李國慶，馬曉冬

(1.江蘇師范大學(xué) 地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇師范大學(xué) 區(qū)域與城市研究中心，江蘇 徐州 221009)

0 引 言

城郊是一個客觀存在的、位于城市與鄉(xiāng)村之間的交錯區(qū)域，是一種經(jīng)濟(jì)、人口等相互滲透與擴(kuò)散的過渡地帶.土地是城鄉(xiāng)發(fā)展空間擴(kuò)張的首要載體，隨著城市化的推進(jìn)，城市功能空間不斷向郊區(qū)延伸，并深刻影響著郊區(qū)的土地利用，使得城市郊區(qū)成為城市土地利用變化最劇烈的地區(qū)[1].城郊土地利用因其復(fù)雜性、易變性的特點(diǎn)，成為土地利用變化研究的熱點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對此也展開了大量研究[2-3].由于我國的城市化進(jìn)程起步較晚，對城市郊區(qū)土地利用的研究最早開始于20世紀(jì)80年代后期，研究主要是對理論概念[4]、范圍界定[5]等的研究.進(jìn)入21世紀(jì)以來，城郊土地利用研究進(jìn)入快速發(fā)展階段，這一時期的研究以實證研究為主，研究內(nèi)容主要涉及土地利用的發(fā)展模式[6]、格局特征[7]、驅(qū)動因素[8]、模擬預(yù)測[9]以及生態(tài)安全評價[10]等方面，研究成效顯著.但是我國目前仍處于快速的城市化發(fā)展階段，城市郊區(qū)的土地利用在城市蔓延過程中受城市作用力的影響，形態(tài)格局不斷發(fā)生變化，在這一過程中仍不免會出現(xiàn)種種復(fù)雜問題，因而繼續(xù)推進(jìn)對城郊土地利用的研究非常重要.銅山是徐州市撤縣改區(qū)最晚的區(qū)，且該區(qū)呈環(huán)狀圍繞在徐州主城區(qū)外圍，因此將銅山區(qū)作為城郊土地利用研究的實證區(qū)，具有一定的典型性.本文選取銅山區(qū)為研究區(qū)，探討城市化進(jìn)程中銅山區(qū)土地利用變化與空間格局特征，對于深化認(rèn)識城郊土地利用變化規(guī)律以及優(yōu)化城郊土地利用結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)實意義.

1 研究區(qū)概況

銅山區(qū)位于江蘇省西北部，徐州市西南部，東與邳州市搭界，南部、西部與安徽省宿州市毗連，西北部與豐縣、沛縣相鄰，東北部瀕臨微山湖與山東省微山縣接壤，其行政范圍環(huán)繞在徐州主城區(qū)外，有徐州城的“金腰帶”之稱.銅山區(qū)屬華北平原區(qū)之魯南南緣低山丘陵與黃淮沖積平原過渡帶，境內(nèi)西北、東南系黃泛沖擊平原，地勢平坦，河道縱橫，東北、西南與東南部分地區(qū)為丘陵地區(qū)，京杭大運(yùn)河橫貫北部，廢黃河自西北而東南穿越區(qū)境.這些因素導(dǎo)致銅山區(qū)的土地利用類型多樣化程度較高，不同區(qū)域的土地利用具有明顯的地域分異性.截至2014年末，全區(qū)下轄23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，一個國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，土地總面積2004.03 km2，總?cè)丝?31.56萬，人均GDP為63490元，稍高于全國平均水平.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

采用的數(shù)據(jù)包括2009年和2014年兩期土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，以及相關(guān)年份統(tǒng)計年鑒.土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)由銅山區(qū)國土資源局提供，數(shù)據(jù)時間跨度不大，但數(shù)據(jù)精度高，能真實反映銅山區(qū)土地利用現(xiàn)狀.本文首先在土地利用規(guī)劃分類系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合銅山區(qū)土地利用本底情況，將全區(qū)土地進(jìn)行統(tǒng)一的分類，包括耕地、園地、林地、其他農(nóng)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、交通運(yùn)輸用地、水域和自然保留地9種土地利用類型.在此基礎(chǔ)上，采用土地利用動態(tài)度指數(shù)和土地利用程度綜合指數(shù)定量分析研究區(qū)土地利用變化；選取景觀指數(shù)測度研究區(qū)土地利用的空間格局特征；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)一步對研究區(qū)劃分利用類型分區(qū).

2.2 土地利用分析

(1)土地利用動態(tài)度指數(shù).在一定時間段內(nèi)，不同土地利用類型的數(shù)量變化情況是存在差異的，這是多種因素共同作用的結(jié)果，土地利用動態(tài)度指數(shù)可以對這種變化速度進(jìn)行度量，進(jìn)而定量描述各類用地間的變化差異，計算公式為：

(1)

式中：K為研究期內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初與期末該土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段；

(2)土地利用程度指數(shù).土地利用程度是土地本身開發(fā)利用廣度與深度的表征，也是人類與自然環(huán)境對土地利用綜合作用的結(jié)果，通常用土地利用綜合程度指數(shù)度量.土地利用綜合程度指數(shù)不僅反映一定時期內(nèi)的土地利用程度，同時研究期內(nèi)該指數(shù)的變化也可以反映整個區(qū)域土地利用程度的變化，計算公式為：

(2)

式中：La為土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為第i類土地利用程度分級指數(shù)；Ci為第i類土地利用程度面積百分比；n為土地利用程度分級數(shù).

2.3 空間格局分析

本文空間格局分析選用景觀指數(shù)表征，主要包括：(1)規(guī)模格局，選用斑塊數(shù)量和平均斑塊面積；(2)形態(tài)格局，選用形狀指數(shù)和分裂度指數(shù)；(3)結(jié)構(gòu)格局，選用蔓延度指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù).引入網(wǎng)格分析法探討景觀指數(shù)的空間內(nèi)部差異，參照研究區(qū)大小范圍，通過對1 km、2 km、3 km、4 km、5 km的網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)試，3 km×3 km網(wǎng)格能較清晰地展示銅山區(qū)景觀指數(shù)密度，且3 km×3 km所劃分的網(wǎng)格數(shù)量適中，能夠滿足Kring插值法對樣本數(shù)的要求，因此本文采用3 km×3 km網(wǎng)格.具體操作過程為：在ArcGIS軟件中生成與研究區(qū)相契合的大小為3 km×3 km的網(wǎng)格共256個，運(yùn)用FRAGSTATS軟件計算每個網(wǎng)格的景觀指數(shù)，并采用Kring插值法對計算結(jié)果進(jìn)行插值，得到2014年銅山區(qū)景觀指數(shù)空間分布圖.

2.4 土地利用分區(qū)

(1)主成分分析法.采用主成分分析法評價銅山區(qū)土地利用綜合狀況，主成分分析法能夠減少指標(biāo)間的相關(guān)性，避免因信息重疊對結(jié)果造成的不利影響，是土地利用綜合分區(qū)研究的理想工具，分析步驟詳見參考文獻(xiàn)[11].

(2)聚類分析法.本文聚類分析過程在SPSS軟件中完成，采用歐式距離法計算銅山區(qū)所轄23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位之間的相似性系數(shù)，并按一定閾值標(biāo)準(zhǔn)，以相似性系數(shù)最大化為原則將土地利用最為相似的兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位歸為一類型區(qū).

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 土地利用幅度變化

對銅山區(qū)2009年和2014年兩期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析土地利用變化幅度情況(表1)，結(jié)果顯示，近5年來，銅山區(qū)各土地利用類型均有不同程度變化，其中耕地以每年151.02 hm2銳減，共凈減755.09 hm2，在各土地利用類型中變化幅度最大，其次為城鎮(zhèn)建設(shè)用地，面積凈增724.35 hm2，以每年144.87 hm2增加.可以看出，銅山區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)以農(nóng)用地為主，2009至2014年其內(nèi)部組成發(fā)生一定變化，而農(nóng)用地的減少和建設(shè)用地的增加是變化的主要特征.

表1 2009-2014年銅山區(qū)土地利用變化

3.1.2 土地利用動態(tài)變化

如表1所示，2009-2014年銅山區(qū)各種土地利用類型中，交通運(yùn)輸用地動態(tài)度最大，為3.63%，其次是城鎮(zhèn)建設(shè)用地，為1.38%，其他用地類型動態(tài)度均未超過1%.銅山區(qū)呈包圍狀分布在徐州中心城區(qū)周邊，是建成區(qū)對外擴(kuò)張和交通對外延伸的天然主要陣地，特別是2010年銅山區(qū)撤縣設(shè)區(qū)后，更是加快了銅山區(qū)城市建設(shè)的步伐，這些因素均為銅山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地和交通運(yùn)輸用地動態(tài)度遠(yuǎn)大于其他土地利用類型的主要原因.耕地動態(tài)度最低主要是因為其面積占全區(qū)總面積54%以上，基數(shù)比較大，導(dǎo)致耕地雖然面積變化幅度最大，但動態(tài)度仍相對較低，僅為0.14%.

3.1.3 土地利用程度變化

根據(jù)計算結(jié)果，如表2所示，銅山區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)分別為300.66(2009年)和301.73(2014年)；變化量為正數(shù)，表明近年來銅山區(qū)土地利用程度整體上呈上升趨勢，這與建設(shè)用地比重的上升有關(guān)，居民點(diǎn)和交通用地的不斷擴(kuò)張，使得銅山區(qū)土地利用類型加速向分級指數(shù)最高的城鎮(zhèn)聚落用地級轉(zhuǎn)變，綜合指數(shù)隨之提高.而變化率僅為0.36%，表明從整體上看銅山區(qū)土地資源的開發(fā)力度不高，建設(shè)用地總量占比仍處于較低水平，以農(nóng)用地為主的用地結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生根本改變.

表2 2009-2014年銅山區(qū)土地利用程度變化

3.2 空間格局分析

3.2.1 規(guī)模格局

斑塊數(shù)量(NP)和平均斑塊面積(MPS)用來衡量不同區(qū)域間各類型斑塊的規(guī)模差異性.如圖1所示，斑塊數(shù)量在漢王鎮(zhèn)、茅村鎮(zhèn)和大許鎮(zhèn)西部一帶形成3個高值區(qū)，而低值區(qū)分布較為分散，大致分布在北部的大彭鎮(zhèn)、利國鎮(zhèn)和南部棠張鎮(zhèn)等地區(qū).平均斑塊面積對比斑塊數(shù)量可看出具有較高負(fù)相關(guān)性，在斑塊數(shù)量較多的漢王鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)形成較為明顯的低值區(qū)，表明該地區(qū)存在數(shù)量較多的小面積斑塊，使得斑塊整體上異質(zhì)性程度較高.而高值區(qū)主要位于北部靠近微山湖的鄉(xiāng)鎮(zhèn)部分地區(qū)以及銅山街道的北部區(qū)，這些地區(qū)存在數(shù)量較多的大面積斑塊，斑塊異質(zhì)性相對較低.

圖1 規(guī)模格局空間分布(斑塊數(shù)量、平均斑塊面積) Fig.1 Spatial distribution of scale patterns(NP、MPS)

3.2.2 形態(tài)格局

形狀指數(shù)(LSI)反映了斑塊形態(tài)的不規(guī)則和復(fù)雜程度，其測度值受自然環(huán)境和人為因素的雙重影響.如圖2所示，指數(shù)在茅村鎮(zhèn)和漢王鎮(zhèn)的周邊一帶有2個高值區(qū)，表明該地區(qū)各用地類型斑塊形態(tài)不規(guī)則，較為復(fù)雜.指數(shù)的低值區(qū)則主要位于北部的何橋鎮(zhèn)和馬坡鎮(zhèn)，表明該地區(qū)斑塊形態(tài)的復(fù)雜程度低，即存在數(shù)量較多且形狀較為規(guī)整的斑塊.

分裂度指數(shù)(SPLIT)反映了斑塊形態(tài)的破碎化程度，空間分布上看，指數(shù)在北部何橋鎮(zhèn)、馬坡鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)及南部伊莊鎮(zhèn)形成低值區(qū)，表明該地區(qū)斑塊的破碎程度低；同時在棠張鎮(zhèn)及附近的銅山街道、新區(qū)街道、三堡街道地區(qū)形成高值區(qū)，棠張鎮(zhèn)園地占銅山區(qū)園地面積總比重的24.42%，且3個街道的建設(shè)用地比重高，園地和建設(shè)用地的大面積存在使得優(yōu)勢地類即耕地的完整性較差，斑塊的破碎程度高.

圖2 形態(tài)格局空間分布(形狀指數(shù)、分裂度指數(shù)) Fig.2 Spatial distribution of morphological patterns(LSI、SPLIT)

3.2.3 結(jié)構(gòu)格局

蔓延度指數(shù)(CONTAG)反映了不同斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢，如圖3所示，指數(shù)在何橋鎮(zhèn)、黃集鎮(zhèn)和馬坡鎮(zhèn)等西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶形成高值區(qū)，該地區(qū)用地類型以耕地為主，優(yōu)勢斑塊類型對整體的控制作用強(qiáng)，斑塊間具有良好的連接性；并且在中部的漢王鎮(zhèn)及其周邊形成低值區(qū)，表明該地區(qū)優(yōu)勢斑塊類型控制力較低，各用地類型斑塊表現(xiàn)出交錯鑲嵌分布的密集格局.

圖3 結(jié)構(gòu)格局空間分布(蔓延度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)) Fig.3 Spatial distribution of structural patterns(CONTAG、SHDI)

香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)反映了各用地類型分布的多樣性程度，從空間分布上看呈現(xiàn)出較為明顯的階梯分布特征，即高值區(qū)集中分布在銅山街道、漢王鎮(zhèn)、茅村鎮(zhèn)等市區(qū)周邊地區(qū)，以此為中心向四周方向擴(kuò)散并逐漸遞減，在距市區(qū)相對較遠(yuǎn)的何橋鎮(zhèn)、黃集鎮(zhèn)一帶形成低值集聚區(qū).主要是因為市區(qū)周邊地區(qū)受人類活動影響較大，土地利用類型多樣化程度高，而低值區(qū)所在地多為以耕種為主的農(nóng)業(yè)區(qū)，用地類型較為單一，耕地占比遠(yuǎn)高于其他用地類型.

3.3 土地利用分區(qū)

銅山區(qū)“三片平原三片山，中間橫穿廢黃河高灘”的地貌特征，加之環(huán)抱徐州市的獨(dú)特行政區(qū)劃格局，導(dǎo)致了土地利用形態(tài)的巨大差異.本文以銅山區(qū)23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單元，在前文分析基礎(chǔ)上，從土地利用、空間格局和社會經(jīng)濟(jì)三方面入手，選取14個評價因子構(gòu)建土地利用分區(qū)綜合指標(biāo)體系，詳見表3.通過因子分析法簡化指標(biāo)，其KMO檢驗值為0.613，Bartlett球形度檢驗的相伴概率為0.000，小于顯著水平0.05，適合進(jìn)行因子分析.采用方差極大法旋轉(zhuǎn)載荷矩陣，按照特征值>1和貢獻(xiàn)率>80%的原則，提取出前4個主因子(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)，其特征值、貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率及各因子載荷系數(shù)見表3.以簡化后的4個因子作為變量，對標(biāo)準(zhǔn)化后的變量進(jìn)行聚類分析，遵循區(qū)域整體性原則對聚類結(jié)果進(jìn)行局部修正后，將研究區(qū)23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃分為5種類型(圖4).

表3 旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷矩陣

3.3.1 南部城市主體功能區(qū)

城市主體功能區(qū)毗鄰徐州市建成區(qū)，土地開發(fā)程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，人口密度和建設(shè)用地比重均高于其他地區(qū)，是銅山區(qū)城市建設(shè)的核心區(qū)和人口聚集地.應(yīng)充分發(fā)揮自身區(qū)域優(yōu)勢和土地經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，積極發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展對整個地區(qū)的帶動作用.同時嚴(yán)格按照城鎮(zhèn)總體規(guī)劃的要求，在統(tǒng)籌利用存量土地資源的基礎(chǔ)上，充分挖掘目前建設(shè)用地內(nèi)部的利用潛力，建立集約高效的土地利用模式；注重對城市內(nèi)部綠色空間的營造，建設(shè)一批可供人們?nèi)粘Ｐ蓓木G色場所，改善人居生活環(huán)境.

3.3.2 北部城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展區(qū)

城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展區(qū)位于銅山區(qū)北部，是銅山區(qū)北部重點(diǎn)建設(shè)區(qū)，工業(yè)布局及城鎮(zhèn)建設(shè)較為集中，擁有良好的工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，未來可作為徐州市工業(yè)企業(yè)外遷和外來企業(yè)進(jìn)駐的承載地，分散主城區(qū)的人口壓力和交通壓力.應(yīng)進(jìn)一步完善交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好的外部環(huán)境，并注重對自身產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級；同時也要注意到該區(qū)緊鄰微山湖，也要重視對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，鼓勵建設(shè)一批環(huán)境友好型工業(yè)園區(qū)，并積極開展污染減排治理工作，避免在未來發(fā)展過程中因過度開發(fā)而破壞生態(tài)環(huán)境.

3.3.3 西部都市休閑區(qū)

都市休閑娛樂區(qū)即漢王鎮(zhèn)，漢王鎮(zhèn)東鄰銅山區(qū)建成區(qū)，北接徐州云龍湖風(fēng)景區(qū)，地理位置優(yōu)越，境內(nèi)山脈連綿，河流縱橫，境內(nèi)有拔劍泉、鳳嶺山等諸多自然和人文景觀，以及月亮灣等一批生態(tài)產(chǎn)業(yè)資源，素有山水一色、民豐物阜之稱，被喻為徐州后花園.應(yīng)充分依托自身自然和文化旅游資源，積極扶植農(nóng)民建設(shè)家庭農(nóng)場、農(nóng)家樂項目，通過拓展生態(tài)采摘、觀光游玩等生態(tài)旅游項目提升農(nóng)業(yè)副加值，努力發(fā)展成為徐州及周邊地區(qū)市民“近郊游”、“假日游”的首選之地.

3.3.4 東部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)

生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)位于銅山區(qū)東部，土地開發(fā)程度低，林地比重遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，為銅山區(qū)主要的林業(yè)生產(chǎn)基地.該區(qū)擁有趙疃林場、呂梁山風(fēng)景區(qū)等一批生態(tài)資源，植被保存較好，承擔(dān)著生態(tài)涵養(yǎng)與維護(hù)的任務(wù)，生態(tài)敏感性較高，應(yīng)采取劃定生態(tài)紅線等手段維護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能.同時依托呂梁山風(fēng)景區(qū)發(fā)展生態(tài)旅游，逐步打造以生態(tài)觀光、休閑娛樂等為主要功能的城市外圍綠色空間，吸引市區(qū)人口在周末、假期期間前來觀光旅游，在滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)的同時適當(dāng)開發(fā)旅游潛力，帶動地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展.

圖4 銅山區(qū)土地利用綜合分區(qū) Fig.4 Comprehensive regionalization of land-use of Tongshan District

3.3.5 外圍農(nóng)業(yè)保障區(qū)

農(nóng)業(yè)保障區(qū)涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)多遠(yuǎn)離城市建成區(qū)，用地類型相對單一，耕地比重高達(dá)64.27%，同時土地利用的破碎度低，斑塊較為規(guī)整，是以糧食生產(chǎn)為主的農(nóng)業(yè)區(qū)，承載著全區(qū)糧食生產(chǎn)安全保障的任務(wù)，不適宜進(jìn)行大規(guī)模、高強(qiáng)度的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化開發(fā).未來應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投入力度，結(jié)合中低產(chǎn)田改造和基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)建設(shè)，逐步形成大面積的優(yōu)質(zhì)糧食產(chǎn)區(qū)；嚴(yán)格控制耕地資源流失，通過土地整理、復(fù)墾開發(fā)等措施補(bǔ)充耕地資源，保障耕地總量的動態(tài)平衡.

4 結(jié) 論

(1)2009-2014年，銅山區(qū)土地利用變化主要表現(xiàn)為農(nóng)用地的減少和建設(shè)用地的增加，各土地利用類型動態(tài)度由大到小依次為交通運(yùn)輸用地>城鎮(zhèn)建設(shè)用地>水域>園地>農(nóng)村居民點(diǎn)用地>其他農(nóng)用地>林地>自然保留地>耕地.銅山區(qū)土地利用程度整體上略有上升，土地利用程度高值區(qū)和低值區(qū)在空間上呈現(xiàn)出交叉分布的格局特征.

(2)各景觀指數(shù)在空間格局上都表現(xiàn)出明顯的地域差異性，東南部和西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用普遍表現(xiàn)出較低的多樣性，用地類型相對單一，同時破碎化程度低，斑塊較為規(guī)整，而西部和東北部等臨近徐州中心城區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)受自然環(huán)境或人類活動影響，用地多樣性水平高，且斑塊形狀較為復(fù)雜，破碎化程度高.

(3)從土地利用、空間格局、社會經(jīng)濟(jì)三維度構(gòu)建土地利用分區(qū)綜合指標(biāo)體系，采用主成分分析法簡化指標(biāo)后，通過系統(tǒng)聚類將銅山區(qū)劃分為5種類型：南部城市主體功能區(qū)、北部城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展區(qū)、西部都市休閑區(qū)、東部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)和外圍農(nóng)業(yè)保障區(qū)，并分析各分區(qū)土地利用特征和未來發(fā)展方向.

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