基于RS和GIS的城市边缘区土地利用变化及驱动机制研究——以厦门市同安区为例

廖 苗，陈松林，2*，韦素琼，2，廖善刚，2

(1.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州350007；2.福建省 亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州350007)



基于RS和GIS的城市边缘区土地利用变化及驱动机制研究
——以厦门市同安区为例

廖 苗1，陈松林1，2*，韦素琼1，2，廖善刚1，2

(1.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州350007；2.福建省 亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州350007)

在RS和GIS软件的支持下，通过人机交互目视解译获得厦门城市边缘区——同安区2000年和2010年土地利用数据，从结构变化、数量变化和类型转移3个方面分析了同安区2000-2010年的土地利用变化。结果表明：研究区土地利用结构以林地和园地为主要土地利用类型，研究期内土地利用数量变化呈现“三增四减”，园地、工矿用地和居住交通用地面积呈现增加的趋势，其余土地利用类型面积均呈现减少的趋势，土地利用类型主要转向园地、工矿用地和居住交通用地。经济的增长、产业结构的调整优化、人口增长和城镇化进程的推进是土地利用变化的主要驱动力。

城市边缘区；土地利用变化；驱动机制；遥感；地理信息系统；厦门市

在全球变化研究中，土地利用/覆被变化得到越来越多的关注，被认为是全球环境变化中的重要组成部分和主要原因[1]。1995年国际地圈-生物圈计划(IGBP)和全球环境变化人文计划(HDP)联合提出“土地利用和土地覆被变化”(LUCC)研究计划，使LUCC研究成为目前全球环境变化研究的前沿和热点领域[2]。在过去的20年中，LUCC研究在全球得到广泛的开展与实施，其研究内容从全球气候变化效应研究扩展到不同空间尺度土地利用/覆被变化的过程研究[3]、驱动机制研究[4]等诸多方面。随着国际上有关LUCC研究的大量开展，中国对土地利用/覆被变化的研究也逐渐开展起来。近年来，中国学者借助遥感(RS)和地理信息系统(GIS)平台对土地利用/覆被变化的转换规律[5]、驱动机制[6～8]及模型[9～10]、空间变化过程[11，12]、景观格局[13]和生态环境效应[14]等方面开展了大量的研究和探讨。

城市边缘区同时受到城市和乡村的作用，是城市向乡村过渡的特殊地带[15～16]，具有不同于城市和乡村的特性：在生产力布局、经济和产业结构以及人们生活方式和社会生产活动等方面都与城市和乡村存在着明显的差别[15]。在城市的扩展过程中，城市边缘区作为城乡过渡地带成为中心城市的空间扩张的首选[17]，因此其土地利用兼具城市用地和乡村用地的特点[16]。本研究在RS和GIS软件的支持下，利用2000年和2010年遥感影像数据获取同安区土地利用数据，采用定量分析和定性分析结合的方法，研究厦门市同安区土地利用变化及其驱动机制，为土地管理和决策提供科学依据。

1 研究区概况

同安区位于福建省东南部，位于厦门市建成区的北部边缘地带，属于典型的城市边缘区，其经纬度位置在北纬24°32′35″～24°54′46″，东经117°54′46″～118°24′32″。同安区位居厦(门)、漳(州)、泉(州)“金三角”中心地带，北与安溪县、南安市交界，西接长泰县，东连翔安区，南面隔同安湾与湖里区相望，西南与集美区毗邻，东南隔海与金门岛相望，境内陆域面积649.73 km2，地形复杂多样，全境地势西北高(以丘陵、低山为主)，东南低(大部分为波状起伏的台地和冲积平原)，属于南亚热带海洋性季风气候，气候温暖，降水丰富，热量充足。同安区位于闽南金三角地区，交通便利，区位优势明显，是厦门市建设海湾型城市的重要组成部分，更是厦门发展的腹地。2010年，全区总人口约为32.27万人，其中非农业人口约占44.84%。至2010年全区实现地区生产总值约153.65亿元，工业总产值345.32亿元，居民人均可支配收入27 300元，其中农村居民人均可支配收入14 200元[18]。

2 数据与研究方法

2.1 数据来源与数据处理

本研究采用的遥感数据为2000年和2010年landsat5 TM两期影像数据，辅助数据有土地利用现状图以及相关年份的《厦门市统计年鉴》。根据同安区土地利用特征和数据计算的需要，参照《土地利用现状调查技术规程》中的土地利用分类标准，将同安区土地利用划分6个类型：林地、园地、水域、耕地、居住交通用地、工矿用地和未利用土地。

数据的处理过程如下：首先利用RS软件Erdas9.2对两期遥感影像进行预处理，然后在 ArcGIS10.1软件平台上采用人机交互目视解译的方法根据对遥感影像进行解译分类，得到2000年和2010年土地利用数据(图1)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用转移矩阵(Aij)

在GIS的支持下，通过对不同时期的土地利用现状类型图进行空间叠加运算，求出各时期的土地利用类型的转移矩阵，进而分析引起土地利用变化的过程[1]。土地利用转移矩阵可以直观的展现各土地利用类型之间相互转换的数量关系，其数学表达式为：

(1)

式中：Aij为研究期内i种土地利用类型向j种土地利用类型转化的面积；i为k时期土地利用类型；j为k+1时期土地利用类型；n为土地利用类型的数量。

2.2.2 土地利用转移率(Bij)

土地利用转移率用以表现土地利用类型之间的相互转化情况，是指k时期i种土地利用类型转变为k+1时期j种土地利用类型的面积占k时期i种土地利用类型的比例，其计算公式为[5，6]：

(2)

2.2.3 土地利用贡献率(Cij)

土地利用贡献率是指土地利用变化对土地利用现状的作用，具体变现为k时期i种土地利用类型转变为k+1时期j种土地利用类型占k+1时期i种土地利用类型的比例，其计算公式为[5，6]：

(3)

3 同安区土地利用动态变化

3.1 土地利用结构变化

随着城市的不断向外扩展，城市边缘区的土地利用性质因此发生着迅速而剧烈的变化，其土地利用结构也在不断发生变化。根据研究区遥感解译的结果，对遥感影像数据进行统计和计算，得到各年份土地利用类型比例结构(图2)。

从图2可以看出，同安区土地利用结构以林地-园地为主要土地利用类型，二者面积超过研究区总面积的80%，其他土地利用类型的比例均较小。2000年土地利用结构以林地为主要利用类型，其面积占总面积的54.37%，超过研究区总面积的一半，其次为园地，所占比例为30.22%，其余土地利用类型比重均未超过10%。2010年土地利用结构转变为以林地和园地为主要利用类型，二者所占面积差距缩小，分别为44%和37.77%，居住交通用地和工矿用地比例增加，二者之和为13.27%，其余土地利用类型比重均较小。

图2 同安区不同时期土地利用结构图

2000～2010年研究区土地利用结构变化主要表现在两个方面：一是林地、水域、耕地和未利用土地呈现减少的趋势，尤其是林地，比重下降了10.37%，其他3种地类比重下降幅度较小，分别为0.9%、2.09%、0.1%；二是园地、工矿用地和居住交通用地比重呈现增加的趋势，分别增加了7.55%、3.48%和2.44%。由此可以看出，同安区2000～2010年，园地、工矿用地和居住交通用地扩张，林地、耕地被大量占用是土地利用结构变化的主要特点，是研究区经济发展和城市化进程中土地利用的一个重要特征。

3.2 土地利用数量变化

土地利用数量变化可以从变化幅度和变化数量两个方面进行分析，根据2000年和2010年土地利用数据计算得到各年份各土地利用类型面积及其变化数据(表1)。

2000～2010年各类土地利用类型数量出现此消彼长的变化(表1)，呈现“三增四减”的变化特征：园地、工矿用地和居住交通用地面积呈现增加的趋势，其余4类土地利用类型面积均呈现减少的趋势。

表1 同安区土地利用类型面积及其变化

(1)工矿用地是面积增幅最大的地类，其次是居住交通用地，园地是面积增加最多的地类。随着同安区工业的不断发展，工矿用地面积呈现快速增长的趋势，2000～2010年面积增加22.57 km2，增幅达112.04%，2010年面积是2000年的一倍多。同安区城市的不断扩张使区内的居住交通用地面积不断扩大，2000～2010年居住交通用地面积增加15.81 km2，增幅达57.28%。2000～2010年，园地共增加48.97 km2，由于其基数大，增加幅度较工矿用地和居住交通用地小，为24.94%。

(2)林地是面积减少最多的地类，其次是耕地，水域是面积减幅最大的地类。2000～2010年林地共减少了67.26 km2，但由于其基数大使得减少的幅度最小，为19.06%；2000～2010年，耕地面积共减少13.6 km2，减少幅度为37.82%；水域面积2000～2010年共减少5.79 km2，但由于其基数小，使得减少幅度最大，为41.38%；未利用土地面积减少0.7 km2，减小幅度为30.4%。

3.3 土地利用类型转移

根据遥感解译的土地利用类型分类数据，在ArcGIS10.1平台上，对研究区两期矢量数据进行空间叠加分析，根据公式(2)、(3)计算得到2000～2010年土地利用类型相互转化的数量关系转移矩阵(表2)。

表2 同安区 2000～2010 年土地利用类型转移矩阵

注：空白表示转换数量为零.

通过对表2数据的统计分析，发现2000～2010年同安区约有 15.28%的土地利用类型发生了变化，其主要变化类型及转化面积和比重见表3。

据表2、3可知，2000～2010年土地利用的主要变化为林地转化为园地，转化面积为53.08 km2，占总转化面积的53.52%，远远超过其他地类的转化，这说明园地面积增加是研究区最主要的土地利用变化现象。

表3 土地利用变化的主要类型面积及比重

在地类流向方面，2000～2010年同安区最主要的流向地类为园地、工矿用地和居住交通用地。园地增加的面积为53.42km2，占总转化面积的53.86%，其他地类转化为园地面积的按大小排序，分别为林地和居住交通用地，占流向园地总面积的比重分别为53.52%和0.34%。工矿用地增加的面积为22.39 km2，占总转化面积的22.58%，按其他地类转化为工矿用地的面积大小排序，分别为耕地、林地、园地、水域、未利用土地，占转化总面积的比重分别为8.15%、7.71%、5.34%、3.21%、0.85%。居住交通用地增加面积为12 km2，占总转化面积的12.1%。

从地类流出来看，2000～2010年林地转化为其他地类的面积为67.77 km2，占总转化面积的68.33%，耕地转化为其他用地类型的面积为15.86 km2，占总转化面积的15.99%，园地转化为其他地类的面积为7.65 km2，占总转化面积的7.71%；水域转出面积为6.34 km2，占总转化面积的6.39%；未利用土地转化面积为0.87 km2，占总转出面积的0.88%。将研究区土地利用分为农业用地(包括林地、园地、耕地)、建设用地(包括居住交通用地和工矿用地)和未利用地(包括水域和未利用土地)三大类来看，地类流出主要是农业用地的流出，面积为91.28 km2，占总转出面积的92.03%。

4 同安区土地利用变化驱动机制

土地利用变化驱动机制是土地利用变化研究的重要部分，社会经济因素是最核心最直接的驱动因素，城市边缘区土地利用变化与其经济发展、人口增长以及相关政策有着密切的关系[19]。本研究从经济与产业结构因子和人口与城镇化因子两个方面对同安区土地利用变化驱动机制进行探讨。

4.1 经济与产业结构

2003年，原“同安区”拆分为“同安区”、“翔安区”两区，当年新的同安区完成生产总值52.41亿元，拆分后同安区经济随即进入新一轮增长加速期[18](图3)。2003～2010年同安区国内生产总值持续增长，2010年完成生产总值153.65亿元，比2003年增长1.93倍，年均增长15.16%，2004～2010年分别增长15.1%、20.4%、12.3%、24.8%、11.5%、8.1%、13.9%，是改革开放以来同安的第二个高速发展期。

从三大产业来分别看，第一产业产值出现缓慢的波动增长，其占GDP的比重持续下降，从2003年的12.29%下降到2010年的5.79%。第二产业产值持续增长，其所占GDP比重基本保持在50%以上，2010年比重为55.72%，为同安区主导产业。第三产业产值所占GDP比重呈现波动增长，2010年为38.49%。产业结构的调整和逐步优化：第一产业产值及比重的下降、第二、第三产业产值和比重的增长，在改变居民就业岗位的同时也驱使了土地利用方式的改变：大量的的农业用地转换成工业及商服用地，突出表现为林地和耕地向工矿用地和居住交通用地的转变，工矿用地和商服用地等建设用地的增加是城市经济发展和城市扩张必然导致的结果。

从同安区的主导产业来看，2003年同安区实现工业产值92.94亿元，全区规模以上工业企业121家，累计产值74.64亿元，其中产值上亿元的骨干企业共20家，至2010年工业总产值达345.07亿元，比2003年增长2.71倍，年均增长20.61%；规模以上工业企业不断增加至2010年达到465家，年产值突破亿元企业达69家，工业项目促投产投建的力度仍然在不断加大。这与厦门市的规划政策和同安区的发展战略存在密切关系：2002年厦门市“建设海湾型城市”规划明确同安区为“厦门市城市次中心”，2005年7月，同安区政府确立“工业立区”发展战略，同安城南工业区扩展为同安工业集中区，同安区进入 “工业化与城镇化同步推进”的发展时期。工业的迅速发展和政策的导向驱使同安区工矿用地迅速增加，使其成为增长幅度最大的土地利用类型，而工矿用地不断占用周围的耕地、园地和林地等进行工厂建设，导致耕地、园地和林地等土地利用类型数量减少。

图3 2003～2010年同安区国内生产总值与工业产值

4.2 人口与城镇化

人口作为土地利用变化的主要社会经济驱动力，直接影响土地利用变化的时空分异[10]。同安区总人口呈现增长的趋势，从2003年的29.4万人增加到2010年的32.27万人(图4)。同安区人口的增加一方面会使人口密度增大，单位土地面积上的人口数增多，对自然资源的消耗增大，表现在园地数量的增加，人口的增长和城市化的发展以及居民消费结构中对菜、果、鱼、肉的需求增多，加上高效益产业扩张导致低效益产业收缩的市场规律影响，使得农业用地内部结构出现由单位产值低的农业用地向单位产值高的农业用地转变，导致林地和耕地向园地转化；另一方面同安区人口的增加对居住地等建设用地的需求增多，导致建设用地向其他土地利用类型扩张，占用耕地、林地、园地等土地面积，从而导致其他土地利用类型破碎化。

图4 2003～2010年同安区人口变化

城镇化是指农村人口不断向城镇聚集的过程，其本质特征是农村人口的空间转换，农业劳动力向非农业劳动力的转移[20]。同安区非农业人口数量逐渐增加，比重持续上升，从2003年的38.87%增加到2010年的44.84%，农业人口数量呈现波动缓慢上升，比重持续下降，从2000年的61.13%下降到2010年的55.16%。同安区农业人口向非农业人口的转移使得城镇人口数量快速增长，刺激了城市化的扩张和发展，城镇建设用地、仓储用地等迅速增加。2006年同安区全面铺开滨海新城区的发展框架，新城建设和旧城改造同时开展，小城镇建设改革发展同步进行，城镇面积不断扩大，而城市建设的需要使原本从事农业的人口弃农进城工作，农业劳动力下降，进一步导致土地利用的变化。

5 结论

本研究在RS和GIS软件的支持下，以厦门市同安区为例，研究城市边缘区土地利用变化及其驱动机制：通过解译获得同安区2000年和2010年土地利用数据，从结构变化、数量变化和类型转移3个方面分析了厦门市同安区2000～2010年土地利用变化，从经济与产业结构因子和人口与城镇化因子两个方面对同安区土地利用变化驱动机制进行了分析，结果表明：

(1)同安区土地利用结构以林地和园地为主要土地利用类型。2000年土地利用类型以林地为主，其次为园地；2000～2010年，林地面积减少，园地面积增加，至2010年，林地与园地面积差距逐渐缩小。

(2)同安区土地利用数量变化呈现“三增四减”，园地、工矿用地和居住交通用地面积呈现增加的趋势，其余四类土地利用类型面积均呈现减少的趋势。园地是面积增加最多的地类，共增加48.97 km2，林地是面积减少最多的地类，共减少了67.26 km2。

(3)同安区土地利用的转化中地类主要转向园地、工矿用地和居住交通用地，在各土地利用转化类型中以林地转化为园地面积最大，转化面积为53.08 km2；地类流出主要是农业用地的流出，转出面积为91.28 km2，占总转出面积的92.03%。

(4)同安区经济的增长和产业结构的调整优化、人口的增长和城镇化进程的推进，使得工矿用地和居住交通用地不断向其他土地利用类型扩张，建设用地面积不断扩大。

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LAND USE CHANGE AND DRIVING FORCES ON URBAN FRINGE AREA BASED ON TECHNOLOGIES OF RS AND GIS——A CASE STUDY OF TONG’AN DISTRICT，XIAMEN CITY

LIAO Miao1，CHEN Song-lin1，2，WEI Su-qiong1，2，LIAO Shan-gang1，2

(1.SchoolofGeographicalScience，FujianNormalUniversity，Fuzhou350007，Fujian，China；2.FujianProvincialKeyLaboratoryofSubtropicalResourcesandEnvironment，FujianNormalUniversity，Fuzhou350007，Fujian，China)

Based on technologies of Remote Sensing and Geographical Information System，land use data of 2000 and 2010 was classified by the man-machine interactive in Tong’an District which is the urban edge of Xiamen city.Land use change was analyzed from the perspective of structure，quantity and type conversion.The result showed that：forest land and garden plot was the main type of land use structure，the quantity of land use changes presented three kind of land use increased and four decreased，the industrial land，residential land and garden plot land use showed a increasing trend，the rest of the land use type showed a decreasing trend，the major conversion land types were garden plot，industrial land and residential land use.Economic growth，adjust and optimize of industrial structure，population growth and urbanization were the main driving force of land use change in Tong’an District.

urban edge；land use change；driving force；RS；GIS；Xiameng City

2015-09-01；

2015-10-27．

福建省科技重大专项(2012NZ0002-1-5)；国家自然科学基金(41371145).

廖苗(1989-)，女，湖南省益阳市安化县人，硕士研究生，主要研究方向为土壤与土地资源.

TP79，U412.1+4

A

1001-7852(2015)06-0025-08

*通信作者.