喀斯特城市新区土地利用时空演变研究——以贵阳市观山湖区为例

朱玉丹，魏 媛

(1.贵州财经大学 公共管理学院， 贵州 贵阳 550025；2.贵州财经大学 管理科学与工程学院， 贵州 贵阳 550025)

1 引言

土地是人类生产生活及经济发展的重要载体，其利用方式和强度不断改变着土地资源结构及空间格局，研究土地利用的时空变化及其特征，能够了解人类活动对自然资源和地理环境的影响程度[1～3]。目前，国内外有关土地利用变化的研究已相当成熟[4～6]。李青松等[7]基于动态度模型，对喀斯特高原湖泊的土地利用变化进行分析研究。但对于喀斯特地区的城市新区土地利用变化研究较少[8]。观山湖区是贵阳市的中心区，截至2021年，城镇化率达85.4%，在发展过程中，各地类的时空变化强度较剧烈。本文利用观山湖区3期土地利用数据，结合动态度模型和ArcGIS软件[9,10]，分析了喀斯特山区的城市新区土地利用动态演变过程及空间差异特征，以期为喀斯特山区土地利用规划、生态与经济可持续、高质量发展提供参考。

2 资料与方法

2.1 研究区概况

观山湖区是2000年启动建设的城市新区，位于贵阳市老城区西北部，地处东经106°25′49″～106°41′23″，北纬26°31′48″～26°45′20″。总面积307 km2，常住人口超64万人。地处副热带季风带，年平均降雨量为1200 mm，年平均气温15 ℃。总地势西南高、东北低，东、南、西三面环山，丘陵、盆地与水域相间分布，属典型的云贵高原喀斯特地貌特征。区域广布常绿阔叶林、次生针叶林，截至2020年，森林覆盖率约45.77%。辖区内有七河三湖(水库)，水资源丰富。土壤以地带性黄壤中镶嵌石灰土、紫色土为主，质地疏松。

2.2 数据来源

2010年、2015年、2020 年3期遥感影像数据均从地理空间数据云下载，分辨率为30 m，基于监督分类和目视解译等数据处理，形成土地利用图库，精度可靠，其土地利用类型划分了6类，分别为耕地、林地、草地、水域及水利设施用地、未利用地和建设用地。

2.3 研究方法

2.3.1 单一土地利用动态度模型

单一土地利用动态度表示一定时期内，研究区某土地利用类型的数量结构的演变状况及趋势[11,12]。其表达式为:

(1)

式(1)中：K为一定时期内某种地类的变化率；ua、ub为研究初期及末期某种地类的数量；T为研究期时长。

2.3.2 综合土地利用动态度

综合土地利用动态度表示一定时期内，研究区整体的土地利用类型转移及变化的强度[13,14]，其表达式为：

(2)

式(2)中：LC表示区域综合土地利用动态度；LUi表示区域i种地类初期的面积(km2)；ΔLUi-j表示区域i种地类在某时间段转换为第j种地类的面积(km2)；T对应研究期间隔。

3 结果与分析

3.1 土地利用数量变化特征

各地类面积的增减变化可初步了解土地利用的时序演变情况。观山湖区2010～2020年的土地利用面积统计结果如表1所示。

表1 观山湖区2010～2020年土地利用面积统计 km2

由表1可知：整体上看，2010～2020 年，耕地面积缩减较为显著，缩减了46.43 km2；草地面积减少8.81 km2；林地在所有地类中面积最大，且呈现增长趋势，净增 21.75 km2；水域及水利设施用地减少0.15 km2，由于其占地面积小，增减情况在所有地类中最不明显；建设用地面积持续上升，分别增加了 25.08、10.68、35.76 km2。整个研究期内，耕地、林地和建设用地都有不同程度的增减变化，其中建设用地持续扩张，是城镇化以及城市新区建设的体现。分时段来看，2010～2015 年，林地面积小幅缩减，但整体变化并不显著，建设用地面积则大幅增加；2015～2020年，耕地面积减少25.50 km2，减少面积相较于前5年较多，建设用地和林地的面积分别增加10.68、24.38 km2，其中林地减少面积在各时段中最大；总体来说，耕地、建设用地以及林地是观山湖区主导用地类型，其数量结构变化使观山湖区土地利用结构产生了较为显著的变化。

3.2 土地利用空间格局变化特征

土地利用空间分布格局的变化会影响区域气候及其周边的生态环境质量[15]。观山湖区2010～2020年的土地利用数量空间分布如图1所示。

图1 观山湖区2010～2020年土地利用数量空间分布

由图1可以看出，2010～2020年，①观山湖区东、中、西部地域分异明显，东部原金阳新区以建设用地为主，中部朱昌镇、金华镇多耕地，西部百花湖乡林水相间；②耕地逐步锐减。中部耕地显著减少，表明城镇化过程中耕地的牺牲较大；③建设用地逐步扩张。建设用地呈现逐步扩张的趋势，集中在东部原金阳新区，中部下方金华镇，2015年、2020年扩张尤为明显，以原金阳新区为中心，沿西南部扩张，最主要的扩张来自于原金阳新区、金华镇的开发建设，说明其城市建设力度远远大于其他乡镇；④林地逐步增加，尤其在2015～2020年最为明显，说明2015年以来，贵阳市在退耕还林还草工程的推进中成效较为显著；⑤水域和水利设施用地、草地、未利用地增减情况不显著，是因为这3个地类的基数相对来说较小。总体来看观山湖区2010～2020年土地利用空间格局变化较为明显，耕地、林地和建设用地的增减占主导地位。

3.3 土地利用动态度分析

研究区单一土地利用动态度和综合动态度由公式(1)和(2)计算得出，计算分析结果见表2。

表2 观山湖区各时段土地利用动态度 %

单一土地利用动态度可揭示各地类在研究期内各时段的变化率。表2研究结果表明，2010～2020年，观山湖区耕地动态度为-0.050%，草地为-0.071%、未利用地为-0.074%，水域为-0.001%，其动态度均呈负数，即面积都呈减少状态，并且耕地和草地减速较快，水域减幅最小; 林地相较于研究期初有所增长，动态度为0.016%，且2015～2020年增幅较大，表明这5 a人类活动在林地面积变化上较为强烈，这一现象与贵阳市开展的一系列退耕还林工程相对应，并取得一定的成效；建设用地面积持续增加且增速最快，年均扩张23.84 km2，动态度达0.081%，水域及水利设施用地的面积增减速度在所有地类中最小。对比各时段，2010～2015年，林地缩减速度较小，为-0.004%，耕地和建设用地增减幅度较大，分别为-0.045%和0.114%；2015～2020 年，各地类的动态度比其他时段高，说明其增减变化最为剧烈，其中耕地和林地、草地、未利用地变化最突出，动态度分别达到 -0.071%、-0.036%、-0.135%和-0.150%，相较于 2010 年面积有大幅扩展。

综合土地利用动态度可表示研究区土地利用的整体变化趋势。据表2计算数据显示，研究区综合动态度均呈正数，可以看出其变化强度均显示出剧烈变化，而2010～2020年10年间与2015～2020年5年间对比较小，说明观山湖区2015～2020年这5年的城镇建设和经济发展较快，对于土地资源的需求较为强烈。从各时段来看，2010～2015 年土地类型增减幅度较小，综合动态度为 0.217%；2015～2020 年综合动态度提升到0.546%，说明各地类转型频繁且强度大；2010～2020 年综合动态度下降到 0.299%，说明其各地类间的转移及利用强度受到相关用地政策及人类活动的制约而有所降低。

4 研究结论与对策建议

4.1 研究结论

(1)观山湖区的耕地、林地和建设用地合计约占总面积的94%，在各用地类型中占主导地位。近10年来土地利用数量结构变化较为显著，整体上耕地面积减幅较大，林地总量面积受退耕还林还草工程的实施而有所上升，草地、未利用地总量下降，水域面积变化不明显，建设用地扩张速度快，说明研究区城市化建设成果显著。

(2)总体来看，观山湖区在2010～2020年的综合动态度仅0.299%，土地利用变化程度处于中等水平。从各时段来看，2015～2020 年土地利用变化相对剧烈，在综合动态度上升到0.546%的情况下，各地类单一动态度也相对较高。

(3)观山湖区2010～2020年土地利用空间格局变化较显著，耕地和林地分布广泛，建设用地显著扩张，但未利用地和草地覆盖面积小，耕地、林地和建设用地的空间增减变化占主导地位。

4.2 对策建议

观山湖区作为贵州省贵阳市的城市新区，当前正处于快速发展时期，在生态优先、绿色发展背景下，迫切需要走绿色可持续发展道路，促进生态文明建设和新时期的高质量发展。针对当前观山湖区土地利用实际情况及变化趋势，提出以下促进观山湖区可持续、集约利用土地的对策建议。

(1)进一步优化土地利用结构，在编制土地利用规划时尽可能地做到系统科学，严格建设用地的审批和使用，必要时对城市建设用地进行监测，严格控制建设用地扩张占用耕地，切实保障粮食安全。积极推动建设用地集约利用，避免其无序扩张。

(2)合理开发自然资源，科学开展生态治理，严格保护林地、草地、水域等生态用地不受侵害，保障城市生态安全。

本文研究数据源于遥感影像的预处理，根据软件提取的土地利用数据可能与官方公布的数据有一点差异，对各土地利用类型面积的更精确解译有待深入研究。