镇江市土地利用结构时空演变研究

韩艳红，文玉钊，马颖忆

(1. 南京晓庄学院 环境科学学院，江苏 南京 211171；2. 河南财经政法大学 资源与环境学院/城乡协调发展河南省协同创新中心，河南 郑州 450046；3. 金陵科技学院 建筑工程学院,江苏 南京 211169)

0 引言

土地资源是最基本的生产要素之一，随着人口的快速增长，人地矛盾日益突出，土地资源越来越稀缺.作为目前最主要的资源配置方式，土地资源利用逐渐成为学者们关注的重点[1].1995年土地利用/土地覆被变化(LUCC)被提出来以后，土地利用研究已经成为全球变化研究的热点[2].土地利用变化是人类为满足经济和社会发展的需要，不断调整、配置各类土地利用的过程[3].学者们选择典型案例，研究土地利用的时空变化特征[4]、土地利用变化机制或驱动力[5，6]、土地利用生态环境效应[7-9]、土地利用景观格局[10-12]等方面，对土地利用结构及其变化机制的研究将成为土地可持续利用研究的重要基石[13]，有利于进一步开发利用土地资源、改善区域生态环境、促进区域社会经济可持续发展[14-16].

近年来，土地利用结构研究成果较多，乔伟峰等[17]利用改进的转移矩阵法，研究南京城市建成区用地类型和用地强度的变化；张荣天[18]运用Shannon信息熵和空间洛伦茨曲线，研究了宁镇扬丘陵区土地利用结构的动态演变和区域分异规律；王介勇等[19]运用GIS空间分析方法，研究了三亚市土地利用及其驱动机制；潘竟虎等[20]利用GIS技术和景观格局分析方法，研究了玉门市的土地利用和景观格局变化的时空特征；李松等[21]研究了15年间新疆绿洲城市土地利用景观格局的演变过程和影响因素.已有成果大多基于遥感和GIS手段，通过紧凑度、景观扩散指数等研究方法分析城市土地利用结构演变，而通过土地调查获取的土地基础数据更真实准确，基于土地利用现状数据研究土地利用结构演变的成果较少.本文选择镇江作为案例，基于镇江市2008—2018年的土地利用结构现状，利用土地利用变化幅度、动态度、空间叠置分析和相对变化率，探讨镇江市近十多年来土地利用结构的变化特征与规律，为有效利用土地资源、促进土地集约利用提供重要的参考依据.

1 研究区域

镇江市地处江苏省中南部，北面濒临长江，位于江南平原和丘陵山地之间的过渡地带，以丘陵岗地为主，大部分地区属宁镇-茅山低山丘陵，北部沿江洲滩属长江新三角洲平原区，东南部属太湖平原区，土地利用类型多样(见图1).镇江现有丹阳、句容、扬中3个市，丹徒、京口、润州3个区和镇江新区、镇江高新区，研究区总面积3840.32 km2.镇江位于南京都市圈核心层，是国务院批复确定的长江三角洲重要的港口、风景旅游城市.

图1 2018年镇江土地利用现状图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文土地利用类型基础数据来源于江苏省自然资源厅公布的镇江市2008—2018年的土地利用现状数据.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用变化幅度

土地利用变化幅度能从宏观的角度反映出土地利用变化的总态势，从而分析土地利用的结构变化.计算公式[18]如式(1)：

(1)

F为土地利用变化幅度，Ua为研究期初某一土地利用类型的面积，Ub为研究期末某一土地利用类型的面积.

2.2.2 土地利用动态度

土地利用动态度用来描述区域土地利用变化的速度，可比较区域土地利用变化的差异.计算公式[18]如式(2)：

(2)

K为研究时段内某一土地利用类型动态度，Ua为研究期初某一土地利用类型的面积，Ub为研究期末某一土地利用类型的面积，T为研究时段长.

2.2.3 空间叠置分析

为直观地反映区域土地利用类型之间内在的转化关系，分析区域土地利用变化的结构特征，基于ArcGIS软件平台，利用空间叠置分析Intersect功能，计算土地利用类型转移矩阵.

2.2.4 土地利用相对变化率

土地利用相对变化率可以反映区域土地利用变化的内部差异性.计算公式[18]如式(3)：

(3)

R为土地利用相对变化率，Ua为研究期初某一土地利用类型的面积，Ub为研究期末某一土地利用类型的面积，Ca为整个研究区某一特定土地利用类型研究期初的面积，Cb为整个研究区某一特定土地利用类型研究期末的面积.

2.2.5 数据处理

将获取的土地利用类型基础数据，利用Excel、SPSS软件进行数据处理，计算出耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地的土地利用变化幅度、土地利用动态度和土地利用相对变化率，并利用Excel软件绘制土地利用结构变化柱状图，利用ArcGIS软件对土地利用现状数据进行空间叠置分析，计算土地利用类型转移矩阵.

3 研究结果

图2 2008—2018年镇江土地利用结构变化

3.1 土地利用变化的总体特征

如图2所示，镇江土地利用结构中，所占比例最大的为耕地，近些年镇江耕地占比均超过了40%，占比例较大的有水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地，其中水域及水利设施用地占比例都在20%以上，其次为交通运输用地、林地、园地，而其他土地和草地占比例较小.镇江水域及水利设施用地占比仅次于耕地，这是因为镇江水资源较为丰富，长江和大运河在镇江交汇，其中长江流经境内长103.7 km，京杭大运河境内全长42.74 km，秦淮河、太湖湖西、沿江三大水系集聚于镇江[22，23].

2008—2018年，镇江耕地、水域及水利设施用地面积在减少，耕地面积所占比例由2008年的41.08%降低至2018年的40.42%，下降了0.66个百分点，水域及水利设施用地面积所占比例由2008年的22.23%降低至2018年的20.66%，下降了1.57个百分点.城镇村及工矿用地、交通运输用地比例在增加，城镇村及工矿用地面积所占比例由2008年的19.54%增加至2018年的21.60%，增加了2.06个百分点，交通运输用地面积所占比例由2008年的4.29%增加至2018年的5.01%，增加了0.72个百分点.城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地所占比例的差距逐渐缩小，2015年城镇村及工矿用地所占比例超过了水域及水利设施用地.其他四类用地面积所占比例变化不明显，十多年间用地面积所占比例变化最大的城镇村及工矿用地仅增加了2.06个百分点，年均增长约7.19 km2，与同时期南京年均增长量16.76 km2和常州年均增长量10.92 km2相比，常州年均增长占南京、镇江的比例分别为42.9%、65.8%，镇江近些年土地利用结构调整幅度较小，城市建设发展相对缓慢.

3.2 土地利用变化的动态分析

从增减变化来看(见表1)，2008—2018年，镇江的耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地面积是减少的，交通运输用地、城镇村及工矿用地面积增加，而其他土地面积基本持平.从面积变化来看，城镇村及工矿用地的面积变化最大，增加了7892.01 hm2，进一步分析城镇村及工矿用地(20)，建制镇用地(202)面积增加最大.水域及水利设施用地面积减少了6024.51 hm2，进一步分析水域及水利设施用地(11)，坑塘水面(114)和河流水面(111)减少幅度最大，说明镇江通过占用坑塘水面和河流水面来满足一定数量的用地需求.交通运输用地增加了2755.88 hm2，耕地减少了2539.30 hm2，园地面积减少了1289.81 hm2，林地、草地和其他土地变化数量较小，分别变化了545.69 hm2、316.63 hm2、68.05 hm2.从变化幅度和动态度来看，草地、交通运输用地、城镇村及工矿用地的变化幅度和动态度居所有用地类型的前三位，这是因为草地在总用地中所占比例较小，2018年镇江草地占土地总面积的0.276%，在所有用地类型当中占比最小，草地面积的较小变化都会引起较大的变化幅度.交通运输用地的变化幅度和动态度分别为16.713%和1.519%，城镇村及工矿用地的变化幅度和动态度分别为10.515%和0.956%，说明镇江近年来交通条件的逐渐改善、城市建设的逐步完善，但是，交通运输用地和城镇村及工矿用地的变化幅度都不大，镇江的交通基础设施完善和城市建设依然任重道远.

表1 2008—2018年镇江用地类型的面积变化、变化幅度和动态度

3.3 土地利用类型转化

为直观地反映2008—2018年镇江市各土地利用类型之间的转化情况，本文采用转移矩阵模型来揭示各土地利用类型之间内在的转化关系.基于ArcGIS软件平台，将2008年和2018年镇江市土地利用现状数据进行空间叠置分析，计算出镇江市2008—2018年的土地利用类型转移矩阵.

计算结果如表2所示，近十多年来，镇江市耕地主要转化为城镇村及工矿用地、交通运输用地，分别转化了5.43%、5.32%，园地主要转化为城镇村及工矿用地、耕地，分别转化了2.44%、2.25%，林地主要转化为交通运输用地、园地，分别转化了1.44%、1.25%，草地最为重要的转移方向是转化为交通运输用地，转化了8.04%，水域及水利设施用地主要转化为耕地，转化了5.15%，其他土地主要转化为交通运输用地，转化了5.08%.总的说来，近十多年来，镇江市土地利用类型转变表现为面积减少的耕地、园地等，转换为交通运输用地、城镇村及工矿用地，由于城市、道路等建设占用较多耕地，为了实现耕地占补平衡，镇江市通过土地开发复垦等项目实施，将部分水域及水利设施用地转换为耕地，做到了以补定占，先补后占.

表2 2008—2018年镇江市地类转移矩阵(%)

3.4 土地利用变化的区域差异

2008年以来，镇江各区县土地利用变化总体趋势基本一致，表现为耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地面积减少，交通运输用地、城镇村及工矿用地面积增加，但各区县土地利用变化幅度的区域差异明显，情况如表3所示.2008年以来，各区县土地利用变化方向一致的有交通运输用地、城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地、园地、林地.其中城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地的变化幅度差别不大，丹徒区城镇村及工矿用地增加11.553%，增幅最大，镇江新区水域及水利设施用地降低9.872%，降幅最大.而交通运输用地、园地、林地的变化幅度差别较大，交通运输用地方面，京口区交通运输用地增幅最大，增加了25.572%，丹阳市交通运输用地增幅只有5.762%；园地方面，镇江新区园地降幅最大，降低了28.466%，句容市园地降幅只有3.871%；林地方面，丹徒区林地降幅最大，降低了4.938%，句容市林地降幅只有0.805%.

2008年以来，各区县土地利用变化方向不一致的有耕地、草地、其他土地，其中各区县耕地、草地的变化幅度差别不大，耕地方面，润州区耕地减少幅度最大，减少了13.420%，京口区是唯一耕地面积增加的区域，进一步分析京口区耕地面积增加的原因为，2011年京口区被纳入镇江市“菜篮子”基地建设对象，如京口区谏壁镇定位为城郊型农业，谏壁镇雩北村、蔡家村蔬菜基地达500亩，2008—2018年间，京口区的旱地面积增加了983.65 hm2.草地方面，句容市草地降幅最大，降低了26.253%，润州区是唯一草地面积增加的区域，增加了22.446%，近十多年来润州区草地面积增加了14.48 hm2，润州区草地面积增加的原因为2014年以来润州区“一湖九河”绿化面积大幅度增加，韦岗地区生态环境综合整治成果显著，目前润州区的建成区绿化覆盖率超过47%.其他土地的变化幅度差别较大，扬中市其他土地的增幅最大，增加了136.264%，句容市其他土地的增幅最小，增加了3.105%.

表3 2008—2018年镇江市各区县土地利用变化幅度(%)

进一步分析镇江各区县土地利用相对变化率，如表4所示，变化率为正表示区域土地利用变化方向与整体变化方向一致，变化率为负表示区域土地利用变化方向与整体变化方向不一致，绝对值大于1表示区域土地利用变化幅度大于整体的变化幅度，小于1则表示区域土地利用变化幅度小于整体的变化幅度.土地利用相对变化率结果显示，其他土地的相对变化率最大，扬中市其他土地的相对变化率高达100.638，与镇江市整体其他土地变化方向一致.耕地和园地的相对变化率差异较大，其中耕地相对变化率最大的为润州区8.335，园地相对变化率最大的为镇江新区4.077，林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地的相对变化率差异不大.

表4 2008—2018年镇江市各区县土地利用相对变化率

4 结论与讨论

2008年以来，镇江耕地、水域及水利设施用地面积在减少，城镇村及工矿用地、交通运输用地比例在增加，用地面积所占比例变化最大的是城镇村及工矿用地，镇江近些年土地利用结构调整幅度相对较小，城市建设发展相对缓慢.

草地、交通运输用地、城镇村及工矿用地的变化幅度和动态度居镇江所有用地类型的前列，说明近年来镇江交通条件的逐渐改善、城市建设在逐步完善，但镇江交通运输用地、城镇村及工矿用地的变化幅度都不大，城市建设和交通基础设施仍有较大完善空间.

转移矩阵模型揭示各土地利用类型之间内在的转化关系，近十多年来，镇江市土地利用类型转变表现为由耕地、园地等面积减少的用地类型向交通运输用地、城镇村及工矿用地转移，镇江土地利用类型之间的转化表明镇江市将耕地占补平衡落到了实处.

2008年以来，各区县土地利用变化方向一致的有交通运输用地、城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地、园地、林地，其中城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地的变化幅度差别不大，而交通运输用地、园地、林地的变化幅度差别较大；各区县土地利用变化方向不一致的有耕地、草地、其他土地.其中各区县耕地、草地的变化幅度差别不大，其他土地的变化幅度差别较大；各区县其他土地的土地利用相对变化率最大，耕地和园地的相对变化率差异较大，林地、草地等其他五类土地的相对变化率差异不大.

本文选取了2008—2018年镇江土地利用类型数据，分析11年间镇江土地利用结构的时空演变，由于2008年之前土地调查手段较落后，数据的准确度不高，因而本文选择2008年以后的土地利用数据开展研究，随着实地调查统计、遥感监测、GPS技术和数字化、网络化技术等手段的综合运用，土地调查精确度得以提升，笔者将进一步搜集镇江土地利用现状数据，全面揭示镇江土地利用结构的时空演变规律.研究结果表明，镇江近些年土地利用结构调整幅度较小，城市建设发展缓慢，深入探讨镇江土地利用类型转移的驱动力是本文下一步的努力方向.