宜都市土地利用功能優化配置研究

關鍵詞土地利用功能；優化配置；生態安全；空間結構中圖分類號F301 文獻標識碼A文章編號 0517-6611（2025）13-0051-05doi：10.3969/j. issn. 0517-6611. 2025. 13. 011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on Optimal Allocation of Land Use Function in Yidu City

XU Zhi-yi， ZHANG Jia（School of Economics and Management， Yangtze University， Jingzhou，Hubei 434023）

AbstractRemotesensingimageandGIStechnolgywereusedtoidentify，lasifyandstisticallandusetypesin215nd22Spatial conectivityandologicalurityidexesealculatedyorpologicalatialptaalysis（MPA），ndlanduseplangsa riedoutbymulti-objectiveplannng（GMOP）TheresultshowedthatthelandusetypesinYiduCitychangedsignfcantlyfrom215to 2020.Theareaofliatedlndfstddosructiolndersdndteaofdenlandatesdotold increased，efletingteamicangesinhprocesofbaniooughtreaofulivatedlandndforestlnddeasdis proportionwsstilig，chodsmpotposiosefdsdatediporafalalo omyandecologicalprotetio;agsofstructionlanddoermecialldeftedtedsofubexpasioad cialdevelontealsisofholoicalspatialpatesowdthatthldspepatedsteompatednddivesiedte areaof hecoreareadcreasd，teareaofthefngeareandoerareasicreased，andeincreaseofMPAindexprovesthotiatio f helandsapsatialpatedaetoftotiidabilitfteolicaliontalysisfolo icalspatialpateowdtattedsapepatetestoeoroplediersifditdecreasneoadan increasentheperiphralandoterars.TeicreaseinMSPAindexprovedteoptizationoftespaialpateof telandscapadhe enhancement of the connectivity and stability of the ecological environment.

Key words Land use function;Optimal allocation;Ecological security;Spatial structure

土地利用功能是指土地在人類社會經濟活動中所承擔或能夠承擔的作用或職能，是土地利用類型與區域發展目標之間的橋梁。土地利用功能優化配置是在滿足區域發展需求和保護生態環境的前提下，通過調整土地利用類型的數量結構、空間分布和形態格局，使各類土地發揮最大效益和最佳效果的過程[1]。這是區域可持續發展的重要內容，也是土地利用規劃的核心目標。

目前，國內外學者在土地利用功能優化配置研究方面已取得了一些成果。從研究方法上看，主要有基于評價指標體系的方法、基于多目標規劃的方法、基于土地利用規劃的方法和基于耦合模型的方法等。從研究內容上看，主要包括土地利用功能的評價和分類、土地利用功能的空間分布和形態格局、土地利用功能的多目標規劃和優化配置等[2]。然而，現有研究還存在以下不足： ① 忽視了王地利用類型之間的空間聯系和生態安全性[3]，缺乏對形態空間格局分析（MSPA）的應用； ② 忽視了生態安全對城市土地利用功能和空間結構的影響，缺乏對生態安全約束條件的考慮[4]； ③ 忽視了土地利用功能之間的協同優化和整體發展，缺乏對耦合模型的構建[5] 。

宜都市是長江經濟帶的重要節點城市之一，是全國重要的水電基地和林業基地，也是湖北省重要的工業城市和農業城市，具有豐富的自然資源和生態價值以及復雜的社會經濟活動和土地利用需求。宜都市面臨著土地利用結構失衡、土地利用效率低下、土地利用生態效應不佳等問題，急需進行土地利用功能優化配置。筆者利用遙感影像和GIS技術，對宜都市2015和2020年的土地利用類型進行識別、分類和統計，通過形態空間格局分析（MSPA）[6-7]計算空間連接性和生態安全性指標[8]，并采用多目標規劃（GMOP）進行土地利用規劃，以期為宜都市的可持續發展提供科學依據，也為其他類似區域的土地利用功能優化配置提供參考[9]

1資料與方法

1.1研究區域概況宜都市位于湖北省西南部、長江中游南岸（圖1），是長江經濟帶的重要節點城市之一。全市總面積為 1 357km² ，人口為39.6萬。宜都市地處亞熱帶濕潤季風氣候區，年均氣溫為 17.2‰ ，年降水量為 1400mm 。地勢呈西高東低的特點，山地丘陵占總面積的 85% ，平原盆地占總面積的 15% 。宜都市不僅是全國重要的水電和林業基地，也是湖北省的重要工業和農業城市。其豐富的自然資源和優越的地理位置，使其在區域經濟發展中占據重要地位。

1.2數據來源及處理該研究選取以下數據：2015和2020年宜都市 1：100000 遙感影像數據，來源于中國國家測繪局；

2015和2020年宜都市 1：100000 土地利用現狀圖數據，來源于中國國家土地資源部；2015和2020年宜都市 1：100000 行政區劃圖數據，來源于中國國家統計局；2015和2020年宜都市社會經濟統計數據，來源于宜都市統計局。

為了確保數據的準確性和一致性，對以上數據進行了預處理和校驗；對遙感影像數據進行輻射校正、幾何校正、大氣校正和圖像增強等處理，以提高圖像質量和精度；對土地利用現狀圖數據進行投影轉換、拓撲檢查、屬性檢查和空間裁剪等處理，保證數據的一致性和完整性[\"]；對行政區劃圖數據進行投影轉換、拓撲檢查、屬性檢查和空間裁剪等處理，確保數據的準確性和有效性；對社會經濟統計數據進行數據清洗、數據轉換和數據分析等處理，保證數據的可靠性和合理性。

1.3 研究方法

1.3.1形態空間格局分析（MSPA）。形態空間格局分析（morphological spatialpatternanalysis，MSPA）是一種用于分析景觀空間結構和生態功能的方法。MSPA通過識別和分類景觀中的不同形態元素[]，如核心區、邊緣區、橋接區、孔隙、環道區、支線和孤島，來揭示景觀的空間格局及其生態功能。該方法在生態學、景觀規劃和環境保護等領域應用廣泛[12]

該研究采用MSPA方法對宜都市2015和2020年的土地利用類型進行形態空間格局分析[13]。首先，利用遙感影像和GIS技術獲取研究區域的土地利用數據；然后，通過MSPA軟件對這些數據進行處理和分析，識別出不同的景觀組分，并計算其面積和比例。具體步驟如下： ① 利用遙感影像和GIS技術獲取研究區域的土地利用數據，并進行預處理，包括影像校正、分類和矢量化等； ② 使用MSPA軟件對預處理后的數據進行分析，識別出核心區、邊緣區、橋接區、孔隙、環道區、支線和孤島等景觀組分[14]； ③ 計算各景觀組分的面積和比例，分析其空間分布特征。通過MSPA分析，能夠詳細了解研究區域的景觀格局變化情況，為未來的土地利用規劃和生態保護提供科學依據。

1.3.2多目標規劃（GMOP）。多目標規劃（goalmulti-objec-tiveprogramming，GMOP）是一種用于解決具有多個目標的優化問題的方法。GMOP通過同時考慮多個目標函數，尋找能夠在不同目標之間達到最佳平衡的解決方案[15]。該方法廣泛應用于資源管理、環境保護、城市規劃等領域。

該研究采用GMOP方法對宜都市的土地利用功能進行優化配置。具體步驟如下：

（1）確定目標。確定研究區域的主要土地利用目標，包括農業生產、生態保護、城市發展等。

（2）建立模型。建立多目標規劃模型，定義各目標函數和約束條件[16]。目標函數可以表示為：

其中： Z 為綜合目標函數； w_i 為目標 i 的權重 為目標 i 的函數。

（3）求解模型。利用多目標優化算法（如遺傳算法、粒子群優化等）[17]對模型進行求解，尋找最優的土地利用配置方案。優化函數可以表示為：

f（x）={f₁（x），f₂（x），…，f_k（x）}

其中 ?f（x） 表示目標函數； x 為決策變量 sf₁（x），f₂（x），… f_k（x） 為多個目標函數。通過優化算法，尋找使得目標函數達到最優的決策變量 x 。

（4）評估與選擇方案。通過對比分析不同方案的優劣，選擇最符合實際需求的土地利用優化配置方案。

通過GMOP方法，能夠在多個目標之間找到最佳平衡，為宜都市的土地利用規劃提供科學依據和決策支持，促進土地資源的可持續利用和經濟社會的協調發展。

2 結果與分析

2.1宜都市土地利用類型變化分析從表1可以看出，2015—2020年宜都市土地利用類型發生了明顯變化。耕地面積從 430.93hm² 減少至 428.81hm² ，減少了 2.12hm² ，變化率為-0. 49% ；林地面積也從841.89 hm² 減少至838.64hm² ，減少了 3.25hm² ，變化率為 -0.39% ;耕地和林地的減少可能與城市化進程和基礎設施建設有關，這些土地可能被轉為建設用地或其他用途。園地面積從 0.17hm² 增加至 0.55hm² ，增加了 0.38hm² ，變化率為 223.53% ，表明可能有更多的土地被用于果園或其他園藝用途，這可能與農業結構調整和經濟作物種植有關。水域面積從 0.39hm² 增加至0.45hm² ，增加了 0.06hm² ，變化率為 15.38% ，可能與水資源管理和保護措施的加強有關。建設用地面積從 52.34hm² 減少至 50.95hm² ，減少了 1.39hm² ，變化率為 -2.66% ，可能反映了城市規劃和土地利用政策的調整。其他商業用地面積從 31.28hm² 增加至 37.60hm² ，增加了 6.32hm² ，變化率為20.20% ，可能是為了滿足商業活動的擴展和經濟發展的需求。

從2015和2020年宜都市土地利用類型空間分布（圖2）可以看出，耕地主要分布在城市周邊和鄉村地區，面積有所減少；林地廣泛分布在山區和丘陵地帶，面積略有減少；園地面積明顯增加，主要集中在農業區和經濟作物種植區；水域面積有所增加，主要分布在河流、湖泊和水庫周邊；建設用地主要集中在城市和城鎮地區，面積略有減少；其他商業用地面積明顯增加，主要分布在城市和經濟開發區。

通過上述分析，宜都市2015—2020年各類土地利用類型發生了一定變化。耕地、林地和建設用地面積減少，園地、水域和其他商業用地面積增加，這反映了土地利用結構調整和經濟發展的動態變化[18-19] 。

2.2宜都市土地利用功能評價2015—2020 年宜都市土地利用類型發生了明顯變化。通過分析表2中的隸屬度數據，可以更好地理解這些變化的具體情況和趨勢。耕地的隸屬度從2015年的0.3186略微下降至2020年的0.3171，表明耕地在總面積中的比例有所減少，這一變化可能與城市化進程和土地利用結構調整有關。盡管耕地面積減少，但其在總面積中的比例仍然較高，顯示出耕地在宜都市土地利用中的重要地位。林地的隸屬度從2015年的0.6180下降至2020年的0.6156，盡管變化不大，但仍顯示出林地面積輕微減少，這可能與農業擴展和基礎設施建設有關。林地在總面積中的比例仍然最高，反映了林地在生態環境保護中的重要作用。園地的隸屬度從2015年的0.0001明顯增加至2020年的0.0004，盡管絕對值較小，但相對增幅較大，反映了園地面積明顯增加；這一變化可能與農業結構調整和經濟作物種植的推廣有關，顯示出園地在農業經濟中的潛在價值[20]水域的隸屬度在2015和2020年均為0.0003，表明水域面積在總面積中的比例保持穩定，這反映了水利工程建設和生態修復項目的成效，水域在生態環境保護和水資源管理中的重要性不容忽視。建設用地的隸屬度從2015年的0.0384下降至2020年的0.0374，顯示出建設用地面積減少。這可能與土地利用規劃調整和城市擴展控制政策有關，反映了宜都市在城市化進程中的土地利用優化。其他商業用地的隸屬度從2015年的0.0244增加至2020年的0.0291，反映了其他商業用地面積增加。這一變化可能與商業發展和產業結構調整有關，顯示出其他商業用地在經濟發展中的重要性。

表22015和2020年宜都市各類土地利用類型的隸屬度

Table2Membership of various land use types in Yidu City in 2015 and 2020

通過上述分析，可以看出宜都市2015—2020年各類土地利用類型發生了一定的變化。耕地、林地和建設用地面積有所減少，而園地、水域和其他商業用地面積有所增加。這些變化反映了宜都市在土地利用結構調整和經濟發展中的動態變化[21] 。

2.3宜都市土地利用類型形態空間格局分析 2015—2020年宜都市的土地利用類型和景觀格局發生了明顯變化。耕地面積從 432.58hm² 減少至 429.87hm² ，變化率為 -0.63% 。林地面積從 838. 12hm² 減少至 ，變化率為-0.54% ，這些減少可能是由于城市化進程和土地利用結構調整所致。園地面積從 0.18hm² 增加至 0.59hm² ，變化率為227.78% ，這可能源于農業結構的調整以及經濟作物種植的推廣。水域面積從 0.41hm² 增加至 0.47hm² ，變化率為14.63% ，這體現了水利工程建設和生態修復項目的成果。建設用地面積從 52. 27hm² 減少至 51.69hm² ，變化率為-1.11% ，這可能與土地利用規劃的調整以及對城市擴展的限制有關。其他商業用地面積從 增加至40.80hm² ，變化率為 22.01% ，這顯示了商業發展和產業結構調整的方向。

景觀組分方面，2015—2020年宜都市核心區面積減少了39.17hm² ；邊緣區、橋接區、孔隙、環道區、支線、孤島的面積均增加，分別增加了 7.70，4.82，5.71，6.83，6.99，7.12hm² 。MSPA指數從0.61增加至0.63，表明景觀的空間格局有所優化，生態環境的連通性和穩定性有所增強[22]

通過上述分析，2015—2020年宜都市各類土地利用類型和景觀格局發生了一定的變化。耕地、林地和建設用地面積減少，園地、水域和其他商業用地面積增加，反映了土地利用結構調整和經濟發展的動態變化。景觀組分的變化顯示出生態環境的變化趨勢，核心區面積減少，邊緣區、橋接區、孔隙、環道區、支線和孤島的面積增加，表明景觀的空間格局趨于復雜化和多樣化[23]

2.4宜都市土地利用功能優化配置2015—2020 年宜都市土地利用類型發生了明顯轉移和調整。從表5可以看出，2015年的耕地中， 430.93hm² 保持為耕地， 1.00hm² 轉為林地， 0.50hm² 轉為園地， 0.20hm² 轉為水域， 0.30hm² 轉為建設用地， 0.32hm² 轉為其他商業用地;耕地主要保持穩定，但有部分轉化為其他用途，顯示出土地利用調整。2015年的林地中， 841.89hm² 保持為林地， ?2.00hm² 轉為耕地， 0.50hm² 轉為園地， 0.30hm² 轉為水域， 0.50hm² 轉為建設用地，0.28hm² 轉為其他商業用地；林地也主要保持穩定，但有少量轉化為其他用途，反映了林地的多功能性。2015年的園地中， 0.17hm² 保持為園地， 0.05hm² 轉為耕地， 0.10hm² 轉為林地， 0.05hm² 轉為水域， 0.05hm² 轉為建設用地；園地的變化較小，主要集中在農業和生態用途之間的轉換。2015年的水域中， 0.39hm² 保持為水域， 0.02hm² 轉為耕地， 0.03hm² 轉為林地， 0.01hm² 轉為園地， 0.02hm² 轉為建設用地；水域的變化也較小，主要保持穩定。2015年的建設用地中，52.34hm² 保持為建設用地， 0.10hm² 轉為耕地， 0.20hm² 轉為林地， 0.05hm² 轉為園地， 0.05hm² 轉為水域， .0.11hm² 轉為其他商業用地；建設用地的變化反映了城市擴展和土地利用優化的需求。2015年的其他商業用地中， 31.28hm² 保持為其他商業用地， 0.15hm² 轉為耕地， 0.25hm² 轉為林地，

0.05hm² 轉為園地， 0.05hm² 轉為水域， 0.13hm² 轉為建設用地；其他商業用地的變化顯示了商業和產業發展的動態調整。

通過上述分析，可以看出宜都市2015—2020年各類土地利用類型的轉移和調整反映了土地利用結構的優化和功能的多樣化[24]。耕地和林地主要保持穩定，但有部分轉化為其他用途，顯示出土地利用調整。園地和水域的變化較小，主要集中在農業和生態用途之間的轉換。建設用地和其他商業用地的變化反映了城市擴展和土地利用優化的需求，顯示了商業和產業發展的動態調整。這些變化反映了宜都市在土地利用結構調整和經濟發展中的動態變化。

3結論與展望

通過對宜都市2015—2020年土地利用類型變化、功能評價、形態空間格局分析及功能優化配置進行研究，結果表明：宜都市土地利用類型在這5年間發生了明顯變化，耕地、林地、建設用地面積減少，園地、水域、其他商業用地面積增加，反映了城市化進程中土地利用結構調整和經濟發展的動態變化。盡管耕地和林地面積減少，但其在總面積中的比例仍然較高，顯示出其在土地利用中的重要地位；園地和水域的明顯增加，反映了農業經濟和生態環境保護的重要性；建設用地和其他商業用地的變化則反映了城市擴展和商業發展的需求。形態空間格局分析表明，宜都市的景觀格局趨于復雜化和多樣化，核心區面積減少，邊緣區、橋接區、孔隙、環道區、支線和孤島面積增加，MSPA指數的增加進一步證明了景觀的空間格局有所優化，生態環境的連通性和穩定性有所增強。土地利用功能優化配置結果顯示，各類土地利用類型的轉移和調整反映了土地利用結構的優化和功能的多樣化;耕地和林地主要保持穩定，但有部分轉化為其他用途，顯示出一定的土地利用調整；園地和水域的變化較小，主要集中在農業和生態用途之間的轉換；建設用地和其他商業用地的變化反映了城市擴展和土地利用優化的需求，顯示了商業和產業發展的動態調整。綜上所述，宜都市在土地利用結構調整和經濟發展中呈現出動態變化的趨勢。景觀組分的變化進一步表明，生態環境的連通性和穩定性有所增強，景觀的空間格局趨于復雜化和多樣化。

宜都市應繼續推進土地利用結構優化，注重生態環境保護和經濟發展的平衡。具體建議：加強耕地保護，防止其進一步減少；推進林地恢復和保護，防止過度開發；優化園地和水域利用，提升農業經濟效益和生態環境質量；合理規劃建設用地，避免無序擴展，提升城市土地利用效率；促進商業用地發展，推動產業結構調整和經濟增長。

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