青岛市西海岸新区土地利用变化及驱动力分析

2021-09-01相妮薛洁王平云

城市勘测 2021年4期

相妮，薛洁，王平云

(山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛 266000)

1 引言

土地资源是人类一种重要的不可再生资源，土地利用/覆被反映了自然与人文过程交叉最为密切的关系[1]。21世纪以来，我国经历着快速的城镇化发展，人地矛盾日渐凸显，制约着可持续发展目标的实现。因此，需要对土地利用/覆被变化(LUCC)进行监测，以揭示土地利用结构配置的合理性，使得土地利用率达到最大，以此来满足人类需求，做到人口资源环境相协调、经济发展与生态效益相统一[2]。

土地利用/覆被变化监测一直是国内外生态环境变化研究领域的重点[3～5]。近年来，随着城市的迅速扩张，对于土地利用/覆被变化的研究，从对生态环境的监测发展到分析土地利用变化特征及影响因子[6]，从人地矛盾突出区到区域整体[7～9]。目前我国基于遥感技术对于LUCC的研究多集中在经济发达地区、生态脆弱区域，对于中小城市的土地利用变化的研究相对较少。由于存在着显著的地域差异，对于小范围的土地利用/覆被变化监测也应成为研究中重要的一部分[10]。以青岛市西海岸新区为研究区，基于Landsat8影像，选取2013年和2018年的影像数据，分析土地利用状况，了解区域土地覆被类型的变化情况并探讨其驱动因素，对于合理的土地规划，经济可持续发展具有重要意义，同时也为区域城市扩张和生态环境治理提供参考。

2 数据和方法

2.1 区域概况

选取山东省青岛市西海岸新区作为研究区。西海岸新区地处青岛市西南部，位于北纬35°35′～36°08′，东经119°30′～120°11′，陆域面积 2 096 km2，拥有较长的海岸线，包含多处港湾、滩涂。全区常住人口153.92万人，地区国民生产总值超 3 000亿元。

2.2 数据

采用Landsat 8 OLI传感器获得的卫星数字产品，选择2013年、2018年4月份天气晴朗、云量较小的影像数据，通过对单波段的数据特征值和多波段的数据相关性进行分析，筛选得出用于本次研究影像分类的最佳波段组合，分别是OLI影像的2、3、4、5、6、7波段。

2.3 土地分类

对卫星影像进行预处理，包括图像增强、校正、几何配准、辐射定标、图像裁剪等方法[11]，采用最大似然监督分类法进行解译分类，提取土地利用数据，影像数据处理使用ENVI 5.3软件。结合影像特点和西海岸新区的总体土地利用规划，并参考土地利用分类系统对研究区土地利用类型一级划分为水域、耕地、林草地、建筑用地以及其他用地类型。对其他土地利用类型由于其在研究区内对二级分类如表1所示：

根据土地利用分类系统和研究区实际，本研究采用的分类方法有目视解译法、监督分类法，得到地物分类图后，精度评定结果达到90%以上，Kappa系数均超过0.8，符合精度要求。

研究区土地利用类型的划分表1

2.4 单一动态度和变化幅度分析

土地利用类型的变化速度可以用土地动态度来表示[12]，为分析每种土地利用类型在一定时间的变化速度，本研究采用了单一土地利用类型动态度：

(1)

式中，Ua、Ub分别表示研究初期和末期同一地物的数量；T是研究时长，取年为单位；K为研究区内某地类的单一动态度(年变化率)，当T取1时，K为土地利用面积变化幅度[13]。

2.5 土地利用变化方向分析

通过转移矩阵直接反映出研究区早期和后期的土地利用类型的结构和转移的变化形势。这有助于明确研究地物的转移变化情况，即损失和来源构成[14]。基于本研究的分类体系，利用土地转移矩阵提取研究区主要用地类型变化。在土地利用转移矩阵中，一般用行表示终点时刻点土地利用方式，用列代表初始时刻点土地利用方式，矩阵值R表示起始时刻到终点时刻各个土地类型转变率，其计算公式为[15]：

(2)

式中F和I分别表示某一土地类型终点时刻数量统计值和初始时刻数量统计值。

3 实验结果分析

3.1 土地利用动态度及变化幅度分析

基于分类面积统计得到各类土地利用情况，结果如表2所示，数据表明：2013年～2018年西海岸新区土地利用总体状况是：面积最大的是其他用地，包含(滩涂，海岸以及山地及其他未利用土地)，占总面积的60%以上，这与研究区的地理环境相对应，即处于胶东半岛山地丘陵区；建筑用地次之，且呈现明显增加趋势，也从侧面表现了西海岸新区近年来快速的城市扩张；林地面积在总面积中所占比例较小，占比大幅度增加；水域面积最小，表现为少量增长，凸显了研究区水资源稀缺的状况。

运用式(1)计算得到土地利用单一动态度及面积变化幅度，结果如表3所示，可以看出：2013年～2018年期间，研究区内各类土地利用类型的变化情况存在差异。从变化量上看，数量增加最多的是林地，面积变化量为 303.62 km2，这与西海岸新区所实施的绿化工程战略密切相关，大量的山地以及未利用土地转化为林场；建筑用地的面积呈现增加趋势，这主要是城市化加速，经济发展、人口增长使得居民对于住房、基础设施以及其他城市建筑用地的需求进一步增大；耕地和水域的面积增长相对平缓；相反，其他用地类型呈现出面积大量减少趋势，造成此变化的重要原因是农村和城市的发展占用土地。从变化速度上看，林地变化最为突出，单一动态度高达59.73%；建筑用地变化速度紧随其后，为5.12%；水域面积变化速度较慢，发生变化的主要原因是研究区属于具有代表性的资源型缺水和水质型缺水地区，随着生产制造类、电力类等行业的不断发展，水资源的供求关系之间的矛盾更加突出，同时海水养殖业的发展，使得海岸带、滩涂等进一步转化为水域；耕地面积变化速度较慢，主要是政府加强对耕地的保护措施，通过土地开发整理，有效地保护了耕地数量。

2013年、2018年西海岸新区土地利用情况表2

2013年～2018年西海岸新区土地利用动态度及变化幅度表3

3.2 土地利用转移方向

通过对西海岸新区研究期内的土地利用类型间的转变进行分析，得到土地利用转移矩阵如表4所示，对表内数据统计计算发现：西海岸新区在2013年～2018年期间，主要的土地转移形式为其他用地转移成林草地、建筑用地、耕地和水域，以及各类之间少量的相互转移。在研究期内，建筑用地增加源于各种类型的转化，其中主要是其他用地的转移，表明城市在进一步扩张；增加的林地面积为水域、建筑用地、耕地和其他用地类型的转移，分别为 3.56 km2、0.39 km2、7.01 km2，303.40 km2，其他用地是主要转移对象；水域的增加主要来源于其他用地类型，主要是董家口码头、星光岛等基础工程、以及渔业养殖等发展造成水域面积变化；耕地面积的变化源于与其他地物间的转化，耕地保有量稳定，呈现小幅增加趋势。从总体上来看，其他用地与各种土地类型之间存在着明显的转移。

西海岸新区2013年～2018年土地利用转移矩阵(单位/km2) 表4

3.3 土地利用空间变化

为了更加直观地反映西海岸新区的土地利用类型在整个研究区间内空间变化情况，对2018年与2013年土地利用类型进行对比，结果如图1所示，(红色代表该区域的土地类型已更改，白色代表未更改)，可以看出研究期内西海岸新区土地利用类型变化主要发生在中北部地区以及零星的沿海地区。其主要原因是北部地区地理位置优越，工业基础强，逐渐成为城市化的主战场，对于土地利用有了新需求，导致各地类转化；沿海区域土地利用变化活跃与地方政府大力抓沿海开发，海岸带建设以及旅游业发展相对应。

图1 西海岸新区2013年～2018年土地利用变化分布示意图

4 驱动机制分析

西海岸新区作为国家级新区，近年来经济发展和城市化建设迅猛，随之而来的是土地利用/覆被也发生了剧烈变化，人类活动在深刻地影响着土地利用状况。通过对土地利用变化驱动机制的分析，可以看出，驱动西海岸土地利用变化的因子主要包括人口、政策以及社会经济因素。

4.1 人口

通过访问西海岸新区政务公开信息，得到2013年全区常住人口146.37万人，至2018年末，常住人口为153.92万人。五年间人口增幅显著，同时城区人口由112.2万人增至121.47万人。社会经济迅猛发展，城市人口激增，使居民对于住房、基础设施以及工业和商业建设用地的需求进一步加强[16]，刺激西海岸新区房地产业的发展；同时也带动了相关产业的迅速发展，如，唐岛湾商圈的快速扩张，这也必然需要更多的生产用地和交通用地。人口因素成为刺激建筑用地迅速变化的一个重要驱动力。

4.2 政策因素

分析土地利用变化最为活跃的区域，可以看出主要集中在黄岛城区、出口加工区以及石化基地，其他乡镇呈现零星分布。原因之一是当地结合本区实际，对西海岸新区做出整体的土地利用规划。如，黄岛主城区作为居住区，使得各类城市用地变化显著；辛安片区定位为工业区，积极引进一大批工业工程项目，这些重大项目的落地必然会引起区域内土地利用方式的转变；星光岛填海造陆，以“溢出”的形式改变了当地原有的土地利用类型。通过对土地利用进行总体划分，打造土地空间集约化发展。这些政策性因素驱动着西海岸新区土地利用状况的进一步变化。

4.3 社会经济发展

西海岸新区发展势头迅猛，区域国民生产总值2018年超3 200亿元。一二三产业增速明显，2018年跻身全国一二三产业融合发展先导区创建名单、入选消费品工业“三品”战略示范城市名单。人口增长，经济发展，对工农业效益提出新的要求，这也带来了产业的升级转型。从张家楼镇冬暖式蔬菜大棚、大村镇的食用菌种植基地，到东方影都电影产业园区，产业在发展，对于土地资源的需求也在进一步加剧。为满足社会经济发展的需求，提出“混合用地”模式。不难看出，经济发展推动了传统产业结构重新配置，这深刻地影响了原有土地利用类型。