相妮，薛潔，王平云

(山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266000)

1 引 言

土地資源是人類一種重要的不可再生資源，土地利用/覆被反映了自然與人文過程交叉最為密切的關(guān)系[1]。21世紀(jì)以來，我國經(jīng)歷著快速的城鎮(zhèn)化發(fā)展，人地矛盾日漸凸顯，制約著可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，需要對土地利用/覆被變化(LUCC)進(jìn)行監(jiān)測，以揭示土地利用結(jié)構(gòu)配置的合理性，使得土地利用率達(dá)到最大，以此來滿足人類需求，做到人口資源環(huán)境相協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)效益相統(tǒng)一[2]。

土地利用/覆被變化監(jiān)測一直是國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境變化研究領(lǐng)域的重點(diǎn)[3～5]。近年來，隨著城市的迅速擴(kuò)張，對于土地利用/覆被變化的研究，從對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測發(fā)展到分析土地利用變化特征及影響因子[6]，從人地矛盾突出區(qū)到區(qū)域整體[7～9]。目前我國基于遙感技術(shù)對于LUCC的研究多集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)域，對于中小城市的土地利用變化的研究相對較少。由于存在著顯著的地域差異，對于小范圍的土地利用/覆被變化監(jiān)測也應(yīng)成為研究中重要的一部分[10]。以青島市西海岸新區(qū)為研究區(qū)，基于Landsat8影像，選取2013年和2018年的影像數(shù)據(jù)，分析土地利用狀況，了解區(qū)域土地覆被類型的變化情況并探討其驅(qū)動因素，對于合理的土地規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，同時也為區(qū)域城市擴(kuò)張和生態(tài)環(huán)境治理提供參考。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 區(qū)域概況

選取山東省青島市西海岸新區(qū)作為研究區(qū)。西海岸新區(qū)地處青島市西南部，位于北緯35°35′～36°08′，東經(jīng)119°30′～120°11′，陸域面積 2 096 km2，擁有較長的海岸線，包含多處港灣、灘涂。全區(qū)常住人口153.92萬人，地區(qū)國民生產(chǎn)總值超 3 000億元。

2.2 數(shù)據(jù)

采用Landsat 8 OLI傳感器獲得的衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，選擇2013年、2018年4月份天氣晴朗、云量較小的影像數(shù)據(jù)，通過對單波段的數(shù)據(jù)特征值和多波段的數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析，篩選得出用于本次研究影像分類的最佳波段組合，分別是OLI影像的2、3、4、5、6、7波段。

2.3 土地分類

對衛(wèi)星影像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、校正、幾何配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)、圖像裁剪等方法[11]，采用最大似然監(jiān)督分類法進(jìn)行解譯分類，提取土地利用數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)處理使用ENVI 5.3軟件。結(jié)合影像特點(diǎn)和西海岸新區(qū)的總體土地利用規(guī)劃，并參考土地利用分類系統(tǒng)對研究區(qū)土地利用類型一級劃分為水域、耕地、林草地、建筑用地以及其他用地類型。對其他土地利用類型由于其在研究區(qū)內(nèi)對二級分類如表1所示：

根據(jù)土地利用分類系統(tǒng)和研究區(qū)實(shí)際，本研究采用的分類方法有目視解譯法、監(jiān)督分類法，得到地物分類圖后，精度評定結(jié)果達(dá)到90%以上，Kappa系數(shù)均超過0.8，符合精度要求。

研究區(qū)土地利用類型的劃分 表1

2.4 單一動態(tài)度和變化幅度分析

土地利用類型的變化速度可以用土地動態(tài)度來表示[12]，為分析每種土地利用類型在一定時間的變化速度，本研究采用了單一土地利用類型動態(tài)度：

(1)

式中，Ua、Ub分別表示研究初期和末期同一地物的數(shù)量；T是研究時長，取年為單位；K為研究區(qū)內(nèi)某地類的單一動態(tài)度(年變化率)，當(dāng)T取1時，K為土地利用面積變化幅度[13]。

2.5 土地利用變化方向分析

通過轉(zhuǎn)移矩陣直接反映出研究區(qū)早期和后期的土地利用類型的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移的變化形勢。這有助于明確研究地物的轉(zhuǎn)移變化情況，即損失和來源構(gòu)成[14]?；诒狙芯康姆诸愺w系，利用土地轉(zhuǎn)移矩陣提取研究區(qū)主要用地類型變化。在土地利用轉(zhuǎn)移矩陣中，一般用行表示終點(diǎn)時刻點(diǎn)土地利用方式，用列代表初始時刻點(diǎn)土地利用方式，矩陣值R表示起始時刻到終點(diǎn)時刻各個土地類型轉(zhuǎn)變率，其計(jì)算公式為[15]：

(2)

式中F和I分別表示某一土地類型終點(diǎn)時刻數(shù)量統(tǒng)計(jì)值和初始時刻數(shù)量統(tǒng)計(jì)值。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 土地利用動態(tài)度及變化幅度分析

基于分類面積統(tǒng)計(jì)得到各類土地利用情況，結(jié)果如表2所示，數(shù)據(jù)表明：2013年～2018年西海岸新區(qū)土地利用總體狀況是：面積最大的是其他用地，包含(灘涂，海岸以及山地及其他未利用土地)，占總面積的60%以上，這與研究區(qū)的地理環(huán)境相對應(yīng)，即處于膠東半島山地丘陵區(qū)；建筑用地次之，且呈現(xiàn)明顯增加趨勢，也從側(cè)面表現(xiàn)了西海岸新區(qū)近年來快速的城市擴(kuò)張；林地面積在總面積中所占比例較小，占比大幅度增加；水域面積最小，表現(xiàn)為少量增長，凸顯了研究區(qū)水資源稀缺的狀況。

運(yùn)用式(1)計(jì)算得到土地利用單一動態(tài)度及面積變化幅度，結(jié)果如表3所示，可以看出：2013年～2018年期間，研究區(qū)內(nèi)各類土地利用類型的變化情況存在差異。從變化量上看，數(shù)量增加最多的是林地，面積變化量為 303.62 km2，這與西海岸新區(qū)所實(shí)施的綠化工程戰(zhàn)略密切相關(guān)，大量的山地以及未利用土地轉(zhuǎn)化為林場；建筑用地的面積呈現(xiàn)增加趨勢，這主要是城市化加速，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長使得居民對于住房、基礎(chǔ)設(shè)施以及其他城市建筑用地的需求進(jìn)一步增大；耕地和水域的面積增長相對平緩；相反，其他用地類型呈現(xiàn)出面積大量減少趨勢，造成此變化的重要原因是農(nóng)村和城市的發(fā)展占用土地。從變化速度上看，林地變化最為突出，單一動態(tài)度高達(dá)59.73%；建筑用地變化速度緊隨其后，為5.12%；水域面積變化速度較慢，發(fā)生變化的主要原因是研究區(qū)屬于具有代表性的資源型缺水和水質(zhì)型缺水地區(qū)，隨著生產(chǎn)制造類、電力類等行業(yè)的不斷發(fā)展，水資源的供求關(guān)系之間的矛盾更加突出，同時海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，使得海岸帶、灘涂等進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為水域；耕地面積變化速度較慢，主要是政府加強(qiáng)對耕地的保護(hù)措施，通過土地開發(fā)整理，有效地保護(hù)了耕地數(shù)量。

2013年、2018年西海岸新區(qū)土地利用情況 表2

2013年～2018年西海岸新區(qū)土地利用動態(tài)度及變化幅度 表3

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移方向

通過對西海岸新區(qū)研究期內(nèi)的土地利用類型間的轉(zhuǎn)變進(jìn)行分析，得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣如表4所示，對表內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：西海岸新區(qū)在2013年～2018年期間，主要的土地轉(zhuǎn)移形式為其他用地轉(zhuǎn)移成林草地、建筑用地、耕地和水域，以及各類之間少量的相互轉(zhuǎn)移。在研究期內(nèi)，建筑用地增加源于各種類型的轉(zhuǎn)化，其中主要是其他用地的轉(zhuǎn)移，表明城市在進(jìn)一步擴(kuò)張；增加的林地面積為水域、建筑用地、耕地和其他用地類型的轉(zhuǎn)移，分別為 3.56 km2、0.39 km2、7.01 km2，303.40 km2，其他用地是主要轉(zhuǎn)移對象；水域的增加主要來源于其他用地類型，主要是董家口碼頭、星光島等基礎(chǔ)工程、以及漁業(yè)養(yǎng)殖等發(fā)展造成水域面積變化；耕地面積的變化源于與其他地物間的轉(zhuǎn)化，耕地保有量穩(wěn)定，呈現(xiàn)小幅增加趨勢。從總體上來看，其他用地與各種土地類型之間存在著明顯的轉(zhuǎn)移。

西海岸新區(qū)2013年～2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(單位/km2) 表4

3.3 土地利用空間變化

為了更加直觀地反映西海岸新區(qū)的土地利用類型在整個研究區(qū)間內(nèi)空間變化情況，對2018年與2013年土地利用類型進(jìn)行對比，結(jié)果如圖1所示，(紅色代表該區(qū)域的土地類型已更改，白色代表未更改)，可以看出研究期內(nèi)西海岸新區(qū)土地利用類型變化主要發(fā)生在中北部地區(qū)以及零星的沿海地區(qū)。其主要原因是北部地區(qū)地理位置優(yōu)越，工業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)，逐漸成為城市化的主戰(zhàn)場，對于土地利用有了新需求，導(dǎo)致各地類轉(zhuǎn)化；沿海區(qū)域土地利用變化活躍與地方政府大力抓沿海開發(fā)，海岸帶建設(shè)以及旅游業(yè)發(fā)展相對應(yīng)。

圖1 西海岸新區(qū)2013年～2018年土地利用變化分布示意圖

4 驅(qū)動機(jī)制分析

西海岸新區(qū)作為國家級新區(qū)，近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化建設(shè)迅猛，隨之而來的是土地利用/覆被也發(fā)生了劇烈變化，人類活動在深刻地影響著土地利用狀況。通過對土地利用變化驅(qū)動機(jī)制的分析，可以看出，驅(qū)動西海岸土地利用變化的因子主要包括人口、政策以及社會經(jīng)濟(jì)因素。

4.1 人口

通過訪問西海岸新區(qū)政務(wù)公開信息，得到2013年全區(qū)常住人口146.37萬人，至2018年末，常住人口為153.92萬人。五年間人口增幅顯著，同時城區(qū)人口由112.2萬人增至121.47萬人。社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市人口激增，使居民對于住房、基礎(chǔ)設(shè)施以及工業(yè)和商業(yè)建設(shè)用地的需求進(jìn)一步加強(qiáng)[16]，刺激西海岸新區(qū)房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；同時也帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，如，唐島灣商圈的快速擴(kuò)張，這也必然需要更多的生產(chǎn)用地和交通用地。人口因素成為刺激建筑用地迅速變化的一個重要驅(qū)動力。

4.2 政策因素

分析土地利用變化最為活躍的區(qū)域，可以看出主要集中在黃島城區(qū)、出口加工區(qū)以及石化基地，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈現(xiàn)零星分布。原因之一是當(dāng)?shù)亟Y(jié)合本區(qū)實(shí)際，對西海岸新區(qū)做出整體的土地利用規(guī)劃。如，黃島主城區(qū)作為居住區(qū)，使得各類城市用地變化顯著；辛安片區(qū)定位為工業(yè)區(qū)，積極引進(jìn)一大批工業(yè)工程項(xiàng)目，這些重大項(xiàng)目的落地必然會引起區(qū)域內(nèi)土地利用方式的轉(zhuǎn)變；星光島填海造陸，以“溢出”的形式改變了當(dāng)?shù)卦械耐恋乩妙愋汀Ｍㄟ^對土地利用進(jìn)行總體劃分，打造土地空間集約化發(fā)展。這些政策性因素驅(qū)動著西海岸新區(qū)土地利用狀況的進(jìn)一步變化。

4.3 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展

西海岸新區(qū)發(fā)展勢頭迅猛，區(qū)域國民生產(chǎn)總值2018年超3 200億元。一二三產(chǎn)業(yè)增速明顯，2018年躋身全國一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展先導(dǎo)區(qū)創(chuàng)建名單、入選消費(fèi)品工業(yè)“三品”戰(zhàn)略示范城市名單。人口增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對工農(nóng)業(yè)效益提出新的要求，這也帶來了產(chǎn)業(yè)的升級轉(zhuǎn)型。從張家樓鎮(zhèn)冬暖式蔬菜大棚、大村鎮(zhèn)的食用菌種植基地，到東方影都電影產(chǎn)業(yè)園區(qū)，產(chǎn)業(yè)在發(fā)展，對于土地資源的需求也在進(jìn)一步加劇。為滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，提出“混合用地”模式。不難看出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重新配置，這深刻地影響了原有土地利用類型。

5 結(jié) 語

本文基于遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，提取了西海岸新區(qū)2013年、2018年土地利用數(shù)據(jù)，對土地利用狀況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

(1)2013年～2018年西海岸新區(qū)土地利用變化狀況明顯，隨著城鎮(zhèn)化的快速增長，整體表現(xiàn)為：林地面積增加最多，且以較快速度增長，建筑用地的變化較為活躍，耕地和水域變化相對較慢。

(2)社會經(jīng)濟(jì)活動已成為推動西海岸新區(qū)土地利用變化的主要因素。城市化進(jìn)程不斷加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，土地利用率不斷提高，從而帶來最好的社會效益。

(3)在城市擴(kuò)張的同時，面臨嚴(yán)峻的生態(tài)挑戰(zhàn)，在之后的發(fā)展過程中，應(yīng)該關(guān)注整體的土地利用，做到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)平衡兩手抓。