基于LUCC的土地利用功能分區研究——以新津縣為例

張詩楊， 潘洪義* ， 蔣貴國

(1.四川師范大學西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室，四川成都610066;2.四川師范大學地理與資源科學學院，四川成都610066)

土地是人類賴以生存的載體，土地利用受到自然規律、社會經濟規律和人類歷史規律的制約，依據土地利用現狀和土地資源的適宜性，結合國民經濟、社會發展和環境保護的需要，將規劃地區劃分出不同的用地區域［1-2］(土地利用分區)，對于制定用地規劃、調整用地結構、提高用地效率、促進區域可持續發展有著重要的作用.目前，學者對土地利用分區的研究主要集中在農業類型的空間分布、不同尺度空間的土地利用管理、區域發展、土地可持續發展利用以及土地功能分區等幾個方面［3-10］.在數據來源方面，大多將自然、經濟和生態統計數據作為量化指標，采用具體方法進行功能分區，而較少考慮土地利用動態變化在功能分區中的作用.本文從土地利用/覆被時空變化的角度，以新津縣2004年和2009年TM影像為主要數據源，通過土地轉移矩陣的建立，從土地利用多樣性和土地利用程度兩個維度對數據進行分析，并結合當地實際經濟發展狀況，采用四象限法劃分土地利用功能區域，以期為地方政府實施土地用途管制和編制土地利用規劃提供參考.

1 研究區概況

新津縣位于四川省成都市南部，地理位置在30°19'～30°31'N，103°42'～103°55'E 之間，如圖 1所示.海拔高度442～673 m，總面積330 km2.全境地勢平坦，主要為河流、漫灘和階地構成的平原地貌，平壩、丘陵、水面分別占 76.6%、14.1%和9.3%.境內河流屬岷江水系，可分岷江正流及支流.氣候屬亞熱帶季風濕潤性氣候，無霜期長，雨量充沛，四季分明.行政區劃包括11個鎮和1個鄉.截止2009年，全縣總人口30.48萬，非農人口1.07萬，地區生產總值100.09億元，地方財政收入25.19億元，城鎮居民人均可支配收入14 616元，農民人均純收入6 962元.

2 數據來源及方法

2.1 數據來源 研究選取美國地質勘探局網站(USGS)提供的成都區域2004年和2009年Landsat-5 TM影像以及成都市統計年鑒作為數據源.在ERDAS IMAGINE平臺的支持下，對TM影像進行裁剪和去霾處理.根據《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)［11］和當地土地利用情況將土地利用類型劃分為5類:耕地、林地、建設用地、河流水域和其他用地，在此基礎上進行監督分類，提取土地利用/覆被信息，運用聚類、去除、重編碼和目視解譯等方法對分類后圖像進行修正，最終得到新津縣2004—2009年土地利用類型圖，如圖2和圖3所示.并借助Arc GIS 10.1平臺建立土地利用轉移矩陣，通過與新津縣行政圖進行屬性合并，獲得土地利用/覆被變化數據.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態度 一般來講，土地利用動態度包括單一動態度和綜合動態度.單一土地利用動態度表示研究區域一定時間范圍內的某種土地利用類型的數量變化情況［12］.

(1)式中，K表示研究時段內單一地類土地利用動態度，Ua、Ub分別代表某土地利用類型在研究期初和期末的數量，T為研究時段.

為進一步在空間上反應研究區某段時間土地利用變化的劇烈程度，以便發現土地利用變化熱點區域，引入綜合土地利用動態度［13］，計算公式如下

(2)式中，LUi為研究期初第i類土地利用類型面積，ΔLUi-j為研究時段內第i類土地利用類型轉換為非i類土地利用類型面積的絕對值，T為研究時段.

2.2.2 土地利用轉移矩陣 土地利用轉移矩陣是土地利用類型間相互轉化的數量和方向定量研究的主要方法，它能夠具體的反應土地利用變化的結構特征和各類型間的轉移方向［14］.土地利用轉移矩陣的數學表達式為

(3)式中，Sij為研究期內第i類土地向第j類轉化的面積，i為研究期初土地利用類型，j為研究期末土地利用類型，n為土地利用類型的數量.

2.2.3 土地利用多樣性 土地利用多樣性指數反應了土地利用類型的復雜性和豐富程度.值越大，表明土地利用類型復雜度越高，分布越均勻［15］.

(4)式中，H為研究區域土地利用多樣性指數，Pi為研究地區第i級土地利用類型所占百分比，m為土地利用類型數量.

為進一步比較不同地類間土地利用多樣性的變化程度，這里用多樣性變化率來表示

(5)式中，Ha和Hb分別為a時期和b時期的區域土地利用多樣性指數，Pia和Pib分別為研究區域a時期和b時期第i級土地利用類型所占百分比.

2.2.4 土地利用程度 土地利用程度是自然環境和人類活動的共同結果，反映了土地利用的深度和廣度［16］.根據劉紀遠等［17］劃分的土地利用程度分級表，結合新津縣土地利用類型，得到土地利用程度分級表如表1所示.

表1 土地利用程度分級Table 1 Grading of land use degree

土地利用程度指數計算公式為

(6)式中，L為土地利用程度綜合指數，Ai為第i級土地利用程度分級指數，Ci為第i級土地利用類型面積百分比，n為土地利用程度分級數.

土地利用程度變化主要是由各土地利用類型在研究時段的變化導致的［18］，其變化趨勢通常用土地利用程度的變化量和變化率來表示:

(7)和(8)式中，Lb和La分別為b時期和a時期的區域土地利用程度綜合指數，Ai為第i級土地利用程度分級指數，Cib和Cia分別為研究區域b時期和a時期第i級土地類型利用程度面積百分比.若Lb-a＞0，則該區域土地利用處于發展期;Lb-a＜0，則該區域的土地利用處于衰退期.

2.2.5 四象限法 四象限法是由美國管理學家柯維提出的一個關于時間管理的理論，即把工作按照重要和緊急2種程度作為劃分基礎，將評價單元進行2個屬性的分析、權衡，并把它填入每個象限方塊，按照不同的目標導向對4個象限進行排序.

3 結果與分析

3.1 土地利用結構及變化趨勢

表2 土地利用結構及變化趨勢Table 2 Land use structure and its variation trend

從表2可以看出新津縣2004年土地利用類型以耕地和林地為主，耕地和林地分別占土地總面積36.25%和21.08%.2009年土地利用類型以耕地、建設用地和林地為主，建設用地、林地和耕地分別占土地總面積的26.88%、24.96%和27.71%.

從變化數量來看，建設用地面積增加量最大，達3 465.13 hm2;耕地面積減少量最大，達2 832.44 hm2;林地面積增加1 285.89 hm2;其他用地減少2 055.47 hm2;河流水域面積小幅增加136.89 hm2.根據單一土地利用動態度可知，建設用地平均每年增加0.127%;其他用地每年減少0.067%;變化最小的是河流水域，每年增加0.011%.總體來講，新津縣2004—2009年耕地與其他用地面積減少，建設用地、林地與河流水域面積增加.在此期間，全縣綜合土地利用動態度為0.050 8%.

3.2 土地利用類型轉移及空間分布情況

表3 2004—2009年土地利用轉移矩陣Table 3 Transfer matrix of land use in 2004-2009 hm2

從矩陣表3可以看出新津縣2004—2009年期間，土地利用類型轉換頻繁，各類型間轉換量較大.在土地利用類型轉出面積中:耕地＞其他用地＞建設用地＞林地＞河流水域;土地利用類型轉入面積中:建設用地 ＞耕地 ＞其他用地 ＞林地 ＞河流水域.

耕地轉出面積為7 574.28 hm2，主要轉出源為建設用地、林地以及其他用地，耕地轉出是為城市規劃與工業園區產業結構升級提供后備資源;轉入面積共4 741.84 hm2，主要轉入源為其他用地，轉入區域主要為西北平原和東北部岷江北段與至雙流公路形成的三角區，可見退耕還林政策的實施對岷江水系的生態修復起到了重要作用.建設用地轉出面積為1 590.10 hm2，主要轉出源為耕地、河流水域和林地;轉入面積為5 055.24 hm2，主要轉入源為耕地和其他用地.建設用地以縣城為中心呈規模擴張，同時以河流和道路為支撐，呈線狀輻射;在縣城西部，原先零星分布的居民點逐步向農村集中居住區聚集，為耕地整理工作的實施奠定了基礎.林地轉出面積為1 396.57 hm2，主要向耕地和建設用地轉移;轉入面積為2 682.46 hm2，主要轉入源為耕地和其他用地，集中分布于淺丘和臺地區，依托起伏地貌和較為豐富的林業資源，東南臺地區積極發展經濟林果產業，西南丘嶺區重點打造優質生態旅游業，既整合了林業資源，又帶動了生態經濟.

3.3 土地利用多樣性與土地利用程度分析

表4 土地利用多樣性與土地利用程度地域差異Table 4 Diversity and geographical diversity of land use

依據表4，從土地利用多樣性指數可知，金華鎮、興義鎮、花源鎮和花橋鎮的多樣性指數較高，說明4個鎮土地利用類型復雜，類型分布較為均勻;方興鎮和永商鎮的多樣性指數較低，表明這2個鎮存在具有優勢的土地利用類型.從土地利用程度來看，五津鎮的土地利用強度最大，它作為縣城所在地，建設用地比重高;永商鎮的土地利用程度最低，這與該鎮以淺丘地形和豐富水資源為依托，林地比重大，重點打造生態旅游業有關.由土地利用程度變化量可知，永商鎮、新平鎮、文井鄉、普興鎮、花源鎮、方興鎮和安西鎮變化量為正值，說明2004—2009年期間土地利用處于發展期，耕地、林地、建設用地增加，且相互之間轉換頻繁;而金華鎮、鄧雙鎮、興義鎮、五津鎮和花橋鎮變化量為負值，表明5鎮在2004—2009年期間土地利用處于衰退期，耕地、林地面積大量減少，轉換成其他用地，土地利用程度低.

總體來說，12個鄉鎮的土地利用多樣性指數和土地利用程度指數有增有減，土地利用/覆被類型受到人類活動的強烈干擾，這與新津縣在2004—2009年期間，調整土地利用結構，優化土地資源，大力發展當地經濟有著重要關系.

3.4 土地利用功能分區

3.4.1 分區結果 本文以鄉鎮為單元，依據表4計算土地利用多樣性變化率和程度變化率的平均值(W=-0.0261，R=0.0774)作為分界點，如圖4所示將土地利用類型分布狀況劃分為均勻分布和不均分布2種類型，將土地利用程度劃分為強度大和強度小2種類型，由此四象限劃分如下:

1)第一象限:兩個指標均高于各自平均值，區內地類分布均勻，土地利用強度大，故為城鎮發展潛力區;

2)第二象限:多樣性指數低于平均值、利用程度指數高于平均值，區內建設用地比重大，土地利用潛力小，即為城鎮發展集約區;

3)第三象限:兩個指標均低于各自平均值，區內耕地林地比重大，土地利用強度小，劃為生態保護旅游區;

4)第四象限:多樣性指數高于平均值、利用程度指數低于平均值，區內地類分布均勻，利用強度小，故為糧食作物生產區.

依據分區原理，結合新津縣實際經濟發展狀況劃分土地利用功能區域如圖5所示.

3.4.2 各區土地利用現狀及調控措施

1)城鎮發展潛力區.城鎮發展潛力區位于新平鎮，占縣域面積15.21%，該區域為新津縣縣城發展或擴區的優先考慮區.鎮內土地利用分類分布均勻，耕地占全鎮面積47.86%，其他用地和建設用地分別占21.46%和21.89%.區域內用地類型豐富，挖掘潛力大，可通過土地資源開發整合，優化用地格局，來提高土地利用效益.新平鎮作為縣城向西拓展規劃區和“時尚水城”規劃區，同時地處新津工業園區A區范圍，土地利用規劃前景較好.成新蒲快速通道的修建，進一步完善了交通體系，區位優勢明顯.

2)城鎮發展集約區.城鎮發展集約區分布于新津縣縣城，占縣域面積7.39%，是當地經濟、文化、政治中心，區位優勢突出，交通發達，包括五津鎮和鄧雙鎮兩個鄉鎮.該區域建設用地比重大，產業結構較為合理，城鎮化水平較高，經濟總量位于全縣前列.中心城區集約節約用地潛力大，在土地面積有限和城鎮急需擴張的博弈中，通過舊城改造、調整產業結構來提升土地利用空間是必要的.由此，該區域應發揮土地應有的價值，平衡商住工三大類型用地比例，提高土地的經濟效益.作為成都市產業園區的承接者，該區域應在原有工業的基礎上，積極引進高素質人才和優質企業，大力發展高新技術產業，使之成為新津經濟的新增長點.

3)生態保護旅游區.生態保護旅游區包括文井鄉、方興鎮、永商鎮和花源鎮，占縣域面積28.08%，該區域利用優越自然條件，因地制宜，大力發展生態旅游業.文井鄉-文化古鎮、方興鎮-鷺島、永商鎮-梨花溪風景區以及花源鎮-農家樂，風景絢麗，游客眾多.由此，在此區域應禁止毀林開荒，嚴保耕地、林地數量，合理布局用地結構;嚴格控制工程建設，實時監測環境要素，做好環評工作;結合當地山水生態文明建設，發揮資源優勢，改善環境和基礎設施，以帶動區域旅游發展.

4)糧食作物生產區.糧食作物生產區通過農業生產、改善農業經營模式、發展現代農業等方式發展當地經濟，促進人均增收和提高生活水平.該區域包括興義鎮、花橋鎮、普興鎮、金華鎮和安西鎮，占縣域面積49.32%，區域內土壤肥沃、資源豐富，擁有數個果蔬示范基地和養殖基地，產品銷往周邊區縣.為發揮區域傳統農業優勢，該區域應加強耕地保護，嚴守耕地紅線，提高耕地質量，保證作物產量;依托環境優勢，推進土地承包經營，集中種植優勢作物，提高土地利用效益;積極培育特色作物，擴大生產，打造生態農業，實現農業規模化產業化經營.

4 結論與討論

作為成都市“城南門戶”的快速發展區域，新津縣在2004—2009年的發展中，土地利用/覆被各類型呈現出不同程度的增減變化;土地利用類型轉換頻繁，各類型間轉換量較大，土地利用結構處于快速調整期;依據四象限法分區原理，結合當地實際經濟發展情況，將新津縣土地利用劃分為4個區域，分別是城市發展潛力區、城市發展集約區、生態保護旅游區和糧食作物生產區.

本文基于土地利用轉移矩陣，從土地利用多樣性和土地利用程度兩個維度對數據進行分析，采用四象限法劃分土地利用功能區.這一方法是從土地利用/覆被類型時空變化的角度，對土地利用分區的嘗試和探索，為新津縣實施土地用途管制和編制土地利用規劃提供了參考.

本文較少使用經濟數據和生態數據加入模型運算，使得計算結果主觀性較強.這在今后的研究中需要進一步改善和提升.

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