绍兴市土地利用时空变化研究*

2018-03-27王居午王军邦雷国平马泉来郑志志

中国农业资源与区划 2018年1期

王居午，王军邦，雷国平，马泉来，丁雪，叶辉，郑志志

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030； 2.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室，北京 100101； 3.武汉市江岸区新村街道办事处，湖北武汉 430012)

0 引言

中国正处于经济高速发展、城镇化飞速发展的时期，土地利用在时间和空间上均呈现显著的变化[1-2]。受到社会经济活动和自然因素等驱动力的影响，不同地域范围内的土地利用变化会出现不同的区域特点[3]，因此，目前的土地利用变化研究一般以区域为背景开展研究，探究其对某区域社会经济发展和生态环境的影响[4-7]。

21世纪以来，区域土地利用转型研究受到广泛关注[8-9]，如生态脆弱区[5]、经济高速发展区[10]、干旱区[11-12]、江河流域[6，13-14]等，作为其研究方向重点内容的土地利用变化驱动因子及驱动机制，可以为其他地区土地利用变化机理分析提供方法和依据[15-16]。现有的研究中，对土地利用变化动力机制研究主要从经济、社会、自然等角度来分析土地利用类型的面积变化与驱动因素间的关系，以此来揭示区域内土地转移的动力机制[12，17-18]。根据相关研究内容，长时间序列的土地利用数据主要应用于大范围的区域研究[19]，而在小范围(省级以下)地区的应用研究不够丰富[20-21]，因此，进行小范围地区长期的土地利用变化趋势的研究可以丰富土地利用变化研究的内容，同时对小范围地区生态环境的保护与恢复具有现实的指导意义。

文章运用绍兴1980～2015年7个时期的TM遥感影像，结合3S技术手段，研究绍兴1980～2015年土地利用类型的动态变化特征，探究绍兴土地利用变化的驱动力因素，揭示以绍兴为代表的经济发达地区土地利用变化与自然、社会驱动因素之间的关系，以期为绍兴市社会经济发展与土地资源利用提供科学参考。

1 研究区与数据来源

1.1 研究区概况

绍兴市地处浙江省，属于长江三角洲地区。东连宁波市，南临台州市和金华市，西接杭州市，北至嘉兴市，地理坐标为119°53′03″E～121°13′38″E、29°13′35″N～30°17′30″N之间。绍兴属于亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明。辖区东西长130.4km，南北宽118.1km，海岸线长40km，陆地总面积为82.733万hm2。全市地貌可概括为“四山三盆两江一平原”，境内地貌类型多样，地势总趋势由西南向东北倾斜，西、中、东3部属山地丘陵，北部是绍虞平原。境域内河流密布，湖泊众多，素以“水乡泽国”之称而享誉中外。截止2015年底，全市下辖3区2市1县，共118个乡镇与街道，总人口约为483万人，自然增长率为9.38‰，GDP总量位居全省第四。

图1 遥感影像分类

1.2 数据来源与方法

该文土地利用数据选用1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年7期Landsat分辨率为30m的 TM/ETM遥感影像作为数据源。结合研究区遥感影像的分辨率，采用中科院土地覆盖分类系统一级类，将土地利用类型划分为未利用地、建设用地、草地、水域、林地和耕地6类[22]。主要采取监督分类方法里面的最大似然法对7期影像进行分类，采用混淆矩阵法进行分类精度评价，得出整体精度为98.956 3%，Kappa系数为0.901 2，分类精度较高(图1)。社会经济数据来源于《绍兴统计年鉴》(2000～2015年)。

2 研究方法

2.1 土地变化模型

主要选用土地利用/覆被变化指数，土地利用变化轨迹进行分析。土地利用/覆被变化指数参照刘瑞等[23]的研究成果，土地利用/覆被净变化量指数(Dj)能够反映不同土地利用类型的绝对变化量。

Dj=MAX(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)-min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)=∣P+j-Pj+∣

(1)

土地利用/覆被交换变化量指数(Sj)能够反映区域内不同土地利用类型间的相互转换的总量。

Sj=2×min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)

(2)

土地利用/覆被总变化量指数(Cj)能够综合反映某一土地利用类型的绝对与交换变化量。

Cj=Dj+Sj

(3)

式(1)～(3)中，Pj+表示T1时点土地利用/覆被类型j的总面积百分比； P+j表示T2时点j种土地利用/覆被类型的总面积百分比； Pjj表示一定时期内j种土地利用/覆被类型保持不变的面积百分比。

2.2 土地变化轨迹模型

通过结合7个不同时间段的图层来表示土地利用变化轨迹，利用ArcGIS10.2软件将7个时间段的图层叠加在一起，形成一幅包含各个时间段斑块的图层，每个图斑赋值7个时间段的土地利用编码。其中，A表示耕地； B表示林地； C表示草地； D表示水域； E表示建设用地； F表示未利用地。建立土地利用变化轨迹的模型，分别用A～F 6个字母按照1980-1990-1995-2000-2005-2010-2015的顺序表达每个斑块的土地利用变化轨迹。

3 土地利用/覆被变化分析

3.1 土地利用结构分析

绍兴市2015年主要土地利用类型为林地、耕地、建设用地、水域，四者的土地总面积占全市总面积的98.10%。近35年来，建设用地面积呈上升趋向，由1980年的2.511 2万hm2(3.09%)迅速上升到7.918 5万hm2(9.74%)，可见经济建设的发展以及人口的迅速增长对建设用地的强烈需求，且几乎90%的建设用地是由耕地转换而来。同时，耕地面积先缓慢下降， 2000年后迅速下降，面积由1980年的28.286 3万hm2(34.79%)下降到23.875 3万hm2(29.36%)；而林地面积从1980年的45.874 6万hm2(56.42%)缓慢增加到1995年的46.368 5万hm2(57.02%)，之后又缓慢下降到2015年的45.706 0万hm2(56.21%)，总体变化不大；水域面积整体呈下降趋势，其中2000～2010年小幅度上升且稳定不变，由1980年的3.058 3万hm2(3.76%)到2015年的2.269 5万hm2(2.79%)， 88%以上变化的水域面积转化成了耕地。相对于绍兴市4种主要的土地利用类型，草地、未利用地占总利用面积较少，分别占1.90%、0.004%，草地面积几乎没有变化，而未利用地从1980年的0.06%下降到0.004%，几乎全部转换成其他类型的土地，可见绍兴市的土地几乎都处于开发利用状态。

图2 土地利用类型变化趋势

3.2 土地利用转移矩阵

由于土地利用是一个动态的过程，各个时期的土地利用类型或多或少的有所变化。如表1所示，土地利用总变化量由大到小依次是：耕地>建设用地>水域>林地>草地>未利用地，其中林地和草地以交换变化为主，耕地、建设用地和未利用地的转化以净变化量为主，水域的变化以净变化和交换变化为主。

1980～2015年，土地利用类型变化按增加率大小排序依次是：建设用地>草地；按减少率大小排序依次是：未利用地>水域>耕地>林地(表2)。35年来，耕地的流失面积为5.653 8万hm2，而补入面积仅仅为1.242 8万hm2，其中1.060 9万hm2(占补入面积的85.36%)由水域转化而来。耕地1980～2015年净流失面积达4.411 1万hm2，期间有耕地转化面积的83.09%流向了建设用地。期内共用15.59%的耕地流向其他土地利用类型，并且2000年以来，耕地流失速度加速，虽然沿海的1.060 9万hm2水域开发成了耕地，但流失的速度远大于补充的速度，耕地的保护工作压力很大。

建设用地增幅最大，改革开放之后的35年建设用地增加了5.407 2万hm2(215.32%)，国家经济建设进入了辉煌的时代，绍兴各区县政府所在地周围建设用地增多，吸引了许多企业来绍兴投资建厂，尤其是越城区、柯桥区和上虞区的建设用地增加最多。林地与草地的面积总量没有太大的变化，主要是这些土地类型一般都在丘陵地带，人烟稀少，比较偏自然状态，但其交换变化占比较大，期间部分林地流向了建设用地；同时部分耕地流向了林地，这与国家1999年以来实施“退耕还林还草工程”密切相关。绍兴市的水域面积自改革开放以来，面积由原来的3.058 3万hm2减少到2015年的2.269 5万hm2， 2015年几乎是1980年水域面积的1/4，减少的水域面积大部分流向了耕地，少数变成了建设用地。未利用地虽然面积比较少，但在转换为其他用地的过程中发挥了很大的作用， 93.36%的未利用地均被开发成了其他利用类型的土地，可见绍兴市的土地利用率很高。

图3 绍兴市土地利用轨迹分布

图4 1980～2015年土地变化总轨迹

表1 1980～2015年土地利用转移矩阵 hm2

表2 1980～2015年绍兴市土地利用类型转换 %

表3 绍兴市土地利用变化轨迹图斑

面积(hm2)变化轨迹占比(%)面积(hm2)变化轨迹占比(%)449782B-B-B-B-B-B-B55 311427B-B-B-B-B-B-E0 18224172A-A-A-A-A-A-A27 571366B-B-A-A-A-A-A0 1723516E-E-E-E-E-E-E2 891260E-E-A-E-E-E-E0 1518839A-A-A-A-E-E-E2 321205D-D-D-D-A-A-A0 1516103D-D-D-D-D-D-D1 98983D-D-D-D-D-D-E0 1214314A-A-A-A-A-A-E1 76813C-C-B-C-C-C-C0 1013589C-C-C-C-C-C-C1 67794A-A-B-A-A-A-A0 105628A-A-E-E-E-E-E0 69773B-B-B-B-B-E-E0 105029D-D-D-D-D-D-A0 62734A-E-E-E-E-E-E0 094875A-A-A-A-A-E-E0 60676A-A-A-A-A-A-D0 084422A-A-B-B-B-B-B0 54637A-A-D-D-D-D-D0 082892D-D-A-A-A-A-A0 36614A-A-A-A-B-B-B0 082840B-B-B-B-E-E-E0 35465B-B-B-B-B-B-C0 061790A-A-A-A-D-D-D0 22409F-F-B-B-B-B-B0 051702D-D-A-D-D-D-D0 21402D-D-A-D-D-D-A0 051628A-A-A-E-E-E-E0 20385C-C-C-C-B-B-B0 05

3.3 土地利用变化轨迹分析

研究中发现，绍兴市有32条较大的土地变化轨迹图斑，占绍兴市土地利用总面积的98.88%。由图3、表3可看出，绍兴市近35年来，长期不变的稳定的土地类型占全市土地面积的89.43%，林地占据了一半以上的比重，而变化的土地利用轨迹占10.57%。其中面积最大的是林地，占全区面积的55.31%，变化的林地占0.84%(其中在2005年、2010年、2015年分别转移0.35%、0.10%、0.18%至建设用地，0.17%的林地于1995年变成了耕地， 0.06%的林地于2015年变成了草地)。其次是耕地， 1980年总占比为34.79%， 2015年总占比为29.43%，期间27.57%的耕地处于稳定不变的状态， 6.76%的耕地发生了变化(图4中， 1990～2015年耕地向建设用地依次转移了0.09%、0.69%、0.20%、2.32%、0.60%、1.76%，共计5.66%)，耕地在1995年、2005年分别转移了0.54%、0.08%到林地。草地与未利用地两者主要转移的土地类型是林地，其中草地在2005年转移了0.05%，未利用地在1995年转移了0.05%。最后是水域，主要的变化是流向了耕地，有的短暂变成了耕地后又变回了水域，占0.26%； 1995年、2005年、2015年分别有0.36%、0.15%、0.62%转移到耕地，这些是转移后稳定不变的。建设用地具有稳固性，几乎不发生转移的情况。综合来看，人类活动与经济建设频繁的地区，土地利用类型变化比较活跃，尤其是越城区、柯桥区与上虞区。改革开放的35年来，绍兴地区的经济发展突飞猛进，土地利用变化活跃，土地结构不断在调整，以适应该地区的社会经济发展的需求。

4 结论与讨论

基于绍兴市1980～2015年共7期Landsat TM影像解译数据，结合ArcGIS分析等技术手段，分析了1980～2015年7个时期的土地利用转型情况，并在此基础上分析了绍兴市土地利用变化的轨迹。最后，对经济发达地区土地利用类型转换的原因进行了探究，主要结论有3点。

(1)绍兴市是经济发达地区城市之一，全市林地面积(45.706 0万hm2)占56.21%，其次是耕地(23.875 3万hm2)、建设用地(7.918 5万hm2)、水域(2.269 5万hm2)，分别占比29.36%、9.74%、2.79%，这4种主要土地利用类型占绍兴市土地总面积的98.10%。由于沿海滩涂的开发，导致水域不断减少；林地总量变化较小，建设用地飞速增加。

(2)从土地利用类型变化轨迹来看，绍兴市土地类型没有发生变化的面积占89.43%，为全区的主导，而变化的土地利用轨迹为10.57%。1980～2015年耕地变化轨迹占比最高(5.66%)，主要变化轨迹为耕地转建设用地，分布在城市核心区边缘；水域转耕地，占比为1.17%，分布在绍兴东北围垦区。林地转化为建设用地，其占比为0.62%，分布比较分散。2000年以前，绍兴市土地利用相对稳定； 2000年后变化强烈，转化量增多。绍兴市东北部平原和县区核心区域是经济发达地区土地利用变化的活跃区域。

(3)1980～2015年绍兴市土地利用主要受到社会因素的影响。城市化的发展和人口的迅速增长，使城市人口和土地面积迅速增加，造成城市边缘的农业用地转化成了建设用地。经济的发展和科技的进步，使人们的工作方式和生活方式发生了改变，大量的劳动力投入到第二、三产业，进一步导致了建设用地面积的增长。同时，沿海围垦区的开发，影响了土地利用的轨迹。

绍兴市土地利用变化是基于区域自然及社会条件，是在经济发展、科技进步、人口增长、国家政策以及自然变化等多种因素共同影响下的结果。经济、人口、科技、交通等因素是土地利用变化的显著因素。下一步研究中，应全面综合考虑影响土地利用变化驱动力的因素。

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