廊坊市土地利用类型及植被覆盖度的时空动态变化研究

郜敏娜 胡永翔 尚国琲 秦占飞 谢宝妮

摘要 廊坊市的土地利用变化对当地土地资源优化布局和生态环境保护具有明显作用。通过对廊坊市2000年、2005年、2010年、2015年及2020年5期土地利用数据进行分析，得到廊坊市土地利用变化相关数据和当地的植被覆盖指数，并利用该数据对研究区土地利用的合理性进行评价。结果表明：该研究区土地利用类型的数量和结构都在不断地变化和演变。2000—2020年综合土地利用动态度为0.42%，各土地类型之间也存在着不同程度的转化。土地利用类型间的多维向转化是引起土地利用时空分布变化的直接表现形式。2000—2020年廊坊市植被覆盖度变化也呈现出了下降趋势。

关键词 土地利用；植被覆盖度；时空动态变化；廊坊市

中图分类号 Q948  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0073-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.017

Study on the Spatial and Temporal Dynamics of Land Use Types and Vegetation Cover in Langfang City

GAO Min-na1，2，HU Yong-xiang1，2，SHANG Guo-fei1，2 et al

（1.School of Land Science and Spatial Planning，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031;2.Hebei Center for Ecological and Environmental Geology Research，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031）

Abstract The land use changes in Langfang City have obvious effects on the optimal layout of local land resources and ecological environmental protection.In this paper，we analyzed the land use data of Langfang City in five periods of 2000，2005，2010，2015 and 2020 to obtain the data related to land use change and local vegetation cover index in Langfang City，and used the data to evaluate the rationality of land use in the study area.The results show that the number and structure of land use types in the study area are constantly changing and evolving.The integrated land use dynamic attitude from 2000 to 2020 is 0.42%，and there are different degrees of transformation among land types.The multi-dimensional transformation among land use types is a direct manifestation of the change in spatial and temporal distribution of land use.2000-2020 vegetation cover change in Langfang also showed a decreasing trend.

Key words Land use;Vegetation cover;Spatial and temporal dynamics;Langfang City

基金项目 河北省社会科学基金项目（HB20YJ032）。

作者简介 郜敏娜（2000—），女，山西晋城人，硕士研究生，研究方向：土地资源管理。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事土地资源管理研究。

收稿日期 2023-10-11

通过对当地土地利用/土地覆盖变化情况的研究，可以对解决当地生态环境变化问题提供一定的參考［1-3］。国内外学者已经对土地利用/土地覆盖变化进行了多角度、多方法的研究。IGBPII指出土地利用/土地覆盖变化是认识人类、陆地和环境这个大系统的关键［4］；于兴修等［5］阐述了我国当前土地利用/覆被变化的现状及存在问题；邵景安等［6］分析了引起土地利用变化的驱动因子及驱动力；许月卿等［7-8］从流域尺度出发，分析土地利用/覆被变化。刘成武等［9］整理分析了研究土地利用/覆被变化的相关方法。该研究基于廊坊市遥感数据利用ENVI进行监督分类和提取，得到土地利用数据和植被覆盖数据，然后应用ArcGIS对廊坊市土地利用时空动态变化情况进行分析，针对当地植被覆盖度进行评价分析，了解廊坊市土地利用的现状及问题，为合理地调整廊坊市土地利用结构、提高土地利用效率和改善生态环境提供参考。

1 研究概况及数据

1.1 研究区概况

廊坊市位于河北省和华北平原的中部，位于38°28′～40°15′N，116°7′～117°14′E。廊坊总面积6 429.0 km2，地势比较平缓，以平原为主，一般高程在2.5～30.0 m，平均海拔约13.0 m（图1）。

1.2 数据来源

采用廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年共5 期的Landsat4-5 TM和Landsat8 OLI_TIRS的遥感影像数据，所有原始遥感影像数据均从地理空间数据云中下载［10］。DEM数据下载于地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/），空间分辨率为30 m。

2 数据处理

2.1 遥感数据处理 以廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年5 期的遥感卫星数据为基础，通过最大似然法对不同时期的遥感数据进行监督分类得到廊坊市土地利用及植被覆盖数据。使用ENVI5.3对研究区原始遥感影像进行图像预处理，主要包括辐射校正、几何校正、大气校正等；然后通过监督分类，将该地区土地利用类型分为6 类，即耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地，通过土地利用动态度和土地利用转移矩阵对研究区不同用地类型的土地利用变化进行综合研究，并结合像元二分模型法和一元線性回归法分析廊坊市2000—2020 年植被覆盖度变化情况，进而进一步分析土地利用变化规律及其合理性，然后通过对廊坊市2000—2020 年对研究区后续土地利用类型的合理优化提出建议。

2.2 土地利用变化数据处理

2.2.1 土地利用转移矩阵。

土地利用转移矩阵不仅可以体现各土地类型相互间的转化情况，还可以表现各土地利用类型变化幅度的大小［11］。该研究通过Arcgis10.8制作土地利用转移矩阵，分析土地利用的动态变化情况。

2.2.2 土地利用动态度。

土地利用动态度包括单一土地利用动态度（Ki）和综合土地利用动态度（LC）［12］，可以体现出研究区土地利用在研究时段的变化速率，计算公式为：

Ki=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中：Ki为某种土地利用类型年动态变化率；Ua和Ub分别为研究期初和期末某种类型土地的面积；T为研究时间段。

LC=ni=1ΔLUi-j2ni=1LUi×1T×100%（2）

式中：LUi为起始时间某类土地利用类型面积；ΔLUi-j为监测时段内第i类土地利用类型转为j类土地利用类型面积的绝对值；T为研究时段长度。

2.3 植被覆盖度数据处理与分析

2.3.1 基于NDVI的像元二分模型法。

基于像元二分模型法，利用NDVI来计算廊坊市省植被覆盖度［13］，计算公式为：

FVC=NDVI-NDVIsoilNDVIveg-NDVIsoil（3）

式中：FVC表示植被覆盖度，NDVIsoil表示没有植被覆盖地区的植被指教或裸土，NDVIveg表示完全被植被覆盖地区的植被指数［14］。

参考王国帅等［15］对植被覆盖度的划分，对廊坊市植被覆盖度进行合理划分，划分标准见表1。

2.3.2 一元线性回归。

采用一元线性回归方法分析廊坊市2000—2020 年的植被覆盖度变化，一元线性回归能够模拟每个像元的变化趋势，并满足在若干时间节点的长时间内模拟变化趋势需求［16］。计算公式为：

slope=n×ni=1i×NDVIi-（ni=1i）（ni=1NDVIi）n×ni=1i2-（ni=1i）2（4）

式中：i为研究期间的第i年，n为研究时段；NDVI为第i年的NDVI值；slope为每个像元NDVI变化趋势斜率，用于反映变化趋势。

3 土地利用变化和植被覆盖变化结果分析

3.1 土地利用变化分类结果

不同时间的各个土地利用类型面积的增减多少可以反映出廊坊市土地利用的变化情况，通过对研究区2000—2020年不同土地利用类型面积变化情况分析，得出研究区土地利用结构的变化趋势。由2000—2020年廊坊市土地利用变化（图2）和土地利用类型面积统计结果（表2）可知，廊坊市整体以耕地和建设用地为主，草地所占面积最小。土地利用面积有所增加的类型有建设用地、未利用地和草地，分别增加了511.41、9.71和13.87 km2；而耕地、林地面积有所减少，分别减少了503.54、27.61 km2；水域面积变化幅度不明显。说明廊坊市在发展的过程中，建设用地和草地占用了部分耕地和林地，对于部分耕地和林地产生了一定的消极影响，除此之外，廊坊市未利用地也出现了增加的趋势，且增加趋势较为明显，说明研究区土地呈现出了退化的趋势。

3.2 廊坊市土地利用转移矩阵

选取廊坊市2000、2010、2020年3年的土地利用数据进行叠加统计分析，获得2000—2010年、2010—2020 年、2000—2020 年3个时段的土地利用转移矩阵（表3～5）。由转移矩阵可见，各地类的互相转换集中出现在耕地、建设用地、林地三者之间。在2000—2010 年，除耕地和建设用地的转换外，林地和耕地也在互转。2010—2020 年，耕地主要由建设用地、林地和水域转入，但耕地转入建设用地和水域的面积也在增加。2010—2020 年，主要为耕地、林地、水域和建设用地之间的互转，耕地主要由建设用地、林地和水域转入，建设用地主要由耕地和林地的转入。2000—2020 年，主要也为耕地和建设用地的转化、耕地转化为建设用地，建设用地转变为耕地现象最为明显，其次是耕地、林地和水域之间的转化。耕地和林地的转出量大于转入量，说明耕地和林地的面积是减少的。

3.3 廊坊市土地利用类型动态度

依据土地利用动态度（表6）和土地利用面积变化（图3），分析廊坊市土地利用的时间演变规律。从单一土地利用动态角度来看，2000—2010年，耕地、草地和水域的土地利用面积呈现出了减少的趋势，年减少率分别为0.44%、2.59%和4.95%；林地和建设用地土地利用面积呈现出增加的趋势，年增长率分别为0.46%和3.34%。在一定程度上，各土地利用类型面积变化速度的快慢可以通过土地利用动态度绝对值大小来反映。2000—2010年，变速由快到慢依次为水域、建设用地、草地、林地和耕地，由此可知，水域变速最快，而耕地的变速最慢。2010—2020年，耕地和林地继续减少，草地、水域、建设用地和未利用地持续增加，并且林地、草地、水域反向变化。由于最开始并没有未利用地，后期未利用地面积持续增加，导致未利用地变速最大，其次为草地、水域、林地、建设用地和耕地。整体来

看，2000—2020年，对比绝对值大小，变速最大的是草地，其次是建设用地、林地、耕地和水域。

3.4 廊坊市植被覆盖度时空变化特征

3.4.1 植被覆盖度随空间变化特征。

基于廊坊市2000、2005、2010、2015和2020年植被覆盖度等级图较为客观地反映廊坊市的植被覆盖情况，通过5期分类图可以发现廊坊市近些年来植被覆盖度发生了较大的变化，结合表7和图4可以看出，2000、2005、2010、2015和2020年良等覆盖度是廊坊市主要植被覆盖等级，分别占总面积的56.15%、32.36%、55.38%、50.52%和45.44%。同时，差等覆盖度是变化最大的植被覆盖等级，增加了10.85百分点;其次为良等覆盖度，减少了10.71百分点，多分布于西北部和东南部地区。整体上中等覆盖面积大于差等覆盖面积，且二者都呈增加的发展趋势，但面积变化不大。最后，劣等覆盖面积较小，至2020年，增加幅度较小。2000年良等覆盖度占地面积占一半以上，2020年良等覆盖度面积降至45.44%。廊坊市植被覆盖度由中等、良等覆盖度向中等、差等覆盖度逐级过渡转移，归因于廊坊市近年来的经济快速发展，城镇化率不断提高，从而忽视了环境问题。

3.4.2 植被覆盖度随时间变化特征。

NDVI不仅能够降低遥感影像中地形等因素的影响，还能够准确地表现一个地区植被覆盖情况［17］，该研究选取2000—2020年中的5个年份，通过计算NDVI值进而进行植被覆盖度分析（图5）。由图5可知，植被覆盖度平均值趋势回归方程为y=-0.075 1x+0.824 9，相关系数R2为0.483 3。植被覆盖度NDVI平均值呈下降趋势，每年降低速度为0.075 1，整体的NDVI平均值在0.30～0.73，最小NDVI平均值出现在2020年，为0.30，植被覆盖度较低，随着我国城市化进程的不断加快，建设用地占用其他用地现象还是比较严重，植被覆盖情况有所下降。在2005年平均值达到最大，由原来的0.64增加到0.73，2015年又出现下降的趋势，这是由于廊坊市经济、人口迅速增长，经济开发，城市建设以及人类对植被的不合理开发导致植被覆盖度有所降低。

由图6和表8可以看出，在廊坊市2000—2020年均NDVI空间分布中，良等覆盖度所占比例最大，达到65.56%；优等覆盖度所占比例最小，为0.01%；劣等覆盖度、差等覆盖度、中等覆盖度所占比例位于两者之间，所占比例分别为0.52%、10.47%、23.44%。

3.4.3 植被覆盖空间格局演变特征分析。由表9、图7可知，2000—2020年，廊坊市严重退化区域位于主城区、工业区和各县乡中心，而郊区和农村等地的植被覆盖度相对较高，以森林、草地和农田为主的植被类型也是影响植被覆盖度空间分布特征的因素之一。植被改善区域面积均稍小于退化区域，稳定面积持续占据主导地位，表明生态恢复工程发挥了一定的作用，但效果不是特别显著。总体上来看廊坊市植被覆盖度逐渐降低，但幅度不大，局部区域仍会出现退化现象，需要加大生態环境治理力度。

4 讨论与结论

4.1 讨论 人地之间关系是人文地理学研究的一个重要议题，最基础层次的人地关系是人类活动与土地利用之间的关系［18］。依据已有研究成果，并结合研究区土地利用的相关数据，分析廊坊市土地利用的变化情况可知，廊坊市土地利用主要以耕地和建设用地为主；但从2000年以来，廊坊市的土地利用情况也在不断地波动和变化中，其中耕地和林地面积减少，耕地减少的面积最多，林地次之。主要原因是人类活动区域扩大、城镇化的发展过程中对耕地和草地造成了不合理的占用现象。草地面积虽然有所增加，但趋势不明显，说明近年来廊坊市生态保护建设工程虽得到了一定的成效，但成效不明显。植被覆盖度可以表现出植被的繁茂程度，2000—2020年植被覆盖度NDVI总体呈下降趋势，植被覆盖度较低，随着我国城市化进程的不断加快，建设用地占用其他用地现象还是比较严重，植被覆盖情况有所下降。在2005年NDVI值达到最大，2015年又出现下降的趋势，这是由于廊坊市经济、人口迅速增长，经济开发，城市建设以及人类对植被的不合理开发导致植被覆盖度有所降低。

4.2 结论

（1）2000—2020 年廊坊市土地利用/覆被变化中，整体是以耕地和建设用地为主，草地所占面积最小。近20年间，主要是建设用地、未利用地和草地面积有所增加，分别增加了511.41、9.71和13.87 km2。耕地、林地面积有所减少，分别减少了503.54、27.61 km2；其中水域面积变化幅度不明显。说明廊坊市在20 年发展的过程中，建设用地和草地土地资源使用占用了部分耕地和林地，对于部分耕地和林地产生了一定的消极影响，除此之外，廊坊市未利用地也出现了增加的趋势，说明土地质量呈现出了退化的趋势。

（2）2000—2020 年，廊坊市严重退化区域位于主城区、工业区和各县乡中心，而郊区和农村等地的植被覆盖度相对较高，以森林、草地和农田为主的植被类型也是影响植被覆盖度空间分布特征的因素之一。植被改善区域面积均稍小于退化区域，稳定面积持续占据主导地位，这表明生态恢复工程发挥了一定的作用，但效果不是特别显著。总体上来看廊坊市植被覆盖度出现了降低的趋势，虽然整体逐渐趋于稳定的态势，但局部区域仍出现退化现象，需继续加大生态环境治理。

5 对策建议

（1）加强土地利用规划，优化城市布局。制定合理的土地利用和城市规划，尽可能减少耕地面积的压缩，保护好生态环境，同时促进城市绿化，提高植被覆盖率。

（2）发展绿色产业，促进循环经济。推广绿色产业，如清洁生产、环保产业等，利用资源进行生态循环利用，通过循环经济的方式减少对自然生态环境的破坏。

（3）加强生态保护，提高植被覆盖度。加强保护自然生态环境，通过在城市周边兴建森林公园和自然保护区等生态保护设施，提高植被覆盖度，促进生态恢复。

（4）合理用地，保障农民土地权益。优化农业结构，通过适度调整种植结构、提高精细化管理、实施落后农业用地的改造，合理利用土地资源，促进农业的可持续发展，保障农民土地权益。

综上，廊坊市应加大对耕地的保护与利用力度，优化耕地结构，促进城镇绿化与农业生产与生态保护，以实现耕地的可持续开发与可持续发展。要保护和恢复绿色空间，提高城市绿化率，并制定土地利用规划和政策控制城市化的速度和方向，减少绿地的消失和植被受到破坏，此外还要采取措施应对自然灾害、控制污染，采取相应措施减少污染物排放，减少对植被的破坏，最后还要推广可持续发展理念，保护生态安全。

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