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1、资源枯竭型城市转型期间的土地利用变化研究以黄石市为例摘 要：我国经济建设处于快速发展时期，城市对资源的开发利用尺度日益增强，因此在过去对土地利用的众多研究中，资源枯竭型城市的土地利用研究得到了众多研究者的关注。黄石市矿产资源丰富，但由于过度开采，资源枯竭，其作为第一批资源枯竭型城市转型试点城市，转型以来城市土地利用是否有改善得到关注。本文选用2000年、2013年的Landsat卫星遥感影像，将研究区的土地利用类型分为水体、林地、草地、耕地、建设用地和未利用地6类，通过Envi5.1和ArcGis10.1软件的使用，采用监督分类法获取2000年、2013年土地利用相关数据。依据土地利用动态度模
2、型及转移矩阵，分析土地利用的流动方向以及数量的变化程度，并通过土地利用合理度模型分析城市土地利用，为城市的持续发展提出建议。结果证明：第一，黄石市转型后，城市的林地、耕地面积增加，工业占用耕地现象得到控制；第二，城市不同类型土地利用较合理，也就是说，城市转型战略有成效。依据这些结论，针对城市特点，为城市节约工业用地提供了战略措施。关 键 词：土地利用；黄石；遥感；合理度一. 引言20世纪以来，随着人地“矛盾”的日益突出，土地利用变化研究（Land Use and Land Cover Changes，LUCC）成为当今地学的研究热点，引起了国内外众多学者的关注。1922年，美国的Lee发表了论
3、文从空中看到的地球表面，这是国外对土地利用/覆盖变化问题最早的研究。当时规模最大的工作由金陵大学农学院美籍教授JL.Buck主持得而对中国农业区的调查，并于1937年出版了附有大量统计图的一书。20世纪90年代以后，土地利用变化研究进去空前繁荣的阶段1。随着全球化的发展，各国在面对经济极速增长的同时也面临着资源过度开发，生态环境严重破坏，群众大幅度失业等问题。为了解决这些问题，国外多数国家开始对资源枯竭型城市进行转型发展。其中最有影响力的就是德国的鲁尔区，20世纪60年代起，鲁尔区就进行对老工业基地的整治，推动产业转型。规划采取“自上而下”和“自下而上”的运行模式，在最大程度上实现了土地的合理
4、开发使用，并高度融合了各方利益及优势，使土地利用变化的项目顺利进行。德国的大胆尝试使其他各国包括中国政府对本国资源枯竭型城市发展重视起来，各国开始逐步探索转型路上的土地利用变化。在我看来，这对中国乃至世界都提出了一个城市多方面发展的点子，促进了全国平衡发展，解决了生态环境破坏问题，群众就业问题，政府和民众应当慎重对待。我国自始至终就有土地利用开发，不过过去主要研究土地相关资源的调查、分类、规划等。在我国，地理学家胡焕庸和农学家张心进行过比较系统的土地利用调查研究。但是近年来，随着我国社会经济高速发展、人口的快速增长，土地在城市发展中的影响越来越深刻。无论在深度还是广度以及速度上我国的土地利用变
5、化都表现为剧烈复杂化趋势，这是我国开展科学系统的土地利用变化研究的现实需求基础。20世纪80年代中期，资源枯竭型城市的转型研究是我国学者关注的重点和热点。对此，国家采取相关措施对资源型城市整体发展进行调查研究，创新型城市将成为资源枯竭型城市转型的可行道路，其中最关键的就是土地利用变化研究。目前影响力大的有葛琳，史科等同志以徐州市贾汪区为例对煤矿区土地利用变化研究，其实现了贾汪区的可持续发展，推动了城市的转型发展；管东生，董文福等以珠江三角洲为例的土地利用变化研究，探究了经济发展的趋势7；张小虎、郭增长等同志以焦作市为例研究的煤炭资源枯竭型城市的土地利用系统，揭示其将康状态的趋势8；当然也有很多
6、其他学者的相关研究，这些研究成果使资源枯竭型城市的土地利用变化研究相关问题提上了国际舞台，得到越来越多人的关注。随着经济的快速发展，我国资源丰富的城市无节制的开采资源，导致城市的可开采资源减少，进而支柱产业崩溃，生态环境破坏严重。基于此，本文采用最大似然监督分类法18来对获得的遥感影像进行分类，然后根据所得的土地利用类型图,提取单色波段，并栅格矢量化数据，计算几何面积面积,可分别采得2000年、2013年黄石市土地利用类型面积。在这基础上，通过土地利用动态度以及土地利用转移矩阵模型的使用，分析土地的使用流向，最后基于土地利用很力度模型计算分析城市转型是否成功。和已有的研究成果相比，本文的研究有
7、以下两点特点和创新：第一，过去大尺度或中尺度是主要的研究尺度，其中小尺度的研究稍显薄弱，大城市或特大城市的土地利用变化研究是主要的小尺度微观土地利用变化研究，而本文以小尺度城市为主，全面分析城的土地利用现状。第二，从图形特征角度进行土地利用变化研究的案例还不多，有关土地覆被的分类、动态监测和土地变化时空特征分析以及土地利用变化驱动机制的分析14是土地利用变化的研究项目的侧重点。本文则主要用软件对图像处理得出数据，通过计算讨论城市转型情况。由此所得的结论以及政策启示对黄石市在后期城市转型的发展有着重要的借鉴作用。二. 政策背景随着经济的快速发展，我国资源丰富的城市无节制的开采资源，导致城市的可开
8、采资源减少，进而支柱产业崩溃，生态环境破坏严重。对此，国家采取相关措施对资源型城市整体发展进行调查研究，创新型城市将成为资源枯竭型城市转型的可行道路，其中最关键的就是土地利用变化研究。黄石市是湖北省重要的原材料工业基地，在资源毫无节制的开采使用后，城市的环境和资源也付出了一定的代价：生态环境受到破坏，矿产资源的不可再生性使得数量急剧下降，黄石市由资源型城市变成资源枯竭型城市。在面对城市的资源告急、产业结构发展不平衡、城市发展空间不充分，民众就业困难、生态环境严重破坏等严峻问题时，为实现城市的发展，黄石走上创新型城市转型道路。在探索黄石市转型之路过程中，关于土地利用变化的研究是基础和重点。三.
9、实证模型（一）单一土地利用动态分析为了更准确的把握土地利用变化情况，更好的研究各地区的区域土地利用差异及预测未来变化趋势，在定性的基础之上需要定量研究某一区域的土地利用变化速度，即土地利用动态度。单一土地利用类型动态变化度指在某一特定时间特定区域内，研究区域中某一类型土地利用的数量变化情况20，具体表达式如下:土地利用动态度模型：(1)其中，S表示研究时段内某土地利用类型动态度；, 分别表示研究期始末某土地利用类型的数量为由监测开始至结束时段内第i类土地利用类型转换为其它类土地利用类型面积总和；t代表研究期的时长；设定上式中t的单位为年，S为该研究区域某种土地利用类型的年变化率，当S0时，表明
10、该土地利用类型的数量是减少的；当S0时，表明该土地利用类型的数量是增加的；S的绝对值越大则代表该类型的土地年变化率越大。（二）综合土地利用类型动态度为了描述区域土地利用的变化率，可以使用综合土地利用类型动态度。公式可表示为：(2)式中：表示检测时间内，第类土地转换为非类土地的面积的绝对值；表示起始时间内第类土地的利用面积；为检测时间，单位为年。（三）土地利用转移矩阵模型为了更全面、更直观地反映土地利用变化的结构特征以及各种土地利用类型变化的方向，通常采用转移矩阵（Conversion Matrix）进行土地利用类型内部转移分析。其计算公式如下：(3)该公式适用范围为土地利用类型小于10中。式中
11、：为时期到时期的土地利用变化图，为时期土地利用类型图，为时期土地利用类型图，和分别表示不同的土地利用类型。(4) 式中：A为转移矩阵，为K时期的i种土地利用类型转变为K+1时期j种土地利用类型的面积。（四）土地利用合理度模型从上世纪七八十年代开始，黄石市每年的可用耕地都逐年减少，部分土地遭到严重破坏，废弃闲置，这对于资源是一种浪费。从资源型城市到资源枯竭型城市，城市的经济发展，产业结构都受到诸多影响，为了实现城市的可持续发展，必须要转型。在转型的过程中，对于土地的合理规划将是转型能否成功的前提。 根据杨子生等人的定义，土地利用变化合理度是指研究区域某一时限内地类之间相互转化的合理与否及其合理性
12、的程度23。其计算公式为：(5) 式中：RD土地利用变化合理度；TA地类转化总面积；RA转化合理的地类面积；IA转化不合理的地类面积。RD的值在0到100之间，其值越小表示地类转化越不合理，反之其值越大表示地类转化越合理。三.实证分析（一）数据来源（1）遥感影像数据：黄石市2000年Landsat 5影像和2013年Landsat 7 影像。黄石市行政区域边界数据，用于研究区域的裁剪。（2）统计数据：湖北省黄石市土地利用总体规划（20062020年），黄石市国民经济和社会发展统计公报（2005-2011年），黄石市统计年鉴16。 本文根据研究区域的特点，采用六级分类标准：耕地、林地、草地、建设
13、用地、水体和未利用土地，如表1。根据对黄石市的遥感影像进行影像拼接、辐射纠正、几何校正等操作可以得到黄石市土地类型图(如图4)，依据得到的黄石市土地利用类型图提取单色波段，并栅格矢量化数据，计算几何面积面积,可分别采得2000年、2013年黄石市土地利用类型面积。接着使用地利用动态变化研究模型及土地利用转换矩阵模型对城市近14年间的土地利用情况分析了变化的方向和规模19，最后依据土地利用合理度模型参照合理度分类标准测算分析黄石转型选择的必然性和正确性。ID 地类 说明1 耕地 2 林地3 草地 4 水体5 建设用地6 未利用土地包括基本农田、水田、旱地 包括林地、灌木林地、未成林、造林地和疏林
14、地包括高中低覆被 包括河流、水库、湖泊和水塘包括居民点、道路、桥梁、工矿区裸地、滩涂及砾石地表1 黄石市的土地利用/土地覆被分类体系结合上述土地利用动态度模型计算公式(1)、(2)，可以分别计算出黄石市每一种类型土地单一土地利用动态度和整个区域的综合土地利用动态度。 表3 2000-2013年黄石市土地利用动态度表（单位：%） 土地类型单一土地利用动态度综合土地利用动态度林地耕地建设用地水体草地未利用地200020131.210.4323.940.9-2.36-5.867.91（1）刘纪远21等按土地利用动态值把中国土地利用的动态特征划分为四种类型：0-5：土地利用极缓慢变化型；5-15：土地
15、利用慢速变化型；15-25：土地利用快速变化型；25-61 土地利用急剧变化型。由计算得知黄石市2000年-2013年的综合土地利用动态度为7.91，对照分类可知黄石市土地利用慢速变化。（2）由上表可大体看出黄石市20002013年的13年中土地利用类型变化过程，即：水体、林地、建设用地等土地利用类型的面积在增加，未利用地和草地等土地利用类型的面积在减少；其中建设用地增加幅度最大，水体的增加幅度最小。（二） 土地利用变化总体分析黄石市总共有国土面积4583平方公里，土地利用类型多样，各种利用类型相间分布，结构复杂。2000年-2013年，随着政府政策的调整、经济的发展，土地利用状况发生了明显的改变。根据黄石市土地利用类型图(如图4),从黄石市土地利用类型图中提取单色波段，并栅格矢量化数据，计算几何面积面积,可分别采得2000年、2013年黄石市土地利用类型面积。（如表2） 图4 黄石市2000年、2013年土地利用类型图表2 黄石市2000年、2013
