(內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010000）

匡文慧(中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101）

土地利用／覆蓋變化(LUCC）是全球變化研究的熱點(diǎn)問題之一。1993年，國際地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球變化人類影響計(jì)劃(IHDP）兩大國際組織共同制訂的土地利用／覆蓋變化(LUCC）科學(xué)研究計(jì)劃[1-2]，將其作為全球變化研究的核心計(jì)劃。土地利用／覆蓋變化是人類與環(huán)境耦合系統(tǒng)中人類活動通過生物地球物理過程或生物地球化學(xué)循環(huán)等方式改變陸地生態(tài)系統(tǒng)最為直接的表現(xiàn)形式，與全球氣候變化、生物多樣性減少、生態(tài)環(huán)境演變等都密切相關(guān)[2]。在此研究基礎(chǔ)上，2005年啟動全球土地計(jì)劃(GLP），強(qiáng)調(diào)陸地系統(tǒng)中人類-環(huán)境耦合系統(tǒng)的綜合集成與模擬研究。以人類-環(huán)境耦合系統(tǒng)為核心的土地利用／土地覆蓋動態(tài)過程的監(jiān)測與模擬成為研究關(guān)注的焦點(diǎn)問題，并成為新興領(lǐng)域土地變化科學(xué)(LCS）研究的熱點(diǎn)問題。

國內(nèi)外眾多學(xué)者在土地利用／覆蓋變化研究領(lǐng)域取得了優(yōu)異的成果。在大尺度時空范圍內(nèi)，研究成果揭示了土地利用變化所引起的研究區(qū)域環(huán)境變化，隨而深化至變化機(jī)制；對于宏觀政策，又為其提供土地規(guī)劃、環(huán)境治理、土地集約化、可持續(xù)發(fā)展等理論依據(jù)與科技支撐。由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，天津市的土地利用特征發(fā)生了極大的變化，本研究基于遙感獲取的2期(1990～2000年，2000～2008年）土地利用變化數(shù)據(jù)，采用ArcInfo軟件進(jìn)行分析，以揭示天津市近20年的土地利用變化特征和土地利用變化速率，從而為天津市未來城市建設(shè)規(guī)劃等宏觀政策提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1．1 自然地理?xiàng)l件

天津市位于東經(jīng)116°43′～118°04′，北緯38°34′～40°15′之間，市中心位于東經(jīng)117°10′，北緯39°10′。北起薊縣黃崖關(guān)，南至濱海新區(qū)翟莊子滄浪渠，南北長189km；東起濱海新區(qū)灑金坨以東陡河西干渠，西至靜?？h子牙河王進(jìn)莊以西灘德干渠，東西寬117km。天津市域面積11917．3km2，疆域周長約1290．8km，海岸線長153km，陸界長1137．48km。其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大部分被新生代沉積物覆蓋。地勢以平原和洼地為主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐漸下降。天津地處北溫帶位于中緯度亞歐大陸東岸，主要受季風(fēng)環(huán)流的支配，是東亞季風(fēng)盛行的地區(qū)，屬溫帶季風(fēng)性氣候。主要?dú)夂蛱卣魇?，四季分明，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。天津的年平均氣溫約為11．6～13．9℃，7月溫度最高，月平均溫度27．8℃。1月最冷，月平均溫度-4．3℃。年平均降水量在360～970mm之間，平均值為600mm(1949～2010）[3-6]。

1．2 社會經(jīng)濟(jì)狀況

天津有12個市轄區(qū)，1個副省級區(qū)，3個市轄縣；共有鄉(xiāng)鎮(zhèn)級區(qū)劃數(shù)為240個，市轄區(qū)分為中心城區(qū)、環(huán)城區(qū)。全市常住人口1293．8萬(2010年普查數(shù)據(jù)），外來常住人口299．17萬，占23%。天津市擁有中國56個民族中的50多個。人口最多的為漢族，占全市人口的97%，少數(shù)民族人口30．38萬人，少數(shù)民族主要為回族(2%，172358人）、滿族(0．6%，56555人）、蒙古族(11331人）、朝鮮族（11041人）。2010年天津全市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值9224．46億元，比上年增長17．4%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值149．48億元，比上年增長3．3%；第二產(chǎn)業(yè)增加值4837．57億元，比上年增長20．2%；第三產(chǎn)業(yè)增加值4121．78億元，比上年增長14．2%，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為1．6∶53．1∶45．3。天津工業(yè)發(fā)達(dá)、門類齊全，是中國近代工業(yè)的發(fā)祥地，也是中國重要的老工業(yè)基地和中國傳統(tǒng)與當(dāng)前重要的工業(yè)城市。自濱海新區(qū)成為國家綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)以來，天津開始采取依靠重大工業(yè)項(xiàng)目拉動的策略優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)形成航空航天、石油化工、裝備制造、電子信息、生物醫(yī)藥、新能源、新材料、國防工業(yè)等八大新興支柱產(chǎn)業(yè)。世界500強(qiáng)企業(yè)中已有147家在天津設(shè)立了分公司和辦事處[7-8]。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2．1 數(shù)據(jù)來源

所選用的數(shù)據(jù)為1990～2000年、2000～2008年2期土地利用／覆蓋動態(tài)變化信息數(shù)據(jù)，以及1990年、2008年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

2．2 數(shù)據(jù)處理方法

1990～2000年土地利用／覆蓋動態(tài)信息通過相隔10年2期遙感影像的直接對比，采用土地利用／覆蓋分類判讀(即直接解譯動態(tài)斑塊）的方式進(jìn)行提取，再進(jìn)一步勾畫出1990～2000年10年內(nèi)土地利用／覆蓋變化的動態(tài)圖版，并加以定性與集成[2]。2000～2008年土地利用／覆蓋動態(tài)變化信息的提取同上。再通過對天津市地圖進(jìn)行圖片矢量化，得到天津市行政區(qū)劃矢量界線。然后利用ArcInfo軟件下的空間疊置分析功能，得到天津市2期LUCC數(shù)據(jù)，并根據(jù)各自的屬性表求出不同土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣。

2．3 土地利用類型動態(tài)度模型

為了定量描述區(qū)域土地利用變化速度，引入動態(tài)度指數(shù)來對土地利用變化的速度進(jìn)行分析研究。

其中，單一土地利用動態(tài)度可表達(dá)區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其計(jì)算公式為：

式中：K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一土地類型的數(shù)量；T為研究時段長，當(dāng)T的時段設(shè)為年時，K的值就是該研究區(qū)域某種土地利用類型年變化率。

綜合土地利用動度可描述區(qū)域土地利用變化的速度，其公式表示為：式中：LUi為監(jiān)測起始時間第i類土地利用類型面積；△LUi-j為監(jiān)測時段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非I類土地利用類型面積的絕對值；T為監(jiān)測時段長度。當(dāng)T的時段設(shè)定為年時，LC的值就是該研究區(qū)域土地利用年變化率[9]。

3 結(jié)果與分析

3．1 土地利用類型變化

分別利用ArcInfo軟件疊置分析后得到的天津市2期(1990～2000年，2000～2008年）LUCC數(shù)據(jù)的不同利用類型土地面積的轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果見表1、表2。由表1、表2可看出，天津市土地利用類型變化十分顯著，變化主要集中在耕地、水域和3種城鄉(xiāng)建設(shè)用地(城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、工礦建設(shè)用地）。相比較2個時段的變化，2000～2008年間變化較為劇烈(1557．39km2），1990～2000年相對緩慢(為426．14km2）。

表1 天津市1990～2000年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表2 天津市2000～2008年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

1990～2000年間，耕地的轉(zhuǎn)化最為顯著，超過了總體的1／2，達(dá)到了53．73%；轉(zhuǎn)化方向上，總計(jì)轉(zhuǎn)化為水域的最多，達(dá)到249．87km2，占整體的58．64%。3種城鄉(xiāng)建設(shè)用地中，農(nóng)村居民用地轉(zhuǎn)化城鎮(zhèn)用地最為顯著，占農(nóng)村居民用地整體轉(zhuǎn)化面積的96．86%；工礦用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地也最為顯著，占工礦用地整體轉(zhuǎn)化面積的88．97%；城鎮(zhèn)用地沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移；耕地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、工礦建設(shè)用地面積分別為49．21km2、19．59km2、7．57km2，分別占耕地整體轉(zhuǎn)化的21．49%、8．55%、和3．30%。

2000～2008年間，耕地和上個10年一樣，轉(zhuǎn)化最為顯著，達(dá)到了總體的72．74%。其中，其耕地內(nèi)部的互相轉(zhuǎn)化(二級地類）又占到耕地整體轉(zhuǎn)化面積的64．20%。轉(zhuǎn)化成其他類型中，由于耕地內(nèi)部轉(zhuǎn)化比重大的原因，還是占到了總體的48．09%。3種城鄉(xiāng)建設(shè)用地中，農(nóng)村居民用地轉(zhuǎn)化城鎮(zhèn)用地最為顯著，占農(nóng)村居民用地整體轉(zhuǎn)化面積的85．52%；工礦用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地也最為顯著，占工礦用地整體轉(zhuǎn)化面積的64．80%；城鎮(zhèn)用地沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移；耕地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、工礦建設(shè)用地面積分別170．47km2、70．50km2、121．30km2，分別占耕地整體轉(zhuǎn)化的15．05%、6．22%和10．71%。

3．2 土地利用變化速度

表3結(jié)果表明，天津市近20年土地利用變化速度很快，年平均變化速度達(dá)到了0．32。其中以城鎮(zhèn)用地、未利用地以及草地變化速度最大，工礦建設(shè)用地變化速度適中，耕地由于總量很大，土地利用變化面積所占比例較小，林地、水域以及農(nóng)村居民用地變化也較小。

表3 天津市近30年土地利用動態(tài)度指數(shù)

4 土地利用變化驅(qū)動力分析

4．1 人口因素

依據(jù)人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，天津市在1990、2000以及2007年3個年份的人口分別為878．5萬、1001萬和1115萬人。1990～2000年、2000～2007年2個時期人口增長比率分別為13．94%和11．39%，2期人口增長比例均超過10%。隨著人口極速增長，人們對糧食的需求也加大，對耕地面積需求也加大。從土地利用變化結(jié)果分析來看，耕地在近20年的各個時期都是呈減少態(tài)勢，考慮到天津越來越多的發(fā)展工業(yè)和經(jīng)濟(jì)，結(jié)合城鄉(xiāng)工礦用地近20年的增長來看，人口逐漸向城市中心和城市周邊近郊的工礦建設(shè)用地聚集，糧食需求方式慢慢的更倚賴于 “外供”。

4．2 經(jīng)濟(jì)因素

改革開放以來，特別是近年來，天津商貿(mào)中心的作用不斷加強(qiáng)，已經(jīng)成為全國南北物資交流的重要樞紐和輻射東北、西北、華北地區(qū)的商品集散地。據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，近10年來，天津市GDP每年同期增長超過20%。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，吸引了大量外來人群也固定了大量的本市人群，城鎮(zhèn)用地需求急劇增加；經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也要求大量工礦建設(shè)用地來提供產(chǎn)品加工地點(diǎn)，貿(mào)易集散地點(diǎn)等等，導(dǎo)致工礦建設(shè)用地隨之增加。

4．3 政策因素

2006年3月22 日，國務(wù)院常務(wù)會議完整定位為 “環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)中心，國際港口城市，北方經(jīng)濟(jì)中心，生態(tài)城市”，并將 “推進(jìn)濱海新區(qū)開發(fā)開放”納入十一五規(guī)劃和國家戰(zhàn)略，設(shè)立為國家綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)，成為 “中國經(jīng)濟(jì)第三增長極”。京津唐城市群伴隨著中國環(huán)渤海區(qū)域的快速崛起，正成為國家發(fā)展戰(zhàn)略重要地區(qū)。21世紀(jì)以來，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的大開發(fā)，天津?yàn)I海等新區(qū)建設(shè)的啟動，導(dǎo)致京津唐城市群8年間城鄉(xiāng)建設(shè)用地不透水地表以每年145．03km2的速度增長了1160．22km2，城鎮(zhèn)不透水地地表以每年80．42km2的速度增長了643．37km2[10]。而自濱海新區(qū)成為國家綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)以來，天津開始采取依靠重大工業(yè)項(xiàng)目拉動的策略優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)形成航空航天、石油化工、裝備制造、電子信息、生物醫(yī)藥、新能源、新材料、國防工業(yè)等八大新興支柱產(chǎn)業(yè)。城市化、工業(yè)化的城市發(fā)展戰(zhàn)略促使城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積急劇增長，耕地、林地、草地等逐漸減少，城鄉(xiāng)建設(shè)用地中，農(nóng)村居民用地和工礦建設(shè)用地在本身增長的同時也同時有部分向城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)化，說明城市化進(jìn)程力度大于工業(yè)化。

5 結(jié)語

綜上所述，1990～2000年天津市土地利用變化較快，變化主要集中在耕地、水域和3種城鄉(xiāng)建設(shè)用地上；2000～2008年由于天津市加快城市化進(jìn)程，城鄉(xiāng)建設(shè)用地急劇增長，同時，農(nóng)村居民用地與工礦建設(shè)用地部分轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地，致使其土地利用／覆蓋變化面積加大，濱海新區(qū)的建成更加劇了這一變化。近20年，整體土地利用變化速度較快，開墾耕地面積很大，城鎮(zhèn)用地增加速率很快，未利用地開發(fā)成為其他類型用地為人所用的速度也很快。這種變化對天津市的區(qū)域環(huán)境也產(chǎn)生了一定的影響。在未來城市建設(shè)、土地利用規(guī)劃上，除了本著發(fā)展經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易，以及天津優(yōu)勢工業(yè)的基礎(chǔ)上，還要著眼經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，把發(fā)展經(jīng)濟(jì)外的環(huán)境建設(shè)、文化建設(shè)等提到日程上來，近20年，耕地、草地以及林地面積都有不同程度的減少，這對長久的城市發(fā)展是不利的。

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