喀斯特城市新區土地利用時空演變研究
——以貴陽市觀山湖區為例

朱玉丹，魏 媛

(1.貴州財經大學 公共管理學院， 貴州 貴陽 550025；2.貴州財經大學 管理科學與工程學院， 貴州 貴陽 550025)

1 引言

土地是人類生產生活及經濟發展的重要載體，其利用方式和強度不斷改變著土地資源結構及空間格局，研究土地利用的時空變化及其特征，能夠了解人類活動對自然資源和地理環境的影響程度[1～3]。目前，國內外有關土地利用變化的研究已相當成熟[4～6]。李青松等[7]基于動態度模型，對喀斯特高原湖泊的土地利用變化進行分析研究。但對于喀斯特地區的城市新區土地利用變化研究較少[8]。觀山湖區是貴陽市的中心區，截至2021年，城鎮化率達85.4%，在發展過程中，各地類的時空變化強度較劇烈。本文利用觀山湖區3期土地利用數據，結合動態度模型和ArcGIS軟件[9,10]，分析了喀斯特山區的城市新區土地利用動態演變過程及空間差異特征，以期為喀斯特山區土地利用規劃、生態與經濟可持續、高質量發展提供參考。

2 資料與方法

2.1 研究區概況

觀山湖區是2000年啟動建設的城市新區，位于貴陽市老城區西北部，地處東經106°25′49″～106°41′23″，北緯26°31′48″～26°45′20″。總面積307 km2，常住人口超64萬人。地處副熱帶季風帶，年平均降雨量為1200 mm，年平均氣溫15 ℃。總地勢西南高、東北低，東、南、西三面環山，丘陵、盆地與水域相間分布，屬典型的云貴高原喀斯特地貌特征。區域廣布常綠闊葉林、次生針葉林，截至2020年，森林覆蓋率約45.77%。轄區內有七河三湖(水庫)，水資源豐富。土壤以地帶性黃壤中鑲嵌石灰土、紫色土為主，質地疏松。

2.2 數據來源

2010年、2015年、2020 年3期遙感影像數據均從地理空間數據云下載，分辨率為30 m，基于監督分類和目視解譯等數據處理，形成土地利用圖庫，精度可靠，其土地利用類型劃分了6類，分別為耕地、林地、草地、水域及水利設施用地、未利用地和建設用地。

2.3 研究方法

2.3.1 單一土地利用動態度模型

單一土地利用動態度表示一定時期內，研究區某土地利用類型的數量結構的演變狀況及趨勢[11,12]。其表達式為:

(1)

式(1)中：K為一定時期內某種地類的變化率；ua、ub為研究初期及末期某種地類的數量；T為研究期時長。

2.3.2 綜合土地利用動態度

綜合土地利用動態度表示一定時期內，研究區整體的土地利用類型轉移及變化的強度[13,14]，其表達式為：

(2)

式(2)中：LC表示區域綜合土地利用動態度；LUi表示區域i種地類初期的面積(km2)；ΔLUi-j表示區域i種地類在某時間段轉換為第j種地類的面積(km2)；T對應研究期間隔。

3 結果與分析

3.1 土地利用數量變化特征

各地類面積的增減變化可初步了解土地利用的時序演變情況。觀山湖區2010～2020年的土地利用面積統計結果如表1所示。

表1 觀山湖區2010～2020年土地利用面積統計 km2

由表1可知：整體上看，2010～2020 年，耕地面積縮減較為顯著，縮減了46.43 km2；草地面積減少8.81 km2；林地在所有地類中面積最大，且呈現增長趨勢，凈增 21.75 km2；水域及水利設施用地減少0.15 km2，由于其占地面積小，增減情況在所有地類中最不明顯；建設用地面積持續上升，分別增加了 25.08、10.68、35.76 km2。整個研究期內，耕地、林地和建設用地都有不同程度的增減變化，其中建設用地持續擴張，是城鎮化以及城市新區建設的體現。分時段來看，2010～2015 年，林地面積小幅縮減，但整體變化并不顯著，建設用地面積則大幅增加；2015～2020年，耕地面積減少25.50 km2，減少面積相較于前5年較多，建設用地和林地的面積分別增加10.68、24.38 km2，其中林地減少面積在各時段中最大；總體來說，耕地、建設用地以及林地是觀山湖區主導用地類型，其數量結構變化使觀山湖區土地利用結構產生了較為顯著的變化。

3.2 土地利用空間格局變化特征

土地利用空間分布格局的變化會影響區域氣候及其周邊的生態環境質量[15]。觀山湖區2010～2020年的土地利用數量空間分布如圖1所示。

圖1 觀山湖區2010～2020年土地利用數量空間分布

由圖1可以看出，2010～2020年，①觀山湖區東、中、西部地域分異明顯，東部原金陽新區以建設用地為主，中部朱昌鎮、金華鎮多耕地，西部百花湖鄉林水相間；②耕地逐步銳減。中部耕地顯著減少，表明城鎮化過程中耕地的犧牲較大；③建設用地逐步擴張。建設用地呈現逐步擴張的趨勢，集中在東部原金陽新區，中部下方金華鎮，2015年、2020年擴張尤為明顯，以原金陽新區為中心，沿西南部擴張，最主要的擴張來自于原金陽新區、金華鎮的開發建設，說明其城市建設力度遠遠大于其他鄉鎮；④林地逐步增加，尤其在2015～2020年最為明顯，說明2015年以來，貴陽市在退耕還林還草工程的推進中成效較為顯著；⑤水域和水利設施用地、草地、未利用地增減情況不顯著，是因為這3個地類的基數相對來說較小。總體來看觀山湖區2010～2020年土地利用空間格局變化較為明顯，耕地、林地和建設用地的增減占主導地位。

3.3 土地利用動態度分析

研究區單一土地利用動態度和綜合動態度由公式(1)和(2)計算得出，計算分析結果見表2。

表2 觀山湖區各時段土地利用動態度 %

單一土地利用動態度可揭示各地類在研究期內各時段的變化率。表2研究結果表明，2010～2020年，觀山湖區耕地動態度為-0.050%，草地為-0.071%、未利用地為-0.074%，水域為-0.001%，其動態度均呈負數，即面積都呈減少狀態，并且耕地和草地減速較快，水域減幅最小; 林地相較于研究期初有所增長，動態度為0.016%，且2015～2020年增幅較大，表明這5 a人類活動在林地面積變化上較為強烈，這一現象與貴陽市開展的一系列退耕還林工程相對應，并取得一定的成效；建設用地面積持續增加且增速最快，年均擴張23.84 km2，動態度達0.081%，水域及水利設施用地的面積增減速度在所有地類中最小。對比各時段，2010～2015年，林地縮減速度較小，為-0.004%，耕地和建設用地增減幅度較大，分別為-0.045%和0.114%；2015～2020 年，各地類的動態度比其他時段高，說明其增減變化最為劇烈，其中耕地和林地、草地、未利用地變化最突出，動態度分別達到 -0.071%、-0.036%、-0.135%和-0.150%，相較于 2010 年面積有大幅擴展。

綜合土地利用動態度可表示研究區土地利用的整體變化趨勢。據表2計算數據顯示，研究區綜合動態度均呈正數，可以看出其變化強度均顯示出劇烈變化，而2010～2020年10年間與2015～2020年5年間對比較小，說明觀山湖區2015～2020年這5年的城鎮建設和經濟發展較快，對于土地資源的需求較為強烈。從各時段來看，2010～2015 年土地類型增減幅度較小，綜合動態度為 0.217%；2015～2020 年綜合動態度提升到0.546%，說明各地類轉型頻繁且強度大；2010～2020 年綜合動態度下降到 0.299%，說明其各地類間的轉移及利用強度受到相關用地政策及人類活動的制約而有所降低。

4 研究結論與對策建議

4.1 研究結論

(1)觀山湖區的耕地、林地和建設用地合計約占總面積的94%，在各用地類型中占主導地位。近10年來土地利用數量結構變化較為顯著，整體上耕地面積減幅較大，林地總量面積受退耕還林還草工程的實施而有所上升，草地、未利用地總量下降，水域面積變化不明顯，建設用地擴張速度快，說明研究區城市化建設成果顯著。

(2)總體來看，觀山湖區在2010～2020年的綜合動態度僅0.299%，土地利用變化程度處于中等水平。從各時段來看，2015～2020 年土地利用變化相對劇烈，在綜合動態度上升到0.546%的情況下，各地類單一動態度也相對較高。

(3)觀山湖區2010～2020年土地利用空間格局變化較顯著，耕地和林地分布廣泛，建設用地顯著擴張，但未利用地和草地覆蓋面積小，耕地、林地和建設用地的空間增減變化占主導地位。

4.2 對策建議

觀山湖區作為貴州省貴陽市的城市新區，當前正處于快速發展時期，在生態優先、綠色發展背景下，迫切需要走綠色可持續發展道路，促進生態文明建設和新時期的高質量發展。針對當前觀山湖區土地利用實際情況及變化趨勢，提出以下促進觀山湖區可持續、集約利用土地的對策建議。

(1)進一步優化土地利用結構，在編制土地利用規劃時盡可能地做到系統科學，嚴格建設用地的審批和使用，必要時對城市建設用地進行監測，嚴格控制建設用地擴張占用耕地，切實保障糧食安全。積極推動建設用地集約利用，避免其無序擴張。

(2)合理開發自然資源，科學開展生態治理，嚴格保護林地、草地、水域等生態用地不受侵害，保障城市生態安全。

本文研究數據源于遙感影像的預處理，根據軟件提取的土地利用數據可能與官方公布的數據有一點差異，對各土地利用類型面積的更精確解譯有待深入研究。