Ｎ． Ｓｐａｔｉａｌ－ｔｅｍｐｏｒａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅｓ ｉｎ Ｊｉｎａｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ， ２００６，７８（１）：１４７－１６４．

［９］ ＺHAO Ｂ， ＫREUTER Ｕ， ＬI Ｂ，ｅｔ ａl． Ａｎ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｖａｌｕｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ Ｃｈｏｎｇｍｉｎｇ Ｉｓｌａｎｄ， Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｐｏｌｉｃｙ，２００４，２１：１３９-１４８．

［１０］ 喻红，曾辉，江子瀛．快速城市化地区景观组分在地形梯度上的分布特征研究［Ｊ］．地理科学，２００１，２１（１）：６４－６９．

［１１］ 陈利顶，杨爽，冯晓明．土地利用变化的地形梯度特征与空间扩展——以北京市海淀区和延庆县为例［Ｊ］．地理研究，２００８，２７（６）：１２２５－１２３５．

［１２］ 吴传钧， 郭焕成．中国土地利用［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９４．

［１３］ 张树文，张养贞，李颖，等．东北地区土地利用／覆被时空特征分析［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５．

［１4］ 庄大方，刘纪远．中国土地利用程度的区域分异模型研究［Ｊ］．自然资源学报，１９９７，１２（２）：１０５－１１１．

［１5］ ＣＯＳＴＡＮＺＡ Ｒ， ＤＡＲＧＥ Ｒ， ＤＥ ＧＲＯＯＴ Ｒ，ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄｓ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｃａｐｉｔａｌ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９７，３８７：２５３－２６０．