基于LUCC的土地利用功能分区研究——以新津县为例

张诗杨， 潘洪义* ， 蒋贵国

(1.四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610066;2.四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都610066)

土地是人类赖以生存的载体，土地利用受到自然规律、社会经济规律和人类历史规律的制约，依据土地利用现状和土地资源的适宜性，结合国民经济、社会发展和环境保护的需要，将规划地区划分出不同的用地区域［1-2］(土地利用分区)，对于制定用地规划、调整用地结构、提高用地效率、促进区域可持续发展有着重要的作用.目前，学者对土地利用分区的研究主要集中在农业类型的空间分布、不同尺度空间的土地利用管理、区域发展、土地可持续发展利用以及土地功能分区等几个方面［3-10］.在数据来源方面，大多将自然、经济和生态统计数据作为量化指标，采用具体方法进行功能分区，而较少考虑土地利用动态变化在功能分区中的作用.本文从土地利用/覆被时空变化的角度，以新津县2004年和2009年TM影像为主要数据源，通过土地转移矩阵的建立，从土地利用多样性和土地利用程度两个维度对数据进行分析，并结合当地实际经济发展状况，采用四象限法划分土地利用功能区域，以期为地方政府实施土地用途管制和编制土地利用规划提供参考.

1 研究区概况

新津县位于四川省成都市南部，地理位置在30°19'～30°31'N，103°42'～103°55'E 之间，如图 1所示.海拔高度442～673 m，总面积330 km2.全境地势平坦，主要为河流、漫滩和阶地构成的平原地貌，平坝、丘陵、水面分别占 76.6%、14.1%和9.3%.境内河流属岷江水系，可分岷江正流及支流.气候属亚热带季风湿润性气候，无霜期长，雨量充沛，四季分明.行政区划包括11个镇和1个乡.截止2009年，全县总人口30.48万，非农人口1.07万，地区生产总值100.09亿元，地方财政收入25.19亿元，城镇居民人均可支配收入14 616元，农民人均纯收入6 962元.

2 数据来源及方法

2.1 数据来源 研究选取美国地质勘探局网站(USGS)提供的成都区域2004年和2009年Landsat-5 TM影像以及成都市统计年鉴作为数据源.在ERDAS IMAGINE平台的支持下，对TM影像进行裁剪和去霾处理.根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)［11］和当地土地利用情况将土地利用类型划分为5类:耕地、林地、建设用地、河流水域和其他用地，在此基础上进行监督分类，提取土地利用/覆被信息，运用聚类、去除、重编码和目视解译等方法对分类后图像进行修正，最终得到新津县2004—2009年土地利用类型图，如图2和图3所示.并借助Arc GIS 10.1平台建立土地利用转移矩阵，通过与新津县行政图进行属性合并，获得土地利用/覆被变化数据.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用动态度 一般来讲，土地利用动态度包括单一动态度和综合动态度.单一土地利用动态度表示研究区域一定时间范围内的某种土地利用类型的数量变化情况［12］.

(1)式中，K表示研究时段内单一地类土地利用动态度，Ua、Ub分别代表某土地利用类型在研究期初和期末的数量，T为研究时段.

为进一步在空间上反应研究区某段时间土地利用变化的剧烈程度，以便发现土地利用变化热点区域，引入综合土地利用动态度［13］，计算公式如下

(2)式中，LUi为研究期初第i类土地利用类型面积，ΔLUi-j为研究时段内第i类土地利用类型转换为非i类土地利用类型面积的绝对值，T为研究时段.

2.2.2 土地利用转移矩阵 土地利用转移矩阵是土地利用类型间相互转化的数量和方向定量研究的主要方法，它能够具体的反应土地利用变化的结构特征和各类型间的转移方向［14］.土地利用转移矩阵的数学表达式为

(3)式中，Sij为研究期内第i类土地向第j类转化的面积，i为研究期初土地利用类型，j为研究期末土地利用类型，n为土地利用类型的数量.

2.2.3 土地利用多样性 土地利用多样性指数反应了土地利用类型的复杂性和丰富程度.值越大，表明土地利用类型复杂度越高，分布越均匀［15］.

(4)式中，H为研究区域土地利用多样性指数，Pi为研究地区第i级土地利用类型所占百分比，m为土地利用类型数量.

为进一步比较不同地类间土地利用多样性的变化程度，这里用多样性变化率来表示

(5)式中，Ha和Hb分别为a时期和b时期的区域土地利用多样性指数，Pia和Pib分别为研究区域a时期和b时期第i级土地利用类型所占百分比.

2.2.4 土地利用程度 土地利用程度是自然环境和人类活动的共同结果，反映了土地利用的深度和广度［16］.根据刘纪远等［17］划分的土地利用程度分级表，结合新津县土地利用类型，得到土地利用程度分级表如表1所示.

表1 土地利用程度分级Table 1 Grading of land use degree

土地利用程度指数计算公式为

(6)式中，L为土地利用程度综合指数，Ai为第i级土地利用程度分级指数，Ci为第i级土地利用类型面积百分比，n为土地利用程度分级数.

土地利用程度变化主要是由各土地利用类型在研究时段的变化导致的［18］，其变化趋势通常用土地利用程度的变化量和变化率来表示:

(7)和(8)式中，Lb和La分别为b时期和a时期的区域土地利用程度综合指数，Ai为第i级土地利用程度分级指数，Cib和Cia分别为研究区域b时期和a时期第i级土地类型利用程度面积百分比.若Lb-a＞0，则该区域土地利用处于发展期;Lb-a＜0，则该区域的土地利用处于衰退期.

2.2.5 四象限法 四象限法是由美国管理学家柯维提出的一个关于时间管理的理论，即把工作按照重要和紧急2种程度作为划分基础，将评价单元进行2个属性的分析、权衡，并把它填入每个象限方块，按照不同的目标导向对4个象限进行排序.

3 结果与分析

3.1 土地利用结构及变化趋势

表2 土地利用结构及变化趋势Table 2 Land use structure and its variation trend

从表2可以看出新津县2004年土地利用类型以耕地和林地为主，耕地和林地分别占土地总面积36.25%和21.08%.2009年土地利用类型以耕地、建设用地和林地为主，建设用地、林地和耕地分别占土地总面积的26.88%、24.96%和27.71%.

从变化数量来看，建设用地面积增加量最大，达3 465.13 hm2;耕地面积减少量最大，达2 832.44 hm2;林地面积增加1 285.89 hm2;其他用地减少2 055.47 hm2;河流水域面积小幅增加136.89 hm2.根据单一土地利用动态度可知，建设用地平均每年增加0.127%;其他用地每年减少0.067%;变化最小的是河流水域，每年增加0.011%.总体来讲，新津县2004—2009年耕地与其他用地面积减少，建设用地、林地与河流水域面积增加.在此期间，全县综合土地利用动态度为0.050 8%.

3.2 土地利用类型转移及空间分布情况

表3 2004—2009年土地利用转移矩阵Table 3 Transfer matrix of land use in 2004-2009 hm2

从矩阵表3可以看出新津县2004—2009年期间，土地利用类型转换频繁，各类型间转换量较大.在土地利用类型转出面积中:耕地＞其他用地＞建设用地＞林地＞河流水域;土地利用类型转入面积中:建设用地 ＞耕地 ＞其他用地 ＞林地 ＞河流水域.

耕地转出面积为7 574.28 hm2，主要转出源为建设用地、林地以及其他用地，耕地转出是为城市规划与工业园区产业结构升级提供后备资源;转入面积共4 741.84 hm2，主要转入源为其他用地，转入区域主要为西北平原和东北部岷江北段与至双流公路形成的三角区，可见退耕还林政策的实施对岷江水系的生态修复起到了重要作用.建设用地转出面积为1 590.10 hm2，主要转出源为耕地、河流水域和林地;转入面积为5 055.24 hm2，主要转入源为耕地和其他用地.建设用地以县城为中心呈规模扩张，同时以河流和道路为支撑，呈线状辐射;在县城西部，原先零星分布的居民点逐步向农村集中居住区聚集，为耕地整理工作的实施奠定了基础.林地转出面积为1 396.57 hm2，主要向耕地和建设用地转移;转入面积为2 682.46 hm2，主要转入源为耕地和其他用地，集中分布于浅丘和台地区，依托起伏地貌和较为丰富的林业资源，东南台地区积极发展经济林果产业，西南丘岭区重点打造优质生态旅游业，既整合了林业资源，又带动了生态经济.

3.3 土地利用多样性与土地利用程度分析

表4 土地利用多样性与土地利用程度地域差异Table 4 Diversity and geographical diversity of land use

依据表4，从土地利用多样性指数可知，金华镇、兴义镇、花源镇和花桥镇的多样性指数较高，说明4个镇土地利用类型复杂，类型分布较为均匀;方兴镇和永商镇的多样性指数较低，表明这2个镇存在具有优势的土地利用类型.从土地利用程度来看，五津镇的土地利用强度最大，它作为县城所在地，建设用地比重高;永商镇的土地利用程度最低，这与该镇以浅丘地形和丰富水资源为依托，林地比重大，重点打造生态旅游业有关.由土地利用程度变化量可知，永商镇、新平镇、文井乡、普兴镇、花源镇、方兴镇和安西镇变化量为正值，说明2004—2009年期间土地利用处于发展期，耕地、林地、建设用地增加，且相互之间转换频繁;而金华镇、邓双镇、兴义镇、五津镇和花桥镇变化量为负值，表明5镇在2004—2009年期间土地利用处于衰退期，耕地、林地面积大量减少，转换成其他用地，土地利用程度低.

总体来说，12个乡镇的土地利用多样性指数和土地利用程度指数有增有减，土地利用/覆被类型受到人类活动的强烈干扰，这与新津县在2004—2009年期间，调整土地利用结构，优化土地资源，大力发展当地经济有着重要关系.

3.4 土地利用功能分区

3.4.1 分区结果 本文以乡镇为单元，依据表4计算土地利用多样性变化率和程度变化率的平均值(W=-0.0261，R=0.0774)作为分界点，如图4所示将土地利用类型分布状况划分为均匀分布和不均分布2种类型，将土地利用程度划分为强度大和强度小2种类型，由此四象限划分如下:

1)第一象限:两个指标均高于各自平均值，区内地类分布均匀，土地利用强度大，故为城镇发展潜力区;

2)第二象限:多样性指数低于平均值、利用程度指数高于平均值，区内建设用地比重大，土地利用潜力小，即为城镇发展集约区;

3)第三象限:两个指标均低于各自平均值，区内耕地林地比重大，土地利用强度小，划为生态保护旅游区;

4)第四象限:多样性指数高于平均值、利用程度指数低于平均值，区内地类分布均匀，利用强度小，故为粮食作物生产区.

依据分区原理，结合新津县实际经济发展状况划分土地利用功能区域如图5所示.

3.4.2 各区土地利用现状及调控措施

1)城镇发展潜力区.城镇发展潜力区位于新平镇，占县域面积15.21%，该区域为新津县县城发展或扩区的优先考虑区.镇内土地利用分类分布均匀，耕地占全镇面积47.86%，其他用地和建设用地分别占21.46%和21.89%.区域内用地类型丰富，挖掘潜力大，可通过土地资源开发整合，优化用地格局，来提高土地利用效益.新平镇作为县城向西拓展规划区和“时尚水城”规划区，同时地处新津工业园区A区范围，土地利用规划前景较好.成新蒲快速通道的修建，进一步完善了交通体系，区位优势明显.

2)城镇发展集约区.城镇发展集约区分布于新津县县城，占县域面积7.39%，是当地经济、文化、政治中心，区位优势突出，交通发达，包括五津镇和邓双镇两个乡镇.该区域建设用地比重大，产业结构较为合理，城镇化水平较高，经济总量位于全县前列.中心城区集约节约用地潜力大，在土地面积有限和城镇急需扩张的博弈中，通过旧城改造、调整产业结构来提升土地利用空间是必要的.由此，该区域应发挥土地应有的价值，平衡商住工三大类型用地比例，提高土地的经济效益.作为成都市产业园区的承接者，该区域应在原有工业的基础上，积极引进高素质人才和优质企业，大力发展高新技术产业，使之成为新津经济的新增长点.

3)生态保护旅游区.生态保护旅游区包括文井乡、方兴镇、永商镇和花源镇，占县域面积28.08%，该区域利用优越自然条件，因地制宜，大力发展生态旅游业.文井乡-文化古镇、方兴镇-鹭岛、永商镇-梨花溪风景区以及花源镇-农家乐，风景绚丽，游客众多.由此，在此区域应禁止毁林开荒，严保耕地、林地数量，合理布局用地结构;严格控制工程建设，实时监测环境要素，做好环评工作;结合当地山水生态文明建设，发挥资源优势，改善环境和基础设施，以带动区域旅游发展.

4)粮食作物生产区.粮食作物生产区通过农业生产、改善农业经营模式、发展现代农业等方式发展当地经济，促进人均增收和提高生活水平.该区域包括兴义镇、花桥镇、普兴镇、金华镇和安西镇，占县域面积49.32%，区域内土壤肥沃、资源丰富，拥有数个果蔬示范基地和养殖基地，产品销往周边区县.为发挥区域传统农业优势，该区域应加强耕地保护，严守耕地红线，提高耕地质量，保证作物产量;依托环境优势，推进土地承包经营，集中种植优势作物，提高土地利用效益;积极培育特色作物，扩大生产，打造生态农业，实现农业规模化产业化经营.

4 结论与讨论

作为成都市“城南门户”的快速发展区域，新津县在2004—2009年的发展中，土地利用/覆被各类型呈现出不同程度的增减变化;土地利用类型转换频繁，各类型间转换量较大，土地利用结构处于快速调整期;依据四象限法分区原理，结合当地实际经济发展情况，将新津县土地利用划分为4个区域，分别是城市发展潜力区、城市发展集约区、生态保护旅游区和粮食作物生产区.

本文基于土地利用转移矩阵，从土地利用多样性和土地利用程度两个维度对数据进行分析，采用四象限法划分土地利用功能区.这一方法是从土地利用/覆被类型时空变化的角度，对土地利用分区的尝试和探索，为新津县实施土地用途管制和编制土地利用规划提供了参考.

本文较少使用经济数据和生态数据加入模型运算，使得计算结果主观性较强.这在今后的研究中需要进一步改善和提升.

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