生态文明建设中沈巷镇土地利用变化分析

陈晨　曹玉红　刘崇刚　刘美云　董舜舜

摘要  将沈巷镇1995、2000、2005、2010和2015年TM影像图进行解译，结合ArcGIS软件平台的空间分析能力，并基于生態文明建设的视角对这5个时期的土地利用空间、数量变化进行研究，并分析沈巷镇土地利用变化的驱动力因素。结果表明：1995—2015年，草地面积在5个时期没有发生变化，重心也没有偏移;水域面积先增加后减少，总体变化幅度不大，重心向东北方向偏移，且呈现出向建设用地和耕地转移的趋势;建设用地的面积一直在增加，在2010—2015年变化最大，其补充来源多为耕地，重心向东北沿江方向偏移;耕地的面积逐年减少，变化幅度较大，大部分转为建设用地。皖江承接转移示范区的成立带动了沈巷镇经济发展，促使各土地利用的转型。

关键词  生态文明;土地利用;沈巷镇

中图分类号  F301.2    文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2019）24-0069-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.023

Analysis of Land Use Changes in the Construction of Ecological Civilization in Shenxiang Town

CHEN Chen1， CAO Yu-hong1， LIU Chong-gang1，2 et al

（1.College of Environmental Science and Engineering， Anhui Normal University，Wuhu， Anhui 241003;2.Nanjing Institute of Geography & Limnology， Chinese Academy of Sciences，Nanjing， Jiangsu 210008）

Abstract  This article interpreted of TM images Shenxiang Town in 1995， 2000， 2005， 2010 and 2015，combined with spatial analysis capabilities of ArcGIS software platform， and based on the perspective of ecological civilization construction， the land use space and quantity changes in these five periods were studied and the driving forces of land use changes in Shenxiang Town were analyzed. The results showed that from 1995 to 2015， the grassland area did not change during the five periods， and the center of gravity did not shift; the water area increased first and then decreased， the overall change was not significant， the center of gravity shifted to the northeast， the trend of transfer to construction land and cultivated land was presented;the area of construction land has been increasing，

with the greatest change in 2010-2015，and most of its supplementary sources were cultivated lwad.The area of cultivated land reduced year by year， with a wide range of changes， and most of them were converted into construction land.The establishment of the Wanjiang Undertaking Transfer Demonstration Zone has led to the economic development of Shenxiang Town and promoted the transformation of land use.

Key words  Ecological civilization;Land use;Shenxiang Town

基金项目  国家自然基金项目（41571124）。

作者简介  陈晨（1993—），男，安徽六安人，硕士研究生，研究方向：土地利用与生态安全。*通信作者，副教授，硕士生导师，从事环境规划与管理研究。

收稿日期  2019-06-04;修回日期  2019-06-18

党的十九大报告指出，加快生态文明体制改革，人与自然和谐共生，需要经济与生态环境协同发展，推进绿色发展，并着力解决突出环境问题。自改革开放以来，经济发展速度由快速到平稳，人类在享受生态环境带来红利的同时，也带来了诸多环境问题：土地开发空间约束更加凸显[1]，耕地由数量减少向生态退化转变，土地资源利用的空间格局不合理[2]，土地供需矛盾突出[3-4]等等。随着科技的发展，研究的不断深入，土地利用与生态环境的关系、规划以及驱动因素受到更多国内外学者的关注。土地利用是人类对土地的不同利用方式总称，是一个不断变化与发展的过程[5]，且对不同尺度范围的生态环境变化都有着重要影响[6]。国外对土地覆盖/土地利用（LUCC）的研究最早是在20世纪早期[7]，后来随着遥感技术发展成熟，逐渐进入大范围土地覆盖/土地利用调查的新时代[8]，20世纪90年代以来，研究认为土地利用并不仅仅单指某个单一的植被或土地，而是众多人文与自然结合的综合体[9]。1995年IGBP和IHBP把土地利用及土地覆盖一起作为环境变化研究项目的纲领课题[10]。国内则围绕经济快速发展、城镇化水平不断提高引发的土地利用/覆盖的快速改变这一主题而展开，且主要集中在土地利用的时空变化研究[11]、土地利用的驱动力研究[12-13]上，继而应用3S技术、土地变更数据以及各种定量测度模型，实证分析了国内不同城市和区域土地利用变化过程与特征，且利用模糊数学、主成分分析等手段揭示土地利用变化的主要驱动因素[14]。在生态文明发展进程中，土地利用变化的影响因素与历史阶段有所不同，既包括人文因素也有自然因素，若要深入了解土地利用的驱动因素，就要通过细致的案例分析，建立驱动力模型，并针对当前土地利用存在的问题，提出合理的规划，迎合生态文明建设，给合实际应用提供参考和管理，以造福人类。

1  研究区概况及数据来源

沈巷镇位于安徽省芜湖市鸠江区境内，临靠长江、青弋江和漳河，为长江三角洲平原腹地，东接杭州，西靠省会合肥，南向黄山，更是连接芜湖主城区、马鞍山、南京的经济重要枢纽，总面积242.648 km2，人口12.1万。研究区系长江中下游平原一部分，地势平坦，属于亚热带湿润性季风气候，雨量充沛，气候湿润，四季分明，年降雨量1 046 mm，且气候条件优越，气候资源丰富。

选取1995—2015年沈巷镇土地利用变化的TM 影像图，并且把1995、2000、2005、2010、2015这5个时期的影像图进行校正、拼接、裁剪，使用ArcGIS软件中的空间统计以及空间叠置分析功能，对1995—2015年沈巷镇5个不同时段的土地利用数据进行处理，如表1。该研究数据源于中国科学院资源环境与科学数据中心，《芜湖统计年鉴》（1995—2015年）和国家地球系统科学数据共享平台[15]。

2  研究方法

2.1  土地利用空间变化

土地利用转移矩阵通过对不同土地类型之间转移的定量描述，来预测未来一段时间内某一土地利用类型的状态及动向。它的数学模型如下[16-17]：

A=A11…A1n

An1…Ann（1）

式中，Aij是指t时期的i种土地利用类型转化为t+1时期j种土地利用类型的面积;A为转移矩阵。

2.2  土地数量变化

土地交换变化量[18-19]能够考虑某类用地转化为其他类型用地和其他类型用地转为该类型的面积之和，并反映地类的真实变化情况;土地利用动态度[20-21]可以反映某类型用地在变化前后两期之间的面积净变化量，且能够在不同空间尺度上找出土地利用变化的热点区域。因此该研究结合两者的优点，研究沈巷镇的土地数量变化。公式如下：

U=Sa+ScSi×100%（2）

K单=Ub-UaUa×1T×100%（3）

K综=ni=1（|Ubi-Uai|）A×1T×100%（4）

式中，Sa与Sc分别代表其他类型转为某一类型用地的面积和该类转为其他类型用地的面积;Si为转移前的面积，U表示值的大小;当交换变量值较大时说明研究区域内的土地利用活跃程度大，土地利用转移频繁;K单表示某一时间段内该地区土地利用类型单一动态度;Ua和Ub分别表示某一类土地利用类型初期和末期的面积;K综表示某一时间段内该地区土地利用类型综合动态度;Uai和Ubi分别表示第i级地类在初期和末期的面积;A代表研究区面积，单位为km2;T为研究时长，单位为年。

3  结果与分析

3.1  土地利用空间变化分析

利用ArcGIS软件平台，制作出沈巷镇1995、2000、2005、2010、2015年5期土地分类图，如图1。

由图1可以看出，草地位于研究区西南靠河岸，且重心并没有发生改变，一直处于（118.173°E、31.403°N）;耕地的重心在向西南方向转移，由（118.231°E、31.436°N）转移到（118.234°E、31.434°N），同时面积在不断缩减，且未来有持续减少的趋势;而建设用地的重心转移变化较大，由（118.241°E、31.471°N）转移到（118.312°E、31.497°N），逐步向中部平原地区靠近，面积在不断增加，以2015年尤为突出。将获取的5个时期的TM影像图进行矢量化后，利用ArcGIS的空间统计和空间叠置分析方法，得出不同时期的沈巷镇的土地利用转移矩阵，见表2。

由表2可以看出，草地的面积为0.058 km2，既没有转入，也没有转出，说明草地的区域面积并没有随着社会经济的发展而增加或者减少。水域在1995—2000年没有转出，补充来源是耕地，为0.176 km2;2000—2005年既没有转出，也没有转入;2005—2010年水域有0.006 km2的面积转為耕地，而又有0.004 km2的面积转为水域;2010—2015年水域主要转出为建设用地，为0.075 km2，补充来源是耕地，为0.004 km2。建设用地在4个时期分别有0.053、0.006、0.002、0.016 km2的面积转为耕地，而又有3.153、0.008、0.234和15.288 km2的耕地面积转为建设用地，每一期的转入皆大于转出。1995—2000年耕地有0.176 km2转为转为水域，3.153 km2转为建设用地;2000—2005年变化不大，2005—2010年，耕地的主要补充来源是建设用地，为0.234 km2;2010—2015年耕地主要转出类型是建设用地，为15.288 km2，极少数建设用地面积转为耕地。可以看出，在1995—2015年，沈巷镇的草地面积没有发生变化，水域面积的转入和转出则相较少，建设用地面积变化最为突出，且每一时期都有其他地类面积转入，其次是耕地，耕地减少的面积大部分转为建设用地。

3.2  土地数量变化分析

由图2可以看出，沈巷镇土地利用结构以耕地为主，1995—2010年耕地所占比例达到80%以上，分别为86.54%、85.05%、85.05%、84.94%，以农业发展为导向，2015年则低于80%，为77.95%，虽耕地比重仍占主导，但已呈现耕地面积减少的趋势;建设用地面积在2010年之前变化不大，到了2015年，所占比重由前期的10%上升到17.85%，而草地和水域面积所占比重较小，皆小于10%;从变化幅度来看，沈巷镇耕地、水域面积在不断减少，以耕地的减少为主，由1995年的209.991 km2下降到2015年的189.153 km2，减少了20.838 km2，建设用地的面积由1995年22.588 km2上升到43.32 km2，表明随着经济的迅猛发展，大量耕地面积被开发，用作建设用地，土地利用率不断增大，城市化的进程加快，城市圈层扩张的趋势明显，大量的劳动力回流，人口的增加需要解决居民住房问题，促使城镇用地的面积逐年增加。