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2017 , Vol. 19 >Issue 1: 80 - 90

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.00080

新时期中国土地利用/覆被变化时空特征与生态环境效应专栏

武汉城市圈土地利用时空变化及政策驱动因素分析

  • 黄端 , 1, 2 ,
  • 李仁东 , 1*, * ,
  • 邱娟 1 ,
  • 施媛媛 1, 2 ,
  • 刘建红 3
展开
  • 1. 中国科学院测量与地球物理研究所,武汉 430077
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
  • 3. 长江水利委员会长江工程监理咨询有限公司（湖北）,武汉 430010
*通讯作者：李仁东（1962-）,男,湖北公安人,研究员,博士生导师,研究方向为遥感与GIS应用研究。 E-mail: lrd@asch.whigg.ac.cn

作者简介：黄 端（1990-）,男,河南南阳人,博士生,研究方向为遥感与GIS应用研究。E-mail:

收稿日期: 2016-06-30

  要求修回日期: 2016-10-10

  网络出版日期: 2017-01-13

基金资助

国家自然科学基金项目（41571487）

收起

Analysis on Spatio-temporal Variation of Land Use and its Policy-Driven Factors inWuhan Metropolitan Area

  • HUANG Duan , 1, 2 ,
  • LI Rendong , 1, * ,
  • QIU Juan 1 ,
  • SHI Yuanyuan 1, 2 ,
  • LIU Jianhong 3
Expand
  • 1. Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077
  • 2. University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 3. Yangtze Project Supervision & Consultancy Co.Ltd (Hubei), Yangtze Water Resources Commission, Wuhan 430010, China;;
*Corresponding author: LI Rendong, E-mail:

Received date: 2016-06-30

  Request revised date: 2016-10-10

  Online published: 2017-01-13

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《地球信息科学学报》编辑部 所有
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摘要

武汉城市圈是全国首批“两型社会”改革试验区之一,而且是中部崛起战略和长江经济带发展战略的重点区域。为了正确认识武汉城市圈土地利用时空变化特征,以及政策因素对土地利用变化的影响,本文基于2000、2005、2010和2015年4期武汉城市圈土地利用现状数据,结合GIS空间分析、数理统计、单一土地利用动态度、土地利用转移矩阵和综合土地利用动态度方法,对武汉城市圈2000-2015年以及3个5年期土地利用变化的总体特征、转化方向和区域差异特征进行研究,并分析政策因素对土地利用变化的驱动作用。结果表明：① 总体特征上,2000-2015年耕地、草地、林地和未利用地面积持续减少,建设用地和水域面积不断增多。② 变化方向上,2000-2015年以耕地、林地转化为建设用地和水域为主要特征,2000-2005年以耕地向水域和建设用地转化为主,2005-2010年以耕地向建设用地、水域,林地向建设用地转化为主,2010-2015年以耕地、林地和水域向建设用地转化为主。③ 区域时空差异上,综合土地利用动态度最大的区域集中在武汉城市圈的中部;从单一土地利用动态度看,耕地主要分布在武汉城市圈周边地区;建设用地主要集中在武汉城市圈中部;水域集中在武汉城市圈的仙桃市;林地主要在潜江市、云梦县;草地主要为英山县。④ 政策驱动因素分析上,中部崛起、两型社会、长江经济带发展战略等政策对土地利用变化具有重要影响。

关键词： 武汉城市圈; 土地利用; 时空变化; 政策驱动因素

本文引用格式

黄端 , 李仁东 , 邱娟 , 施媛媛 , 刘建红 . 武汉城市圈土地利用时空变化及政策驱动因素分析[J]. 地球信息科学学报, 2017 , 19(1) : 80 -90 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.00080

Abstract

Wuhan Metropolitan Area is one of the earliest comprehensive reform pilot area of resource-saving and environment-friendly society construction. It is also key areas of the Central China Development Strategy and the Yangtze River Economic Belt. Scientifically understanding temporal characteristics of land use change of Wuhan Metropolitan Area is of great significance for formulation and implementation of regional land use policy. Based on the land use data in 2000, 2005, 2010 and 2015 of Wuhan Metropolitan Area combined with GIS spatial analysis, mathematical statistics, single land use dynamic degree, transfer matrix and integrated land use dynamic degree methods of land use, we studied the general characteristics of land use change, the direction of change and regional differences in characteristics of Wuhan Metropolitan Area during 2000 to 2015, and analyzed the policy-driven factors of land use change. The results showed that: (1) for the general characteristics, during 2000 to 2015, cultivated land, woodland, grassland and unused land was diminishing while residential land and water area was increasing. (2) For the changes in direction, during 2000 to 2015, cultivated land and forest land transformed to residential land and water was the main feature. During 2000 to 2005, farmland and residential land transformed to water was the main feature. During 2005 to 2010, cultivated land transformed to residential land, water and forest land transformed to residential land were the main feature. During 2010 to 2015, cultivated land, woodland, grassland and water transformed to residential land was the main feature. (3) For spatial and temporal differences at regional scale, the largest dynamic degree of integrated land use concentrated in the central area of Wuhan Metropolitan Area. From the aspect of dynamics degree of single land use, cultivated land was concentrated in surrounding areas of Wuhan Metropolitan Area. Residential land was mainly located in central region of Wuhan Metropolitan Area. Water was concentrated in Xiantao City of Wuhan Metropolitan Area. Woodland was mainly located in Qianjiang city, Yunmeng County. The grass was mainly located in Yingshan County. (4) For the analysis of policy-driven factors, reforestation, urbanization, the rise of the Central Plains, two-oriented society, the development strategy of Yangtze River economic belt and other policies have important implications on land use change.

Key words： Wuhan Metropolitan Area; land use; temporal and spatial variation; policy-driven factors

1 引言

土地利用/土地覆盖变化（LUCC）是全球气候、环境变化重点关注研究的内容[1-2]。经济的快速发展和城镇化的不断推进,土地利用变化成为核心研究领域[3-4]。土地利用/覆盖变化的遥感监测、定量分析、模拟模型和环境效应是重要的研究内容[5-7]。在国外,Admas等[8]基于Landsat TM数据对巴西亚马逊盆地土地覆盖变化进行监测;Bhaduri B 等[9],基于GIS-NPS 模型对土地利用变化对流域规模和长时间序列的水文变化的影响进行研究;Don A 等[10]对热带土地利用变化对土壤有机碳储量的影响进行了研究;Selwood K E 等[11]对气候变化和土地利用变化对人口率和人口的生存能力的影响进行研究;Rashford B S等[12]对北美地区气候变化对土地利用变化和湿地草原生产率的影响进行研究。国内研究主要集中在土地利用变化的时空格局、变化过程、驱动机制和环境效应等方面[13-14],变化过程主要有土地利用面积的变化及其程度、方向变化和时空变化,驱动机制主要有自然和社会驱动。刘纪远等[15-17]首次基于遥感与GIS,构建中国土地利用变化现代过程的数据平台;庄大方等[18]分析了中国土地资源的生态环境质量、地域分析和地域组合以及土地利用程度的区域分异模式,为中国土地利用变化提供了理论方法与技术途径;李秀 彬[19]根据中国近20年来耕地面积数量、结构、质量变化的总体趋势、空间特征和驱动因子研究,得出土地管理新政策的启示;唐华俊等[20]系统地总结了国内外LUCC模型在理论、方法、实践应用中取得的新进展,并且指出了需要解决的问题和发展方向;张成扬等[21]对黄河三角洲地区土地利用/覆盖变化时空特征进行研究,并对驱动因素进行了定量的分析;刘永强等[22]分析了黄淮海平原农区土地利用转型的时空格局并运用空间计量回归分析方法分析了土地利用类型转换的动力机制。“十二五”以 来,中部崛起战略的推进,城乡一体化等重大措施的实施,使中国的土地利用/覆盖格局产生了新的 变化。
武汉城市圈于2007年12月正式成为国务院首批批准的“两型社会”试验区,是湖北核心经济发展区域,同时在促进中部崛起中具有重要的战略地位。武汉城市圈土地利用动态度较大,时空变化明显。因此,本文选择武汉城市圈为研究区,运用2000、2005、2010和2015年4期土地利用分类数据,从2000-2015年整体上和2000-2005年、2005-2010年、2010-2015年3个阶段上,分析土地利用变化的总体特征、转移方向、区域差异,并分析土地利用变化的政策影响因素。在揭示武汉城市圈土地利用变化的特征和演变机制基础上,分析政策因素对土地利用变化的驱动作用,从而在“十三五”期间,为新一轮武汉城市圈土地利用规划和国土资源持续发展提供重要的理论依据和决策支持。

2 研究区域概况

武汉城市圈地处长江中游,位于湖北省中东部地区,是以中国中部地区最大城市武汉市为中心,包括仙桃市、咸宁市、黄石市、鄂州市、黄冈市、孝感市、天门市、潜江市周边8个大中型城市所组成的城市群（图1）。该地区面积约为5.80万km2,占省国土总面积的31.2%[23];圈内常住人口为3087.10万（2014年末数据）,约占全省总人口的53.1%[24];GDP达17265亿元,占湖北省GDP总量的63.1%[25]。
Fig. 1 Wuhan Metropolitan Area

图1 武汉城市圈位置

3 数据源与方法

3.1 数据源

本文采用的数据主要有全国、湖北省市级县级行政区划矢量数据、湖北省统计年鉴数据和2000年、2005年、2010年、2015年4期1：10万土地利用现状分类矢量数据（图2）。土地利用数据采用中国科学院资源环境数据库技术标准分类等级,一级6类（耕地、水域、草地、林地、建设用地、未利用土地）和二级25类。2000、2005和2010年数据生产制作是以各期Landsat TM/ETM遥感影像为主要数据源,2015年1:10万比例尺土地利用现状遥感监测数据库数据集更新是在2010年数据基础上,基于Landsat 8遥感影像,通过人工目视解译生成。利用手持GPS野外采样点数据进行分类精度评价,一级地类数据精度达到国家重大专项“中国科学院战略性先导科技专项”精度90%以上的要求。
Fig. 2 Land use classification data in Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015

图2 2000-2015年武汉城市圈4个时相的土地利用分类数据

3.2 方法

土地利用变化分析的指数方法在区域土地利用变化研究中具有重要的作用。本文运用的方法模型主要有：GIS空间分析、数理统计方法、单一土地利用动态度、土地利用转移矩阵分析和综合土地利用动态度[26-28]。其中,单一土地利用动态度主要揭示了土地资源的变化,反映不同地类在面积上的变化幅度和变化速度以及地类间的差异。转移矩阵表达地类间的转移及变化方向,反映区域土地利用类型结构特征。综合土地利用动态度描述空间形式变化,突出反映区域土地利用的剧烈程度。

4 土地利用时空变化分析

研究主要对武汉城市圈2000-2015年土地利用变化的总体特征和2000-2005年（前5年期）、2005-2010年（中5年期）以及2010-2015年（后5年期）3个阶段特征分析,2000-2015年区域差异性分析[29-30]。

4.1 总体特征分析

通过对武汉城市圈2000、2005、2010和2015年4个时期土地利用数据的统计（表1）和3个5年期的土地利用变化数据（表2）的分析可以总结出2000-2015年武汉城市圈土地利用变化的主要特征。
Tab. 1 Area and proportion of different land use types in Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015

表1 2000-2015年武汉城市圈不同地类面积及百分比

土地利用类型 2000年 2005年 2010年 2015年
面积/hm2 比重/% 面积/hm2 比重/% 面积/hm2 比重/% 面积/hm2 比重/%
耕地 2 929 455.65 50.54 2 888 776.94 49.84 2 839 111.76 48.97 2 774 679.54 47.86
林地 1 767 264.10 30.49 1 766 439.64 30.47 1 757 934.49 30.32 1 748 405.84 30.16
草地 142 275.32 2.45 141 313.14 2.44 140 689.46 2.43 139 919.27 2.41
水域 609 022.69 10.51 634 059.17 10.94 634 665.76 10.95 635 722.57 10.97
建设用地 327 741.18 5.65 347 824.73 6.00 407 120.67 7.02 481 198.87 8.30
未利用地 20 092.52 0.35 18 124.12 0.31 17 676.32 0.30 17 272.36 0.30
合计 5 795 851.46 100 5 796 537.75 100 5 797 198.45 100 5 797 198.45 100
Tab. 2 Dynamic index of different land use yypes in Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015（hm2）

表2 2000-2015年武汉城市圈不同地类面积变化与动态度（hm2）

土地利用类型 2000-2005年 2005-2010年 2010-2015年 2000-2015年
变化面积 动态度 变化面积 动态度 变化面积 动态度 变化面积 动态度
耕地 -40 678.71 -0.28 -49 665.18 -0.34 -64 432.22 -0.45 -154 776.11 -0.35
林地 -824.45 -0.01 -8505.15 -0.10 -9528.65 -0.11 -18 858.26 -0.07
草地 -962.18 -0.14 -623.68 -0.09 -770.19 -0.11 -2356.05 -0.11
水域 25 036.48 0.82 606.59 0.02 1056.81 0.03 26 699.88 0.29
建设用地 20 083.55 1.23 59 295.93 3.41 74 078.20 3.64 153 457.68 3.12
未利用地 -1968.40 -1.96 -447.81 -0.49 -403.96 -0.46 -2820.16 -0.94
2015年耕地面积为2 774 679.54 hm2 ,占总面积的47.86%;建设用地面积为1 748 405.84 hm2,占总面积的30.16%。水域面积为635 722.57 hm2, 占总面积的10.97%;林地、草地面积分别为 1 748 405.84 hm2和139 919.27 hm2,占总面积的30.16%和2.41%;水域面积为17 272.36 hm2,占总面积的0.30%。
（1）耕地面积持续减少,是主要的变化特征。2000-2015年,面积减少了154 776.11 hm2,减幅达到5.28%,动态度为-0.35%。3个5年期的动态度分别为-0.28%,-0.34%,-0.45%,动态度依次增大。但耕地依然是主要地类。
（2）建设用地显著增加,是变化的另外一个显著特点。2000-2015年,建设用地面积增加了153 457.68 hm2,动态度为3.12%,是变化程度最为剧烈的土地利用类型。3个5年期的动态度分别为1.23%,3.41%,3.64%。在武汉城市圈面积中所占的比重不断的提高。
（3）水域（包含养殖水面和鱼塘）面积稳步上升,但是扩大增速减缓。2000-2015年,水域面积增加了26 699.88 hm2,增幅为4.38%,动态度为0.29%。其中3个5年期的动态度分别为0.82%、0.02%、0.03%,虽然水域面积呈现稳步上升趋势,但扩大增速在减缓。
（4）林地、草地面积稳步下降。2000-2015年,林地面积减少18 858.26 hm2,动态度为0.07%,3个5年期的动态度分别为-0.01%,-0.10%,-0.11%;草地面积减少2356.05 hm2,动态度为-0.11%。林地、草地在所有的土地利用类型中动态度最低。
（5）未利用土地的变化。2000-2015年,未利用土地面积共减少了2820.16 hm2,减少幅度为14.03%,动态度为-0.94%,3个5年期的动态度分别 -1.96%,-0.49%,-0.46%。未利用土地的变化也比较显著。

4.2 类型转换特征分析

为了更清晰地分析2000-2015年武汉城市圈各土地利用类型变化的方向,求出武汉城市圈土地利用转移矩阵（表3）。
Tab. 3 Transfer matrix of land use in Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015（hm2）

表3 2000-2015年武汉城市圈土地利用转移矩阵（hm2）

土地利用类型 2015年
耕地 建设用地 草地 林地 水域 未利用地 转出合计
2000年 耕地 – 116 639.8 284.5 3157.8 40343.1 100.0 160 525.2
建设用地 0.0 – 0.0 0.0 14.3 0.0 14.3
草地 108.5 1930.3 – 793.8 924.0 0.0 3756.6
林地 158.0 21 599.4 349.9 – 892.9 26.3 23 026.5
水域 5186.1 12 131.9 563.3 110.4 – 1982.6 19 974.3
未利用地 40.5 701.0 156.6 51.4 4008.0 – 4957.5
转入合计 5493.1 153 002.4 1354.3 4113.4 46 182.3 2108.9 –
由表3可知,2000-2015年武汉城市圈耕地转出面积总量达160 525.2 hm2,占各种土地利用类型转出总量之首。其中,耕地转化为建设用地的面积最大,为116 639.8 hm2,占耕地转出总面积的72.66%,耕地转化为水域的面积次之,占40 343.1 hm2;林地转出面积次之,为23 026.5 hm2,其中林地转化为建设用地和水域的面积比较大,分别占转出面积总 量的93.8%和3.6%;水域转出面积相对最小,为 19 974.3 hm2,其中转化为建设用地和耕地比重较大,分别占60.73%、25.96%,水域转换为建设用地主要是湖景房、河景房建设等原因,水域转换为耕地主要是围湖造田等原因。
从转入面积总量来看,2000-2015年武汉城市圈各种土地利用类型转入面积最多的是建设用地,由其他各种土地利用类型转入到建设用地的总面积为153 002.4 hm2,其中耕地转入建设用地的比重最大,为76.23%,林地转入到建设用地的比例为14.11%。水域的转入量也占据很大一部分,面积达46 182.3 hm2,由耕地转入水域的面积比例最大为87.36%。15年间耕地的转入量也达到了5493.1 hm2,其中水域转入到耕地的面积占耕地转入量的比例为94.41%。
对于武汉城市圈整体而言,2000-2005年、20005-2010年和2010-2015年3个阶段土地利用变化特征各有特点（表4）。① 2000-2005年武汉城市圈土地利用变化以耕地向水域和建设用地,林地向耕地,水域到耕地和建设用地,未利用地到水域转化为主,耕地流失严重,建设用地增加较快。 ② 2005-2010年武汉城市圈土地利用变化主要以耕地向建设用地、水域,林地向建设用地,水域向耕地、建设用地转换为主要特征。③ 2010-2015年武汉城市圈土地利用变化主要以耕地、林地和水域转化为建设用地为主要特征。
Tab. 4 Transfer matrix of land use of different stages in Wuhan Metropolitan Area （hm2）

表4 武汉城市圈不同阶段土地利用转移矩阵（hm2）

土地利用类型 2005年
耕地 建设用地 草地 林地 水域 未利用地 转出合计
2000年 耕地 – 15 070.1 88.8 885.8 28 205.8 50.0 44 300.5
建设用地 0 – 0 0 12.9 0 12.9
草地 8.8 337.0 – 326.3 1057.0 0 1729.1
林地 7.9 1837.9 22.3 – 750.9 14.8 2633.8
水域 2060.9 2893.3 341.3 6.8 – 2423.1 7725.4
未利用地 28.6 191.8 165.1 27.2 3553.1 – 3965.8
转入合计 2106.2 20 330.1 617.5 1246.1 33 579.7 2487.9 –
土地利用类型 2010年
耕地 建设用地 草地 林地 水域 未利用地 转出合计
2005年 耕地 – 44357.9 213.8 1443.3 8257.5 40.1 54 312.6
建设用地 0 – 0 0 1.4 0 1.4
草地 73.5 791.8 – 402.9 21.2 18.7 1308.1
林地 99.2 9866.8 325.8 – 180.7 0 10 472.5
水域 4230.7 3886.4 132.6 62 – 182.5 8494.2
未利用地 1.7 195.6 0 16.7 481.5 – 695.5
转入合计 4405.1 59 098.5 672.2 1924.9 8942.3 241.3 –
土地利用类型 2015年
耕地 建设用地 草地 林地 水域 未利用地 转出合计
2010年 耕地 – 58 233.2 0 413.3 6159.4 28.5 64 834.4
建设用地 0 – 0 0 0 0 0
草地 0 793.6 – 52.2 8.9 0 854.7
林地 14.7 9988.1 21.1 – 7 11.5 10 042.4
水域 387.5 4794.4 58.6 40.8 – 0 5281.3
未利用地 0 268.8 4.8 7.4 162.9 – 443.9
转入合计 402.2 74 078.1 84.5 513.7 6338.2 40 –

4.3 区域差异特征

为整体分析武汉城市圈2000-2005年、2005-2010年和2010-2015年各阶段土地利用空间变化的剧烈程度特征,利用综合土地利用动态度方法,计算武汉城市圈3个5年期的县域的土地利用动态度（图3）。由图可知,位于武汉城市圈西部北部东部周边的潜江、天门、应城、云梦、安陆、大悟、红安、麻城土地利用动态度在前2个5年期内很小,在最后一个5年期内比较大;在武汉城市圈中部区域的咸宁、嘉鱼、武昌、武汉市市辖区、汉川、黄陂、新洲、黄冈、鄂州、大冶整体上在3个5年期内土地利用动态度变化都非常大,其中的汉川、孝昌、武汉市市辖区、武昌区、嘉鱼、鄂州在3个5年期内呈现V型变化趋势;武汉城市圈的东部和南部周边的罗田、英山、浠水、阳新、通山、赤壁、崇阳、通城市土地利用动态度比较低。
Fig. 3 Regional differences of land use change characteristics of different stages in Wuhan Metropolitan Area

图3 武汉城市圈不同阶段土地利用变化的区域差异

为了解武汉城市圈2000-2015年整体土地利用动态度各县域的区域差异,计算了综合土地利用动态度（图4）。2000-2015年武汉城市圈土地利用动态度最大的地区集中在武汉市市辖区、武昌区、鄂州、黄石市市辖区、仙桃,其次为黄陂区、新洲区、黄冈、大冶市、咸宁、孝昌、云梦、汉川、潜江;土地利用动态度最小的地区分布在包括天门、应城、安陆、英山、崇阳、通山在内的武汉城市圈周边等区域。
为了解武汉城市圈2000-2015年各地类土地利用动态度在各县域区域的空间差异,对各地类县域的土地利用动态度进行计算（图5）。分析结果表明：耕地动态度最大的地区主要集中在武汉城市圈周边,包括武汉市市辖区、应城、罗田、浠水。建设用地动态度最大的地区主要集中在武汉城市圈中部区域,包括黄陂区、安陆、咸宁、崇阳、红安。水域利用动态度最大的区域集中在武汉城市圈的西南部地区,分别为仙桃、潜江、天门、云梦。林地利用动态度最大的区域分布比较广泛,主要有潜江、天门、云梦、红安、黄陂区、新洲区、鄂州、英山、武穴、黄梅、赤壁、崇山和通山。草地利用动态度最高的地区主要为,英山、新洲区、红安、大悟、孝昌、云梦、汉川、天门、潜江、武穴、阳新、赤壁。
Fig. 4 Integrated dynamic index of land use in each county of Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015

图4 武汉城市圈2000-2015年各县域综合土地利用动态度

Fig. 5 Single dynamic index of land use in each district of Wuhan Metropolitan Area during 2000-2015

图5 武汉城市圈2000-2015年各县域单一土地利用动态度

5 土地利用变化的政策驱动因素分析

在区域土地利用变化的过程中人为因素起重要的驱动作用。政治属于人为因素,而政策是政治的实施方式,政策的引导对经济活动的方向具有决定性的作用,进而对区域土地利用变化产生巨大的影响,因此从政策因素角度分析武汉城市圈土地利用变化具有重要的意义。
总结归纳近年来国家地方政策[31-33],结合上述对土地利用变化总体特征、地类转化方向和区域差异特征的分析,以国家政策和地方政策为切入点,用定性的方法,来分析2000-2015年武汉城市圈土地利用变化。
（1）建设用地。2000-2015年,武汉城市圈的建设用地持续增加,在3个5年期内增加的幅度越来越大。2004年3月国家提出“中部崛起”战略,武汉城市圈被列为中部四大城市圈之首,上升为国家层面。2006年4月国务院正式出台“中部崛起”战略,12月,武汉城市圈被国家发改委确定为重点观察对象。2007年12月,武汉城市圈成为“两型社会”综合改革试验区,国家和地方政府开展系列举措开始实施,12月武汉东湖开发区与湖北葛店开发区市场主体准入一体化,同月,武汉经开区、咸宁经开区与东湖开发区合作,加强武汉和咸宁协同发展。2009年12月,东湖高新区成为第二个国家自主创新示范区。2010年3月,国家“十二五”确定武汉城市圈为重点发展区域,黄石经开区升级为湖北省继武汉经开区之后的第二个国家级经开区,继而武汉成为中部地区中心城市。2010年4月,武汉城市圈着力建设国家、省级示范区：东西湖区综合性示范区、东湖国家自主创新示范区、青山-阳逻-鄂州大循环示范区、梁子湖生态旅游示范区、大东湖“两型”社会示范区。2012年12月,湖北省印发主体功能区规划,加大优化开发区：武汉中心城区和“黄鄂黄”城镇组团（黄石、鄂州中心城区以及武黄经济发展走廊）,确定重点开发区：“孝汉应”、“仙潜天”和“咸赤嘉”3个城镇组团,以及（武）汉十（堰）发展轴、长江-沪汉蓉发展轴和京广-京珠发展轴沿线城镇,是支撑城市圈经济发展和人口集聚的主要载体。2014年9月“长江经济带”战略发展指导建议发布,强化武汉城市圈在长江中游城市群中的辐射带动功能。武汉城市圈9城市逐渐融为一体。① 常住人口,2005-2010年增加50.99万,2010-2014年增加62.81万;② GDP,2005-2010年增加5585.84亿元,2010-2014年增加7679.56亿元;③ 第一产业,2005-2010年增加440.31亿元,2010-2014年增加613.47亿元;④ 固定资产投资额,2005-2010年增加5069.23亿元,2010-2014年7386.56亿元。对比“中部崛起”、“两型社会”政策实施前后,武汉城市圈在国家政策的驱动下,经济发展,城镇化速度明显加快,对城镇建设用地的扩张作用明显。
（2）耕地。2000-2015年武汉城市圈内耕地面积呈持续下降趋势。武汉城市圈城乡一体化发展,城市化快速推进,致使城市迅速扩张,大量耕地转化为建设用地,造成优质耕地资源减少。生态退耕政策的影响,国家大力实行生态保护,绿色崛起,走可持续发展道路,退田还湖、水田改造为鱼塘。土地利用结构调整,耕地资源优化配置,耕地转化为果树地、葡萄地,优化经济产业,促进农村发展。2000-2005年耕地面积减少40 678.71 hm2,2005-2010年耕地面积减少49 665.18 hm2,2010-2015年耕地面积减少64 432.22 hm2。在政策导向驱动下加快城镇建设,城市不断扩张,耕地资源不断减少,2010-2015年耕地减少幅度明显大于2005-2010年耕地减少幅度,因此“中部崛起”和“两型社会”政策实施前后对武汉城市圈耕地利用的变化影响较大。
（3）水域。武汉城市圈水资源丰富,武汉、鄂州等市素有“百湖之市”、“百湖之乡”的美誉。2000-2015年武汉城市圈区域内水域（包含养殖水面和鱼塘）面积处于缓慢上升,但是每个5a期内增加的幅度不同。1998年长江大洪水之后,国家加强对于湖泊区域的保护,实行退田还湖等一系列的湖泊湿地保护政策。在“中部崛起”、“两型社会”国家政策的驱动下,武汉城市圈内加强实施生态体制建设、创建生态功能区、湿地保护区,2008年12月,武汉东湖国家湿地公园批准,2010年梁子湖生态环境保护规划发布。2012年湖北省出台主体功能区规划,其中包括“两带一区”建设：长江流域水土保持带、汉江流域水土保持带和江汉平原湖泊湿地生态区。2005-2010年水域面积增加606.59 hm2,2010-2015年水域面积增加1056.81 hm2,水域保护政策的驱动下,水域面积开始逐渐增大,国家政策逐步产生明显效果。
（4）林地、草地。2000-2015年武汉城市圈的林地、草地处于持续下降态势。2000-2005年、2005-2010年林地、草地减小的幅度平稳,2010-2015年武汉城市圈的林地、草地减小幅度比较大。2001年武汉城市圈确定为国家第二批退耕还林试点地区。国家明确提出建设环境友好型社会,加速推进退耕还林、荒山绿化、水土保持等生态工程建设,走绿色可持续道路。2013年,《退耕还林条例》执行。2014年新一轮全国性的退耕还林还草开始。林地草地转入量不断增加,国家政策效果初见成效,但是随着“中部崛起”、“两型社会”“长江经济带”等政策的出台,城市建设扩张,草地被占用,草地的减少的幅度有所增大。

6 结论

武汉城市圈是“中部崛起”和“长江经济带发展战略”的重点地区以及成为“两型社会”试验区。2000年以来,随着国家地方政策的不断出台以及城镇农村迅速发展,武汉城市圈土地利用类型随之改变。本文利用2000、2005、2010和2015年土地利用现状分类数据,对武汉城市圈土地利用变化进行研究,最后从政策驱动因素角度对土地利用时空变化进行分析。研究结果表明,武汉城市圈2000-2015年土地利用变化时空差异特性明显。
（1）2000-2015年武汉城市圈土地利用变化总的特点是：耕地面积不断大幅度减少,工矿、城乡、建设用地面积持续不断增加,水域面积稳步上升,林地、草地稳定下降,未利用地不断减少。
（2）2000-2015年武汉城市圈土地类型相互转化方向：耕地向水域转化和建设用地,林地向水域转化和建设用地,水域向建设用地和耕地转化,耕地、林地、水域向建设用地转化为主。2000-2005年主要以耕地向水域和建设用地,林地向耕地,水域到耕地和建设用地,未利用地到水域转化为主;2005-2010年主要以耕地向建设用地、水域,林地向建设用地,水域向耕地、建设用地转换为主。2010-2015年主要以耕地、林地、草地和水域向建设用地转化为主。
（3）综合土地利用动态度较大的区域主要分布在武汉城市圈的中部地区武汉市市辖区、武昌区、鄂州、黄石、仙桃等区域。耕地动态度最大的地区主要集中在武汉城市圈周边,包括武汉市市辖区、应城、罗田、浠水等区域;建设用地动态度最大的地区主要集中在武汉城市圈中部区域,包括黄陂区、红安、安陆、罗田、咸宁、崇阳等区域。水域利用动态度最大的区域集中在武汉城市圈的西南部地区仙桃市等区域。林地利用动态度最大的区域分布比较广泛,主要有潜江市、云梦县等区域。草地利用动态度最高的地区主要为英山县等区域。
（4）政策对武汉城市圈土地利用变化具有重大影响。这里主要指城镇化、“中部崛起”、“两型社会”试验区、“长江经济带发展战略”等政策的影响。

The authors have declared that no competing interests exist.

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李秀彬. 中国近20年来耕地面积的变化及其政策启示[J].自然资源学报,1999,14(4):329-333.利用国家、省、县三级行政单位的统计和普查数据，分析了我国近２０ 年来耕地面积变化的总体趋势、空间特征和驱动因子。揭示出：①减少的耕地主要是分布在东部地区质量较好的耕地，而增加的耕地主要是质量较差的边际土地； ②非农产业占地的多少对固定资产投资的增减仍十分敏感； ③城市化和乡镇企业的分散程度对土地的利用效率具有重要的影响。作者建议重新检讨现行的土地管理政策，提出了应尽快从行政区“耕地总量平衡”向“基本农田的有效保护”转移等政策措施

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[ Li X B.Change of arable land area in China during the past 20 years and its policy implications[J]. Journal of Natural Resources, 1999,14(4): 329-333. ]

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唐华俊,吴文斌,杨鹏,等.土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展[J].地理学报,2010,64(4):456-468.土地利用/土地覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要原因,LUCC模型研究始终是土地变化科学研究的重点。论文系统总结了近10年来国内外LUCC模型在理论、方法、实践应用等方面取得的新进展,指出了亟待解决的问题,并对今后的发展方向进行了展望。研究发现,①LUCC模型的功能和作用呈现多样化趋势,是了解、认识和解释土地利用系统的动态变化特征、过程和效应的有效工具,可以服务于土地利用管理和政策的制订。②模型的核心内容是研究LUCC时空变化格局,模型发展正经历从单一的非空间模型向非空间模型和空间模型融合的演进过程,但多数模型只重视空间变化机制研究,而对时间机制考虑不足。③反馈机制是LUCC系统的一个重要特征,现有模型在反馈机制方面的研究尚十分薄弱,研究不同时空尺度的反馈机制必将是未来LUCC模型的新焦点。④LUCC研究本质上是"人类—环境"关系研究,以往模型多为局部均衡分析模型,未来LUCC模型发展趋向应从系统观和整体观角度来综合考虑"人类—环境"相互作用机制,这也是LUCC模型的最高更次的科学难点问题。⑤多尺度、多层次的综合研究是LUCC模型的必然要求,模型空间尺度已经从早期的单一空间尺度转变到现今的多空间尺度,但尺度推移仍是模型研究中值得深入探讨的问题。⑥尽管LUCC模型验证方法趋于多元化,但目前还没有一个模型验证的统一标准和规范,参考数据的不足也大大限制了模型验证效果,如何对LUCC模型的可靠性和科学性进行合理验证始终是LUCC模型所面临的关键挑战之一。

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[ Tang H J, Wu W B, Yang P, et al.Recent progresses of land use and land cover change (LUCC) models[J]. Acta Geographica Sinica, 2009,64(4):456-468. ]

[21]
张成扬,赵智杰.近10年黄河三角洲土地利用/覆盖时空变化特征与驱动因素定量分析[J]. 北京大学学报:自然科学版,2015,51(1):151-158.通过解译2000,2004和2010年三期遥感影像,从结构变化、转移矩阵和土地利用程度3个方面分析研究黄河三角洲土地利用/覆盖变化时空特征。结果表明：10年间黄河三角洲总面积处于动态变化过程中,主要土地利用/覆盖类型由盐碱地转变为耕地,城镇用地与农村居民点用地增长迅速,土地利用程度不断增加。运用Logistic回归分析土地利用/覆盖变化与区域自然、社会经济驱动因素间的定量关系,同时探究区域规划对土地利用/覆盖变化的影响,以CLUE-S模型进行模拟验证。结果表明：海拔、坡度、至最近水库、城镇、河流、主要道路距离6个地理因素以及人口密度、地区生产总值（GDP）、财政收入、工业总产值4个社会经济因素是引起研究区土地利用/覆盖变化的主要驱动因素,区域规划以划定禁止开发的自然保护区的方式对土地利用/覆盖变化产生显著影响。

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[ Zhang C Y, Zhao Z J.Temporal and Spatial Change of Land Use/Cover and Quantitative Analysis on the Driving Forces in the Yellow River Delta[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2015,51(1):151-158. ]

[22]
刘永强,龙花楼.黄淮海平原农区土地利用转型及其动力机制[J].地理学报,2016,26(5):515-530.本文分析了黄淮海平原农区2000-2010年间土地利用转型的时空格局,在构建土地利用转型动力机制分析概念框架基础上,运用空间计量回归分析方法深入剖析了黄淮海平原农区5种主要土地利用类型转换的动力机制。黄淮海平原农区土地利用转型特征表现为:2000-2010年,耕地、未利用地和草地面积的减少伴随城乡建设用地、水域和林地面积的增加;2000-2005年变化幅度明显大于2005-2010年的变化幅度。分析结果表明:黄淮海平原农区5种主要土地利用类型转换是自然环境和社会经济多种因素共同作用的结果,其中交通和区位条件对这5种土地利用类型转换的影响最为显著,是导致土地利用转型的共性驱动因子。并指出:地方各级政府在制定有关土地利用政策时,既应充分考虑驱动各种土地利用转型的主要因子及其地域分异和社会经济发展规律,还需考虑各地类之间转换的适宜性及难易程度,因地制宜开展土地综合整治与利用,让土地利用转型与当地自然环境条件和区域经济社会发展阶段相适应,并使其发生在适宜的区域范围内。

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[ Liu Y Q, Long H L.Land use transitions and their dynamic mechanism: The case of the Huang-Huai-Hai Plain[J]. Journal of Geographical Sciences, 2016,26(5):515-530. ]

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姜大川,肖伟华,范晨媛,等.武汉城市圈水资源及水环境承载力分析[J].长江流域资源与环境,2016,5:761-768. ]水资源及水环境承载力是衡量区 域可持续发展的一项重要指标,对区域经济的发展规划具有重要的指导意义。以可承载的人口数量和GDP作为承载力的表征指标,分别运用单位GDP综合用水量 评判法和河流一维水质模型及湖库均匀混合模型计算武汉城市圈不同水平年的水资源及水环境承载力,并用承载度来评价水资源及水环境的承载状态。结果表 明:2012、2020和2030年武汉城市圈水资源承载力都处于合理承载状态,但是其水环境承载力处于轻度超载状态。可见,水环境承载力对武汉城市圈的 用水限制更为严格。随着社会经济的发展及污水处理技术的进步,水环境状况虽然会有所好转,但与水资源数量这一因素相比,水环境仍是制约武汉城市圈经济社会 发展的关键因素。

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[ Jiang D C, Xiao W H, Fan C Y, et al. Research on Water Resources and Water Environment Carrying Capacities of Wuhan City Circle[J]. Resources and Environment In The Yangtze Basin,2016,5:761-768. ]

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张雪. 基于碳排放的武汉城市圈农地城市流转效率评价研究[D].武汉:华中农业大学,2015.

[ Zhang X.Evaluation of the Rural-urban Land Conversion Efficiency based on the Carbon Emissions in Wuhan Metropolitan Area[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2015. ]

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柯新利,韩冰华,刘蓉霞,等.1990年以来武汉城市圈土地利用变化时空特征研究[J].水土保持研究, 2012,19(1):76-81.武汉城市圈是全国首批资源节约与环境友好型社会建设综合配套改革试验区之一,也是长江经济带发展战略和中部崛起战略的重点区域。科学认识武汉城市圈土地利用变化时空格局的历史特征,对区域土地利用政策的制定和实施具有重要的意义。对已有的土地利用分类编码方式进行改进,结合土地利用动态度模型,对武汉城市圈1990年、1995年、2000年和2005年4期土地利用数据进行分析,形成对武汉城市圈1990年以来土地利用变化的基本规律、阶段性趋势和空间差异的科学认识。结果表明:1990年以来,武汉城市圈耕地、林地和草地大面积减少,水域和建设用地面积有较大幅度的增加。在不同的发展阶段,武汉城市圈土地利用变化呈现出不同的规律:1990—1995年武汉城市圈的土地利用变化以耕地减少为主要特征;1995—2000年武汉城市圈土地利用变化以耕地和水域的相互转换为主要特征;2000—2005年武汉城市圈土地利用变化以耕地向水域和建设用地转换为主要特征。武汉城市圈土地利用变化表现出明显的空间差异性:土地利用动态度最大的区域集中在武汉市及其周边县域;从单一土地利用类型看,耕地、林地、建设用地动态度最大的区域也主要集中在武汉市及其周边县域,而水域动态度最大的区域集中在仙桃市和潜江市。

[ Ke X L, Han B H, Liu R X, et al.Study on spatial-temporal characteristics of land use change in Wuhan Metropolitan Area since 1990[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012,19(1):76-81. ]

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朱会义,李秀彬.关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论[J].地理学报,2003,58(5):643-650.lt;p>近几年来，各类指数模型方法被广泛应用于我国土地利用变化研究中，并在区域土地利用变化规律总结上发挥了重要作用。这些指数方法包括变化率、土地利用程度综合指数、转移矩阵、流向百分比、动态度、相对变化率、邻接度、多度、重要度、景观指数等。但有关文献对这些指数的表述与计算中，还存在一些明显的混乱与误用。文章通过分析国内相关文献中所涉及的各类指数方法，将其按资源变化的分析、变化方向分析、变化的空间形式分析等目的取向加以归类，然后在此类型框架下，详细阐述了各种指数方法的概念、计算方法、意义、存在的问题，并提出应用建议。</p>

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[ Zhu H Y, LI X B.Discussion on the Index Method of Regional Land Use Change[J]. Acta geographica sinica, 2003,58(5):643-650. ]

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李传哲,于福亮,刘佳.分水后黑河干流中游地区景观动态变化及驱动力[J].生态学报, 2009,29(11):5832-5842. 综合利用GIS、RS技术和景观生态学方法,分析了黑河干流中游地区1985～2005年,尤其是黑河干 流水量统一调度实施后(即2000年以后)的景观动态变化及驱动机制.结果表明:(1)研究区景观发生了较大变化,1985～2000年,耕地、林地、城 乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、水域、未利用土地不断减少;2000～2005年耕地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、林地、水域、未利用土地不断 减少.(2)在类型水平上,分水后,耕地和城乡工矿居民用地呈连片趋势发展,破碎度降低,形状更为规则,空间连接性增强;林地、草地、水域和未利用土地破 碎度增加,分布更为分散,连通性和优势度降低.(3)在景观水平上,分水后,研究区景观多样性水平提高,异质性在增加,破碎化程度越来越大,景观中斑块空 间连接性下降,优势度在减少,斑块类型在景观中趋于均匀分布,土地利用向着多样化和均匀化方向发展.(4)研究区景观变化的驱动力主要包括人口增长、经济 社会发展,2000年以后,可利用水量的约束直接影响着研究区的景观变化.

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[ Li C Z, Yu F L, Liu J. Dynamic change of landscape and its driving forces in midstream of Heihe mainstream basin after water redistribution[J]. Acta Ecol Sinica, 2009,29(11):5832-5842. ]

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徐新良,庞志国,于信芳.土地利用/覆被变化时空信息分析方法及应用[M].北京:科学技术文献出版社,2014

[ Xu X L, Pang Z G, Yu X F. Spatial-Temporal Pattern Analysis of Land Use/Cover Change: Methods & Applications[M]. Beijing: Scientific and Technical Documentation Press,2014 ]

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马才学,孟芬,赵利利.1990-2005年武汉市土地利用时空变化及其政策驱动因素分析[J].水土保持研究,2015(2):117-122.基于湖北省武汉市1990,1995,2000,2005年四个时相的土地利用数据,利用ArcGIS的空间分析方法和技术,获取土地利用转移矩阵、土地利用面积变化图及土地利用分布中心研究武汉市土地利用的时空变化特征,并从政策层面分析1990—2005年政策因素对武汉市土地利用变化的驱动影响。结果表明在1990—2005年：1）武汉市土地利用变化以耕地、城市建设用地、水域的变化及它们之间的相互转换为主,其中耕地面积持续下降,建设用地面积持续扩张,水域面积缓慢增加;2）武汉市林地、耕地和水域的空间分布中心均有向北迁移的趋势,建设用地中心有向西南迁移的趋势,而草地中心则有向东迁移的趋势;3）耕地保护、退耕还林和中部崛起等相关政策对武汉市土地利用时空变化存在着影响。

[ Ma C X, Meng F, Zhao L L.Analysis on Spatiotemporal Change of Land Use and Its Policy-Driven Factor in Wuhan City from 1990 to 2005[J]. Research Soil and Water Conservation, 2015,2:117-122. ]

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史利江,王圣云,姚晓军,等.1994-2006年上海市土地利用时空变化特征及驱动力分析[J].长江流域资源与环境,2012,21(12):1468-1479.快速发展的都市地区是区域土地利用变化研究热点。基于上海市1994、2000、2003和2006年4期航空遥感影像资料数据,运用人机交互目视解译方法建立上海土地利用空间数据库,并结合GIS空间分析、数理统计方法与土地利用动态度模型,对上海市1994～2006年土地利用时空变化特征进行了深入分析。结果表明:12a间,上海市综合土地利用动态度为2.07%;在各种用地变化中,耕地面积变化最大,共减少了94 007.72hm2,减幅达23.3%;从耕地转移来看,转变为城镇建设用地(包括工业仓储用地、交通用地、城镇居民点用地和其他用地)面积共74 825.86hm2,占耕地面积总流出量的67.12%;可见城镇建设用地急剧扩张而大量占用耕地,是上海市土地利用变化的主要特征;上海市土地利用变化的另一个重要特征是城市绿地的大幅增加,12a间城市绿地面积共增加了9 292.41hm2,单一动态度为18.76%。从上海土地利用变化的区域特征来看,各区的综合土地利用动态度差异明显,且表现出明显的中心城区-近郊-远郊递减趋势,其中浦东新区综合土地利用动态度最大,崇明县最小,这种差异与各区(县)的区位条件、经济发展状况以及政策等因素密切相关。通过对上海LUCC的驱动力定性定量分析表明,社会经济因素包括人口分布及变化、经济增长、人民生活水平的提高、政策以及国际大型活动的举办均对上海土地利用格局及其变化产生了重要的影响。

[ Shi L J, Wang S Y, Yao X J, et al.Spatial and temporal variation characteristics of land use and its driving force in shanghai city from 1994 to 2006[J]. Resources and Environment in Yangtze Basin, 2012,21(12):1468-1479. ]

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牛文会. 武汉城市圈土地集约利用评价研究[D].武汉:华中师范大学,2011.

[ Niu W H.Study on the Evaluation of Land Intensive Utilization of Wuhan city circle[D]. Wuhan: Huazhong Normal University, 2011. ]

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向云,苏华,余斌,等.武汉城市圈城乡一体化水平综合评价研究[J].华中师范大学学报(自然科学版),2010,44(3):497-502.在系统解析城乡一体化内涵的基础上，根据武汉城市圈城乡经济、社会发展特点，从规划建设、经济发展、社会服务、生活环境一体化4个方面，选取29个具体指标，构建城乡一体化综合评价体系；运用SPSS的Factor过程，对武汉城市圈进行了评估．研究结果表明：武汉城市圈城乡一体化发展水平与城市综合发展实力基本一致，武汉市的综合优势及其突出地位显著区别于其他城市，周边8市则在城乡一体化的不同方面各具特色．推进武汉城市圈城乡一体化首先应立足于发挥各自优势，克服城乡二元体制，统筹城乡发展．

[ Xiang Y, Su H, Yu B, et al.Yu Bin Synthesized evaluation on urban-rural integration level in Wuhan metropolitan region[J]. Journal of Huazhong Normal University (Natural Sciences), 2010,44(3):497-502. ]

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