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我国土地利用率高,但人均耕地较少,区域发展不平衡,人地矛盾较为突出,正确利用土地资源是实现人类社会及经济可持续发展的重要前提。近年来,城市的外延和土地资源的粗放型利用,导致土地利用方式与结构发生改变[1]。20世纪80年代以后,土地利用研究与国土整治工作结合起来,在土地利用的基础上提出了治理与保护的理念[2-3]。1995 年,国际地圈—生物圈计划(IGBP)和土地利用/覆盖变化(Land-use and Land- cover Change,简称为 LUCC)的研究内容主要集中在不同空间尺度上的土地利用变化过程等方面[4-6]。20世纪90年代后期,很多学者在研究土地利用时空结构变化的影响主要考虑时间、空间的变化情况。土地是我们的财富,合理利用土地成为我国科学发展的当务之急。本文以成都市为研究区,从土地利用年变化率(R)、土地利用程度综合指数和土地利用变化量(S)等方面分析近20年土地利用的时空结构变化规律,为成都市土地利用提供科学的规划依据。
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本文以成都市为主要研究区域,对该区域2000—2020年的土地利用数据进行处理,分别计算2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2020年土地利用年变化率(R)、土地利用程度综合指数和土地利用变化量(S),分析成都市近20年土地利用的时空结构变化规律。
本文从两个角度进行比较,即土地利用类型在数量上的变化和程度上的变化。一定时间内土地利用数量和程度上的变化即土地利用的时空变化。数量上的变化表示不同时间节点土地利用类型面积的变化:本文主要研究2000年、2005年、2010年、2015年和2020年这五个时间节点土地利用类型的面积变化。程度上的变化本文采用土地利用程度综合分级指数和土地利用程度变化模型这两个指数来反映土地利用的集约化程度和土地的发展状态,主要分为2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2020年这四个年间变化的程度分析。本文选取耕地、林地、建设用地、水域及其他土地(包括草地、园地、交通用地等)这几种主要的土地类型进行分析。在研究成都市土地利用结构变化的过程中,数据来源包括成都市统计年鉴、成都市国土志、《成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编》和地理国情监测云平台,得到成都市2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土地利用相关数据。
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土地利用在数量上的变化即面积变化,不同土地利用类型在面积上的变化,会导致土地利用结构的改变。仅根据数量差只能说明在不同的年份里,每种土地类型的数量是增加还是减少,并不能具体反映出增加或是减少的程度。因此,为研究成都市土地利用类型变化的幅度,可引入年变化率来表示。年变化率是土地资源数量变化的一个动态指标,不同土地利用类型的年变化率,反映了该土地类型在某一地区、某一时间段的数量变化情况。本文选取的表达式[7]为:
$$ LC = \frac{{N_b - N_a}}{{N_a}} \times \frac{1}{T} \times 100{\text \%} $$ (1) LC—表示某种土地利用类型在研究时间段的年变化率;Nb—表示某种土地利用类型研究时间段末期的数量;Na—表示某种土地利用类型研究时间段初期的数量;T—表示研究时间段。
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土地利用程度是用土地利用分级指数和土地利用程度变化模型反映的,在刘纪远的生态景观学中有提到,其主要内容是将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为4级,不但给每一级土地利用程度分别赋予了的分级指数(见表1),而且还给出了土地利用综合指数和土地利用程度变化模型的定量化表达式[8]。
表 1 土地利用类型分级表
Table 1. Classification table of land use types
未利用土地级 林、草、水用地级农业用地级 农业用地级 城镇聚落用地级 土地利用类型 未利用土地或难利用地 林地、草地、水域 耕地、园地、人工草地 城镇居民点及工矿交通用地 分级指数 1 2 3 4 注:本文中的“其他土地”用上表中的“未利用土地级”进行量算。 (1)土地利用综合指数的公式为[9]:
$$L = 100 \times \sum\limits_i {A_i \cdot C_i} $$ (2) L—表示研究区的土地利用综合指数;Ai—表示研究区第i级土地利用程度分级指数;Ci—表示研究区域内第i级土地利用类型面积百分比。
土地利用综合指数的范围是100~400,数值越高说明土地利用类型单一,集约化程度越高;数值越低说明土地利用类型越多,集约化程度越低。
(2)土地利用程度变化模型为[10]:
$$S = L_b - L_a = {\rm{100}} \times \left[ {\sum\limits_i {\left( {A_i \cdot C_{i,b}} \right) - \sum\limits_i {\left( {A_i \cdot C_{i,a}} \right)} } } \right]$$ (3) $$R = \frac{{\displaystyle\sum\limits_i {\left( {A_i \cdot C_{i,b}} \right) - \displaystyle\sum\limits_i {\left( {A_i \cdot C_{i,a}} \right)} } }}{{\displaystyle\sum\limits_i {\left( {A_i \cdot C_{i,a}} \right)} }}$$ (4) S—表示研究区域的土地利用程度变化量;La、Lb—表示研究初期与研究末期的土地利用综合指数;Ai—表示研究区第i级土地利用程度分级指数;Ci,a、Ci,b—表示研究初期与研究末期第i级土地利用类型面积百分比;R—表示研究区域的土地利用程度变化率。
若S>0或者R>0,说明研究区域的土地处于发展期;若S<0或者R<0,说明研究区域的土地处于衰退期。
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通过整理得到成都市2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土地利用相关数据,并计算各种土地利用类型面积占比,计算结果见表2,根据年变化率公式(1),计算出成都市2000—2020年土地利用类型的年变化率见表3。表2反映了2000—2020年成都市土地利用不同类型的变化趋势,表3展现了成都市土地利用不同类型在2000—2020年间的年变化率情况,分别为2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2020年这四个年间变化率(以下简称4个年间变化率)。综合以上变化情况来看,成都市主要土地类型是耕地和林地,变化的较为明显的是耕地和建设用地,特别是在2010年变化幅度最为明显,林地、水域及其他土地变化情况较小。具体分析如下:
表 2 2000—2020年成都市土地利用分类变化表
Table 2. Changes of land use classification in Chengdu from 2000 to 2020
土地利用类型 2000年 2005年 2010年 2015年 2020年/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 耕地 657805.63 54.26 630849.10 51.94 574458.77 47.38 677582.78 55.79 679800.35 55.49 林地 410656.40 33.87 409847.92 33.80 406797.74 33.55 396505.42 32.69 408200.23 33.38 建设用地 101638.75 8.37 128460.99 10.58 192493.52 15.85 100550.75 8.38 102200.34 8.34 水域 11226.17 0.93 12121.60 1.10 11377.90 0.96 12459.36 1.03 12493.46 1.12 其他土地 31215.85 2.57 31263.19 2.58 27414.87 2.26 25456.50 2.11 20416.43 1.67 合计 1212542.80 100 1212542.80 100 1212542.80 100 1212554.81 100 1223110.81 100 注:数据源于《成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编》(成都市国土资源局2003.12) [11]。 表 3 2000—2020年成都市土地利用年变化率表
Table 3. Annual change rate of land use in Chengdu from 2000 to 2020
土地利用类型 2000—2005年变化率/% 2005—2010年变化率/% 2010—2015年变化率/% 2015—2020年变化率/% 耕地 −0.82 −1.79 3.59 0.07 林地 −0.04 −0.15 −0.51 0.59 建设用地 5.28 9.97 −9.55 0.33 水域 1.60 −1.23 1.90 0.05 其他土地 0.03 −2.46 −1.43 −3.96 注:数据源于《成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编》(成都市国土资源局2003.12) [11]。 (1)耕地和建设用地变化幅度较大,总体呈增大的趋势。2010年耕地面积明显减少而建设用地面积明显增加。从变化率来看,2005—2010年和2010—2015年这两个时间段变化率较为明显,耕地分别为−1.79%和3.59%,先减少后增加,建设用地分别为9.97%和−9.55%,先增加后减少,但2000年到2020年总体呈增大趋势。
(2)林地和其他土地总体呈减小趋势。林地4个年间的变化率分别为−0.04%、−0.15%、−0.15%和0.59%,2005—2015年林地面积逐渐减少,2015—2020年面积有所增加,但增加的速率小于减少的速率,林地面积总体呈现减小的趋势。其他土地面积4个年间的变化率分别为0.03%、−2.46%、−1.43%和−3.96%,2000—2005年其他土地面积呈增加趋势,2005—2020年3个年间变化率逐渐减小,且在2015—2020年的变化率减小得最多。
(3)水域面积呈现先减少后增加的趋势。水域面积4个年间的变化率分别为1.60%、−1.23%、1.9%和0.05%,变化程度为先减少后增加,增加的速率总的来说大于减少的速率,所以水域面积2000—2020年间总体呈增加的趋势。
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利用成都市2000—2010年的土地利用数据,计算出成都市土地利用程度综合指数(见表4)、土地利用程度变化量和土地利用程度变化率(见表5)。
表 4 成都市土地利用程度综合指数表
Table 4. Comprehensive index of land use degree in Chengdu
年度 2000 2005 2010 2015 2020 成都市 268.43 270.52 276.44 270.44 270.5 表 5 成都市土地利用程度变化量与变化率表
Table 5. Change quantity and land use change rate in Chengdu
年度 2000—2005 2005—2010 2010—2015 2015—2020 土地利用程度
变化量(S)2.09 6.3 −6.38 0.06 土地利用程度
变化率(R)0.78 2.32 −2.30 0.02 从表4和表5的计算结果可知,2000~2020年以来,土地利用程度综合指数整体呈上升趋势,说明土地利用日趋集约化,土地利用类型更加单一化。2010年土地利用程度综合指数最大,为276.44,说明成都市2010年土地利用集约化程度最高,土地利用的类型相对单一。成都市2000—2005年、2005—2010年和2015—2020年的土地利用变化量(S)和土地利用变化率(R)均大于0,说明土地利用程度处于发展期;而在2010—2015年,土地利用变化量(S)和土地利用变化率(R)都小于0,分别为−6.38和−2.30,说明成都市2010—2015年土地利用程度处于衰退期。
Study on Spatial and Temporal Structure Change of Land Use in Chengdu
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摘要: 随着经济的高速发展,城市化对土地利用结构变化的影响较大,土地利用时空结构变化研究对土地规划及可持续发展具有重要意义。本文对成都市2000—2020年的土地利用数据进行处理,计算土地利用年变化率(R)、土地利用程度综合指数和土地利用变化量(S),得出以下结论:(1)耕地和建设用地变化幅度较大,总体呈增大的趋势;林地和其他土地总体呈减小趋势;水域面积呈现先减少后增加的趋势;(2)2000—2020年以来,土地利用程度综合指数整体呈上升趋势,土地利用日趋集约化,土地利用类型更加单一化;(3)成都市在2000—2005年、2005—2010年和2015—2020年土地处于发展期;而在2010—2015年,土地处于衰退期;并简要分析得到对土地利用结构的主要影响为人口变动、自然因素、产业调整等方面。Abstract: With the rapid development of economy, urbanization has a great impact on the change of land use structure, and the study on the spatial-temporal structure change of land use is of great significance to land planning and sustainable development. In this paper, the land use data of Chengdu from 2000 to 2020 were processed, and the annual land use rate (R), comprehensive index of land use degree and land use change amount (S) were calculated. The conclusions are as follows: (1) cultivated land and construction land change greatly, showing an overall increasing trend. Forest land and other land generally showed a decreasing trend. The water area showed a trend of decreasing first and then increasing. (2) From 2000 to 2020, the comprehensive index of land use degree showed an overall upward trend, land use become more intensive and land use types become more single. (3) Chengdu was in the period of land development from 2000 to 2005, 2005 to 2010 and 2015 to 2020. From 2010 to 2015, the land was in recession. After a brief analysis, the main influences on land use structure were population change, natural factors and industrial adjustment and so on.
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Key words:
- Land use;
- Structure change;
- Temporal and spatial changes;
- Chengdu
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表 1 土地利用类型分级表
Tab. 1 Classification table of land use types
未利用土地级 林、草、水用地级农业用地级 农业用地级 城镇聚落用地级 土地利用类型 未利用土地或难利用地 林地、草地、水域 耕地、园地、人工草地 城镇居民点及工矿交通用地 分级指数 1 2 3 4 注:本文中的“其他土地”用上表中的“未利用土地级”进行量算。 表 2 2000—2020年成都市土地利用分类变化表
Tab. 2 Changes of land use classification in Chengdu from 2000 to 2020
土地利用类型 2000年 2005年 2010年 2015年 2020年/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 面积/hm2 占比/% 耕地 657805.63 54.26 630849.10 51.94 574458.77 47.38 677582.78 55.79 679800.35 55.49 林地 410656.40 33.87 409847.92 33.80 406797.74 33.55 396505.42 32.69 408200.23 33.38 建设用地 101638.75 8.37 128460.99 10.58 192493.52 15.85 100550.75 8.38 102200.34 8.34 水域 11226.17 0.93 12121.60 1.10 11377.90 0.96 12459.36 1.03 12493.46 1.12 其他土地 31215.85 2.57 31263.19 2.58 27414.87 2.26 25456.50 2.11 20416.43 1.67 合计 1212542.80 100 1212542.80 100 1212542.80 100 1212554.81 100 1223110.81 100 注:数据源于《成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编》(成都市国土资源局2003.12) [11]。 表 3 2000—2020年成都市土地利用年变化率表
Tab. 3 Annual change rate of land use in Chengdu from 2000 to 2020
土地利用类型 2000—2005年变化率/% 2005—2010年变化率/% 2010—2015年变化率/% 2015—2020年变化率/% 耕地 −0.82 −1.79 3.59 0.07 林地 −0.04 −0.15 −0.51 0.59 建设用地 5.28 9.97 −9.55 0.33 水域 1.60 −1.23 1.90 0.05 其他土地 0.03 −2.46 −1.43 −3.96 注:数据源于《成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编》(成都市国土资源局2003.12) [11]。 表 4 成都市土地利用程度综合指数表
Tab. 4 Comprehensive index of land use degree in Chengdu
年度 2000 2005 2010 2015 2020 成都市 268.43 270.52 276.44 270.44 270.5 表 5 成都市土地利用程度变化量与变化率表
Tab. 5 Change quantity and land use change rate in Chengdu
年度 2000—2005 2005—2010 2010—2015 2015—2020 土地利用程度
变化量(S)2.09 6.3 −6.38 0.06 土地利用程度
变化率(R)0.78 2.32 −2.30 0.02 -
[1] 唐敏. 我国土地能支撑起多大的城市[J]. 瞭望新闻周刊,1997(11):33−34. [2] 王晶. 陕北农牧交错区土地利用变化分析[D]. 西安科技大学, 2011. [3] 郑凤娟. 甘肃省土地利用变化时空差异研究[D]. 西北师范大学, 2011. [4] 郑度,杨依天,张雪芹,等. 1980-2010年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应[J]. 地理学报,2013,68(6):813−824. [5] 刘纪远,布和敖斯尔. 中国土地利用变化现代过程时空特征的研究: 基于卫星遥感数据[J]. 第四纪研究,2000,20(3):229−238. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2000.03.003 [6] 王思远,张增祥,周全斌,等. 基于遥感与GIS技术的土地利用时空特征研究[J]. 遥感学报,2002,6(3):223−228. [7] 彭文甫. 成都市土地利用变化及驱动力分析[D]. 成都: 四川师范大学, 2005. [8] 攀玉山. 刘纪远. 西藏自治区土地利用[M]. 北京: 科学出版社, 1994. 26−28. [9] 冷奕明. 成都市城市化进程中土地利用变化研究[D]. 成都: 四川农业大学, 2006. [10] 王思远,刘纪远,张增祥等. 中国土地利用时空特征分析[J]. 地理学报,2001,56(6):631−639. doi: 10.3321/j.issn:0375-5444.2001.06.001 [11] 成都市人民政府. 成都市土地利用总体规划修编专题及部门用地规划汇编[M]. 2004: 9. [12] 成都市统计局. 成都市第五次全国人口普查主要数据公报[M], 2001. [13] 成都市统计局. 成都市第六次全国人口普查主要数据公报[M], 2011. [14] 谭淑豪,曲福田,黄贤金. 市场经济环境下不同类型农户土地利用行为差异及土地保护政策分析[J]. 南京农业大学学报,2001,24(2):110−114.