基于退耕還林還草政策的土地利用變化分析
——以固原市為例

馬 娟，全 斌，周 澤

衡陽師范學院 地理與旅游學院，湖南衡陽 421002

土地利用變化是一個受自然因素和人類活動影響的復雜過程。然而，土地利用政策是土地利用變化的一個重要驅動因素[1]。我國為協調城鎮化發展帶來的沖突，提出了耕地占補平衡政策、基本農田保護以及退耕還林還草等政策。諸多學者采用了多因素綜合評價、統計分析等方法量化了保護政策的影響和作用，但大多數研究基于傳統的土地利用分析方法，缺乏深入理解土地利用變化結構與地類轉化的潛在關系[2-3]。強度分析方法是一種通過深入挖掘轉移矩陣信息的定量化方法，與傳統方法相比，該方法可以更加系統地量化以及直觀地反映土地利用的變化信息。目前，該方法的研究主要集中在土地利用變化、城鎮的擴張、不同區域的比較、生態系統服務價值、草原沙漠化等[4-8]。因此，借助定量化的強度分析框架和變化成分分析方法，探討退耕還林還草政策下的土地利用變化模式，以此識別在政策下土地利用變化模式中的特性。

基于此，以固原市為研究對象，運用改進的土地利用變化強度分析理論體系與應用方法，研究了該市1990—2000、2000—2010、2010—2020 年3 個時期的土地利用變化強度分析，進而探討土地利用變化與國家政策之間的關系，為該地區未來的發展模式及對策提供參考。

1 固原市概況、數據來源及研究方法

1.1 固原市的概況

固原市(35°14′～35°38′N，105°20′～106°58′E)位于寧夏回族自治區南部六盤山區，黃土高原的西北邊緣，地處西安、蘭州、銀川3個省會城市構成的三角地帶中心，是寧南區域政治、經濟、文化交流的中心城市。總面積為13 450 km2，管轄區包括原州區、西吉縣、彭陽縣、隆德縣和涇源縣，通常被稱為“西海固”地區，屬于黃土高原暖溫帶半干旱地區，為典型的大陸性氣候。其特殊的地理特征以及自然條件的限制，導致土地破碎，分布零散，耕地以旱地為主，地表植被的覆蓋比較低。

1.2 數據來源

采用LUCC數據的4個時間點1990、2000、2010、2020年。土地利用數據來自中國科學院資源環境數據云平臺(http://www.resdc.cn/)，其空間分辨率為30 m。在ArcGIS軟件中，先對數據進行范圍一致性處理，再從土地利用的角度出發進行重新分類，采用的是一級分類體系，將固原市土地利用劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6類[9-11]。

1.3 研究方法

1.3.1 變化成分分析變化成分分析是揭示地類的部變化的情況和方式，主要包括總變化、數量變化、交換變化及移位變化[12]。總變化是指不同地類的年均變化占總面積的比重。計算公式如下：

數量變化是研究地類凈增加或凈減少情況的。其計算公式如下：

交換變化是指不同時期土地類型的空間分布不均勻而導致的土地利用組成的變化。計算公式如下：

移位變化指土地利用類型在不同時期內由一地向一地轉移而造成的土地利用變化。計算公式如下：

1.3.2 強度分析強度分析模型由間隔層次、地類層次和轉移層次組成，可以定量地表示一定時期內土地類別的遷移強度[12]。

（1）間隔層：比較各時間間隔的土地利用變化強度St與整個研究期的年平均變化強度U之間的關系。St=U，表明土地利用變化是均勻的；St>U，表明該時間段內的土地利用變化是快速的，反之則為緩慢。計算公式為：

（2）地類層次：探究在特定時間段內，各地類的變化強度是相對活躍的還是平穩的。該層次各地類的平均變化值是各時間段內的St，當地類的增加或減少強度相對活躍時，Lti>St或Gtj>St；當地類的增加或減少強度相對平穩時，Lti

（3）轉移層次：探究在特定時間段內哪種地類之間的轉移更強烈。若Trin=Wrn，那么地類i轉移向地類n的轉移變化強度是均衡的。如果Trin>Wrn，那么轉移變化強度是趨向的；Trin

各數字符號注釋如表1所示。

表1 數字符號注釋

2 結果與分析

2.1 土地利用的總變化成分分析

圖1顯示了固原市2個時間間隔的土地利用總變化成分的情況。從總體上看，40年間土地利用的總成分變化相較于1990—2000年呈上升趨勢，其中整個研究期間的土地利用總變化成分的年均變化強度為0.96%。數量變化和交換變化在整個時期內變化最顯著，其中交換變化強度最大；從總體上看，2000—2020年土地利用的總成分變化與1990—2000年相比呈上升趨勢。交換變化強度相較于1990—2000年，2000—2010、2010—2020年間交換變化強度出現大幅度上升。數量變化強度相較于1990—2000年，2000—2010、2010—2020年出現大幅度下降。這表明2000—2020年固原市的土地類型間的轉換由2種或者多種類別間數量的增加或減少逐漸轉變為2種或者多種類別間空間位置的轉換。

圖1 固原市不同時期土地利用總變化成分情況

2.2 類別層次變化分析

固原市1990—2020年地類層次土地利用變化面積以及變化強度的分析結果顯示，從變化強度來看，1990—2000年除了草地，其他地類的年均增加強度超過該時段的平均變化強度，表明除草地外，其他地類的年均增加是活躍的。2000—2010年，草地和耕地的年均增加強度小于該時段的平均變化強度，草地的年均增加強度與減少強度都是低于該時段的平均變化強度，未利用地和水域的年均增加強度與減少強度都是超過該時段的平均變化強度，則表明草地的年均變化整體穩定，未利用地和水域的年均變化整體是活躍的，林地、建設用地的年均增加強度活躍。2010—2020年，未利用地，建設用地和水域的年均變化整體超過平均變化強度，林地和草地的年均變化整體低于平均變化強度。此外，2000—2010、2010—2020年耕地的減少強度大于增加強度，表明政策中“退耕”得到了響應；2000—2010年草地的增加和減少強度都低于平均變化強度，則耕地變化強度在此期間達到了飽和；2010—2020年，林地的增加和減少強度都低于平均變化強度，則耕地變化強度在此期間達到了飽和。從變化面積來看，3個時間段內耕地的增加面積逐漸減少，并且在后2個時間間隔中，耕地的增加面積都是小于其減少面積的，這與退耕還林政策相呼應，政策實施效果顯著。

2.3 轉移層次變化分析

圖2顯示了研究時間段內固原市其他地類轉換為林地的面積和強度分析結果，其中零刻度線左側表示轉換到林地的總面積，零刻度線右側表示其他地類年均轉換到林地的年均變化強度。通過分析其他地類轉變為林地，1990—2000、2000—2010、2010—2020年，林地的增加面積主要來自草地與耕地。對比3個時間間隔內其他地類轉換為林地的變化強度可知，除了2010—2020年未利用地的變化強度高于平均強度，其余地類的轉移強度都低于平均強度，表明在3個時間段林地的轉入主要來自草地。此外，3個時間段，在轉變為林地的5種地類中，水域、建設用地轉入強度都是低于平均變化強度的，表明水域與建設用地向林地的轉變過程呈現一種穩定的變化趨勢。

圖2 轉變為林地的變化面積和變化強度

圖3為固原市其他地類向草地的轉變可以看出，1990—2000年，除了水域轉入強度高于平均變化強度，其他地類向草地的轉入都處于穩定狀態。2000—2010年，草地的面積變化主要來源于耕地，耕地的轉入強度大于平均變化強度，說明在這一時間間隔中，耕地向草地的變化是最顯著的。2010—2020年，未利用地和耕地的轉入強度高于平均變化強度，結合草地面積轉入的變化情況，在這一時期，草地的變化主要來自耕地。從轉移層次總體變化來看，在3個時間間隔內草地的增加主要來自耕地，其他5個地類占較少，因此，耕地轉向草地是穩定的，建設用地、水域、林地轉入草地的趨勢是不穩定的。

圖3 轉變為草地的變化面積和變化強度

3 結論

(1)固原市1990—2000年土地利用變化強度低于整個時間段的平均變化強度，土地利用強度變現為慢速變化，但2000—2010年與2010—2020年的則表現相反。在退耕還林還草政策提出以來固原市土地利用變化的強度處于增長趨勢，1990—2000年，總成分變化以數量變化為主，而2000—2020年中的2個時間間隔中，總成分的變化以移位變化為主。

(2)固原市的土地利用變化強度呈現增強的變化趨勢。在類別層次上，水域和草地在1990—2000年間變化較為活躍；2010—2020年，未利用地、水域在該時間段內較活躍；耕地的變化2000—2020年間變化最活躍。在轉移層次上，林地面積增加主要來源于草地，草地面積的增加主要來源于耕地。

（3）從1990、2000、2010、2020年這4年的土地利用變化分析可以看出，在退耕還林還草工程開展的背景下，固原市的土地利用各地類之間發生了明顯的變化，相較于1990，2000、2010、2020年固原市植被覆蓋面積明顯增加，耕地向林地、草地轉移明顯，反映了實施退耕還林還草政策以后，固原市的生態恢復治理成效顯著。