不同等级公路对城市土地利用变化及景观格局的影响分析——以西宁市为例.pdf

2023 年 6 月第 3 期180189甘肃农业大学学报 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY第5 8卷双 月 刊不同等级公路对城市土地利用变化及景观格局的影响分析以西宁市为例马国强1，司子黄2，黄银洲1（1.兰州大学资源环境学院，甘肃 兰州 730000；2.北京大学深圳研究生院，广东 深圳 518055）摘要：【目的】交通系统与城市土地利用系统耦合，为明确公路系统与城市土地利用及景观格局的深层次关系，以期对土地集约利用、资源环境与生态保护的统筹协调发展提供理论依据。【方法】以西宁市作为案例，建立土地利用及景观格局指标体系，利用缓冲区分析，探究不同等级公路与各指数间时空变化规律。【结果】发现公路影响域内建设用地占比最高，且比例逐渐增加；各级公路对于不同土地利用类型的影响具有显著差异，且存在空间异质性；乡镇道路及其他道路对景观格局破碎化作用最明显；公路对土地利用及景观格局影响随缓冲区距离增加而减弱，且这一影响域随着经济发展而增大。【结论】表明不同等级公路对土地利用及景观格局变化具有类别选择性和影响方向性差异，同时还存在明显的空间异质性。同时这一影响遵循距离衰减效应，且最大影响距离与城市经济发展、人口经济体量相关。关键词：公路交通；土地利用；景观格局；西宁市中图分类号：F542.8；F299.23 文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：文章编号：1003-4315（2023）03-0180-10Analysis on the impact of different grades of roads on urban land use change and landscape patternA case study of Xining CityMA Guoqiang1，SI Zihuang2，HUANG Yinzhou1（1.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China；2.Shenzhen Graduate School，Peking University，Shenzhen 518055，China）Abstract：【Objective】The transportation system and urban land use system are coupled to clarify the deep-seated relationship between the highway system and urban land use and landscape pattern，and provide a theoretical basis for the coordinated development of intensive land utilization，resource environment，and ecological protection.【Method】Xining City is taken as a case study to establish a land use and landscape pattern index system，and using buffer zone analysis to investigate the spatiotemporal variation patterns between different grades of highways and various indices.【Result】The results show that the proportion of DOI：10.13432/ki.jgsau.2023.03.023第一作者：马国强，讲师，博士，国家注册城乡规划师，主要研究方向为城市地理、国土空间规划。E-mail：通信作者：司子黄，硕士研究生，主要研究方向为智慧城市与大数据。E-mail：基金项目：青海省基础研究计划项目（2018-ZJ-787）；国家自然科学基金项目（41971195）。收稿日期：2022-03-03；修回日期：2022-05-16第 3 期马国强等：不同等级公路对城市土地利用变化及景观格局的影响分析construction land within the highway influence area is the highest and gradually increasing.Different grades of roads have significant differences in their impact on various types of land use and exhibit spatial heterogeneity.Township roads and other roads have the most prominent fragmentation effect on the landscape pattern.The impact of highways on land use and landscape pattern decreases with the increase of buffer zone distance and this impact range increases with economic development.【Conclusion】The findings indicate that different grades of roads have category selectivity and directional differences in their impact on land use and landscape pattern changes，while exhibiting obvious spatial heterogeneity.Additionally，this impact follows the distance attenuation effect，and the maximum impact distance is related to the citys economic development and population economy volume.Key words：highway traffic；land use；landscape pattern；Xining City快速城镇化背景下，交通土地利用模式之间存在着复杂的空间联系1-2。修建道路交通设施，会改善道路沿线可达性，道路沿线可达性的改善从而影响道路沿线地区区位，区位改变又会影响到土地价格，进而对土地利用的性质、土地开发方式和强度造成影响3-4。而城市土地是城市经济活动的基本载体，城市土地利用的性质与变化会影响交通系统选线和布局，甚至影响整个城市的交通发展模式5。交通与土地利用的协调发展是提高城市土地利用效率、促进城市经济蓬勃发展、缓解城市拥堵问题、提升城市交通水平的关键6。公路是城市内部交通系统重要组成，分析公路交通系统对于城市土地利用的影响及驱动因素是分析城市交通和城市土地利用相互作用过程、研究城市交通土地利用一体化的重要科学依据。交通和土地利用的相关研究可概括为以下几类：（1）交通发展作为土地利用变化的重要驱动因素及其影响机制7-8，主要关注交通路网对土地利用结构9-10、区域和城市发展11、土地利用价格12的影响等；（2）以单个城市或城市群为例，实证分析城市交通对于城市土地利用的作用及影响，包括以综合交通运输系统11，13为基础进行分析，以高速铁路14、公路15-16或基于TOD理念的城市轨道交通为基础进行分析的；（3）利用可视化手段或基于国内外文献对交通土地利用相关研究进展进行综述17-18。西宁市是青海省省会，湟水及其支流南川河、北川河由西、南、北汇于市区，向东流经全市。作为典型的河谷型城市，其道路系统与土地利用关系更加突显。本文研究区选取以城北区、城东区、城西区、城中区组成的西宁市主城区，研究区范围内，其公路总里程 1 075.2 km，公路网密度 18.97 km/km2。高速公路目前已建成通车 178.6 km，国道总里程80.5 km，省道总里程120.2 km，其余道路总里程共693.7 km（图1）。为了明确其公路道路系统与土地利用的深层次关系，为指导区域集约高效利用土地，从而开展本研究。1材料与方法1.1数据来源及研究方法1.1.1数据来源及处理本文以中科院地理空间数据云Landsat4-5 TM和Landsat8 OLI卫星数字产品2000年、2011年、2017年遥感影像图为基础，结合Google Earth高清影像，通过ENVI 5.3进行用地分类，获得3个时段的土地利用数据，并在ArcGIS 10.2中进行用地变化的分析。本文所使用的路网数据来自西宁市自然资源图1西宁市主要城区及公路交通系统现状Figure 1Current situation of main urban areas and highway trans portation system in Xining City181甘肃农业大学学报2023 年局。根据新版地图的道路分类，按照高速公路、快速路与国道、省市级道路以及城市主干道4类将西宁市公路交通系统划分为4个等级。1.1.2用地类型划分土地利用、景观格局等的科学分类是认识区域土地利用及其影响因素的关键19-20。基于用地分类的综合性和普适性，同时考虑遥感影像目视解译的可操作性，本文选择目前国内使用最为广泛的LUCC分类标准。LUCC分类标准将土地利用类型分为耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地、海洋等7类用地类型。由于本文以西宁市为例，考虑西宁市用地实际情况及自然条件，将海洋从分类体系中剔除，建立适合西宁市的土地利用分类体系，包括耕地、林地、草地、建设用地、水体、未利用地共6类。1.1.3缓冲区分析通过按公路等级分别建立道路沿线双侧缓冲区，定量研究不同等级公路对沿线不同距离土地利用变化、景观格局变化的影响。道路影响范围与道路等级及特性相关，本文采用国际上常用标准，结合新版地图道路分类标准，确定不同等级公路影响缓冲区距离：高速公路为1 km，快速路与国道为 500 m，干线公路为 250 m，主干路为100 m。通过建立缓冲区，并使用叠置分析，研究不同等级公路对土地利用强度和景观格局影响的特点。为了探究公路交通系统对土地利用影响机制，在公路两侧按照道路等级分别建立100、200、500、1 000 m的缓冲区，并研究分析不同缓冲带内土地利用及景观格局变化特征，进一步探究公路沿线不同距离对土地利用变化的影响。1.2公路交通系统对土地利用影响1.2.1研究指标及含义为多方面反应研究区土地利用变化情况，本文在统计分析研究区内各种类型用地的面积及变化率的基础上，还建立土地利用转移矩阵，计算各时期土地利用程度综合指数、各类型土地利用动态度以及综合土地利用动态度。同时由于土地利用以地块为基本单元，基于此运用景观生态学方法，选取斑块密度、景观形状指数、多样性指数、聚集度指数等4项景观格局指数，从斑块大小、斑块形状、斑块分布情况等多方面分析土地利用的景观格局及其变化情况，以期从更加全面、科学的角度分析研究区土地利用变化情况。具体指标见表1。2结果与分析2.1公路影响域内土地利用数量结构变化建设用地显著增长，未利用地、耕地为其主要转化来源。研究区总的公路影响域面积为229.84 km2，表1选用指标Table 1 Selected indicators指标名称Name土地利用程度综合指数Comprehensive index of land use degree土地利用动态度Land use dynamics综合土地利用动态度Compreh