2000~2020年哈尔滨市土地利用变化分析

Analysis of Land Use Changes in Harbin from 2000 to 2020

摘要: 哈尔滨地处东北平原肥沃的黑土地之上，作为我国重要的粮食产区，其土地利用情况受到我国粮食政策的高度关注。本研究以哈尔滨市为研究区域，分析了2000-2020年土地利用情况。通过对土地利用结构变化、动态特征以及类型间转化关系的研究，得出以下主要结论：(1) 耕地和林地是主要土地利用类型，占比分别约为44%和43%左右。空间分布上呈现出区域差异和集中分布特点。(2) 综合土地利用动态度总体上先增后降再上升，2000~2020年期间为0.19%。单一土地利用动态度按动态绝对值大小排序为未利用地 > 水域 > 草地 > 建设用地 > 林地 > 耕地。(3) 2000~2020年总转化面积为3918.57 km²，耕地、林地、水域转出面积大于转入面积，总面积递减；草地、建设用地、未利用地转入面积相对大于转出面积，总面积呈上升趋势。

Abstract: Harbin is located on the fertile black soil of the Northeast Plain. As an important grain-producing area in my country, its land use situation has received great attention from my country’s grain policy. This study took Harbin as the research area and analyzed the land use situation from 2000 to 2020. Through the study of land use structure changes, dynamic characteristics and the transformation relationship between types, the following main conclusions were drawn: (1) Cultivated land and forest land are the main land use types, accounting for about 44% and 43% respectively. The spatial distribution shows regional differences and concentrated distribution characteristics. (2) The overall dynamic degree of comprehensive land use first increased, then decreased, and then increased. It was 0.19% during the period 2000~2020. The order of the single land use dynamic degree according to the absolute value of the dynamic is unused land > water area > grassland > construction land > forest land > cultivated land. (3) The total conversion area from 2000 to 2020 is 3918.57 km². The transfer-out area of cultivated land, forest land, and water area is larger than the transfer-in area, and the total area is decreasing; the transfer-in area of grassland, construction land, and unused land is relatively larger than the transfer-out area, and the total area is on an upward trend.

1. 引言

土地是人类社会赖以生存和发展的基础资源，其合理利用和有效管理对于区域的可持续发展至关重要。在我国，随着经济的快速发展和城市化进程的加速，土地利用面临着诸多挑战和机遇。国家相继出台了一系列土地相关政策，如耕地保护政策强调了对耕地数量和质量的严格保护，以确保国家粮食安全；土地用途管制制度规范了土地的开发和利用方向，促进土地资源的合理配置等。这些政策的实施对各地的土地利用变化产生了深远影响。

随着社会经济的快速发展和生态环境保护意识的不断增强，土地利用变化日益受到广泛关注。国内外众多学者也对土地利用变化进行了广泛研究。采用遥感和地理信息系统进行动态监测，依据对土地利用变化的观察来分析其变化规律与影响因素，同时运用数学方法构建模型以揭示其对生态环境产生的影响[1] [2]。可以通过计算土地利用动态度、土地利用转移矩阵以及土地利用综合程度指数，从时间和空间这两个尺度来对土地利用变化程度进行分析[3] [4]。朱会义等[5]对区域土地利用变化指数模型方法进行了讨论，为土地利用变化的量化分析提供了理论基础。朱晓昱等[6]通过对呼伦贝尔草原生态功能区的研究，揭示了土地利用变化及驱动力的复杂关系。这些研究成果为进一步深入分析不同地区的土地利用变化提供了重要参考，为我们理解土地利用的本质、变化规律以及未来发展方向提供了丰富的理论与实践依据。

哈尔滨市作为中国东北地区的重要城市，在经济发展和城市化进程中也面临着土地利用结构调整和生态环境保护的双重任务。其所在的东北平原拥有肥沃的黑土地，是我国重要的粮食产区，土地利用情况受到我国粮食政策的高度关注。在此背景下，本研究以哈尔滨市为研究区域，旨在深入分析2000~2020年土地利用情况，揭示土地利用的结构变化、动态特征以及类型间的转化关系，以期为哈尔滨市的土地资源管理和可持续发展提供科学依据。

2. 研究区概况与研究方法

2.1. 研究区概况

哈尔滨(125˚42'~130˚10'E、44˚04'~46˚40'N)地处中国东北平原东北部地区，是黑龙江省省会、副省级市、特大城市、中国东北地区中心城市之一。哈尔滨与吉林省相邻，北以平原地带为界，区域内有多条重要河流。松花江是黑龙江在中国境内的最大支流，流域面积广阔，水资源丰富，对哈尔滨的经济发展和生态环境起着至关重要的作用。松花江流域不仅为城市提供了水源，还具有防洪、航运、水电等重要价值。哈尔滨向西连接内蒙古自治区，向东靠近俄罗斯远东地区，是中国对俄贸易的重要窗口城市，哈尔滨地处东北亚中心地带，被誉为欧亚大陆桥。哈尔滨是中国东北地区的重要交通枢纽和经济中心，也是中国省辖市中陆地管辖面积最大、户籍人口居第三位的特大城市。哈尔滨辖9个市辖区、7个县，代管2个县级市，常住人口1066.5万人。2000~2020年，哈尔滨人口和经济均取得了显著增长，城镇化率不断提高，GDP持续攀升。但在高速发展过程中，土地利用和生态环境保护问题也日益凸显，需要引起高度重视。

2.2. 数据来源

本研究所采用土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)，该数据中心拥有丰富的地理信息资源和专业的科研团队，其提供的数据具有较高的准确性和可靠性。数据源以空间分辨率为30 m的美国陆地卫星Landsat TM/ETM遥感影像为主，通过监督分类与人机交互解译生成，是目前中国精度最高的土地利用遥感监测数据产品。本研究选择季节一致且云量低于5%以下的遥感数据作为基础数据从而提高解译的准确性和时效性，其解译精度达 85%以上。根据中国科学院土地利用覆盖分类体系以及研究区的实际情况，将哈尔滨地区土地利用类型划分为耕地、草地、林地、水域、城乡建设用地以及未利用。本文选取2000、2005、2010、2015、2020年5个时期的土地利用栅格数据。哈尔滨的行政区划矢量图来源于国家基础地理信息中心数据库，并基于矢量数据在ArcGIS软件内通过图像拼接裁剪得到研究区的各期土地利用现状图。

2.3. 研究方法

2.3.1. 土地利用动态度变化特征

土地利用动态度是指在一定研究期区域内土地利用类型的变化情况，多用来表示土地利用类型的变化速度和变化幅度。土地利用动态度对描述区域土地利用变化程度差异，预测土地利用变化趋势具有重要意义。土地利用单一动态度和综合动态度模型可以较为准确反映研究区一定时期内的土地利用类型单一动态变化以及综合变化程度[7]。因此，本文从两个角度入手分析，单一土地利用动态度旨在反映各土地利用类型的变化情况，综合土地利用动态度则是从区域整体变化上进行探究。具体公式为：

$R_i=\frac{L_b-L_c}{L_c}\times \frac{1}{T}\times 100\%$ (1)

式中，R_i表示第i种地类的单一动态度，L_b、L_c分别表示研究期初期和研究末期某种地类的面积，T表示研究周期。

$K={\displaystyle {\sum }_{i=1}^n\left(\Delta L_a-\frac{i}{L_d}\right)\times \frac{1}{T}}\times 100\%$ (2)

式中，K表示研究区T时段土地利用综合动态度，L_a-i表示第a种地类的流出面积，L_d表示研究初期第i种地类的面积，T表示研究周期。

2.3.2. 土地利用转移特征

土地利用类型转移矩阵[5]不仅能够反映研究区域在特定时间段期初与期末的土地利用类型间的变化情况，还可以定量地描述期初与期末土地利用类型之间的相互转化情况。通过该矩阵，能够清晰地了解各土地利用类型间的流动来源和去向并进行追踪[6]，进而更好地分析研究区域土地利用格局的演变过程[8]。

$B_{ij}=\left[\begin{array}{cccc}{B}_{11}& B_{12}& \cdots & B_{1n}\\ B_{21}& B_{21}& \cdots & B_{2n}\\ ⋮& ⋮& ⋮& ⋮\\ B_{n1}& B_{n2}& \cdots & B_{nn}\end{array}\right]$ (3)

式中B_ij为研究时段内第i种土地类型转化为第j种土地类型的面积，n表示土地利用的类型数。

3. 结果分析

3.1. 哈尔滨市土地利用总体分析

对哈尔滨市5个时期的6种土地利用类型数据展开统计分析(表1)，可以看出哈尔滨市各类土地利用的面积及占比均呈现出不同程度的变化。在这六类土地中，占比大小依次为耕地、林地、水域、建设用地、草地、未利用地。耕地与林地乃是哈尔滨市的主要土地利用类型，在研究期间，耕地和林地面积分别约占哈尔滨市总面积的44%和43%左右。水域面积在2000年至2020年期间呈现出持续下降的态势。哈尔滨的草地面积占比较小，并且在不同时期存在一定程度的波动。未利用地面积在2000年至2020年呈现出上升趋势。建设用地的面积所占比重较小，然而在这20年间有一定程度的增长，这与城市化进程的加速紧密相关。随着人口的增长以及经济的发展，对建设用地的需求不断增加。

Table 1. Land use structure changes from 2000 to 2020

表1. 2000~2020年土地利用结构变化表

土地类型	2000年		2005年		2010年		2015年		2020年
	面积	占比	面积	占比	面积	占比	面积	占比	面积	占比
耕地	23654.49	44.57%	23655.12	44.57%	23814.12	44.87%	23831.44	44.90%	23502.69	44.28%
林地	23519.39	44.31%	23493.53	44.26%	23034.92	43.40%	23033.29	43.40%	23099.70	43.52%
草地	1033.42	1.95%	1063.20	2.00%	1471.33	2.77%	1467.19	2.76%	1163.14	2.19%
水域	2373.83	4.47%	2378.64	4.48%	1879.07	3.54%	1879.20	3.54%	898.61	1.69%
建设用地	1590.97	3.00%	1625.29	3.06%	1816.01	3.42%	1839.15	3.47%	1791.69	3.38%
未利用地	905.07	1.71%	861.51	1.62%	1061.90	2.00%	1026.79	1.93%	2620.17	4.94%

从各年份的土地类型空间分布图(图1)可以看出，哈尔滨市的土地利用类型呈现出较为明显的区域差异和集中分布的特点。不同土地类型在空间上相互交错，但各自又有相对集中的区域。耕地广泛分布于地势平坦的区域，2000~2015年部分地区耕地面积有扩张趋势，2015~2020年靠近城市或交通干线的耕地因城市化和基础设施建设减少。林地主要在山区和丘陵地带，2000~2010年边缘区域林地受人类活动影响减少，呈现出林地面积缩小的迹象。2010~2020年部分地区因森林保护和植树造林面积有所恢复。草地分布相对分散，在一些地势起伏相对较小且未被大规模开发的区域存在。2000~2010年部分草地面积增加，2010~2020年因开垦或建设活动减少。水域分布相对固定，主要集中在河流、湖泊等自然水体所在区域。2000~2020年因城市建设和农业开发等活动部分小型水域被填埋或缩小，导致水域整体面积减少。建设用地主要集中在城市中心区域以及交通干线沿线，2000~2020年建设用地呈现出明显的向外扩张趋势，侵占周边的耕地、草地等土地类型。未利用地分布零散，2000~2010年部分区域面积增加，2010~2020年某些区域面积大幅增加，可能因土地退化或环境变化使其他用地转变为未利用地。

Figure 1. Spatial distribution of land use in Harbin from 2000 to 2020

图1. 哈尔滨2000~2020土地利用空间分布图

3.2. 土地利用动态分析

土地利用变化速度是基于土地利用类型面积展开研究的，其体现的是某一时段内土地利用类型面积的变化情况。通过对不同土地利用类型进行比较，能够凸显出变化差异方面的优势。而土地利用类型面积的变化速度可借助单一土地利用动态度以及综合土地利用动态度来表示。根据计算结果可知(表2)，2000~2020年哈尔滨市土地利用类型变化呈现出复杂态势。城市土地利用综合动态度变化具有阶段性特征，总体上先增后降再上升。城市单一土地利用的动态绝对值受经济发展和土地政策影响，在不同时期表现出明显差异。按照单一土地利用动态绝对值大小可排列为未利用地 > 水域 > 草地 > 建设用地 > 林地 > 耕地。其中，未利用地、草地、建设用地面积分别有不同程度的增加，而林地、水域、耕地面积则有所缩减。

从各阶段来看：2000~2005年，城市土地利用综合变化程度较低，仅为0.01%。未利用地、草地和建设用地是土地变化最为活跃的三种类型。耕地、林地和水域的单一土地利用动态度值呈现出较小幅度的变化，林地和未利用地面积有所减少，分别为−0.01%和−0.24%。2005~2010年，城市土地利用类型发生剧烈变化，土地综合利用动态度达到较高水平。各土地利用类型面积均明显变动，耕地、草地、建设用地、未利用地面积大幅增长，其中草地单一动态值最高。林地、水域面积呈现减少趋势，水域减少最为明显。2010~2015年，城市土地利用变化趋于缓和，土地综合利用动态度为0.00%。呈现“二增四减”的间断性特征，建设用地面积仍在增长，草地、未利用地面积缩减，而耕地、林地、水域动态度为0.00%，面积相对较为稳定。2015~2020年，城市土地利用综合变化频率较前一阶段有所提高，综合动态值为0.16%。在退耕还林政策推动下，林地面积有所增长，草地、水域、耕地、建设用地动态度为负值，表明面积也有所减少，未利用地面积大幅增长，可能是由于土地退化等原因导致更多土地变为未利用地。在2000年~2020年期间，综合土地利用动态度为0.19%，这表明哈尔滨市土地利用总体上处于动态变化的过程中。尽管各单一土地利用类型动态度有增有减，但总体上呈现出一定的变化趋势，这反映了城市发展、生态环境变化以及人类活动对土地利用的综合影响。

Table 2. Dynamic changes in land use in Harbin from 2000 to 2020

表2. 2000~2020年哈尔滨市土地利用动态度变化

年份	单一土地利用度(%)						综合土地利用度(%)
	耕地	林地	草地	水域	建设用地	未利用地
2000~2005	0.00%	−0.01%	0.14%	0.01%	0.11%	−0.24%	0.01%
2005~2010	0.03%	−0.10%	1.92%	−1.05%	0.59%	1.16%	0.09%
2010~2015	0.00%	0.00%	−0.01%	0.00%	0.06%	−0.17%	0.00%
2015~2020	−0.07%	0.01%	−1.04%	−2.61%	−0.13%	7.76%	0.16%
2000~2020	−0.03%	−0.09%	0.63%	−3.11%	0.63%	9.47%	0.19%

运用ArcGIS空间分析工具对哈尔滨2000~2020年五期土地利用数据进行叠加分析，在此基础上借助Excel数据透视表构建土地利用转移矩阵(表3)，来分析哈尔滨城市群2000~2020各时间段土地利用类型之间的转化关系及转化特征。

Table 3. Harbin land use transfer matrix from 2000 to 2020 (km²)

表3. 哈尔滨2000~2020土地利用转移矩阵(km²)

年份	2005年
	土地类型	耕地	林地	草地	水域	建设用地	未利用地	转出总计
2000年	耕地	23533.18	41.43	34.06	4.11	39.92	1.79	121.31
	林地	53.85	23425.51	37.02	0.78	0.54	1.69	93.88
	草地	16.89	23.00	991.75	0.11	0.48	1.19	41.67
	水域	10.82	0.82	0.11	2360.92	0.90	0.26	12.91
	建设用地	6.93	0.35	0.09	0.23	1583.31	0.06	7.66
	未利用地	33.41	2.35	0.15	12.50	0.15	856.51	48.56
	转入总计	121.90	67.95	71.44	17.72	41.98	4.99	325.99
年份		2010年
	土地类型	耕地	林地	草地	水域	建设用地	未利用地	转出总计
2005年	耕地	21070.41	1070.58	406.09	230.42	586.38	290.80	2584.26
	林地	1475.74	21296.67	505.03	74.63	19.72	120.63	2195.74
	草地	234.41	435.33	252.23	16.87	7.04	117.31	810.96
2005年	水域	362.48	63.29	222.05	1451.31	29.85	249.20	926.87
	建设用地	420.25	16.81	8.01	7.52	1165.90	6.79	459.39
	未利用地	250.37	151.10	77.82	97.93	7.11	277.03	584.34
	转入总计	2743.25	1737.11	1219.00	427.37	650.10	784.74	7561.56
年份		2015年
	土地类型	耕地	林地	草地	水域	建设用地	未利用地	转出总计
2010年	耕地	23695.73	48.82	6.90	7.78	48.54	5.71	117.75
	林地	50.28	22968.07	8.70	1.42	1.19	3.57	65.15
	草地	9.56	9.01	1449.16	1.06	1.78	0.57	21.98
	水域	6.15	1.37	1.17	1865.36	3.43	1.01	13.13
	建设用地	30.29	0.90	0.54	0.55	1783.33	0.35	32.63
	未利用地	38.83	3.51	0.56	2.49	0.88	1015.46	46.27
	转入总计	135.12	63.61	17.87	13.30	55.81	11.21	296.91
年份		2020年
	土地类型	耕地	林地	草地	水域	建设用地	未利用地	转出总计
2015年	耕地	21015.54	1006.34	363.00	230.12	576.99	308.78	2485.23
	林地	1293.92	21318.33	349.65	22.17	18.73	92.02	1776.49
	草地	200.34	446.02	351.84	47.81	6.78	110.22	811.17
	水域	118.94	26.79	82.48	635.54	14.51	18.83	261.56
	建设用地	544.49	18.76	10.59	10.75	1198.74	8.31	592.90
	未利用地	656.12	211.70	309.11	930.62	23.38	488.11	2130.93
	转入总计	2813.81	1709.61	1114.83	1241.46	640.40	538.17	8058.29

从哈尔滨市土地利用变化桑基图(图2)可以看出，2000~2020年哈尔滨市各土地利用类型间发生了较为明显的变化。各个土地利用类型之间存在着不同程度的相互转换。整体上看，2000~2020年总转化面积为3918.57 km²，占哈尔滨市总面积的一定比例7.38%。耕地、林地、草地、建设用地和未利用地为主要的转化地类，其中，耕地总转出面积为994.77 km²，转入面积为842.96 km²，林地转出面积为840.90 km²，转入面积421.66 km²，水域转出面积为1603.96 km²，转入面积129.67 km²，三个地类的转出面积大于转入面积，总面积呈递减趋势。草地转出面积为200.75，转入面积为330.45，建设用地转出面积为114.31，转入面积为315.03，未利用地转出面积为994.77，转入面积为1878.80。草地、建设用地和未利用地的转入面积相对大于转出面积，总面积呈现一定上升趋势。分时间段来看，2015~2020年各用地面积转化幅度最大，转化面积为8058.29 km²，2010~2015转化幅度最小，为296.91 km²，仅占2015~2020年转化3.68%。总体来看，哈尔滨市在2000~2020年期间土地利用变化较为复杂。建设用地有明显的扩张趋势，而耕地、林地、草地、水域和未利用地之间相互转换较为频繁。这可能与城市化进程、经济发展以及相关政策等因素密切相关。需要进一步加强土地资源的管理和规划，以实现土地的可持续利用。

Figure 2. Sankey diagram of land use change in Harbin from 2000 to 2020

图2. 哈尔滨2000~2020土地利用变化桑基图

4. 结论

本研究对哈尔滨市2000~2020年土地利用情况进行了系统分析，通过多种方法揭示了土地利用的结构变化、动态特征以及类型间的转化关系，主要结论如下：

(1) 土地利用结构变化

哈尔滨市各类土地利用的面积及占比在2000~2020年呈现出不同程度的变化。耕地和林地是主要土地利用类型，占比分别约为44%和43%左右。水域面积持续下降，草地面积占比较小且有波动，建设用地比重虽小但增长明显，未利用地面积呈上升趋势。从空间分布看，不同土地类型呈现出区域差异和集中分布特点。耕地分布于地势平坦区，林地在山区丘陵，建设用地集中在城市中心和交通干线沿线等，且各类型在不同时段有不同的空间变化趋势。

(2) 土地利用动态变化

土地利用动态度分析表明，综合土地利用动态度总体上先增后降再上升，2000~2020年期间为0.19%，反映了土地利用处于动态变化过程。单一土地利用动态度受经济发展和政策影响，不同时期各土地类型变化差异明显，按动态绝对值大小为未利用地 > 水域 > 草地 > 建设用地 > 林地 > 耕地，其中未利用地、草地、建设用地面积有增加，林地、水域、耕地面积缩减。分阶段来看，各阶段土地利用综合动态度和单一土地利用动态度变化特征不同。2000~2005年综合变化程度低，2005~2010年剧烈变化，2010~2015年趋于缓和，2015~2020年综合变化频率提高。

(3) 土地利用转移特征

2000~2020年总转化面积为3918.57 km²，占哈尔滨市总面积的7.38%。耕地、林地、草地、建设用地和未利用地是主要转化地类。耕地、林地、水域转出面积大于转入面积，总面积递减；草地、建设用地、未利用地转入面积相对大于转出面积，总面积呈上升趋势。分时间段来看，2015~2020年各用地面积转化幅度最大，2010~2015年转化幅度最小。总体而言，哈尔滨市在2000~2020年期间土地利用变化复杂，建设用地扩张，其他土地类型相互转换频繁，这与城市化进程、经济发展和相关政策密切相关。

基金项目

黑龙江省哲学社会科学研究规划项目(22JYE462)，哈尔滨师范大学研究生创新项目(HSDSSCX2024.02)。

NOTES

^*第一作者。