基于主体功能区规划的中国城乡建设用地扩张时空特征遥感分析

作者简介：
刘纪远(1947- )，男，研究员，博士生导师，中国自然资源学会名誉理事长，中国地理学会会员(S110001625M)，主要从事资源环境遥感与土地利用/覆盖变化及其宏观生态效应研究，E-mail：liujy＠igsnrr.ac.cn；刘文超，中国科学院大学（北京 100049）；匡文慧，宁佳，中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室（北京 100101）。

原文出处：
地理学报

内容提要：

21世纪以来，随着中国社会经济的快速发展，城乡建设用地不断扩张，对社会经济和生态环境造成了一系列影响。为了国家可持续发展目标的实现，必须对国土开发空间布局做出科学的规划。为此，一些学者开展了国家主体功能区规划方案研究，其研究成果支持了国家主体功能区规划的制定，该规划于2010年底颁布实施。为分析各类主体功能区在规划颁布前后城乡建设用地变化的特征，评估规划对区域开发的指导作用，及时发现规划实施中的问题，有必要采取有效手段对不同类型主体功能区的国土开发活动进行监测和评估。为此，本研究团队在已完成的2000年和2010年两期全国土地利用变化数据库的基础上，更新了2013年全国土地利用数据库，生成分期的城乡建设用地空间数据集；并对国家尺度各类主体功能区，以及东部、中部、西部、东北4大区域在主体功能区规划颁布前10年间(2000～2010年)和后3年内(2010～2013年)城乡建设用地扩张特征与差异进行了对比分析。结果表明：①总体而言，2013年优化开发区、重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区城乡建设用地在该类主体功能区国土面积中的占比明显不同，体现了国土开发按照不同主体功能布局的梯级特征。②与2000～2010年相比，2010～2013年优化开发区城乡建设用地年增长率明显降低，重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区建设用地年增长率均大幅增加；其中重点开发区和农产品主产区的城乡建设用地年均扩张面积已经超过了优化开发区；重点生态功能区城乡建设用地年均扩张面积和动态度仍处于最低的水平。③在区域尺度，优化开发区中，长江三角洲地区建设用地年均增量明显高于其他优化开发区；重点开发区中，西部地区在年增加面积和增加速率两方面均高于其他区域；农产品主产区中，东部、中部和西部地区内城乡建设用地年增加面积均超过前10年的2倍，西部地区的年增加速率更是达到前10年的3倍以上；重点生态功能区中，中部地区城乡建设用地的年变化率和动态度的增长均最为显著。④2010～2013年中国城乡建设用地扩张的空间格局和变化特征，在总体上体现了主体功能区规划的梯级开发特征。但是，局部优化开发区、农产品主产区和重点生态功能区建设用地的扩张速度过快，必须切实加强空间管控。研究表明，采用空间格局变化的分析方法，开展主体功能区规划颁布前后两个时期城乡建设用地扩张特征与分阶段区域差异的分析，清晰刻画出不同功能区和不同地区建设用地变化规律及其与主体功能区规划的契合程度，证明了该分析方法的有效性，可据此为未来国土开发空间格局的优化和城乡建设发展提供科学依据。


期刊代号：K9
分类名称：地理
复印期号：2016 年 04 期

字号：大中小

       修订日期：2016-01-22

       DOI：10.11821/dlxb201603001

       1 引言

       人类对陆地生态系统以及景观的改变导致了全球气候和环境变化，继而影响着生物圈维持生命的能力。随着全球变化研究的不断深入，土地利用与土地覆盖变化(LUCC)作为全球气候和环境变化的重要原因受到国内外研究人员和专家学者的广泛关注[1～5]，已成为全球变化研究的重点领域。1995年，“国际地圈与生物圈计划”(IGBP)和“全球环境变化的人文领域计划”(IHDP)共同拟定并发表了《土地利用/土地覆盖变化科学研究计划》，提出了土地利用变化的机制、土地覆盖变化的机制、建立区域和全球尺度的模型3个研究重点[6～7]。2005年末，IGBP和IHDP共同提出了全球土地计划(Global Land Project，GLP)，GLP进一步提出了LUCC的规律与机制、LUCC的影响与效应，以及LUCC动力学及其生态效应建模等研究重点，力求在方法上实现对陆地系统中人与环境耦合关系的量测和模拟，从而帮助人类增进对陆地系统变化及其社会经济后果的理解[8]。此后，以人地耦合关系为核心的土地利用与土地覆盖研究成为国内外学者关注的焦点问题[9～10]。

       20世纪70年代以来，中国社会经济快速发展，城市化、工业化进程加快，导致中国的土地资源利用始终处于快速的变化过程中。国土空间开发普遍存在开发利用的低效浪费和违背空间属性的盲目开发现象[11～12]，造成生态环境日趋恶化。为有效保护和开发国土资源，樊杰等提出了一套以服务国家自上而下的国土空间保护与利用的政府管制为宗旨且具有实用性、创新性和前瞻性的中国主体功能区划方案。2010年，该方案被国务院作为“全国主体功能区规划”发布，随后在全国人大发布的第十二个国民经济与社会发展五年规划中上升为“主体功能区战略”，2013年在中共中央第十八届三中全会决议中被确定为“主体功能区制度”[13]。该方案从地域功能的角度，将国土空间按开发内容分为4种类型和两个层级，其中4种类型分别是城市化区域、农产品主产(粮食安全)区域、重点生态功能(生态安全)区域、自然和文化遗产保护区域等；两个层级为国家级和省区级[14～15]；按开发方式分为优化开发区域、重点开发区域、限制开发区域和禁止开发区域4类主体功能区。各类主体功能区开发方式、保护内容及首要发展任务均各不相同。

       开展国家尺度长时间序列高精度的土地利用/覆盖变化遥感监测，并获取土地利用/覆盖变化的相关信息，对研究中国不同主体功能区城乡建设用地扩张特征具有重要意义[16～17]。本研究团队在已完成的2000年和2010年两期全国土地利用变化数据库的基础之上[18～20]，更新了2013年全国土地利用数据库并生成分期的城乡建设用地扩张空间数据集。基于以上数据集，分析2000年至今中国城乡建设用地扩张的时空特征，并对比2000～2010年和2010～2013年中国不同主体功能区城乡建设开发格局的异同及其与主体功能区规划的契合程度，进而为国土空间管控和城乡建设发展提供政策依据。

       2 数据与方法

       2.1 土地利用数据集

       在已建立的2000年和2010年两期全国土地利用变化数据库的基础[18～20]上，利用遥感图像计算机屏幕人机交互直接判读为核心的全国土地利用遥感制图技术方案，更新了2013年的全国土地利用变化数据库。具体方法是通过2010年与2013年遥感影像对比，在2010年土地利用数据的基础上，判定并勾画变化区域并标注类型变化的动态信息编码，该编码能够同时反映变化斑块在2010年和2013年前后两个时段的土地利用类型。在此基础上建成了2013年全国1：10万比例尺土地利用数据库，并生成了两期(2000～2010年、2010～2013年)城乡建设用地扩张空间数据集。遥感数据源主要是Landsat TM影像，在Landsat TM数据无法覆盖或质量较差的区域，使用资源三号卫星影像和Google Earth影像等数据进行补充，以提高判读和制图精度。通过图形切割处理和面积平差计算，分别计算出全国耕地、林地、草地、水域、城乡建设用地、未利用地等6个一级类型及25个二级类型的土地面积。为保证数据的质量与精度，在2013年数据解译前期对全国范围内开展野外调查，并对野外调查资料与外业实地记录，按照10％的县数比例随机抽取图斑开展精度验证。经验证，土地利用一级类型综合评价精度达到94.3％以上，二级类型分类综合精度达91.2％以上，满足1：10万比例尺用户制图精度。

       本研究将城乡建设用地进一步分为3个二级土地利用类型进行分析，分别为城镇用地、农村居民点用地和工矿交通建设用地。其中城镇用地指大城市、中等城市、小城市及镇以上的建成用地；农村居民点用地指镇以下的居民点用地；工矿交通建设用地指独立于各级居民点以外的厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地，以及交通道路、机场、码头及特殊用地。

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