近20年天津市土地利用變化以及驅動力分析

(內蒙古師范大學地理科學學院，內蒙古 呼和浩特010000）

匡文慧(中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101）

土地利用／覆蓋變化(LUCC）是全球變化研究的熱點問題之一。1993年，國際地圈與生物圈計劃（IGBP）和全球變化人類影響計劃(IHDP）兩大國際組織共同制訂的土地利用／覆蓋變化(LUCC）科學研究計劃[1-2]，將其作為全球變化研究的核心計劃。土地利用／覆蓋變化是人類與環境耦合系統中人類活動通過生物地球物理過程或生物地球化學循環等方式改變陸地生態系統最為直接的表現形式，與全球氣候變化、生物多樣性減少、生態環境演變等都密切相關[2]。在此研究基礎上，2005年啟動全球土地計劃(GLP），強調陸地系統中人類-環境耦合系統的綜合集成與模擬研究。以人類-環境耦合系統為核心的土地利用／土地覆蓋動態過程的監測與模擬成為研究關注的焦點問題，并成為新興領域土地變化科學(LCS）研究的熱點問題。

國內外眾多學者在土地利用／覆蓋變化研究領域取得了優異的成果。在大尺度時空范圍內，研究成果揭示了土地利用變化所引起的研究區域環境變化，隨而深化至變化機制；對于宏觀政策，又為其提供土地規劃、環境治理、土地集約化、可持續發展等理論依據與科技支撐。由于工業化和城鎮化的加速發展，天津市的土地利用特征發生了極大的變化，本研究基于遙感獲取的2期(1990～2000年，2000～2008年）土地利用變化數據，采用ArcInfo軟件進行分析，以揭示天津市近20年的土地利用變化特征和土地利用變化速率，從而為天津市未來城市建設規劃等宏觀政策提供理論依據。

1 研究區概況

1．1 自然地理條件

天津市位于東經116°43′～118°04′，北緯38°34′～40°15′之間，市中心位于東經117°10′，北緯39°10′。北起薊縣黃崖關，南至濱海新區翟莊子滄浪渠，南北長189km；東起濱海新區灑金坨以東陡河西干渠，西至靜海縣子牙河王進莊以西灘德干渠，東西寬117km。天津市域面積11917．3km2，疆域周長約1290．8km，海岸線長153km，陸界長1137．48km。其地質構造復雜，大部分被新生代沉積物覆蓋。地勢以平原和洼地為主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐漸下降。天津地處北溫帶位于中緯度亞歐大陸東岸，主要受季風環流的支配，是東亞季風盛行的地區，屬溫帶季風性氣候。主要氣候特征是，四季分明，春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。天津的年平均氣溫約為11．6～13．9℃，7月溫度最高，月平均溫度27．8℃。1月最冷，月平均溫度-4．3℃。年平均降水量在360～970mm之間，平均值為600mm(1949～2010）[3-6]。

1．2 社會經濟狀況

天津有12個市轄區，1個副省級區，3個市轄縣；共有鄉鎮級區劃數為240個，市轄區分為中心城區、環城區。全市常住人口1293．8萬(2010年普查數據），外來常住人口299．17萬，占23%。天津市擁有中國56個民族中的50多個。人口最多的為漢族，占全市人口的97%，少數民族人口30．38萬人，少數民族主要為回族(2%，172358人）、滿族(0．6%，56555人）、蒙古族(11331人）、朝鮮族（11041人）。2010年天津全市實現生產總值9224．46億元，比上年增長17．4%。其中，第一產業增加值149．48億元，比上年增長3．3%；第二產業增加值4837．57億元，比上年增長20．2%；第三產業增加值4121．78億元，比上年增長14．2%，三次產業結構為1．6∶53．1∶45．3。天津工業發達、門類齊全，是中國近代工業的發祥地，也是中國重要的老工業基地和中國傳統與當前重要的工業城市。自濱海新區成為國家綜合配套改革試驗區以來，天津開始采取依靠重大工業項目拉動的策略優化產業結構，已經形成航空航天、石油化工、裝備制造、電子信息、生物醫藥、新能源、新材料、國防工業等八大新興支柱產業。世界500強企業中已有147家在天津設立了分公司和辦事處[7-8]。

2 數據來源與方法

2．1 數據來源

所選用的數據為1990～2000年、2000～2008年2期土地利用／覆蓋動態變化信息數據，以及1990年、2008年土地利用現狀數據。

2．2 數據處理方法

1990～2000年土地利用／覆蓋動態信息通過相隔10年2期遙感影像的直接對比，采用土地利用／覆蓋分類判讀(即直接解譯動態斑塊）的方式進行提取，再進一步勾畫出1990～2000年10年內土地利用／覆蓋變化的動態圖版，并加以定性與集成[2]。2000～2008年土地利用／覆蓋動態變化信息的提取同上。再通過對天津市地圖進行圖片矢量化，得到天津市行政區劃矢量界線。然后利用ArcInfo軟件下的空間疊置分析功能，得到天津市2期LUCC數據，并根據各自的屬性表求出不同土地利用類型的轉移矩陣。

2．3 土地利用類型動態度模型

為了定量描述區域土地利用變化速度，引入動態度指數來對土地利用變化的速度進行分析研究。

其中，單一土地利用動態度可表達區域一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其計算公式為：

式中：K為研究時段內某一土地利用類型的動態度；Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一土地類型的數量；T為研究時段長，當T的時段設為年時，K的值就是該研究區域某種土地利用類型年變化率。

綜合土地利用動度可描述區域土地利用變化的速度，其公式表示為：式中：LUi為監測起始時間第i類土地利用類型面積；△LUi-j為監測時段第i類土地利用類型轉化為非I類土地利用類型面積的絕對值；T為監測時段長度。當T的時段設定為年時，LC的值就是該研究區域土地利用年變化率[9]。

3 結果與分析

3．1 土地利用類型變化

分別利用ArcInfo軟件疊置分析后得到的天津市2期(1990～2000年，2000～2008年）LUCC數據的不同利用類型土地面積的轉移矩陣，結果見表1、表2。由表1、表2可看出，天津市土地利用類型變化十分顯著，變化主要集中在耕地、水域和3種城鄉建設用地(城鎮用地、農村居民用地、工礦建設用地）。相比較2個時段的變化，2000～2008年間變化較為劇烈(1557．39km2），1990～2000年相對緩慢(為426．14km2）。

表1 天津市1990～2000年土地利用類型面積轉移矩陣 km2

表2 天津市2000～2008年土地利用類型面積轉移矩陣 km2

1990～2000年間，耕地的轉化最為顯著，超過了總體的1／2，達到了53．73%；轉化方向上，總計轉化為水域的最多，達到249．87km2，占整體的58．64%。3種城鄉建設用地中，農村居民用地轉化城鎮用地最為顯著，占農村居民用地整體轉化面積的96．86%；工礦用地轉化為城鎮用地也最為顯著，占工礦用地整體轉化面積的88．97%；城鎮用地沒有發生轉移；耕地轉化為城鎮用地、農村居民用地、工礦建設用地面積分別為49．21km2、19．59km2、7．57km2，分別占耕地整體轉化的21．49%、8．55%、和3．30%。

2000～2008年間，耕地和上個10年一樣，轉化最為顯著，達到了總體的72．74%。其中，其耕地內部的互相轉化(二級地類）又占到耕地整體轉化面積的64．20%。轉化成其他類型中，由于耕地內部轉化比重大的原因，還是占到了總體的48．09%。3種城鄉建設用地中，農村居民用地轉化城鎮用地最為顯著，占農村居民用地整體轉化面積的85．52%；工礦用地轉化為城鎮用地也最為顯著，占工礦用地整體轉化面積的64．80%；城鎮用地沒有發生轉移；耕地轉化為城鎮用地、農村居民用地、工礦建設用地面積分別170．47km2、70．50km2、121．30km2，分別占耕地整體轉化的15．05%、6．22%和10．71%。

3．2 土地利用變化速度

表3結果表明，天津市近20年土地利用變化速度很快，年平均變化速度達到了0．32。其中以城鎮用地、未利用地以及草地變化速度最大，工礦建設用地變化速度適中，耕地由于總量很大，土地利用變化面積所占比例較小，林地、水域以及農村居民用地變化也較小。

表3 天津市近30年土地利用動態度指數

4 土地利用變化驅動力分析

4．1 人口因素

依據人口普查統計數據，天津市在1990、2000以及2007年3個年份的人口分別為878．5萬、1001萬和1115萬人。1990～2000年、2000～2007年2個時期人口增長比率分別為13．94%和11．39%，2期人口增長比例均超過10%。隨著人口極速增長，人們對糧食的需求也加大，對耕地面積需求也加大。從土地利用變化結果分析來看，耕地在近20年的各個時期都是呈減少態勢，考慮到天津越來越多的發展工業和經濟，結合城鄉工礦用地近20年的增長來看，人口逐漸向城市中心和城市周邊近郊的工礦建設用地聚集，糧食需求方式慢慢的更倚賴于 “外供”。

4．2 經濟因素

改革開放以來，特別是近年來，天津商貿中心的作用不斷加強，已經成為全國南北物資交流的重要樞紐和輻射東北、西北、華北地區的商品集散地。據互聯網數據顯示，近10年來，天津市GDP每年同期增長超過20%。經濟的快速發展，吸引了大量外來人群也固定了大量的本市人群，城鎮用地需求急劇增加；經濟的快速發展也要求大量工礦建設用地來提供產品加工地點，貿易集散地點等等，導致工礦建設用地隨之增加。

4．3 政策因素

2006年3月22 日，國務院常務會議完整定位為 “環渤海地區經濟中心，國際港口城市，北方經濟中心，生態城市”，并將 “推進濱海新區開發開放”納入十一五規劃和國家戰略，設立為國家綜合配套改革試驗區，成為 “中國經濟第三增長極”。京津唐城市群伴隨著中國環渤海區域的快速崛起，正成為國家發展戰略重要地區。21世紀以來，隨著環渤海經濟區的大開發，天津濱海等新區建設的啟動，導致京津唐城市群8年間城鄉建設用地不透水地表以每年145．03km2的速度增長了1160．22km2，城鎮不透水地地表以每年80．42km2的速度增長了643．37km2[10]。而自濱海新區成為國家綜合配套改革試驗區以來，天津開始采取依靠重大工業項目拉動的策略優化產業結構，已經形成航空航天、石油化工、裝備制造、電子信息、生物醫藥、新能源、新材料、國防工業等八大新興支柱產業。城市化、工業化的城市發展戰略促使城鄉建設用地面積急劇增長，耕地、林地、草地等逐漸減少，城鄉建設用地中，農村居民用地和工礦建設用地在本身增長的同時也同時有部分向城鎮用地轉化，說明城市化進程力度大于工業化。

5 結語

綜上所述，1990～2000年天津市土地利用變化較快，變化主要集中在耕地、水域和3種城鄉建設用地上；2000～2008年由于天津市加快城市化進程，城鄉建設用地急劇增長，同時，農村居民用地與工礦建設用地部分轉化為城鎮用地，致使其土地利用／覆蓋變化面積加大，濱海新區的建成更加劇了這一變化。近20年，整體土地利用變化速度較快，開墾耕地面積很大，城鎮用地增加速率很快，未利用地開發成為其他類型用地為人所用的速度也很快。這種變化對天津市的區域環境也產生了一定的影響。在未來城市建設、土地利用規劃上，除了本著發展經濟與貿易，以及天津優勢工業的基礎上，還要著眼經濟的可持續發展，把發展經濟外的環境建設、文化建設等提到日程上來，近20年，耕地、草地以及林地面積都有不同程度的減少，這對長久的城市發展是不利的。

[1]劉紀遠，劉明亮，莊大方，等．中國近期土地利用變化的空間格局分析 [J]．地球科學，2002，32（12）：1031-1040．

[2]劉紀遠，張增祥，徐新良，等．21世紀初中國土地利用變化的空間格局與驅動力分析 [J]．地理學報，2009，69（12）：1411-1420．

[3]侯學曾，李 璟，李樹德．天津土地利用動態變化及其調控途徑初探 [J]．國土與自然資源研究，1989，（2）：26-32．

[4]羅海江．20世紀上半葉北京和天津城市土地利用擴展的對比研究 [J]．人文地理，2000，15（4）：34-37．

[5]杜海燕，黃歲樑．天津地區農業旱災脆弱性綜合評價及區劃研究 [J]．自然災害學報，2010，19（5）：138-145．

[6]馬 春，鞠美庭，李洪遠，等．天津地區土地生態系統多樣性演變與驅動力分析 [J]．南開大學學報(自然科學版），2011，44（1）：66-77．

[7]劉 戈，汪 波．天津經濟技術開發區土地集約利用與經濟增長關系 [J]．天津大學學報(社會科學版），2007，9（2）：97-101．

[8]董智勇，陳元清．近代天津對外貿易與工業經濟增長的實證研究 [J]．特區經濟，2010，（1）：59-61．

[9]王 娟．安徽省土地利用的動態變化分析 [J]．中國統計，2011，（6）：28-30．

[10]匡文慧，劉紀遠，陸燈盛．京津唐城市群不透水地表增長格局以及水環境效應 [J]．地理學報，2011，66（11）：1486-1496．