徐州市主城區土地利用時空變化特征及驅動力分析

劉佳虹 岳偉 岳喜元

摘 要：定量化研究土地利用時空變化特征與驅動機制對區域土地資源管理和社會經濟可持續發展具有重要意義?；?995年、2000 年、2005 年、2010 年、2015 年與2020 年徐州市主城區六期土地利用遙感數據，采用土地利用變化強度指數、轉移矩陣與相關分析等方法，對1995—2020 年徐州市主城區土地利用變化及其驅動力進行了分析。結果表明：近25 年來，研究區土地利用結構發生了明顯變化，最主要的特征表現為建設用地呈顯著增加的趨勢，水體面積略有增加，耕地面積呈顯著減少的趨勢，其中建設用地面積增加了273.73 km2，耕地面積減少了324.80 km2。建設用地擴展呈現階段性，總體表現為低速擴展的特征。研究區內，土地利用類型之間轉化明顯，在轉化過程中以耕地轉化為建設用地、水體、草地、林地為總體特征；在空間分布上，建設用地面積增加主要集中于賈汪區、銅山區、鼓樓區與云龍區。除了林地與草地外，人口增長、城鎮化與經濟發展是驅動研究區耕地、建設用地與水體變化的主要因素。

關鍵詞：土地利用；驅動因素；時空變化；徐州市

中圖分類號：F301.24; P901 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2023）03-0106-06

土地作為人類生存與發展的基礎，同時也是人類活動的重要載體[1-2]。土地利用與覆被變化研究是全球環境變化領域的核心研究內容之一[3]，其變化備受國內外學者關注。開展土地利用變化驅動力研究可有效揭示土地利用時空變化規律[4]，有助于研究人類活動與土地利用變化的關系，并預測其未來變化趨勢[5]，進而為實現土地資源合理管理與可持續利用提供參考。

隨著遙感技術發展，不同時空尺度下土地利用變化動態監測及其驅動力成為國內外研究焦點之一。目前，學者們關于土地利用變化的研究主要集中于陜北、內蒙古、新疆等生態脆弱區[1，5，6]、自然保護區[7-8]、特大城市或城市群[9-12] 與流域等熱點地區[13-14]，而很少關注城市主城區[15]，尤其是關于近些年來資源型城市主城區土地利用變化及其驅動機制方面的研究較少，進而限制了人們對該區域土地利用變化規律的認識。從土地利用變化驅動力研究方法看，主要涉及灰色關聯分析法[4]、主成分分析法[4]與回歸分析法[6，14] 等。研究土地變化與驅動力有助于揭示區域土地利用時空變化特征與規律，對促進區域生態環境改善與可持續發展具有重要意義。

徐州市作為典型資源型城市，也是國家“一帶一路”重要節點城市。近幾十年來，隨著徐州市人口增加，城鎮化與經濟發展等人為因素影響，區域土地利用結構發生了明顯變化[16]。目前，已有研究涉及徐州市土地利用變化[16-18]與景觀格局[19，20]，上述研究區主要是以外圍環城高速為界的局部地區，空間尺度相對較小，研究時段也主要集中于2015 年之前，而缺乏對近年來主城區土地利用變化的認識，而且區域土地利用變化驅動力定量分析尚未開展。本文以徐州市主城區為研究區，定量分析了徐州市主城區土地利用時空演變規律，探討土地利用變化的驅動因素，旨在為區域土地規劃與城市可持續發展提供理論依據。

1 研究數據與方法

1.1 研究區概況

徐州市位于江蘇省西北部（33°43′—34°58′ N，116°22′—118°40′ E），處于蘇、魯、豫、皖四省交界。徐州市主城區下轄五區，分別為泉山區、云龍區、鼓樓區、賈汪區與銅山區（圖1）。研究區氣候屬溫帶季風氣候類型，年平均氣溫為14.9℃，年平均降水量為828.2 mm，主要集中于6 月、7 月、8 月，三個月降水占全年降水量的58.4%。2020 年，徐州市國內生產總值為7 319.77 億元，人口數量為1 038.05 萬人。

1.2 數據來源與處理

研究區1995 年、2000 年、2005 年、2010 年、2015年和2020 年六個年份的土地利用數據來源于地球大數據共享服務平臺（https：//data.casearth.cn/），其空間分辨率為30 m×30 m。該土地利用數據主要基于Landsat 衛星完成解譯，其分類體系共包括29 個地表覆蓋類型。利用ArcGIS 軟件對影像數據進行投影變換為Krasovsky_1940_Albers，并利用研究區行政區邊界范圍進行剪裁。根據土地利用現狀分類標準（GBT21010—2017）和研究區實際情況，將區域土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設用地與水域5 類（圖2）。

區域土地利用變化主要受到人口增長、社會經濟發展、政策等因素影響，因此通常選取指標主要為人口、社會、經濟與產業結構等方面[21-22]。驅動因子的選取主要根據研究區實際情況，兼顧數據的可獲取性[14]。本研究中社會經濟指標包括：農業人口（萬人）、非農人口（萬人）、城鎮化率（%）、國內生產總值（億元）、第一產業產值（億元）、第二產業產值（億元）與第三產業產值（億元）。研究區1995—2020 年社會經濟數據來源于《徐州市統計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化強度指數

為了比較不同時期研究區某一類型土地利用變化情況，本文采用廣泛使用的土地利用變化強度指數來反映區域土地利用變化速度[3，23]。根據已有研究[23] 對土地利用變化強度指數（LUI）進行分級如下：LUI ＞ 1.92（高速擴展）、1.05 ＜ LUI≤1.92（快速擴展）、0.59 ＜ LUI≤1.05（中速擴展）、0.28 ＜ LUI≤0.59（低速擴展）、0 ＜ LUI≤0.28（緩慢擴展）。LUI 計算公式如下：

公式（1）中，LUI 為土地利用變化強度指數，其值為正表示擴展狀態，其值為負表示萎縮狀態；Ua、Ub 分別表示研究初期與末期某一土地利用類型的面積，U 表示研究區總面積，T 表示研究時段。

1.3.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣能夠有效反映兩個時期區域不同土地利用類型之間相互轉化情況[24]，本文利用GIS 空間疊加方法對1995 與2020 年研究區土地利用數據進行疊加處理，制作1995—2020 年徐州市主城區土地利用類型轉移矩陣。

1.3.3 土地利用變化驅動力分析

采用Pearson 相關分析法分析土地利用類型與驅動因子之間的相關關系，相關系數絕對值越大，表示相關性越高[25]；采用逐步回歸分析法確定影響土地利用類型變化的主要因素。上述數據分析采用SPSS 軟件完成。

2 結果與分析

2.1 土地利用動態變化

1995—2020 年間，徐州市主城區土地利用類型以耕地和建設用地為主，其中耕地多年平均面積為2 410.40km2，占研究區總面積的79.46%；其次為建設用地，占研究區總面積的17.21%；草地面積最小，僅占研究區總面積的0.54%（表1）。從整體趨勢看，1995—2020 年研究區建設用地、水域、林地與草地面積均呈現增加的趨勢，分別增加了273.73 km2、13.58 km2、14.86 km2 和22.58km2；在研究時段內，耕地面積變化最大，呈現出減少的趨勢，其面積減少了324.80 km2。

2.2 土地利用強度變化

由表2 可知，1995—2020 年研究區耕地變化強度絕對值最大，其次為建設用地，林地、草地與水域變化強度較小。其中，耕地變化強度指數為負值，其處于萎縮狀態。建設用地變化強度指數總體呈先增加后降低的趨勢，建設用地變化在2015 年以前呈低速擴展狀態，在2015 年以后呈緩慢擴展狀態?？傮w看，1995—2020 年研究區除耕地外，其余土地利用類型變化強度指數為正值，并且建設用地變化強度指數最高，表現為低速擴展。

2.3 土地利用轉移特征分析

1995—2020 年研究區土地利用轉移方向主要表現為耕地向建設用地、水域、草地和林地轉變，并且在轉移過程中最明顯的特征為建設用地面積增加和耕地面積減少（表3）。其中，新增建設用地來源主要為耕地轉入，轉化面積為303.10 km2，占比為84.50%；耕地轉化為水域、草地與林地的面積分別為31.01 km2、19.19 km2、17.82km2。建設用地與耕地相互轉移，建設用地向耕地轉化的面積為30.75 km2。水域主要轉出為耕地，轉出的面積為13.40 km2。

從土地利用類型轉移的空間特征看，1995—2020 年土地利用轉移空間變化明顯的區域主要位于研究區中部與南部（圖3）。其中，耕地轉化為建設用地主要位于賈汪區、銅山區、鼓樓區與云龍區，耕地向水域轉移主要集中在賈汪區，耕地向草地和林地的轉移主要集中在銅山區與賈汪區，水體向耕地轉移主要集中在銅山區。

2.4 驅動因素分析

研究區耕地與農業人口呈極顯著正相關關系（P<0.01），而耕地與非農人口、城鎮化率、GDP、第二產業、第三產業產值呈極顯著負相關（P<0.01），與第一產業產值呈顯著負相關（P<0.05，表4）。建設用地與非農人口、城鎮化率、GDP、第一產業、第二產業、第三產業產值呈極顯著正相關（P<0.01），而與農業人口呈極顯著負相關（P<0.01）。水域與非農人口、城鎮化率、GDP、第三產業產值呈極顯著正相關（P<0.01），與第一產業、第二產業產值呈顯著正相關（P<0.05），而水域與農業人口呈極顯著負相關（P<0.01）。進一步逐步回歸分析表明，影響耕地、建設用地與水域變化的主要因素為非農業人口（表5）。其中，建設用地、水域與非農業人口呈正相關關系，而耕地與非農業人口呈負相關關系。

3 討論

1995—2020 年徐州市主城區建設用地與水域面積持續增加，林地面積基本處于穩定狀態，其中新增建設用地主要來源為農田的轉化。研究區建設用地擴張與李志江等[18]對1990—2015 年徐州市主城區建設用地面積大幅度增加的研究結果基本一致。李志江等[18] 研究得出的水域面積穩定、林地面積減少這個結果與本次研究結果有所差異，其原因可能與選取的研究時段和空間尺度有關。從空間尺度看，李志江等[18] 以徐州市環城高速圍繞的主城區為研究區域，其空間范圍較小，而本次研究以徐州市5 個區為研究區域，空間范圍相對較大。研究區水體面積增加，并主要集中于賈汪區，這與徐州市實施生態環境保護和生態修復工程有關[26-27]。徐州市作為典型的老工業基地和資源型城市，面臨生態環境治理嚴峻壓力，在經濟轉型關口，徐州市挖湖造景，建成潘安湖、龍吟湖、九里湖、解憂湖等人工湖泊，塌陷區變成碧波蕩漾的湖泊和風景怡人的旅游區。其中，2011 年開工修復面積最大、沉降最嚴重的采煤塌陷地被打造為潘安湖濕地公園，該公園先后被評為國家水利風景區、國家濕地公園、國家生態旅游示范區[27]。近些年來，徐州采煤塌陷區生態治理和修復工程不斷推進，在一定程度上增加了區域水體面積。

研究區建設用地變化強度指數在不同研究時段存在差異，其中2010—2015 年建設用地變化最大，反映了區域城鎮發展的階段特征，這與渠愛雪等[16] 對徐州城區建設用地擴展呈現階段性變化特征的研究結論基本一致。董光等[28] 研究表明，城鎮化、市場經濟與政策是影響土地利用變化程度的重要因素。本研究中區域人口數量與國內生產總值（GDP）均呈現持續增長的趨勢，與其他研究時段相比，2010—2015 年研究區人口數量、GDP、第一產業與第三產業產值增長最大，人口增加與經濟發展可能是導致的區域建設用地變化呈現階段性特征的主要因素。

土地利用變化受自然與人文因素的影響，其中人類活動是區域土地利用變化的重要驅動力之一[29]。從徐州市主城區農業人口與非農業人口變化情況看，主城區農業人口由1995 年162.88 萬人減少至2020 年80.50 萬人，而非農人口由1995 年110.29 萬人增至2020 年263.76 萬人。區域非農人口增加與城鎮化發展，增加了對居住空間的需求，導致建設用地不斷向周邊區域擴張，并且以占用耕地為主，這一研究結果與渠愛雪等[16] 的研究結論相似。本研究中除農業人口與建設用地為顯著負相關關系外，其余社會經濟因子與建設用地為顯著正相關關系，說明非農業人口與經濟增長是影響區域建設用地擴張的直接因素[16]，同時也反映社會經濟可以在短期內驅動區域土地利用變化[22]。區域土地利用變化是人口增加與城鎮化發展的外在體現[30]，區域發展需要考慮制定合理的土地利用管理政策。

4 結論

1995—2020 年徐州市主城區土地利用變化總體特征為耕地面積持續減少，水體面積增加，建設用地面積增長明顯，賈汪區、銅山區、鼓樓區與云龍區建設用地擴展較快，并且建設用地擴展存在階段性特征。研究區土地利用類型間轉換存在明顯空間差異，大量耕地被建設用地占用。區域土地利用變化主要受到人口、城鎮化與經濟發展因素影響。

參考文獻（References）

[1] 秦富倉， 周佳寧， 劉佳， 等. 內蒙古多倫縣土地利用動態變化及驅動力[J]. 干旱區資源與環境，2016，30（6）：31-37.

QING F C， ZHOU J N， LIU J， et al. Land use change dynamics anddriving forces in Duolun County，Inner Mongolia[J]. Journal of AridLand Resources and Environment，2016，30（6）： 31-37.

[2] 金聲甜， 肖文海， 楊勝蘇， 等. 長江經濟帶土地利用變化及其生態系統響應[J]. 經濟地理， 2020，40（7）：166-173.

JIN S T， XIAO W H， YANG S S， et al. Land use change andits ecosystem response in the Yangtze River economic belt[J].Economic Geography，2020，40（7）：166-173.

[3] 李曉文， 方精云， 樸世龍. 近10 年來長江下游土地利用變化及其生態環境效應[J]. 地理學報，2003，58（5）：659-667.

LI X W， FANG J Y， PIAO S L. Landuse changes and its implicationto the ecological consequences in lower Yangte region[J]. ActaCeographica Sinica，2003，58（5）：659-667.

[4] 鄧信翠， 陳洋波. 1990-2018 年東江流域土地利用變化及其驅動力[J]. 水土保持通報， 2020，40（6）：236-242，258.

DENG X C， CHEN Y B. Land use change and its drivingmechanism in Dongjiang River Basin from 1990 to 2018[J].Bulletin of Soil and Water Conservation， 2020， 40（6）： 236- 242，258.

[5] 馮雪力， 吳世新， 陳紅. 新疆地區近15 年來土地利用時空變化及驅動力分析[J]. 干旱地區農業研究，2010，28（3）：224-230.

FENG X L， WU S X， CHEN H. LUCC analysis of Xinjiang basedon GIS and Markov Process[J]. Agricultural Research in the AridAreas，2010，28（3）：224-230.

[6] 郭麗英， 劉彥隨， 任志遠. 生態脆弱區土地利用格局變化及其驅動機制分析—— 以陜西榆林市為例[J]. 資源科學，2005，27（2）：128-133.

GUO L Y， LIU Y S， REN Z Y. Analysis of the land landscape changesand its driving mechanism in vulnerable ecological area： A case studyof Yulin City[J]. Resources Science，2005，27（2）： 128-133.

[7] KAMWI J M， KAETSCH C， GRAZ F P， et al. Trends in land useand land cover change in the protected and communal areas ofthe Zambezi region， Namibia[J]. Environmental Monitoring andAssessment，2017，189（6）：284.

[8] MARTINUZZI S， RADELOFF V， JOPPA L， et al. Scenarios offuture land use change around United States protected areas[J].Biological Conservation，2015，184：446-455.

[9] 李毅， 肖臘梅， 胡文敏， 等. 長株潭核心區土地利用變化時空格局及驅動力多維分析[J]. 經濟地理，2021，41（7）：173-182.

LI Y， XIAO L M， HU W M， et al. Spatio-temporal pattern of landuse change in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan core areas and itsdriving forces[J]. Economic Geography，2021， 41（7）：173-182.

[10] 吳金穩， 王海軍， 張彬. 珠三角城市群城鎮用地擴展時空格局及其驅動因素分析[J]. 現代城市研究， 2020， 35（01）： 60-66.

WU J W， WANG H J， ZHANG B. Spatio-temporai patterns anddriving forces of urban land expansion in the Pearl River Delta urbanagglomeration[J]. Modern Urban Research， 2020， 35（01）： 60-66.

[11] ATAY K ?， KUT G E. Land use and land cover change monitoringin Band?rma （Turkey） using remote sensing and geographicinformation systems[J]. Environmental Monitoring andAssessment，2020，192（7）：1-18.

[12] 顧紅. 長三角地區國土資源環境承載力狀態評價與預警研究[J].上海國土資源，2023，44（2）：1-6.

GU H. Evaluation and early warning of the state of the carryingcapacity of national land resources and environment in the YangtzeRiver Delta Region[J]. Shanghai Land & Resources，2023，44（2）：1-6.

[13] SANTHANAKRISHNAN P T， AMBUJAM N K， NARAYANANM. Analysis of land use and land cover dynamics using remotesensing and GIS in the upper Tamiraparani watershed ofTamil Nadu， India[J]. Applied Ecology and EnvironmentalResearch，2021，19（6）：4739-4749.

[14] 張佰發， 苗長虹. 黃河流域土地利用時空格局演變及驅動力[J].資源科學，2020，42（3）： 460-473.

ZHANG B F， MIAO C H. Spatiotemporal changes and drivingforces of land use in the Yellow River Basin[J]. ResourcesScience，2020，42（3）：460-473.

[15] 林凱， 李雪松， 姚文萃， 等. 武漢市主城區土地利用演變特征研究[J]. 湖北工業大學學報，2022，37（02）：105-109.

LIN K， Li X S， Yao W C， et al. Study on the evolution of landusein the main urban area of Wuhan[J]. Journal of Hubei University ofTechnology， 2022，37（02）：105-109.

[16] 渠愛雪， 卞正富， 朱傳耿， 等. 徐州城區土地利用變化過程與格局[J]. 地理研究，2009， 28（1）：97-108+276.

QU A X， BIAN Z F， ZHU C G， et al. Study on the process andpattern of land use change in Xuzhou urban area[J]. GeographicalResearch，2009，28（1）：97-108+276.

[17] 陳龍乾， 郭達志， 胡召玲， 等. 徐州市城區土地利用變化的衛星遙感動態監測[J]. 中國礦業大學學報，2004， 33（5）：38-42.

CHEN L Q， GUO D Z， HU Z L， et al. Dynamic monitooring onland use change of Xuzhou urban area using satellite remote sensingdata[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2004，33（5）：38-42.

[18] 李志江， 孫姍姍. 徐州市主城區土地利用轉型過程及機制[J].江蘇師范大學學報（ 自然科學版），2020，38（3）：18-22.

LI Z J， SUN S S. Mechanism and process of land use transitionin Xuzhou main city zone[J]. Journal of Jiangsu NormalUniversity（Natural Science Edition），2020，38（3）：18-22.

[19] 侯飛， 胡召玲. 基于GIS 的徐州市區景觀格局變化分析[J]. 地域研究與開發，2012，31（1）： 156-160.

HOU F， HU Z L. Analysis of change of urban landscapepattern in Xuzhou City based on GIS[J]. Areal Research andDevelopment，2012，31（1）：156-160.

[20] 林卉， 劉培， 杜培軍， 等. 基于遙感影像的城市景觀格局變化分析[J]. 國土與自然資源研究，2012， 34（4）：9-10.

LIN H， LIU P， DU P J， et al. Urban landscape pattern changeanalysis Based on remotely sensed image[J]. Territory & NaturalRes Ources Study，2012，34（4）：9-10.

[21] 于雪， 濮勵杰， 許艷， 等. 1980～2010 年江蘇沿海城市土地利用變化及其與環境因子關系分析——以東臺市為例[J]. 長江流域資源與環境，2016，25（4）：537-543.

YU X， PU L J， XU Y， et al. Analysis of land use changes in relationto environmental variables in coastal city in Jiangsu Province from1980 to 2010： A case study in Dongtai City[J]. Resources andEnvironment in the Yangtze Basin，2016，25（4）：537-543.

[22] 段紅騰， 吳發啟， 楊一凡， 等. 近10 年巴音河流域土地利用變化及驅動力分析[J]. 水土保持研究，2020，27（2）：172-177.

DUAN H T， WU F Q， YANG Y F， et al. Land use change anddriving force analysis of Bayin River basin in the past 10 years[J].Research of Soil and Water Conservation， 2020， 27（2）： 172-177.

[23] 凌賽廣， 焦偉利， 龍騰飛， 等. 2000 ～ 2014 年武漢市城市擴展時空特征分析[J]. 長江流域資源與環境，2016，25（7）：1034-1042.

LING S G， JIAO W L， LONG T F， et al. Analysis of spatial andtemporal characteristics of urban expansion about Wuhan Cityin the year of 2000–2014[J]. Resources and Environment in theYangtze Basin，2016，25（7）：1034-1042.

[24] WAN L， ZHANG Y， ZHANG X， et al. Comparison of land use/land cover change and landscape patterns in Honghe NationalNature Reserve and the surrounding Jiansanjiang Region， China[J].Ecological Indicators，2015，51：205-214.

[25] 肖云飛， 陳文業， 王斌杰， 等. 祁連山國家級自然保護區土地利用時空變化及與氣候因子關系研究[J]. 草地學報，2021，29（9）：2049-2057.

XIAO Y F， CHEN W Y， WANG B J， et al. Study on temporaland spatial change of land use and its relationship with climatefactors in oilian mountain national nature reserve[J]. Acta AgrestiaSinica，2021，29（9）：2049-2057.

[26] 馮姍姍， 羅萍嘉. 面向空間規劃體系變革的資源型城市生態轉型規劃策略研究—— 以徐州市為例[J]. 上海城市規劃，2020，30（1）：55-60.

FENG S S， LUO P J. Planning strategies of ecologicaltransformation of resource-based cities oriented to spatial planningsystem reform： a case study of Xuzhou[J]. Shanghai UrbanPlanning Review，2020，30（1）：55-60.

[27] 廖諶婳， 吳克寧. 礦區農田景觀生態適宜性評價——以徐州市潘安采煤塌陷區為例. 資源與產業，2012，14（03）：36-42.

LIAO S H， WU K N. A case study on Xuzhous Panan coal minesubsidence： assessment of farmland landscape ecological suitabilityin mining area [J]. Resources ＆ Industries， 2012，14（03）：36-42.

[28] 董光， 何蘭， 王藝積， 等. 1990—2017 年河北省易縣土地利用時空格局動態變化[J]. 中國農業資源與區劃，2020，41（1）：242-249.

DONG G， HE L， WANG Y J， et al. Study on spatio-temporalpattren of land use change in yi county，Hebei Province from 1990to 2017[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and RegionalPlanning，2020，41（1）：242-249.

[29] 畢雪昊， 凌宇， 楊小艷， 等. 徐州市農村居民點用地時空變化及其影響因素[J]. 江蘇農業科學，2020，48（10）：263-268.

BI X H， LING Y， YANG X Y， et al. Spatial-temporal changesof rural residential land use in Xuzhou City and its influencingfactors[J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2020， 48（10）： 263-268.

[30] 崔秀萍， 郭永新. 近40a 西部城市群土地利用結構時空動態演化分析[J]. 干旱區資源與環境，2022，36（2）：16-24.

CUI X P， GUO Y X.Analysis on the spatio-temporal dynamicevolution of land use structure of western urban agglomerationsin the past 40 years[J]. Journal of Arid Land Resources andEnvironment，2022，36（2）：16-24.