山區城市土地利用空間結構特征分析

張勇榮 周忠發 馬士彬

摘要：利用１９９０、２０００、２０１０年3個時相的遙感影像對貴州省六盤水市市區土地利用進行監測，運用土地利用類型多樣性指數、土地利用程度指數和生態價值，以１ ｋｍ×１ ｋｍ網格為統計單元，對土地利用空間結構變化進行分析。結果表明，研究區城市中心及城鄉結合部區域的多樣性下降，離市中心較近的獨立鄉鎮多樣性快速上升，功能轉變為城鄉結合部；研究區整體土地利用程度不斷提高，土地利用程度從市中心向外圍逐漸減小，土地利用程度較高的網格逐漸連通；研究區內生態價值較低，生態環境脆弱。２０年間土地利用空間結構變化較大，高利用程度、低多樣性、低生態效益的網格逐漸相互連通，形成大的斑塊，對研究區土地利用景觀格局及生態環境造成較大影響。

關鍵詞：山區城市；土地利用；空間結構；六盤水市市區

中圖分類號：Ｆ３０１．２４文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）14－2958-06

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ Ｃｉｔｙ：Taking Urban Area of Liupanshui City in Guizhou Province as An Example

ＺＨＡＮＧ Yｏｎｇ－ｒｏｎｇ１，２，ＺHOU Ｚｈｏｎｇ-ｆａ２，３，ＭA Ｓｈｉ-ｂｉｎ１

（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ５５３００４， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｋａｒｓｔ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ／ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｋａｒｓｔ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｉｎ Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ cｉｔｙ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ pｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｉｎｄｅｘ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＲＳ ｉｍａｇｅｓ ｉｎ １９９０， ２０００ ａｎｄ ２０１０， taking 1 km×1 km grid as the statistical unit． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｖｉｌｌａｇｅ ａｎｄ ｔｏｗｎ ｒｅｇｉｏｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｈａｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｇｏｔ ｌｏｗｅｒ． Ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ， ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｔｗｏ ｄｅｃａｄｅｓ． Ｇｒｉｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅ， ｌｏｗ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｉｇｇｅｒ ｐｌａｑｕｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ｃｉｔｙ； ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｏｗｎｔｏｗｎ ａｒｅａ in Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ ｃｉｔｙ

土地利用是人類活動在土地的自然屬性上作用的結果，綜合體現了區域內部自然環境、經濟與社會發展以及人口的狀況。目前土地利用變化研究主要表現在土地利用變化的時空差異及形成機制的研究［１-３］、土地利用變化動態模型的構建與應用以及土地利用變化的情景分析［４-６］、不同地區土地利用擴展模式和驅動機制的研究［６］、土地利用變化的生態環境效應及其對生態服務功能的影響［７-１０］、土地利用變化的空間擴展形勢及其約束體系的研究［１１］等５個方面。但目前對山區城市土地利用空間結構特征及其變化規律的研究較少。因此，通過遙感解譯獲取１９９０、２０００及２０１０年３個時相的土地利用數據，從景觀、生態兩個方面系統地討論了山區城市土地利用空間結構動態變化特征，提出了山區城市發展建設和土地利用方面的建議。

１研究區概況

貴州省六盤水市市區位于２６°２６′－２６°４７′Ｎ、１０４°４４′－１０５°２′Ｅ，是典型的山區城市，地表起伏度較大，研究區總面積為４７４．８ ｋｍ２（圖１）。２０世紀９０年代以來，隨著經濟的快速發展，人口迅速增長，城市規模不斷擴大，土地利用變化劇烈（表１）。在這種背景下研究其土地利用動態變化的空間分異規律，能夠為土地利用規劃、城市規劃、生態環境保護以及區域經濟的可持續發展提供科學依據。

２數據來源與研究方法

２．１數據來源

研究采用１９９０年３月、２０００年２月、２０１０年２月３個時相的ＴＭ、ＥＴＭ以及ＣＢＥＲＳ-０２Ｂ遙感影像，結合Ａｓｔｅｒ ＧＤＥＭ數據對六盤水市市區的土地利用動態變化進行分析。

研究區土地利用分類參考我國土地利用分類標準［１２］，結合當地實際情況將研究區劃分為８種土地利用類型，即有林地、灌木林、草地、水田、旱地、建設用地、水體和未利用地。

研究采用監督分類法，參照野外ＧＰＳ樣點調查資料、地形圖、植被圖獲得研究區土地利用矢量數據，最終數據轉換成分辨率為３０ ｍ×３０ ｍ柵格數據。

２．２研究方法

２．２．１景觀空間結構特征法區域土地利用類型多樣化程度是反映區域土地利用類型總體結構和齊全程度的重要指標，引用吉布斯－馬丁（Ｇｉｂｂｓ－Ｍａｒｔｉｎ）的多樣性指數模型來度量土地利用類型的多樣化程度，其模型為：

式中，ＧＭ為土地利用類型多樣性指數。ｆｉ第ｉ種土地利用類型的面積。ＧＭ的值在０～１之間，越趨近于１表示該區域土地利用類型多樣化程度越高；０代表只有１種土地利用類型。但ＧＭ受土地利用類型數的影響，當有ｎ種土地利用類型時，其最大值為（ｎ－１）／ｎ［１３］。

土地利用程度反映了土地系統中人類因素的影響程度，而土地系統本身是一個復雜的自然社會綜合體。土地利用程度的分級原則見表２，土地利用程度指數的定量化表達式為：

式中，Ｌａ為土地利用程度指數；Ａｊ第ｊ級土地利用程度分級指數； Ｃｊ第ｊ級土地利用程度面積占總面積的百分比。根據公式（２）可知，土地利用程度指數是一個取值區間為［１００，４００］的連續函數。在一定單位網格區域內，土地利用程度指數的大小反映了土地利用程度的高低［１４］。由于土地利用變化的驅動因子來源于自然和社會兩個方面，因此通過土地利用程度指數，可以很好地體現自然和人類社會因素對土地利用的影響。為了詳細表達土地利用類型在空間上的分布及結構特征，將研究區劃分為１ｋｍ×１ｋｍ的網格單元，分別計算網格單元內３個時相的ＧＭ和Ｌａ（圖２、圖３）。

２．２．２生態空間結構特征分析方法土地利用生態特征可以應用生態價值進行分析。為了便于比較，在計算時采用了Ｃｏｓｔａｎｚａ等［１５］研究得到的生態系統類型分類系統和生態功能效益。為了表達土地利用類型生態特征的空間異質性，采用１ ｋｍ×１ ｋｍ的網格單元，分別計算網格單元內３個時相的不同土地利用類型面積比例，然后將該比例乘以相應的土地利用生態價值并將其相加，得到每個網格單元的平均生態價值（圖４）。

３結果與分析

３．１土地利用景觀空間結構特性分析

３．１．１土地利用多樣性特征分析研究將土地利用類型多樣性指數劃分為高（ＧＭ＞０．６５）、中（０．３≤ＧＭ≤０．６５）、低（ＧＭ＜０．３）３個等級，最終獲得研究區ＧＭ分布圖見圖２ａ至圖２ｃ。由圖２可知，１９９０、２０００和２０１０年３個時相上，研究區土地利用類型多樣化程度空間特征明顯，ＧＭ值都呈現從城市中心區域向四周遞減。整個研究區域土地利用多樣化程度較高，ＧＭ值小于０．３的網格多分布于城市的外圍區域，這些區域土地利用類型主要以灌木林為主，用地類型較單一；研究區內大部分區域的ＧＭ值為０．３０～０．６５，主要是由于研究區內較大的人地矛盾關系拉大了耕地對地形的適應性，導致中心城區周邊坡度小于２５°的區域上耕地、林地、草地等用地類型交錯分布；土地利用多樣化程度較高的區域（ＧＭ＞０．６５）主要分布于城鄉結合部，該區域土地的自然屬性良好，適應性較強，可利用類型增多。圖２ｄ和圖２ｅ體現了２０年間研究區土地利用類型多樣性的變化趨勢。由圖２ｄ可知，１９９０－２０００年間，研究區中心城區及主要廠礦周邊土地利用多樣化程度加大，主要是由于在此１０年間經濟發展及城市快速發展，中心城區及主要廠礦周邊大量的耕地轉變為城市及廠礦用地，形成耕地、建設用地等景觀類型交錯分布的格局。由圖２ｄ和圖２ｅ對比分析可以看出，城市中心區域的土地利用多樣化程度減小，離中心城區較近的鄉鎮土地利用多樣化程度增大，這主要是由于隨著經濟的發展，城市中心區域建設用地已經擠占全部的耕地，由多景觀類型相間分布轉化成單一建設用地景觀類型，而離城市較近且發展條件較優越的鄉鎮進入初級發展階段，由獨立鄉鎮變為城鄉結合部，土地利用類型多樣化程度加大，未來將由城鄉結合部變為單一城市用地。

３．１．２土地利用程度特征分析圖３ａ至圖３ｃ為研究區１９９０、２０００、２０１０年土地利用程度數據。通過分析可知，研究區１９９０－２０１０年土地利用程度分布均呈現出從中心城區向四周遞減的格局。２０年間研究區內土地利用程度整體提高，網格內土地利用程度最低值由１９９０年的１４０．８９７上升到２０１０年的１８５．４０８，最高值由1990年的３８１．９３１上升到2010年的３９９．７１３。城市中心區土地利用程度逐漸加強，利用程度高的網格已經相互連接，形成了較大的斑塊，對區域景觀格局造成較大影響。

另外隨著城市的發展，城市中心區的建筑用地面積和密度逐漸加大，土地利用程度快速提高，但是由于建設用地的擠壓，使得其他用地類型消失，土地利用類型單一化。所以表現為土地利用程度與多樣性的負相關關系。

３．２土地利用生態空間結構特性分析

通過圖４可知，研究區生態價值空間分布呈現從中心城區向外遞增的趨勢。研究區生態價值較低，２０１０年區域內生態價值僅為０．１７３ ８×１０６元/km2，遠遠低于全國平均水平。通過將研究區域3個時相的土地利用圖與生態價值圖疊加分析可知，生態價值的區域布局與土地利用類型的分布密切相關。由于研究區內土地利用類型以耕地和灌木林為主，二者占研究區總面積的７７．１８％，而生態價值較高的水體僅占１．８５％，導致整個研究區域生態價值較低，２０年間空間分布差異較小。

４結論

１）貴州六盤水市市區土地利用多樣性存在一定的空間差異。隨著經濟發展，城市中心區的土地利用多樣性指數下降，而離市中心較近的獨立鄉鎮土地利用多樣性指數快速上升，其功能轉變為城鄉結合部。

２）土地利用程度從市中心向外圍逐漸減小，２０年間土地利用程度不斷提高。在城市中心區利用程度較高的網格逐漸連通，形成了較大斑塊，并且隨著土地利用程度的增加土地利用的多樣性減小。為保障城市生態的良好發展，必須嚴格限制城市建設用地的發展。

３）由于土地利用類型以灌木林和耕地為主，所以研究區內生態價值較低，生態環境脆弱。隨著城市發展，大量耕地、林地轉變為建設用地，其生態價值將進一步下降，因此在城市發展的過程中必須大量營造人工濕地、水體等生態價值較高的用地類型，并實施退耕還林，以保證城市基本生態需求。

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