1986一2007年重慶主城區(qū)土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究

范科紅，李陽(yáng)兵

（1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，重慶400047；2.重慶市高校地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室，重慶400047）

LUCC變化作為全球環(huán)境變化研究的核心主題之一[1－4]，已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[5－8]。遙感和GIS技術(shù)為快速、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地資源的變化提供了有效的手段，已成為L(zhǎng)UCC研究的重要方法[3]，有關(guān)的研究和報(bào)道已經(jīng)很多。王思遠(yuǎn)、劉紀(jì)遠(yuǎn)等在遙感與GIS支持下，對(duì)中國(guó)近5a來(lái)土地利用的時(shí)空變化特征進(jìn)行了定量研究[9]；高志強(qiáng)、劉紀(jì)遠(yuǎn)等采用GIS工具和數(shù)學(xué)模型方法，對(duì)中國(guó)土地利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析[10]。以往研究多集中于土地利用的數(shù)量與格局的時(shí)空分析以及主要領(lǐng)域方法論的探討，對(duì)引起變化的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素研究較薄弱。而利用遙感與GIS技術(shù)，揭示其空間變化規(guī)律與驅(qū)動(dòng)機(jī)制，已經(jīng)成為當(dāng)前開(kāi)展LUCC研究的最新趨勢(shì)[11－13]。

隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加劇和城市化進(jìn)程的廣泛深入，城市土地利用格局發(fā)生了很大變化，甚至導(dǎo)致了違背自然規(guī)律的土地利用格局[14]，從而直接或間接地改變著景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)區(qū)域生物多樣性和重要的生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生深刻的影響[15]。因此，本文以重慶主城區(qū)為研究單元，基于GIS的空間分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能，探討研究區(qū)土地利用變化的主要類型、方向和強(qiáng)度特點(diǎn)以及演變規(guī)律，并進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行深入分析，有利于了解人類活動(dòng)對(duì)不同土地利用類型的干擾程度及土地利用類型的相互轉(zhuǎn)換，對(duì)區(qū)域土地資源可持續(xù)利用及區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

重慶主城區(qū)位于東經(jīng) 106°22′—106°37′，北緯29°26′—29°37′，范圍包括渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、大渡口區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)9個(gè)區(qū)，土地總面積548 884.3hm2，2007年總?cè)丝诩s為659.09萬(wàn)人。研究區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，多年平均氣溫16～18℃，年均降水量約1 100 mm。地貌屬四川盆地東部平行嶺谷區(qū)的低山丘陵地區(qū)（即川東平行嶺谷區(qū)），條帶狀的山脈南北向縱列其間。主要干流為長(zhǎng)江、嘉陵江，受自然條件和資源環(huán)境影響，城市布局以組團(tuán)式結(jié)構(gòu)座落在長(zhǎng)江和嘉陵江匯合地帶及兩岸丘陵化的河流Ⅰ—Ⅵ級(jí)階地上。區(qū)內(nèi)人口密集，工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，是重慶市都市圈的重要組成部分，也是重慶市政治、文化、經(jīng)濟(jì)的中心地區(qū)。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究所應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括1986年、2000年TM影像和2007年中巴影像，研究區(qū)域1∶5萬(wàn)地形圖；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括 ArcGIS 9.0，Erdas Imagine 8.5和FRAGSTATS 3.3軟件。利用Erdas Imagine 8.5影像處理軟件進(jìn)行影像處理，由于選用遙感影像均已經(jīng)過(guò)幾何校正且位置相對(duì)準(zhǔn)確，誤差在一個(gè)像元之內(nèi)，故無(wú)需幾何精校正。在ERDAS軟件中用最大似然法分別對(duì)三幅遙感影像進(jìn)行解譯，分別獲取這三個(gè)時(shí)段的土地利用信息，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，結(jié)合《全國(guó)土地分類標(biāo)準(zhǔn)（試行）（國(guó)土資源部地籍司，2001）》，最終將研究區(qū)劃分為林地、灌叢、水體、建設(shè)用地、水田、旱地共6個(gè)一級(jí)土地利用類型，分類結(jié)果如圖1所示。

圖1 主城區(qū)1986－2007年3期土地利用空間分布

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析 轉(zhuǎn)移矩陣是國(guó)內(nèi)外通用的一種揭示土地利用／覆被類型間變化方向的方法，能夠全面而具體地反映變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型之間轉(zhuǎn)移的方向，在土地利用變化分析中，運(yùn)用Arc－GIS對(duì)3期土地利用數(shù)據(jù)圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和疊加分析，建立重慶市主城區(qū)1986—2007年土地利用變化圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

2.2.2 土地利用程度變化分析 土地利用動(dòng)態(tài)度：王思遠(yuǎn)[16]、劉紀(jì)遠(yuǎn)[17]等提出了反映區(qū)域土地利用類型變化劇烈程度的土地利用動(dòng)態(tài)度模型。公式表達(dá)為：

式中：Ua，Ub——研究期初、研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T——研究時(shí)段長(zhǎng)；K——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度。當(dāng)設(shè)T為年時(shí)，K就是該研究區(qū)域某種土地利用類型的年變化率。

土地利用程度及其變化：可定量地表達(dá)該地區(qū)土地利用的綜合水平和變化趨勢(shì)。根據(jù)莊大方、劉紀(jì)遠(yuǎn)的計(jì)算方法[18]：

式中：L——土地利用程度綜合指數(shù)；R——土地利用程度變化；A——土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci——第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比。未利用土地分級(jí)指數(shù)為1，林地、草地、水域分級(jí)指數(shù)為2，農(nóng)業(yè)用地（耕地、水田）分級(jí)指數(shù)為3，建設(shè)用地分級(jí)指數(shù)為4；Lb，La——研究期末和研究期初的土地利用程度綜合指數(shù)，若R＞0，表明土地利用處于發(fā)展時(shí)期，否則處于衰退期[19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 總體特征 各時(shí)期的土地利用空間分布表明（圖1），1986—2007年間研究區(qū)各土地利用類型和分布具有明顯的過(guò)渡性和空間差異性。1986年研究區(qū)各土地類型分布受地形限制作用明顯，其中分布最廣的是耕地，約占全區(qū)總面積的65%，主要分布于沿河谷地的兩側(cè)及平壩槽谷區(qū)；其次是林地，主要因地形沿著研究區(qū)六大山脈呈條帶狀分布，同時(shí)丘陵谷地區(qū)及主城區(qū)各大公園如歌樂(lè)山森林公園等也有零星分布；灌叢主要分布在各大林地條帶邊緣地區(qū)，槽谷平壩地區(qū)也有零散分布；建設(shè)用地呈現(xiàn)鮮明的組團(tuán)式結(jié)構(gòu)分布，主要集中于研究區(qū)西南部，分布在長(zhǎng)江和嘉陵江兩江交匯形成的“半島”地形周邊地區(qū)。1997年重慶直轄后，隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與土地的開(kāi)發(fā)和利用，建設(shè)用地沿交通網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的強(qiáng)度加大，并有向西向北擴(kuò)張的趨勢(shì)。而與此同時(shí)，耕地面積減少了27.5%，這反映了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)景觀向現(xiàn)代城鎮(zhèn)景觀轉(zhuǎn)變的特征。

3.1.2 土地利用變化過(guò)程分析 1986—2000年和2000—2007年，研究區(qū)各類土地的空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移情況分別見(jiàn)表1和表2。可以看出，研究區(qū)耕地、林地為基質(zhì)景觀，這三種土地利用類型面積與其它三種土地類型相比都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而它們各自的面積則有增有減。（1）耕地面積大量減少，年減少率為1.2%，其主要向建設(shè)用地和林地轉(zhuǎn)化，特別是向城鎮(zhèn)居民點(diǎn)、工礦用地和交通用地轉(zhuǎn)化，說(shuō)明研究區(qū)1986—2007年期間土地利用處于發(fā)展期，土地利用強(qiáng)度迅速加大。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市擴(kuò)張是耕地減少的主要原因。（2）林地面積經(jīng)歷了先減后增的過(guò)程。第一時(shí)段，林地轉(zhuǎn)入面積少于轉(zhuǎn)出面積；而第二時(shí)段，林地轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積。總體上，林地面積由110 230hm2增加至120 922hm2。增加的林地主要源自耕地，也有少量建設(shè)用地和灌叢的轉(zhuǎn)入。這主要得益于近年來(lái)“森林重慶”項(xiàng)目的啟動(dòng)實(shí)施，研究區(qū)植樹(shù)造林成效十分明顯。

建設(shè)用地、灌叢和水域是在總面積中所占比例較小的三種土地利用類型。（1）建設(shè)用地始終處于快速增長(zhǎng)階段。隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，城區(qū)居民點(diǎn)不斷擴(kuò)建，基礎(chǔ)設(shè)施和交通用地日趨完善，各種開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、大學(xué)城和大廣場(chǎng)的興起，導(dǎo)致1986—2007年間，研究區(qū)建設(shè)用地增加了36 154hm2，總增長(zhǎng)率為208%。從土地轉(zhuǎn)移類型來(lái)看，耕地是其主要的轉(zhuǎn)入對(duì)象，說(shuō)明城市的擴(kuò)張是以犧牲農(nóng)業(yè)用地為代價(jià)的。（2）灌叢面積有所增長(zhǎng)，其中重要的驅(qū)動(dòng)力之一便是國(guó)家退耕還林政策的實(shí)施，灌叢也有部分轉(zhuǎn)向林地，其次為建設(shè)用地和水體。（3）水體由16 404.98hm2增加到17 240.64hm2，三峽工程的興建，各種水庫(kù)、坑塘等蓄水設(shè)施的興建是水體面積增加的原因。

綜上所述，1986—2007年間研究區(qū)土地利用演變中，耕地和林地年變化速度較快，建設(shè)用地年變化速度最快，灌叢和水域年變化速度相對(duì)居中。由于研究區(qū)是人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城區(qū)，人類活動(dòng)影響顯著，主要的土地轉(zhuǎn)移類型是耕地、林地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)化量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。1986—2007年的轉(zhuǎn)移矩陣中，除了旱地的轉(zhuǎn)入量之外，其它土地類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出量都存在2000—2007年時(shí)段大于1986—2000年時(shí)段的特征，說(shuō)明后一時(shí)段人類對(duì)土地的利用強(qiáng)度大于前一時(shí)段。

表1 1986－2000年研究區(qū)各土地利用轉(zhuǎn)移矩陣hm2

表2 2000－2007年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣hm2

3.1.3 土地利用變化程度分析 從研究區(qū)各種土地利用類型的單一動(dòng)態(tài)度來(lái)看（圖2），1986—2000年間（前期）和2000—2007年間（后期）灌叢、建設(shè)用地的增幅較大，單一土地利用動(dòng)態(tài)度分別由前期的3.7%，4.3%增加到后期的42.2%和21.7%；旱地、水田明顯減少，由前期的0.15%，0.25%減少為2.9%和3.8%；林地增幅先減后增由0.42%增加到2.4%；水體增幅相對(duì)較穩(wěn)定。2000—2007年期間城市建設(shè)用地的增長(zhǎng)速度比1986—2000年間快，這是因?yàn)橹貞c市直轄以來(lái)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的結(jié)果。林地和耕地的變化速度也是后期大于前期，是由于退耕還林措施的實(shí)施及環(huán)境保護(hù)，城市綠化等工作的有效開(kāi)展和城市發(fā)展對(duì)主城區(qū)邊緣耕地的占用。后期水域面積的增加速度大于前期主要是部分水庫(kù)、中心湖的建設(shè)，還有三峽蓄水量的增加造成的。

圖2 2003－2008年重慶主城區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度

根據(jù)公式（2），計(jì)算得出重慶主城區(qū)1986年、2000年和2007年的土地利用程度綜合指數(shù)分別為279.3，281.4和282.3，呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。根據(jù)公式（3）計(jì)算出1986—2000年和2000—2007年的土地利用程度變化值分別為0.007 52和0.003 20，大于0，說(shuō)明在1986—2007的21a間研究區(qū)的土地利用始終處于發(fā)展時(shí)期。

3.2 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素分析

研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)因子主要受地形條件限制、交通網(wǎng)對(duì)平行嶺谷區(qū)的貫通、人口與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、城市規(guī)劃、國(guó)家政策等因素的綜合影響。在不同的發(fā)展階段，不同的因素組合占主導(dǎo)地位，使各階段土地利用變化速度、變化模式有所不同。

3.2.1 自然驅(qū)動(dòng)因素 城市地貌格局對(duì)城市用地選擇、功能分區(qū)和規(guī)劃布局等都具有強(qiáng)烈的控制作用[17]。研究區(qū)典型的南北向平行嶺谷地貌（圖3），自西向東分別是縉云山山脈（A）、華鎣山—歌樂(lè)山—中梁山脈（B）、龍王洞山脈（C）、銅鑼山脈（D）、明月山脈（E）、桃子蕩山脈（F）等。對(duì)土地利用變化具有阻隔作用，低山之間的谷地景觀格局具有單一性與穩(wěn)定性，而距中心城市遠(yuǎn)近不同的嶺谷區(qū)，土地利用與景觀格局空間差異很大。1986—2000年時(shí)段，研究區(qū)交通尚不發(fā)達(dá)，受南北向低山條帶阻隔，建設(shè)用地主要是在歌樂(lè)山—銅鑼山之間形成了主要沿長(zhǎng)江、嘉陵江等自然通道的空間擴(kuò)散，導(dǎo)致歌樂(lè)山—銅鑼山之間兩江沿岸的建設(shè)用地較為密集，斑塊面積也較大；城市形態(tài)最初主要采取沿江“分散組團(tuán)式”布局。

3.2.2 人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 人口增長(zhǎng)是土地利用變化的重要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)城市用地規(guī)模起著決定性的影響[20]。1997—2007年，研究區(qū)人口由526.74萬(wàn)人迅速增長(zhǎng)到659.09萬(wàn)人，增長(zhǎng)了1.24倍；人口的聚集增長(zhǎng)帶動(dòng)了房地產(chǎn)、商業(yè)等的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施的改善，推動(dòng)了城市化進(jìn)程，引起主城區(qū)用地的快速變化。而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是土地利用結(jié)構(gòu)及其演變的最根本動(dòng)力[21]。研究區(qū)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值由1997年的469億元迅速增長(zhǎng)到2007年的1 812億元（圖4），且GDP年均增長(zhǎng)速率基本保持在10%以上。經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展不僅使城市土地的需求量不斷上升，也為舊城改造和新區(qū)開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的資金保證。

圖3 研究區(qū)數(shù)字高程模型及主要山脈分布

圖4 研究區(qū)人口與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）

3.2.3 交通建設(shè)因素 為了分析交通的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，選取研究區(qū)的主要交通干線，通過(guò)GIS的緩沖區(qū)分析，分別計(jì)算道路緩沖距離200，500，1 000m影響區(qū)域內(nèi)，建設(shè)用地占總面積的比重及斑塊數(shù)的變化（表4）。可以看出，隨著道路緩沖距離的增加，建設(shè)用地的面積增大，但其所占總土地面積的比重減少；2007年建設(shè)用地面積在不同緩沖區(qū)所占比重均要高于1986年和2000年。土地類型的斑塊數(shù)增加，景觀破碎性增加，這說(shuō)明主要交通干線的發(fā)展是城市建設(shè)用地迅猛發(fā)展的直接動(dòng)力，而交通道路的沿線耕地與林地大量流失。

表4 不同道路緩沖區(qū)建設(shè)用地占總面積比重及斑塊數(shù)目

3.2.4 政府政策 政府政策通常會(huì)助長(zhǎng)或制約城市的用地變化，對(duì)土地利用變化及分化起宏觀調(diào)控作用[22]。1986—1997年時(shí)段，城區(qū)建設(shè)用地有所擴(kuò)張，但植被變化并不顯著。其主要原因是重慶還只是四川省的第2大城市，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模較小。1997—2007年時(shí)段，隨著重慶直轄和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，老城區(qū)內(nèi)部重組和城區(qū)土地利用大規(guī)模的外延擴(kuò)張同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致建設(shè)用地的面積快速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，國(guó)家“全面建設(shè)小康社會(huì)”目標(biāo)的提出，研究區(qū)加大了對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，加之“退耕還林”政策的實(shí)施，使得耕地面積持續(xù)減少，而林地和灌叢面積持續(xù)增長(zhǎng)。

3.2.5 城市規(guī)劃及開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè) 重慶市1983年、1998年和2005年的城市總體規(guī)劃及重慶“都市圈”規(guī)劃等，對(duì)城區(qū)用地布局有重要的引導(dǎo)作用。從1983年城市總體規(guī)劃確定以北部地區(qū)為城市發(fā)展的主要方向，到1998年“跨過(guò)兩江向江北區(qū)、北部新區(qū)和南岸區(qū)發(fā)展”與《重慶市城市總體規(guī)劃（2005—2020年）》的“跨山發(fā)展”思路的提出，即通過(guò)跨越銅鑼山和中梁山分別向東、向西發(fā)展，新增茶園和西永兩個(gè)城市副中心，使土地利用發(fā)生了較大變化，城區(qū)布局由“多中心，組團(tuán)式”的“一主三副”城市多中心體系變成了“一主六副”的城市體系。加之城區(qū)內(nèi)部的“開(kāi)發(fā)區(qū)熱”和“大學(xué)城”、“大廣場(chǎng)”建設(shè)，如西永微電子工業(yè)區(qū)，江北、渝北的北部新區(qū)，南岸的南坪和九龍坡的高新區(qū)建設(shè)，這些都將進(jìn)一步影響研究區(qū)城市擴(kuò)展方向及土地利用格局變化，導(dǎo)致建設(shè)用地急劇膨脹和耕地銳減。

4 結(jié)論與討論

本文利用遙感與GIS技術(shù)，定量分析了重慶主城區(qū)土地利用時(shí)空變化規(guī)律，并對(duì)其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了初步研究，有利于全面系統(tǒng)地把握區(qū)域土地利用變化的格局及過(guò)程，這將為今后土地資源合理規(guī)劃、管理和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。1986—2007年間，重慶主城區(qū)的土地利用變化在數(shù)量、結(jié)構(gòu)、程度及驅(qū)動(dòng)力方面有以下特征：

（1）1986—2007年，重慶主城區(qū)的土地利用類型發(fā)生了很大變化，其中，建設(shè)用地面積大規(guī)模增加，2007年面積是1986年面積的3倍多；耕地共減少102 345hm2，平均每年減少率約1%；各土地利用類型間轉(zhuǎn)換激烈，土地利用轉(zhuǎn)移量較大的是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移，以及耕地向林地和灌叢的轉(zhuǎn)移，其中耕地是主要的轉(zhuǎn)出源，建設(shè)用地為主要轉(zhuǎn)入源。

（2）研究時(shí)段內(nèi)，研究區(qū)土地利用綜合程度不斷升高，表明重慶主城區(qū)的土地利用與開(kāi)發(fā)還處于發(fā)展時(shí)期，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，重慶主城區(qū)今后幾年土地利用的演變速度也在加快，因此遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在監(jiān)測(cè)和研究分析土地利用動(dòng)態(tài)變化方面將發(fā)揮出更大的作用。

（3）此外，由于研究區(qū)地形地貌條件的制約，限制了城市發(fā)展初期的土地利用方式；隨著城市化的進(jìn)程的加速，人口和資本的高度集中是研究區(qū)耕地面積大量減少的直接驅(qū)動(dòng)力；加之交通道路網(wǎng)絡(luò)對(duì)研究區(qū)平行嶺谷的貫通作用，使得城市用地呈現(xiàn)跳躍式擴(kuò)張，建設(shè)用地利用強(qiáng)度增大，而道路沿線的耕地和林地面積大量減少；國(guó)家政策、城市規(guī)劃是研究區(qū)土地利用變化的宏觀影響因子。

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