城郊土地利用的格局特征及類型區劃研究
——以徐州市銅山區為例

李國慶，馬曉冬

(1.江蘇師范大學 地理測繪與城鄉規劃學院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇師范大學 區域與城市研究中心，江蘇 徐州 221009)

0 引 言

城郊是一個客觀存在的、位于城市與鄉村之間的交錯區域，是一種經濟、人口等相互滲透與擴散的過渡地帶.土地是城鄉發展空間擴張的首要載體，隨著城市化的推進，城市功能空間不斷向郊區延伸，并深刻影響著郊區的土地利用，使得城市郊區成為城市土地利用變化最劇烈的地區[1].城郊土地利用因其復雜性、易變性的特點，成為土地利用變化研究的熱點，國內外學者對此也展開了大量研究[2-3].由于我國的城市化進程起步較晚，對城市郊區土地利用的研究最早開始于20世紀80年代后期，研究主要是對理論概念[4]、范圍界定[5]等的研究.進入21世紀以來，城郊土地利用研究進入快速發展階段，這一時期的研究以實證研究為主，研究內容主要涉及土地利用的發展模式[6]、格局特征[7]、驅動因素[8]、模擬預測[9]以及生態安全評價[10]等方面，研究成效顯著.但是我國目前仍處于快速的城市化發展階段，城市郊區的土地利用在城市蔓延過程中受城市作用力的影響，形態格局不斷發生變化，在這一過程中仍不免會出現種種復雜問題，因而繼續推進對城郊土地利用的研究非常重要.銅山是徐州市撤縣改區最晚的區，且該區呈環狀圍繞在徐州主城區外圍，因此將銅山區作為城郊土地利用研究的實證區，具有一定的典型性.本文選取銅山區為研究區，探討城市化進程中銅山區土地利用變化與空間格局特征，對于深化認識城郊土地利用變化規律以及優化城郊土地利用結構具有現實意義.

1 研究區概況

銅山區位于江蘇省西北部，徐州市西南部，東與邳州市搭界，南部、西部與安徽省宿州市毗連，西北部與豐縣、沛縣相鄰，東北部瀕臨微山湖與山東省微山縣接壤，其行政范圍環繞在徐州主城區外，有徐州城的“金腰帶”之稱.銅山區屬華北平原區之魯南南緣低山丘陵與黃淮沖積平原過渡帶，境內西北、東南系黃泛沖擊平原，地勢平坦，河道縱橫，東北、西南與東南部分地區為丘陵地區，京杭大運河橫貫北部，廢黃河自西北而東南穿越區境.這些因素導致銅山區的土地利用類型多樣化程度較高，不同區域的土地利用具有明顯的地域分異性.截至2014年末，全區下轄23個鄉鎮，一個國家高新技術產業開發區，土地總面積2004.03 km2，總人口131.56萬，人均GDP為63490元，稍高于全國平均水平.

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

采用的數據包括2009年和2014年兩期土地變更調查數據，以及相關年份統計年鑒.土地變更調查數據由銅山區國土資源局提供，數據時間跨度不大，但數據精度高，能真實反映銅山區土地利用現狀.本文首先在土地利用規劃分類系統基礎上，結合銅山區土地利用本底情況，將全區土地進行統一的分類，包括耕地、園地、林地、其他農用地、城鎮建設用地、農村居民點用地、交通運輸用地、水域和自然保留地9種土地利用類型.在此基礎上，采用土地利用動態度指數和土地利用程度綜合指數定量分析研究區土地利用變化；選取景觀指數測度研究區土地利用的空間格局特征；在此基礎上構建指標體系，進一步對研究區劃分利用類型分區.

2.2 土地利用分析

(1)土地利用動態度指數.在一定時間段內，不同土地利用類型的數量變化情況是存在差異的，這是多種因素共同作用的結果，土地利用動態度指數可以對這種變化速度進行度量，進而定量描述各類用地間的變化差異，計算公式為：

(1)

式中：K為研究期內某一土地利用類型的動態度；Ua、Ub分別為研究期初與期末該土地利用類型的數量；T為研究時段；

(2)土地利用程度指數.土地利用程度是土地本身開發利用廣度與深度的表征，也是人類與自然環境對土地利用綜合作用的結果，通常用土地利用綜合程度指數度量.土地利用綜合程度指數不僅反映一定時期內的土地利用程度，同時研究期內該指數的變化也可以反映整個區域土地利用程度的變化，計算公式為：

(2)

式中：La為土地利用程度綜合指數；Ai為第i類土地利用程度分級指數；Ci為第i類土地利用程度面積百分比；n為土地利用程度分級數.

2.3 空間格局分析

本文空間格局分析選用景觀指數表征，主要包括：(1)規模格局，選用斑塊數量和平均斑塊面積；(2)形態格局，選用形狀指數和分裂度指數；(3)結構格局，選用蔓延度指數和香農多樣性指數.引入網格分析法探討景觀指數的空間內部差異，參照研究區大小范圍，通過對1 km、2 km、3 km、4 km、5 km的網格進行調試，3 km×3 km網格能較清晰地展示銅山區景觀指數密度，且3 km×3 km所劃分的網格數量適中，能夠滿足Kring插值法對樣本數的要求，因此本文采用3 km×3 km網格.具體操作過程為：在ArcGIS軟件中生成與研究區相契合的大小為3 km×3 km的網格共256個，運用FRAGSTATS軟件計算每個網格的景觀指數，并采用Kring插值法對計算結果進行插值，得到2014年銅山區景觀指數空間分布圖.

2.4 土地利用分區

(1)主成分分析法.采用主成分分析法評價銅山區土地利用綜合狀況，主成分分析法能夠減少指標間的相關性，避免因信息重疊對結果造成的不利影響，是土地利用綜合分區研究的理想工具，分析步驟詳見參考文獻[11].

(2)聚類分析法.本文聚類分析過程在SPSS軟件中完成，采用歐式距離法計算銅山區所轄23個鄉鎮單位之間的相似性系數，并按一定閾值標準，以相似性系數最大化為原則將土地利用最為相似的兩個鄉鎮單位歸為一類型區.

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 土地利用幅度變化

對銅山區2009年和2014年兩期土地利用數據進行統計，分析土地利用變化幅度情況(表1)，結果顯示，近5年來，銅山區各土地利用類型均有不同程度變化，其中耕地以每年151.02 hm2銳減，共凈減755.09 hm2，在各土地利用類型中變化幅度最大，其次為城鎮建設用地，面積凈增724.35 hm2，以每年144.87 hm2增加.可以看出，銅山區的土地利用結構以農用地為主，2009至2014年其內部組成發生一定變化，而農用地的減少和建設用地的增加是變化的主要特征.

表1 2009-2014年銅山區土地利用變化

3.1.2 土地利用動態變化

如表1所示，2009-2014年銅山區各種土地利用類型中，交通運輸用地動態度最大，為3.63%，其次是城鎮建設用地，為1.38%，其他用地類型動態度均未超過1%.銅山區呈包圍狀分布在徐州中心城區周邊，是建成區對外擴張和交通對外延伸的天然主要陣地，特別是2010年銅山區撤縣設區后，更是加快了銅山區城市建設的步伐，這些因素均為銅山區城鎮建設用地和交通運輸用地動態度遠大于其他土地利用類型的主要原因.耕地動態度最低主要是因為其面積占全區總面積54%以上，基數比較大，導致耕地雖然面積變化幅度最大，但動態度仍相對較低，僅為0.14%.

3.1.3 土地利用程度變化

根據計算結果，如表2所示，銅山區土地利用程度綜合指數分別為300.66(2009年)和301.73(2014年)；變化量為正數，表明近年來銅山區土地利用程度整體上呈上升趨勢，這與建設用地比重的上升有關，居民點和交通用地的不斷擴張，使得銅山區土地利用類型加速向分級指數最高的城鎮聚落用地級轉變，綜合指數隨之提高.而變化率僅為0.36%，表明從整體上看銅山區土地資源的開發力度不高，建設用地總量占比仍處于較低水平，以農用地為主的用地結構沒有發生根本改變.

表2 2009-2014年銅山區土地利用程度變化

3.2 空間格局分析

3.2.1 規模格局

斑塊數量(NP)和平均斑塊面積(MPS)用來衡量不同區域間各類型斑塊的規模差異性.如圖1所示，斑塊數量在漢王鎮、茅村鎮和大許鎮西部一帶形成3個高值區，而低值區分布較為分散，大致分布在北部的大彭鎮、利國鎮和南部棠張鎮等地區.平均斑塊面積對比斑塊數量可看出具有較高負相關性，在斑塊數量較多的漢王鎮及其周邊地區形成較為明顯的低值區，表明該地區存在數量較多的小面積斑塊，使得斑塊整體上異質性程度較高.而高值區主要位于北部靠近微山湖的鄉鎮部分地區以及銅山街道的北部區，這些地區存在數量較多的大面積斑塊，斑塊異質性相對較低.

圖1 規模格局空間分布(斑塊數量、平均斑塊面積) Fig.1 Spatial distribution of scale patterns(NP、MPS)

3.2.2 形態格局

形狀指數(LSI)反映了斑塊形態的不規則和復雜程度，其測度值受自然環境和人為因素的雙重影響.如圖2所示，指數在茅村鎮和漢王鎮的周邊一帶有2個高值區，表明該地區各用地類型斑塊形態不規則，較為復雜.指數的低值區則主要位于北部的何橋鎮和馬坡鎮，表明該地區斑塊形態的復雜程度低，即存在數量較多且形狀較為規整的斑塊.

分裂度指數(SPLIT)反映了斑塊形態的破碎化程度，空間分布上看，指數在北部何橋鎮、馬坡鎮等鄉鎮及南部伊莊鎮形成低值區，表明該地區斑塊的破碎程度低；同時在棠張鎮及附近的銅山街道、新區街道、三堡街道地區形成高值區，棠張鎮園地占銅山區園地面積總比重的24.42%，且3個街道的建設用地比重高，園地和建設用地的大面積存在使得優勢地類即耕地的完整性較差，斑塊的破碎程度高.

圖2 形態格局空間分布(形狀指數、分裂度指數) Fig.2 Spatial distribution of morphological patterns(LSI、SPLIT)

3.2.3 結構格局

蔓延度指數(CONTAG)反映了不同斑塊類型的團聚程度或延展趨勢，如圖3所示，指數在何橋鎮、黃集鎮和馬坡鎮等西北部鄉鎮一帶形成高值區，該地區用地類型以耕地為主，優勢斑塊類型對整體的控制作用強，斑塊間具有良好的連接性；并且在中部的漢王鎮及其周邊形成低值區，表明該地區優勢斑塊類型控制力較低，各用地類型斑塊表現出交錯鑲嵌分布的密集格局.

圖3 結構格局空間分布(蔓延度指數、香農多樣性指數) Fig.3 Spatial distribution of structural patterns(CONTAG、SHDI)

香農多樣性指數(SHDI)反映了各用地類型分布的多樣性程度，從空間分布上看呈現出較為明顯的階梯分布特征，即高值區集中分布在銅山街道、漢王鎮、茅村鎮等市區周邊地區，以此為中心向四周方向擴散并逐漸遞減，在距市區相對較遠的何橋鎮、黃集鎮一帶形成低值集聚區.主要是因為市區周邊地區受人類活動影響較大，土地利用類型多樣化程度高，而低值區所在地多為以耕種為主的農業區，用地類型較為單一，耕地占比遠高于其他用地類型.

3.3 土地利用分區

銅山區“三片平原三片山，中間橫穿廢黃河高灘”的地貌特征，加之環抱徐州市的獨特行政區劃格局，導致了土地利用形態的巨大差異.本文以銅山區23個鄉鎮為基本單元，在前文分析基礎上，從土地利用、空間格局和社會經濟三方面入手，選取14個評價因子構建土地利用分區綜合指標體系，詳見表3.通過因子分析法簡化指標，其KMO檢驗值為0.613，Bartlett球形度檢驗的相伴概率為0.000，小于顯著水平0.05，適合進行因子分析.采用方差極大法旋轉載荷矩陣，按照特征值>1和貢獻率>80%的原則，提取出前4個主因子(F1，F2，F3，F4)，其特征值、貢獻率、累積貢獻率及各因子載荷系數見表3.以簡化后的4個因子作為變量，對標準化后的變量進行聚類分析，遵循區域整體性原則對聚類結果進行局部修正后，將研究區23個鄉鎮劃分為5種類型(圖4).

表3 旋轉后的主成分載荷矩陣

3.3.1 南部城市主體功能區

城市主體功能區毗鄰徐州市建成區，土地開發程度和經濟發展水平高，人口密度和建設用地比重均高于其他地區，是銅山區城市建設的核心區和人口聚集地.應充分發揮自身區域優勢和土地經濟優勢，積極發展高新技術產業，提高經濟發展對整個地區的帶動作用.同時嚴格按照城鎮總體規劃的要求，在統籌利用存量土地資源的基礎上，充分挖掘目前建設用地內部的利用潛力，建立集約高效的土地利用模式；注重對城市內部綠色空間的營造，建設一批可供人們日常休憩的綠色場所，改善人居生活環境.

3.3.2 北部城鎮工業發展區

城鎮工業發展區位于銅山區北部，是銅山區北部重點建設區，工業布局及城鎮建設較為集中，擁有良好的工業發展基礎，未來可作為徐州市工業企業外遷和外來企業進駐的承載地，分散主城區的人口壓力和交通壓力.應進一步完善交通基礎設施建設，為企業發展創造良好的外部環境，并注重對自身產業結構進行優化升級；同時也要注意到該區緊鄰微山湖，也要重視對生態環境的保護，鼓勵建設一批環境友好型工業園區，并積極開展污染減排治理工作，避免在未來發展過程中因過度開發而破壞生態環境.

3.3.3 西部都市休閑區

都市休閑娛樂區即漢王鎮，漢王鎮東鄰銅山區建成區，北接徐州云龍湖風景區，地理位置優越，境內山脈連綿，河流縱橫，境內有拔劍泉、鳳嶺山等諸多自然和人文景觀，以及月亮灣等一批生態產業資源，素有山水一色、民豐物阜之稱，被喻為徐州后花園.應充分依托自身自然和文化旅游資源，積極扶植農民建設家庭農場、農家樂項目，通過拓展生態采摘、觀光游玩等生態旅游項目提升農業副加值，努力發展成為徐州及周邊地區市民“近郊游”、“假日游”的首選之地.

3.3.4 東部生態涵養區

生態涵養區位于銅山區東部，土地開發程度低，林地比重遠高于其他地區，為銅山區主要的林業生產基地.該區擁有趙疃林場、呂梁山風景區等一批生態資源，植被保存較好，承擔著生態涵養與維護的任務，生態敏感性較高，應采取劃定生態紅線等手段維護當地生態系統服務功能.同時依托呂梁山風景區發展生態旅游，逐步打造以生態觀光、休閑娛樂等為主要功能的城市外圍綠色空間，吸引市區人口在周末、假期期間前來觀光旅游，在滿足生態環境保護的同時適當開發旅游潛力，帶動地區經濟發展.

圖4 銅山區土地利用綜合分區 Fig.4 Comprehensive regionalization of land-use of Tongshan District

3.3.5 外圍農業保障區

農業保障區涉及鄉鎮多遠離城市建成區，用地類型相對單一，耕地比重高達64.27%，同時土地利用的破碎度低，斑塊較為規整，是以糧食生產為主的農業區，承載著全區糧食生產安全保障的任務，不適宜進行大規模、高強度的工業化和城鎮化開發.未來應加強農業基礎設施投入力度，結合中低產田改造和基本農田保護區建設，逐步形成大面積的優質糧食產區；嚴格控制耕地資源流失，通過土地整理、復墾開發等措施補充耕地資源，保障耕地總量的動態平衡.

4 結 論

(1)2009-2014年，銅山區土地利用變化主要表現為農用地的減少和建設用地的增加，各土地利用類型動態度由大到小依次為交通運輸用地>城鎮建設用地>水域>園地>農村居民點用地>其他農用地>林地>自然保留地>耕地.銅山區土地利用程度整體上略有上升，土地利用程度高值區和低值區在空間上呈現出交叉分布的格局特征.

(2)各景觀指數在空間格局上都表現出明顯的地域差異性，東南部和西北部鄉鎮的土地利用普遍表現出較低的多樣性，用地類型相對單一，同時破碎化程度低，斑塊較為規整，而西部和東北部等臨近徐州中心城區的鄉鎮受自然環境或人類活動影響，用地多樣性水平高，且斑塊形狀較為復雜，破碎化程度高.

(3)從土地利用、空間格局、社會經濟三維度構建土地利用分區綜合指標體系，采用主成分分析法簡化指標后，通過系統聚類將銅山區劃分為5種類型：南部城市主體功能區、北部城鎮工業發展區、西部都市休閑區、東部生態涵養區和外圍農業保障區，并分析各分區土地利用特征和未來發展方向.

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