2010—2020年徐州市土地利用/覆盖时空变化分析

王 燕，戴 烨，贾聪慧，谭云荟，孙 萌，李 贺

（江苏师范大学，江苏 徐州 221116）

0 引言

土地作为一种人类赖以生存的不可再生资源，是人类生产和生活中最基本的物质资料[1]。土地是国家发展的基础，关系到人民、社会以及国家的发展[2]。土地利用/覆盖变化（LUCC）是由人类活动所引起陆地表面发生的变化[3]。随着城市化进程加快，城市化过程中对土地资源的需求不断增加，再加上人口增长和环境污染等问题日趋严重，土地资源日益紧缺，由此合理利用土地资源成为研究热点[4]。90年代以来，人们对土地利用/覆盖变化的研究，进入了一个新阶段，在人类活动的同时，人为地破坏和干扰土地的事件越来越严重[5]。如何合理有效地解决城市发展与土地资源的矛盾，实现可持续发展已经成为当前人类的一个重要研究课题[6]。而对土地资源的合理利用将关乎到人类的生产生活，土地利用应该与城市生态平衡协调发展，践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念[7]。

20世纪90年代，徐州市煤炭资源逐渐枯竭，加之城市化进程以及人地矛盾逐渐突出，城市用地需求和生态环境压力日趋增大，城市发展面临严峻挑战[8]。徐州作为一座资源型城市，是重要的工业、能源基地，工业化程度高[9]。目前徐州市正处于工业化阶段，城市化加快，经济快速发展[10]。在城市发展进程中对自然资源进行不断开发，导致城市土地利用类型和结构发生明显变化，局部地区出现生态问题，煤炭开采过度导致塌陷，造成土地破坏严重，严重制约着城市可持续发展[11]。因此，本研究对徐州市的土地利用/覆盖的结构和动态变化进行定量化研究，为徐州市土地利用的规划与实施提供一定基础[12]。一方面可以为徐州市未来城市规划及管理等提供基础研究，另一方面也为实现淮海地区的可持续发展提供科学的、有效的理论保障。

1 研究区与数据来源

1.1 研究区概况

徐州，古称“彭城”，地处苏、鲁、豫、皖四省交界处，素有“五省通衢”之称。是淮海经济区的中心城市，连接东西，贯通南北，地处重要的十字路口，是全国重要的交通枢纽城市。地势以平原为主，海拔在30米至50米之间。中东部有些许山地和丘陵。徐州属于温带季风气候，冬暖夏凉，四季分明，雨量适中。煤炭丰富，是我国重要的煤炭产地。也是全国重要的能源基地和工业基地。2020年，全市实现地区生产总值（GDP）7 319.77亿元，比上年增长3.4%[13]。

1.2 数据来源

数据主要来源于30米全球地表覆盖数据GlobeLand30（http://www.globallandcover.com.），这 是 我国研制开发的30米空间分辨率全球地表覆盖数据。GlobeLand30提供的土地覆盖数据共包括10个一级类型，分别是：耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪。GlobeLand30数据研制所使用的分类影像主要是30米多光谱影像，包括美国陆地资源卫星（Landsat）的TM5、ETM+、OLI多光谱影像和中国环境减灾卫星（HJ-1）多光谱影像，2020版数据还使用了16米分辨率高分一号（GF-1）多光谱影像。2010年数据的总体精度为83.50%，Kappa系数0.78。2020年数据的总体精度为85.72%，Kappa系数0.82。基于2010年和2020年徐州市2期土地利用/覆盖数据进行研究，徐州市土地覆盖类型分为耕地、人造地表、林地、草地、湿地、水体和裸地7种类型。

2 研究方法

2.1 土地利用变化幅度

土地利用变化幅度是指在一定时期内，研究区域内各地类的面积变化幅度。通过研究区域内各地类面积的变化情况，可反映研究区土地利用变化情况及总的变化趋势[14]。计算公式如下：

式中，Ui为研究时段内某一类型土地利用变化幅度；Uia、Uib分别为土地利用类型的数量初期和末期的面积。

2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵是根据一地区不同时相遥感影像的变化，求得一个二维矩阵[15]，见表1。对转移矩阵进行分析，能够得到2个时相，不同的土地类型之间相互转换。可以全面了解土地利用变化总体趋势和土地利用结构的改变[16]。

表1中[17]，行T1表示上一时相；列T2表示下一时相；A1至An表示n种不同的土地覆盖类型；P为面积。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化幅度分析

如图1和图2所示，2010—2020年徐州市各地类均发生明显变化。其中耕地和人造地表面积增幅变化较大。对比两期的土地覆盖的遥感数据，土地覆盖类型发生了较大的变化，主要表现为耕地减少，人造地表增加（表2）。

表2 徐州市2010—2020年土地利用/覆盖面积变化及变化幅度

图1 徐州市2010年土地利用/覆盖图

图2 徐州市2020年土地利用/覆盖图

3.1.1 土地覆盖类型的变化量：2010—2020年，耕地面积比2010年减少856.95平方千米；其次为人造地表，比2010年增加804.94平方千米。其他各地类的变化量：林地增加9.60平方千米；草地增加1.47平方千米；湿地增加4.79平方千米；水体增加37.23平方千米；裸地减少1.08平方千米。

3.1.2 土地覆盖类型变化幅度：2010—2020年土地覆盖类型变化幅度最大的为耕地，比2010年减少7.69%；其次为人造地表，比2010年增加7.22%。其他各地类的变化幅度：林地增加0.09%；草地增加0.01%；湿地增加0.04%；水体增加0.33%；裸地减少0.01%。

3.2 土地利用转移矩阵分析

利用GIS软件，通过对2010年和2020年数据进行叠加分析，得到徐州市2010—2020年土地利用/覆盖类型之间的相互转移关系（表3）。从土地利用转移矩阵可知，耕地的持续减少并大多转化成了人造地表；人造地表的增加主要由耕地、草地及水体等类型的用地减少再改变利用方式形成的。

表3 徐州市2010—2020年土地利用转移矩阵

耕地的变化从结构上来说主要是耕地与人造地表之间的相互转化，从数量上来说主要是耕地的转出（图3），转移成人造地表。这十年间，耕地转移成人造地表的面积为1 022.82平方千米，而人造地表转移为耕地的只有236.34平方千米。剩余转移关系中，耕地有7 654.56平方千米未发生转移，有26.24平方千米转出为草地，14.92平方千米转出为林地，0.09平方千米转出为裸地，95.78平方千米转出为水体，7.48平方千米转出为湿地。2020年耕地由草地、林地、人造地表、裸地、水体、湿地转入而来的面积分别为8平方千米、3.49平方千米、236.34平方千米、0.04平方千米、61.38平方千米和0.05平方千米，耕地的整体表现为转出。

图3 徐州市2010—2020年土地覆盖转移比例

人造地表的变化主要是各类型土地大量转入，主要是耕地转入为人造地表。这十年间，人造地表有1 652.95平方千米未发生转移，有3.54平方千米转出为草地，236.34平方千米转出为耕地，0.49平方千米转出为林地，3.86平方千米转出为水体，0.25平方千米转出为湿地。2020年人造地表由草地、耕地、林地、裸地、湿地、水体转入而来的面积为16.48平方千米、1022.82平方千米、2.77平方千米、0.77平方千米、0.01平方千米、7.15平方千米，人造地表的整体表现为转入。

草地、林地、裸地、水体转移变化较小。草地与林地之间的转移数量基本持平，草地转出为人造地表的部分由耕地的转入进行补充；林地少量转出为草地，主要由草地与耕地转入；裸地主要转出为草地、人造地表、以及水体，转入来源为草地；水体转出中有61.38平方千米为耕地，而耕地转入为水体的部分更多，有95.78平方千米；湿地主要转出为水体，主要转入来源为耕地与水体。

总体来说，各用地类型之间的转移是复杂多变的，2010年某一类型转出为多个类型，2020年的每一个类型也由多个类型转入。在徐州市2010年和2020年之间土地覆盖转移比例中，转化为人造地表和水体的比例较大。此外，林地、裸地、湿地和水体也较大比例转化为草地、草地、水体和耕地。在2010—2020年间林地、草地、湿地、水体等土地覆盖类型有一定程度的增加。而城市建设扩张过程中，某种程度上也会造成对城市建成区周边耕地、裸地等土地利用类型的占用。

3.3 空间变化分析

为方便研究，将徐州市的泉山区、鼓楼区、云龙区、贾汪区和铜山区这5个行政区合并为徐州市主城区。

徐州市在2010—2020年土地利用/覆盖变化主要集中在耕地的减少以及人造地表的增加（图4）。耕地减少最明显的地方在徐州主城区，丰县、沛县、新沂市、邳州市以及睢宁市中心区域也存在减少，但新沂市西南部分耕地有一定的增加；林地变化较少，主要是在铜山区有一定的增加；草地在主城区以及睢宁市存在减少；湿地主要是贾汪区内有明显增加，这是采煤塌陷地修复工程带来的变化，而邳州市湿地有轻微减少；水体的变化广泛分布于徐州市各区县，徐州市主城区和新沂市以减少为主，丰县、沛县、邳州市和睢宁县以新增为主；人造地表是以增加为主，分布于主城区和各区县的中心区域；裸地面积较少，变化不明显，主要分布于铜山区和贾汪区。

图4 徐州市2010—2020年土地利用/覆盖类型变化

4 讨论

随着我国城市化进程的不断推进，城镇化程度不断加深，城市建设总是不可避免地占用耕地资源[18]，导致全国各地可用耕地面积大幅度下降，因此守好18亿亩耕地红线，准确掌握土地资源状况，对土地资源进行合理利用和有效保护日益重要。想要达到合理高效利用现有土地资源的目标，应当在不妨碍当前发展的情况下，最大限度地发挥各类型土地的利用价值。

（1）徐州市2010—2020年土地利用/覆盖变化表现出来的耕地减少以及人造地表的增加与我国城市化进程不断推进、城市不断扩张这种大趋势有关。可根据各土地利用类型的变化规律及趋势，结合当地经济社会发展需求以及生态要求，因地制宜确定符合本地区可持续发展道路的土地利用方向和规划[19]，从而实现土地资源的合理分配及高效利用。

（2）耕地与人造地表的相互转移，与国土资源部提出“保经济增长、保耕地红线”行动，有一定的相关性。从耕地与人造地表相互转移的趋势上来看，徐州政府尽可能保持耕地资源的占补平衡，但从转移数量以及结果上来说，并没有完全达到占补平衡，人造地表转出为耕地远少于耕地转出为人造地表。应该切实加强耕地保护，结合各地区具体情况，划分出基本农田保护区，对优质农田加大保护力度，尽可能保持耕地资源占补平衡，缓解耕地压力[20]。

（3）面对城市化进程对建设用地以及人造地表不断增加的需求，以及大幅度增加的人造地表，应尽可能地充分发挥不同地块的区位优势来进行建设用地开发，优化基础设施建设[21]，将闲置未利用土地以及各类劣地进行综合利用，最大程度发挥每一部分土地的价值，进而提高土地利用效率，同时也要对人造地表进行合理把控，控制其用地规模。

（4）对于草地、林地、水体以及湿地，应着重保护生态环境，应加强保护对生态环境有重要意义的天然林地、湿地等，建立自然保护区，将必要的退耕还湖、退耕还林尽快纳入规划落实[22]。在保护生态环境的前提下，综合规划开发利用各类土地，不断扩大城市绿化面积，提高城市绿化水平。5结论

本文以徐州市为研究区域，基于两期30米全球地表覆盖数据GlobeLand30数据对徐州市2010—2020年土地利用/覆盖变化进行分析研究。通过分析两期土地覆盖数据，得出以下结论：

（1）徐州市2010—2020年土地利用/覆盖变化主要表现为耕地的减少和人造地表的增加。耕地面积2010年为8 813.55平方千米，占总面积的79.08%，在2020年面积为7 956.6平方千米，占总面积71.39%。其面积在2010—2020年减少了856.95平方千米，减少7.69%。人造地表面积2010年为1 903.32平方千米，占总面积的17.08%，在2020年面积为2 708.26平方千米，占总面积24.30%，其面积在2010—2020年增加了804.94平方千米，增加了7.22%。

（2）徐州市2010—2020年土地利用/覆盖类型之间的转移主要表现为由耕地转移为人造地表，转移面积为1 022.82平方千米。在土地覆盖转移比例中，人造地表和水体占较大比例。

（3）徐州市2010—2020年土地利用/覆盖空间变化主要集中在主城区，其他各区县也有变化。

由于城市化进程不断加快，城市经济快速发展，人地矛盾日益突出。准确掌握各用地类型变化规律及趋势，结合当地经济社会发展规律，因地制宜确定符合可持续发展要求的土地利用方向，从而实现土地资源的合理分配与高效利用对于城市未来的发展尤为重要。在未来城市的发展过程中，还需要着重关注对耕地、草地、林地等的保护，在发展经济的同时，与生态环境的保护协调发展[23]。本文对于准确掌握2010—2020年徐州市土地利用/覆盖时空变化、各土地利用类型之间的数量以及结构的转移具有重要作用，而结合当前社会经济发展的具体情况，探究这种土地利用/覆盖变化背后的内在机理，这或许是今后研究的重要方向。