榆次城北新区土地利用变化特征分析

孙贞贞

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

1 引言

土地利用变化是指人类改变土地利用和管理方式，导致土地覆被的变化[1，2]，是自然和人文过程交叉最为密切的问题。区域土地利用变化的研究目前已成为 “全球环境变化的人文因素计划(IHDP)”的重要组成部分[3]。其中对土地利用 /土地覆盖的测量一直作为土地利用 /土地覆盖研究的重要基础，受到IHDP组织者的高度重视[4]。近年来山西城乡结合部土地利用类型正在悄然发生变化，同时遥感和地理信息系统由于宏观性、综合性、多光谱性等特征在土地利用变化研究中起着越来越重要的作用[5，6]，成为该研究不可或缺的技术手段。本文以晋中市榆次区城北新区为研究对象，对该区域2006～2011、2013～2018年TM数据利用Arcgis进行遥感解译，并结合动态模型、质量模型、空间模型分析了榆次城北新区2006～2018年各种土地利用类型的基本特征以及空间格局，以了解研究时段内该区域土地利用变化的基本特征，为城北新区土地规划提供依据。

2 研究区域与数据来源

2.1 研究区域概况

榆次城北新区位于晋中市城区北部，2006年城北新区开始施工，2013年正式投入使用，是太榆同城化的重要抓手，是山西省教育基地、科研智库，将成为晋中市发展的前沿阵地[7，8]。

2.2 数据来源与处理

2006～2011年、2013～2018年土地利用数据来源于Landsat5TM数据(2012Landsat卫星出现故障)，分辨率为30 m。首先利用Arcgis10.2对2018年TM2、TM3、TM4进行标准假彩色合成。而后以此为基准，对其他年份影像进行几何校正，最后基于全国土地利用分类系统将其分为：建设用地、水体、植被、耕地。并利用ERDAS软件对影像进行遥感解译，解译完成后野外验证发现分类结果可以满足研究精度。

3 研究方法

3.1 土地利用类型动态变化模型

土地利用类型动态度直观反映了区域土地利用类型的变化剧烈程度[9]。计算公式如下：

K=(Ua-Ub)/Ua×1/T×100%

(1)

式(1)中:K为研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua，Ub为研究初期与研究末期某一土地利用类型的数量；T为研究时长。

3.2 土地利用类型空间变化模型

土地利用类型转移矩阵是土地利用格局变化研究的一种重要的方法，可以动态地反映各种土地利用类型相互转换的过程[10]。公式如下：

(2)

式(2)中:P表示面积；n表示土地利用类型数；Pij中的i、j分别表示研究初期与末期的土地利用景观类型。

3.3 土地利用类型质量变化模型

土地资源开发度表示的是单位时间中某种土地利用类型实际新开发程度，其表示为单位时间内某种土地利用类型新开发的土地面积占初期该土地利用类型总面积的百分比[11]。公式如下：

P=Dab/Ua×1/T×100%

(3)

式(3)中:P为土地利用开发度，Dab为从a时刻到b时刻某种土地利用类型新开发的面积，Ua表示a时刻该种土地利用类型的面积，T为研究时长。即从a时刻到b时刻。

4 结果与分析

4.1 土地利用变化动态模型分析

随着LUCC研究的不断深入发展，定量分析在土地利用变化分析中得到广泛应用[12]。整体来看，土地利用动态度整体趋势与土地利用变化总的特征相一致，2006～2012年动态度的绝对值比2012～2018年大，说明在2006～2012年土地利用类型的变化剧烈，而此阶段为北部大学城建设初期，土地利用类型整体在发生变化(表1)。

表1 土地利用类型动态度 %

4.2 土地利用变化空间模型分析

由表2可知，三时段内耕地转化为建设用地转移面积巨大，分别占同期耕地转移量的94.7%,28.6 %,24.8%，耕地转化为建设用地是研究时段内主要趋势，这与城北新区初始主要土地利用类型为耕地以及城北新区建设密切相关。水体与耕地相互转换在研究时段内均有发生，2006～2010年和2014～2018年年耕地转化为水体的转移量远不及水体转化为耕地的转移量，2010～2014年耕地转化为水体居绝对优势。2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年水体转化为建设用地的转移量占同期转移量的31.2%、42.3%、27.4%，转移量在2010～2014年达到最大值。

表2 土地利用类型转移矩阵提取信息 m2

4.3 土地利用变化质量模型分析

通过对土地利用类型转移矩阵中各种土地利用类型转移量的计算得出时间段内开发量，并计算出土地利用开发度表。由表3可知，2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年植被土地利用开发度度分别为0.53%、38.72%、11.82%。建设用地在三个时段内开发度分别为：26.15%、27.07%、15.4%，整体来看都在15%之上，大于其他类型，数据说明城北新区在2006～2018年处于发展期，从2014～2018年数据来看，未来继续发展的可能性很大。水体土地利用开发度分别为8.75%、143.71%、18.01%，2010～2014年开发度高达143.71%，这可能是建设中主要建筑完成后对周围景观进行布置。三种土地类型在2010～2014年开发度达到最大，前期为建筑预热时期，中期建筑面积增大，各项土地利用类型开发度最大。

表3 土地利用开发度数据 %

5 结论

土地利用变化是指人类改变土地利用和管理方式，导致土地覆被的变化[13]，尺度规模是区域土地利用变化特征及驱动机制研究的核心问题，关于大尺度中尺度的研究成果已有很多，而小尺度研究是土地利用变化进程中重要组成部分[14]。

(1)土地利用存在一个机会成本，当耕地的收益明显低于建设用地时，耕地将大量转化为建筑用地。

(2)土地利用转移量最大的方向为其他土地类型向建设用地的转化，2012年前转移量巨大，2012年后转移量变小，但相比于其他来说，仍然较大。

(3)2006～2012年动态度的绝对值比2012～2018年大，说明在2006～2012年土地利用类型的变化剧烈，而此阶段为北部大学城建设初期，土地利用类型整体在发生变化，而2012年大学城基本建设完毕，所以2012～2018年土地利用动态度绝对值相对较小。

(4)在城北新区土地利用类型转化过程中，自然因素、社会经济因素尤其是政策因素、环保意识等发挥了重要作用，前期建设用地、耕地、水域的转换与社会经济因素密切相关。但后期国内环境突出，人们越来越重视自然环境。