永吉縣2000～2020年土地利用變化及其驅動力分析

孫晶艷

吉林市土地儲備中心，吉林吉林

土地利用與土地覆被變化（LUCC）是環境變化的重要原因，是人類對土地利用效果的表現，同時也是自然界對人類活動的反饋。對于土地利用變化的研究，從研究手段上一般要借助遙感和地理信息系統[1-4]。從空間尺度上來看，全國、省域、流域和縣域均有豐富的研究成果[5-8]，由于受遙感數據限制，以縣域尺度研究為主。從時間尺度上來看，一般采用斷點年的形式，進行多期土地利用數據對比分析。在研究內容方面，對土地利用類型轉變、重心轉移和利用強度進行刻畫，同時對土地利用變化的原因進行定性或定量分析[9-11]。我國學者在土地利用變化特征及驅動力研究方面取得了較為豐碩的成果[12-14]，但由于受遙感影像獲取時間的現勢性等因素的制約，通常研究時點與當下存在著一定時間差，這給研究成果的應用帶來一定的不便。本文結合2000年和2020年遙感數據解譯成果對研究區土地利用變化特征進行了分析，并對變化驅動力進行了梳理，以期為研究區土地可持續利用、國土空間規劃編制提供理論和數據上的支撐。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

永吉縣地處吉林省中部，地理位置在東經125°48′9″～126°40′1″、北緯43°18′7″～43°35′00″之間，東與吉林市豐滿區接壤，北與吉林市相鄰，西與長春市毗鄰，南與磐石市、樺甸市接壤，地形地貌為低山丘陵區，整體地勢是由東南向西北逐漸平緩，形成平原區-丘陵區-中低山地區，海拔高度依次遞減。永吉縣氣候屬北溫帶大陸性干旱季風型氣候，其特點是四季分明，春季干燥多大風，夏季溫熱多雨，秋季涼爽多晴好天氣，冬季漫長寒冷，年均氣溫5.3℃。截至2019年末，全縣下轄10個鄉、鎮（區）及1個水庫管理局。全縣戶籍總人口330 997人，其中，鄉村人口244 026人，城鎮人口86 971人。全縣GDP實現64.2億元，全縣城鎮居民人均可支配收入26 340元，農村居民人均純收入14 591元。

1.2 數據來源

本文選用中國研制的30 m空間分辨率全球地表覆蓋數據，該數據共包含2000版、2010版和2020版。該數據使用的分類影像主要是30 m多光譜影像，包括美國陸地資源衛星（Landsat）的TM5、ETM+、OLI多光譜影像和中國環境減災衛星（HJ-1）多光譜影像，2020版數據還使用了16 m分辨率高分一號（GF-1）多光譜影像，擇優選擇數據生產基準年或更新年度年±2年內植被生長季的多光譜影像。本次研究選用研究區2000版和2020版，將研究區土地劃分為耕地、林地、草地、濕地、水域和建設用地。

2 研究方法

2.1 單一土地利用動態度

單一土地利用類型的動態度反映了土地類型的動態幅度與變化速度[1]，其計算公式為：

式中：K為研究時段內某種土地利用類型動態度；Ua、Ub分別為研究初期與研究末期某種土地利用類型的面積；T為研究時段。

2.2 土地利用程度

土地利用程度是表征一定區域內利用強度的指標，從一定程度上反映土地利用效率[5]，其計算公式為：

式中：P為土地利用程度綜合指數且1～4之間變動；Ai為第i級土地利用程度分級指數；Ci為第i級土地利用程度分級面積；H為土地總面積；n為土地利用類型個數。

2.3 土地利用類型轉移矩陣

土地利用類型轉移矩陣是對一定時序單元內各土地利用要素間面積的轉化過程與轉移狀態的定量描述，能夠全面地反映區域特定時間段內土地利用變化的結構特征和轉換方向[1]，其數學表達式如下：

式中：Aij為各種土地的面積；n為土地利用類型數量，i，j為轉移前后的土地利用類型。

3 結果與分析

3.1 土地利用類型結構及動態度分析

通過ArcGIS經過柵格與矢量轉換工具，制作研究區2000年與2020年土地利用數據庫，獲取兩期研究區土地利用類型結構及土地利用動態度（見表1）。

從土地利用類型結構來看，研究區內耕地和林地是優勢地類，在2000年占研究區總面積的95.11%，到2020年下降至84.54%，其中，林地下降比例較高。從動態度來看，變化幅度最大的為草地，主要原因是2000年后調整了農業結構，同時草地本身面積相對較小，導致其土地利用動態度高達68.10%。建設用地的變化在20年間增加了66.43%，土地利用結構變化較為強烈。

3.2 土地利用程度分析

本文結合前人的研究，按照人類對不同土地利用類型受干預強度將研究區中的濕地賦值為1，草地、水體、林地賦值為2，耕地賦值為3，建設用地賦值為4，按照公式（2）求取研究區內土地利用程度變化。通過計算，研究區內土地利用程度由2000年的2.542上升至2.584，研究區內總體土地利用程度不高，但呈現出逐漸上升的趨勢。

3.3 土地利用類型轉移分析

為了進一步深入刻畫永吉縣土地利用類型變化情況，通過ArcGIS空間分析，獲取兩期土地利用類型轉移矩陣（見表2）。

由表2可知，作為人類影響程度最高的建設用地，在研究期內增加了4 468.40 hm2，其中，主要來源為耕地和林地，值得注意的是占用耕地面積為5 604.57 hm2，同時，由于項目區實施了城鎮建設用地增加與農村建設用地減少相掛鉤項目（簡稱“增減掛鉤”），建設用地中的居民點用地減少1 705.79 hm2，變為耕地。2000年以來，由于實施“天保工程”，對3 249.70 hm2的耕地進行了還林，對2 693.60 hm2的耕地進行了還草，使“天保工程”得到了較好實施。但從濕地增減源來看，其增減源主要為水體，研究區地表水呈現出萎縮的態勢。

3.4 土地利用變化驅動力分析

土地利用變化受自然、社會和經濟三重系統的影響，研究區在研究期內土地利用變化主要受如下幾個方面影響。

表 1 2000～2020年永吉縣土地利用類型結構及動態度（單位：hm2，%）

表 2 2000～2020年永吉縣土地利用類型轉移矩陣（單位：hm2）

3.4.1 自然因素

永吉縣歷史上多次遭受洪災，在1986～2002年的17年中，大小水災共有12次，特別是在研究期內2010年和2017年，永吉縣發生了特大洪水，導致土地利用類型變化劇烈。從地形地貌的條件來看，永吉縣地形坡度按≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、＞25°分為平地、平坡地、緩坡地、緩陡坡地、陡坡地，分別占全縣的16.89%、33.81%、34.64%、13.15%和1.51%，而土地利用變化劇烈的區域主要分布在0°～15°區域，說明自然條件中的地形條件是導致土地利用變化的重要影響因素之一。

3.4.2 社會因素

永吉縣2000年戶籍人口為42.3萬人，城鎮化率為27.72%，到2020年，戶籍人口為37.69萬人，城鎮化率為26.40%，人口城鎮化水平有所下降。永吉縣縣域遷出人口大于遷入人口，機械增長率總體呈現逐年下滑趨勢，導致城鎮建設用地面積增加速率小于全國平均水平，耕地中存在著部分撂荒現象，也是導致耕地坡度較小的區域變為草地的原因之一。

3.4.3 經濟因素

2003年，永吉縣全縣GDP實現20.72億元；2019年，全縣GDP實現64.20億元，增長了超過3倍，其中，第一產業增加值增長了3.60億元，第二產業增加值增長了15.80億元，第三產業增加值增長了24.10億元，可以看出，經濟主要增長點是第三產業，因此城鎮用地一直處于擴張狀態，而耕地不斷減少。

4 結論

4.1 土地利用類型結構變化不一

草地、建設用地比例顯著增加，林地比例顯著下降，耕地比例相對穩定。2000～2020年，由于研究區受經濟發展和退耕還林還草等因素的影響，草地比例上升了8.14%，其土地利用動態度高達68.10%；建設用地凈增加4 468.40 hm2，導致其比例上升1.70%；林地面積減少最多，為22 307.42 hm2，導致其比例下降8.49%；耕地比例在20年間共下降2.08%，其結構比例相對穩定。

4.2 土地利用程度總體較低，出現了緩慢上升的態勢

由于研究區地處山地丘陵區，林地和耕地的比例相對較高，總體利用程度在2.6以內。土地利用程度最高的建設用地在總量上有所增加，但整體所占的比例不高，導致從2000～2020年間，土地利用程度僅上升了0.042。

4.3 建設用地擴張土地主要來源于耕地，退耕還草效果和水體向濕地演化明顯

從研究區研究時段的土地轉移矩陣來看，建設用地擴張中來源于耕地的面積有5 604.57 hm2，占建設用地增加來源的90.14%；在25°以上的區域中增加的草地主要是由耕地變化而來，其面積有2 693.60 hm2，水體轉出面積中的328.62 hm2變為濕地，占轉出面積的73.60%，水體保護顯得尤為重要。

4.4 土地利用變化中主要受自然和經濟的驅動，人口因素影響較小

從研究區土地利用變化的驅動力來看，多次洪水災害導致了林地和耕地面積的變化，尤其是林地，有相當一部分退化為草地。研究區經濟增長點主要來源于第三產業的發展，導致建設用地增長速度相對較快，較為深刻地影響了建設用地和耕地的數量與結構。作為社會因素中的人口，永吉縣人口一直處于負增長的態勢，對土地利用變化影響相對較小。