基于GIS的城郊结合带土地利用覆被变化研究——以武汉市黄陂区为例

赵泽平，张凯瑞，陈红凤，徐伟青，向婉婷，曹瀚文

（三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002）

土地利用覆被/分类是土地利用中基础的技术实践应用工作，可为土地利用结构调整和土地资源开发、监测和控制等方面提供理论依据，为土地管理和相关部门提供土地利用相关信息，有助于土地资源可持续发展[1]。随着我国快速城市化，人类的活动范围、活动程度逐年加大，土地资源的开发利用问题逐渐受到人们的广泛关注。

近20年来，国内外已有较多学者对土地利用分类进行研究和分析，其中李亦佳等学者运用数理统计，空间分析和GIS等方法对南昌市1995-2015年的土地利用时空变化以及驱动因素进行了分析[2]；周霞等用动态模型来揭露了咸宁市2005-2015年间的土地覆被变化的相关特征，并对其相关的动力因素进行总结[3]；陈义菁等根据遥感图像数据制作土地利用专题图并对比分析重庆市北碚区土地利用类型变化，探索出影响土地利用分类变化的原因[5]。目前土地利用/覆被分类变化的研究多偏重于经济发展较快的大型城市，而对于快速发展的特大城市下的城郊结合带的研究相对较少。

本研究以武汉市城郊结合带——黄陂区2000、2005、2010、2015和2018年五个时期的土地利用遥感影像数据为研究对象，结合当地人口、城镇化以及社会经济等因素对武汉市黄陂区的土地利用变化的影响，分析了城郊结合带土地覆被变化的驱动因素。本研究有助于合理优化土地空间利用和科学调整产业布局，可为未来土地规划等工作提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

黄陂区地处长江中下游北岸，位于平原向丘陵多山地势过渡带，地理位置跨越114°09′-114°39′E，30°40′-31°22′N，研究区内有低山区、丘陵区、岗状平原区和滨湖平原区的四种地貌，形成全境“三分半山，一分半水，五分田”的格局[5]。区内光照条件充分，雨水充盈，地理条件优越，非常适宜农业的发展。

随着近几年中心城区——武汉的发展，黄陂区的经济发展迅速，城市化水平明显提高，建设用地大幅扩张。根据黄陂区2018年国民经济和社会发展统计公报[8-9]可知，黄陂区2018年的GDP年增长率达到了17.1%，城市化水平增至18.2%，建设用地率为0.354‰，人均建设用地面积为0.71m2，人均耕地面积478.26m2。

1.2 数据来源

土地利用覆被相关数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心，遥感地图信息数据源主要是Landsat TM影像，在Landsat TM数据无法覆盖或质量较差的区域，使用资源三号卫星影像和GoogleEarth影像等数据进行补充，以提高判读和制图精度[6-7]。在ArcGIS中进行数据提取、裁剪等步骤，得到黄陂区空间分辨率为30m×30m的2000、2005、2010、2015和2018年的土地利用覆被数据。结合研究区土地利用结构特征，将土地利用覆被分为6类：耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。

1.3 研究方法

土地类型的判别利用Lansat ETM+遥感图像的光谱、纹理和色调等信息，经专家识别，结合地形图目视解译而成，采用空间叠加分析、土地利用动态度分析、空间转移矩阵等方法[4]分析土地覆被变化及其空间分布规律。

2 结果与分析

通过分析各时期的土地覆被类型和特征可知，在武汉市黄陂区分布最广的是林地和耕地，草地和未利用地在武汉市黄陂区的分布比较少；土地利用类型发生了较大变化，其中耕地的降低最为显著，建设用地面积持续快速增长，林地和水域的变化程度较小。经过空间叠加分析得到黄陂区各时期土地利用面积变化趋势和强度，结果见表1、图1和图2。

图2 2000、2005、2010、2015、2018年黄陂区土地覆被类别变化趋势图

表1 2000、2005、2010、2015、2018年黄陂区各种土地利用类别面积统计

图1 2000、2005、2010、2015、2018年黄陂区土地覆被类别空间分布图

（1）2000-2005年，研究区的水域、林地、建设用地范围相对扩大，草地、耕地、未利用地范围相对缩小，且耕地的下降速率最大，反映了当地政府对退耕还林政策的实施十分到位，表明国家对土地利用相关问题在逐渐重视和改善。

（2）2005-2010年，研究区的林地、耕地、草地和水域的范围相对下降了，建设用地以及未利用地的范围有所增长，而建设用地的增长最显著，增加了53.80 km2，建设用地面积占整体的5.40%；耕地的降幅最为明显，降低了46.86km2，耕地面积占总面积的61.45%。这说明由于国家退耕还林政策的大力推进，耕地面积大幅减少，与此同时，城市的扩张和发展加速了建设用地的利用，使建设用地大幅增加。

（3）2010-2015年，研究区的建设用地的范围扩大了，而耕地、草地、林地、水域的范围均有所缩小。耕地面积减少了20.31km2，仍占总体的60.55%；建设用地面积增加25.66 km2后占总体的6.54%。反映了当地建设用地的规模调整模式是通过占用耕地的面积来促进农民住宅向集镇、中心村集中，以此促进了当地的发展进程。

（4）2015-2018年，研究区的林地、草地、建设用地和未利用地范围保持稳定并有一定地相对增长，耕地和水域范围有所缩小，反映了当地政府对相关土地保护政策的有效落实。按照相关政策标准的要求，实行土地的保护和防护措施，由主管部门进行管控，因此使林地和草地得到了保护，在三年间面积保持稳定。

（5）2000-2018年，总体来说，研究区的土地覆盖类型在18年间发生显著改变，林地、耕地、草地和水域范围都相对缩小了，而建设用地和未利用地在增长；其中建设用地的扩张最显著，18年间扩大了106.75 km2，截至2018年由总体的2.73%增长至7.48%；耕地的下降最为显著，18年间面积减少了97.16 km2；现占总体的59.80%；水域以及未利用地的改变较小。城市的快速扩张导致耕地数量大幅减少，人地矛盾进一步加大。相比较而言，研究区对建设用地的投入力度明显加大，但建设用地并不能高效运转，且产出效益比较低。

3 结论与建议

3.1 结论

本文以武汉市黄陂区作为研究对象，黄陂区在2000-2018年间土地覆被结构产生较大改变，主要的土地利用类型是耕地、水域、林地和建设用地，其中耕地、水域、林地和草地的范围在缩小，18年间分别缩小了97.16 km2、1.24 km2、6.31 km2、2.28 km2，建设用地范围却大幅增长了106.75 km2，未利用地范围增长了0.31 km2。

对比五期土地覆被类别空间分布图的发展趋势可知，五期的耕地和建设用地的发展趋势相对保持稳定，耕地在持续降低，而建设用地却持续上升，耕地自2000年后就一直呈持续下降状态，五期耕地缩小的面积与建设用地所增加的面积大致相等，说明新增城镇建设用地的主要来源是耕地；草地由最初下降状态在2015-2018阶段转为上升状态，表明国家的退耕还林还草的政策正在大力推行和实施，且已发挥了一定作用。水域和林地虽总体变化不大，面积却在2000-2005年间上升但在2005年以后转为下降趋势，水域面积的变化与黄陂区内经济发展相关。鉴于黄陂区有大量的水域面积，水产养殖业发达，2005年之前为促进该区经济发展，政府大力促进养殖业发展，促使了水域面积的增加。此后，水域面积开始减少，是由于水产养殖对生态环境造成破坏，黄陂区大量水域污染，政府为保护生态环境开始减少水产养殖，因此水域面积没有发生太大的变化。林地与水域也有不同，林地面积在2015年以后略有上升，一方面是国家退耕还林的政策，另一方面也是政府对环境保护的力度加大。另外未利用地的变化趋向并不明显，保持着相对稳定。

3.2 建议

建设用地的扩张要在适应社会经济发展的需要下进行，黄陂区建设用地的面积随其经济发展而增长，而城镇化的发展趋势更强，使建设用地的利用率不高，所以在保证建设用地规划和态势相对稳定的条件下，进一步改善城镇利用空间，发挥资源优势，提升和优化土地资源利用效率。

耕地是国之根本，耕地保护的责任很重，需要进一步改善农田的布局，推动农田资源合理利用，优先保护优质耕地，促进农业的可持续发展。黄陂区的战略备用土地不足，以致全区耕地后备资源分布零散，开发难度大，迫切需要实施耕地保护政策。而且全区的环境保护工作需要加强，城乡结合带的环境保护设施配备不健全，污染严重，易使生态发生破坏，需要加强管理。