東莞市1987—2021 年土地利用變化及驅動分析

張 濤,徐軍朋*

（1.東莞市測繪院，廣東 東莞 523000）

土地利用信息的快速、高效、準確獲取是區域土地利用研究的基礎，如何更準確地估算LUCC一直是國際遙感和應用界的研究重點和熱點[1-2]。Landsat衛星遙感影像由于存檔數據時間長，空間分辨率高并可以免費獲取，已成為LUCC定量估算的重要遙感影像來源；監督與非監督、面向對象法等分類方法成為獲取區域土地利用變化信息的重要途徑[3-5]。不同學者通過利用Landsat影像信息獲取區域土地利用變化信息，完成對快速城市地區城市擴張、時空格局、環境影響的分析[6]。

珠江三角洲地區是我國改革開放的前沿陣地，城市化發展速度位居我國首列[7-8]。東莞市在35 a的時間里，完成農業縣到GDP過萬億、人口過千萬的大都市轉變，創造了我國城市化過程的奇跡[9-10]。本文以1987—2021 年間15 期Landsat 遙感影像解譯的東莞市土地利用/覆被（LUCC）數據為基礎，分析城市化過程中不同階段土地利用類型的變化及其驅動因子，以期更好地認識東莞市土地利用格局演變，為東莞市后期國土空間規劃與發展提供一定借鑒。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

東莞市位于珠江口東岸，廣東省中南部，東北毗鄰廣州，南部連接深圳，研究面積為2 461.46 km2。全域呈現南高北低的地勢，南部為山地區，中北部為地勢低凹的圃田區，西北區域為河流入海口的水鄉片區，西南部主要是沿海區域。

1.2 數據來源

本文從USGS（http://glovis.usgs.gov/）網站獲取了東莞市1987—2021 年間的15 期Landsat 遙感影像；采用SVM 分類算法和目視解譯修正形成了15 期長序列LUCC 數據；經精度驗證總體分類精度達到86.87%，kappa系數為0.83，可滿足相關分析工作[5]。

基于相關研究文獻[11]，并結合東莞市面積小、自然資源變化不大的特征，本文以經濟因子為主要因素分析區域土地利用變化。搜集了東莞市歷年統計年鑒、東莞年鑒以及鎮街年鑒，以大約10 a 間的變化節點，整理了1987 年、2001 年、2011 年和2021 年東莞市及各鎮街GDP、常住人口、財政收入等統計數據以進行土地利用變化的驅動因子分析。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用度

綜合土地利用動態度（式(1)）反映區域土地利用類型在研究時段內的數量變化[12]。

式中，LC為綜合土地利用動態度；T為研究時間長度；LUi為研究時段初期土地類型的面積；?LUi-j為土地利用類型轉化面積的絕對值。

1.3.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣（式（2））可統計不同土地利用類型之間相互轉換的數量關系，直觀反映一定時間尺度內社會發展背景下不同土地利用類型分布轉換的方向與結構特征，可有效分離出不同類型的變化特征[13]。

式中，Sij為研究時段初期第i類土地利用類型轉為末期j類土地利用類型的總面積；n為區域土地利用類型總數量。

1.3.3 標準差橢圓

標準差橢圓可完成對不同土地利用類型的空間統計，根據不同土地利用類型在不同時間的質心位置（式3）、方位角（式4）、長軸和短軸（式5）等，綜合判斷空間移動趨勢[14]。

式中，xi、yi為區域幾何中心坐標；wi為權重；θ為橢圓方位角；x’i、y’i分別為區域中心道平均中心的坐標偏差。

2 東莞市土地利用變化

2.1 土地利用格局特征

1987—2021 年，東莞市土地利用類型的空間分布發生了較大的變化（圖1）。1987 年，西北部以耕地為主，南部與東部以林地為主，草地主要分布在中部地區，水體主要在西部區域分布，建設用地則以全域點狀分布為主，僅在西北部莞城街道附近呈現塊狀分布。后續階段，建設用地的擴張是主要變化類型，呈現沿道路分布、擴張的特征，到2001 年形成沿石龍鎮、莞城街道、厚街鎮、虎門鎮和長安鎮連續條帶狀分布；西部地區的耕地減少嚴重。耕地持續大范圍減少到2011 年基本穩定，南部和東部林地類型開始呈現減少趨勢。2021 年呈現以建設用地和林地分布為主導的用地格局，建設用地在全域呈現連片分布，空間占比最高；林地主要在南部和東部山地區域聚集分布；耕地則全域呈現零星點狀分布。

總體上看，1987—2021年建設用地呈現點狀、塊狀、連片分布的擴張趨勢，空間完整性逐步提升；耕地從片狀分布縮減到點狀分布，空間分布破碎化；林地主體未發生較大偏移，但外圍不斷收縮；草地和裸地則減少嚴重，僅有少部分區域分布；水體則主要為河流、海域和水庫，空間變化不大。

2.2 數量結構變化

1987 年全市土地利用類型中，耕地面積最大為977.87 km2，占全市面積的39.73%；林地的面積為550.51 km2；草地、水體和裸地的占比分別是15.29%、12.59%和6.11%；建設用地的面積最小為86.52 km2（3.92%）。從鎮街范圍看，樟木頭鎮的林地比例最高為75.02%，17 個鎮街的林地比例低于1%；耕地方面，高埗鎮的占比最高為73.84%，12個鎮街的耕地面積占比超過50%，樟木頭最低為13.26%；莞城街道的建設用地占比最高，接近40%；謝崗鎮最低，只有0.88%。

1987—2021 年建設用地面積持續增加，從1987年的3.92%增長到2021 年的43.42%。耕地占比從39.73%持續降低到21.54%。林地在2001 年增加到最高，為26.99%。水體區域占比最高為1999 年的13.44%，最低為2015 年9.10%。裸地在1987—1993年快速增加達到峰值12.08%，2019 年最低占比為0.28%；草地占比則是從1987 年15.29%持續降低到2021年的0.09%。

2021年莞城街道的建設用地占比最高，15個鎮街的建設用地占比超過50%，僅有樟木頭鎮的建設用地比例低于20%。樟木頭鎮、黃江鎮和清溪鎮的林地占比超過50%；沙田鎮、石龍鎮和洪梅鎮的林地占比地域1%。耕地方面，松山湖的耕地占比最高為35.95%，莞城街道的耕地占比最低為5.81%。

總體看，1987—2021年東莞市建設用地面積增長最為明顯，耕地、草地、裸地基本持續降低，林地面積整體穩定。鎮街建設用地全域增加，但不同鎮街增加差異明顯；南部地區鎮街林地保有量較大，西北部水鄉片鎮街是主要的耕地分布區域。

2.3 相互轉變

1987—2001 年，林地轉出120.06 km2，主要向耕地、裸地、草地和建設用地轉移。草地有34.73%轉移為林地，5.62%轉移為耕地。耕地主要轉出為建設用地282.26 km2，占其轉出面積的52.65%。建設用地主要接收耕地轉入，占建設用地新增范圍的63.97%。水體轉出面積中31.00%轉移為建設用地。裸地轉出面積中，33.91%轉移為耕地，27.51%轉移為建設用地。

2001—2011 年，林地轉出的40.95%轉移為耕地，21.42%轉移為建設用地；草地轉出中，34.32%轉移為林地，31.55%轉移為耕地；耕地轉出中53.99%轉移為建設用地；建設用地轉入中52.25%來自耕地，25.75%來自裸地；水體減少面積中超過一半轉移為耕地，其次是建設用地；裸地轉出中的52.21%轉移為建設用地。

2011—2021 年，林地轉出中超過71.10%轉移向耕地；草地轉出量為56.32 km2，主要轉移為耕地；耕地轉出中67.66%轉移為建設用地；建設用地增加面積中56.09%來自耕地，22.06%來自裸地；水體和裸地主要轉移為建設用地。

總體看，1987—2021 年，林地轉出的146.80 km2中，46.19%轉移為建設用地，44.34%轉移為耕地；草地同樣主要轉移向建設用地和耕地；耕地轉出了714.67 km2，83.42%轉移為建設用地；建設用地增加的989.45 km2中，59.57%來自耕地，其次是草地18.28%、林地9.39%；水體和裸地主要轉移向建設用地和耕地。

建設用地變化是鎮街土地利用變化的主要類型，莞城街道增加面積最小為4.947 km2，虎門鎮的增加面積最大為65.57 km2；13 個鎮街建設用地增加面積在30 km2以上。耕地變化中，企石鎮的耕地減少最少為0.13 km2，沙田鎮減少最多36.90 km2，20 個鎮街的減少量在10 km2以上。林地在11 個鎮街呈現減少，鳳崗鎮減少最多為14.58 km2，松山湖管委會增加最高為20.5 km2。草地在大嶺山鎮、常平鎮、松山湖鎮減少較多。水體方面，長安鎮的減少量最大達到18.51 km2，松山湖管委會增加最多為3.02 km2；裸地則是23 個鎮街減少趨勢，松山湖減少量最大為15.36 km2。

2.4 發展方向變化

本文以變化最大的建設用地、耕地和林地進行空間結構變化分析（圖2）。

圖2 1987—2021年土地利用變化范圍標準差橢圓變化

結果顯示，建設用地的變化范圍在90年代相對靠西北區域偏移；2001—2011年呈現明顯的向東部移動的趨勢；2011—2021 年向西部和南部運動的趨勢。1987—2021年建設用地增加的范圍質心呈現自西北向東部繼而回歸中南部地區的變化趨勢。

耕地變化范圍的空間分布變化橢圓未發生較大變化；其變化范圍的標準差橢圓呈現明顯向西北部逐漸擴展的態勢，東部則呈現交替變化態勢；空間質心在2000年后向西部偏移。

林地變化范圍的標準差橢圓呈現較大的變化特征。2000 年前其主要在中部地區變化，標準差橢圓空間分布較小；2000—2011 年向西北部擴張，質心向南部偏移；2011—2021 年標準差橢圓和質心均呈現明顯的向西北部偏移的特征，同時標準差橢圓呈現擴大態勢。

2.5 土地利用變化度

東莞市1987—2021年綜合空間動態度評估結果表明，中北部地區土地利用的動態度最高，主要是寮步鎮、萬江街道、高埗鎮、東坑鎮、橫瀝鎮總體變化在1.6~2.0 之間；中部區域16 個鎮街相對集中，其變化度總體在1.2~1.6之間變化；東部謝崗鎮、清溪鎮、樟木頭鎮的變化度在0.4~0.8之間；其余鎮街主要在西部和南部的變化度在0.8~1.2之間。

3 討 論

3.1 自然環境對土地利用格局變化產生重要影響

自然環境是區域土地利用變化的驅動因素之一[16]。文中分析可發現，東莞市東南部和南部區域的林地以及草地是區域內建設用地擴張的主要對象；因其地形相對復雜，侵蝕難度較高且開始時間晚，造成林地重心逐漸向西部偏移。耕地作為主要被侵蝕對象主要分布在西部區域，一方面是耕地本底分布面積大，另外與耕地平坦的地勢特征密切聯系。同時西北區區域經濟發展相對緩慢，綜合形成耕地重心自西北向西南偏移的特征。但在2011 年后耕地越來越少及侵蝕難度越來越高，減少用地的侵蝕方向逐漸重點向林地、水體等轉移。總體看，自然環境的易侵蝕度一定程度影響了區域土地利用格局的演變。

3.2 人口和經濟發展推動土地利用變化

區域土地利用變化是人類社會發展與關鍵空間因子、土地資源不匹配所引起的綜合響應之一，也是自然系統、經濟系統及管理體制系統三重相互關聯、共同作用的結果[17]。

人口和經濟要素推動土地利用變化。區域范圍內人口數據的急劇增長直接刺激人居環境需求的變化，具體變現為城鎮居民住宅用地、公共基礎配套設施建設、工業用地建設等需求。前述可知，東莞市建設用地快速擴張；東莞市人口由1987 年的150萬人增長到2021 年1 047 萬人，增長了897 萬人，人口與建設用地的擴展呈現密切聯系，其二者發展速度基本一致；這也解釋了人口對自然資源的需求推動建設用地擴張。建設用地空間侵占耕地、林地等空間；另外農業人口自身的流失導致丟荒、撂荒等現象，體現出耕地面積的持續減少。綜合形成人口和經濟推動建設用地變化，進而影響其他土地利用類型空間變化。

建設用地發展初期，人口發展是主要推動作用。進而推動GDP和財政投入的增加，此后經濟要素的發展速度快于人口的增長速度，一方面是勞動密集型企業的減少，另外也是人口對GDP 推動的邊際效用降低。企業轉型、發展質量要求、土地成本（擴張與建設）使得發展對空間的需求相對降低，建設用地增長速度低于GDP。最后，東莞市不同鎮街快速發展背景下的不同鎮街發展速度差異，促進了鎮街建設用地擴張速度的差異，以及全域相關地類空間變化特征的差異性。

3.3 發展方向

高質量發展與耕地保護是當今發展的重要方向。如何有效阻止建設用地的持續擴張，保留耕地、林地、草地等生態空間，便成為區域發展與保護的重要課題。東莞市土地利用格局在經濟要素、自然要素、產業結構等方面綜合影響下，其總體變化較為強烈，建設用地急劇擴張；一定程度增加了地方對自然資源保護的壓力。同時，建設用地急速擴張背景下，空間利用率和質量不高基本是同步面臨的問題[18]。從建設用地內部提升已有建設用地空間的利用效率已成為迫切需求。因此，在新時期更發展背景下，地市應該在高度城市化最大實際的基礎上，結合生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界三條控制線劃定，發揮國土空間規劃和用途管制，有效平衡區域發展與保護；以區域城市建設與產業體系更新為牽引，推進城市高品質發展。

4 結 論

本文基于1987—2021 年的15 期遙感影像完成東莞市長序列土地利用數據的制作，并完成土地利用變化分析；采用土地利用度、轉移矩陣、標準差橢圓完成變化驅動力的分析。結果顯示：

1） 1987—2021 年東莞市建設用地、農地、草地和裸地的時空變化較為劇烈，林地小幅波動，水體基本穩定。建設用地增長最多，由1987年的96.52km2增加到2021 年的1 068.6 km2，增加了972.17 km2。耕地呈現持續降低的趨勢，從39.73%降低到2021 年21.54%，草地則是持續降低從1987 年的15.29%降低到2021年的0.09%。

2）建設用地呈現鎮街點狀分布極大增長到市域片狀分布，59.57%來自耕地，其次是草地18.28%；耕地破碎化嚴重，全市點狀、塊狀分布，主要轉移為建成區；林地主要分布在東莞南部地區三大林場附近，外圍逐步收縮。草地在城市化過程期間波動性最強，大量轉移為耕地、林地和建成區。全市土地利用變化空間橢圓變化不大，質心略有變化遷移。東部山地區域綜合動態度最低，鎮街動態度變化是各鎮街自然本底條件、土地利用類型比例、城市發展速度的綜合結果。

3）自然環境、人口與經濟發展對土地利用變化格局產生影響。土地利用格局劇烈變化背景下，推進發展與保護平衡是對地方政府的考驗。推動區域綜合發展的同時結合生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界三條控制線劃定，綜合利用國土空間規劃、用途管制等措施，提升城市發展的空間利用率與質量。