（自然地理学专业论文）城市边缘区土地用途转换及预测——以济南市为例.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着城市化、工业化的发展，人口与土地资源分布越来越不平衡， 城市边缘区作为城市地域结构中的一个重要组成部分，是乡村环境向城 市环境转化的过渡地带，土地用途转换频繁，由此而引发的土地利用冲 突及人地矛盾也会更为尖锐。在这种新形势下，进行城市边缘区土地用 途转换研究具有重大的现实意义。 本论文以“济南市土地利用总体规划修编”为依托，在调查城市边 缘区土地资源及管理状况的基础上，综合运用了理论研究、经验研究和 个案研究三种研究方法，借助遥感和地理信息系统、引入景观生态学的 原理、技术和方法，总结和评述了城市边缘区土地用途转换的有关理论 和方法，从时间和空间上进行定性一定量一定位的层层递进的深入研 究，构建了城市边缘区土地用途转换模型，并在此基础上，以济南市为 例分析土地用途转换的过程、特征和驱动机制，之后进行数据挖掘，用 元胞自动机( c a ) 预测将来的土地用途转换。全文研究主要包括以下 几个方面： 前言部分，阐述了论文写作的意义和目的，对国内外相关研究理论、 实践进展进行简要归纳，并提出了研究的基本思路和论文写作框架。 第二部分，从城市边缘区土地用途转换的相关概念、边界界定出发， 对城市边缘区土地用途转换的理论依据、模型和技术方法、技术路线与 关键技术三个方面展开阐述，为研究提供理论基础和实施依据，构建出 城市边缘区土地用途转换研究的通用模型。 模型的构建过程中，采用最适合的土地分类系统，引入景观生态学 中的景观指数和马尔柯夫矩阵，借助g i s 、f r a g s t a t s 等专业软件，从方 法、技术上进行了创新和应用。 第三部分，将第二部分构建的土地用途转换模型应用于济南城市边 缘区进行实证研究。分别从前期准备工作、济南城市边缘区土地利用基 本状况和土地用途的时空转换分析三方面入手，从时间和空问上进行定 性一定量一定位的逐层深入，得出济南城市边缘区土地用途转换丰要有 p q 种类型，具有建设用地向外扩散现象明显、用途转换的反复性以及三 山东师范大学硕士学位论文 级小类问土地用途转换显著等特征。 第四部分进行动因机制分析。首先对济南城市边缘区土地用途转换 从微观经济和宏观经济两个方面进行定性分析，之后借助g i s 软件、 e x c e l 与s p s s 定量化分析三大类土地用途转换的驱动因子，并就其驱动 机理分别进行阐述。 第五部分基于最新的数据挖掘方法元胞自动机( c a ) ，提取新 的状态转换规则，对济南城市边缘区土地用途转换趋势进行预测。我们 以g i s 工具m a p n f o 系统为平台建立空间与属性数据库，采用m a p b a s i c 、 v f p 等对本论文提出的空间数据挖掘方法和空间数据预处理编制程序， 建立了一个试验性的城市空间数据挖掘系统，预测济南城市边缘区土地 用途转换的趋势。 最后，简要总结了论文的主要结论和今后有待于进一步改进的方面 及对未来研究的一些相关展望。 关键字：城市边缘区、土地用途转换、预测、济南 分类号：u 4 1 2 1 4 山东师范大学硕士学位论文 as t u d yo f t h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ea n dp r e d i c t i o n 一ac a s eo f j i n a nc i t 、，s h a n d o n gp r o v i n c e a b s t r a c t t h eu r b a nf r i n g ei st h et r a n s i t i o nr e g i o nf r o mt o w nt oc o u n t r y , a n di ti st h ea r e a w h e r eu r b a n i z a t i o ni sm o s td i r e c ta n dm o s ts e n s i t i v e ，l a n du s ec o n v e y sf r e q u e n t l y a l o n g w i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to f o u ru r b a na n di n d u s t r y , t h ee f f e c ta n dt h ea c t i o nb e t w e e n t o w na n dc o u n t r yh a v eb e e ng r a d u a l l ys t r o n g t h e r e f o r et h ep r o b l e ma n dt h e c o n t r a d i c t i o n s ，w h i c ha r es t i r r e da n de x p o s e di nt h ed e v e l o p m e n ta n dc o n s t r u c t i o no f t h e u r b a nf r i n g e s ，a r ev e r yo u t s t a n d i n g t h u st h er e s e a r c ho nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g ei si m p e r a t i v en o w a d a y s t h ep a p e ri sb a s e do nt h ep r o j e c to f t h en e wl a n dl a y o u t b ym e a n so f r e m o t es e n s e ， g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，a f t e rr e c e i v i n gm u c ha c t u a l i t yi n f o r m a t i o na n d c o m b i n i n gt h e o r e t i c a ls t u d y , e m p i r i c a ls t u d ya n d c a s es t u d y , i m p o r t i n ge c o l o g i c a lt h e o r y , t e c h n i q u ea n dm e a n s ，w es u m m a r i z e dt h et h e o r i e sa n d t h em e a n so f t h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ea n dr e s e a r c h e di tf r o mq u a l i t yt oq u a n t i t y , t ol o c a l i t yi no r d e r t oc o n c e i v et h ef o r m e ro nt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e t h e nb yc i t i n g j i n a nc i t ya sc a s es t u d y , i tt r i e st oa n a l y z et h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i co nt h el a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e ，a n dr e v e a lt h ep r o c e s s ，t h em e c h a n i s ma n dt h ei n t e r n a lr u l eo nt h el a n d u s ec h a n g eo ft h eu r b a nf r i n g e t b l l o w i n gt h es t u d ya b o v e ，w eu s es p a t i a ld a t am i n i n gt o f o r e c a s tm a ds i m u l a t el a n du s es t r u c t u r et a k i n gj i n a na sa ne x a m p l e f u l lt e x tc h i e f l yi n c l u d e ss e v e r a la s p e c t sa sf o l l o w s ： a tf i r s tp a r t ，t h em e a n i n ga n dt h ep u r p o s eo f t h e s i sa r ef i r s t l ym a d ec l e a r , a n dt h e n b r i e f l yr e v i e wa n ds l i mu pt h ep r e s e n ts t u d yt h e o r ya n dp r a c t i c ea th o m e a n da b r o a d a n d t h es t u d yt h o u g h ta n dt h e s i ss t r u c t u r ef r a m eo ff u l lt e x t a ts e c o n dp a r t ：d i s c u s s e sr e l a t i o n a lt h e o r i e sa n dm e t h o d so nt h ec o n v e r s i o no fl a n d u s eo f t h eu r b a nf r i n g e f r o mt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e st h e o r y , s t u d yt h o u g h ta n dt e c h n o l o g y r o u t et h r e ea s p e c t st os p r e a do u t ，p r o v i d i n gt h e o r y f o u n d a t i o na n dt h ei m p l e m e n t a t i o nb a s i sf o rf u l lt e x ts t u d y t h e nb u i l dt h ef r a m eo ft h e l a n du s ec o n v e r s i o n i nt h ec o u r s eo f b n i l d i n gt h ef r a m e ，i m p o r t i n gl a n d s c a p ee c o l o g y si n d e xa n d m a r k o f f p r i n c i p l e ，w eu s et h em o s ta p p r o p r i a t el a n d u s et y p e ss y s t e mt oi n n o v a t ef r o m 山东师范大学硕士学位论文 m e a n sa n dt e c h n i q u eb ys p e c i a ls o f t w a r es u c ha sg i s ，f r a g s t a t s ，e t c t h et h i r dp a r tt a k e s j i n a na sa ne x a m p l et oa n a l y z eo nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g e a f t e ra n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n ta n dc o n v e r tp r o c e s so f t h eu r b a nf r i n g e ， t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt h ec h a r a c t e r so nt h ec o n v e r s i o no fl a n du s eo f t h eu r b a n f r i n g e i nj i n a n ，w er e s e a r c h e di tf r o mq u a l i t yt oq u a n t i t y , t ol o c a l i t ya n df i n df o u rt y p e so nt h e c o n v e r s i o no fl a n du s eo ft h eu r b a nf r i n g ea n dt h r e ec h a r a c t e r s t h e4 t hp a r ts t u d i e st h em a i nd r i v i n gf a c t o r so nt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h e u r b a nf r i n g ei n j i n a nd e e p l ya n df u l l y w ea n a l y z eq u a l i t a t i v e l yf r o mm i c r o e c o n o m i c s a n dm a c r o e c o n o m i c s t h e nw ea n a l y z eq u a n t i t a t i v e l yt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sb y g i s ，e x c e la n ds p s s t h e nr e s p e c t i v e l ye x p a t i a t eo nd r i v i n gm e c h a n i s mo ft h et h r e e l a n d - u s et y p e s t h e5 t hp a r tf o r e c a s tt h ec o n v e r s i o no f l a n du s eo f t h eu r b a nf r i n g ei n2 0 1 0i n j i n a n b a s e do nc a t h i sp a r ti n i t i a l l ye s t a b l i s h e su s m d s b yw o r k i n go u tt h ep r o c e d u r e so f m i m n gc o m p u t a t i o na n di n t e g r a t i n gg i sp l a t f o r ma n do t h e rd a t aa n a l y s i s $ o f l 、, v a r e f i n a l l y , a u t h o rb r i e f l ys u m su pt h em a j o rc o n c l u s i o n so f t h i st h e s i s ，g i v e ss o m e a d v i s ea n da s s u l t l ej nf u t u r e k e yw o r d s ：t h eu r b a nf r i n g e ，t h ec o n v e r s i o no f l a n du s e ， f o r e c a s tf o rt h ec h a n g e t r e n d ，j i n a nc i t y c l a s s i f i c a t i o n ：u 4 1 2 1 4 4 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声 明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：敷；酲 导师签字 学位论文版权使用授权书 致以百 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂 垄奠可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：袅本盖 导师签字 数涔百 签字日期：2 0 0 年斗月j 口曰签字日期：2 0 0年月 日 山东师范大学硕士学位论文 1 前言 土地是人类社会赖以生存和发展的基本资源，是人类社会一切活动( 包括生产 经营活动) 的载体，它是人类进行农业生产最基本的生产资料，也是工业、交通和 城镇建设不可缺少的物质基础。然而，土地作为一种大自然赋予的资源又是非常有 限的。由于土地具有空间位置的不可移动性和使用的排他性，所以客观上存在着如 何在各个生产领域分配土地的问题，即如何合理利用和优化配置有限的土地资源 。无论是追溯到古文明衰落的轨迹，还是展望人类未来生存空间的危机，无不与 土地资源的利用方式和结构变化相关阻1 。 1 1 研究目的与意义 广义上土地利用包含土地的开发、利用、治理和保护等综合内容，涉及到自然、 经济、社会和技术等多种因素。国民经济各部门的生产建设都要落实到土地上，土 地利用的广度、深度和合理程度，是生产规模、水平和特点的集中反映。随着遥感 ( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 和全球定位系统( g p s ) “3 s ”技术的发展，为土地 利用覆被变化的研究提供多尺度的信息源，促进了土地利用覆被变化的研究。 随着经济和人口的日益增长，要求不断提高土地资源的集约化利用程度和加大 土地资源的开发程度；随着城市化和工业化的发展，人口与土地资源分布越来越不 平衡；随着人类开发和利用自然的深度与广度不断拓展，人类对土地的利用必然会 在不同方面对其产生影响。我国的土地利用土地覆被变化将更趋剧烈，由此而引 发的土地利用冲突及人地矛盾也会更为尖锐 3 1 0 土地用途转换作为土地利用变化研 究的一个主要方面，具有重大的现实意义，同时也受到越来越多人的重视。 近半个世纪以来，随着城市郊区化、产业分散化以及乡村城市化的迅猛发展， 在全世界范围内出现了一个明显的、具有划时代意义的特征，即城市与乡村的功能 在一定地域范围内相互交错，两者之间的界限变得越来越模糊，城市与乡村之间那 种截然的分界线已经消失，取而代之的是一个城乡要素逐渐过渡，相互作用、相互 渗透，性质既不同于典型的城市，又不同于典型农村的中间地带，从其特征、结构 及功能看，它实质上是在传统的城市与乡村地域之间形成的一个新的独立地域实体 h 1 ，即城市边缘区。它是任何国家在城市化进程中都会出现的、变化最大、最敏感 的地域实体。 城市边缘区是目前我国研究的热点区域之一，在从城市向农村过渡时，人n 数 量和质量、经济状况、供需关系、物质能量交换水平、生活水准、社会心理等因素， 都表现出时空的变化，具有十分迅速和不稳定的特征。城市边缘区作为城市和农村 的交接地带，受人为因素和自然因素的双重干扰( 尤其是人对自然作用i 分强烈) ， 山东师范大学硕士学位论文 土地用途转换十分频繁。现代大城市，在其自身的演化过程中，将大量多元化的土 地利用需求都赋加在城市边缘区”1 ，由此引发的土地利用冲突及人地矛盾也会更为 尖锐。因此，进一步查明其土地用途转换规律、驱动机制，对改善生态环境、促进 社会繁荣具有十分重要的意义。 济南市作为中国东部沿海经济大省山东省省会，首先是全国副省级城市和 特大城市之一，是全省的政治、经济和科技、教育、文化中心，经济发展速度较快， 城市用地变化显著。而“城市边缘区是城市地域结构中的一个重要组成部分，是城 市环境向乡村环境转化的过渡地带，是城乡建设中最复杂、最富变化的地区”( 崔 功豪) ，处于不断调整的过程中，其中，土地用途转换是经济发展、城市扩展的必 然结果，也是土地利用现代化过程的重要方面。在利用济南市土地利用数据的基础 上，研究城市边缘区不同用途土地的相互转换过程，探讨其转换规律，研究土地用 途的转换机制和驱动力，并建立模型进行动态预测，可提高土地利用的社会、经济 和生态效益，建立良性循环的生态系统和经济系统，促进国民经济持续、快速和健 康的发展。为区域土地持续利用提供了有价值的科学依据，对加强城市土地科学管 理具有重要意义。 1 2 国内外研究现状与进展 对土地用途转换的研究，多是土地利用土地覆盖变化( l u c c ) 的研究， 其历史可以追溯到上百年 ，各国从生产经营活动的需要出发，进行有关土地 利用类型以及植被覆盖类型的调查、分类及制图等，对于土地利用土地覆盖 的现状进行较为全面的认识，其成果是各种各样的土地利用类型图、植被覆盖 类型图等，对各国的经济建设、资源开发等起到了很大的促进作用。随着科学 技术的发展，进行这些工作的技术手段得到了很大的发展，如随着计算科学的 发展，遥感技术与g i s 技术的日新月异，对l u c c 的调查与制图工作起到极大 的推动作用，特别是遥感可以在大范围、短时间获得高精度的成果以及时间序 列数据，面且节省人力物力，对研究l u c c 起到极大的推动作用，也为全球变 化注入了新的活力。 1 2 1 国际相关研究 国外在l u c c 方面的研究起步较早，早在1 9 3 1 年，w e b b 在对美国大平原农 业社会的研魈申，词沩当地土地村用类型是由当地于旱程度决定的“1 。这是最早 对l u c c 过程与机理从经济角度进行的探讨，但没有考虑其他人类因素的作用。 到了2 0 世纪7 0 年代，全球变化研究的兴起以及遥感技术的发展，将l u c c 研究 推进到一个新阶段。 1 9 4 9 年国际地理联合会专门成立了世界土地利用调查专业委员会，推进全世 界各国1 ：1 0 0 万土地利用图的编制，以查清各国土地资源，研究土地利用问题。 山东师范大学硕士学位论文 英国、美国、日本、欧洲大陆各国部先后开展了大规模的土地利用调查研究，并相 继进行了国土整治与开发、土地规划等理论研究和实践工作。这为现代各国进一步 进行十地利用研究打下了坚实的基础，提供了有益的借鉴。 2 0 世纪9 0 年代以前，人们在土地利用研究的过程中，已经认识到土地利用是 一个动态过程一一随着社会经济和科学技术的发展，土地利用方式、结构和水平都 在不断变化。 国际科联、国际社科联等国际组织相继提出了较大的全球合作研究计划，例如 i g b p ( 国际地圈与生物圈计划) 、h d p ( 人类发展项日) 、w c r p ( 世界气候研究计划) 、 d i v e r s i t a s 等。在这些计划执行的过程中，研究者发现，土地利用及土地覆盖变 化必须首先搞清，于是形成了i g b p 与h d p 的一个新交叉计划( l u c c ) ，着重开展 全球土地利用和土地覆盖变化及其影响的研究。目前，土地利用研究成为地理学的 一个新研究热点。 2 0 世纪9 0 年代以来，随着遥感与g i s 技术的应用，成为土地利用与土地覆盖 的重要信息源，使l u c c 研究更注重其动态模拟和空间格局变化。由于认识到土 地利用土地覆盖变化在全球变化与可持续发展研究中的重要地位，也认识到全球 变化与可持续发展研究涉及到自然与人文的诸多领域，需要加强自然科学与社会科 学的合作，而土地利用土地覆盖变化过程中自然与人文过程联系最为紧密。因而， 作为一个研究切入点，许多全球变化的研究者都将l u c c 作为研究内容，对人类 在全球变化中所起的作用进行研究。1 9 9 0 年由n r c 的全球变化委员会最早提出了 一个全球性的土地利用土地覆盖变化框架，国际上有关土地利用变化的研究正式 始于1 9 9 2 年联合国制定的“2 1 世纪议程”。o ”但是各国根据自己的情况开展的与土 地利用变化有关的研究活动比较早。1 9 世纪中期，g e o r g e p e r k i n dn a r s h 就人类 活动对地表的改变进行了讨论。v l v e m a d s k y 就人类活动对地球上主要的生物一一 地理一一化学循环进行了分析研究。自1 9 9 0 年起，隶属于国际科学联合会( i c s u ) 的i g b p 和隶属于国际社会科学联合会( i s s c ) 的i h d p 积极筹划全球性综合研究 汁划，于1 9 9 5 年共同拟定并发表了土地利用土地覆盖变化科学研究计划，将 其列为核心研究计划。国际系统应用研究所于1 9 9 5 年启动了为期三年的“欧洲和 北亚土地利用土地覆盖变化模拟”的项目，旨在分析1 9 0 0 年到1 9 9 0 年该区域的 土地利用土地覆盖变化的趋势，为制定相关对策服务。目前更多的国际组织和国 家启动了各自的土地利用变换研究项目，取得了一系列成果，并由于研究目的、手 段以及区域等方面的差异，逐渐形成了不同的研究流派，基本上可以分为北美流派、 欧洲流派、和日本流派三种，他们分别从宏观模型、福利分析和数量模拟入手对 l u c c 进行研究旧】。总的来说，国外l u c c 研究主要集中在几个关键性领域： 地利用的动力机制、土地覆盖变化、l u c c 的区域与全球模拟以及遥感技术在l u c c 研究中的应用等t o l o 表l 列出了国外城市土地利用理论的研究进展。 城市边缘区作为城市和乡村的社会、经济等要素激烈转换的地带，具有明显的 区位优势，是土地用途转换的先驱。对城市边缘区研究的起源可以追溯到1 9 世纪 山东师范大学硕士学位论文 末城市地理学对城市形态的研究。1 9 3 6 年德国地理学家哈伯特路易从城市形态 学的角度研究了柏林的城市地域结构，首次提出城市边缘区这一概念。近十多年， 国外对城市边缘区研究的领域在不断扩展；城市发展与城市建设周期的关系、城市 边缘区的空间结构特征及演变机制、城市边缘区与城市建城区的界线、城市边缘区 的土地利用变化、土地市场、环境建设、住宅地开发等，这些研究对城市边缘区的 发展规划和管理提供了可靠的依据。 表1国外城市土地利用理论研究进展表 资料来源：罗志军，城市边缘区土地利用研究一一以武汉市为例，指导教师谭传风，华中师范大学硕士 论文，2 0 0 3 1 2 2 国内研究现状 根据国务院 1 9 8 4 1 7 0 号文要求，全国各地于2 0 世纪8 0 年代相继展开第一轮土 地利用现状调查工作，9 0 年代末完成。目前在我国经济发达地区，正在迸行第二 轮土地利用现状调查，即土地利用现状更新调查。 近年来，随着人类活动对土地的开发利用逐渐增强，我国的土地利用覆盖发生 了巨大的变化，这为开展l u c c 研究提供了现实基础，但以前的研究主要侧重于 土地资源调查、分区、规划、评价及开发管理研究。如为了满足国家和各级政府对 于土地资源时空信息的迫切需求，“八五”期间，中国科学院启动并完成了“国家 接源环境遥感宏观调查与动态研究”项目，实珊孑全国范茸的粪源环境遥感调奁并 建立了相应的技术系统【i “。此后，国家科技部在“九五”期间设立了题为“国家级 基本资源与环境遥感动态信息服务体系的建立”的科技攻关课题，由中国科学院资 源环境科学与技术局主持，农业部、林业局、气象局、测绘局等下属科研单位参加， 依靠遥感和地理信息系统技术，在全国范围内建成了2 0 世纪9 0 年代中期l ：1 0 h 比例尺七地利用数据库，并于2 0 0 0 年实现了全面更新“。中国科学院在国家“九 山东师范大学硕士学位论文 五”攻关成果的基础上又先后于1 9 9 9 年和2 0 0 0 年启动了知识创新工程重大项目“遥 感时空信息分析与数字地球相关理论技术预研究”和知识创新重大方向性项目“国 家资源环境数据库集成与数据共享”。在利用遥感与地理信息系统技术监测土地利 用与土地覆盖方面，以刘纪远为首席科学家的研究小组，长期从事土地利用与土地 覆盖的研究工作。成功地利用遥感和地理信息系统技术建成了我国2 0 世纪8 0 年代 末期至9 0 年代末期的土地利用动态信息系统并开展了相应的研究。 国内不同专业的科学家对土地利用土地覆盖变化进行了不同方面的研究。概 括起来主要包括以下几个方面： ( 1 ) l u c c 的驱动力研究 l u c c 驱动力研究的目的在于揭示l u c c 的原因、内部机制、基本过程、预测 未来变化方向和后果，并制定相关的政策 1 33 也被称为l u c c 机制研究 1 4 o 研究 l u c c 机制，不仅要确定驱动因子，还要分析各驱动因子之间以及它们与l u c c 之间的相互关系，度量各驱动因子对l u c c 作用等程度 1 5 o 张明 1 6 1 史培军7 1 、 顾朝林1 8 1 、张惠远m 1 、陈百明、李平啪1 等都作过这方面的研究。 ( 2 ) l u c c 的遥感动态监测 l u c c 研究需要有多时段、动态的遥感图像资料。但图像资料中存在大量的干 扰因素，如图像失真、大气状况差异、几何偏差等，所以在对l u c c 进行动态监 测的过程中，首先需要对图像进行几何纠正和辐射纠正，然后通过变化探测、识别 变化类型并进行变化制图”1 。目前我国学者提出了多种遥感动态监测的方法，并应 用于不同区域。如王良建等“”基于遥感与g i s 对苍梧县土地利用变化进行了动态 监测与预测。 ( 3 ) 区域和全球的l u c c 模型研究 l u c c 模型是深入了解土地利用覆盖变化复杂性的重要手段，其目的和作用 可概括为：对土地利用和覆盖变化情况进行描述、解释、预测和制定对策阻副。国 内对l u c c 模型的研究，主要限于区域l u c c 的驱动力模型分析方面1 7 o 这种局 限性主要是由驱动因子数据采集困难造成的，而且建立全球l u c c 模型必须以大 量的区域模型为基础。我国在l u c c 模型方面的研究主要有：陈佑启【2 卅和王良健 等建立的回归模型；史培军【i7 】等建立的马尔柯夫模型和基于c a 的随机约束模型。 另外，中国农业科学院资源区划所与荷兰瓦赫宁根农业大学合作建立的中国土地利 用变化及其影响模型( c l u e c h ) ，属于一种动态的土地利用时空变化模拟模型， 将模型分为统计分析模块、人k i 模块、需求模块和空间布局模块 2 43 可以说是在 l u c c 研究领域的一项有益探索。 ( 4 ) l u c c 的环境影响研究 土地覆盖状况不同，对气候、水文地质、生物地球化学循环的作用机制也不同。 士地覆盖变化是全球变化的重要内容，在很大程度上影响了全球环境。人类活动通 过改变土地覆盖改变了周围的环境，进而造成了全球环境变化。我国目前对环境影 响的研究手要集中在气候方面u ”，其他方面涉及很少。 山东师范大学硕士学位论文 在我国，对城市边缘区的研究尚处于起步阶段，但随着改革开放，城市化的快 速发展城市边缘区作为城市化的前沿，对它的研究已经引起了越来越多人的关注， 1 9 9 3 年顾朝林首先用“城市边缘区”定义这一一地带1 1 8 之后，人们对这一地带 的认识不断深化，所涉及的领域也越来越广，其中对边缘区的界定、特征口儿1 2 6 1 、 以及存在的问题柳 2 8 3 对策等领域研究较多，有些还与先进技术进行了很好的结 合2 钔。 1 3 论文组织 本文在调查城市边缘区土地资源及管理状况的基础上，综合运用了理论研究 ( t h e o r e t i c a ls t u d y ) 、经验研究( e m p i r i c a ls t u d y ) 和个案研究( c a s es t u d y ) 三种研究方法，总结和评述了城市边缘区土地用途转换的有关理论和方法，结合遥 感手段分析了济南市城市边缘区土地用途转换的过程、机制和内在规律，并据此对 今后土地用途转换进行了预测。全文的总体框架如下图所示。 提出问题 背景分析 理论与方法 实汪研究 预测 解决问题 刚舌 土地用途转换、城市边缘区概述 城市边缘区土地用途转换研究的理论与方法 济南市城市边缘区土地用途转换分析 济南市城市边缘区土地用途转换驱动力分析 城市边缘区土地用途转换预测 结论与建议 图l全文总体框架图 2 城市边缘区土地用途转换过程基本原理 本部分我们从理论上和技术上来分析城市边缘区的土地用途转换，首先阐明研 究中的相关概念。 菇哥碍婶冈卜藩珊垮擗潜渖淌潼二譬辫对哥泮宴 山东师范大学硕士学位论文 2 1 城市边缘区土地用途转换的相关概念 2 。1 1 土地用途转换 土地用途转换是指由于土地位置的空间稳定性，使人们在利用土地资源的过程 中，将一种用途改变为另一种用途或几种用途，或是将几种用途合并为一种用途， 从而导致土地利用结构发生变化的现象。 对区域土地用途转换的数量、结构及景观特性等方面的总量分析，有助于从总 体上把握区域土地利用动态演变的趋势与特点。但土地利用的显著特点之一是其空 间区位的固定性与独特性，因而只有对区域土地用途转换进行定量化、定位化的空 间分析，才能更为深入和准确地认识区域土地利用的动态演变过程。譬如，在某一 变化时期内，同时发生了以下两种土地用途转换：一是农用地被征用为城市建设用 地，如征用土地用于住宅建设，或建设成为广场绿地，使城市土地的面积发生变化， 出现绝对增加；二是在内部结构中，由于发展或规划的需要，一种用途的土地变为 其他用途的土地，如城市发展，进行旧城改造，将原来的住宅用地改用为，“场绿地 和交通用地，再如为了改善城市环境，提高城市土地利用率，工业用地采用置换方 式变为住宅、商业等用地，出现城市土地总量不变，而用途却发生了变化，在土地 统计时，不同帐户之间出现收入和支出的变化，但在总量分析中被相互对冲掉了， 反映不出来，只能通过定量化、定位化的空间分析才能予以揭示 3 0 o 这两种情况 在城市边缘区用地中均会频繁发生。为了研究这种变化的规律，寻找隐含其变化过 程中的知识和规律，需要对城市边缘区土地利用的空间动态变化，即土地用途转换 进行定性一定量一定位的逐层深入的研究。 2 1 2 城市边缘区的基本概念及特征 边缘区是相邻系统边缘的会合地带，相邻的不同性质的系统互相作用形成了独 具特点的交接带，又称交界带、界面。城市边缘区是其中一类比较特殊的边缘区。 2 1 2 1 城市边缘区 学术界关于城市边缘区的概念有多种提法，如城市边缘带( u r b a nf r i n g e ) 、城 市蔓延区( t h ea r e a o f u r b a ns p r a w l ) 、城乡结合部( c i t y - c o u n t r y f r i n g e ) 、城市阴影 区、城乡交错带( u r b a n - r u r a lf r i n g e ) 等 国内外许多学者曾对城市边缘区的概念进行了阐述。韦文将其定义为“明显的 工业用地和农业用地的转换地带”。普内定义为“一种在土地利用、社会和人口特 征等方面发生变化的地带，它位于连片建城区与郊区外侧农村之间，以及几乎没有 非农业住宅、非农业占地和非农业的土地利用的纯农业腹地之间的土地利用转换地 带”。 国内是在二十世纪八十年代才开始城市边缘区的研究。顾朝林( 1 9 8 9 ) 、崔功 豪、武进( 1 9 9 0 ) 、涂人猛( 1 9 9 1 ) 、张明( 1 9 9 2 ) 、陈佑启( 1 9 9 5 ) 、张建明、许学 山东师范大学硕士学位论文 强( 1 9 9 7 ) 等在评述了前人对城市边缘区定义的基础上，提出了各自的定义。事实 上，所有定义所指的地域内涵并没有很大的区别。虽然对城市边缘区的表述和理解 不是很一致，但城市边缘区的存在是客观的。其中，应用最广泛的是“城市地域结 构中的一个重要组成部分，是城市环境向乡村环境转化的过渡地带，是城乡建设中 最复杂、最富变化的地区b ”，用来泛指“城市建城区与广大乡村相连接的部位， 城市环境空间向乡村环境空间过渡地带”。 综合前人观点，笔者认为城市边缘区的概念应包括以下三个方面：城市边缘 区是城乡间一个不连续的空间，受“外延型”及“飞地型”城市化的影响。它与 城市建城区毗连，兼具城市与乡村的某些功能与特点，但在行政上不属于城区街道 管辖，而属于郊区乡镇管辖。它是建城区工作性流动人口的主要扩散地，是农业 人口向非农业人口大规模、快速度过渡的转化地。人口密度介于城市建城区与一般 的郊区乡村之间，非农产业比较发达，在经济收入结构和劳动就业结构中都占有较 大比重，但依然存在一定量的纯农业和兼业农业，且兼业农业在农业中占有较大比 重。空间范围受多种因素影响，其中以经济发展的影响为主，且具有动态变化的 特点3 期。 2 ，1 2 2 城市边缘区特征 ( 1 ) 城市边缘区具有强的边缘效应 边缘区是相邻地理系统相对均衡要素之间的突发转换区，不但具有相邻地理系 统的一些特性，而且具有其独特的特征。这种由于处境、生境和生物群落的差异和 协同作用，引起界面内出现一些不同于相邻地理系统的特征的现象，称为边缘效应 日 。美国生态学家奥德姆将产生边缘效应的空间域称为e c o t o n e 。与所有e c o t o n e 一样，城市边缘区具有明显的区位优势，表现出很强的边缘效应，是我国经济发展 最快的新兴地带，这是城市边缘区的主要特点。 边缘效应使城市边缘区经济发展快、经济效益好。受城乡交接的双向辐射，城 市边缘区产业结构具有双向衔接的特点，综合性强，部门结构多样，决策管理灵活， 获得信息快，部门结构变率大。产业更新快。明显的区位优势为边缘区的经济发展 提供了有利条件，并成为我国经济发展最快的新兴地带，也是我国人均收入较高的 地区。但是与其他边缘区不同的是，城市边缘区的空间结构在不断变化，发展过程 中存在着一些问题，如土地利用的不合理、生态环境问题等。 ( 2 ) 城市边缘区的空间结构不断变化 城市边缘区是一个动态地带，其范围随着城市化的进程而不断拓展，范围的扩 展。使冀空间绪梅也在忝断变化0 它的人_ 口密瘦络桅介王城垒之m 酊j ：弦= 地带新 建项目多、工程量大、就业机会多，加上行政管理不严，便于流动人口暂住和就业。 随着工厂增多和新区的扩展，这里也是建城区工作性流动人口的扩散地，农业人口 向非农业人口的转化地。在城市边缘区，城乡居民混居，尽管城市边缘区农业用地 不断被征用，农业人口随之转为城市人口，乡镇企业的发展也使许多农业人口脱离 土地，使城市边缘区的空间结构始终处于不断变化中。 山东师范大学硕士学位论文 ( 3 ) 城市边缘区土地利用特征 土地利用能比较直观地反映城市边缘区的发展变化。由于城市边缘区土地具有 城郊利用二重性，而且这种城郊利用具有动态的时空演变规律，与城市核心区和乡 村地区相比具有明显不同的特征”4 0 e 3 53 主要表现在： 利用布局的过渡性和复杂性 城市边缘区作为城乡之间的交接过渡地带，受城市近邻效应作用，其用地结构 实质上是在乡村土地利用的基础上，因城市型用地不断渗入而形成独特的准城市型 地域。作为城市、乡村二元地域结构衍生的过渡性区域，城市边缘区兼具城市的非 农业用地和乡村的农业用地的特征，并且在土地利用布局上表现出明显的过渡性， 这主要表现为随着与城区的距离不断增加，土地利用类型由城市建设用地逐步向农 业用地递变。因此，从一定意义上说，城市边缘区就是在城市建城区与乡村之间形 成的土地利用类型的“递变带”。”其土地利用性质和利用强度、地域空间结构及 地理景观等方面表现为从城市向农村的过渡，从城市核心区的城市土地利用类型向 郊区农村土地利用类型的过渡。理论上讲，这种过渡遵循距离衰减规律，但在实际 过程中更多地表现为不规则的资源( 广义的) 区位效应，在很大程度上受到由道路 系统、市政公用设施构成的可达性模式的影响，因而出现了乡村用地被城市用地严 重分割的现象，形成城市增长边缘区内城市型与农村型土地犬牙交错、轮廓复杂的 土地利用形态 2 6 o 利用类型的多样性 受城市作用力和乡村作用力的双重影响，使得城市边缘区的土地利用在利用类 型上具有突出的多样性特征。城市边缘区土地是在复合了城市建设用地、乡村建设 用地和乡村农业用地的基础上形成的复杂结构系统，因此其土地利用类型在多样性 方面远高于单一的城市建城区和乡村。同时，特殊的区位和所承担的社会经济功能 也通过城市边缘区带有“边缘性”的土地利用类型而得到体现。如为了配合i e l 城区 改造和疏散中心区人口而开设的居住用地、城市对外交通港站用地、城乡集贸市场、 仓储用地、高校及科研用地、保护城市环境的绿化用地、城郊蔬菜副食品基地以及 各种园艺用地等。 利用方式的动态性和用途转换的频繁性 城市的集聚和扩散赋予城市边缘区鲜明的动态性特征。首先，受城市规模不断 扩大的影响j 城市边缘区成为国家建设征用农村集体土地的重点地区，农地迅速向 非农用地转移，推动了城市边缘区外缘向农村地区的不断扩展；其次，受城市边缘 区土地使用成本较低的诱导和比较利益的影响，城乡各类企业和经营者竞相使用或 占用城市边缘区的土地，不断引导土地资源配置转向经济比较效益高的用地类型， 各类土地利用类型变动频繁、竞争激烈。 城市边缘区邻近建城区，受城市经济、技术、信息、交通等因素的幅射，同时 也受乡村的影响，稳定性较区域内部差，土地利用性质不断发生变化，土地用途转 换频率较之也要高。由于城市的发展，耕地被占日益增多，土地用途转换的总趋势 山东师范大学硕士学位论文 是由农业用地转化为城市用地，因此农业用地多为精耕细作，集约化程度相对较高。 利用的粗放性 受资金、技术、信息、知识等方面社会经济因素的限制，城市边缘区的发展基 本上呈现出一种“摊大饼”式的发展状况，建设用地缺乏规划，占