基于GIS的东莞市土地利用时空变化规律和特征分析

□ 陈小兰 胡娉婷

分析土地利用在时间和空间上的变化程度一直都是各学科领域的重要研究内容，不仅具有科学理论价值，也为政府决策提供了实践依据[1]。东莞市是推进粤港澳大湾区发展的区域枢纽城市，辐射带动泛珠三角区域发展，现处于城镇化加速阶段，人口数量剧增，城市空间规模不断扩张，自然生态空间资源急剧减少，造成严重的土地资源浪费现象，不利于城市可持续发展。造成这一系列现象往往是由于城镇的过度开发，而这种土地资源转变是不可逆的[2]，无论是从其现状问题分析还是未来发展规划，分析东莞市土地利用变化情况是土地资源优化研究的关键手段。

为了准确分析东莞市土地利用时空变化规律，采用地理信息系统（GIS）数据处理工具对土地利用数据进行分类、统计和可视化等分析工作，揭露土地利用动态变化规律及空间分布特征，虽不能全面遏制土地盲目开发，但能为土地资源合理利用提供重要的科学依据。

1   文献综述

20世纪90年代起，学者们分析东莞市土地利用的研究方法和研究方向都有所不同，其中，黎夏和方元等基于RS和GIS技术分析得出东莞市在1988—1995年期间是耕地面积减少的主要时期[3-4]；熊兴等基于遥感影像，发现东莞市从1990年到2009年城市建设用地急剧扩张，且大量生活和生产排放导致了严重的水体生态污染问题[5]；张大川等基于CA模型对东莞土地利用进行模拟，预测到近20年东莞城市面积不断增多，并结合邻近因素分析，发现交通和区位是土地利用格局变化的重要影响因素[6]；陈红顺等发现1998—2005年期间东莞市土地利用的剧烈变化发生在地形坡度低和人口经济增长快的区域[7]；张慧霞等通过计算多项景观格局指数，得出东莞市海岸带斑块破碎化严重的结论[8]；李少英等分析东莞市1988—2006年期间的土地利用变化图谱，通过图谱和回归方程分析，发现农田流失现象主要发生在交通干线旁，定量探究其区位效应[9]；黄华等以小城镇作为研究对象，通过调整东莞高埗镇的土地利用比例和空间结构，采用GIS技术对假定条件实施预测分析，结果其景观异质性得到提高[10]；陈洋波等将东莞市土地利用数据基于SVM算法得出1996—2005年为城市化快速发展阶段的结论[11]；王永仪等分析东莞市的工业用地量统计、工业行业排位次序变化和2008年工业用地分布现状，发现区位、历史、技术进步、工业结构、管理和基础设施等因素都是东莞市工业用地演变的动因，并通过调整其工业布局，提出用地优化策略[12]。

动态度的研究是土地利用（LUCC）[13]研究必不可少的量化指标，已有文献运用不同的数据模型和技术手段对1988—2015年期间东莞市的耕地、工业用地、水体、海岸带、小城镇和景观格局等展开了讨论和分析，但尚缺乏基于此指标对东莞市2015年之后最新的土地利用变化情况分析。

2   研究区概况

东莞市是广东省地级市，位于粤港澳大湾区环珠江口区域，拥有得天独厚的地理位置优势，以镇街为主体统筹发展，辖4个街道和28个镇，属亚热带季风气候，降雨量丰富，水网稠密，以丘陵台地和冲积平原为主，东南部山体庞大地势高，自然资源丰富。

随着工业化和信息化的发展，东莞市依托深圳—香港发展极点，发挥其区域枢纽和产业优势，城镇化率不断攀升，截至2018年达91.02%，随之提出“湾区都市、品质东莞”的建设目标，为粤港澳大湾区珠江东岸中心城市。

3   数据来源与方法

3.1 数据来源

土地利用和行政边界数据来源于清华大学和国家基础地理信息中心，栅格数据像元大小约为30m，2010年、2015年和2017年的土地利用数据分类标准有少许区别，因此本文分析的土地利用类型为水域、植被覆盖和不透水表面三大类。其中，植被覆盖包括森林、草地、灌木和耕地等用地类型，水域包括河流、湖泊和湿地等用地类型，不透水表面指的是由人工建设活动形成的地表。

3.2 研究方法

土地利用动态度可以反映一段时间内土地利用类型的变化幅度和速度的物理量[14]，采用动态度来量化分析2010—2015年、2015—2017年期间东莞市的土地利用动态变化程度，计算公式为[15]：

式中：K表示研究期内各土地利用类型的动态度，Sa、Sb表示研究研究首期和末期第i种土地利用类型的面积，Τ为研究时间段。

4  结果与分析

运用地理信息系统（GIS）对2010年、2015年和2017年的栅格数据进行运算分析后，在Excel运用公式测算T= 6和T=3时间段的土地利用变化程度，T=6即2010—2015年，T=3即2015—2017年，结合城镇化发展进程分析这期间土地利用类型的面积变化、动态度和不透水表面空间变化，并进一步探讨东莞市土地利用类型在数量和空间布局上的时空变化规律和特征，可以得到以下结论。

4.1 数量变化规律

（1）由人工建设活动形成的不透水表面是由其他的土地资源转变而成的。东莞市的水域和植被覆盖在2010—2017年期间不断减少，并且植被覆盖在2015—2017年期间发生大幅度下降趋势，而这两个时间段东莞市的不透水表面不断增加，其中植被覆盖主要是森林和耕地两种土地利用类型减少的最多，河流和湖泊的减少相对于湿地更多，如图1所示。因此，东莞市的不透水表面主要由森林、耕地、河湖等用地类型转变而来，发生了不可逆的土地资源转变。

图1 东莞市3年期间水域、植被覆盖及不透水表面变化图

（2）东莞市的土地利用动态度变化程度与城镇化发展进程有密切的关系，而城镇化发展进程取决于城市化率和常住人口的变化程度。由表1得知：东莞市3种土地利用类型计算得出的K2都比K1大，但是K2的时间段（T=3）比K1的时间段（T=6）少3年，说明在2015—2017年期间的土地利用变化程度比2010—2015年期间更加明显和剧烈，属于增速上升，研究时间跨度短，反而动态度变化更大。

表1 2010—2015年（T=6）、2015—2017年（T=3）期间东莞市土地利用动态变化表

图2数据整理自东莞市统计年鉴（2010年、2015年和2017年），由图2可知，城市化率和常住人口在2015—2017年变化速度都快于2010—2015年的变化速度，属于增速上升，而GDP是减速上升。基于此，东莞市的城市化率、常住人口变化和土地利用变化趋势呈增速上升现象，城市化率和常住人口的激增对城市住房和就业提出增量需求，从而影响城市土地资源的快速转化，导致K2时间段内的城市建设活动比K1时间段更多。

图2 东莞市2010年、2015年和2017年的城市化率、常住人口和GDP折线图

4.2 空间布局特征

东莞市的土地资源越来越紧缺，但是城市建设活动依旧不断增加。通过分析东莞市在T=3和T=6时间段不透水表面土地利用类型增加的空间布局情况，可知，T=6的不透水表面变化情况多数为成片增加的空间布局形态，说明东莞市在2010—2015年期间有连片的用地可以进行城镇建设活动；虽然T=3的不透水表面增加数量比T=6多，但是其空间布局表现多数是比较零碎的，说明在这期间东莞市的土地资源出现紧缺的现象，但是城市建设活动却没有减少，土地资源使用多数发生在水域和植被覆盖区域的边缘，见缝插针地做增量建设，如图3所示。

图3 东莞市T=6，T=3的不透水表面空间分布图

5   结论

本文运用GIS技术并结合城镇化发展进程对东莞市的土地利用进行量化分析，发现2010—2017年东莞市的不透水表面呈增长趋势，植被覆盖和水域则反之；K2＞K1，和城市化率、常住人口一样呈增速上升趋势；T=6的不透水表面呈现成片增加的空间分布，T=3的不透水表面变化大但是斑块零碎。以上说明东莞市在这期间发生了水体萎缩、森林退化和农田流失的现象，一旦耕地、森林和水体等自然土地资源被转变成建筑和道路等城市用地，其自然生态系统将会难以修复，是一种不可逆的土地资源转变现象。因此在今后城镇发展过程中，应注重城市生态安全、土地资源优化和可持续发展策略研究。