基于GIS 的松溪縣土地利用空間格局分析

范勛承

（邵陽學院城鄉建設學院，湖南 邵陽422000）

土地利用使得原本是自然屬性的土地轉變為具有社會屬性的人工生態系統。土地利用變化引起人類賴以生存的環境產生變化，從而影響地球生物圈、化學圈和物理圈層結構與功能，甚至引起生態系統物質流和能量流循環的失衡，致使生物多樣性急劇減少以及全球氣候變暖[1]。從宏觀尺度上看，土地利用變化研究可幫助人類更好的認識和理解其在不同時間和空間尺度上的相互轉化[2]。在國內，對于土地利用與覆被變化的研究主要集中在一些具有代表性的地區，如劉紀遠等[3]以遙感土地利用和氣候觀測數據為基礎，探討了土地利用變化過程對中國農田光溫產生的作用；王金臣等[4]對清代長白山區域的土地利用變化驅動機制及其對環境的響應進行了研究；鞠洪潤等[5]探究了中國土地利用空間格局的刻畫方法，并建立了土地利用空間格局刻畫指標體系。以上典型區域的研究為小尺度的土地利用研究奠定了基礎。

1 研究區概況

松溪縣位于福建省南平市的北部（圖1），是南平市下轄區域中土地面積最小的縣，土地總面積1043 km2。2000 年，松溪縣被文化部命名為“中國民間版畫藝術之鄉”；2016 年，松溪縣順利通過環保部驗收，成為南平市10 個市（區、縣）中首個國家級生態縣。松溪縣屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫18.1℃，年均降雨量1557-1743 mm。地勢從東北向西南傾斜，整體呈中間地陷四周環山的地貌特征。截至2019 年末，戶籍總人口16.8 萬人，GDP 達到81.54 億元。

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

松溪縣1995、2000、2005、2010 年和2015 年的遙感影像數據來源于地理空間數據云，空間分辨率相同，均為30 m，參照我國土地利用分類標準并結合松溪縣的實際情況，將松溪縣土地利用類型劃分為六類，分別是林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地。利用ENVI5.2 和ARCGIS 10.2 軟件計算各土地利用類型的轉移矩陣，制作松溪縣各土地利用類型的空間分布圖并輸出其他相關研究數據。

2.2 研究方法

圖1 研究區示意圖

目前，研究土地利用變化特征和方向等常用方法即為土地利用轉移矩陣[6]。因為土地利用轉移矩陣能夠清晰的表達土地利用的結構特征、研究時段內的各地類的來源以及組成。另外，轉移矩陣生成的轉移概率矩陣，可以看出引起某一種用地類型發生變化的主要用地類型和次要用地類型，這樣可以清晰的分辨出引起這種用地類型發生變化的真正原因。土地利用轉移矩陣的具體計算公式如下：

式中，P、n、i 和j 分別代表面積、用地類型的數量、研究時段開始時和研究時段末期的用地類型。

3 結果與分析

3.1 土地利用空間格局分析

六種土地利用類型的分布情況，共同構成了松溪縣土地利用的空間分布格局（圖2）。林地是松溪縣最主要的基質類型，幾乎全縣范圍內均有分布。松溪縣歷來森林覆蓋率都很高，森林覆蓋率達75.5%以上，而綠化程度已達93.3%。1995 年，耕地主要分布在松溪縣的南部，2000-2010 年間，全縣耕地面積大量減少；2010 年，耕地面積有所增加，連通性增強，而后的2015 年又大面積減少，景觀破碎度增加。建筑用地在1995-2005 年的10年間，主要分布在松溪縣的南部；2015 年，建筑用地顯著增加，但主要集中于松溪縣的東部地區，呈連片分布，連通性較高。草地主要分布在松溪縣的四周，2005 年之前東南部連通性較好，但在2015 年，東南部減少較多，破碎度增加。

圖2 1995～2015 年松溪縣土地利用類型空間分布

3.2 土地利用面積變化分析

總體上看（圖3），20 年間建筑用地、林地和水域面積有所增加，其中林地面積增加的最多，其次是建筑用地和水域；耕地、未利用地和草地面積呈減少趨勢，其中草地面積減少的最多，其次是耕地和未利用地。從各時段上看，建筑用地在2015 年間增加的最多，共增加了91.62 km2。林地在2005 年以前均呈現顯著增加趨勢，2005 年之后雖有所減少，但減少的面積不大，仍然是全縣的主要基質類型。松溪縣流域面積占全縣總面積的95.5%，河網密度大，研究期間水域面積有所波動，但整體上呈輕微增加態勢。耕地面積波動較大，僅在2010 年有所回暖，但20 年間仍減少了107.83 km2。

圖3 1995～2015 年松溪縣土地利用類型面積變化

3.3 土地利用轉移矩陣分析

從表1 可知，松溪縣林地保持率為76.06%，其它地類向林地轉入概率最高的是草地，轉入率為55.14%，而建筑用地、水域、耕地和未利用地向林地的轉入概率較為相似，均在37%左右。與其它區域相比，水域保持率排第二，為40.47%；建筑用地保持率也較高，其它地類向其轉入也較高，其中，耕地向建筑用地的轉入率達31.13%。因此，研究期間松溪縣的建筑用地面積呈增加趨勢。由此可知林地、建筑用地和水域的面積增加的主要原因是這三種用地類型本身保持率就很高，而且其它地類又不斷的向它們轉入。各土地利用類型的具體轉出概率大小排序為：未利用地（99.44%）＞草地（83.67%）＞耕地（79.79%）＞建筑用地（62.12%）＞水域（59.53%）＞林地（23.94%）。

表1 1995～2015 年松溪縣土地利用變化轉移概率矩陣（%）

4 結論

基于5 期遙感影像，采用面向對象的分類方法，對松溪縣5期遙感影像進行分類，得到六種土地利用類型，而后對各土地利用類型的空間分布、面積變化及相互轉換情況進行了分析，結果表明：林地占松溪縣總面積最大，成為松溪縣的主要基質類型，遍布于全縣區域；建筑用地主要分布于松溪縣的東部；其余土地利用類型分布較為分散。從各土地利用類型的面積變化上看，林地、建筑用地和水域成為研究期間面積增加的用地類型，其中林地增加的最多；相比之下，其余用地類型的面積呈減少趨勢，而草地是面積減少最多的用地類型。從各土地利用類型相互轉換情況上看，林地的保持率最高，其次為水域和建筑用地；相比之下，未利用地的保持率最低，其次為草地和耕地。林地成為研究期間面積增加最多的用地類型得益于其他五種用地類型的大量轉入，其中草地轉入率最高達55.14%，這也是研究期間草地成為面積減少最多的用地類型的原因。