2001—2016年徐州市區土地利用類型時空演變

曹澤強 朱笑笑 周 立

(1. 江蘇海洋大學 測繪與海洋信息學院, 江蘇 連云港 222002; 2. 中國礦業大學 環境與測繪學院, 江蘇 徐州 221000)

0 引言

土地利用類型及其演變特征是景觀生態學研究的核心內容和熱點問題,對揭示人類活動與生態環境演變之間的關系具有重要意義[1]。自20世紀70年代以后,國外學者開始從定量角度對土地利用類型進行分析[2-4]。20世紀80年代,我國開始引入土地利用類型的概念和分析方法,自此景觀生態學得到廣泛的研究和應用,并取得長足進展[5-7]。隨著城市化進程的明顯加快,城市用地規模不斷擴展,深入、系統地研究城市土地利用類型演化及其生態效應,對于合理規劃城市發展、優化城市地域格局具有重要意義[8-10]。

本文基于遙感技術研究2001—2016年徐州市區土地利用類型的時空變化,獲取研究年限內徐州市區土地利用類型的變化趨勢,評價該區域生態環境質量。分析促使徐州市區土地利用類型變化的原因,力求在實踐上為徐州市土地利用規劃提供有效決策支持。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域與數據來源

徐州地處江蘇省西北部,京杭大運河從中穿過,隴海、京滬兩大鐵路干線在徐州交會,區位優勢十分明顯,素有“五省通衢”之稱[11]。

考慮到時間、精度以及成本等問題,以3年為間隔,選取2001—2016年的Landsat衛星遙感影像,其中2001年、2004年、2007年以及2010年的是TM影像,2013年及2016年的是OLI影像,本文所研究的區域數據列于表1。

表1 研究區域數據列表

1.2 研究方法

本文的研究技術路線見圖1。

圖1 研究路線圖

通過自然真彩色與標準假彩色波段組合進行目視解譯,運用基于CART(Classfication And Regression Tree)算法的決策樹分類方法對圖像進行監督分類。然后利用混淆矩陣評價分類后圖像的精度,參考制圖比例尺為1∶2 300的徐州天地圖選取驗證樣本集,采用混淆矩陣中總體精度以及Kappa系數兩個因子對分類結果進行檢核。

由表2可知各類分類圖像的總體精度均達到90%以上,并且Kappa系數均大于0.9,說明利用CART決策樹進行圖像分類精度較高,結果可靠。

表2 徐州市區分類精度評價

2 土地利用類型時空變化解析

2.1 土地利用類型轉移矩陣解析

利用ArcMap10.2以及excel,根據各年土地利用數據計算研究區域相應年份的土地利用類型轉移矩陣,具體結果見表3至表8。

表3 2001(列)—2004年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表4 2004(列)—2007年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表5 2007(列)—2010年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表6 2010(列)—2013年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表7 2013(列)—2016年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表8 2001(列)—2016年(行)土地利用類型轉移矩陣 單位:104 m2

表9 2001—2016年土地利用類型動態度

由上述表格可知：2001—2016年，徐州市區耕地面積減少17.066 3 km2，建筑用地增加7.010 4 km2，水體減少26.631 3 km2，林地增加15.753 1 km2，草地增加9.566 1 km2，未利用地增加11.367 9 km2。2001—2004年，徐州市區生態環境質量總體良好。2004—2007年，徐州市推行“2+6+15”(兩個中心、六個組團、十五個功能聚集區)的空間布局體系，并將新城區中心設置在云龍區。因此新城區建設致使建筑用地面積大幅增加，不同程度上侵占耕地與林地用地，致使環境質量下降。2007—2010年，徐州市致力于打造森林生態城市以及繼續推進退耕還林政策，因此市區森林植被覆蓋率大大提高，生態環境質量上升。2010—2016年，因城市擴張以及云龍湖山體酒店的興建，耕地景觀大面積轉化為建筑用地，徐州的生態環境質量下降。

2.2 土地利用動態度解析

土地利用類型動態度指某一研究區一定時間范圍內土地利用類型的數量變化,其表達式為:

(1)

式中，Y為研究期內某一土地利用類型的動態度;Na、Nb為初期及末期的某一土地利用類型的數量;T為研究的時長,單位為年。詳見表9。

耕地和建筑用地:耕地類型在2004—2007年變化最為劇烈,主要轉出到建筑用地。建筑用地在城市擴張過程中,因拆遷問題,在2001—2013年,變化最為劇烈。

水體:水體景觀因季節變化及被其他景觀侵占等,為土地利用慢速變化型。

林地和草地:2007—2010年,因推行森林生態城市戰略,徐州市區草林地面積大幅增加,各景觀類型之間連通度增加,生態環境質量上升。二者變化極為顯著,為慢速變化型。

未利用地:2004—2007年為慢速變化型,在2007—2010年以及2013—2016年為極緩慢變化型。

3 結束語

本文研究表明，自2001—2016年，徐州市區耕地總體減少17.066 3 km2，減少面積占徐州市區總面積的2.98%。建筑用地增加7.010 4 km2，占總面積的1.22%。水體減少26.631 3 km2，占總面積的4.65%。林地增加15.753 1 km2，占總面積的2.75%。草地增加9.566 1 km2，占總面積的1.67%。未利用地增加11.368 0 km2，占總面積的1.98%。2001—2004年，因退耕還林政策的推進，林地面積增加，徐州市區景觀多樣性較高，且各景觀類型分布較均勻，生態環境質量較好。2004—2007年，因新城區建設，建筑用地侵占草林地等景觀類型面積，導致市區景觀破碎度增加，生態環境質量下降。2007—2010年，因推行森林生態城市戰略，徐州市區草林地面積大幅增加，各景觀類型之間連通度增加，生態環境質量上升。2010—2016年，因城市擴張以及云龍湖山體酒店的興建，耕地景觀大面積轉化為建筑用地，徐州的生態環境質量下降。

徐州市區未來規劃一方面應繼續健全耕地保護政策,深化建設森林生態城市的戰略,結合徐州周圍山川形勝,通過設置生態敏感區、自然保護區、生態控制區,構建一個生態效益高、景觀效果好的發展格局框架;另一方面應構建完善的城鄉空間布局結構,整合村鎮建設用地,優化資源配置,加大用地集約力度以及提高土地利用率,改善設施條件和生態環境。