基于GIS的城郊結合帶土地利用覆被變化研究
——以武漢市黃陂區為例

趙澤平，張凱瑞，陳紅鳳，徐偉青，向婉婷，曹瀚文

（三峽大學水利與環境學院，湖北宜昌 443002）

土地利用覆被/分類是土地利用中基礎的技術實踐應用工作，可為土地利用結構調整和土地資源開發、監測和控制等方面提供理論依據，為土地管理和相關部門提供土地利用相關信息，有助于土地資源可持續發展[1]。隨著我國快速城市化，人類的活動范圍、活動程度逐年加大，土地資源的開發利用問題逐漸受到人們的廣泛關注。

近20年來，國內外已有較多學者對土地利用分類進行研究和分析，其中李亦佳等學者運用數理統計，空間分析和GIS等方法對南昌市1995-2015年的土地利用時空變化以及驅動因素進行了分析[2]；周霞等用動態模型來揭露了咸寧市2005-2015年間的土地覆被變化的相關特征，并對其相關的動力因素進行總結[3]；陳義菁等根據遙感圖像數據制作土地利用專題圖并對比分析重慶市北碚區土地利用類型變化，探索出影響土地利用分類變化的原因[5]。目前土地利用/覆被分類變化的研究多偏重于經濟發展較快的大型城市，而對于快速發展的特大城市下的城郊結合帶的研究相對較少。

本研究以武漢市城郊結合帶——黃陂區2000、2005、2010、2015和2018年五個時期的土地利用遙感影像數據為研究對象，結合當地人口、城鎮化以及社會經濟等因素對武漢市黃陂區的土地利用變化的影響，分析了城郊結合帶土地覆被變化的驅動因素。本研究有助于合理優化土地空間利用和科學調整產業布局，可為未來土地規劃等工作提供參考。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

黃陂區地處長江中下游北岸，位于平原向丘陵多山地勢過渡帶，地理位置跨越114°09′-114°39′E，30°40′-31°22′N，研究區內有低山區、丘陵區、崗狀平原區和濱湖平原區的四種地貌，形成全境“三分半山，一分半水，五分田”的格局[5]。區內光照條件充分，雨水充盈，地理條件優越，非常適宜農業的發展。

隨著近幾年中心城區——武漢的發展，黃陂區的經濟發展迅速，城市化水平明顯提高，建設用地大幅擴張。根據黃陂區2018年國民經濟和社會發展統計公報[8-9]可知，黃陂區2018年的GDP年增長率達到了17.1%，城市化水平增至18.2%，建設用地率為0.354‰，人均建設用地面積為0.71m2，人均耕地面積478.26m2。

1.2 數據來源

土地利用覆被相關數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，遙感地圖信息數據源主要是Landsat TM影像，在Landsat TM數據無法覆蓋或質量較差的區域，使用資源三號衛星影像和GoogleEarth影像等數據進行補充，以提高判讀和制圖精度[6-7]。在ArcGIS中進行數據提取、裁剪等步驟，得到黃陂區空間分辨率為30m×30m的2000、2005、2010、2015和2018年的土地利用覆被數據。結合研究區土地利用結構特征，將土地利用覆被分為6類：耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。

1.3 研究方法

土地類型的判別利用Lansat ETM+遙感圖像的光譜、紋理和色調等信息，經專家識別，結合地形圖目視解譯而成，采用空間疊加分析、土地利用動態度分析、空間轉移矩陣等方法[4]分析土地覆被變化及其空間分布規律。

2 結果與分析

通過分析各時期的土地覆被類型和特征可知，在武漢市黃陂區分布最廣的是林地和耕地，草地和未利用地在武漢市黃陂區的分布比較少；土地利用類型發生了較大變化，其中耕地的降低最為顯著，建設用地面積持續快速增長，林地和水域的變化程度較小。經過空間疊加分析得到黃陂區各時期土地利用面積變化趨勢和強度，結果見表1、圖1和圖2。

圖2 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區土地覆被類別變化趨勢圖

表1 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區各種土地利用類別面積統計

圖1 2000、2005、2010、2015、2018年黃陂區土地覆被類別空間分布圖

（1）2000-2005年，研究區的水域、林地、建設用地范圍相對擴大，草地、耕地、未利用地范圍相對縮小，且耕地的下降速率最大，反映了當地政府對退耕還林政策的實施十分到位，表明國家對土地利用相關問題在逐漸重視和改善。

（2）2005-2010年，研究區的林地、耕地、草地和水域的范圍相對下降了，建設用地以及未利用地的范圍有所增長，而建設用地的增長最顯著，增加了53.80 km2，建設用地面積占整體的5.40%；耕地的降幅最為明顯，降低了46.86km2，耕地面積占總面積的61.45%。這說明由于國家退耕還林政策的大力推進，耕地面積大幅減少，與此同時，城市的擴張和發展加速了建設用地的利用，使建設用地大幅增加。

（3）2010-2015年，研究區的建設用地的范圍擴大了，而耕地、草地、林地、水域的范圍均有所縮小。耕地面積減少了20.31km2，仍占總體的60.55%；建設用地面積增加25.66 km2后占總體的6.54%。反映了當地建設用地的規模調整模式是通過占用耕地的面積來促進農民住宅向集鎮、中心村集中，以此促進了當地的發展進程。

（4）2015-2018年，研究區的林地、草地、建設用地和未利用地范圍保持穩定并有一定地相對增長，耕地和水域范圍有所縮小，反映了當地政府對相關土地保護政策的有效落實。按照相關政策標準的要求，實行土地的保護和防護措施，由主管部門進行管控，因此使林地和草地得到了保護，在三年間面積保持穩定。

（5）2000-2018年，總體來說，研究區的土地覆蓋類型在18年間發生顯著改變，林地、耕地、草地和水域范圍都相對縮小了，而建設用地和未利用地在增長；其中建設用地的擴張最顯著，18年間擴大了106.75 km2，截至2018年由總體的2.73%增長至7.48%；耕地的下降最為顯著，18年間面積減少了97.16 km2；現占總體的59.80%；水域以及未利用地的改變較小。城市的快速擴張導致耕地數量大幅減少，人地矛盾進一步加大。相比較而言，研究區對建設用地的投入力度明顯加大，但建設用地并不能高效運轉，且產出效益比較低。

3 結論與建議

3.1 結論

本文以武漢市黃陂區作為研究對象，黃陂區在2000-2018年間土地覆被結構產生較大改變，主要的土地利用類型是耕地、水域、林地和建設用地，其中耕地、水域、林地和草地的范圍在縮小，18年間分別縮小了97.16 km2、1.24 km2、6.31 km2、2.28 km2，建設用地范圍卻大幅增長了106.75 km2，未利用地范圍增長了0.31 km2。

對比五期土地覆被類別空間分布圖的發展趨勢可知，五期的耕地和建設用地的發展趨勢相對保持穩定，耕地在持續降低，而建設用地卻持續上升，耕地自2000年后就一直呈持續下降狀態，五期耕地縮小的面積與建設用地所增加的面積大致相等，說明新增城鎮建設用地的主要來源是耕地；草地由最初下降狀態在2015-2018階段轉為上升狀態，表明國家的退耕還林還草的政策正在大力推行和實施，且已發揮了一定作用。水域和林地雖總體變化不大，面積卻在2000-2005年間上升但在2005年以后轉為下降趨勢，水域面積的變化與黃陂區內經濟發展相關。鑒于黃陂區有大量的水域面積，水產養殖業發達，2005年之前為促進該區經濟發展，政府大力促進養殖業發展，促使了水域面積的增加。此后，水域面積開始減少，是由于水產養殖對生態環境造成破壞，黃陂區大量水域污染，政府為保護生態環境開始減少水產養殖，因此水域面積沒有發生太大的變化。林地與水域也有不同，林地面積在2015年以后略有上升，一方面是國家退耕還林的政策，另一方面也是政府對環境保護的力度加大。另外未利用地的變化趨向并不明顯，保持著相對穩定。

3.2 建議

建設用地的擴張要在適應社會經濟發展的需要下進行，黃陂區建設用地的面積隨其經濟發展而增長，而城鎮化的發展趨勢更強，使建設用地的利用率不高，所以在保證建設用地規劃和態勢相對穩定的條件下，進一步改善城鎮利用空間，發揮資源優勢，提升和優化土地資源利用效率。

耕地是國之根本，耕地保護的責任很重，需要進一步改善農田的布局，推動農田資源合理利用，優先保護優質耕地，促進農業的可持續發展。黃陂區的戰略備用土地不足，以致全區耕地后備資源分布零散，開發難度大，迫切需要實施耕地保護政策。而且全區的環境保護工作需要加強，城鄉結合帶的環境保護設施配備不健全，污染嚴重，易使生態發生破壞，需要加強管理。