紹興市土地利用時空變化研究*

王居午，王軍邦，雷國平，馬泉來，丁 雪，葉 輝，鄭志志

(1.東北農業大學資源與環境學院，黑龍江哈爾濱 150030； 2.中國科學院地理科學與資源研究所生態系統網絡觀測與模擬重點實驗室，北京 100101； 3.武漢市江岸區新村街道辦事處，湖北武漢 430012)

0 引言

中國正處于經濟高速發展、城鎮化飛速發展的時期，土地利用在時間和空間上均呈現顯著的變化[1-2]。受到社會經濟活動和自然因素等驅動力的影響，不同地域范圍內的土地利用變化會出現不同的區域特點[3]，因此，目前的土地利用變化研究一般以區域為背景開展研究，探究其對某區域社會經濟發展和生態環境的影響[4-7]。

21世紀以來，區域土地利用轉型研究受到廣泛關注[8-9]，如生態脆弱區[5]、經濟高速發展區[10]、干旱區[11-12]、 江河流域[6，13-14]等，作為其研究方向重點內容的土地利用變化驅動因子及驅動機制，可以為其他地區土地利用變化機理分析提供方法和依據[15-16]。現有的研究中，對土地利用變化動力機制研究主要從經濟、社會、自然等角度來分析土地利用類型的面積變化與驅動因素間的關系，以此來揭示區域內土地轉移的動力機制[12，17-18]。根據相關研究內容，長時間序列的土地利用數據主要應用于大范圍的區域研究[19]，而在小范圍(省級以下)地區的應用研究不夠豐富[20-21]，因此，進行小范圍地區長期的土地利用變化趨勢的研究可以豐富土地利用變化研究的內容，同時對小范圍地區生態環境的保護與恢復具有現實的指導意義。

文章運用紹興1980～2015年7個時期的TM遙感影像，結合3S技術手段，研究紹興1980～2015年土地利用類型的動態變化特征，探究紹興土地利用變化的驅動力因素，揭示以紹興為代表的經濟發達地區土地利用變化與自然、社會驅動因素之間的關系，以期為紹興市社會經濟發展與土地資源利用提供科學參考。

1 研究區與數據來源

1.1 研究區概況

紹興市地處浙江省，屬于長江三角洲地區。東連寧波市，南臨臺州市和金華市，西接杭州市，北至嘉興市，地理坐標為119°53′03″E～121°13′38″E、29°13′35″N～30°17′30″N之間。紹興屬于亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，四季分明。轄區東西長130.4km，南北寬118.1km，海岸線長40km，陸地總面積為82.733萬hm2。全市地貌可概括為“四山三盆兩江一平原”，境內地貌類型多樣，地勢總趨勢由西南向東北傾斜，西、中、東3部屬山地丘陵，北部是紹虞平原。境域內河流密布，湖泊眾多，素以“水鄉澤國”之稱而享譽中外。截止2015年底，全市下轄3區2市1縣，共118個鄉鎮與街道，總人口約為483萬人，自然增長率為9.38‰，GDP總量位居全省第四。

圖1 遙感影像分類

1.2 數據來源與方法

該文土地利用數據選用1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年7期Landsat分辨率為30m的 TM/ETM遙感影像作為數據源。結合研究區遙感影像的分辨率，采用中科院土地覆蓋分類系統一級類，將土地利用類型劃分為未利用地、建設用地、草地、水域、林地和耕地6類[22]。主要采取監督分類方法里面的最大似然法對7期影像進行分類，采用混淆矩陣法進行分類精度評價，得出整體精度為98.956 3%，Kappa系數為0.901 2，分類精度較高(圖1)。社會經濟數據來源于《紹興統計年鑒》(2000～2015年)。

2 研究方法

2.1 土地變化模型

主要選用土地利用/覆被變化指數，土地利用變化軌跡進行分析。土地利用/覆被變化指數參照劉瑞等[23]的研究成果，土地利用/覆被凈變化量指數(Dj)能夠反映不同土地利用類型的絕對變化量。

Dj=MAX(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)-min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)=∣P+j-Pj+∣

(1)

土地利用/覆被交換變化量指數(Sj)能夠反映區域內不同土地利用類型間的相互轉換的總量。

Sj=2×min(Pj+-Pjj，P+j-Pjj)

(2)

土地利用/覆被總變化量指數(Cj)能夠綜合反映某一土地利用類型的絕對與交換變化量。

Cj=Dj+Sj

(3)

式(1)～(3)中，Pj+表示T1時點土地利用/覆被類型j的總面積百分比； P+j表示T2時點j種土地利用/覆被類型的總面積百分比； Pjj表示一定時期內j種土地利用/覆被類型保持不變的面積百分比。

2.2 土地變化軌跡模型

通過結合7個不同時間段的圖層來表示土地利用變化軌跡，利用ArcGIS10.2軟件將7個時間段的圖層疊加在一起，形成一幅包含各個時間段斑塊的圖層，每個圖斑賦值7個時間段的土地利用編碼。其中，A表示耕地； B表示林地； C表示草地； D表示水域； E表示建設用地； F表示未利用地。建立土地利用變化軌跡的模型，分別用A～F 6個字母按照1980-1990-1995-2000-2005-2010-2015的順序表達每個斑塊的土地利用變化軌跡。

3 土地利用/覆被變化分析

3.1 土地利用結構分析

紹興市2015年主要土地利用類型為林地、耕地、建設用地、水域，四者的土地總面積占全市總面積的98.10%。近35年來，建設用地面積呈上升趨向，由1980年的2.511 2萬hm2(3.09%)迅速上升到7.918 5萬hm2(9.74%)，可見經濟建設的發展以及人口的迅速增長對建設用地的強烈需求，且幾乎90%的建設用地是由耕地轉換而來。同時，耕地面積先緩慢下降， 2000年后迅速下降，面積由1980年的28.286 3萬hm2(34.79%)下降到23.875 3萬hm2(29.36%)； 而林地面積從1980年的45.874 6萬hm2(56.42%)緩慢增加到1995年的46.368 5萬hm2(57.02%)，之后又緩慢下降到2015年的45.706 0萬hm2(56.21%)，總體變化不大； 水域面積整體呈下降趨勢，其中2000～2010年小幅度上升且穩定不變，由1980年的3.058 3萬hm2(3.76%)到2015年的2.269 5萬hm2(2.79%)， 88%以上變化的水域面積轉化成了耕地。相對于紹興市4種主要的土地利用類型，草地、未利用地占總利用面積較少，分別占1.90%、0.004%，草地面積幾乎沒有變化，而未利用地從1980年的0.06%下降到0.004%，幾乎全部轉換成其他類型的土地，可見紹興市的土地幾乎都處于開發利用狀態。

圖2 土地利用類型變化趨勢

3.2 土地利用轉移矩陣

由于土地利用是一個動態的過程，各個時期的土地利用類型或多或少的有所變化。如表1所示，土地利用總變化量由大到小依次是：耕地>建設用地>水域>林地>草地>未利用地，其中林地和草地以交換變化為主，耕地、建設用地和未利用地的轉化以凈變化量為主，水域的變化以凈變化和交換變化為主。

1980～2015年，土地利用類型變化按增加率大小排序依次是：建設用地>草地； 按減少率大小排序依次是：未利用地>水域>耕地>林地(表2)。35年來，耕地的流失面積為5.653 8萬hm2，而補入面積僅僅為1.242 8萬hm2，其中1.060 9萬hm2(占補入面積的85.36%)由水域轉化而來。耕地1980～2015年凈流失面積達4.411 1萬hm2，期間有耕地轉化面積的83.09%流向了建設用地。期內共用15.59%的耕地流向其他土地利用類型，并且2000年以來，耕地流失速度加速，雖然沿海的1.060 9萬hm2水域開發成了耕地，但流失的速度遠大于補充的速度，耕地的保護工作壓力很大。

建設用地增幅最大，改革開放之后的35年建設用地增加了5.407 2萬hm2(215.32%)，國家經濟建設進入了輝煌的時代，紹興各區縣政府所在地周圍建設用地增多，吸引了許多企業來紹興投資建廠，尤其是越城區、柯橋區和上虞區的建設用地增加最多。林地與草地的面積總量沒有太大的變化，主要是這些土地類型一般都在丘陵地帶，人煙稀少，比較偏自然狀態，但其交換變化占比較大，期間部分林地流向了建設用地； 同時部分耕地流向了林地，這與國家1999年以來實施“退耕還林還草工程”密切相關。紹興市的水域面積自改革開放以來，面積由原來的3.058 3萬hm2減少到2015年的2.269 5萬hm2， 2015年幾乎是1980年水域面積的1/4，減少的水域面積大部分流向了耕地，少數變成了建設用地。未利用地雖然面積比較少，但在轉換為其他用地的過程中發揮了很大的作用， 93.36%的未利用地均被開發成了其他利用類型的土地，可見紹興市的土地利用率很高。

圖3 紹興市土地利用軌跡分布

圖4 1980～2015年土地變化總軌跡

表1 1980～2015年土地利用轉移矩陣 hm2

表2 1980～2015年紹興市土地利用類型轉換 %

表3 紹興市土地利用變化軌跡圖斑

面積(hm2)變化軌跡占比(%)面積(hm2)變化軌跡占比(%)449782B-B-B-B-B-B-B55 311427B-B-B-B-B-B-E0 18224172A-A-A-A-A-A-A27 571366B-B-A-A-A-A-A0 1723516E-E-E-E-E-E-E2 891260E-E-A-E-E-E-E0 1518839A-A-A-A-E-E-E2 321205D-D-D-D-A-A-A0 1516103D-D-D-D-D-D-D1 98983D-D-D-D-D-D-E0 1214314A-A-A-A-A-A-E1 76813C-C-B-C-C-C-C0 1013589C-C-C-C-C-C-C1 67794A-A-B-A-A-A-A0 105628A-A-E-E-E-E-E0 69773B-B-B-B-B-E-E0 105029D-D-D-D-D-D-A0 62734A-E-E-E-E-E-E0 094875A-A-A-A-A-E-E0 60676A-A-A-A-A-A-D0 084422A-A-B-B-B-B-B0 54637A-A-D-D-D-D-D0 082892D-D-A-A-A-A-A0 36614A-A-A-A-B-B-B0 082840B-B-B-B-E-E-E0 35465B-B-B-B-B-B-C0 061790A-A-A-A-D-D-D0 22409F-F-B-B-B-B-B0 051702D-D-A-D-D-D-D0 21402D-D-A-D-D-D-A0 051628A-A-A-E-E-E-E0 20385C-C-C-C-B-B-B0 05

3.3 土地利用變化軌跡分析

研究中發現，紹興市有32條較大的土地變化軌跡圖斑，占紹興市土地利用總面積的98.88%。由圖3、表3可看出，紹興市近35年來，長期不變的穩定的土地類型占全市土地面積的89.43%，林地占據了一半以上的比重，而變化的土地利用軌跡占10.57%。其中面積最大的是林地，占全區面積的55.31%，變化的林地占0.84%(其中在2005年、2010年、2015年分別轉移0.35%、0.10%、0.18%至建設用地，0.17%的林地于1995年變成了耕地， 0.06%的林地于2015年變成了草地)。其次是耕地， 1980年總占比為34.79%， 2015年總占比為29.43%，期間27.57%的耕地處于穩定不變的狀態， 6.76%的耕地發生了變化(圖4中， 1990～2015年耕地向建設用地依次轉移了0.09%、0.69%、0.20%、2.32%、0.60%、1.76%，共計5.66%)，耕地在1995年、2005年分別轉移了0.54%、0.08%到林地。草地與未利用地兩者主要轉移的土地類型是林地，其中草地在2005年轉移了0.05%，未利用地在1995年轉移了0.05%。最后是水域，主要的變化是流向了耕地，有的短暫變成了耕地后又變回了水域，占0.26%； 1995年、2005年、2015年分別有0.36%、0.15%、0.62%轉移到耕地，這些是轉移后穩定不變的。建設用地具有穩固性，幾乎不發生轉移的情況。綜合來看，人類活動與經濟建設頻繁的地區，土地利用類型變化比較活躍，尤其是越城區、柯橋區與上虞區。改革開放的35年來，紹興地區的經濟發展突飛猛進，土地利用變化活躍，土地結構不斷在調整，以適應該地區的社會經濟發展的需求。

4 結論與討論

基于紹興市1980～2015年共7期Landsat TM影像解譯數據，結合ArcGIS分析等技術手段，分析了1980～2015年7個時期的土地利用轉型情況，并在此基礎上分析了紹興市土地利用變化的軌跡。 最后，對經濟發達地區土地利用類型轉換的原因進行了探究，主要結論有3點。

(1)紹興市是經濟發達地區城市之一，全市林地面積(45.706 0萬hm2)占56.21%，其次是耕地(23.875 3萬hm2)、建設用地(7.918 5萬hm2)、水域(2.269 5萬hm2)，分別占比29.36%、9.74%、2.79%，這4種主要土地利用類型占紹興市土地總面積的98.10%。由于沿海灘涂的開發，導致水域不斷減少； 林地總量變化較小，建設用地飛速增加。

(2)從土地利用類型變化軌跡來看，紹興市土地類型沒有發生變化的面積占89.43%，為全區的主導，而變化的土地利用軌跡為10.57%。1980～2015年耕地變化軌跡占比最高(5.66%)，主要變化軌跡為耕地轉建設用地，分布在城市核心區邊緣； 水域轉耕地，占比為1.17%，分布在紹興東北圍墾區。林地轉化為建設用地，其占比為0.62%，分布比較分散。2000年以前，紹興市土地利用相對穩定； 2000年后變化強烈，轉化量增多。紹興市東北部平原和縣區核心區域是經濟發達地區土地利用變化的活躍區域。

(3)1980～2015年紹興市土地利用主要受到社會因素的影響。城市化的發展和人口的迅速增長，使城市人口和土地面積迅速增加，造成城市邊緣的農業用地轉化成了建設用地。經濟的發展和科技的進步，使人們的工作方式和生活方式發生了改變，大量的勞動力投入到第二、三產業，進一步導致了建設用地面積的增長。同時，沿海圍墾區的開發，影響了土地利用的軌跡。

紹興市土地利用變化是基于區域自然及社會條件，是在經濟發展、科技進步、人口增長、國家政策以及自然變化等多種因素共同影響下的結果。經濟、人口、科技、交通等因素是土地利用變化的顯著因素。下一步研究中，應全面綜合考慮影響土地利用變化驅動力的因素。

[1] 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.地理學報， 2009， 64(12)： 1411～1420

[2] 劉紀遠， 匡文慧，張增祥，等.20世紀80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局.地理學報, 2014，(1)： 3～14

[3] 吳明發， 歐名豪，廖榮浩，等.經濟發達地區土地利用變化及其驅動力分析——以廣東省為例.水土保持研究， 2012, 19(1): 179～183

[4] 郭軍庭， 張志強，王盛萍，等.應用SWAT模型研究潮河流域土地利用和氣候變化對徑流的影響.生態學報， 2014, 34(6): 1559～1567

[5] 彭建， 王仰麟，張源.滇西北生態脆弱區土地利用變化及其生態效應——以云南省永勝縣為例.地理學報， 2004, 59(4): 629～638

[6] 曹麗娟， 張冬峰，張勇，等.土地利用變化對長江流域氣候及水文過程影響的敏感性研究.大氣科學， 2010, 34(4): 726～736

[7] 郝振純， 蘇振寬.土地利用變化對海河流域典型區域的徑流影響.水科學進展， 2015, 26(4): 491～499

[8] Thomas R Loveland，William Acevedo.land cover change in the eastern United States.http：//landcovertrends.usgs.gov/east/regionalSummary.html.2006

[9] Lo Papa Giuseppe，Palermo Vanessa，Dazzi Carmelo.Is land-use change a cause of loss of pedodiversity?The case of the Mazzarrone study area，Sicily.Geomorphology， 2011， 135(3/4)：332～342

[10]葛靜， 王丹，楊萍果.臨汾市土地利用變化的格局分析及其對生態系統服務價值的影響.中國農業資源與區劃， 2016， 37(10)： 77～82， 87

[11]包安明， 陳云浩，史建康，等.干旱區不同土地利用類型的時空分形特征研究——以塔里木河干流區域為例.干旱區地理， 2009, 32(5): 761～768

[12]張鳳榮. 半干旱區土地利用變化及其驅動力與土地可持續利用——基于內蒙古自治區伊金霍洛旗的案例分析.資源科學， 2011, 33(11): 2041～2046

[13]王祺， 蒙吉軍，毛熙彥.基于鄰域相關的漓江流域土地利用多情景模擬與景觀格局變化.地理研究， 2014, 33(6): 1073～1084

[14]馬晴， 李丁，廖杰，等.疏勒河中下游綠洲土地利用變化及其驅動力分析.經濟地理， 2014, 34(1): 148～155

[15]王紅營. 基于遙感的華北平原農業土地利用時空變化特征及驅動力分析.石家莊：河北師范大學， 2016

[16]劉永強， 龍花樓.黃淮海平原農區土地利用轉型及其動力機制.地理學報， 2016, 71(4): 666～679

[17]韓會然， 楊成鳳，宋金平.北京市土地利用變化特征及驅動機制.經濟地理， 2015， 35(5)： 148～154， 197

[18]楊爽， 馮曉明，陳利頂，土地利用變化的時空分異特征及驅動機制——以北京市海淀區、延慶縣為例.生態學報, 2009，(8)： 4501～4511

[19]李曉文， 方精云，樸世龍.近10年來長江下游土地利用變化及其生態環境效應.地理學報， 2003, 58(5): 659～667

[20]吳健生， 曹祺文，石淑芹.基于土地利用變化的京津冀生境質量時空演變.應用生態學報， 2015, 26(11): 3457～3466

[21]徐蘭， 羅維，周寶同.基于土地利用變化的農牧交錯帶典型流域生態風險評價——以洋河為例.自然資源學報， 2015, 30(4): 580～590

[22]劉紀遠， 張增祥，莊大方，等.20世紀90年代中國土地利用變化時空特征及其成因分析.地理研究， 2003, 22(1): 1～12

[23]劉瑞， 朱道林.基于轉移矩陣的土地利用變化信息挖掘方法探討.資源科學， 2010, 32(8): 1544～1550

[24]楊魯永. 連云港海岸帶土地利用變化及其生態承載力研究.南京：南京大學， 2014

[25]高佳， 李世平，李文婷.遼寧省土地經濟密度時空特征及驅動力分析.中國農業資源與區劃， 2014, 35(5): 30～37