湖北省2000-2004年土地利用变化及驱动因素分析

余　璟　王学雷　肖　锐

(中国科学院测量与地球物理研究所，湖北武汉　430077)

摘　要　本文基于3S技术和统计资料获得湖北省2000－2004年的土地利用信息，通过对全省5年的动态变化和典型市(县)为代表的空间分异的分析，分析表明湖北省近年土地利用变化的特征是耕林地剧烈转换，建设用地持续增加，水域增长。主要驱动因子是退耕还林政策的影响，经济利益和经济发展的驱使，大型水利工程的影响。

关键词　土地利用变化时空分异驱动因素

土地利用变化是人类干预自然的主要体现，并随着工业化，城市化推进程度日益加剧，土地利用变化又通过土地覆被变化，纳入到全球环境变化响应的范围，因此土地利用变化成为当前全球变化研究的热点［1］，它也被认为是自然与人文过程交叉最为密切的问题，土地利用变化受到诸多自然和人文因素的复杂影响，存在很大的空间差异，为解释L U CC的全球变化，必须进行广泛的区域个例研究［2］。湖北省在新世纪初藉由政策、大型工程等因素土地利用结构发生了巨大改变，并明显区别于1990－2000年的土地利用变化特点［3］，这正是不同时间尺度各种因素作用差异巨大的结果，了解湖北省土地利用变化时空分异有助于揭示该区域的土地利用驱动因子，并为L U CC的驱动力建模提供参考，并为区域土地利用结构调整提供基础资料。

1　区域概况和数据处理

1．1　湖北省自然地理概况

湖北省位于中国中部，地理位置处于29°05'～33°20'N，108°21'～116°7'E，省内贯穿长江和汉水两大水系，河湖众多，土地资源类型丰富，尤以山地、丘陵、岗地类型居多，境内地形起伏大，大致以西、北、东三面环山，中部为平原。属北亚热带季风气候，具有从亚热带向暖温带过渡的特征，光照充足，降雨充沛，雨热同期。

1．2　数据来源和处理

数据来源:原始数据采用2000年的TM遥感影像和湖北省国土资源厅提供的2000至2004年的相关土地和社会经济统计数据。

数据处理:对2000年Ladsat5 TM影像进行几何精校正、影像拼接、研究区裁剪等预处理，并在假彩色增强图像上进行人工目视解译判读分类，获得2000年湖北省土地利用分类专题图(如图1)。其他年份土地利用数据依据国土资源厅的统计资料进行整理获得。

分类系统说明:由于遥感解译的光谱和空间分辨率局限性，采用的是中科院6大类(耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地)分类系统，而统计资料采用的是全国土地利用分类系统，并分2002年前后两套，分析前需将两套统计数据和遥感资料统一整合为中科院系统的六大类分类方案。

图1　湖北省土地利用图

2　土地利用的时空变化分析

2．1　2000－2004年湖北省土地利用变化的时间变化特征

根据遥感解译和统计资料的分类系统整合得到湖北省2000－2004年耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地六类土地利用结构的动态数据如表1所示。

表1　2000－2004年湖北省土地利用结构变化

湖北省的土地利用变化的表现为:①耕地比重初始稳定在26%以上，从2001年开始急剧缩减，经历两年年均0．5%的减幅后缩减趋于稳定，到2004年共减少了1．24%，耕地面积减少23．06×104 hm2;②林地不断增长，且增加剧烈的时期与耕地一致，即2001－2003年两年林地扩大的面积20．98×104 hm2占5年变化的85%以上，比重上升到44．90%;③建设用地增长了0．15%，但面积增加了2．74×104 hm2;④水域比重在不断增加，2002年达到一个小高峰12．04%，然后猛增到12．10%;⑤草地和未利用地在湖北省的土地资源中比例较小，并且也在持续减少。

为了从整体上综合把握湖北省土地利用结构变化的动态阶段性，我们对每年的六类土地利用结构求其标准差，标准差越大说明各类土地比例差异越大，该值的时间变化曲线(如图2)反映出湖北省土地利用结构变化分为三个时期，平稳期2000－2001年，各类土地增减变化较小，年间差异不明显，剧变期2001－2003年，由于耕地和林地的剧烈变化，使土地利用结构的年间差异拉开;缓和期，2003年后这两类土地增长和减少都趋于平缓，因此年间差异回归平稳。原因是耕林地是湖北省的主要土地利用类型，占全省土地总面积的68%以上，在第二个时期，省内生态退耕任务全面铺开，退耕还林工程导致耕林地的剧烈转换，耕地比例降低，林地增加，使土地利用结构标准差迅速提高。两者剧变主导了全省土地利用差异。

图2　土地利用结构差异的动态变化

2．2　2000－2004年湖北省土地利用变化的空间分异特征

为合理减少工作量，突出典型性，考虑到2000－2004年湖北省的土地政策和其间启动的大型工程的影响，兼顾区域地理位置分布，空间分异分析选取了11个典型市(县)，包括鄂北岗地枣阳，鄂西山区宜城、建始、竹山，鄂东平原蕲春、大冶，鄂东南低山丘陵区通城等7个市(县);两个大型水利工程涉及地区丹江口市、秭归县;两个平原湖区城市洪湖和潜江。对11个市(县)的土地利用结构变化分析(见表2)表明:位于鄂西南、鄂西北山区的丹江口、秭归、竹山、建始的林地绝对面积和相对比重都增长明显，同时耕地的减少剧烈，位于鄂东低山丘陵区的大冶、蕲春林地比重增加也较高;而处于鄂北岗地、江汉平原及鄂中、鄂东南低山丘陵地区的枣阳、潜江、宜城、大冶、通城建设用地面积扩大较多;平原湖区的洪湖水域面积增加最显著，扩大了6 449．39hm2，其次是秭归，5年比重提高达18．14%。各市(县)的六类土地利用变化趋势基本与全省情况一致，即耕地骤减，林地猛增，建设用地普遍增加，水域面积大部分提高，草地和未利用地减少，但存在个别与全省不一致的特殊市(县)，如建设用地减少达113．89hm2的秭归县，主要是三峡工程库区淹的缘故。(www.xing528.com)

土地利用结构差异(见表3)变化明显的主要集中在退耕还林重点区域的鄂西山区的4个城市，秭归、丹江口、竹山、建始，大冶市因生态还林面积相对原林地面积基值偏高，林地增加了7%，超过鄂西山区，居各典型市(县)林地增长之首，其土地利用结构差异变化也较其他平原或丘陵城市大。枣阳和潜江两市，一北一南，区域地形平坦，耕作条件好，城市化程度高，社会经济条件和自然资源条件都较好，自20世纪80年代以来，已经逐渐根据地域优势形成了较为稳定的产业用地结构，故近5年内土地利用变化较为平稳。

表2　2000－2004年典型市(县)土地利用变化　单位: hm2

表3　典型市(县)土地利用变化差异性比较

*注:标准差以5年各地区六类土地利用相对变化率值计算

3　驱动因素分析

3．1　自然因素控制

自然因素控制是影响2000－2004年湖北省林地土地利用变化的主要驱动因子。湖北省是一个山地森林资源丰富的省份，西、北、东三面为武陵山、巫山、大巴山、秦岭、武当山、桐柏山、大别山、幕阜山等山地环绕［5］，因此外围山地宜林地多，代表地区有属于鄂西南、鄂西北山区的建始、秭归、竹山、丹江口，处于鄂东、鄂东南低山丘陵区的蕲春、通城等市县，林地在这些地区是土地利用的最主要类型，比重高达67%～45%，然而经历上世纪的毁林开荒，建设用地占用过多，湖北省的林业资源遭到严重破坏，陡坡耕种不能有效固定养分肥料，还加重水土流失，这不符合资源优势利用的原则，还严重影响到区域生态安全，因此这些森林资源被破坏地区应当恢复林地利用，这也是本世纪初湖北省“六大林业工程”的实施的物质基础，内源保证。

3．2　经济因素驱动

经济因素日益成为现代驱动区域土地利用变化的重要杠杆，以本研究的水域和建设用地变化为例。5年里，湖北省增长的2万多公顷水域，1．6万来自于坑塘养殖水面的扩张。以省内最大的浅水湖泊洪湖为例，仅2003至2004年就有5 500hm2水田被改造成鱼塘鱼池养殖虾蟹。湖北省围的网养殖自20世纪80年代试验成功后在各湖区推广，在本世纪初达到顶峰，原因就是过去沿湖围垦的冷浸田产量不高，而渔业养殖的高收益驱使农民改变利用，转向产值更高的水产养殖利用方式，将低湖田地改造为精养鱼池，使得养殖水域面积大增。

建设用地增加是社会经济发展的必然伴生现象，以建设用地增长较快的6个典型市(县)为例，大冶市作为典型的工矿城市，矿产资源非常丰富，土地利用发挥出“以矿兴市”的特色，5年共开发新工矿用地152．37hm2，为加强矿产资源和产品运输能力，打通和其他城市地区密切联系，新修扩建铁路用地122．23hm2，蕲春县因人口膨胀，5年新增9．19万人，导致农村居住用地剧烈上升，通城县属于湖北省欠发达地区，过去5年主要着力于农村经济中心化建设，建制镇共增加237．17 hm2，潜江市作为省辖市在这11市(县)中，县域经济能力和建设程度是最高的，GDP在2004年达到944 200万元，其建设用地发展方向也更为多元化，全面增长，枣阳市地理交通区位好，2003年上马了多个重点交通项目，公路用地增长迅速。宜城市主要着力于通村公路建设，公路用地新增达226．82hm2。

3．3　政府政策调控

政府根据区域可持续性发展需要，综合制定的土地利用调整政策是来自人为意志最直接的外源驱动力，往往在土地利用变化上产生快速而强烈的反应。本研究中湖北省2000－2004年耕林地的剧烈变化，林地的快速增长就是与政府关于林业生态建设的政策直接相关的，湖北省政府于本世纪初提出“十年绿化湖北”，根据国家统一部署规划，不断推进“退耕还林”“天然林保护工程”，2000年在秭归、咸丰、竹溪及神农架等4个县(区)开展退耕还林试点工作，退耕还林面积118×104 hm2，2001年将试点范围扩大到8个县(市、区)，2002年全面启动实施退耕还林工程，涉及69个县(市、区)，覆盖了所有的山区丘陵县市。据统计，2003年重点在森林资源丰富的山区如鄂西南民族山地区、鄂西沿江山区、鄂西北山地区以及其他一些地区实施天然林保护和生态退耕，新封育面积达79 598hm2，人工造林31．54×104 hm2，其中退耕还林造林占13．85×104 hm2，荒山荒地造林达14．18 hm2，11个典型市(县)除潜江、洪湖外林地均增加主要也是人工造林的缘故。

3．4　大型水利工程影响

大型工程尤其是水利工程是土地利用最剧烈的人为干扰，可以带来不可逆的跨常规地类转换。而湖北省坐拥我国两大举世瞩目的水利工程，其中秭归是“三峡工程”所在，丹江口是“南水北调”中线工程水源取水点。5年中，秭归地区水域面积扩大很多，净增水域1 383．97 hm2，原因就是三峡大坝蓄水后，水位上升，上游河流水面拓宽，并且随着库区淹没，三峡移民工程开展，它也成为唯一一个建设用地面积减少的县，耕地面积同时减少4 422．73 hm2。水域增加，建设用地、耕地减少，未利用地减少，这些都是大型水利工程带来的显著影响。丹江口市的土地利用变化突出特点主要是未利用地大量减少，林地面积增长最多，土地利用差异变化巨大，这与其水源取水点的重要地位密不可分，为保证区域的生态安全，因此加强了生态防护林建设。然而丹江口水库大坝加高工程在研究时期内尚未正式启动施工，因此暂未对该区域等其他土地利用类型产生明显影响。

4　结束语

湖北省本世纪初5年的土地利用变化的主要特点为耕地骤减，林地剧增，两者总量基本相当，水域增加、建设用地持续增长，草地，未利用地有所减少。

湖北省耕林地类型的剧烈转换主要缘于退耕还林的生态林业政策，大型水利工程是湖北省本世纪初独具特色的土地利用驱动因子，本研究区的分析表明，其对工程所在地土地利用变化有巨大作用，本文仅是对其的表观影响分析，然而其对自然的不可逆改造效应，目前缺乏深入的动力机制性的内联研究，还给这一土地利用变化驱动力的作用笼罩了许多不确定性。随着我国此类工程项目的陆续上马，加之已有工程项目的持续影响效应，必将成为地理工作者研究的新热点，并有待开展更多的研究，得到深入可靠的理论成果支撑。

参考文献

［1］刘纪远，张增祥，庄大方，等．20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析［J］．地理研究，2003，22(1):1～12．

［2］张文忠，王传胜，吕昕，等．珠江三角洲土地利用变化与工业化和城市化的耦合关系［J］．地理学报，2003，58(25):677～685．

［3］李秀彬．全球环境变化研究的核心领域——土地利用/覆被变化的国际研究动向［J］．地理学报，1996，51(6):553～557．

［4］李仁东，隋晓丽，彭映辉，等．湖北省近期土地利用变化的遥感分析［J］．长江流域资源与环境，2003，12 (4):322～326．