武汉市土地利用方式变化及其环境效应分析

苗　蕾

(中南财经政法大学博士后流动站，中南财经大学信息与安全工程学院，湖北 武汉 430072)



武汉市土地利用方式变化及其环境效应分析

苗蕾

(中南财经政法大学博士后流动站，中南财经大学信息与安全工程学院，湖北 武汉 430072)

摘要：利用武汉市1999—2007年土地利用数据及环境污染物排放数据，分析了武汉市土地利用方式的数量与结构的历史变化，以及同一时期武汉市各类型污染物排放量的变化情况。运用SPSS软件进行相关性分析，筛选出与污染物排放有密切关系的土地利用类型。通过建模分析了武汉市土地利用与污染物排放量的相互关系。总体上看，武汉市仍处于工业化增长阶段，土地利用方式的变化依旧给生态环境带来了持续压力。

关键词：土地利用方式；利用方式变化；环境效应； 相关关系；武汉市

中国近十年的城镇化是以城市规模的大幅扩张为特点，社会建设、经济发展、产业布局、城市扩展和能源消费等人类活动都与土地利用密切相关，并最终都要落实在不同的土地利用方式上[1]。土地利用是环境变化的动力，土地利用/土地覆盖变化不仅改变了自然景观面貌,而且影响景观中的物质循环和能量分配[2]。对土地利用结构合理性的评价必须考虑生态环境效益，以协调土地利用过程中经济发展与环境保护的矛盾。

1研究区域土地利用情况

本文选用了武汉市1999—2007年土地利用情况进行分析。随着社会经济的不断发展，武汉市土地利用的变化情况详见表1。

表1　武汉市1999—2007年土地利用变化情况

资料来源：武汉市国土资源和规划局，武汉市土地利用变更情况(1999—2007年)。

1999年，农用地面积为588126.99hm2，是武汉市全部土地面积的68.79%；到2007年，农用地面积减少了31393.78hm2。农用地的减少集中表现为耕地面积的明显减少。9年间武汉市耕地面积减少了60411.1hm2，耕地占全市总面积的百分比下降了7.07%。1999—2007年，林地和园地有明显增长，特别是林地面积增长20172.2hm2，表明武汉市在改善民生、加强生态环境建设方面有了一定成果。

1999—2007年，建设用地面积不断扩大，一共增加了31209.87hm2。9年间居民点及工矿用地一共增加了23194.25hm2，面积百分比上升了2.71%。交通用地面积一共增加了8003.71hm2，面积百分比上升了0.94%。其他土地类型总体数量变化较小。

使用土地利用动态度指标可以分析武汉市土地利用方式的变化程度。单一土地利用动态度的公式为：

式中：K表示一定时期内土地利用类型的动态度，Ua、Ub分别表示时间段起点和终点的土地利用类型的数量，T表示时间跨度。运用1999—2007年土地利用数据可得到如表2所示结果。

1999—2007年武汉市各土地类型均以2002年为节点表现出前慢后快的特点。以林地为例，1999—2002年，林地面积年增加速度为0.31%，而在2002—2007年，林地面积年变化率上升为5.71%。交通用地的年增加速率最大，表明这个时期交通建设在城市发展中占了很大的比重。综合来看，这期间，伴随建设用地增加，林地、园地等生态用地也在同期增长，而耕地虽然变化速率较小，但是由于其基数大，土地变化面积仍很大。分析原因可能是由于城市转型升级导致对城中村的改造以及城市近郊的土地扩张，相比研究期初，城市形态已有很大改变。

表2　武汉市1999—2007年土地利用类型年度变化度　(%)

2研究区域污染物排放情况分析

伴随着武汉市的快速发展，城市生态环境也在发生变化。本文选取城市三废指标进行分析，数据详见表3。

表3　武汉市1999—2007年污染物排放情况

资料来源：武汉市环保局,武汉市环境状况公报(1999—2007年)。

武汉市废水排放总量由1999年的78706.36万t减少为2007年的65746.34万t，9年间一共减少了12960.02万t。其中，工业废水排放量总体呈现递减趋势；生活污水总体呈现递增趋势。从表3中数据可以发现，在2001年以前，工业废水排放量大于生活污水排放量，这一情况在2001年出现了扭转，此后，随着生活污水排放量逐渐增多，工业废水排放量逐渐减少，生活废水已经成为城市废水的主要来源。

在大气污染物方面，可吸入颗粒物一直呈降低趋势，但仍高于国家二级标准(可吸入颗粒物日平均浓度应该不高于100μg/m3)。武汉市二氧化硫年日平均值呈现每年递增趋势。二氧化氮年日平均值在此期间呈现上下波动状态。

在固体废物方面，武汉市生活垃圾产生量在1999年为149.41万t，到2005年已经增加到197.1万t，在此期间一共增加了28.78万t。其中生活垃圾产生量与工业固体废弃物产生量均呈现每年递增趋势，需要采取有效措施进行遏制。

3武汉市土地利用方式与污染物排放量相关性分析

3.1相关系数分析

皮尔逊(Pearson)相关系数可用于检测两变量之间的关系是否显著，若显著性≤0.05，则认为两变量有显著关系。本文使用SPSS软件对武汉市土地利用方式中的居民点、工矿用地、交通用地与污染物排放量进行相关性检测，检测结果见表4、表5。

表4　居民点及工矿用地与各污染物排放情况相关性分析

**： 在0.01 水平(双侧)上显著相关。

表5　交通用地与各污染物排放情况相关性分析

**：在0.01 水平(双侧)上显著相关。

从表4和表5可以看出，除了二氧化氮年日平均值与所研究的两种建设用地的相关性检测结果偏低外，居民点、工矿用地、交通用地与各污染物排放均在0.01 水平(双侧)上显著相关。因此，建立上述两种土地利用类型与环境指标的联系能在一定程度上解释土地利用方式的变化与环境效应的关系。

3.2模型构建

通过SPSS和EXCEL，对两种土地利用方式与污染物排放量分别进行多种曲线回归模拟，以土地利用方式的面积变化为自变量(X)，以典型环境指标为因变量(Y)，建立曲线模型，各趋势图详见图1～图4。

(1)居民点与工矿用地与水污染

表6　居民点与工矿用地面积与废水排放量的曲线关系模型

居民点与工矿用地R2趋势模型工业废水0.9593y=1E-12x4-5E-07x3+0.0753x2-5318x+1E+08生活废水0.9936y=2E-09x3-0.0005x2+49.965x-2E+06

随着居民点及工矿用地不断增加，工业废水在不断下降，而生活污水却在不断上升。工业废水排放量的减少主要是因为科技创新不断提高工业用水重复率，加强了重点排污企业监控和管理。然而根据2007年武汉市环境公报，在全市70个主要湖泊中，有51.4%为劣V类，10.0%为V类，15.7%为IV类，21.4%为III类，1.4%为II类，河流、湖泊的超标因子中除挥发酚、石油类为工业排放物，其余均为生活污水排放所致，由此可见生活污水的大量排放对水环境造成了严重危害。今后在治理工业废水的同时更要加强对生活污水的防治。

(2)土地利用方式与大气污染

表7　居民点与工矿用地、交通用地与可吸入颗粒物排放量的曲线关系模型

可吸入颗粒物R2趋势模型居民点与工矿用地0.9008y=6E-16x4-3E-10x3+4E-05x2-2.9688x+77939交通用地0.9336y=-3E-20x6+2E-15x5-6E-11x4+9E-07x3-0.0071x2+30.342x-53350

居民点及工矿用地与二氧化硫年日平均值之间的三次曲线拟合较好，R2=0.9772，模型拟合优度较高，其趋势模型为y=3E-12x3-1E-06x2+0.1073x-3775.9。

随着居民点及工矿用地以及交通用地的增加，可吸入颗粒物呈现下降趋势，应该是增加的园地、林地面积增大了植被的吸收能力，但可吸入颗粒物污染值仍处于高位，形式严峻。二氧化硫不断增加，表明城市能源结构对煤炭有很大的依赖。

(3)土地利用方式与固体垃圾

表8　居民点与工矿用地与固体垃圾排放量的曲线关系模型

居民点与工矿用地R1趋势模型生活垃圾0.9839y=1E-15x4-5E-10x3+8E-05x2-5.7871x+148765工业固体废弃物0.9707y=-9E-16x4+3E-10x3-4E-05x2+2.6833x-58878

城市的快速扩张，不管是居民生活，还是建筑施工，均产生了大量的城市垃圾，成为亟待解决的环境问题。

4结语

近年来我国城镇化过程的首要表现就是城市土地利用的巨大变化，表现为建筑用地增加而农用地减少，土地覆盖的变化带来了城市生态系统的改变，以及人的生产、消费方式的改变。通过对武汉市土地利用变化的环境效应进行分析，可以发现由于城市人口的增加，与人们生活相关的居民点以及交通用地规模也在扩大，生活污染物的比重在逐渐增大，甚至有超过工业污染的趋势。我国原有的污染治理主要是针对工业污染，虽然工业污染的治理与管理仍然是环境保护中的重点，但是对生活污染的治理，如何实现绿色消费、低碳生活将是未来环境保护面临的紧要问题。

参考文献：

[1]赵荣钦,刘英,郝仕龙,等.低碳土地利用模式研究[J].水土保持研究，2010,17(5):190-194.

[2]郭旭东,陈利顶,傅伯杰.土地利用/土地覆被变化对区域生态环境的影响[J].环境科学进展,1999,7(6):66-75.

[3]武汉市国土资源和规划局.武汉市土地利用变更情况[R].1999-2007.

[4]武汉市环保局.武汉市环境状况公报[R].1999-2007.

[5]武汉市统计局.武汉统计年鉴(2007)[M].北京:中国统计出版社,2007.

[6]丁庆，顾渐萍，刘艳芳，张杨．武汉市土地利用覆被变化与生态环境效应研究[J].地理科学,2011(10)．

[7]赵睿．武汉市大气污染特征分析及其防治对策[J]．中国科技成果，2005(5)．

[8]刘驰，李先玲，钟水映．武汉市城市化进程中的环境效应分析[J]．城市发展研究，2011(8)．

[9]李仁东，鲁奇，江南，战金艳．无锡市城镇化进程中土地利用变化及其环境效应[J]．长江流域资源与环境，2003(6).

Relations between Changes of Land Use and Environmental Effects in Wuhan

MIAO Lei

(Postdoctoral Station of Zhongnan University of Economics and Law, Department of Information and Safety,Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan Hubei 430072,China)

Abstract：The land use data and the environmental pollutant emission data from 1999-2007 were adopted to analyze the changes of the quantities and structures of land use as well as the changes of pollutants emissions in the same time period. The SPSS software was applied to conduct the correlation analysis between land use data and emission data in order to identify the land use types that had close relationships with pollutants emission. A model was built up to discover the quantitative relationships of these two groups of data. Generally speaking, Wuhan was still in the phase of industrial growth, and the land use changes would bring constant stress on ecological environment.

Key words：land use type; changes of land use; environmental effect; correlation; Wuhan

中图分类号：X171

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)03-0007-05

作者简介：苗蕾(1975-)，女，河北石家庄人，讲师，博士，研究方向为环境信息化和环境规划。

基金项目：中央高校基本科研业务经费(31541311305)。

收稿日期：2015-11-16