2001～2015年沈阳市土地利用变化及其驱动力分析

， ， ，，

(1.许昌学院 城乡规划与园林学院，河南 许昌 461000；2.辽宁省环境计算与可持续发展重点实验室，辽宁 沈阳 110016；3.中国科学院沈阳应用生态研究所 中国科学院污染生态与环境工程重点实验室，辽宁 沈阳 110016)

土地利用/覆被变化(Land-Use and Land-Cover Change，LUCC) 作为全球变化、人地协调可持续发展的重要组成部分和核心研究内容，越来越显现出其巨大优势和重要意义[1].遥感是信息科学技术的重要支撑，能够迅速客观地反映地物要素的空间分布，在土地利用变化监测、土地规划和管理等方面具有极大的应用潜力[2].因此，两者的结合具有较高的可行性和更大的优越性.在“振兴东北老工业基地”的时代背景下，全面而客观地掌握沈阳市土地利用的时空变化规律及其驱动机制，合理调控土地利用方式，促进人地关系协调发展显得尤为重要和迫切.

在近二十年的研究中，国内外专家学者围绕土地利用/覆被开展了大量的研究工作.美国全球变化研究计划从1996年开始就实施了针对整个北美大陆的土地利用变化研究与分析项目[3]；Turner与Skole等学者对土地利用的驱动力和时空变化特征进行了深入的探索并取得重要成果[4,5]；Shi等研究了东营市的土地利用变化及景观格局对其的响应[6]；Sun等对中国九大城市LUCC对颗粒物污染的影响进行了研究[7]；顾朝林等对北京市的LUCC机制进行了分析研究[8]；刘纪远等对土地利用的时空变化进行了分析研究[9].

以往LUCC研究主要集中在区域性和全球性模型的构建及发展趋势预测等方面[10].我国的LUCC研究多着眼于大中尺度或者典型的干旱-半干旱气候地区，而以沈阳市作为研究区使用混合分类法的LUCC和驱动力研究较为少见.本文以混合分类法对沈阳市的土地利用进行了研究分析，其结果可以为沈阳市土地利用调查和城市发展规划提供重要参考，丰富和完善区域土地资源数据库，同时推进半湿润气候下的小区域LUCC的驱动力精细化研究.

1 研究区概况

研究区为沈阳市，含9个区、3个县和1个县级市(东经122°41′～123°81′ ，北纬41°19′～43°01′).地处辽宁省中部，因其位于沈水之北而得名.东西宽约115 km，南北长约210 km，总面积12 948 km2.截止到2012年，全市常住人口822.8万人.沈阳市的地形以平原为主，东南有部分山地、丘陵，境内有辽河、浑河、秀水河等多条河流.属温带半湿润大陆性气候，四季较为分明，终年气温-35～36 ℃，年均气温8.3 ℃，无霜期155～180 d，年降水量700 mm，降水量年际变化较大，主要受夏季风的影响.

2 研究方法

2.1 数据处理

本文影像来源于“地理空间数据云”网站，统计数据来源于辽宁省统计年鉴.影像以TM和Landsat8的OLI为主，获取时间为2001、2006和2015年九月份左右，对三期影像采用混合分类法进行分类并结合目视解译结果，参考研究区调查概况，纠正与实际情况不符的结果.得到本区土地利用变化状况.根据土地利用现状分类标准[11]和研究目的，把研究区内的土地利用类型划分为耕地、林地、草地、园地、道路交通用地、城镇用地、水域和其他用地，共计八种类别.

2.2 混合分类法

混合分类法先利用非监督分类的方法对影像进行初次分类，对结果进行解译并得到分类模板，之后利用这些模板作为监督分类的样本并最终得到分类结果.该方法结合监督分类和非监督分类方法的优点，弥补了各自缺陷，较传统的单一分类方法明显提高了分类精度[12].

3 结果与分析

3.1 土地利用变化特征分析

由图1和图2可知，沈阳市2001～2015年间的土地利用变化特征为：城镇用地空间分布范围较大且呈现不断扩展的趋势；耕地在空间分布上仍占主导地位，但其面积逐渐缩减；林地面积逐渐变大，扩展空间相对集中在沈阳市区东部的棋盘山和东陵区，以及法库县和康平县的丘陵及山地；道路交通用地显著增加，路网密度变大，沈阳市交通通达度水平逐渐提高；新民市周围的园地消失，主要变为城镇用地和耕地；水域尤其是沈阳市北部法库县和康平县的水库面积明显变大.

图1 沈阳市2001年土地利用分类图

图2 沈阳市2015年土地利用分类图

3.2 土地利用转移矩阵分析

首先,对沈阳市2001和2015年的土地利用分类结果进行重编码，确保土地利用类别在影像属性表的排列顺序一致.然后,利用Erdas中Interpreter模块下GISAnalysis的Matrix工具，分别输入前一时相和后一时相的数据并叠加，求出土地利用转移矩阵(表1).由于结果以像元个数表示，需将其乘以实际面积并转换为平方千米，结果如下.

表1 沈阳市2001～2015年土地利用转移矩阵/(km2)

3.3 土地利用变化指标分析

3.3.1 土地利用比重变化率

基于土地利用分类结果计算出沈阳不同阶段的土地利用比重变化率(表2)，从整体来看，耕地、园地和其它用地比重减小，耕地比重变化率最大，为0.75%.前一阶段(2001～2006年，下同)，水域、林地、草地、城镇用地和道路交通用地逐渐增加，其中城镇用地比重变化率最大，年均达0.81%；耕地、园地和其它用地减少，耕地的比重变化率最大，超过城镇用地达到了1.02%.后一阶段(2006～2015年，下同)，仅有耕地比重持续减少，其它土地利用类型比重有所增长，但除林地外，增长均放缓.

沈阳市城镇用地比重不断增加，耕地比重则以最快的变化速度不断下降.城市发展致使用地需求增加，作为比重最大的耕地则是城镇用地的最大转出源.除林地外，其它土地利用类型后一阶段的变化率均小于前一阶段.城市飞速发展后，会进入相对缓慢的发展阶段，此阶段内城市主要表现为内部结构不断调整和优化，而郊区和村镇的各类基础设施也不断完善.林地和水域比重不断增加并呈现缓慢加速趋势，说明沈阳市“退耕还湖”和“退耕还林”工作有序推进.

表2 沈阳市不同阶段土地利用比重变化率/%

注：“-”代表该土地利用类型减少，数值小的比重变化率保留小数点后三位数字.

3.3.2 土地利用变化重要性指数

由表3可知，沈阳土地利用变化总面积约为3 788 km2，占总面积的29.98%；在各种土地利用转换中，耕地转为城镇用地、耕地转为林地、耕地转化为道路交通用地等5种土地转换居主导地位，占土地利用变化总面积的72%以上.这表明沈阳土地利用变化以耕地向城镇用地、林地、道路交通用地转化为主要方向，同时城镇用地和道路交通用地向耕地转化也较为明显.前者与城市化进程加快和“退耕”政策相关，而后者应是新农村建设中土地整理和城市内部结构优化的缘故.

表3 沈阳市2001～2015年土地利用变化主要类型

注：Ci代表各种土地变化类型占变化总面积的比重.

3.4 土地利用变化的驱动力分析

由以上分析可知，沈阳市的土地利用变化集中在耕地、城镇用地和道路交通用地，结合沈阳市发展实际和现有资料，驱动力因子主要从经济因素、人口和财政税收、建筑业状况、金融等方面进行分析.

3.4.1 经济发展因素

经济因素是影响土地利用方式的基本要素，也是各种要素中最为活跃的驱动力.它决定着土地利用变化的规模、结构和方向.根据分析发现经济因素对耕地和发展用地的影响较大，尤其是对发展用地.发展用地变化是经济发展和城市扩张的直接体现，发展用地与经济因子的关联度均不小于0.75.第一产业和第三产业与耕地、发展用地的关联度略大于第二产业与耕地、发展用地的关联度.第一产业与耕地息息相关，而耕地同时也是发展用地的最大转出源，所以第一产业与耕地和发展用地的关联度较大.与第二产业主要提供生产制造和加工相比，第三产业更多地为第一、二产业提供交通运输、仓储等各类服务，服务用地的增加是第三产业发展的客观要求，这种需求会反作用于耕地.这些从侧面反映出沈阳市城市化进程中产业结构优化和经济转型升级对土地利用的影响.

3.4.2 人口因素

从关联分析可知，人口因素与耕地、发展用地的关联度略大于0.6，但较其它因素普遍较低.人口增加直接导致人均耕地面积不断萎缩，人口大量涌入城市会造成住宅和各种配套设施紧张，使得建筑面积持续扩大.人口作为生产的组织者和产品的主要消费者，其生产活动、消费习惯、素质水平在很大程度上影响着各种土地利用类型间的变化和相互转化，这种影响重要而复杂，难以进行具体描述和量化.因此，人口因素与耕地、发展用地的关系表现在关联度上并非特别显著.

3.4.3 财政税收等制度政策因素

在制度和政策方面，沈阳市都拥有良好的外部发展条件和自身发展的巨大优势.这些政策和战略能够更好地引导沈阳市的发展，加速经济增长和城市化进程，发展过程中所遇到的人地矛盾、人与自然的矛盾也会逐步得到改善，进而改变土地利用方式和结构、效益.但也应看到，制度政策的影响力具有一定的滞后性，它对土地利用的影响往往在一段时间后才逐渐明显，因此显著性不如国内贸易等因素对两者的影响.

3.4.4 建筑业状况、国内贸易和金融因素

建筑业为国民经济的支柱产业之一，是人民生产生活的重要物质基础.建筑业与耕地、发展用地的关系较为密切，平均关联度接近0.75.从关联度大小来看，建筑业增加值、竣工面积与发展用地的关系较耕地更为密切，竣工面积与耕地的关系较建筑业增加值更为紧密.与其他因素相比，社会消费品总额、本外币存款余额与耕地、发展用地的关联度最高，平均关联度均为0.785.社会消费品总额是反映经济状况的重要指标，金融业则是国民经济发展的晴雨表，它们分别体现出人民的消费实力和潜在消费能力.与财政税收、人口等因素相比，两者在反映经济发展状况方面更为及时有效.市场经济条件下，城市土地利用集约化不断推进，土地利用结构和布局随之改变，因此，社会消费品总额和本外币存款余额对耕地、发展用地具有极其重要的影响.

4 结论

(1)沈阳的耕地在空间分布上仍占主导，但面积不断萎缩；城镇用地不断扩展，在沈阳市区、辽中县和法库县最为明显；道路交通用地不断增加，路网密度变大的同时，林地覆盖在山地丘陵地区显著提高.

(2)耕地是土地利用中最大的转出类，耕地主要转为城镇用地、林地和道路交通用地；耕地与林地、水域、城镇用地间的相互转化较为明显；城镇用地不仅是耕地的转入类型，还由道路交通用地等土地利用类型转化.

(3)耕地比重以最快的速度不断下降，而城镇用地和道路交通用地比重不断增加，但各土地利用类型变化率趋小；沈阳土地利用变化总面积约近3 788 km2，约占总面积的30%；土地利用变化面积比重方面，耕地、城镇用地和道路交通用地变化剧烈.

(4)与耕地相比，社会经济要素的驱动因子与发展用地的关系更为密切；发展用地与本外币存款余额、建筑业增加值、社会消费品总额的关联度最高，而耕地则与城市居民人均消费性支出、农村居民人均消费性支出、社会消费品总额的关系最为密切.