廖 苗，陳松林，2*，韋素瓊，2，廖善剛，2

(1.福建師范大學 地理科學學院，福建 福州350007；2.福建省 亞熱帶資源與環(huán)境重點實驗室，福建 福州350007)

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基于RS和GIS的城市邊緣區(qū)土地利用變化及驅動機制研究
——以廈門市同安區(qū)為例

廖 苗1，陳松林1，2*，韋素瓊1，2，廖善剛1，2

(1.福建師范大學 地理科學學院，福建 福州350007；2.福建省 亞熱帶資源與環(huán)境重點實驗室，福建 福州350007)

在RS和GIS軟件的支持下，通過人機交互目視解譯獲得廈門城市邊緣區(qū)——同安區(qū)2000年和2010年土地利用數(shù)據(jù)，從結構變化、數(shù)量變化和類型轉移3個方面分析了同安區(qū)2000-2010年的土地利用變化。結果表明：研究區(qū)土地利用結構以林地和園地為主要土地利用類型，研究期內(nèi)土地利用數(shù)量變化呈現(xiàn)“三增四減”，園地、工礦用地和居住交通用地面積呈現(xiàn)增加的趨勢，其余土地利用類型面積均呈現(xiàn)減少的趨勢，土地利用類型主要轉向園地、工礦用地和居住交通用地。經(jīng)濟的增長、產(chǎn)業(yè)結構的調整優(yōu)化、人口增長和城鎮(zhèn)化進程的推進是土地利用變化的主要驅動力。

城市邊緣區(qū)；土地利用變化；驅動機制；遙感；地理信息系統(tǒng)；廈門市

在全球變化研究中，土地利用/覆被變化得到越來越多的關注，被認為是全球環(huán)境變化中的重要組成部分和主要原因[1]。1995年國際地圈-生物圈計劃(IGBP)和全球環(huán)境變化人文計劃(HDP)聯(lián)合提出“土地利用和土地覆被變化”(LUCC)研究計劃，使LUCC研究成為目前全球環(huán)境變化研究的前沿和熱點領域[2]。在過去的20年中，LUCC研究在全球得到廣泛的開展與實施，其研究內(nèi)容從全球氣候變化效應研究擴展到不同空間尺度土地利用/覆被變化的過程研究[3]、驅動機制研究[4]等諸多方面。隨著國際上有關LUCC研究的大量開展，中國對土地利用/覆被變化的研究也逐漸開展起來。近年來，中國學者借助遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺對土地利用/覆被變化的轉換規(guī)律[5]、驅動機制[6～8]及模型[9～10]、空間變化過程[11，12]、景觀格局[13]和生態(tài)環(huán)境效應[14]等方面開展了大量的研究和探討。

城市邊緣區(qū)同時受到城市和鄉(xiāng)村的作用，是城市向鄉(xiāng)村過渡的特殊地帶[15～16]，具有不同于城市和鄉(xiāng)村的特性：在生產(chǎn)力布局、經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結構以及人們生活方式和社會生產(chǎn)活動等方面都與城市和鄉(xiāng)村存在著明顯的差別[15]。在城市的擴展過程中，城市邊緣區(qū)作為城鄉(xiāng)過渡地帶成為中心城市的空間擴張的首選[17]，因此其土地利用兼具城市用地和鄉(xiāng)村用地的特點[16]。本研究在RS和GIS軟件的支持下，利用2000年和2010年遙感影像數(shù)據(jù)獲取同安區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，采用定量分析和定性分析結合的方法，研究廈門市同安區(qū)土地利用變化及其驅動機制，為土地管理和決策提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

同安區(qū)位于福建省東南部，位于廈門市建成區(qū)的北部邊緣地帶，屬于典型的城市邊緣區(qū)，其經(jīng)緯度位置在北緯24°32′35″～24°54′46″，東經(jīng)117°54′46″～118°24′32″。同安區(qū)位居廈(門)、漳(州)、泉(州)“金三角”中心地帶，北與安溪縣、南安市交界，西接長泰縣，東連翔安區(qū)，南面隔同安灣與湖里區(qū)相望，西南與集美區(qū)毗鄰，東南隔海與金門島相望，境內(nèi)陸域面積649.73 km2，地形復雜多樣，全境地勢西北高(以丘陵、低山為主)，東南低(大部分為波狀起伏的臺地和沖積平原)，屬于南亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫暖，降水豐富，熱量充足。同安區(qū)位于閩南金三角地區(qū)，交通便利，區(qū)位優(yōu)勢明顯，是廈門市建設海灣型城市的重要組成部分，更是廈門發(fā)展的腹地。2010年，全區(qū)總人口約為32.27萬人，其中非農(nóng)業(yè)人口約占44.84%。至2010年全區(qū)實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值約153.65億元，工業(yè)總產(chǎn)值345.32億元，居民人均可支配收入27 300元，其中農(nóng)村居民人均可支配收入14 200元[18]。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

本研究采用的遙感數(shù)據(jù)為2000年和2010年landsat5 TM兩期影像數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)有土地利用現(xiàn)狀圖以及相關年份的《廈門市統(tǒng)計年鑒》。根據(jù)同安區(qū)土地利用特征和數(shù)據(jù)計算的需要，參照《土地利用現(xiàn)狀調查技術規(guī)程》中的土地利用分類標準，將同安區(qū)土地利用劃分6個類型：林地、園地、水域、耕地、居住交通用地、工礦用地和未利用土地。

數(shù)據(jù)的處理過程如下：首先利用RS軟件Erdas9.2對兩期遙感影像進行預處理，然后在 ArcGIS10.1軟件平臺上采用人機交互目視解譯的方法根據(jù)對遙感影像進行解譯分類，得到2000年和2010年土地利用數(shù)據(jù)(圖1)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用轉移矩陣(Aij)

在GIS的支持下，通過對不同時期的土地利用現(xiàn)狀類型圖進行空間疊加運算，求出各時期的土地利用類型的轉移矩陣，進而分析引起土地利用變化的過程[1]。土地利用轉移矩陣可以直觀的展現(xiàn)各土地利用類型之間相互轉換的數(shù)量關系，其數(shù)學表達式為：

(1)

式中：Aij為研究期內(nèi)i種土地利用類型向j種土地利用類型轉化的面積；i為k時期土地利用類型；j為k+1時期土地利用類型；n為土地利用類型的數(shù)量。

2.2.2 土地利用轉移率(Bij)

土地利用轉移率用以表現(xiàn)土地利用類型之間的相互轉化情況，是指k時期i種土地利用類型轉變?yōu)閗+1時期j種土地利用類型的面積占k時期i種土地利用類型的比例，其計算公式為[5，6]：

(2)

2.2.3 土地利用貢獻率(Cij)

土地利用貢獻率是指土地利用變化對土地利用現(xiàn)狀的作用，具體變現(xiàn)為k時期i種土地利用類型轉變?yōu)閗+1時期j種土地利用類型占k+1時期i種土地利用類型的比例，其計算公式為[5，6]：

(3)

3 同安區(qū)土地利用動態(tài)變化

3.1 土地利用結構變化

隨著城市的不斷向外擴展，城市邊緣區(qū)的土地利用性質因此發(fā)生著迅速而劇烈的變化，其土地利用結構也在不斷發(fā)生變化。根據(jù)研究區(qū)遙感解譯的結果，對遙感影像數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算，得到各年份土地利用類型比例結構(圖2)。

從圖2可以看出，同安區(qū)土地利用結構以林地-園地為主要土地利用類型，二者面積超過研究區(qū)總面積的80%，其他土地利用類型的比例均較小。2000年土地利用結構以林地為主要利用類型，其面積占總面積的54.37%，超過研究區(qū)總面積的一半，其次為園地，所占比例為30.22%，其余土地利用類型比重均未超過10%。2010年土地利用結構轉變?yōu)橐粤值睾蛨@地為主要利用類型，二者所占面積差距縮小，分別為44%和37.77%，居住交通用地和工礦用地比例增加，二者之和為13.27%，其余土地利用類型比重均較小。

圖2 同安區(qū)不同時期土地利用結構圖

2000～2010年研究區(qū)土地利用結構變化主要表現(xiàn)在兩個方面：一是林地、水域、耕地和未利用土地呈現(xiàn)減少的趨勢，尤其是林地，比重下降了10.37%，其他3種地類比重下降幅度較小，分別為0.9%、2.09%、0.1%；二是園地、工礦用地和居住交通用地比重呈現(xiàn)增加的趨勢，分別增加了7.55%、3.48%和2.44%。由此可以看出，同安區(qū)2000～2010年，園地、工礦用地和居住交通用地擴張，林地、耕地被大量占用是土地利用結構變化的主要特點，是研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程中土地利用的一個重要特征。

3.2 土地利用數(shù)量變化

土地利用數(shù)量變化可以從變化幅度和變化數(shù)量兩個方面進行分析，根據(jù)2000年和2010年土地利用數(shù)據(jù)計算得到各年份各土地利用類型面積及其變化數(shù)據(jù)(表1)。

2000～2010年各類土地利用類型數(shù)量出現(xiàn)此消彼長的變化(表1)，呈現(xiàn)“三增四減”的變化特征：園地、工礦用地和居住交通用地面積呈現(xiàn)增加的趨勢，其余4類土地利用類型面積均呈現(xiàn)減少的趨勢。

表1 同安區(qū)土地利用類型面積及其變化

(1)工礦用地是面積增幅最大的地類，其次是居住交通用地，園地是面積增加最多的地類。隨著同安區(qū)工業(yè)的不斷發(fā)展，工礦用地面積呈現(xiàn)快速增長的趨勢，2000～2010年面積增加22.57 km2，增幅達112.04%，2010年面積是2000年的一倍多。同安區(qū)城市的不斷擴張使區(qū)內(nèi)的居住交通用地面積不斷擴大，2000～2010年居住交通用地面積增加15.81 km2，增幅達57.28%。2000～2010年，園地共增加48.97 km2，由于其基數(shù)大，增加幅度較工礦用地和居住交通用地小，為24.94%。

(2)林地是面積減少最多的地類，其次是耕地，水域是面積減幅最大的地類。2000～2010年林地共減少了67.26 km2，但由于其基數(shù)大使得減少的幅度最小，為19.06%；2000～2010年，耕地面積共減少13.6 km2，減少幅度為37.82%；水域面積2000～2010年共減少5.79 km2，但由于其基數(shù)小，使得減少幅度最大，為41.38%；未利用土地面積減少0.7 km2，減小幅度為30.4%。

3.3 土地利用類型轉移

根據(jù)遙感解譯的土地利用類型分類數(shù)據(jù)，在ArcGIS10.1平臺上，對研究區(qū)兩期矢量數(shù)據(jù)進行空間疊加分析，根據(jù)公式(2)、(3)計算得到2000～2010年土地利用類型相互轉化的數(shù)量關系轉移矩陣(表2)。

表2 同安區(qū) 2000～2010 年土地利用類型轉移矩陣

注：空白表示轉換數(shù)量為零.

通過對表2數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)2000～2010年同安區(qū)約有 15.28%的土地利用類型發(fā)生了變化，其主要變化類型及轉化面積和比重見表3。

據(jù)表2、3可知，2000～2010年土地利用的主要變化為林地轉化為園地，轉化面積為53.08 km2，占總轉化面積的53.52%，遠遠超過其他地類的轉化，這說明園地面積增加是研究區(qū)最主要的土地利用變化現(xiàn)象。

表3 土地利用變化的主要類型面積及比重

在地類流向方面，2000～2010年同安區(qū)最主要的流向地類為園地、工礦用地和居住交通用地。園地增加的面積為53.42km2，占總轉化面積的53.86%，其他地類轉化為園地面積的按大小排序，分別為林地和居住交通用地，占流向園地總面積的比重分別為53.52%和0.34%。工礦用地增加的面積為22.39 km2，占總轉化面積的22.58%，按其他地類轉化為工礦用地的面積大小排序，分別為耕地、林地、園地、水域、未利用土地，占轉化總面積的比重分別為8.15%、7.71%、5.34%、3.21%、0.85%。居住交通用地增加面積為12 km2，占總轉化面積的12.1%。

從地類流出來看，2000～2010年林地轉化為其他地類的面積為67.77 km2，占總轉化面積的68.33%，耕地轉化為其他用地類型的面積為15.86 km2，占總轉化面積的15.99%，園地轉化為其他地類的面積為7.65 km2，占總轉化面積的7.71%；水域轉出面積為6.34 km2，占總轉化面積的6.39%；未利用土地轉化面積為0.87 km2，占總轉出面積的0.88%。將研究區(qū)土地利用分為農(nóng)業(yè)用地(包括林地、園地、耕地)、建設用地(包括居住交通用地和工礦用地)和未利用地(包括水域和未利用土地)三大類來看，地類流出主要是農(nóng)業(yè)用地的流出，面積為91.28 km2，占總轉出面積的92.03%。

4 同安區(qū)土地利用變化驅動機制

土地利用變化驅動機制是土地利用變化研究的重要部分，社會經(jīng)濟因素是最核心最直接的驅動因素，城市邊緣區(qū)土地利用變化與其經(jīng)濟發(fā)展、人口增長以及相關政策有著密切的關系[19]。本研究從經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)結構因子和人口與城鎮(zhèn)化因子兩個方面對同安區(qū)土地利用變化驅動機制進行探討。

4.1 經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)結構

2003年，原“同安區(qū)”拆分為“同安區(qū)”、“翔安區(qū)”兩區(qū)，當年新的同安區(qū)完成生產(chǎn)總值52.41億元，拆分后同安區(qū)經(jīng)濟隨即進入新一輪增長加速期[18](圖3)。2003～2010年同安區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值持續(xù)增長，2010年完成生產(chǎn)總值153.65億元，比2003年增長1.93倍，年均增長15.16%，2004～2010年分別增長15.1%、20.4%、12.3%、24.8%、11.5%、8.1%、13.9%，是改革開放以來同安的第二個高速發(fā)展期。

從三大產(chǎn)業(yè)來分別看，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值出現(xiàn)緩慢的波動增長，其占GDP的比重持續(xù)下降，從2003年的12.29%下降到2010年的5.79%。第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值持續(xù)增長，其所占GDP比重基本保持在50%以上，2010年比重為55.72%，為同安區(qū)主導產(chǎn)業(yè)。第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值所占GDP比重呈現(xiàn)波動增長，2010年為38.49%。產(chǎn)業(yè)結構的調整和逐步優(yōu)化：第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及比重的下降、第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和比重的增長，在改變居民就業(yè)崗位的同時也驅使了土地利用方式的改變：大量的的農(nóng)業(yè)用地轉換成工業(yè)及商服用地，突出表現(xiàn)為林地和耕地向工礦用地和居住交通用地的轉變，工礦用地和商服用地等建設用地的增加是城市經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張必然導致的結果。

從同安區(qū)的主導產(chǎn)業(yè)來看，2003年同安區(qū)實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值92.94億元，全區(qū)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)121家，累計產(chǎn)值74.64億元，其中產(chǎn)值上億元的骨干企業(yè)共20家，至2010年工業(yè)總產(chǎn)值達345.07億元，比2003年增長2.71倍，年均增長20.61%；規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)不斷增加至2010年達到465家，年產(chǎn)值突破億元企業(yè)達69家，工業(yè)項目促投產(chǎn)投建的力度仍然在不斷加大。這與廈門市的規(guī)劃政策和同安區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略存在密切關系：2002年廈門市“建設海灣型城市”規(guī)劃明確同安區(qū)為“廈門市城市次中心”，2005年7月，同安區(qū)政府確立“工業(yè)立區(qū)”發(fā)展戰(zhàn)略，同安城南工業(yè)區(qū)擴展為同安工業(yè)集中區(qū)，同安區(qū)進入 “工業(yè)化與城鎮(zhèn)化同步推進”的發(fā)展時期。工業(yè)的迅速發(fā)展和政策的導向驅使同安區(qū)工礦用地迅速增加，使其成為增長幅度最大的土地利用類型，而工礦用地不斷占用周圍的耕地、園地和林地等進行工廠建設，導致耕地、園地和林地等土地利用類型數(shù)量減少。

圖3 2003～2010年同安區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值與工業(yè)產(chǎn)值

4.2 人口與城鎮(zhèn)化

人口作為土地利用變化的主要社會經(jīng)濟驅動力，直接影響土地利用變化的時空分異[10]。同安區(qū)總人口呈現(xiàn)增長的趨勢，從2003年的29.4萬人增加到2010年的32.27萬人(圖4)。同安區(qū)人口的增加一方面會使人口密度增大，單位土地面積上的人口數(shù)增多，對自然資源的消耗增大，表現(xiàn)在園地數(shù)量的增加，人口的增長和城市化的發(fā)展以及居民消費結構中對菜、果、魚、肉的需求增多，加上高效益產(chǎn)業(yè)擴張導致低效益產(chǎn)業(yè)收縮的市場規(guī)律影響，使得農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部結構出現(xiàn)由單位產(chǎn)值低的農(nóng)業(yè)用地向單位產(chǎn)值高的農(nóng)業(yè)用地轉變，導致林地和耕地向園地轉化；另一方面同安區(qū)人口的增加對居住地等建設用地的需求增多，導致建設用地向其他土地利用類型擴張，占用耕地、林地、園地等土地面積，從而導致其他土地利用類型破碎化。

圖4 2003～2010年同安區(qū)人口變化

城鎮(zhèn)化是指農(nóng)村人口不斷向城鎮(zhèn)聚集的過程，其本質特征是農(nóng)村人口的空間轉換，農(nóng)業(yè)勞動力向非農(nóng)業(yè)勞動力的轉移[20]。同安區(qū)非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量逐漸增加，比重持續(xù)上升，從2003年的38.87%增加到2010年的44.84%，農(nóng)業(yè)人口數(shù)量呈現(xiàn)波動緩慢上升，比重持續(xù)下降，從2000年的61.13%下降到2010年的55.16%。同安區(qū)農(nóng)業(yè)人口向非農(nóng)業(yè)人口的轉移使得城鎮(zhèn)人口數(shù)量快速增長，刺激了城市化的擴張和發(fā)展，城鎮(zhèn)建設用地、倉儲用地等迅速增加。2006年同安區(qū)全面鋪開濱海新城區(qū)的發(fā)展框架，新城建設和舊城改造同時開展，小城鎮(zhèn)建設改革發(fā)展同步進行，城鎮(zhèn)面積不斷擴大，而城市建設的需要使原本從事農(nóng)業(yè)的人口棄農(nóng)進城工作，農(nóng)業(yè)勞動力下降，進一步導致土地利用的變化。

5 結論

本研究在RS和GIS軟件的支持下，以廈門市同安區(qū)為例，研究城市邊緣區(qū)土地利用變化及其驅動機制：通過解譯獲得同安區(qū)2000年和2010年土地利用數(shù)據(jù)，從結構變化、數(shù)量變化和類型轉移3個方面分析了廈門市同安區(qū)2000～2010年土地利用變化，從經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)結構因子和人口與城鎮(zhèn)化因子兩個方面對同安區(qū)土地利用變化驅動機制進行了分析，結果表明：

(1)同安區(qū)土地利用結構以林地和園地為主要土地利用類型。2000年土地利用類型以林地為主，其次為園地；2000～2010年，林地面積減少，園地面積增加，至2010年，林地與園地面積差距逐漸縮小。

(2)同安區(qū)土地利用數(shù)量變化呈現(xiàn)“三增四減”，園地、工礦用地和居住交通用地面積呈現(xiàn)增加的趨勢，其余四類土地利用類型面積均呈現(xiàn)減少的趨勢。園地是面積增加最多的地類，共增加48.97 km2，林地是面積減少最多的地類，共減少了67.26 km2。

(3)同安區(qū)土地利用的轉化中地類主要轉向園地、工礦用地和居住交通用地，在各土地利用轉化類型中以林地轉化為園地面積最大，轉化面積為53.08 km2；地類流出主要是農(nóng)業(yè)用地的流出，轉出面積為91.28 km2，占總轉出面積的92.03%。

(4)同安區(qū)經(jīng)濟的增長和產(chǎn)業(yè)結構的調整優(yōu)化、人口的增長和城鎮(zhèn)化進程的推進，使得工礦用地和居住交通用地不斷向其他土地利用類型擴張，建設用地面積不斷擴大。

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LAND USE CHANGE AND DRIVING FORCES ON URBAN FRINGE AREA BASED ON TECHNOLOGIES OF RS AND GIS——A CASE STUDY OF TONG’AN DISTRICT，XIAMEN CITY

LIAO Miao1，CHEN Song-lin1，2，WEI Su-qiong1，2，LIAO Shan-gang1，2

(1.SchoolofGeographicalScience，F(xiàn)ujianNormalUniversity，F(xiàn)uzhou350007，F(xiàn)ujian，China；2.FujianProvincialKeyLaboratoryofSubtropicalResourcesandEnvironment，F(xiàn)ujianNormalUniversity，F(xiàn)uzhou350007，F(xiàn)ujian，China)

Based on technologies of Remote Sensing and Geographical Information System，land use data of 2000 and 2010 was classified by the man-machine interactive in Tong’an District which is the urban edge of Xiamen city.Land use change was analyzed from the perspective of structure，quantity and type conversion.The result showed that：forest land and garden plot was the main type of land use structure，the quantity of land use changes presented three kind of land use increased and four decreased，the industrial land，residential land and garden plot land use showed a increasing trend，the rest of the land use type showed a decreasing trend，the major conversion land types were garden plot，industrial land and residential land use.Economic growth，adjust and optimize of industrial structure，population growth and urbanization were the main driving force of land use change in Tong’an District.

urban edge；land use change；driving force；RS；GIS；Xiameng City

2015-09-01；

2015-10-27．

福建省科技重大專項(2012NZ0002-1-5)；國家自然科學基金(41371145).

廖苗(1989-)，女，湖南省益陽市安化縣人，碩士研究生，主要研究方向為土壤與土地資源.

TP79，U412.1+4

A

1001-7852(2015)06-0025-08

*通信作者.