廊坊市土地利用類型及植被覆蓋度的時空動態變化研究

郜敏娜 胡永翔 尚國琲 秦占飛 謝寶妮

摘要 廊坊市的土地利用變化對當地土地資源優化布局和生態環境保護具有明顯作用。通過對廊坊市2000年、2005年、2010年、2015年及2020年5期土地利用數據進行分析，得到廊坊市土地利用變化相關數據和當地的植被覆蓋指數，并利用該數據對研究區土地利用的合理性進行評價。結果表明：該研究區土地利用類型的數量和結構都在不斷地變化和演變。2000—2020年綜合土地利用動態度為0.42%，各土地類型之間也存在著不同程度的轉化。土地利用類型間的多維向轉化是引起土地利用時空分布變化的直接表現形式。2000—2020年廊坊市植被覆蓋度變化也呈現出了下降趨勢。

關鍵詞 土地利用；植被覆蓋度；時空動態變化；廊坊市

中圖分類號 Q948? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）10-0073-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.017

Study on the Spatial and Temporal Dynamics of Land Use Types and Vegetation Cover in Langfang City

GAO Min-na1，2，HU Yong-xiang1，2，SHANG Guo-fei1，2 et al

（1.School of Land Science and Spatial Planning，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031;2.Hebei Center for Ecological and Environmental Geology Research，Hebei GEO University，Shijiazhuang，Hebei 050031）

Abstract The land use changes in Langfang City have obvious effects on the optimal layout of local land resources and ecological environmental protection.In this paper，we analyzed the land use data of Langfang City in five periods of 2000，2005，2010，2015 and 2020 to obtain the data related to land use change and local vegetation cover index in Langfang City，and used the data to evaluate the rationality of land use in the study area.The results show that the number and structure of land use types in the study area are constantly changing and evolving.The integrated land use dynamic attitude from 2000 to 2020 is 0.42%，and there are different degrees of transformation among land types.The multi-dimensional transformation among land use types is a direct manifestation of the change in spatial and temporal distribution of land use.2000-2020 vegetation cover change in Langfang also showed a decreasing trend.

Key words Land use;Vegetation cover;Spatial and temporal dynamics;Langfang City

基金項目 河北省社會科學基金項目（HB20YJ032）。

作者簡介 郜敏娜（2000—），女，山西晉城人，碩士研究生，研究方向：土地資源管理。*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事土地資源管理研究。

收稿日期 2023-10-11

通過對當地土地利用/土地覆蓋變化情況的研究，可以對解決當地生態環境變化問題提供一定的參考［1-3］。國內外學者已經對土地利用/土地覆蓋變化進行了多角度、多方法的研究。IGBPII指出土地利用/土地覆蓋變化是認識人類、陸地和環境這個大系統的關鍵［4］；于興修等［5］闡述了我國當前土地利用/覆被變化的現狀及存在問題；邵景安等［6］分析了引起土地利用變化的驅動因子及驅動力；許月卿等［7-8］從流域尺度出發，分析土地利用/覆被變化。劉成武等［9］整理分析了研究土地利用/覆被變化的相關方法。該研究基于廊坊市遙感數據利用ENVI進行監督分類和提取，得到土地利用數據和植被覆蓋數據，然后應用ArcGIS對廊坊市土地利用時空動態變化情況進行分析，針對當地植被覆蓋度進行評價分析，了解廊坊市土地利用的現狀及問題，為合理地調整廊坊市土地利用結構、提高土地利用效率和改善生態環境提供參考。

1 研究概況及數據

1.1 研究區概況

廊坊市位于河北省和華北平原的中部，位于38°28′～40°15′N，116°7′～117°14′E。廊坊總面積6 429.0 km2，地勢比較平緩，以平原為主，一般高程在2.5～30.0 m，平均海拔約13.0 m（圖1）。

1.2 數據來源

采用廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年共5 期的Landsat4-5 TM和Landsat8 OLI_TIRS的遙感影像數據，所有原始遙感影像數據均從地理空間數據云中下載［10］。DEM數據下載于地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn/），空間分辨率為30 m。

2 數據處理

2.1 遙感數據處理 以廊坊市2000、2005、2010、2015、2020年5 期的遙感衛星數據為基礎，通過最大似然法對不同時期的遙感數據進行監督分類得到廊坊市土地利用及植被覆蓋數據。使用ENVI5.3對研究區原始遙感影像進行圖像預處理，主要包括輻射校正、幾何校正、大氣校正等；然后通過監督分類，將該地區土地利用類型分為6 類，即耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地，通過土地利用動態度和土地利用轉移矩陣對研究區不同用地類型的土地利用變化進行綜合研究，并結合像元二分模型法和一元線性回歸法分析廊坊市2000—2020 年植被覆蓋度變化情況，進而進一步分析土地利用變化規律及其合理性，然后通過對廊坊市2000—2020 年對研究區后續土地利用類型的合理優化提出建議。

2.2 土地利用變化數據處理

2.2.1 土地利用轉移矩陣。

土地利用轉移矩陣不僅可以體現各土地類型相互間的轉化情況，還可以表現各土地利用類型變化幅度的大小［11］。該研究通過Arcgis10.8制作土地利用轉移矩陣，分析土地利用的動態變化情況。

2.2.2 土地利用動態度。

土地利用動態度包括單一土地利用動態度（Ki）和綜合土地利用動態度（LC）［12］，可以體現出研究區土地利用在研究時段的變化速率，計算公式為：

Ki=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中：Ki為某種土地利用類型年動態變化率；Ua和Ub分別為研究期初和期末某種類型土地的面積；T為研究時間段。

LC=ni=1ΔLUi-j2ni=1LUi×1T×100%（2）

式中：LUi為起始時間某類土地利用類型面積；ΔLUi-j為監測時段內第i類土地利用類型轉為j類土地利用類型面積的絕對值；T為研究時段長度。

2.3 植被覆蓋度數據處理與分析

2.3.1 基于NDVI的像元二分模型法。

基于像元二分模型法，利用NDVI來計算廊坊市省植被覆蓋度［13］，計算公式為：

FVC=NDVI-NDVIsoilNDVIveg-NDVIsoil（3）

式中：FVC表示植被覆蓋度，NDVIsoil表示沒有植被覆蓋地區的植被指教或裸土，NDVIveg表示完全被植被覆蓋地區的植被指數［14］。

參考王國帥等［15］對植被覆蓋度的劃分，對廊坊市植被覆蓋度進行合理劃分，劃分標準見表1。

2.3.2 一元線性回歸。

采用一元線性回歸方法分析廊坊市2000—2020 年的植被覆蓋度變化，一元線性回歸能夠模擬每個像元的變化趨勢，并滿足在若干時間節點的長時間內模擬變化趨勢需求［16］。計算公式為：

slope=n×ni=1i×NDVIi-（ni=1i）（ni=1NDVIi）n×ni=1i2-（ni=1i）2（4）

式中：i為研究期間的第i年，n為研究時段；NDVI為第i年的NDVI值；slope為每個像元NDVI變化趨勢斜率，用于反映變化趨勢。

3 土地利用變化和植被覆蓋變化結果分析

3.1 土地利用變化分類結果

不同時間的各個土地利用類型面積的增減多少可以反映出廊坊市土地利用的變化情況，通過對研究區2000—2020年不同土地利用類型面積變化情況分析，得出研究區土地利用結構的變化趨勢。由2000—2020年廊坊市土地利用變化（圖2）和土地利用類型面積統計結果（表2）可知，廊坊市整體以耕地和建設用地為主，草地所占面積最小。土地利用面積有所增加的類型有建設用地、未利用地和草地，分別增加了511.41、9.71和13.87 km2；而耕地、林地面積有所減少，分別減少了503.54、27.61 km2；水域面積變化幅度不明顯。說明廊坊市在發展的過程中，建設用地和草地占用了部分耕地和林地，對于部分耕地和林地產生了一定的消極影響，除此之外，廊坊市未利用地也出現了增加的趨勢，且增加趨勢較為明顯，說明研究區土地呈現出了退化的趨勢。

3.2 廊坊市土地利用轉移矩陣

選取廊坊市2000、2010、2020年3年的土地利用數據進行疊加統計分析，獲得2000—2010年、2010—2020 年、2000—2020 年3個時段的土地利用轉移矩陣（表3～5）。由轉移矩陣可見，各地類的互相轉換集中出現在耕地、建設用地、林地三者之間。在2000—2010 年，除耕地和建設用地的轉換外，林地和耕地也在互轉。2010—2020 年，耕地主要由建設用地、林地和水域轉入，但耕地轉入建設用地和水域的面積也在增加。2010—2020 年，主要為耕地、林地、水域和建設用地之間的互轉，耕地主要由建設用地、林地和水域轉入，建設用地主要由耕地和林地的轉入。2000—2020 年，主要也為耕地和建設用地的轉化、耕地轉化為建設用地，建設用地轉變為耕地現象最為明顯，其次是耕地、林地和水域之間的轉化。耕地和林地的轉出量大于轉入量，說明耕地和林地的面積是減少的。

3.3 廊坊市土地利用類型動態度

依據土地利用動態度（表6）和土地利用面積變化（圖3），分析廊坊市土地利用的時間演變規律。從單一土地利用動態角度來看，2000—2010年，耕地、草地和水域的土地利用面積呈現出了減少的趨勢，年減少率分別為0.44%、2.59%和4.95%；林地和建設用地土地利用面積呈現出增加的趨勢，年增長率分別為0.46%和3.34%。在一定程度上，各土地利用類型面積變化速度的快慢可以通過土地利用動態度絕對值大小來反映。2000—2010年，變速由快到慢依次為水域、建設用地、草地、林地和耕地，由此可知，水域變速最快，而耕地的變速最慢。2010—2020年，耕地和林地繼續減少，草地、水域、建設用地和未利用地持續增加，并且林地、草地、水域反向變化。由于最開始并沒有未利用地，后期未利用地面積持續增加，導致未利用地變速最大，其次為草地、水域、林地、建設用地和耕地。整體來

看，2000—2020年，對比絕對值大小，變速最大的是草地，其次是建設用地、林地、耕地和水域。

3.4 廊坊市植被覆蓋度時空變化特征

3.4.1 植被覆蓋度隨空間變化特征。

基于廊坊市2000、2005、2010、2015和2020年植被覆蓋度等級圖較為客觀地反映廊坊市的植被覆蓋情況，通過5期分類圖可以發現廊坊市近些年來植被覆蓋度發生了較大的變化，結合表7和圖4可以看出，2000、2005、2010、2015和2020年良等覆蓋度是廊坊市主要植被覆蓋等級，分別占總面積的56.15%、32.36%、55.38%、50.52%和45.44%。同時，差等覆蓋度是變化最大的植被覆蓋等級，增加了10.85百分點;其次為良等覆蓋度，減少了10.71百分點，多分布于西北部和東南部地區。整體上中等覆蓋面積大于差等覆蓋面積，且二者都呈增加的發展趨勢，但面積變化不大。最后，劣等覆蓋面積較小，至2020年，增加幅度較小。2000年良等覆蓋度占地面積占一半以上，2020年良等覆蓋度面積降至45.44%。廊坊市植被覆蓋度由中等、良等覆蓋度向中等、差等覆蓋度逐級過渡轉移，歸因于廊坊市近年來的經濟快速發展，城鎮化率不斷提高，從而忽視了環境問題。

3.4.2 植被覆蓋度隨時間變化特征。

NDVI不僅能夠降低遙感影像中地形等因素的影響，還能夠準確地表現一個地區植被覆蓋情況［17］，該研究選取2000—2020年中的5個年份，通過計算NDVI值進而進行植被覆蓋度分析（圖5）。由圖5可知，植被覆蓋度平均值趨勢回歸方程為y=-0.075 1x+0.824 9，相關系數R2為0.483 3。植被覆蓋度NDVI平均值呈下降趨勢，每年降低速度為0.075 1，整體的NDVI平均值在0.30～0.73，最小NDVI平均值出現在2020年，為0.30，植被覆蓋度較低，隨著我國城市化進程的不斷加快，建設用地占用其他用地現象還是比較嚴重，植被覆蓋情況有所下降。在2005年平均值達到最大，由原來的0.64增加到0.73，2015年又出現下降的趨勢，這是由于廊坊市經濟、人口迅速增長，經濟開發，城市建設以及人類對植被的不合理開發導致植被覆蓋度有所降低。

由圖6和表8可以看出，在廊坊市2000—2020年均NDVI空間分布中，良等覆蓋度所占比例最大，達到65.56%；優等覆蓋度所占比例最小，為0.01%；劣等覆蓋度、差等覆蓋度、中等覆蓋度所占比例位于兩者之間，所占比例分別為0.52%、10.47%、23.44%。

3.4.3 植被覆蓋空間格局演變特征分析。由表9、圖7可知，2000—2020年，廊坊市嚴重退化區域位于主城區、工業區和各縣鄉中心，而郊區和農村等地的植被覆蓋度相對較高，以森林、草地和農田為主的植被類型也是影響植被覆蓋度空間分布特征的因素之一。植被改善區域面積均稍小于退化區域，穩定面積持續占據主導地位，表明生態恢復工程發揮了一定的作用，但效果不是特別顯著。總體上來看廊坊市植被覆蓋度逐漸降低，但幅度不大，局部區域仍會出現退化現象，需要加大生態環境治理力度。

4 討論與結論

4.1 討論 人地之間關系是人文地理學研究的一個重要議題，最基礎層次的人地關系是人類活動與土地利用之間的關系［18］。依據已有研究成果，并結合研究區土地利用的相關數據，分析廊坊市土地利用的變化情況可知，廊坊市土地利用主要以耕地和建設用地為主；但從2000年以來，廊坊市的土地利用情況也在不斷地波動和變化中，其中耕地和林地面積減少，耕地減少的面積最多，林地次之。主要原因是人類活動區域擴大、城鎮化的發展過程中對耕地和草地造成了不合理的占用現象。草地面積雖然有所增加，但趨勢不明顯，說明近年來廊坊市生態保護建設工程雖得到了一定的成效，但成效不明顯。植被覆蓋度可以表現出植被的繁茂程度，2000—2020年植被覆蓋度NDVI總體呈下降趨勢，植被覆蓋度較低，隨著我國城市化進程的不斷加快，建設用地占用其他用地現象還是比較嚴重，植被覆蓋情況有所下降。在2005年NDVI值達到最大，2015年又出現下降的趨勢，這是由于廊坊市經濟、人口迅速增長，經濟開發，城市建設以及人類對植被的不合理開發導致植被覆蓋度有所降低。

4.2 結論

（1）2000—2020 年廊坊市土地利用/覆被變化中，整體是以耕地和建設用地為主，草地所占面積最小。近20年間，主要是建設用地、未利用地和草地面積有所增加，分別增加了511.41、9.71和13.87 km2。耕地、林地面積有所減少，分別減少了503.54、27.61 km2；其中水域面積變化幅度不明顯。說明廊坊市在20 年發展的過程中，建設用地和草地土地資源使用占用了部分耕地和林地，對于部分耕地和林地產生了一定的消極影響，除此之外，廊坊市未利用地也出現了增加的趨勢，說明土地質量呈現出了退化的趨勢。

（2）2000—2020 年，廊坊市嚴重退化區域位于主城區、工業區和各縣鄉中心，而郊區和農村等地的植被覆蓋度相對較高，以森林、草地和農田為主的植被類型也是影響植被覆蓋度空間分布特征的因素之一。植被改善區域面積均稍小于退化區域，穩定面積持續占據主導地位，這表明生態恢復工程發揮了一定的作用，但效果不是特別顯著。總體上來看廊坊市植被覆蓋度出現了降低的趨勢，雖然整體逐漸趨于穩定的態勢，但局部區域仍出現退化現象，需繼續加大生態環境治理。

5 對策建議

（1）加強土地利用規劃，優化城市布局。制定合理的土地利用和城市規劃，盡可能減少耕地面積的壓縮，保護好生態環境，同時促進城市綠化，提高植被覆蓋率。

（2）發展綠色產業，促進循環經濟。推廣綠色產業，如清潔生產、環保產業等，利用資源進行生態循環利用，通過循環經濟的方式減少對自然生態環境的破壞。

（3）加強生態保護，提高植被覆蓋度。加強保護自然生態環境，通過在城市周邊興建森林公園和自然保護區等生態保護設施，提高植被覆蓋度，促進生態恢復。

（4）合理用地，保障農民土地權益。優化農業結構，通過適度調整種植結構、提高精細化管理、實施落后農業用地的改造，合理利用土地資源，促進農業的可持續發展，保障農民土地權益。

綜上，廊坊市應加大對耕地的保護與利用力度，優化耕地結構，促進城鎮綠化與農業生產與生態保護，以實現耕地的可持續開發與可持續發展。要保護和恢復綠色空間，提高城市綠化率，并制定土地利用規劃和政策控制城市化的速度和方向，減少綠地的消失和植被受到破壞，此外還要采取措施應對自然災害、控制污染，采取相應措施減少污染物排放，減少對植被的破壞，最后還要推廣可持續發展理念，保護生態安全。

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