深圳市生态用地变化及其影响分析

◎ 刘倩楠 易 琳 陈劲松 韩鹏鹏 韩 宇 王月如

深圳市生态用地变化及其影响分析

◎ 刘倩楠 易 琳 陈劲松 韩鹏鹏 韩 宇 王月如

本研究以2010年Landsat TM与2015年Landsat-oli数据为基础，使用土地利用动态度与土地利用转移矩阵作为研究方法，从土地利用变化幅度与变化面积方面，揭示五年间不同土地利用类型的变化方向。研究结果表明：林地、农田、湿地及其他地类为减少的土地利用类型，减少幅度最为剧烈的是其他地类，其次为农田，再次为湿地，最后为林地；增加面积的土地利用类型为草地与人工表面，增加的幅度都不大；从各地类变化的面积大小上看，人工表面增加18.29km2，林地面积减少9.03km2；这五年间林地转化为人工表面的面积有12.84km2，而其他地类转为林地面积的只有7.18km2，不足以抵消转化为人工表面的这部分面积。控制生态红线要以保护林地为基础，当地林业管理部门要严格审批占用林地的项目，保护原本面积的森林，才能控制住深圳市的生态红线，保证生态安全。

城市生态空间 土地利用分类 深圳市

一、引言

城市生态空间是保障城市生态安全、为城市提供生态服务、提高城市居民生活质量的重要空间。继党的十八大提出建设生态文明后，《国家新型城镇化规划（2014—2020）》[1]又指出，要将生态文明理念全面融入城市发展，扩大城市生态空间，增加森林、湖泊、湿地面积，并合理划定生态保护红线。

为落实国家关于加快生态文明建设，划定生态红线的战略部署，不同省市各自启动不同形式推进生态红线划定工作。环境保护部已针对生态红线划定保护工作，发出有关技术指导[2]（简称“指南”），并在各省市进行试点。江苏、福建、广东、山东等省份的“办法”在国家要求基础上，制定省级红线工作计划，地级市纳入生态红线划定保护主战场。由于各省份不同的地域差异和省市不同空间尺度的划定需求，城市生态红线划定实施需要更高、更精确的标准和更细致的划分方案。基于此，广东省要求全省城市划定城市生态控制线[3]，成为全国第一个同时要求地市划定生态保护红线与生态控制线的省份。深圳率先提出了城市等级划分方案，提出基础生态控制线，随后全国多个城市参照此方案开始了各自的生态控制线划定。

伴随快速城市化、城市扩张和城市郊区化的日益加快，生态红线的划定和坚守工作正承受着巨大压力和挑战。城镇化，促使大量农地被非农业使用；城市农业和生态空间被大大的侵占和分离，生态环境越来越恶化，区域发展的可持续性受到严重挑战。作为城市的天然载体，土地是城市生态安全的核心。而生态土地提供比其他土地更重要的生态服务功能，成为保障区域生态环境质量的基础。保护城市生态用地是保障城市生态安全，维护良好的生态环境，坚守生态红线的根本保障。因此，研究一个城市的生态用地变化及其影响分析，对深入理解城市生态安全格局，了解城市生态系统结构和过程的健康状况具有重要意义，更有助于更好的坚守生态红线，保障城市及其居民继续存在的综合生态系统服务。

二、研究背景

（一）城市生态空间的概念与特点

国内外虽然在对生态空间（绿色空间）的概念界定上存在一定差异，但从生态功能与构成的生态要素视角来看并没有本质区别。从国外的研究来看，一种观点认为绿色空间包含了包括农地等在内的所有绿色植被覆盖的土地类型[4]，并具有开放性与享乐功能[5]。另一种观点则将城市空间分为有植被覆盖如开敞区域（公园等）和保护地（森林）的“绿色空间”，以及有被自然水体覆盖的“蓝色空间”[6]。在实证研究方面，国外学者普遍认为城市绿色空间应着重对于公众的平等的可获得性[7]。从国内的研究来看，虽然在界定城市生态空间覆盖范围上存在一些分歧，如以经济产出为核心的农业生产用地是否应纳入生态空间范畴[8]，但在内涵上，大部分学者认为城市生态空间包括城市绿地、林地、园地、耕地、滩涂苇地、坑塘水面、未利用地等用地类型，在功能上能够为城市提供生态系统服务[9]， 并且能为城市土壤、水体、动植物等自然因子提供空间载体[10]。因此，本文在参考以往实证研究基础上[11]，将包括耕地在内的地表有植被覆盖的土地利用类型，纳入为城市生态空间的范围。

从对城市生态空间（绿色空间）的界定上不难看出，城市生态空间具有生态、经济、社会、文化、健康等多维功能，是一个自然、人工与半人工生态的合集，同时又是一个联结生产、生活有着多重功能与价值的复合空间。

（二）我国大城市城市生态空间的演进

我国大城市的生态空间模式主要包括以上海、南京、北京等城市为代表的楔环放射模式，和以深圳、佛山等城市为代表的斑廊网络模式[12]。在具体的基于土地利用与土地覆被变化研究城市生态空间演变中，不少城市都存在生态系统服务价值降低、建设用地侵占生态空间[13]、城市生态空间呈现破碎化、人工化[8]、总体减损以及空间演化不平衡等趋势[14]。同时，城市生态空间演进受社会经济政策、自然环境、历史、与城市发展模式等多重因素的影响[15][16]，并且城市边缘地区存在明显的生态安全隐患与用地空间冲突[17]。

（三）城市生态空间规划

城市生态空间规划不仅是基于生态学方法对城市地表的规划调控，更是结合了生物地球化学、社会经济学等理论的综合方法[18]。在具体的城市生态空间设计与规划中，相关研究提出了城市群生态空间管制的四分模式[19]、地理模拟与二元空间协调优化系统[20]、生态空间重要性评价等理论方法[21]。此外，还要从生态功能和社会功能角度理解城市空间异质性，综合考虑城市空间各要素的动态性，结合“人类生态系统”分析框架，从而营造一个有弹性的城市社会—生态空间[22]。

图1 研究区范围

三、研究区概况

深圳市位于广东省东部沿海，北回归线以南，陆域居东经113°46′至114°37′和北纬22°27′至22°52′之间，全境地势东南高、西北低，低山、平缓台地和阶地丘陵是主要的地貌形态；东临大亚湾和大鹏湾，与惠州市接壤；西及西南面连结伶仃洋和珠江口，与珠海、澳门隔水相望；南边的深圳河、深圳湾与香港的新界相连，北部与东莞市为邻[23]。

四、数据来源与研究方法

研究所用数据为2010年Landsat-TM及2015年Landsat 8-OLI遥感影像，均由美国地质勘探局官方网站提供（http://glovis.usgs.gov/）。本文以ENVI 5.2软件为平台，对遥感影像进行预处理，包括辐射定标、影像融合和影像增强等操作。

本研究将基于多时相遥感影像数据，辅以搜集的研究区统计数据和相关资料，以RS、GIS集成技术为主要手段研究深圳市生态用地格局变化。根据深圳市的特点，参照《土地利用现状分类及含义》，将研究区土地利用类型分为六类，分别是：林地、草地、湿地、农田、人工表面、其他。其中，湿地包括河流、湖泊、水库、坑塘；耕地包括水田和旱地；草地分布较少，主要零星分布在山顶、河流边缘以及城市的绿化草地，并没有成片的大面积的牧草地分布；人工表面则包括城镇和乡村居民用地、交通用地和工矿用地；其他则包括裸岩(林地中表层岩石或石砾覆盖面积>50%)、裸土地(表层为土质，基本无植被覆盖的土地)。

本研究利用面向对象的分类方法对一期影像进行分类，再通过变化检测，生成深圳市两期土地利用遥感解译数据集[24]。

图2 深圳市2010、2015年用地

土地利用动态度。土地利用动态度反映了某个时间范围内土地利用类型的数量变化情况，包括土地资源的数量变化；土地利用的空间变化及土地利用类型组合方式变化等，按照研究对象又可以分为综合土地利用动态与单一土地利用动态度。

综合土地利用动态度。综合土地利用动态度是指研究区域在一定时间范围内整个土地利用类型的变化速度，是该画土地利用类型变化速度区域差异的指标，能够反映区域内的社会经济活动对土地利用变化的综合影响。其表达式为：

式中：Si为监测开始时第i类土地利用类型总面积；ΔSi-j为监测开始至监测结束时段内第i类土地利用类型转换为其他类土地利用类型面积总和；t为时间段。土地利用动态度S反映了与t时段对应的研究样区土地利用变化速率。

单一土地利用动态度。单一土地利用动态度是指研究区在一定研究期内某一土地利用类型的变化情况，用来表示不同土地利用类型在一定时期内的变化速度和变化幅度。其表达式为：

式中：K为研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量。

土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵能够描述各种土地利用类型之间的转换情况，它不仅可以反映研究期初、研究期末的土地利用类型结构，同时还可以反映研究时段内各土地利用类型的转移变化情况，用来刻画区域土地利用变化方向以及研究期末各土地利用类型的来源与构成。转移矩阵中的变量可以为土地利用类型面积，还可以生成区域土地利用变化的转移概率矩阵，从而来推测一些特定情景下区域土地利用的变化趋势。其数学形式为：

式中：S为土地面积；n为土地利用的类型数；i、j分别为研究期初与研究期末的土地利用类型。

五、研究结果与分析

深圳市在2010—2015年的五年间，林地缩减量达到近18km2，农田缩减量达到近5km2，草地总体基本没有变动，湿地缩减量达到近8km2，人工表面增加量达到近8km2，呈现出城市发展空间面积规模的增长和生态空间面积规模的缩减。

单一土地利用动态度。通过对单一土地利用动态度的计算，可以揭示出当前社会经济活动对深圳市不同土地利用类型的影响。结果表明：林地、农田、湿地及其他地类为减少的土地利用类型。减少最为剧烈的是其他类型，为81.08%；其次为农田，为6.81%；再次为湿地，为3.15%；林地减少1.95%。面积增加的地类为草地与人工表面，草地类型增加0.44%，人工表面增加0.9%。由于经济活动，城市建筑面积有所增加，但增加幅度不大，这是由于深圳国土面积小与深圳人工表面面积大双重因素决定的。

2010—2015年，草地转化为非草地类型为0.0036km2，非草地转化为草地面积为0.0015km2，草地面积减少0.0021km2；林地类型减少9.0333km2，转成人工表面的面积占绝大部分为12.8356km2，而其他类型用地转入林地类型的面积只有6.5151km2；农田面积减少2.3868km2，转出2.7195km2，转入只有0.3327km2；湿地类型减少0.6732km2，基本保持不变；人工表面类型增加18.2897km2，转入的主要是从林地如湿地类型中来，分别为12.8356km2和3.5324km2；其他类型减少6.1943km2。

图3 深圳市生态空间类型的数量变化

表1 2010年-2015年深圳市土地类型转移矩阵

图3 深圳市生态空间类型单一土地利用变化度

六、结论与讨论

本文以土地覆被数据为基础，综合利用时序分析方法、土地利用动态度和土地利用转移矩阵，对深圳市2010年到2015年间的生态用地变化特征进行了分析。可见，深圳市将保护建设用地以外的所有土地作为生态控制区保护，成为了城市发展的边界控制线。深圳市随后采取了在这比例不降的前提下，进行局部调整的城市发展方案，对生态类型进行划分并进行分类保护，未进行完全的分级控制和保护，增加了城市发展的管理难度。

新型城镇化与生态文明的发展，对城市生态用地的规划和管理提出了动态平衡，对生态用地需求量提出了更精确的要求。深圳未来城市生态用地的研究对象不仅局限于广义的土地利用水平的生态土地，而需要更关注以生态土地类型较为详细的特征为对象。对此，需要在今后的以土地生态功能为基础的城市生态用地分类过程中加强城市生态用地需求量的测量和工作依据；加快实现土地生态分类和城市生态土地需求的研究从简单计算量的分析向土地数量、综合效益质量与空间格局的研究转变。必须全面考虑不同生态功能的相互依赖性，即专注于多目标情景下的状态函数，综合权衡维护城市生态平衡后需要围绕大量的农村地区的支持，根据生态利用供求平衡分析，确定由城市提供重要的农村腹地生态功能和清晰的阶段相关生态补偿策略，成为城市生态利用土方量计算的重要实际应用方向。

参考文献

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[23]深圳市政府.深圳地理位置.人民网.2005-08-24[2011-10-22].

[24]深圳环境遥感信息网 http://www.shenzhenrs.com/

Changes of Ecological Land Use in Shenzhen and Its Impacts

Liu Qiannan, Yi Lin, Chen Jinsong, Han Pengpeng, Han Yu, Wang Yueru

Based on the statistics of Landsat TM in 2010 and Landsat-oli in 2015, with the land-use dynamic index and the land-use transfer matrix, and from the perspectives of the extent and area of land-use changes, the paper reveals the direction of different land-use changes within a span of five years. Results show that woodland, arable land, wetland and others are reducing, while grassland and artificial surface are slightly increasing. In terms of the area of land-use change, artificial surface was up by 18.29km2, while woodland was down by 9.03km2.Only 7.18km2 of others has been turned into woodland, not enough to offset those turned into the artificial surface. Protecting woodland is the foundation of controlling the ecological red line.Projects occupying woodlands must receive strict approval in order to hold the original forest and the ecological safty of Shenzhen.

urban ecological space; land-use classification; Shenzhen

F301.2

10.3969/j.issn.1674-7178.2017.03.003

刘倩楠，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心博士后，主要从事遥感与地理信息系统及资源环境监测的研究。陈劲松（通讯作者），研究员、博士生导师，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心主任，主要从事遥感图像处理和微波定量遥感应用研究。易琳，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心助理研究员，主要从事GIS与景观生态学在海岸带及沿海滩涂方面的应用研究。韩鹏鹏，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心助理研究员，主要从事环境遥感与健康评价方面的研究。韩宇，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心工程师，主要从事生态环境遥感监测研究。王月如，硕士研究生，中国科学院深圳先进技术研究院空间信息研究中心、西南大学地理科学学院，主要从事遥感与地理信息系统及土地覆被监测的研究。

（责任编辑：李钧）

国家重点研发计划子课题“华南地区土地覆被遥感监测”（2016YFC0500201-07）。