玉馬經濟帶農用地耕地果園轉換時空特征研究

楊雪萃　張勇榮　徐異龍　童賢倩　李萬錄

摘 ?要：農用地中“耕地-果園”轉化作為鄉村振興背景下重要的土地利用轉化方式，對促進區域高質量可持續發展有深刻影響，為揭示“玉馬經濟帶”耕地-果園轉換時空變化特征及影響因素，采用2012年與2018年遙感影像和土地利用數據，通過轉移矩陣、核密度分析等方法，旨在揭示2012—2018年期間土地利用格局時空演變特征和影響因素。結果表明：（1）2012—2018年地類轉化趨勢明顯，耕地面積顯著減少，果園面積逐年增加且總體呈穩定增長態勢，總體形成集中連片分布模式。（2）“耕地-果園”轉換熱點區域主要表現為三類，分別是一號地塊的獨立擴展模式、二號地塊的帶狀延伸模式和三號地塊的團狀發展模式。（3）“耕地-果園”轉換，其影響因素主要受制于宏觀政策、坡度、交通、等綜合因素驅動。“玉-馬經濟帶”土地利用結構未來將趨向規模化、均衡化發展，將形成科學高效的土地利用結構。

關鍵詞：玉-馬經濟帶 ?耕地-果園轉換 ?遙感解譯 ?時空特征 ?核密度分析

中圖分類號：F323.211??????? ?文獻標識碼：A? ????????

Research on the Spatial-Temporal Characteristics of Farmland-Orchard Transformation in Agricultural Land in the Yushe-Machang Economic Belt

YANG Xuecui? ZHANG Yongrong XU Yilong? TONG Xianqian? LI Wanlu

（Liupanshui Normal University， Liupanshui， Guizhou Province， 553000 China）

Abstract： In agricultural land， as an important land use transformation method in the context of rural revitalization， "farmland-orchard" transformation has a profound impact on promoting the high-quality and sustainable development of the region. In order to reveal the spatial-temporal variation characteristics and influence factors of farmland-orchard transformation in the "Yushe-Machang Economic Belt"， this paper uses remote sensing images and land use data in 2012 and 2018 to reveal the spatial-temporal evolution characteristics and influence factors of land use patterns from 2012 to 2018 through methods such as transition matrix and kernel density analysis.?The results are as follows. （1） From 2012 to 2018， the trend of land type transformation was obvious， cultivated land area decreased significantly， and orchard area increased year by year and showed an overall stable growth trend， which generally formed a centralized contiguous distribution mode. （2） There were three main types of the hot spot regions of "farmland-orchard" conversion， namely， the independent expansion mode presented by Plot 1， the banded extension mode presented by Plot 2， and the cluster development mode presented by Plot 3. （3） The influence factors of "farmland-orchard" conversion were mainly driven by comprehensive factors such as macro policies， slope and traffic. The land use structure in the "Yushe-Machang Economic Belt" will trend to scale and balanced development in the future， and a scientific and efficient land use structure will be formed.

Key Words： Yushe-Machang Economic Belt; Farmland-orchard transformation; Remote sensing interpretation; Spatial-temporal characteristics; Kernel density analysis

全球環境變化與可持續發展越來越注重人類對土地資源的開發、利用及土地利用類型的轉化，其中農業用地的發展對生態環境與社會經濟的影響極為顯著，由此農用地變化成了土地利用/土地覆被變化的重要研究內容。在當今快速城市化進程發展中和鄉村農業振興發展的背景下，農用地類轉化顯著，大量耕地轉化為其他經濟類型農用地類。目前，對土地利用轉型研究主要在地類轉型動因、土地利用轉型影響因素，還有一些關于特殊地類利用轉型以及轉型研究的探測、討論^[1]。土地利用研究有多種維度、多種方法，系統推進其理論與實際研究的升華，提升研究方法的準確科學性、實地適應性對推進土地利用研究有深遠意義。

土地利用類型變化是一個極具國際性的前沿課題。國外現有研究多集中于農業用地的功能、轉型、未來演變趨向等方面^[2]，以及林地、建設用地、住宅用地等轉型研究。在土地利用類型中，農用地土地資源利用方式、變化格局深刻影響到區域生產結構穩定性、合理性問題。耕地作為生產用地的主要類型和基本資源的重要來源，對其優化配置可有效提升耕地資源優勢，促進區域生產可持續發展。現如今，大量新技術應用到土地利用變化研究，尤其是以遙感解譯、地理信息系統為主的技術應用到地類變化特征、驅動因素和直接影響等方面的研究。

1 研究區概要、數據來源和研究方法

1.1? 研究區概要

研究區位于貴州省六盤水市水城區，包含玉舍鎮、勺米鎮、米蘿鎮和阿戛鎮等，如圖1所示。經緯度位置為104?34′30″～104?57′30″E，26?24′15″～25?31′43″N，研究區總面積約139 km²，境內山脈延伸呈西北東南走向，地勢西高東低中部低洼，平均海拔約為1 623 m，是典型的北亞熱帶高原喀斯特巖溶景觀區。

1.2 ?數據來源

文中采用的數據源于2012年和2018年的Google?Earth高分辨率遙感影像數據，以及空間分辨率為30m的DEM數據，坡度根據其計算得出。使用ENVI和ArcGIS軟件并結合實際情況進行面向對象分類，加以人工修改有誤圖斑得出2012年和2018年的土地利用類型圖，如圖2所示作為基礎數據來源。

1.3 ?研究方法

1.3.1 土地實際利用功能分類

根據2017年11月1日出版的中國土地利用現狀分類（Current land use classification）^[3]并結合研究區實際概況，將其土地利用類型分為12類，具體如表1所示。

1.3.2 土地利用轉移矩陣分析

利用轉移矩陣，可以系統、直觀地表明不同時期土地利用類型之間的轉變情況^[4]。通過2012年與2018年土地利用矢量數據相交并疊加分析，得出反映2012年與2018年研究區土地利用類型轉化的面積變化表，如圖3所示。

1.3.3 土地利用/覆蓋變化率指數

為了反映各類型土地資源面積的變化幅度與速度以及研究區土地利用或覆蓋變化中的類型差異，使用土地利用/覆蓋類型的變化指數，通過對土地利用程度的分級，量化人類活動對于土地系統的影響程度，定量地描述該地區土地利用的綜合水平和變化趨勢，是衡量指定區域內土地利用情況的一個重要指標^[5]。從不同方面反映變化率指數，主要通過時段變化率和年平均變化率進行分析，表達式分別為：

P = （U_b-U_a）/U_a×100%

R_s=[（U_b-U_a）/U_aT]×100%

式中，Ｐ為某種類型的時段變化率；Ｒ_ｓ為年均變化率；Ｕ_ａ、Ｕ_ｂ分別為研究初期、末期某一類型的面積；Ｔ為研究時段，單位設為年^[6]。

1.3.4 核密度分析

核密度分析是使用核函數根據點要素計算每單位面積的量值以將各個折點擬合為光滑錐狀表面，用于計算點要素測量值在指定鄰域范圍內的單位密度。其熱力圖像表達能直觀地反映出離散測量值在連續區域內的分布情況，也能更直觀地對比地理事物分布特征與關系^[7]，能較好地反映耕-果轉換的熱點區域，主要利用spatial analyst工具中的密度分析中的核密度分析進行計算。

先將研究區2012年與2018年土地利用矢量數據進行相交，再將相交的矢量數據進行轉化，通過數據管理工具中的要素轉點轉化為興趣點即POI^[8]，研究區POI分布較為密集且分布集中；將興趣點放入ArcMap中的核密度分析，核密度變化特征數據，如圖4所示。

2 ?結果分析

2.1? 時間變化特征分析

研究區土地利用格局的數量變化特征鮮明^[9]。通過圖5以及土地利用/覆蓋變化率指數、土地利用轉矩表可知2012—2018年間農用地類“耕地-果園”變化明顯，呈上升趨勢。其他地類也有明顯變化，其他用地的比例在不斷增加，且變化趨勢明顯。

草地面積所占比例不斷減少；灌木林地變化比例較小，但整體呈增加趨勢；林地面積由所占比例有所增加，幾種地類轉化說明研究區進行了大面積的退耕還林和生態修復，該數據符合研究區域作為重點生態功能區的特征，這對于本研究區的生態環境和土地資源綜合利用建設有重要意義。工礦與倉儲用地、住宅用地、交通用地和公共管理與服務用地面積變化較小，總體呈小幅度上升趨勢，水域設施用地面積無變化較為穩定，這說明研究區內城鎮化進程和基礎設施建設在逐步進行中，未來變化趨勢將更加明顯。

2.2? 耕地-果園轉換空間特征分析

研究區呈西北-東南走向的長條狀，其耕地主要分布于中部河谷、低地地區，還有少量分布在海拔較高的坡耕地，導致耕地-果園轉化的空為中部地區。為了更直觀地展現研究區“耕地-果園”轉換熱點區域，將研究區核密度分析與土地利用空間結構耦合分析后，將其分類為3種模式：獨立擴展模式、帶狀延伸模式、團狀發展模式。具體分析如下。

2.2.1 獨立擴展模式

圖中一號地塊，是玉舍鎮中心城區，主要為工礦倉儲用地、建筑用地、住宅用地等生活或生產用地。此區域發生地類轉變的熱點區域主要是中部及北部，其中北部地類熱點變化是以建筑用地為中心的獨立輻射擴展，而中部的熱點變化是以工礦倉儲用地、公共管理與服務用地為中心的獨立輻射擴展；一號地塊中農用地轉換占比較小，因為農用地面積較少，城鎮化水平在研究區內屬較高水平。在2012—2018年期間此地塊地類變化持續且變化顯著。

2.2.2 帶狀延伸模式

圖中二號地塊，主要是以農用地、林地、草地為主的鄉村區域，此區域發生熱點地類轉換的主要是中部河谷低地及東南部，呈連續帶狀延伸，其中部河谷周邊區域耕地轉換為果園的面積最大，“耕地-果園”轉換最突出，是研究區中農用地類轉換的重點區域，此地區地勢較為平坦，中部有河流流經提供灌溉水域，有主要交通干線經過，利于農產品的運輸，總體來說區域優勢明顯有利于耕地-果園轉化；二號地塊中其他地類轉換占比較小，主要為一些生態用地的轉換。2012—2018年間總體為先呈現退耕還林、坡改梯的土地利用變化格局，后呈現耕地轉為果園的變化格局，整體變化顯著且持續。

2.2.3 團狀發展模式

圖中三號地塊，此區域發生地類轉變的熱點區域主要是其南部，地勢低平，且有河流和交通線經過，以建筑用地和農用地為主。其中以耕地-果園轉化最為突出，但其他地類轉換占比較小。此外，還有大量設施農用地轉化，新建有大規模塑料大棚、農產品加工處理設施等。2012—2018年期間耕地轉換為果園、設施農用地的變化較為頻繁且集中。

3種模式表現了其轉化的空間特征與空間格局，其中三號地塊南部，是整個研究區中耕地-果園轉換面積最大的地區；二號地塊耕地-果園轉化也較為突出，但其他地類轉化活躍；一號地塊主要為生活用地的轉化，即建筑用地、公共管理與服務用地、住宅用地等。

2.3? 農用地時空變化特征影響因素分析

（1）了解“玉-馬經濟帶”農用耕地轉化為果園的影響因素，可為后期耕地轉換利用提供指導，也有利于促進當地經濟高質量和可持續發展。在研究區生態較脆弱的喀斯特地區中，土地利用方式的空間布局易受自然因素如土壤肥力、水源、地形等因素的影響 ，其中坡度影響最為明顯，如圖7所示，將研究區地形坡度分為5類，再與土地利用數據進行疊合分析后得出：坡度大于25°及以上的山地地區“耕地-果園”轉換比例較小，坡度小于5°的河谷低地或丘陵、平地“耕地-果園”轉換比例大，且其他地類以及總轉化面積都處于較高數值。

（2）土地利用方式空間布局除了受自然因素影響之外還易受交通路線分布、地區開發狀況、基礎設施建設狀況、經濟發展狀況和居民點分布等社會因素影響，其中交通路線分布對其影響具體表現為交通通達度對于農業日常耕作、經營管理、集約化生產和產品運輸有重要影響（見圖8）。

研究區中“玉馬線”從中間經過并與其他交通線共同形成密集的交通網絡，基于交通線路在ArcMap中進行緩沖區分析，設置四級緩沖區單位為100 m，結果如圖9所示，將交通緩沖區與地類數據疊加分析后得出，緩沖100 m的地區耕地-果園轉換面積最大，緩沖距離增加而轉換面積減小，由此說明交通線分布以及距離交通線的距離對其轉化有顯著影響。

（3）2012年之后，受國家生態保護政策和居民生態環保意識的影響，研究區大量山地退耕還林、坡改梯治理、水土保持等生態環保工程有條不紊地進行，顯著表現為草地面積減小，灌木林地、林地面積增加，這在一定程度上影響了“玉-馬經濟帶”的土地利用結構變化和生態可持續發展，提升了植被覆蓋率和生態指數。

3 討論

在研究區農用地類轉換過程中，果園和設施農用地面積逐漸增加，其轉換來源主要是耕地。而由于研究區地形、坡度的限制，河谷低地、平地面積有限，在未來的果園產業擴展過程中勢必面臨可轉換土地資源短缺的狀況。由于果園是“玉-馬經濟帶”土地轉換利用的主流地類，與之對應的是未來耕地、其他地類面積的減少和建設用地、交通用地和公共管理與服務用地等地類面積的增加，這在一定程度上會對當地土地資源的開發和合理配置產生一定影響^[10]，改變土地利用格局和效能。

農用地利用方式空間布局的變化，是由多種影響因素綜合影響而形成的。在“玉-馬經濟帶”中耕地-果園轉換主要受到政策、地形和交通線等影響，深刻且顯著地改變了土地資源的利用方式。地形作為喀斯特山區中自然因素中最重要的因素，其影響巨大。其中坡度可影響土壤的水分分布、養分分布以及作物運輸便捷性等，例如：地形因子地勢較高處土壤有機碳含量高，地勢低洼處含量低，不同坡位土壤有機碳含量上坡>坡頂>中坡>下坡>坡腳>洼地^[11]。此外，交通便捷程度是社會經濟因素中相當重要的因素，交通通達度以及距離主要交通干線的距離影響了耕地-果園的轉換。首先果品對運輸時效性有較高要求，其次規模化經營的果園需要大型機械進入采摘運輸等。在貴州實施“縣縣通高速”的背景下，研究區也在大力建設小規模的交通線路方便進入管理、采摘等生產活動。這些交通網絡的建設減少了交通運輸對農業發展長期的“瓶頸”制約，有效地促進農業高質量可持續發展^[12]。

基于此，怎樣推進“玉-馬經濟帶”土地資源的合理和高效利用，實現綜合效益共贏，加強研究區土地資源科學規劃和可持續利用將是未來“玉-馬經濟帶”發展規劃中仍需解決的關鍵問題，因此，未來的研究可引入相關理論和方法，數字地球、地理信息系統與農用地研究相結合^[13]。以促進形成高效的土地利用模式和促進當地農業的科學發展與繁榮興盛，為日后的鄉村振興提供理論支持和指導。

4? 結論

本文通過對“玉-馬經濟帶”2012年、2018年高分辨率遙感影像進行遙感解譯、人工修改有誤圖斑和數據整理，得到兩期土地利用類型數據，并利用ArcMap分析工具和一系列研究方法整理得出2012—2018年6年間農用地耕地轉換為果園的時間空間變化特征和影響因素，結論如下。

（1）農用地類在六盤水“三變政策”和鄉村振興政策等影響下“耕地-果園”轉化趨勢明顯，耕地面積顯著減少，果園面積逐年增加且呈穩定增長態勢，總體形成集中連片的分布模式。耕地在六年間由45.41 km²減少到27.23 km²，所占比例也由32%減少到20%；果園則由6.08 km²增加到15.34 km²，所占比例也由4%增加到22%；設施農用地所占比例則由1%增加到9%，其轉化揭示了研究區內農業用地的變化速率與變化格局。

（2）“耕地-果園”轉換熱點區域在中部河谷低地最為明顯，主要表現為二號地塊中部河谷低地及東南部呈現帶狀延伸發展模式，三號地塊南部呈團狀集中發展模式。其他地類的轉換熱點區域在一號地塊最為明顯，主要集中于中部及北部，呈現獨立擴展模式。3種變化模式深刻影響了研究區土地資源空間配置。

（3）“耕地-果園”轉換不斷發展演化，主要受制于宏觀政策影響，以及自然因素驅動，主要表現為受地形坡度的影響較大；還受到社會經濟因素影響，顯著表現為交通路線和距離交通遠近的影響等。 “玉-馬經濟帶”農用地轉化未來演變將趨向規模化、均衡化發展，形成科學高效的土地利用格局。

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