重慶山地城市區(qū)1985－2010年土地利用變化特征研究

陳 倩，馬澤忠，鄭 麗，馬 鵬

（重慶工商大學(xué) 旅游與國(guó)土資源學(xué)院，重慶400067）

土地是人類居住、生活的場(chǎng)所，也是人類賴以生存與繁衍的主要物質(zhì)基礎(chǔ)和基本資源，清楚地掌握土地資源動(dòng)態(tài)情況至關(guān)重要［1］。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)土地利用變化特征進(jìn)行了研究［2－5］，但土地利用變化既受自然因素的制約，又受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和歷史因素的影響，具有很強(qiáng)的綜合性和地域性，因而在實(shí)際土地利用變化問(wèn)題的研究方面仍存在著許多問(wèn)題［6－8］，有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。

土地利用變化過(guò)程研究的目的在于揭示土地利用在一定時(shí)期內(nèi)隨時(shí)間發(fā)生的變化特征［9－10］，具有顯著的時(shí)間和空間特征。近30多年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，重慶市成為西部地區(qū)的重要增長(zhǎng)極、長(zhǎng)江上游地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心，西部發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)區(qū)域，出現(xiàn)了以城市化為主要特征的大規(guī)模的土地利用變化。本文在RS和GIS相結(jié)合的技術(shù)支持下，對(duì)重慶山地城市區(qū)1985—2010年近26 a的土地利用變化（包括數(shù)量、結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)度和土地利用程度等）進(jìn)行研究。掌握其時(shí)空演變規(guī)律、了解其時(shí)空變化特征，以期為土地利用發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為政府的宏觀決策提供依據(jù)［11－12］。

1 研究區(qū)概況

重慶市位于我國(guó)西南部、長(zhǎng)江上游、四川盆地以東，位 于 東 經(jīng) 105°17′—110°11′、北 緯 28°10′—32°13′，青藏高原與長(zhǎng)江中下游平原之間的過(guò)渡地帶，是西南地區(qū)和長(zhǎng)江上游最大的經(jīng)濟(jì)、科技、文化和教育中心，是我國(guó)西部地區(qū)重要的水陸交通樞紐和重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極之一。其中，山地城市區(qū)包括渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)9個(gè)行政區(qū)。城市區(qū)位于縉云山與明月山之間，區(qū)內(nèi)地形地貌結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，地貌類型按其形態(tài)，可劃分為中山、低山、丘陵、臺(tái)地、平原（壩）五大類。重慶主城九區(qū)境內(nèi)河流密布。重慶屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，冬暖夏熱，終年少霜雪，多霧。研究區(qū)總面積為5 465 k m2，占全市總面積的6.63%，截至2011年常駐人口為772.31萬(wàn)人。

根據(jù) GB-T21010-2007《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》并結(jié)合重慶的實(shí)際情況，將重慶山地城市區(qū)的主要土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域及其未利用地六大類。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究分別以Landsat-TM在1985年、1988年、1993年、1996年、2000年、2002年、2007年和2010年8月的遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，其軌道號(hào)分別為127039，127040，128039，128040。所有影像數(shù)據(jù)采用Albers投影，中央經(jīng)線采用東經(jīng)105°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線分別采用北緯25°和47°。其中 T M 影像數(shù)據(jù)1，2，3，4，5，7波段的空間分辨率均為30 m，第六波段的空間分辨率為120 m。同時(shí)還收集了其它相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 由于原始影像存在幾何畸變，波普特征不明顯以及多個(gè)波段分離、融合等問(wèn)題，因

式中：K——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；ua，ub——研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T——研究時(shí)段長(zhǎng)度，當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，K的值就是該研究區(qū)某土地利用類型年變化率［15］。

2.3.3 土地利用程度指數(shù) 土地利用程度主要反映的是土地利用的廣度和深度［16］。根據(jù)土地利用程度的綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干級(jí)，賦予分級(jí)指數(shù)（表1），從而給出了土地利用程度綜合指數(shù)及土地利用程度變化模型的定量化表達(dá)式［17］。而遙感影像圖的預(yù)處理是一個(gè)必不可少的步驟，主要包括對(duì)影像圖進(jìn)行輻射校正、大氣校正、幾何校正和波段融合等。

2.2.2 遙感影像解譯方法 遙感圖像解譯的方法主要有：目視解譯法、計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別法、目視解譯與計(jì)算機(jī)圖像處理相結(jié)合的解譯方法［13］。本研究采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別與人工目視判讀相結(jié)合的解譯方法，得到研究區(qū)8期土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)。

2.3 研究方法

2.3.1 土地利用的數(shù)量變化 土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、空間變化和質(zhì)量變化［14］。土地利用變化首先反映在不同類型的數(shù)量變化上，通過(guò)Arc GIS 10.0等數(shù)據(jù)軟件，對(duì)研究區(qū)土地利用類型數(shù)量變化的分析，能夠了解土地利用變化的總體趨勢(shì)和結(jié)構(gòu)的變化。

2.3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù) 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度，表達(dá)的是某研究區(qū)在一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為：

式中：L——某區(qū)域土地利用程度指數(shù)；Ai——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；n——土地利用程度的分級(jí)數(shù)。

表1 土地利用程度分級(jí)賦值

式中：CCi——第i級(jí)土地利用面積；HJ——土地利用評(píng)價(jià)范圍內(nèi)土地的總面積。

式中：Ia，Ib——b時(shí)間和a時(shí)間研究區(qū)域土地利用程度指數(shù)；Ai——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Cib，Cia——a時(shí)間和b時(shí)間第i級(jí)土地利用程度面積（%）。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)土地利用數(shù)量變化分析

利用Arc GIS 10.0對(duì)1985—2010年研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出各類土地利用類型的分布面積，結(jié)果如表2所示。

表2 1985－2010年重慶山地城市區(qū)各土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，研究區(qū)1985—2010年各年土地利用類型分布狀況總體上呈現(xiàn)出耕地、草地、水域用地面積減少，林地、建設(shè)用地、水域面積增加的趨勢(shì)，但各個(gè)地類變化的程度和過(guò)程各不相同。從面積數(shù)量變化來(lái)看，耕地變化的幅度最大，面積從4 113 k m2減少到3 217 k m2且逐年遞減；其次是建設(shè)用地，面積逐年增加，從111 k m2增加到637 k m2；第三是林地，林地的面積從1985年到2010年總體上是增加的，但其變化過(guò)程可分為3個(gè)階段：1985—1996年增加、1996—2000年減少、2000—2010年增加；水域面積總體上也是增加的，其變化過(guò)程也可分為3個(gè)階段：1985—1988年增加、1988—2000年減少、2000—2010年增加。從三峽水庫(kù)蓄水的情況來(lái)看，水域面積總體增加的趨勢(shì)是合理的；草地和未利用地面積變化數(shù)量很小，是由于這二者在該研究區(qū)所占的面積比例原本就比較小，但草地略有增加，未利用地減少，這是城市的發(fā)展、用地的緊張，人類不斷開發(fā)未利用地的結(jié)果。

研究區(qū)1985年—2010年土地利用空間分布特征的變化過(guò)程（圖1）表明，該區(qū)域分布有4條相間平行的山脈縉云山、中梁山、銅鑼山和明月山，長(zhǎng)江與嘉陵江貫穿整個(gè)區(qū)域。耕地較為均勻地分布在幾條山脈周圍；林地的分布主要依附于幾條山脈，將都市區(qū)分為了幾個(gè)條帶，其中東南部林地分布較為密集；草地?cái)?shù)量較少，零星地分布在都市區(qū)的北部和東南部；城市建設(shè)用地較為集中地分布在長(zhǎng)江與嘉陵江的交匯處，并向周圍逐漸擴(kuò)散，其中向北部和西部?jī)蓚€(gè)方向的擴(kuò)張較為明顯、快速，農(nóng)村居民點(diǎn)在整個(gè)研究區(qū)域范圍內(nèi)的分布比較均勻。

3.2 研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度分析

利用1985—2010年土地利用矢量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出各個(gè)地類的面積，通過(guò)單一動(dòng)態(tài)度的公式計(jì)算出各個(gè)土地利用類型的動(dòng)態(tài)度，結(jié)果見表3。

從表3可以發(fā)現(xiàn)，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度最大的時(shí)段是2007—2010年，動(dòng)態(tài)度為0.068 01。這一時(shí)段中，變化最強(qiáng)烈的土地利用類型是未利用地，動(dòng)態(tài)度達(dá)－0.246 11，說(shuō)明未利用地在這個(gè)時(shí)段內(nèi)以較快的速度減少；動(dòng)態(tài)度值比較大，且為正值的是城市建設(shè)用地，其增長(zhǎng)速度也很快。

1985—1988年和2000—2002年兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的土地利用動(dòng)態(tài)度處于第二個(gè)階段，動(dòng)態(tài)度值分別為0.013 91，0.013 17。而在這兩個(gè)時(shí)段中各個(gè)類型的動(dòng)態(tài)度卻不一樣，2000—2002年，變化最為強(qiáng)烈的是草地，動(dòng)態(tài)度值為0.156 81，面積增加速度最快；建設(shè)用地面積也以較快的速度在增加，動(dòng)態(tài)度為0.038 35；未利用地動(dòng)態(tài)度值也很大，達(dá)－0.026 24，說(shuō)明未利用地也以較快的速度在減少。1985—1988年，變化最為強(qiáng)烈的是建設(shè)用地，動(dòng)態(tài)度值為0.193 54，面積增加速度最快；草地的動(dòng)態(tài)值也比較大，為－0.044 41，說(shuō)明草地也以較快的速度在減少。

圖1 1985－2010年重慶山地城市區(qū)土地利用現(xiàn)狀

表3 重慶山地城市區(qū)1985－2010年各類土地利用動(dòng)態(tài)度

1993—1996年、1996—2000和2002—2007年3個(gè)時(shí)段的土地利用動(dòng)態(tài)度處于第三個(gè)階段，動(dòng)態(tài)度值分別為0.009 39，0.007 37，0.008 38。在這3個(gè)時(shí)段中，建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度值均為最大，說(shuō)明在這3個(gè)時(shí)段中建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度較快。

1988—1993年的動(dòng)態(tài)度值在整個(gè)研究時(shí)段中是最小的，說(shuō)明土地利用變化的劇烈程度最小。但這一時(shí)段中，個(gè)別土地利用類型變化還是很強(qiáng)烈，如未利用地的動(dòng)態(tài)度值為－0.029 58，它們?nèi)砸暂^快的速度在減少。

由以上分析可知，在所有時(shí)段中未利用地和建設(shè)用地變化動(dòng)態(tài)度一直比較大，但不同的是未利用地持續(xù)減少而建設(shè)用地是持續(xù)增加的；在所有時(shí)段中，耕地和林地的土地利用動(dòng)態(tài)度始終不大，主要是因?yàn)槠浔旧砻娣e很大，雖然變化數(shù)量一直在所有類型中為最大值，但動(dòng)態(tài)度卻不是最大的。

3.3 研究區(qū)土地利用程度分析

分析土地的利用程度的變化可以了解土地集約利用變化的情況，明確研究區(qū)土地利用處于發(fā)展期還是衰退期。利用1985—2010年土地利用矢量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出各個(gè)地類的面積，通過(guò)土地利用程度的公式計(jì)算出各個(gè)土地利用類型的土地利用程度，結(jié)果如表4所示。

表4表明，1985—2010年近25 a來(lái)土地利用程度總體增大了，但變化過(guò)程有所不同。其中1985—1993年、1996—2000年、2002—2007年的3個(gè)時(shí)段的ΔIb－a為正值，即土地利用處于發(fā)展期；1993—1996年、2000—2002年、2007—2010年3個(gè)時(shí)段的 ΔIb－a為負(fù)值，即土地利用處于衰退期。

單獨(dú)分析各年綜合土地利用程度和各個(gè)地類的土地利用情況的結(jié)果也不相同。土地綜合利用程度最高的是2007年，最低的是1985年。耕地在1985—2010年中的土地利用程度都是最高的，但耕地的土地利用程度呈逐年下降的趨勢(shì)；林地在1985—2010年中的土地利用程度也較高，且呈逐年上升的趨勢(shì)；建設(shè)用地的土地利用程度在各年中處于第三位，也是呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)；水域、草地和未利用地的土地利用程度在各年中都不高，且草地和未利用地的變化時(shí)高時(shí)低、無(wú)方向性，水域的土地利用程度基本呈減小的趨勢(shì)，但2010年突然增高且成為各年中土地利用程度的最高值，達(dá)到0.062 9。

4 結(jié)論

（1）1985—2010年，重慶山地城市總體上呈現(xiàn)耕地、草地、未利用地面積減少，林地、建設(shè)用地、水域面積增加的趨勢(shì)，但各個(gè)地類的變化程度和變化過(guò)程有所差異。

（2）1985—2010年，重慶山地城市各個(gè)土地利用類型的動(dòng)態(tài)度變化呈現(xiàn)出差異性。其中未利用地和建設(shè)用地的變化動(dòng)態(tài)度一直比較大，但有所不同的是未利用地持續(xù)呈現(xiàn)出一種“負(fù)變化”（即未利用地的數(shù)量持續(xù)減少）趨勢(shì)，而建設(shè)用卻呈現(xiàn)出正變化。

（3）1985—2010年，重慶山地城市的耕地和林地的變化數(shù)量在所有土地利用類型中一直處于較大值，但由于其自身基數(shù)較大，其土地利用動(dòng)態(tài)度很小。

（4）從總體來(lái)看，1985—2010年近26 a來(lái)重慶山地城市的土地利用程度增大了，但變化過(guò)程有所不同，呈現(xiàn)出階段性。其中1985—1993年、1996—2000年、2002—2007年土地利用處于發(fā)展期；1993—1996年、2000—2002年、2007—2010年土地利用處于衰退期。單獨(dú)的各年綜合土地利用程度和各個(gè)地類的土地利用情況也有所不同。

（5）各個(gè)土地利用類型在研究區(qū)的分布和利用水平有所不同。從各個(gè)地類的面積比例看，未利用地在研究區(qū)中所占比例小以及建設(shè)用地的快速擴(kuò)張說(shuō)明了重慶市山地城市區(qū)的土地利用程度較高、處于城市快速發(fā)展的階段。

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