城郊土地利用的格局特征及类型区划研究——以徐州市铜山区为例

李国庆，马晓冬

(1.江苏师范大学 地理测绘与城乡规划学院，江苏 徐州 221116；2.江苏师范大学 区域与城市研究中心，江苏 徐州 221009)

0 引 言

城郊是一个客观存在的、位于城市与乡村之间的交错区域，是一种经济、人口等相互渗透与扩散的过渡地带.土地是城乡发展空间扩张的首要载体，随着城市化的推进，城市功能空间不断向郊区延伸，并深刻影响着郊区的土地利用，使得城市郊区成为城市土地利用变化最剧烈的地区[1].城郊土地利用因其复杂性、易变性的特点，成为土地利用变化研究的热点，国内外学者对此也展开了大量研究[2-3].由于我国的城市化进程起步较晚，对城市郊区土地利用的研究最早开始于20世纪80年代后期，研究主要是对理论概念[4]、范围界定[5]等的研究.进入21世纪以来，城郊土地利用研究进入快速发展阶段，这一时期的研究以实证研究为主，研究内容主要涉及土地利用的发展模式[6]、格局特征[7]、驱动因素[8]、模拟预测[9]以及生态安全评价[10]等方面，研究成效显著.但是我国目前仍处于快速的城市化发展阶段，城市郊区的土地利用在城市蔓延过程中受城市作用力的影响，形态格局不断发生变化，在这一过程中仍不免会出现种种复杂问题，因而继续推进对城郊土地利用的研究非常重要.铜山是徐州市撤县改区最晚的区，且该区呈环状围绕在徐州主城区外围，因此将铜山区作为城郊土地利用研究的实证区，具有一定的典型性.本文选取铜山区为研究区，探讨城市化进程中铜山区土地利用变化与空间格局特征，对于深化认识城郊土地利用变化规律以及优化城郊土地利用结构具有现实意义.

1 研究区概况

铜山区位于江苏省西北部，徐州市西南部，东与邳州市搭界，南部、西部与安徽省宿州市毗连，西北部与丰县、沛县相邻，东北部濒临微山湖与山东省微山县接壤，其行政范围环绕在徐州主城区外，有徐州城的“金腰带”之称.铜山区属华北平原区之鲁南南缘低山丘陵与黄淮冲积平原过渡带，境内西北、东南系黄泛冲击平原，地势平坦，河道纵横，东北、西南与东南部分地区为丘陵地区，京杭大运河横贯北部，废黄河自西北而东南穿越区境.这些因素导致铜山区的土地利用类型多样化程度较高，不同区域的土地利用具有明显的地域分异性.截至2014年末，全区下辖23个乡镇，一个国家高新技术产业开发区，土地总面积2004.03 km2，总人口131.56万，人均GDP为63490元，稍高于全国平均水平.

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

采用的数据包括2009年和2014年两期土地变更调查数据，以及相关年份统计年鉴.土地变更调查数据由铜山区国土资源局提供，数据时间跨度不大，但数据精度高，能真实反映铜山区土地利用现状.本文首先在土地利用规划分类系统基础上，结合铜山区土地利用本底情况，将全区土地进行统一的分类，包括耕地、园地、林地、其他农用地、城镇建设用地、农村居民点用地、交通运输用地、水域和自然保留地9种土地利用类型.在此基础上，采用土地利用动态度指数和土地利用程度综合指数定量分析研究区土地利用变化；选取景观指数测度研究区土地利用的空间格局特征；在此基础上构建指标体系，进一步对研究区划分利用类型分区.

2.2 土地利用分析

(1)土地利用动态度指数.在一定时间段内，不同土地利用类型的数量变化情况是存在差异的，这是多种因素共同作用的结果，土地利用动态度指数可以对这种变化速度进行度量，进而定量描述各类用地间的变化差异，计算公式为：

(1)

式中：K为研究期内某一土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为研究期初与期末该土地利用类型的数量；T为研究时段；

(2)土地利用程度指数.土地利用程度是土地本身开发利用广度与深度的表征，也是人类与自然环境对土地利用综合作用的结果，通常用土地利用综合程度指数度量.土地利用综合程度指数不仅反映一定时期内的土地利用程度，同时研究期内该指数的变化也可以反映整个区域土地利用程度的变化，计算公式为：

(2)

式中：La为土地利用程度综合指数；Ai为第i类土地利用程度分级指数；Ci为第i类土地利用程度面积百分比；n为土地利用程度分级数.

2.3 空间格局分析

本文空间格局分析选用景观指数表征，主要包括：(1)规模格局，选用斑块数量和平均斑块面积；(2)形态格局，选用形状指数和分裂度指数；(3)结构格局，选用蔓延度指数和香农多样性指数.引入网格分析法探讨景观指数的空间内部差异，参照研究区大小范围，通过对1 km、2 km、3 km、4 km、5 km的网格进行调试，3 km×3 km网格能较清晰地展示铜山区景观指数密度，且3 km×3 km所划分的网格数量适中，能够满足Kring插值法对样本数的要求，因此本文采用3 km×3 km网格.具体操作过程为：在ArcGIS软件中生成与研究区相契合的大小为3 km×3 km的网格共256个，运用FRAGSTATS软件计算每个网格的景观指数，并采用Kring插值法对计算结果进行插值，得到2014年铜山区景观指数空间分布图.

2.4 土地利用分区

(1)主成分分析法.采用主成分分析法评价铜山区土地利用综合状况，主成分分析法能够减少指标间的相关性，避免因信息重叠对结果造成的不利影响，是土地利用综合分区研究的理想工具，分析步骤详见参考文献[11].

(2)聚类分析法.本文聚类分析过程在SPSS软件中完成，采用欧式距离法计算铜山区所辖23个乡镇单位之间的相似性系数，并按一定阈值标准，以相似性系数最大化为原则将土地利用最为相似的两个乡镇单位归为一类型区.

3 结果与分析

3.1 土地利用变化分析

3.1.1 土地利用幅度变化

对铜山区2009年和2014年两期土地利用数据进行统计，分析土地利用变化幅度情况(表1)，结果显示，近5年来，铜山区各土地利用类型均有不同程度变化，其中耕地以每年151.02 hm2锐减，共净减755.09 hm2，在各土地利用类型中变化幅度最大，其次为城镇建设用地，面积净增724.35 hm2，以每年144.87 hm2增加.可以看出，铜山区的土地利用结构以农用地为主，2009至2014年其内部组成发生一定变化，而农用地的减少和建设用地的增加是变化的主要特征.

表1 2009-2014年铜山区土地利用变化

3.1.2 土地利用动态变化

如表1所示，2009-2014年铜山区各种土地利用类型中，交通运输用地动态度最大，为3.63%，其次是城镇建设用地，为1.38%，其他用地类型动态度均未超过1%.铜山区呈包围状分布在徐州中心城区周边，是建成区对外扩张和交通对外延伸的天然主要阵地，特别是2010年铜山区撤县设区后，更是加快了铜山区城市建设的步伐，这些因素均为铜山区城镇建设用地和交通运输用地动态度远大于其他土地利用类型的主要原因.耕地动态度最低主要是因为其面积占全区总面积54%以上，基数比较大，导致耕地虽然面积变化幅度最大，但动态度仍相对较低，仅为0.14%.

3.1.3 土地利用程度变化

根据计算结果，如表2所示，铜山区土地利用程度综合指数分别为300.66(2009年)和301.73(2014年)；变化量为正数，表明近年来铜山区土地利用程度整体上呈上升趋势，这与建设用地比重的上升有关，居民点和交通用地的不断扩张，使得铜山区土地利用类型加速向分级指数最高的城镇聚落用地级转变，综合指数随之提高.而变化率仅为0.36%，表明从整体上看铜山区土地资源的开发力度不高，建设用地总量占比仍处于较低水平，以农用地为主的用地结构没有发生根本改变.

表2 2009-2014年铜山区土地利用程度变化

3.2 空间格局分析

3.2.1 规模格局

斑块数量(NP)和平均斑块面积(MPS)用来衡量不同区域间各类型斑块的规模差异性.如图1所示，斑块数量在汉王镇、茅村镇和大许镇西部一带形成3个高值区，而低值区分布较为分散，大致分布在北部的大彭镇、利国镇和南部棠张镇等地区.平均斑块面积对比斑块数量可看出具有较高负相关性，在斑块数量较多的汉王镇及其周边地区形成较为明显的低值区，表明该地区存在数量较多的小面积斑块，使得斑块整体上异质性程度较高.而高值区主要位于北部靠近微山湖的乡镇部分地区以及铜山街道的北部区，这些地区存在数量较多的大面积斑块，斑块异质性相对较低.

图1 规模格局空间分布(斑块数量、平均斑块面积) Fig.1 Spatial distribution of scale patterns(NP、MPS)

3.2.2 形态格局

形状指数(LSI)反映了斑块形态的不规则和复杂程度，其测度值受自然环境和人为因素的双重影响.如图2所示，指数在茅村镇和汉王镇的周边一带有2个高值区，表明该地区各用地类型斑块形态不规则，较为复杂.指数的低值区则主要位于北部的何桥镇和马坡镇，表明该地区斑块形态的复杂程度低，即存在数量较多且形状较为规整的斑块.

分裂度指数(SPLIT)反映了斑块形态的破碎化程度，空间分布上看，指数在北部何桥镇、马坡镇等乡镇及南部伊庄镇形成低值区，表明该地区斑块的破碎程度低；同时在棠张镇及附近的铜山街道、新区街道、三堡街道地区形成高值区，棠张镇园地占铜山区园地面积总比重的24.42%，且3个街道的建设用地比重高，园地和建设用地的大面积存在使得优势地类即耕地的完整性较差，斑块的破碎程度高.

图2 形态格局空间分布(形状指数、分裂度指数) Fig.2 Spatial distribution of morphological patterns(LSI、SPLIT)

3.2.3 结构格局

蔓延度指数(CONTAG)反映了不同斑块类型的团聚程度或延展趋势，如图3所示，指数在何桥镇、黄集镇和马坡镇等西北部乡镇一带形成高值区，该地区用地类型以耕地为主，优势斑块类型对整体的控制作用强，斑块间具有良好的连接性；并且在中部的汉王镇及其周边形成低值区，表明该地区优势斑块类型控制力较低，各用地类型斑块表现出交错镶嵌分布的密集格局.

图3 结构格局空间分布(蔓延度指数、香农多样性指数) Fig.3 Spatial distribution of structural patterns(CONTAG、SHDI)

香农多样性指数(SHDI)反映了各用地类型分布的多样性程度，从空间分布上看呈现出较为明显的阶梯分布特征，即高值区集中分布在铜山街道、汉王镇、茅村镇等市区周边地区，以此为中心向四周方向扩散并逐渐递减，在距市区相对较远的何桥镇、黄集镇一带形成低值集聚区.主要是因为市区周边地区受人类活动影响较大，土地利用类型多样化程度高，而低值区所在地多为以耕种为主的农业区，用地类型较为单一，耕地占比远高于其他用地类型.

3.3 土地利用分区

铜山区“三片平原三片山，中间横穿废黄河高滩”的地貌特征，加之环抱徐州市的独特行政区划格局，导致了土地利用形态的巨大差异.本文以铜山区23个乡镇为基本单元，在前文分析基础上，从土地利用、空间格局和社会经济三方面入手，选取14个评价因子构建土地利用分区综合指标体系，详见表3.通过因子分析法简化指标，其KMO检验值为0.613，Bartlett球形度检验的相伴概率为0.000，小于显著水平0.05，适合进行因子分析.采用方差极大法旋转载荷矩阵，按照特征值>1和贡献率>80%的原则，提取出前4个主因子(F1，F2，F3，F4)，其特征值、贡献率、累积贡献率及各因子载荷系数见表3.以简化后的4个因子作为变量，对标准化后的变量进行聚类分析，遵循区域整体性原则对聚类结果进行局部修正后，将研究区23个乡镇划分为5种类型(图4).

表3 旋转后的主成分载荷矩阵

3.3.1 南部城市主体功能区

城市主体功能区毗邻徐州市建成区，土地开发程度和经济发展水平高，人口密度和建设用地比重均高于其他地区，是铜山区城市建设的核心区和人口聚集地.应充分发挥自身区域优势和土地经济优势，积极发展高新技术产业，提高经济发展对整个地区的带动作用.同时严格按照城镇总体规划的要求，在统筹利用存量土地资源的基础上，充分挖掘目前建设用地内部的利用潜力，建立集约高效的土地利用模式；注重对城市内部绿色空间的营造，建设一批可供人们日常休憩的绿色场所，改善人居生活环境.

3.3.2 北部城镇工业发展区

城镇工业发展区位于铜山区北部，是铜山区北部重点建设区，工业布局及城镇建设较为集中，拥有良好的工业发展基础，未来可作为徐州市工业企业外迁和外来企业进驻的承载地，分散主城区的人口压力和交通压力.应进一步完善交通基础设施建设，为企业发展创造良好的外部环境，并注重对自身产业结构进行优化升级；同时也要注意到该区紧邻微山湖，也要重视对生态环境的保护，鼓励建设一批环境友好型工业园区，并积极开展污染减排治理工作，避免在未来发展过程中因过度开发而破坏生态环境.

3.3.3 西部都市休闲区

都市休闲娱乐区即汉王镇，汉王镇东邻铜山区建成区，北接徐州云龙湖风景区，地理位置优越，境内山脉连绵，河流纵横，境内有拔剑泉、凤岭山等诸多自然和人文景观，以及月亮湾等一批生态产业资源，素有山水一色、民丰物阜之称，被喻为徐州后花园.应充分依托自身自然和文化旅游资源，积极扶植农民建设家庭农场、农家乐项目，通过拓展生态采摘、观光游玩等生态旅游项目提升农业副加值，努力发展成为徐州及周边地区市民“近郊游”、“假日游”的首选之地.

3.3.4 东部生态涵养区

生态涵养区位于铜山区东部，土地开发程度低，林地比重远高于其他地区，为铜山区主要的林业生产基地.该区拥有赵疃林场、吕梁山风景区等一批生态资源，植被保存较好，承担着生态涵养与维护的任务，生态敏感性较高，应采取划定生态红线等手段维护当地生态系统服务功能.同时依托吕梁山风景区发展生态旅游，逐步打造以生态观光、休闲娱乐等为主要功能的城市外围绿色空间，吸引市区人口在周末、假期期间前来观光旅游，在满足生态环境保护的同时适当开发旅游潜力，带动地区经济发展.

图4 铜山区土地利用综合分区 Fig.4 Comprehensive regionalization of land-use of Tongshan District

3.3.5 外围农业保障区

农业保障区涉及乡镇多远离城市建成区，用地类型相对单一，耕地比重高达64.27%，同时土地利用的破碎度低，斑块较为规整，是以粮食生产为主的农业区，承载着全区粮食生产安全保障的任务，不适宜进行大规模、高强度的工业化和城镇化开发.未来应加强农业基础设施投入力度，结合中低产田改造和基本农田保护区建设，逐步形成大面积的优质粮食产区；严格控制耕地资源流失，通过土地整理、复垦开发等措施补充耕地资源，保障耕地总量的动态平衡.

4 结 论

(1)2009-2014年，铜山区土地利用变化主要表现为农用地的减少和建设用地的增加，各土地利用类型动态度由大到小依次为交通运输用地>城镇建设用地>水域>园地>农村居民点用地>其他农用地>林地>自然保留地>耕地.铜山区土地利用程度整体上略有上升，土地利用程度高值区和低值区在空间上呈现出交叉分布的格局特征.

(2)各景观指数在空间格局上都表现出明显的地域差异性，东南部和西北部乡镇的土地利用普遍表现出较低的多样性，用地类型相对单一，同时破碎化程度低，斑块较为规整，而西部和东北部等临近徐州中心城区的乡镇受自然环境或人类活动影响，用地多样性水平高，且斑块形状较为复杂，破碎化程度高.

(3)从土地利用、空间格局、社会经济三维度构建土地利用分区综合指标体系，采用主成分分析法简化指标后，通过系统聚类将铜山区划分为5种类型：南部城市主体功能区、北部城镇工业发展区、西部都市休闲区、东部生态涵养区和外围农业保障区，并分析各分区土地利用特征和未来发展方向.

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