重慶山地都市區土地利用地形特征分異研究

周啟剛，陳 丹

（重慶工商大學 旅游與國土資源學院，重慶400067）

土地利用是人類基于社會經濟目的，對土地進行長期經營的各類活動。人類對土地的使用和改造受自然條件制約，特別是地形坡度和高程高度［1］。地形坡度和高程高度的組合，對土地利用類型，作物種植類型與方式，水土保持等土地利用的方式、難易程度等產生巨大影響［2］。區域土地利用變化程度和社會經濟發展也受制于區域地形與高程組合［3］。我國地形起伏大，人地關系矛盾突出，眾多學者對合理利用土地問題進行了大量的研究［4－5］。特別是在土地利用類型在地形梯度上的分異特征、地形對土地利用程度的影響、土地利用變化與地形分布關系等方面進行了系統的研究［6－8］。這些研究多以自然流域、區縣、省等為具體范圍的土地利用為研究對象［9］，對人地矛盾最為突出的城市區域研究相對較少，特別是典型山地城市研究相對比較缺乏。

重慶市都市區是典型的山地城市區，城市擴展受地形約束性強，人地矛盾凸出。本研究以重慶市都市區2010年土地利用為研究對象，通過研究土地利用在地形上的分布變化特征，歸納各類用地基于地形因子的空間分布規律，來反映近年來重慶都市區內的人類活動特征。研究結果旨在為制定土地利用相關制度和政策提供參考。

1 研究區概況

重慶位于我國西南部，是長江上游經濟中心和金融中心，國家五大中心城市之一，更是國家重要現代制造業基地、高新技術產業基地以及生態文明示范區。這個別稱山城的城市歷史悠久，多山環繞，地貌類型以山地和丘陵為主；多江流經，氣候濕潤溫和，屬典型的亞熱帶季風氣候。重慶都市區由重慶主城九區組成，包括：渝中區、大渡口區、江北區、南岸區、沙坪壩區、九龍坡區、北碚區、渝北區、巴南區；9個區域連成一片，位居重慶東南部，都市區地跨銅鑼山系（包括銅鑼山、明月山）和中梁山系（包括中梁山、歌樂山），區內山地特征典型，長江和嘉陵江匯聚都市區內，土地利用結構相對復雜。重慶地區平均高程大約為400m，由東南到東北逐漸升高。

重慶作為我國直轄市之一，是多項政策的試點區域，近年來都市區城市化步伐迅速，第二產業和第三產業的大力發展，人口城鎮化，用地非農化發展，推進了城市建設用地的快速擴張，但由于重慶特殊的山地城市的地形地貌，導致了重慶都市區用地矛盾突出。對重慶都市區的土地利用研究具有代表性，能夠很好地揭示出重慶市目前的土地利用地形特征，從而分析土地利用過程中的規律性和存在的問題。

2 數據源與研究方法

2.1 數據源

采用美國陸地衛星2010年TM遙感數據作為研究區的影像數據源，其空間分辨率為30m；并收集重慶市都市區1∶5萬DEM數據和相關社會經濟統計數據。

2.2 數據處理

2.2.1 遙感數據處理 利用Erdas軟件對重慶市都市區2010年Landsat TM遙感數據進行輻射較正和幾何精校正處理，以減少遙感數據收集和處理過程中產生的誤差與形變。采用Albers投影，105°的中央經線，25°和47°的雙標準緯線。通過圖像增強改善圖像視覺效果，更有利于對遙感影像數據的識別。根據TM遙感數據的光譜特征，結合本次研究的目的，提取遙感影像的2，3，4波段數據，形成易于識別的TM假彩色顯示數據，用來提取土地資源信息數據。

2.2.2 土地利用分類與解譯 以遙感影像數據作為背景，將人機交互識別與目視判讀相結合，提取重慶市都市區土地利用現狀數據，如附圖12所示。土地利用現狀數據的分類體系采用中國科學院“八五”期間“國家資源環境遙感宏觀調查、動態分析與遙感技術前沿的研究”項目中所制定的分類體系，將土地利用類型劃分為6個一級類，即耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地［10］。

2.2.3 坡度分級 在ArcGIS軟件支持下，利用1∶5萬DEM數據生成重慶市都市區坡度數據。根據國際地理學聯合會地貌調查與地貌制圖委員會和全國第二次土地調查中的耕地坡度分級標準［11］，結合重慶山地城市的地形地貌特征，將研究區坡度劃分為0°～2°，2～6°，6°～15°，15°～25°，25°～35°，＞35°共6個坡度級。以下分別用1，2，3，4，5，6依次代表6個坡度等級。

2.2.4 高程分級 根據學者們對重慶都市區及具有類似地形區域的研究，重慶都市區以及其周圍區縣的城區的高程大多在300m以內，300～600m高程范圍內的土地利用類型呈現明顯的多樣性特征，1 200m高程以上的土地利用類型趨于單一［12］。依據本次研究收集的DEM數據，重慶市都市區的高程區間為100～1 600m，故將研究區內100～300m高程劃分為一類，高程為600～1 200m和大于1 200m分別劃分為一類。高程在300～600m范圍內，土地利用強度大，隨高程變化，土地利用變化明顯，為充分研究該范圍內高程對土地利用的影響，采用內插法以100m進行細分。因此，結合重慶都市區實際情況將研究區高程劃分為：100～300m，300～400m，400～500m，500～600m，600～1 200m，＞1 200m共6個級別，以下分別用1，2，3，4，5，6依次代表6個高程等級。

2.3 研究方法

2.3.1 地形位指數及分級 地形是土地利用空間分異的重要影響因子之一，土地利用結構及其變化往往在地形梯度上表現出一定的分布規律。為了定量分析土地利用變化與地形梯度之間的相互關系，本研究借用地形位指數來度量地形梯度［13］。利用地形位指數對地形特征的描述與表征，可以避免單一地形因子對研究區地形空間分異特征表述不全面的現象。利用地形位指數計算公式（1），計算2010年重慶都市區地形位指數（圖1）。

圖1 重慶市都市區地形位指數分布

式中：T——地形指數；E——空間任一坐標點的高程值；ˉE——所在區域的平均高程值；S——空間任一點坡度值——所在區域平均坡度值。根據高程分級中各級別的間隔點和坡度分級中各級別的間隔點，結合地形位指數計算方法，依次推算出相應地形位指數的分級間隔點，將地形位指數劃分為6個級別：0～0.699，0.699～1.054，1.054～1.541，1.541～1.942，1.942～2.642。

2.3.2 分布指數 為了消除不同地形區段的面積差異和不同景觀組分的面積比重差異的影響，本文引入分布指數來描述各土地利用各組分在地形梯度上的分布情況，其計算公式為［13］：

式中：P——分布指數；e——地形因子；Sie——e地形因子某等級下i種土地利用組分的面積；Si——研究區內第i種土地利用組分的總面積；Se——整個研究區內e地形因子某等級的總面積；S——整個研究區的面積。

3 結果與分析

3.1 各土地利用類型在不同高程上的分布

利用重慶都市區土地利用現狀數據和DEM高程分級數據，在ArcGIS overlay模塊下生成各用地類型與高程等級的鏈接數據。結合分布指數計算方法，統計生成不同高程梯度下的土地利用分布指數圖（圖2）。

從圖2可以看出，重慶都市區不同土地利用類型的高程等級分布指數呈現明顯的差異。耕地分布指數在1，2高程的級分布指數超過1，后隨高程級的增加而減少，至最高等級高程，分布指數趨近于零；表明重慶都市區耕地主要分布在低高程地區，并隨高程增加其面積隨之減少。建設用地在低高程地區分布指數較高，大多分布在1—2級的高程等級中，分布指數皆大于1，在100～400m范圍內，隨著高程上升，分布指數逐步趨于零值；由于地處多山地區，地形復雜，低高程平地不能滿足城市發展的需要，重慶都市區在高程等級為3級（400～500m）的區域建設用地分布指數仍然高達0.5以上，且在3級以上的高程還有一定的分布。草地在區內最小高程級和最大高程級分布都比較少，在300～600m高程范圍內有較多的分布。林地分布指數隨高程級的增加而增大，在1 200 m以上，分布指數達到了3.5以上；表明重慶都市區內，高程越高，林地保護越好。由于區內長江和嘉陵江分布面積廣，水域在高程級為1時，分布指數非常高，在其它高程級分布指數非常低。未利用地在不同高程級分布波動性較大，無明顯分布規律。

圖2 重慶都市區不同高程梯度下的土地利用分布指數

在不同高程等級范圍內，各土地利用類型分布指數差異突出。在1級高程范圍內，水域、建設用地和耕地分布指數較高，均超過1，土地利用強度非常大；水域的分布指數最高。在2級高程范圍內，草地、耕地、建設用地、未利用地分布指數均超過1，表明這四種土地利用類型在300～400m高程范圍內占優勢地位，同時，該高程等級中，各地類空間競爭也非常突出，人類活動相對較強，人地矛盾突出。在3級高程范圍內，林地、草地和未利用地分布指數超過1，自然用地類型在都市區的分布主要集中在3級高程范圍；表明該高程級內人類活動強度較低，土地利用強度較弱。在4級高程范圍內，林地分布指數占絕對統治地位，分布指數較大，人類高強度的土地利用方式表現非常微弱，自然生態環境得到非常好的保護。

由此可見，重慶都市區各高程等級內，土地利用類型的分布具有一定的規律性。高強度的土地利用方式主要集中在低高程區域，具有由低高程區域向較高高程區域遷移的趨勢；目前，重慶都市區各地類的空間競爭關系表現最強烈的是300～400m高程范圍的區域，該區域是目前土地利用規劃的重點，也是協調人地矛盾的核心區域。

3.2 各土地利用類型在不同坡度上的分布

利用重慶市都市區土地利用現狀數據和DEM高程生成的坡度分級數據，建立各用地類型與坡度等級的鏈接數據。結合分布指數計算方法，統計生成不同坡度等級下的土地利用分布指數（圖3）。

圖3 重慶都市區不同坡度等級下的土地利用分布指數圖

如圖3所示，從整體上看，重慶都市區各土地利用類型的分布指數在不同坡度等級下的分布狀況與在不同高程等級下的分布狀況具有一定的相似性，不同土地利用類型的坡度等級分布指數呈現明顯的差異。水域分布指數變遷顯著，淹沒區主要分布在1級坡度等級（0～2°）的平地和微斜坡上。建設用地在1—2級中的分布指數較高，主要分布在0～6°的平地、微斜坡和緩斜坡上；在坡度等級為3級的區域內，其分布指數也大于1，這是由于重慶地形地貌復雜，地勢相對陡峭，城市發展已占據2級坡度內的絕大部分空間，并不斷向高坡度級延伸，充分體現高強度的土地利用方式對自然坡度的利用與改造作用。耕地在2—4級坡度等級（2°～25°）中的優勢地位凸顯；在1級坡度中耕地指數不占優勢，主要因為城市發展過程中高強度的建設用地類型優先占用平地和耕地所致；在5—6級坡度中的分布指數超過0.5，表明研究區內人多地少，陡坡耕地在一定范圍內存在。林地隨著坡度等級的升高逐步突顯其優勢地位，主要是由于在高坡度等級下高強度的土地利用方式受到一定的限制，同時研究區內實施的“森林重慶”工程也產生了一定的作用，使其分布優勢明顯；但對低坡度等級區域而言，由于城市擴展的占用，林地在低坡度的分布指數較低。草地在坡度等級上的整體分布趨勢與林地相當，其分布指數在3級呈現明顯上升趨勢，側面表明在3級坡度區域內還存在部分可供開發的土地。未利用地在4級坡度中的分布占優勢地位，3級坡度內的分布指數趨于1，而在1—2級低坡度等級中，幾乎不存在未利用土地。高強度的土地利用方式與低強度的土地利用方式在坡度等級1—3級下的分布指數與3—6級下呈現相反的分布狀況，充分說明坡度對土地利用方式的制約作用。

在各坡度等級中不同土地利用類型分布差異突出。在1級坡度范圍內，水域和建設用地分布指數都在1以上，土地利用強度非常高；由于長江和嘉陵江流經重慶都市區內，水域覆蓋的面積大，剩余的平地主要被利用作為建設用地。在2級坡度范圍內，建設用地、水域和耕地分布指數都超過1，該坡度級內土地利用強度大；表明除了水域的分布外，由于坡度較小，絕大部分區域仍被用于建設用地；該坡度范圍內仍有大量的耕地存在，表明該坡度級內建設用地仍有較大的發展空間。在坡度等級為3的區域內，各土地利用類型分布相對均勻，重慶都市區各類型用地在6°～15°的坡度上分布差異性小，高強度的土地利用方式與低強度的土地利用方式在這個坡度等級上表現出強烈的競爭趨勢。在4級以上的坡度級范圍內，低強度的土地利用方式，主要是草地和林地分布指數逐級增加，高強度的土地利用方式分布指數逐級下降，表明陡坡不利于高強度的土地利用，同時低強度的草地與林地對陡坡地形有較好的適應性。

基于以上分析，可以發現重慶都市區土地利用的坡度分布特征為：高強度的土地利用方式主要集中在平地和低緩坡區域，低強度的土地利用方式主要集中在陡坡區域；由于城市的迅速擴展，建設用地基本完全占用了完可利用的平地，擴展的坡度重心主要集中在2°～6°的低緩坡，并正在開展6°～15°的緩坡地的爭奪；6°～15°的緩坡地是研究區人地矛盾最突出的區域，各類用地分布較為均勻，是當前合理土地利用和協調人地關系的焦點區域。

3.3 各土地利用類型在不同地形位上的分布

利用地形位指數公式，計算出重慶都市區地形位指數，并結合重慶市都市區土地利用現狀數據，生成各用地類型與地形位等級的鏈接數據。利用公式（2），計算得到高程與坡度組合下的地形位的分布指數（表1）；結合分布指數計算方法和ArcGIS空間統計功能，統計生成不同地形位等級下的土地利用分布指數（圖4），并進一步分析得到各高程與坡度組合下的地形位分布指數對應級別（表2）。

表1 各高程與坡度組合下的地形位指數分布

表2 各高程與坡度組合下的地形位分布指數級別

圖4 重慶都市區不同地形位等級下的土地利用分布指數圖

由圖4可看出，重慶都市區不同土地利用類型在各地形位等級下的分布指數差異明顯。水域分布指數在地形位等級為1級（0～0.699）中最高，在2級的區域內，其分布指數下降趨勢明顯，這主要是由于水域對高程和坡度地形因子的特殊依賴性。建設用地在地形位等級為2—3級中分布指數皆大于1，處于優勢地位，表明城市建設用地主要分布在較低高程和較低坡度級區域內；在4，5，6級中，隨著地形位等級的升高，其分布指數逐漸趨于零，表明建設用地嚴重受制于高程和坡度地形因子。耕地分布指數在3—4級（1.054～1.942）地形位區域中大于1，占據優勢地位，并有向4級地形位逐步擴張的趨勢，表明耕地大多分布在中等高程和中等坡度級別內；耕地在2級地形位區域中分布指數接近1，說明此區域內的耕地需要進行重點保護。林地在3—6級地形位區域中的分布指數皆大于1，表明林地受高程和坡度因子的約束性較弱。草地在區內最小地形位等級和最大地形位等級分布都比較少，在3—5級地形位區域中逐步凸顯其優勢地位。未利用地在各地形位等級中的分布差異性更為突出，在3—4級地形位中的分布優勢顯著。

在各地形位等級中土地利用類型分布的差異性突出。在1級地形位區域中，水域分布指數非常高，說明研究區中低高程平地主要被水域所占用；其它土地利用類型的分布指數全小于1，這主要表明重慶地勢復雜，最佳土地利用的低高程平地區可用面積稀少，且不利于集中利用。在2級地形位中，只有建設用地分布指數大于1，表明研究區中，較低高程的低緩坡區域主要用于建設用地；在該地形等級中還有其它地類的分布，表明其它零星地塊用作其它土地利用類型。在3級地形位區域中，耕地、草地、建設用地、林地等分布指數均超過1，且分布指數差異不大，表明在該地形位中各土地利用類型空間競爭關系非常突出，人地矛盾非常劇烈。在4級地形位區域中，低強度的土地利用方式占優勢地位，最高的為林地和草地；同時耕地分布指數也超過1，在較高高程的較陡坡度仍有大量分布，表明區域耕地保護壓力大。在5級以上的地形位區域，由于高程和坡度的組合，高強度的土地利用方式已不適合，主要是林地和草地。

重慶都市區各土地利用類型在各地形位分布指數的差異性顯著。在3級地形位區域，人地矛盾最為突出，500～1 200m高程的平地、400～600m高程的低緩坡以及500m以下的高緩坡區域是高強度土地利用方式和低強度土地利用方面爭奪最強的區域；如果城市繼續擴展，則說明該區域內建設用地大量占用了其它土地，特別是耕地。

4 結論與討論

基于3S技術，通過對2010年重慶山地都市區土地利用在高程、坡度以及地形位三種地形特征因子下的分布指數進行了系統分析，得到的主要結論如下：

（1）重慶都市區各地類在不同高程等級下分布指數的分異特征明顯，在各高程等級區域中，優勢土地利用類型分布差異突出；各地類在不同坡度等級下的分布指數具有明顯的差異性特征，不同坡度等級下的地類分布有明顯差異；不同用地類型在各地形位等級下的分布指數分異特征也十分顯著。

（2）地形位等級為3級，特別是500～1 200m高程的平地、400～600m高程的低緩坡以及500m以下的高緩坡區域，人地矛盾特別突出；該區域范圍內各種土地利用類型分布指數趨于均勻，隨著城市進一步發展，各類型用地對該區域的競爭將愈演愈烈，對于該區域土地的合理、均衡利用有待進一步研究。

（3）建設用地侵占耕地的現象應得到進一步關注。近年來，重慶城市化進程中對于建設用地的需求不斷增大，重慶都市區復雜地形迫使城市建設用地逐步向較高高程和較大坡度地區擴張；在城市發展過程中，建設用地將會首先占用耕地，因此，合理規劃開發城市建設用地具有深遠意義。同時，耕地在坡度大于25°區域內仍有分布，推進退耕還林還草工程有待延續和加強。

［1］ 馮朝陽，于勇，高吉喜，等.地形因子對京西門頭溝區土地利用／覆蓋變化的影響［J］.山地學報，2007，25（3）：274－279.

［2］ 羅廣元，唐志紅，文倩.不同地形條件下的土地利用格局與變化分析：以湖南醴陵市為例［J］.湖南農業科學，2009（9）：62－65.

［3］ 封志明，張丹，楊艷昭.中國分縣地形起伏度及其與人口分布和經濟發展的相關性［J］.吉林大學社會科學學報，2011，51（1）：146－160.

［4］ 呂國，宋唯一，鄭愛珍.甘肅西部地區土地與氣候資源現狀及農業可持續發展戰略［J］.水土保持研究，2010，17（1）：265－269.

［5］ 周啟剛，周萬村.基于RS和GIS三江并流區土地利用／覆被現狀格局研究［J］.水土保持研究，2006，13（6）：156－162.

［6］ 梁發超，劉黎明.基于地形梯度的土地利用類型分布特征分析：以湖南省瀏陽市為例［J］.資源科學，2010，32（11）：2138－2144.

［7］ 張凡，趙衛權，張鳳太，等.基于地形起伏度的貴州省土地利用／土地覆蓋空間結構分析［J］.資源開發與市場，2010，26（8）：737－739.

［8］ 趙衛權，蘇維詞，袁俊.基于地形起伏度的貴州省景觀空間格局分異特征［J］.水土保持研究，2010，17（2）：110－115.

［9］ 邸利，孫鵬舉，李毅，等.西部地區土地資源利用狀況與土壤侵蝕關系研究［J］.水土保持研究，2004，11（1）：45－48.

［10］ 劉紀遠.國家資源環境遙感宏觀調查與動態監測研究［J］.遙感學報，1997，1（3）：225－230.

［11］ TD／T1014－2007.第二次全國土地調查技術規程［S］.中華人民共和國國土資源部，2007.

［12］ 黃海洋，楊慶媛，王成.基于DEM的土地利用類型與地形因子關系研究：以重慶市酉陽縣麻旺鎮為例［J］.西南大學學報：自然科學版，2009，31（4）：159－164.

［13］ 陳楠，楊武年，李娟.巴中市丘陵山區土地利用在地形梯度上的分布特征［J］.水土保持通報，2012，32（1）：185－188.