長江經濟帶土地利用時空演變及相關社會要素分析

蕭峻瓊 郝潔 徐高洪 鞠琴 李妍清 陳璽

摘要：基于長江經濟帶五期土地利用遙感監測數據，利用土地利用轉移矩陣、動態度及土地利用強度指數分析土地利用時空變化，并分析其與社會政策、人口密度及用水量的關系。結果表明：長江經濟帶土地利用變化主要表現為水田減少、城鎮用地和水域增加;土地利用變化的時空差異較大，與上中游相比，下游土地利用變化時間較早，土地利用動態度和土地利用強度較大;1990年后土地利用強度持續增加且生態環境有所改善，土地利用動態度在2010～2015年最大，2000～2010年最小;土地利用變化受社會經濟政策影響較為顯著，同時土地利用強度與用水量、人口呈正相關關系。

關 鍵 詞：土地利用/覆被變化; 資源開發與利用; 土地利用動態度; 土地利用強度指數; 長江經濟帶

中圖法分類號： P967

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.011

0 引 言

經濟社會的高速發展使得人類活動強度與日俱增，較為顯著地影響了地表下墊面條件[1-2]，土地利用/覆被變化（LUCC）作為下墊面的重要組成之一，反映了區域內人類活動和自然資源情況，在一定程度上也反映了自然條件和人類活動對社會、經濟和政治干擾的脆弱性[3]，對于社會經濟發展具有重要指導作用。近幾十年來，長江經濟帶城市化與工業化高速發展的同時，也使得區域內生態環境質量[4]和土地的生態服務價值[5]有所下降。社會因素諸如政治、經濟與土地利用政策及其引起的人口聚集等是短時間內改變土地利用最顯著的因素，因此，對長江流域的土地利用變化與相關社會因素的關系成為了諸多學者的研究焦點：伍星等[6]發現20世紀70年代至21世紀初，長江上游耕地先顯著減少再略有增加，而林地草地變化相反，認為人類活動是關鍵的影響因素，需嚴格控制耕地數量，防止盲目退耕還林;傅世瓊[7]發現1986～2003年長三角地區耕地大量流失和早期的土地利用結構使得農業用地等土地資源的持續利用受到阻礙;Li等[8]發現1995～2015年長三角沿海及其附近地區土地利用變化顯著，耕地大量減少、城市化土地迅速增加，但受政策影響2010年后土地變化速度下降，城市化向土地資源集約利用過渡;邊曉輝等[9]研究2001～2017年贛州土地利用變化，認為人口增加、經濟發展及宏觀政策產生的影響較大。

1980～2015年是中國社會經濟迅速發展的時期，2010年長江流域的城鎮人口已增至2億，城鎮化率達到44%[10]，城市化與人類活動顯著，加上各省市的自然資源與土地利用規劃差異較大，使得各區域的土地利用變化較為復雜。水土資源作為國民經濟發展必不可少的資源，兩者關系密不可分[11]，區域可利用水量決定著土地利用結構、變化趨勢以及經濟發展程度;同時水資源又是環境組成的基本要素，生態用地和城市用地通過改變水環境壓力和承載力而影響到水環境質量[12]。因此，本文以長江經濟帶為研究對象，基于遙感解譯的土地利用數據，采用土地利用動態度、土地利用強度指數、轉移矩陣等指標，分析土地利用結構及利用強度的時空變化及其與社會政策、人口密度和用水量3項相關要素的關系，以期為長江經濟帶各省市的土地開發管理、經濟發展與環境保護的共同發展提供參考依據。

1 研究區域概況

長江經濟帶面積約205萬km2（見圖1），區域內地形氣候適宜、水源充裕、交通發達，是中國人口密集地區之一，也是目前經濟產業密度最高的地區之一。長江經濟帶包括東中西部發展最快的三大城市（上海、武漢、重慶），區域GDP貢獻高達全國40%，因此該區域在促進國家經濟發展和戰略支撐方面具有非常重要的意義。長江經濟帶地勢西北高東南低，由于區域內地形地貌多樣，經濟社會發展不均衡，一般將長江經濟帶分為上游（云貴川渝），中游（湘贛鄂）以及下游（江浙滬皖）3個分區。

2 研究數據與方法

2.1 研究數據

長江經濟帶土地利用數據（1980～2015年共5期）和人口密度數據（1990～2015年共4期）均下載于中國科學院資源環境科學數據中心，用水量來自各省市2015年水資源公報。在全國土地分類標準的基礎上，結合區域土地利用特征，在ArcGIS軟件中將各期土地數據重分類為7種地類：水田、旱地、林地、草地、水域、城鎮用地和未利用地。

2.2 研究方法

本文分析長江經濟帶土地利用變化主要包括土地利用結構變化趨勢、變化速率、開發利用程度3個方面，分別選取土地利用轉移矩陣、土地利用強度指數、土地利用動態度3項指標進行反映。

（1） 土地利用轉移矩陣。

土地利用轉移矩陣展示了研究期初和研究期末各地類面積的相互轉換情況，能反映各地類變化趨勢，從而分析其內在因素，其格式如下：

Sij=a11a12…a1na21a22…a2nan1an2…ann（1）

式中：n為土地利用類型;Sij為期初的第i種地類轉換成期末的第j種地類的面積（i，j = 1，2，…，n），km2;當i =j時，則表示未發生變化的面積。

（2） 土地利用動態度。

采用單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度定量反映單位時間內特定一種地類和區域內所有地類數量變化的速度。公式表達如下：

KI=S′i-SiSi×1T×100%（2）

KC=ni=1S′i-Si2ni=1Si×1T×100%（3）

式中：KI和KC分別表示單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度，%/a;Si和S′i分別表示第i種地類在研究期初與期末的面積，km2;T為時段長，a。

（3） 土地利用強度綜合指數。

土地利用強度綜合指數La反映了人類對土地開發利用的程度，La越大，則說明人類對土地開發得越充分。其計算公式為[13]CA096A47-EFD7-4C1E-BB65-04BCC16A87AD

La=100×ni=1Ai·Bi（4）

式中：Ai為第i級地類面積的占比;Bi為第i級的土地利用強度分級指數，根據劉紀遠[14]提出的土地利用強度分級表選取。土地利用強度分級賦值如表1所列。

3 土地利用時空演變

3.1 土地利用結構變化及其區域分異

土地利用結構及其變化能反映區域的資源條件、人類活動和經濟發展情況[15-16]，圖2為長江經濟帶在研究期初1980年和研究期末2015年的土地利用分布圖。2015年長江經濟帶土地利用主要為林地，占總面積的46%，其次為草地、水田和旱地，3種地類分別占總面積的16.61%，15.58%，15.44%。研究時段內城鎮用地、水域和未利用土地面積擴大;而水田、旱地組成的生產用地以及草地、林地組成的生態用地面積縮減。其中，城鎮用地、水域的增加以及水田、旱地的減少最為顯著，與1980年相比，變化幅度分別達到67.71%、5.65%、-6.19%和-2.86%，主要發生在中下游水田分布區以及上游成都平原的西北部。截止至2015年，除城鎮用地面積比例超過同期水域面積比例外，其他土地利用結構變化不大。

圖3給出了1980年和2015年長江經濟帶上中下游土地利用結構。可以看出上中游區域內部土地利用結構相似，而區域間的土地利用結構差距較大：長江下游的水域、水田和城鎮用地的面積比例顯著大于上游，林地、草地自上游向下游逐漸減少;水田、旱地和城鎮用地自上游向下游逐漸增加。上海市城鎮用地和水田的變化比例高達24%，是其他省市變化比例的5倍以上，除上海市以外的各省市土地利用變化情況如圖4所示，可以看出水田、旱地減少與水域、城鎮用地增加是各省市的共同變化特征，下游地區的變化顯著大于上中游地區。

綜合各省市土地利用結構及其變化可以發現各分區有如下特征：① 下游：除浙江省以外的其他省市以水田、城鎮用地為主，城鎮用地的增長與水田的減少十分顯著;浙江省主要地類為林地，且林地面積增加顯著，其原因是改革開放后浙江省實行林業生產責任制、限額采伐等生態保護措施，對造林和高標準平原綠化等生態建設工程高度重視[17]。② 中游：江西、湖南兩省土地利用結構相似，主要地類為林地，而湖北省的林地面積偏小，旱地面積偏大;3省的變化主要體現在城鎮用地的增長與水田的減少，其中湖北和湖南省水域面積大幅增加，說明兩省江河湖泊水系整治成效顯著。③ 上游：主要地類為林地，其中貴州和云南達省50%以上，其次為旱地和草地;四川省未利用面積比例遠大于其他省市;城鎮用地為上游各省市土地利用變化最大的地類;其中重慶市受到退耕還林和城市化的影響[18]，旱地減少而林地、城鎮用地增加的趨勢十分顯著。

為更好地分析各地類變化趨勢與變化因素，表2給出了1980～2015年間區域土地的轉移矩陣，在面積擴增的地類中，城鎮用地規模的增加主要是從旱地、水田和林地的轉入而來;水域面積的增加是源于水田和旱地的轉入;未利用地稍有增加，主要由水域轉入引起，反映了部分水域生態質量退化。面積顯著減少的地類中，水田和旱地最顯著的發展趨勢是轉變為城鎮用地，水田轉為城鎮用地的面積最大且集中在中下游地區;旱地還有很大一部分轉變為林地，反映了退耕還林政策成效顯著;林地與草地變化比例較小，轉入與轉出相對平衡，但兩者與草地間發生大量的相互交換，反映了生態環境在人類活動過程中的不穩定性。

3.2 土地利用動態度及其區域分異

為分析35 a間土地利用面積變化速度的時間差異，將2010年以前每10 a劃分一個時段，計算各時期綜合土地利用動態度和單一土地利用動態度，結果見圖5。從各地類變化來看，城鎮用地與水田變化趨勢相反，城鎮用地動態度最大，是唯一持續增加趨勢的地類，而水田表現出持續減少態勢，兩種地類分別在1990～2000年間達到動態度的最大與最小值;旱地、林地、水域和未利用地4種地類在前兩個時段的動態度較大，2000年后動態度均有減少;4個時期內，旱地、林地和未利用地的面積則表現為增加與減少交替出現，水域面積在1990年前大量減少，1990年后水域面積持續增加;35 a間草地面積的動態度較小，面積較為穩定。從時間角度來看，2010～2015年土地利用綜合動態度最大，2000～2010年最小。1980～1990年為改革開放初期，動態度較大，城鎮用地增加顯著，而旱地、水田大量減少;1990～2000年城鎮用地、旱地和水域顯著增加，而林地和水田減少，其中城鎮用地變化最快，甚至超過上一階段城鎮用地變化速度;2000～2015年城市化為主導趨勢，土地利用變化主要表現在水田、旱地的減少和城鎮用地的增加，其余各地類變化速率較小。

圖6反映了各時段綜合動態度的空間差異。1980～1990年間，上海市和浙江省綜合動態度最大，其次為重慶市;除長江下游地區以外，這一時期綜合動態度的分布以長江為界，北高南低。1990～2000年間綜合動態度整體偏小，僅有江浙滬和重慶市變化的土地較快;2000～2010年，下游地區綜合動態度最大，中游地區綜合動態度比上一時期有所增加;2010～2015年，自上游向下游綜合動態度逐漸增加，上中游地區受到國家中西部重大發展戰略的影響，綜合動態度比上一階段顯著增加。整個時段來看土地利用動態度的區域差異較大，土地利用動態度高值地區逐漸從下游向上游擴張，上海市的動態度最大，浙江省、江蘇省和重慶市次之。

3.3 土地利用強度指數變化及其區域分異

圖7展示了整個長江經濟帶及各省市在各時段的土地利用強度指數La，可以看出：1990年的土地利用強度最小，1990年后區域土地利用持續發展，2015年土地利用強度最大。土地利用強度變化在各區域間呈現如下特征：① 下游：上海市的土地利用強度最大且逐時段增長，總體增幅最大;江蘇省的土地利用強度僅次于上海市，在后3個時段有較為顯著的增長;安徽省的土地利用強度位居第3，整體呈現小幅增長;浙江省的土地利用強度最低，2000年前土地利用強度略有降低，但在2000年后有較大增長。② 中游：湖北省的土地利用強度最大，整體呈現出首末時段變化大而中間時段變化小的規律;受中部崛起戰略影響，江西和湖南省2000年后土地利用強度才稍有增長。③ 上游：重慶市土地利用強度最大且增幅最大，呈現出逐時段增加的態勢;2010年前重慶市和貴州省土地利用強度較為平穩，2010年后才有所增加;云南省土地利用強度最低，且基本無變化。CA096A47-EFD7-4C1E-BB65-04BCC16A87AD

總體而言，長江經濟帶各省市的土地利用強度在1980～2015年間都有不同幅度的增加，長江下游城市化導致耕地轉化為城鎮用地，因此土地利用強度增加較大。除湖北、江西省以外，研究期初土地利用強度越大的省市，城市化與工業化發展越充分，土地利用強度增幅越大，一定程度上反映了自然條件對城市發展的約束。

4 土地利用時空演變的相關社會要素分析

4.1 社會經濟政策

綜合各時期不同地類變化速度，發現1980～1990年改革開放初期城市化發展較快，城鎮用地迅速增加，導致這一時期生態環境惡化，未利用地增加顯著，水域迅速減少。1990年后，區域經濟與土地利用的強度持續上升，在土地利用動態度上表現出城鎮用地的持續增長、未利用地有所減少或小幅波動，受水源涵養、重點湖泊保護等措施的影響，區域整體水域面積持續增加。總體而言，人們開發土地資源的意識在1990年左右有所轉變，生態環境質量也得以改善，尤其是自1998年大洪水以來，各部門高度重視生態環境建設，在長江中下游各地實施了退田還湖、退耕還林等生態工程，在浙江省[17]、江西省[18]、重慶市[19]等地退耕還林、植樹造林政策均有較大成效。

4.2 人口密度

上海市人口密度在1990～2000，2000～2010，2010～2015年這3個時段分別增加了676.4，1083.4，184.1人/km2，土地利用強度與人口密度的增加幅度達到其他省市的9～108倍，遠大于其他各省市。

分析除上海市以外的其余10個省市土地利用強度變化與人口密度變化的關系，發現兩者呈現正相關關系，相關系數達到0.87，圖8給出了其余10個省市在各時段的人口密度變化。1990～2000年各省市人口密度均有增加，下游增加幅度最大，中上游增加幅度差距較小，這一時期長江下游沿海地區土地利用變化迅速且土地利用強度增加顯著;2000～2010年長江下游省市人口密度與土地利用強度增加顯著，而重慶市、湖北省受三峽工程移民的影響，人口密度大幅減小，土地利用的速度下降[20]，全區域土地利用動態度為研究期的最小值，重慶市在研究期間大量旱地流失，說明人口的流失在一定程度上抑制了土地的開發利用;2010～2015年，國務院2012年發布的贛南中央蘇區振興計劃使得江西省經濟文化受到大力發展，江西省人口密度大幅增加，使得江西省在這一時段快速變化[21]，土地利用動態度在研究時段中首次超過0.1%/a;此間長江中游城市群以及成渝城市群的吸引力增加，下游地區部分傳統產業向中、上游地區轉移，長江經濟帶土地利用強度和動態度均達到最大值。

4.3 用水量

長江經濟帶上游的貴州、云南等省市水資源量較為充沛，但復雜的地形加大了水資源開發難度，導致實際可用水量較小，因此上游耕地以旱地為主，而中下游則以水田為主;同時，水源充沛、地形平緩的地區更易吸引人口聚集，使得用水較多的耕地和城鎮用地的比例上升。由于資料條件限制，在此筆者采用2015年的單位面積用水量與同期土地利用強度進行分析，發現兩者呈現正相關關系，相關系數達到0.85。從圖9可以看出：長江下游的土地利用強度與單位面積用水總量顯著大于長江上游，而在各分區內的土地利用強度與單位面積用水總量變化趨勢十分吻合。分析土地利用強度在230～240之間的浙江、江西、湖南和貴州4個省的單位面積用水量，可以發現，盡管它們土地利用強度相近，但中下游省市的單位面積用水量要顯著大于上游，一方面是由于地形條件導致上游省市實際開發范圍有限，實際用水面積較小;另一方面則是因為高耗水的工業較少。

5 結論與建議

以長江經濟帶為研究對象，利用多項土地利用指標，分析1980～2015年長江經濟帶各省市的土地利用特征的時空演變規律，結論如下：① 1980～2015年間長江經濟帶土地利用結構變化較小，水田轉為城鎮用地和水域為全區土地利用主要變化;② 上中下游各區域間的土地利用空間差異較大，與上中游相比，下游土地利用變化時間較早，土地利用動態度和土地利用強度較大;③ 在研究時段內，土地利用綜合動態度波動變化，從大到小分別為2010～2015年>1980～1990年=1990～2000年>2000～2010年;④ 土地開發利用強度在1990年后持續增長，同時水域面積大幅增加，使得區域內生態環境質量有所提高;⑤ 土地利用變化受社會政策以及人口密度的影響較為顯著，各省市單位面積用水量與土地利用強度呈正相關關系。

根據長江經濟帶土地利用時空演變研究初步成果，建議長江經濟帶各省市貫徹落實長江大保護國家戰略的同時，要密切關注水土資源利用之間的關系，以及土地利用與人口流動趨勢的關系，充分協調各分區的水資源條件，優化用水結構，適當促進人口、產業向中上游轉移，促進長江經濟帶經濟社會均衡發展。

參考文獻：

[1] RAMANKUTTY N，FOLEY J A，OLEJNICZAK N J.People on the land：changes in global population and croplands during the 20th Century[J].AMBIO：A Journal of the Human Environment，2002，31（3）：251.

[2] ELLIS E C，GOLDEWIJK K K，SIEBERT S，et al.Anthropogenic transformation of the biomes，1700 to 2000[J].Global Ecology & Biogeography，2010，19（5）：589-606.

[3] KASPERSON J X，KASPERSON R E，TURNER B L.Regions at risk：comparisons of threatened environments[M].Tokyo：United Nations Universitg Press，1995.CA096A47-EFD7-4C1E-BB65-04BCC16A87AD

[4] 冉端，李江風.長江經濟帶土地利用轉型及生態環境效應[J].江蘇農業科學，2020，48（2）：256-263.

[5] 金聲甜，肖文海，楊勝蘇，等.長江經濟帶土地利用變化及其生態系統響應[J].經濟地理，2020，40（7）：166-173.

[6] 伍星，沈珍瑤，劉瑞民.長江上游土地利用/覆被變化及區域分異研究[J].應用基礎與工程科學學報，2008，16（6）：819-829.

[7] 傅世瓊.長江三角洲地區土地資源可持續利用研究[D].杭州：浙江工業大學，2008.

[8] LI M，YIN P，DUAN X，et al.Land-Use changes and human driving in and near the Yangtze River Delta from 1995-2015[J].Journal of Ocean University of China，2018，17（6）：1361-1368.

[9] 邊曉輝，劉友存，王杰，等.贛江上游太平江流域景觀格局演變及驅動因素分析[J].江西理工大學學報，2019，40（1）：54-61.

[10] 雷靜.人類活動影響下長江流域水資源演變趨勢及對策[J].人民長江，2014，45（7）：7-10.

[11] 侯薇.基于GIS的關中地區水土資源優化配置研究[D].咸陽：西北農林科技大學，2012.

[12] 崔丹，陳巖，馬冰然，等.土地利用/景觀格局對水環境質量的影響[J].水科學進展，2019，30（3）：423-433.

[13] 王思遠，劉紀遠，張增祥，等.中國土地利用時空特征分析[J].地理學報，2001，56（6）：631-639.

[14] 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.

[15] 周生路，黃勁松.東南沿海低山丘陵區土地利用結構的地域分異研究：以溫州市為例[J].土壤學報，2003，40（1）：37-45.

[16] 駱高遠.地域分異特征對區域研究與開發的影響[J].山地學報，2002，20（6）：765-768.

[17] 楊紹欽，季碧勇.浙江省林地面積變化分析與預測[J].浙江林業科技，2014，34（5）：43-47.

[18] 溫莉，周廷剛，劉曉璐，等.地形對重慶市土地利用動態變化影響分析[J].人民長江，2019，50（4）：80-84.

[19] 羅彩紅，祝明霞.贛南中央蘇區土地利用變化及其人文驅動因素研究[J].安徽農學通報，2021，27（6）：118-120.

[20] 王媛媛.基于GIS的重慶市主城區的LUCC時空特征研究[J].湖北農業科學，2021，60（6）：54-59.

[21] 徐鋮龍，龔文峰，盧玉海，等.基于土地利用信息圖譜的西南區縣域土地利用時空演變分析：以重慶市奉節縣為例[J].黑龍江水利科技，2020，48（9）：25-28.

[22] 劉光旭，王小軍，相愛存，等.贛江中上游地區土地利用變化空間分異與驅動因素[J].應用生態學報，2021，32（7）：2545-2554.

（編輯：黃文晉）

Spatial temporal evolution law of land use in Yangtze River Economic Belt and analysis of related social factors

XIAO Junqiong1，HAO Jie2，XU Gaohong3，JU Qin1，LI Yanqing3，CHEN Xi1，3

（1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing 210024，China; 2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China; 3.Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：

The land use transfer matrix，dynamic degree and land use intensity index are used to analyze the spatial-temporal changes of land use in the Yangtze River Economic Belt based on the five-phase land use remote sensing monitoring data，and its relationship with social policies，population density and water consumption are also being detected.The results show that the land use change in the Yangtze River Economic Belt are mainly manifested in the reduction of paddy fields，the increase of urban land and water areas.The spatial and temporal differences in land use change are evident.Compared with the upper and middle reaches，the downstream land use change is earlier，and the land use dynamic attitude and land use intensity are larger.Since 1990，the intensity of land use has continued to increase and the ecological environment has improved.The dynamic degree of land use was the largest from 2010 to 2015 and the smallest from 2000 to 2010.Land use change is significantly influenced by socio-economic policies，and at the same time，land use intensity is positively correlated with water consumption and population.

Key words：

land use/cover change;resource development and utilization;land use dynamic degree;land use intensity index;Yangtze River Economic BeltCA096A47-EFD7-4C1E-BB65-04BCC16A87AD