長江中下游區域2005—2015年土地利用類型變化分析

徐文強 趙珍珍 韓保民

摘 要：長江中下游區域經濟發展潛力巨大，在推動我國經濟發展的進程上做出了突出貢獻，其中以長江三角洲經濟帶作用尤為突出。利用ArcGIS軟件對長江中下游區域2005年、2010年和2015年的遙感影像進行分類處理和土地利用變化分析，并根據土地利用類型矩陣轉化分析和重心遷移模型對長江中下游區域的各類型土地重心進行分析。結果表明：各土地利用類型面積2005年占比為林地>耕地>草地>水域>建設用地>未利用土地，到2015年建設用地面積占比超過水域面積。2005年—2015年各土地利用類型變化量中，以建設用地增量最大，面積高達10990.75km2。耕地減少量最多，流失面積為8917.95km2，主要轉化為建設用地，多達8253.78km2，其次為林地，流失面積為2039.76km2，也主要轉化為建設用地。其他土地利用類型面積均為小幅度增長。土地利用重心在2005—2015年發生了顯著變化，移動幅度最大的為2005—2010年林地土地利用類型，重心移動距離達34.62km，并就其數據結果對影響因素進行了研究分析。

關鍵詞：土地利用變化;長江中下游區域;重心遷移

土地系統是一個復雜的生態系統，受多種因素影響，與人類的生活和社會的建設密不可分，決定著我國國民經濟的發展程度和增長速度。但隨著時間的推移，人類對土地資源的高強度利用和不合理開發，使土地覆被格局發生了改變，土地利用強度逐漸達到甚至已超出了土地利用可承載能力，嚴重損害了土地利用的可持續性，土地生態安全日益惡化，嚴重影響區域生態系統穩定和可持續發展。合理利用土地，對區域資源生態系能否穩定運行、社會經濟可持續發展至關重要。

長江是我國的第一大河，是南水北調東、中、西三條線路等我國水資源配置的戰略水源地，是連接東中西部的“黃金水道”[1]，作為中國最長的河流，長江生態環境多樣化，是全球生物多樣性最豐富的區域之一，為世界自然基金會在全球重點保護的35個優先生態區之一[2-3]。

長江中下游區域是我國重要的棉、油、糧生產基地，也是中國水資源最豐富地區。長江天然水系及縱橫交錯的人工河渠使該區成為中國河網密度最大地區。該區同時也是是中國淡水湖群分布最集中地區，具有重要戰略地位，近些年來隨著社會經濟快速發展，城市化進程速度加快，由于規劃設計不合理或者城市設計標準未能考慮極值的情況，以及長江天然水系對土地的影響，使得長江中下游地區成為我國土地利用變化最為活躍的地區之一。因此，對該區域土地利用變化進行評價研究迫在眉睫。

長江經濟帶是世界上人口最多、產業規模最大、城市體系最完整的巨型流域經濟帶，其人口和地區生產總值超過全國的40%，也是我國以“兩屏三帶”為主體的生態安全戰略格局的重要組成部分[4]。長江流域自然環境復雜，上中下游自然分異明顯，各區域地形地貌、氣候條件差異顯著，國民經濟發展不平衡[5-6]，生態系統的分布和變化在空間上地區差異性顯著。對資源與能源的過度利用和無序開發，使得長江流域部分區域生態系統退化嚴重[4-7]隨著我國城鎮化進程加快，長江流域諸多省市的土地開發強度均遠超全國的平均水平，另一方面，長江中上游防護林體系建設工程、天然林保護工程及退耕還林工程，促進了長江流域的植被恢復。影響長江中下游區域土地利用變化的政策因素、社會經濟因素和自然因素多且復雜。

因而研究其長江中下游區域土地利用時空變化，并對其影響因素進行分析，具有重要現實意義。長江中下游區域的生產建設，需要從不同規模、層次上協調發展，實現土地資源生產建設的集約性、高效性和有序性。這就需要建立在對土地利用的科學認知與綜合規劃的基礎上，而遙感對地觀測技術以其無可替代性的觀測手段，對多尺度、多時相、大區域空間信息的獲取發揮重大的作用。

1 研究區概況

如下圖1所示所示長江中下游區域位于E110°～122°、N28°～34°之間，長江中游區域多為泛濫平原，下游區域多為濱海平原，河渠與湖泊密集分布，是長江貫通一系列的斷陷盆地并與其他水系的進一步沖積形成的。長江中下游區域受到溫帶季風氣候影響，年降水主要集中在夏季高溫階段，給本地區水稻和小麥等種植業發展提供了良好的天然條件，并且成為全國糧食作物和經濟作物主要產地。本文長江中下游區域的研究行政區域主要包括湖北省、湖南省、江西省、浙江省、江蘇省、安徽省和上海市。

2 數據來源與預處理

土地利用數據來源于中科院資源環境科學數據中心（http：//www.resdc.cn）。以LandsatTM/ETM+30m遙感影像數據為基礎，并通過人機交互解譯方法獲得。土地利用數據分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用土地6個一級類。通過大量樣本與實際采樣點進行對比驗證，結果表明該數據的精度達到研究使用的要求。該數據的空間分辨率為100m。

本文利用研究區域的矢量邊界數據分別從2005年、2010年及2015年三期全國土地利用數據中提取長江中下游區域土地利用數據，利用ArcGIS軟件對其行分類和疊加分析處理，結合土地利用類型重心遷移結果開展土地利用變化的研究。

3 研究方法

土地利用重心的計算之中首先將某一特定地區劃分為不同的次一級區域，通過各區域的有關數據進一步計算出相應的重心坐標，其表達式為：

伴隨著時間波動，同一地區的區域重心亦發生一定變化，其遷移距離的計算公式為：

上式之中，Dt-j為第t年到第j年重心遷移距離，而C為地理坐標單位換算為平面距離單位的特定系數，取值為111.11，x與y是上述重心坐標，其單位為經緯度，轉換后的重心遷移距離單位為公里。

4 結果分析

通過考慮Landsat影像的數據精度和長江中下游區域實際土地利用特點，且參考國土資源部提出的土地利用現狀分類標準和1996年劉紀元提出的分類系統，本次研究利用ArcGIS軟件的重分類將長江中下游區域土地利用類型分為林地、耕地、草地、水域、建設用地以及未利用土地6個一級類。

上述分類流程的最終結果如下表所示：

由上表1可以看出，在2005—2015年時間段內，林地面積與耕地面積共占比高達80%以上，是本區域的主要土地利用類型，占據主要地位，但耕地利用類型土地面積逐年遞減，下降幅度最大，高達8917.95km2，其次為林地，流失面積為2039.76km2。建設用地土地利用類型面積占比增長幅度最大，由2005年的5.04%增長至2015年的6.23%，增加面積為10990.75km2，草地、水域、未利用土地面積占比變化幅度均不大，均在0.1%以內。

通過土地利用轉移矩陣對各土地利用類型相互之間的土地流轉情況進行分析，2005—2015年各土地利用類型轉移矩陣結果如表2所示。

由表2可見，自2005—2015年，林地和耕地面積逐年下降，均主要轉移為建設用地，分別由2044.8km2和8253.78km2，占2005年-2015年建設用地土地利用類型增長面積的90%以上，耕地其余減少面積按照數量大小分別轉移到水域、林地、草地和未利用土地，林地其余減少面積則主要轉移到了草地、耕地和水域。除耕地與林地外，其余土地利用類型轉移為建設用地的面積較少，未利用土地轉移為建設用地的面積最少，為7.87km2。草地減少面積中主要流向林地、建設用地和水域，轉移為未利用土地最少。水域主要流向建設用地、草地，耕地和未利用土地，轉化為林地面積最少。建設用地轉移面積最多的土地利用類型為耕地，最少的則為未利用土地。

利用土地利用類型重心遷移模型計算得到數據如表3所示。

通過表3可知，2005—2010年個土地利用類型重心遷移距離變化量不大，但2010—2015年各土地利用類型重心遷移距離均發生了較大變化，遷移距離變化最大的土地利用類型為林地，高達34.63km，重心向東南方向移動，草地、耕地、水域和未利用土地則向東北方向移動。遷移方向較為突出的土地利用類型為建設用地，2005—2010年土地利用重心向東北方向移動，2010年-2015年則向西北方向移動。

5 結論

本文運用2005年、2010年、2015年三期土地利用數據，分析了長江中下游區域2005—2010年的土地利用格局的時空演變特征，結論如下：

（1）2005—2015年長江中下游區域各土地利用類型變化較為活躍，主要為耕地和林地的面積逐年減少，并且大部分減少面積均轉化為建設用地，由46333.61km2增長至57182.28km2，使得建設用地增長幅度最大，增加面積最多，其主要與長江中下游區域城鎮化水平快速提高和社會經濟快速發展有關。根據2005—2015年長江中下游區域的土地利用變化時空特征可以預測未來土地利用變化情況。

（2）長江中下游區域各土地利用類型重心在2005—2010年均未發生較大變化，但自2010年開始至2015年各土地利用類型重心遷移變化較為明顯，表現為草地、耕地、水域和未利用土地的土地利用重心向東北方向移動，林地的土地利用中心往東南方向移動，建設用地則先往東北方向移動后向西北方向移動。本文基本探明長江中下游區域2005—2015年土地利用類型的時空變化，但受資料條件影響，目前研究仍有一定的局限性，今后仍需補充完善最新土地利用數據，提高研究結果的準確性和實時性。

參考文獻：

[1]姚瑞華，趙越，楊文杰，等.長江經濟帶生態環境保護規劃研究初探.環境保護科學，2015，41（6）：15-17，28.

[2]薛蕾，徐承紅.長江流域濕地現狀及其保護.生態經濟，2015，31（12）：10-13.

[3]李曉文，鄭鈺，趙振坤，黎聰.長江中游生態區濕地保護空缺分析及其保護網絡構建.生態學報，2007，27（12）：4979-4989.

[4]高吉喜.劃定生態保護紅線，推進長江經濟帶大保護.環境保護，2016，44（15）：21-24.

[5]陳雯，孫偉，吳加偉，陳誠，閆東升.長江經濟帶開發與保護空間格局構建及其分析路徑.地理科學進展，2015，34（11）：1388-1397.

[6]虞孝感.長江流域生態安全問題及建議.自然資源學報，2002，17（3）：294-298.

[7]潘開文，吳寧，潘開忠，陳慶恒.關于建設長江上游生態屏障的若干問題的討論.生態學報，2004，24（3）：617-629.