河南省光山縣土地利用時空變化特征分析

佟艷 張慧慧,2

（1.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000；2.河南省地圖院，河南 鄭州 450000）

1 研究背景

光山縣位于河南省東南部、信陽市中部，南依大別山，北臨淮河，地處鄂豫皖三省連接地帶，全縣東西長60km，南北寬55km?？h境東鄰潢川和商城，西連羅山，南接新縣，北與息縣相望。地處亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，屬亞熱帶北部季風型濕潤、半濕潤氣候，光山是中國天然氧吧縣，自2015 年來空氣質量排名多次位居全省第一。為促進土地利用與區域經濟協調發展，我國學者對土地利用變化及生態環境質量關系進行了大量研究。張雪英選取1990 ～2020 年間的遙感影像數據，研究遼西地區的土地利用和土地覆蓋格局及轉移情況，發現該地區主要土地類型為耕地、林地、建筑用地和未利用土地[1]。王有小等對1995 ～2018年間廣西中越邊境地區的土地利用變化和生態風險進行研究，發現影響土地利用類型變化的主要原因是當地經濟快速發展和城市化進程加快，提出應重視生態和經濟的協同發展[2]。為更好地利用土地利用數據，合理分配當地土地資源，研究一條可促進經濟快速發展和生態環境保護服務功能提升相結合的道路，本文選取光山縣為研究區域，基于Landset TM 30m 遙感影像生產的全國土地利用數據產品，按照國家土地利用分類方法，結合劉紀遠等在建設“中國20 世紀LUCC時空平臺”建立的LUCC 分類系統，研究光山縣的土地利用數據，提取2000 年和2015 年兩期數據進行動態分析，對光山縣的整體土地利用框架有了大致了解。

2 數據分析

2.1 土地類型分析

本研究根據國家土地利用分類方法，結合LUCC 分類系統將土地利用數據進行分類，其中一級類型分為6 大類，主要包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。二級分類主要包括水田、旱地、有林地、灌木林等25 種類型（如表1 所示）。根據研究需求，在此主要采用一級分類，獲得了2000 年和2015 年的土地利用矢量數據（如圖1 所示）。

表1 土地利用類型分類

2.2 研究方法

為了明確光山縣該時期的土地利用時空變化特征，選用以下3 種土地類型分析方法。

2.2.1 土地利用變化幅度

2.2.2 單一土地利用變化動態度

受自然和社會條件影響，同一地區在不同時間段的土地利用方式存在差異，并且不同時期的土地利用類型變化速度和幅度也有較大差異。單一土地利用變化動態度可以表示一定時間段內不同土地利用變化的速度和變化幅度[4]，總結一定的規律，便于分析相應時間段土地利用類型變化的走向，并且對未來一段時間的土地利用變化趨勢做出預測。其數學公式為：

公式（2）中：K為研究時期內單一土地利用類型的動態度；Ua、Ub分別為研究初期、末期某種土地利用類型的面積；T為研究時長[3]。

2.2.3 土地轉移矩陣

不同時期土地利用類型的轉變可通過土地轉移矩陣具體分析。土地利用轉移矩陣源于系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述[5]。利用ArcGIS 對兩期土地利用矢量數據進行空間疊加分析，獲取研究時段內土地利用類型的轉移矩陣，清晰地分析不同類型間的轉化，同一類型向何種類型轉化，哪種土地類型轉移面積最多，轉化類型最多或最少，并具體分析研究時段內此地土地類型轉變的特征和原因。其表達式為：

3 光山縣土地利用類型分析

3.1 光山縣土地利用空間分析

由光山縣土地利用現狀圖（圖1）可知，光山縣耕地分布較為均勻，幾乎覆蓋所有區域；林地主要分布于縣城周邊，主要位于西南和東南區域；建設用地分布較為分散，其中東部地區比較集中；草地主要分布于西南和南部區域 ；水域主要呈線狀分布，主要分布在南部和東南方位，未利用地主要分布在東南區域。

圖1 光山縣2000年、2015年土地利用現狀

對光山縣2000 年和2015 年土地類型面積統計可知（如圖2 和圖3 所示），耕地、建設用地、林地是光山縣的主要土地類型。其中2000 年光山縣土地類型主要包括5 大類（如表2 和表3 所示），耕地占全縣面積比例較大為1425.44km2，占全縣面積的77.72%；其次為林地，面積為179.04km2，占全縣面積的9.76%；光山縣土地類型還包括建設用地、水域和草地，面積分別為119.54km2、82.57km2、27.38km2，分別占全縣總面積的6.52%、4.5%、1.49%。2015年光山縣土地類型包括6大類，耕地仍是最主要的土地類型，面積為1365.95km2，占全縣總面積的74.48%；林地面積為218.50km2，占全縣總面積的11.91%；建設用地面積為134.35km2，占全縣總面積的7.33%；水域面積為87.93km2，占全縣總面積的4.79%；草地面積為26.73km2，占全縣總面積的1.46%；未利用地面積為0.51km2，占全縣總面積的0.03%。

圖2 土地類型結構

圖3 土地類型結構

表2 2000年、2015年光山縣土地利用變化（單位：km2）

表3 2000年、2015年各類型占全縣總面積比例（比例：%）

3.2 光山縣土地利用類型時空演變分析

3.2.1 變化幅度和動態度分析

從2000 ～2015 年光山縣土地利用數量變化中分析，6 種土地類型變化呈現“四增二減”趨勢[6]，建設用地、林地、水域、未利用地總面積增加，草地和耕地總面積減少，并且不同類型的動態度差異較大。其中與2000 年數據相比，2015 年林地變化幅度較大，為22.04%，年增速為1.47%，凈增加39.46km2；其次為建設用地，變化幅度為12.39%，年增速為0.83%，凈增長14.81km2；水域變化幅度為6.5%，年增速為0.43%，凈增長5.36km2；未利用地凈增長0.51km2；耕地和草地變化幅度呈現下降趨勢，其中耕地下降幅度較大，變化幅度為-4.17%，每年以0.28%的速度減少，凈減少面積為59.49km2；草地變化幅度為-2.39%，每年以0.16%的速度減少，凈減少面積為0.65km2。

3.2.2 光山縣土地轉移矩陣分析

本文數據處理主要使用ArcGIS10.2 軟件，新建字段，對圖斑類型進行賦值，并以km2為單位對矢量數據進行面積計算，融合處理消除重復圖層，最后統計同一時期不同類型間的面積；對2000 年和2015 年數據進行相交處理，統計出這兩個時間段之間土地利用類型的轉化（如圖4 所示）；利用Excel 軟件對2000年和2015 年相交數據進行處理，生成數據透視表，得出土地轉移矩陣，如表4 所示。

表4 2000～2015年光山縣土地利用轉移矩陣（單位：km2）

由此可知，光山縣2000 ～2015 年間土地類型呈現一種向多種土地類型轉化的特征[6]。從土地轉出方面分析，耕地2000 ～2015 年間總轉出量為69.65km2，其中分別轉出為林地（44.04km2），草地（0.11km2），水域（7.43km2），建設用地（17.99km2），未利用地（0.08km2），耕地主要轉出類型為林地、建設用地和水域。林地2000 ～2015 年間總轉出量為5.41km2，其中分別轉出為耕地（0.59km2），草地（0.05km2），水域（2.50km2），建設用地（1.85km2），未利用地（0.42km2），林地主要轉出類型為水域和建設用地。草地2000 ～2015 年間總轉出量為1.05km2，其中分別轉出為耕地（0.15km2），林地（0.33km2），水域（0.31km2），建設用地（0.27km2），草地向這四種類型轉出量比較均衡。水域2000 ～2015 年間總轉出量為5.06km2，其中分別轉出為耕地（3.92km2），林地（0.4km2），草地（0.25km2），建設用地（0.49km2），水域轉出主要類型為耕地，向其余三種類型轉化面積大致相同。建設用地2000 ～2015 年間總轉出量為5.78km2，其中分別轉出為耕地（5.48km2），林地（0.1km2），水域（0.2km2），建設用地主要轉出類型為耕地，少部分向林地和水域轉化，未涉及草地和未利用地。

從土地轉入方面分析，耕地2000 ～2015 年間總轉入量為10.14km2，其中由林地、草地、水域、建設用地轉化，轉入面積分別為0.59km2、0.15km2、3.92km2、5.48km2，耕地轉入類型主要為建設用地和水域。林地2000 ～2015 年間總轉入量為44.87km2，其中由耕地、草地、水域、建設用地轉化，轉入面積分別為44.04km2、0.33km2、0.4km2、0.1km2，林地轉入類型主要為耕地。草地2000 ～2015 年間總轉入量為0.41km2，其中由耕地、林地、水域轉化，轉入面積分別為0.11km2、0.05km2、0.25km2，草地總轉入面積相對較少，轉化類型特征不明顯。水域2000 ～2015 年間總轉入量為10.44km2，其中由耕地、林地、草地、建設用地轉化，轉入面積分別為7.43km2、2.5km2、0.31km2、0.2km2，水域轉入類型主要為耕地和林地。建設用地2000 ～2015 年間總轉入量為20.6km2，其中由耕地、林地、草地、水域轉化，轉入面積分別為17.99km2、1.85km2、0.27km2、0.49km2，建設用地轉入類型主要為耕地和林地。未利用地2000 ～2015 年間總轉入量為0.5km2，其中由耕地、林地轉化，轉入面積分別為0.08km2、0.42km2，形成新的光山縣土地類型轉化分布如圖4 所示。

圖4 2000年、2015年土地類型轉化分布

4 結論

通過分析光山縣2000 ～2015 年土地利用類型變化，6 種土地類型變化呈現“四增二減”的特點，其中，建設用地、林地、水域、未利用地保持增加趨勢，草地和耕地總面積趨勢走低。從土地類型面積增加幅度來看，林地＞建設用地＞水域＞未利用地，說明2000 ～2015 年間該區域在生態保護、植樹造林方面取得了較大進展。從土地類型面積減少幅度來看，耕地＞草地，耕地凈減少了59.49km2。并且不同類型的動態度差異較大，林地、耕地、草地、建設用地、水域的動態度分別為1.47%、-0.28%、-0.16%、0.83%、0.43%。

該地的土地類型轉變呈現一轉多特征，耕地面積轉移為林地＞建設用地＞水域＞草地＞未利用地。耕地面積主要轉移為林地、建設用地。耕地向林地的轉變，促進了當地的生態優化發展，提升了生態環境質量。耕地向建設用地轉變，說明當地隨著城鎮化發展，不免侵蝕、占用耕地資源，然而耕地是當地最主要的土地類型，農業發展對當地經濟也有促進作用，這就提示當地要合理配置資源，在經濟快速發展的大環境下，要重視保護耕地資源，尋找一條經濟發展和資源合理配置相結合的道路，為當地政府提供理論依據。

從轉入類型分析，林地面積增多，主要從耕地、草地、水域和建設用地發展而來,研究期內耕地是向林地轉移面積較多的類型，說明當地注重經濟發展的同時，也重視生態保護。從位置分布看，建設用地在東部地區擴展迅速，城鎮化較為明顯；南部和東南部林地面積增加顯著。