全 文 ：喻怀义，俞龙生，李志琴，郭涛. 广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究[J]. 生态科学,2011,30(4):418-425.
YU Huai-yi, YU Long-sheng, LI Zhi-qin, GUO Tao. Spatiotemporal dynamics and driving forces of land use/cover in Panyu District of
Guangzhou City [J]. Ecological Science, 2011. 30(4): 418-425.

广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究
喻怀义，俞龙生，李志琴
*
，郭 涛
1广州市环境保护科学研究院，广州 510620
【摘要】以快速城市化地区广州市番禺区为研究对象，通过解译 4 期 Landsat TM 影像得到研究区土地利用/覆被数据，分析研
究区土地利用/覆被的数量、类型及时空演化特征。研究结果表明：（1）1990-2008 年间，研究区城镇用地从 8 577 hm2 扩大到
24 244 hm2，扩大了 182.6%，农业用地从 41 014 hm2减少到 22 868 hm2，减少了 44.2%，水域从 11 620 hm2增加到 16 253 hm2，
增加了 39.8%。大量农业用地和低密度植被向城镇用地流转。（2）研究区 1990~2000 年土地利用变化强度较小，综合土地利用
动态度为 2.203；2000~2005 年和 2005~2008 年时段土地利用变化强度大，综合土地利用动态度分别为 4.315 和 5.380。（3）土地
利用变化与城市化率和 GDP 增长密切相关。城镇建设用地随城市化进程逐渐上升，农业用地随城市化进程加快急速减少，植被
与城市化率和 GDP 变化呈先下降后上升的趋势。以上分析表明城市化进程的加快是研究区土地利用变化的主要驱动因素，政策
因素以及经济利益也是研究区土地利用变化的重要驱动因素。
关键词：城市化；土地利用/覆被变化；时空动态；驱动力；番禺区
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2011.04.009 中图分类号：Q945.78 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)04-418-08
Spatiotemporal dynamics and driving forces of land use/cover in Panyu District of
Guangzhou City
YU Huai-yi, YU Long-sheng, LI Zhi-qin*, GUO Tao
Guangzhou Research Institute of Environmental Protection, Guangzhou 510620, China

Abstract：Land use / cover change (LUCC) is one of key issues of global change research. With the acceleration of urbanization, the
study of LUCC spatiotemporal dynamics in rapid urbanization area has gained more attention. In this study, four sets of Landsat TM
images (1990/2000/2005/2008) were processed to identify LUCC spatiotemporal dynamics in Panyu District. The results showed that the
area of built-up land and water were increased by 182.6 percent（from 8577 ha to 24244 ha）and 39.8 percent (from 11620 ha to 16253 ha)
respectively, but the area of cropland was decreased by 44.2 percent (from 41014 ha to 22868 ha) from 1990 to 2008. Additionally, the
land use transition matrix showed that a great amount of cropland and vegetation was transformed to build-up land during the periods.
The integrated dynamic indexes were conducted to evaluate the intensity of land use change in different periods, and the results showed
that land use dynamics was more acute from 2000 to 2008 than before. Furthermore, correlation analysis of land use change and
urbanization process was carried out. There was a remarkably negative correlation between the area of cropland and urbanization process,
and a positive correlation between the area of urban built-up and urbanization process. Vegetation was decreased first and then increased
during the urbanization process. The results demonstrated that urbanization process was the main driving force of land use change, and
that policy and economic benefits were important factors for land use change.
Key words：urbanization; LUCC; spatiotemporal dynamic; driving force; Panyu District




收稿日期：2010-10-18 收稿，2011-06-15 接受.
基金项目：广州市环保局支持项目;广州市科研条件建设项目（穗环科[2008]4-04）
作者简介：喻怀义（1982—），男，硕士，工程师，主要从事遥感和地理信息系统在环境规划中的应用研究
*通讯作者：李志琴，E-mail: hilizhiqin@163.net
第 30 卷 第 4 期 生 态 科 学 30(4): 418-425
2011 年 7 月 Ecological Science Jul. 2011

万方数据
1 引言(Introd uction)

城市化进程是当前研究热点问题之一，世界城
市化在 20 世纪中叶进入全面发展阶段[1]。当前我国
正进入城市化加速发展时期，城市化现象对区域景
观格局造成了重大影响，深刻地影响着城市生态环
境、生物多样性[2]和人类的生活。研究城市化空间
格局与生态过程的相互关系是城市生态学一个重
要目标[3]。土地利用/覆被变化（LUCC）是全球环
境变化的重要组成部分和主要原因之一[4]。LUCC
时空变化格局研究一直是 LUCC 的核心内容，各类
指数模型方法被广泛应用于土地利用变化研究中
[5]，探索研究一定时空尺度的 LUCC 的空间分布和
格局特征，并分析研究自然、人类等驱动因子对
LUCC 影响的空间差异性。许多学者从土地利用的
时空变化特征、土地利用变化机制或驱动力、可持
续发展与土地利用变化等方面对城市化进程进行
了深入的探讨和研究[6-10]。
快速城市化地区土地利用/覆被时空动态变化
研究，对于了解人类对城市生态系统的影响、城市
生态系统的演化动向、驱动机制具有重要意义。珠
江三角洲地区是快速城市化进程研究热点地区，近
20 多年来土地利用/覆被发生了翻天覆地的变化
[11]。众多研究对珠江三角洲地区城市土地利/覆被变
化以及景观生态格局时空分异进行了分析[12-18]。本
研究以快速城市化地区广州市番禺区为研究区域，
利用 Landsat TM 影像解译得到研究区土地利用/覆
被数据，分析研究区土地利用/覆被的数量、类型及
时空演化特征，以期揭示快速城市化进程中土地利
用/覆被变化的规律及其主要社会驱动力因素，为区
域土地利用政策和可持续发展规划提供参考。

2 研究区域方法（Study area and method）

2.1 研究区域概况
番禺区位于广东省中南部、珠江三角洲中部河
网 地 带 ， 处 于 北 纬 22°45′~23°05′ 、 东 经
113°14′~113°34′之间，总面积 786.15 km2。全境位
于珠江三角洲中部河网地带，境内地势平坦，由北、
西北向东南倾斜，北部主要是海拔 50 m 以下的台
地，南部是连片的冲积平原。属亚热带典型季风海
洋气候，地带性植被为常绿阔叶林。年均积温在
7 900℃~8 100 ℃之间，年均降雨量 1 650 mm，降
雨集中在 4~9 月，占全年的 80%以上。2000 年撤销
番禺市设立广州市番禺区。近年来，番禺区的国民
经济保持较快增长，是广州“南拓”重点区域，区
位优势明显，城市化进程不断加快。2005 年广州市
区划调整在番禺区南部设立南沙区，本研究以区划
调整后番禺区行政区域为研究范围。

2.2 研究数据获取
选取卫星轨道号为 122/044 的 1990 年 10 月、
2000 年 9 月、2005 年 11 月、2008 年 3 月共 4 期
Landsat TM 影像作为研究数据，影像质量较好，研
究区域范围内无云。采用 FLAASH 大气校正模型对
影像进行大气校正。以 1:5 万地形图为基准，采用
二次多项式及最邻域插值法对其进行几何精校正，
控制误差在 1 个像元以内。TM 影像的分类采用光
谱角制图法和决策树分类方法相结合。光谱角制图
法（SAM）是在 N 维空间中比较光谱向量与参考光
谱向量间的夹角，评价两者的相似程度，并将相似
的光谱向量合并成特定的类别。在分类过程中，采
集了 30 多种参照光谱，对每类地物设置相应的光
谱角阀值进行初步分类和分类合并，然后结合
NDVI、坡度、坡向和高程数据采用决策树分类方
法对 SAM 分类结果进行再分类。将研究区土地覆
被分为城镇用地、水域、农业用地、高密度植被、
低密度植被等 5 种类型（表 1）。采用以上分类方法
有效的解决了分类过程中的同物异谱和异物同谱
问题。结合原始 TM 影像和 SPOT 影像对分类结果
进行验证，总体分类精度达到 90%以上。

2.3 研究方法
2.3.1 土地利用变化转移矩阵
土地利用转移矩阵可全面而具体地刻画区域土
地利用变化的结构、特征与各用地类型变化的方
向。转移矩阵的数学形式为：





















nnninn
inijii
nj
nj
ij
SSSS
SSSS
SSSS
SSSS
S
......
..................
......
..................
......
......
21
21
222221
111211
(1)
式中：
4 期 喻怀义，等：广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究 419

万方数据
表 1 土地利用覆被分类体系
Tab. 1 Classification scheme of LULC
分类代码 Class ID 分类名称 Class name 描述 Description
1 城镇用地 Urban build-up land 城市，村镇，交通用地等 Urban,village, transportation land etc.
2 水域 Water body 河流，水库，坑塘，湿地等 River, reservoir, pond, wetlands etc.
3 农业用地 Agriculture land 水田，旱地等 Irrigated land, dry land etc.
4 高密度植被 High density vegetation 高郁闭度的林地 High canopy density forest
5 低密度植被 Low density vegetation
灌木，疏林，草地，城市绿地 Shrub, thin forest, meadow, urban
green land

S 代表面积；n 代表土地利用的类型数；
i，j 分别代表研究期初与研究期末的土地利用类型；
2.3.2 土地利用动态度模型
土地利用动态度指数综合考虑了研究时段土地
利用类型间的转移，其意义在于反映区域土地利用
变化的剧烈程度，土地利用动态度定量地描述了土
地利用的变化速度，对预测未来土地利用变化趋势
有积极的作用[19]。单一土地利用类型动态度反映了
一定时间和范围内某种土地利用类型的数量变化
情况，其表达式为：
%100



tU
UU
L iaib (2)
式中，Uib为土地变化末期第i种用地类型的面
积，Uia为土地变化初期第i种用地类型的面积，U为
研究单元总面积，t为研究时间。
研究区的综合土地利用动态度可表示为:
%100
1
2
1
1 



















t
LU
LU
LC
n
i
i
n
i
ji
(3)
式中，LUi 为研究期初i类土地利用类型面积；
ΔLUi-j 为研究时段内i类土地利用类型转为非i类(j
类，j=1„n) 土地利用类型面积；t为研究时段，当
用年表示时模型结果即为该区域此时段内土地利
用的年综合变化率。
2.3.3 土地利用驱动力因素判别
采用 Spss13.0 中 General Linear Model（GLM）
过程分析研究区土地利用变化与城市化率、GDP 等
社会经济因素相关程度，分析土地利用变化的主要
驱动力因素。

3 土地利用/覆被动态变化分析（Analysis of LULC
dynamic change）

3.1 土地利用/覆被变化特征
3.1.1 土地利用/覆被总体特征
研究区土地利用/覆被类型除了 2008 年城镇用
地所占比例高于农业用地外，其余各时期农业用地
所占比例最高，其次是水域和城镇用地，植被覆盖
面积最少。1990~2008 年间各覆被类型数量如表 2，
各时期主要变化特征有：（1）农业用地逐渐减少，
从 1990 年的占研究区面积的 53.1%下降到 2008 年
的 29.6%。特别是 2000 年以后农业用地面积下降速
度加快。（2）城镇用地加速扩展，1990 年到 2008
年间城镇用地扩大了 182.6%。2000 年以后城镇用
地增长速度明显加快。（3）植被覆盖面积在
1990~2000 年间减少，2000 年以后有所增加，其中：
高密度植被面积 1990~2008 年间逐年减少，低密度
植被面积逐年增加；（4）水域面积逐年增加，从 1990
年的 15.1%上升到 2008 年的 21.0%，2005 年以后
增加尤为明显。
3.1.2 土地利用/覆被年变化特征
为了研究 1990~2008年间各时段土地利用/覆被
类型年变化特征，将 TM 影响分类结果转换成矢量
数据文件在 ArcInfo 中进行空间叠加分析，计算出
各时段内的土地利用/覆被转移矩阵（表 3-5）。
1990~2000 年间农业用地和植被覆盖地的变化最明
显，农业用地主要转变为城镇用地，植被覆盖地主
要转变为农业用地，水域转出量较小，土地利用类
型较稳定。2000~2005 年间农业用地和植被覆盖地
的变化最明显，农业用地主要转变为城镇用地，植
被覆盖地主要转变为农业用地和城镇用地，水域和
城镇用地转出量较小，土地利用类型较稳定。
2005~2008 年间农业用地和低密度植被覆盖地变化
最明显，农业用地主要转变为城镇用地，低密度植
420 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
被覆盖地主要转变为城镇用地，水域和高密度植被
覆盖地转出量小，土地利用类型较稳定。
从表 3~5 可以看出少量城镇用地覆被类型转变
成了水域、农业用地或高密度植被覆被类型，通过
叠加分析四期分类结果数据，发现这些变化主要出
现在不同覆被类型的结合带，其产生的原因主要有
以下两点：一是由于结合带的混合像元和各期影像
的时相不同导致分类误差比较大；二是由于几何误
差累积造成了 4 期影像之间存在着 1 至 2 个像元的
坐标位置误差，相同的覆被类型经过转移矩阵计算
后，出现了覆被类型的变化。

3.2 土地利用动态度
3.2.1 单一类型动态度
研究区域不同时段单一类型动态度（图 1）存
在以下特点：（1）1990~2000 年间，土地利用变化
幅度最小，变化速度最慢，2000 年以后土地利用变
化幅度大，变化速度较快；（2）农业用地的土地利
用动态度为负值，而且 2000 年以后绝对值剧增，
表明 2000 年以后农业用地的在急剧减少。（3）城
镇用地的土地利用动态度在三个时段都为正值，而
且比较大，在第二个时段出现最大值，说明在这一
时段城镇用地的增长速度最快，这一结果与番禺区
城市化率在这一时段增加了 10%相对应；（4）水域
的土地利用动态度都为正值，在后两个时段突增，
其原因可能是在这一阶段研究区的水产养殖面积

表 2 1990~2008 年番禺区各土地利用/覆被类型面积数量(公顷)
Tab. 2 Land use statistics in Panyu between 1990 and 2008 (hm2)
土地利用/覆被类型 LULC type 1990 2000 2005 2008
城镇用地
Urban build-up land
8577 14886 21759 24244
水域 Water body 11620 13021 13561 16253
农业用地
Agriculture land
41014 35188 28367 22868
高密度植被
High density vegetation
8625 4790 2975 2410
低密度植被
Low density vegetation
7318 9269 10582 11469

表 3 1990~2000 年番禺区土地利用转移矩阵(%)
Tab. 3 Change matrix of each compared LULC type in 1990 and 2000 (%)
土地利用/覆被类型
LULC type
城镇用地 Urban
build-up land
水域 Water body
农业用地
Agriculture land
高密度植被
High density
vegetation
低密度植被 Low
density vegetation
城镇用地 Urban
build-up land
58.4 2.5 17.1 5.2 16.7
水域 Water body 7.6 76.2 13.3 0.7 2.2
农业用地
Agriculture land
12.8 8.4 64.0 3.7 10.9
高密度植被
High density
vegetation
21.8 2.2 39.4 17.9 18.6
低密度植被 Low
density vegetation
25.1 4.0 34.3 16.2 20.3
4 期 喻怀义，等：广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究 421

万方数据
表 4 2000~2005 年番禺区土地利用转移矩阵(%)
Tab. 4 Change matrix of each compared LULC type in 2000 and 2005 (%)
土地利用/覆被类型
LULC type
城镇用地 Urban
build-up land
水域 Water body
农业用地
Agriculture land
高密度植被
High density
vegetation
低密度植被 Low
density vegetation
城镇用地 Urban
build-up land
66.6 4.5 16.1 1.5 11.3
水域 Water body 8.9 76.5 9.1 0.4 5.1
农业用地
Agriculture land
15.8 7.4 59.9 4.0 12.9
高密度植被 High
density vegetation
25.9 1.7 20.0 17.9 34.5
低密度植被 Low
density vegetation
41.6 2.3 29.9 4.8 21.4

表 5 2005~2008 年番禺区土地利用转移矩阵(%)
Tab. 5 Change matrix of each compared LULC type in 2000 and 2005 (%)
土地利用/覆被类型
LULC type
城镇用地 Urban
build-up land
水域 Water body
农业用地
Agriculture land
高密度植被
High density
vegetation
低密度植被 Low
density vegetation
城镇用地 Urban
build-up land
75.5 9.2 1.0 0.9 13.4
水域 Water body 6.5 83.4 6.7 0.1 3.3
农业用地
Agriculture land
11.5 6.2 69.4 1.8 11.0
高密度植被 High
density vegetation
14.4 2.3 12.2 33.8 37.3
低密度植被 Low
density vegetation
30.7 10.3 16.1 6.5 36.5

-3.00
-2.00
-1.00
0.00
1.00
2.00
土
地
利
用
动
态
度
L
(
%
)
L
an
d
u
se
d
y
n
am
ic
d
eg
re
e
(%
)
城镇用地 Urban build-up land 水域 Water body
农业用地 Agriculture land 高密度植被 High density vegetation
低密度植被 Low density vegetation
图 1 番禺区土地利用类型动态度
Fig. 1 Land use dynamic degree of Panyu between 1990 and
2008
出现大幅增长有关。
3.2.2 区域土地利用综合动态度
综合土地利用动态度能够反映区域总体土地利
用变化程度，定量地描述了土地利用的变化速度，
对预测未来土地利用变化趋势有积极的作用[19]。研
究区域 1990~2000 年间综合土地利用动态度为
2.203，低于其它时段，说明这期间土地利用变化程
度较低；2000~2005 年间综合土地利用动态度为
4.315，比前一时期增加了一倍，说明该时段的土地
利用变化程度加快；2005~2008 年间，综合土地利
用动态度达到 5.380，说明这一时段的土地利用变
化强度最大。
1990~2000 2000~2005 2005~2008
422 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
表 6 1990~2008 年番禺区综合土地利用动态度
Tab. 6 Comprehensive land use dynamic degree of Panyu between 1990 and 2008
时期 Period 1990~2000 2000~2005 2005~2008
综合土地利用动态度 LC (%)
Comprehensive land use dynamic degree (%)
2.203 4.315 5.380

3.3 土地利用/覆被变化驱动力因素分析
3.3.1 城市化进程与土地利用/覆被变化相关性
城市化进程是土地利用强度增强的过程，城市
化发展所引起的地域空间上城镇数量的增加和城
镇规模的扩大最直观的表现就是城镇建设面积的
不断增长，城镇用地面积占用耕地的趋势也在加
快。因此城市化进程指标和土地利用/覆被面积之间
具有较强的相关性。采用一元二次回归分析了研究
区土地利用/覆被变化与城市化率、GDP 等社会经
济因素相互关系，结果如图 2。
从图 2 可以看出，农业用地与城市化率和 GDP
变化呈负相关，随着城市化进程的加快，农业用地
下降速率加快，曲线斜率变大。城镇用地与城市化
率和 GDP 变化呈正相关，随着城市化进程的加快，
城镇用地逐渐上升。植被覆盖地变化与城市化率和
GDP 变化曲线呈先下降后上升的趋势，表明城市化
进程到一定程度植被面积转而增多。城镇用地的变
化与城市化率和 GDP 的变化曲线吻合均较好，农
业用地变化与 GDP 变化曲线吻合程度高于城市化
率的变化曲线。植被覆盖地的变化与城市化率和
GDP 的变化曲线吻合程度略差，说明植被覆盖变化
的影响因素更为复杂。
3.3.2 驱动因素分析
1）农业用地变化驱动因素分析
研究区农业用地面积从 1990~2008年间共减少
了 18 146 hm2，其中大部分被城镇用地占用，少部
分转化为水域和植被覆盖地。据 1990 年数据，我
国每公顷土地的年产值，耕地是 3 115 元，林地是
260 元，牧草地为 174 元，淡水养殖水面为 6 682
元，城镇、工矿用地为 116 236 元，交通用地是 18
214 元[20]。因此在市场经济下，效益低下的农业用
地必然向效益较高的淡水养殖水面和城镇用地转
换，由于城市的扩张，城市周边的农业用地也不可
避免的转变为城镇用地。
2）城镇用地变化驱动因素分析
城镇用地面积在 1990~2008 年间增加了 15 667
hm2，其中 2000~2005 年间增幅最大，增加了 6 873
hm2，主要是由植被覆盖地和农业用地转换而来。工
业化和城市化是番禺区城镇用地增加的主要动力。
自 2000 年番禺区撤市建区以来，尤其是 2003 年广
州“南拓”战略的实施明显加快，经济社会进入高
速增长阶段，由此带来土地开发与各项建设的高
潮。加上广州城市经济转型、升级过程中部分企业
向番禺迁移，以及广州大学城、广州新城、广州南
站的建设，番禺区对城镇用地的需求量大增，这些
因素促使了植被覆盖地和农业用地向城镇用地的
转移。
3）植被覆盖地变化驱动因素分析
植被覆盖地面积在 1990~2000 年间减少了
1 884 hm2，主要是在经济利益和城市化的驱动下使
其向农业用地和城镇用地转换。而在 2005~2008 年
间增加了 322 hm2，由于广州市实施了“青山绿地”
工程的政策推动因素，番禺区加大了景观绿地、园
林绿地和森林绿地的建设。
LUCC 的驱动机制是一个复杂的系统，它是自
然、人口、经济发展、技术、政策等综合作用的结
果[21]。本研究从定量和定性两个方面探讨了番禺区
土地利用动态变化的人文社会驱动因素。城市化进
程的加快是番禺区土地利用变化的主要驱动因素，
广州市“南拓”战略的实施等政策因素以及经济利益
也是番禺区土地利用变化的重要驱动因素[22]。

4 结论(Conclusion)

本文以 1990~2008 年为研究时段，从土地利用
/覆被的数量结构、转移矩阵、动态度以及土地覆被
变化驱动因素等方面，分析探讨了番禺区土地利用
/覆被的动态特征及其驱动因素，得出如下结论：
（1）研究区的土地利用/覆被变化呈现城镇用
地加速增长、农业用地快速流失、水域面积增加、
植被先减后增的趋势。城镇用地扩大了 182.6%，农
业用地减少 44.2%，水域增加了 39.8%。大量农业
4 期 喻怀义，等：广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究 423

万方数据
城lf』化率urb向删删1tale
城市化率urbmliz曲0nrate
城市化率Urbmfizaficmr te
勺互血=-p亏。写qJ厂l矧匠鳝髯
co薯‰岁掣晕￡。吾殇岁耧晕

图 2 城市化进程与土地利用/覆被类型拟合曲线
Fig. 2 Curve estimate of urbanization process and LULC types

用地和植被向城镇用地转换，少部分农业用地向水
域转换，低密度植被向城镇用地转换。
（2）土地利用/覆被动态度分析结果表明，研
究区域第一时段土地利用变化幅度最小，综合土地
利用动态度为 2.203；2000 年以后土地利用变化幅
度增大，变化速度加快，第二和第三时段综合土地
利用动态度为 4.315 和 5.380。其中农业用地和城镇
用地的变化程度最明显。
（3）土地利用/覆被变化与城市化率和 GDP 增
长密切相关，城市化进程的加快是番禺区土地利用
424 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
变化的主要驱动因素，广州市“南拓”战略的实施
等政策因素以及土地经济效益也是番禺区土地利
用变化的重要驱动因素。

参考文献（Reference）

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4 期 喻怀义，等：广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究 425

万方数据
广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究
作者： 喻怀义， 俞龙生， 李志琴， 郭涛， YU Huai-yi， YU Long-sheng， LI Zhi-qin， GUO Tao
作者单位： 广州市环境保护科学研究院,广州,510620
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(4)

参考文献(22条)
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