The Impact of Construction Land Expansion on Arable Land Resources in Changchun

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0962

Abstract

Abstract:

The temporal-spatial changes of construction land and arable land and the impact of construction land expansion on arable land in Changchun were studied to provide reference for rational use of land and protection of arable land in the black soil region. Land use information of the study area in 2005 and 2019 were extracted from Landsat TM/OLI remote sensing images using the object-oriented-decision tree classification method. Then the temporal-spatial changes of construction land and arable land and the impact of construction land on arable land in the aspect of quantity, quality and structure were studied. The results showed that the area of construction land had expanded by 21163.30 hm² since 2005, while the area of arable land had decreased by 19011.81 hm². Newly added construction land occupied 18170.84 hm² of arable land, accounting for 85.33% of the total area of the increased construction land. The expansion of construction land also led to an increase in the degree of fragmentation of arable land; most of the arable land occupied by construction land was originally high-quality arable land and the proportion of the area of Grade I to III could reach 72.17%. The research results are of great significance for coordinating the protection of arable land resources in rapid urbanization in the black soil region.

Key words: black soil region, construction land, arable land, GIS, Changchun City

CLC Number:

F301.24

Gulinaer ·Suoerdahan, LI Xiaoyan, SHI Zhenyu, XING Zihan, WU Haitao. The Impact of Construction Land Expansion on Arable Land Resources in Changchun[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(11): 89-95.

Figures/Tables 9

指标	定义	公式	生态意义	尺度水平
最大斑块占景观面积比例(LPI)	最大斑块占景观总面积的百分比	$L P I = m a x (a i j) A (100)$	表征景观的优势度,反应人类活动的方向和强弱	类型水平/景观水平
景观形状指标(LSI)	某一斑块形状与相同面积的形状（圆或正方形）之间的偏离程度	$L S I = 0.25 P i A i$	表现出景观斑块形状的复杂性	类型水平/景观水平
面积加权平均形状指标(AWMSI)	斑块的周长/面积比乘以面积权重之后的总和	$A W M S I = ∑ j = 1 m P i j a i j ω i j$	度量景观空间格局复杂性	类型水平/景观水平
斑块结合度(COHESION)	反映斑块的物理连通性	$C O H E S I O N = ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j a i j × 1 - 1 N - 1 × 100$	表征给定距离阈值内景观类型的连接程度	类型水平/景观水平
分离度(SPLIT)	某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度	$S P L I T = A 2 ∑ j = 1 n a i j 2$	表征景观被分割的破碎程度	类型水平/景观水平
聚集度(AI)	计算不同类型斑块间的相邻矩阵来描述不同斑块间的聚集程度	$A I = 2 l n (m) + ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j l n (P i j)$	表征景观连通性和破碎化程度	类型水平/景观水平

指标	定义	公式	生态意义	尺度水平
最大斑块占景观面积比例(LPI)	最大斑块占景观总面积的百分比	$L P I = m a x (a i j) A (100)$	表征景观的优势度,反应人类活动的方向和强弱	类型水平/景观水平
景观形状指标(LSI)	某一斑块形状与相同面积的形状（圆或正方形）之间的偏离程度	$L S I = 0.25 P i A i$	表现出景观斑块形状的复杂性	类型水平/景观水平
面积加权平均形状指标(AWMSI)	斑块的周长/面积比乘以面积权重之后的总和	$A W M S I = ∑ j = 1 m P i j a i j ω i j$	度量景观空间格局复杂性	类型水平/景观水平
斑块结合度(COHESION)	反映斑块的物理连通性	$C O H E S I O N = ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j a i j × 1 - 1 N - 1 × 100$	表征给定距离阈值内景观类型的连接程度	类型水平/景观水平
分离度(SPLIT)	某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度	$S P L I T = A 2 ∑ j = 1 n a i j 2$	表征景观被分割的破碎程度	类型水平/景观水平
聚集度(AI)	计算不同类型斑块间的相邻矩阵来描述不同斑块间的聚集程度	$A I = 2 l n (m) + ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n P i j l n (P i j)$	表征景观连通性和破碎化程度	类型水平/景观水平

类型	2005年		2019年		变化/hm²
类型	面积/hm²	占比/%	面积/hm²	占比/%	变化/hm²
建设用地	91149.08	12.64	112312.38	15.57	21163.30
耕地	463255.58	64.22	444243.77	61.59	-19011.81

2005年	2019年
2005年	耕地	林地	草地	湿地	建设用地	其他
耕地	443965.19	983.31	0.00	67.61	18170.84	68.63
林地	88.31	133055.80	0.00	69.01	2624.72	125.88
草地	30.40	15.33	160.74	0.00	120.50	0.00
湿地	62.94	166.35	0.00	29358.06	323.95	29.65
建设用地	88.69	37.28	0.00	0.00	91017.25	5.85
其他	8.24	2.59	0.00	8.69	55.12	620.73

景观格局指数	耕地		建设用地
景观格局指数	2005	2019	2005	2019
LPI/%	59.52	37.14	5.85	7.65
LSI	38.19	38.33	40.40	39.42
AWMSI	32.75	23.18	6.19	7.28
COHESION/%	99.78	99.48	91.99	93.85
SPLIT/%	2.82	5.67	89.85	69.95
AI/%	77.80	77.42	47.65	52.42

土壤质量等级	土壤质量指数	耕地
土壤质量等级	土壤质量指数	面积/hm²	占比/%
Ⅰ	> 0.50	66454.44	14.35
Ⅱ	0.46~0.50	113856.47	24.58
Ⅲ	0.42~0.46	158711.52	34.26
Ⅳ	0.39~0.42	79411.29	17.14
Ⅴ	<0.39	44821.86	9.68

土壤质量等级	建设占用耕地		中心城区		双阳区		九台区
土壤质量等级	面积/hm²	占比/%	面积/hm²	占比/%	面积/hm²	占比/%	面积/hm²	占比/%
Ⅰ	1970.03	10.84	1946.50	17.31	11.16	0.30	12.61	0.39
Ⅱ	6588.45	36.26	6159.89	54.79	207.30	5.57	221.02	6.90
Ⅲ	4555.40	25.07	2544.44	22.63	848.39	22.78	1162.37	36.28
Ⅳ	4427.67	24.37	591.55	5.26	2575.40	69.15	1260.81	39.35
Ⅴ	629.28	3.46	—	—	82.09	2.20	547.32	17.08

References 37

[1]	崔宁波, 赵端阳, 王胜男. 加强黑土地保护保障国家粮食安全[J]. 奋斗, 2021(4):33-35.
[2]	LI H D, SHI W J, WANG B, et al. Comparison of the modeled potential yield versus the actual yield of maize in Northeast China and the implications for national food security[J]. Food Security, 2017, 9:99-114. doi: 10.1007/s12571-016-0632-4 URL
[3]	WU Y Z, ZHANG X L, SHEN L Y. The impact of urbanization policy on land use change:A scenario analysis[J]. Cities, 2010, 28(2):147-159. doi: 10.1016/j.cities.2010.11.002 URL
[4]	田逸飘, 郭佳钦, 廖望科. 我国城镇化进程的驱动因素分解及阶段性变化基于LMDI模型的再检验[J/OL]. 生态经济, 2021, 37(7):1-12.
[5]	BAI X M, SHI P J, LIU Y S. Society:Realizing China's urban dream[J]. Nature, 2014, 509(7499):158-160. doi: 10.1038/509158a URL
[6]	李广东, 戚伟. 中国建设用地扩张对景观格局演化的影响[J]. 地理学报, 2019, 74(12):2572-2591. doi: 10.11821/dlxb201912011
[7]	黄季焜, 朱莉芬, 邓祥征. 中国建设用地扩张的区域差异及其影响因素[J]. 中国科学(D辑):地球科学, 2007, 37(9):1235-1241.
[8]	李晓江, 尹强, 张娟, 等. 《中国城镇化道路、模式与政策》研究报告综述[J]. 城市规划学刊, 2014(2):1-14.
[9]	任晓燕, 何艳芬, 王宗明. 基于遥感的辽中南城市群建设用地扩张及其占用耕地的时空特征[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(3):98-105.
[10]	JU H R, ZHANG Z X, ZHAO X L, et al. The changing patterns of cropland conversion to built-up land in China from 1987 to 2010[J]. Journal of Geographical Sciences, 2018, 28(11):1595-1610. doi: 10.1007/s11442-018-1531-8 URL
[11]	范泽孟, 李赛博. 1990年来中国城镇建设用地占用耕地的效率和驱动机理时空分析[J]. 生态学报, 2021, 41(1):374-387.
[12]	黄宝荣, 张慧智, 宋敦江, 等. 2000-2010年中国大陆地区建设用地扩张的驱动力分析[J]. 生态学报, 2017, 37(12):4149-4158.
[13]	YOU H Y, HU X W, WU Y H. Farmland use intensity changes in response to rural transition in Zhejiang province, China[J]. Land Use Policy, 2018, 79:350-361. doi: 10.1016/j.landusepol.2018.08.029 URL
[14]	孟祥凤, 王冬艳, 李红, 等. 典型黑土区建设占用耕地的时空配置效率研究[J]. 资源开发与市场, 2017, 33(8):948-953,911.
[15]	李子瑞, 姜博, 张余, 等. 东北三省新型城镇化与耕地集约利用协调性评价与预测[J]. 水土保持研究, 2021, 28(6):260-267.
[16]	张浩, 冯淑怡, 曲福田. 耕地保护、建设用地集约利用与城镇化耦合协调性研究[J]. 自然资源学报, 2017, 32(6):1002-1015.
[17]	汪雨琴, 余敦, 刘庆芳. 基于脱钩理论的九江县建设占用耕地与经济增长关系研究[J]. 中国农业资源与区划, 2017, 38(08):35-38,54.
[18]	王宗明, 张柏, 张树清. 吉林省近20年土地利用变化及驱动力分析[J]. 干旱区资源与环境, 2004, 18(6):61-65.
[19]	邹亮, 窦衍光, 胡睿, 等. 青岛古镇口创新示范区土地质量评价及规划利用[J]. 海洋地质前沿, 2021, 37(9):49-59.
[20]	张利权, 甄彧. 上海市景观格局的人工神经网络(ANN)模型[J]. 生态学报, 2005(5):958-964.
[21]	LI X Y, LI H Y, YANG L M, et al. Assessment of soil quality of croplands in the Corn Belt of Northeast China[J]. Sustainability, 2018, 10(1):248. doi: 10.3390/su10010248 URL
[22]	SUN B, ZHOU S L, ZHAO Q G. Evaluation of spatial and temporal changes of soil quality based on geostatistical analysis in the hill region of subtropical China[J]. Geoderma, 2003, 115(1):85-99. doi: 10.1016/S0016-7061(03)00078-8 URL
[23]	唐秀美, 陈百明, 路庆斌, 等. 城市边缘区土地利用景观格局变化分析[J]. 中国人口·资源与境, 2010, 20(8):159-163.
[24]	叶振宇. 东北地区经济发展态势与新一轮振兴[J]. 区域经济评论, 2015(6):61-67.
[25]	樊杰, 刘汉初, 王亚飞, 等. 东北现象再解析和东北振兴预判研究---对影响国土空间开发保护格局变化稳定因素的初探[J]. 地理科学, 2016, 36(10):1445-1456. doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2016.10.001
[26]	KUANG W H, LIU J Y, DONG J W, et al. The repid and massive urban and industrial land expansions in China between 1990 and 2010:A CLUD-based analysis of their trajectories, patterns, and drivers[J]. Landscape and Urban Planning,2016, 145:211-33.
[27]	LI X Y, YANG L M, REN Y X, et al. Impacts of urban sprawl on soil resources in the Changchun-Jilin economic zone,China, 2000-2015[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2018, 15(6):1186. doi: 10.3390/ijerph15061186 URL
[28]	程维明, 高晓雨, 马廷, 等. 基于地貌分区的1990-2015年中国耕地时空特征变化分析[J]. 地理学报, 2018, 73(9):1613-1629. doi: 10.11821/dlxb201809001
[29]	任庆陆. 城乡一体化交通运输发展[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2021, 4(4):118-119.
[30]	张慧, 王洋. 中国耕地压力的空间分异及社会经济因素影响:基于342个地级行政区的面板数据[J]. 地理研究, 2017, 36(4):731-742. doi: 10.11821/dlyj201704011
[31]	DENG X Z, HUANG J K, ROZELLE S, et al. Impact of urbanization on cultivated land changes in China[J]. Land Use Policy, 2015, 45:1-7. doi: 10.1016/j.landusepol.2015.01.007 URL
[32]	赵德恒. 建设用地与耕地时空演变及博弈机制研究[D]. 烟台: 鲁东大学, 2019:1-52.
[33]	宁静, 郭磊, 赵超越, 等. 2001-2017年哈尔滨市建设用地扩张时空特征分析[J]. 科学技术与工程, 2020, 20(31):12948-12954.
[34]	张海龙, 蒋建军, 解修平, 等. 近25年来西安地区土地利用变化及驱动力研究[J]. 资源科学, 2006, 30(4):71-77.
[35]	许利洋, 买尔哈巴·玉苏甫.潜江市耕地格局与景观破碎化研究[J]. 湖北农业科学, 2020, 59(14):30-36.
[36]	葛玉娟, 赵宇鸾, 任红玉. 山区耕地细碎化对不同利用方式农地集约度的影响[J]. 地球科学进展, 2020, 35(2):180-188.
[37]	付刚, 肖能文, 乔梦萍, 等. 北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化[J]. 生态学报, 2017, 37(8):2551-2562.