2003－2009年湖南省醴陵市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

周子英，段建南，譚雪蘭，周曉斌

（1．湖南工程學(xué)院 管理學(xué)院，湖南 湘潭411104；2．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128）

自從“國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃”和“全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃”于1995年聯(lián)合提出“土地利用／土地覆蓋變化計(jì)劃（LUCC）”以來(lái)，LUCC成為了全球變化研究的核心主題之一［1－4］。土地利用變化反映了人類與自然界相互影響、相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是在各種驅(qū)動(dòng)力作用下土地利用目的與利用方式改變的體現(xiàn)，受到自然與人類活動(dòng)的雙重影響［5－7］。土地利用動(dòng)態(tài)變化研究是LUCC研究的基礎(chǔ)，描述區(qū)域在某一特定時(shí)期土地利用變化的基本過(guò)程［8－9］，并對(duì)其變化的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行解釋，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)該區(qū)域未來(lái)的土地利用變化方向［10－12］。

醴陵市是長(zhǎng)株潭城市群核心城市株洲市的一個(gè)縣級(jí)市，長(zhǎng)株潭一體化建設(shè)的快速推進(jìn)，推動(dòng)了醴陵市土地利用時(shí)空格局的變化。科學(xué)認(rèn)識(shí)醴陵市土地利用時(shí)空格局變化對(duì)正確理解醴陵市土地利用動(dòng)態(tài)變化規(guī)律、分析區(qū)域土地利用變化的時(shí)空差異，指導(dǎo)區(qū)域土地利用政策的制定和實(shí)施具有重要意義。鑒于此，本文根據(jù)醴陵市2003年和2009年遙感影像，在GIS技術(shù)支持下，定量分析醴陵市6a間的土地利用轉(zhuǎn)換格局和演變態(tài)勢(shì)，揭示醴陵市近6a來(lái)土地利用動(dòng)態(tài)變化總體規(guī)律、區(qū)域差異，以期更好地對(duì)醴陵市城市功能進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

醴陵市座落于湖南省東部中段，位于東經(jīng)113°09′49″—113°45′43″，北緯27°22′15″—27°58′07″，南北長(zhǎng)約66．75km，東西寬約58．51km，總面積為215 665．20hm2，地處羅霄山脈西北邊沿。醴陵市地貌類型多樣、地質(zhì)構(gòu)造與巖性組合較復(fù)雜，地貌類型以山地、丘陵和崗地為主，分別占全市總面積的28．8%，27．1%，22．7%。醴陵市東北和西南呈隆起狀，自東北與西南向中部的淥江谷地依次降低，形成兩個(gè)相對(duì)起伏的傾斜面，整個(gè)地貌輪廓分明，屬江南丘陵腹地。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2．1 數(shù)據(jù)來(lái)源

主要數(shù)據(jù)包括TM／ETM＋影像（2003年和2009年）、1∶25萬(wàn)地貌類型圖（1983年）、1∶5萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖（2003年和2009年）、1∶5萬(wàn)行政區(qū)劃圖、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)資料等，數(shù)據(jù)來(lái)源于醴陵市國(guó)土資源局、醴陵市土地利用總體規(guī)劃、醴陵市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒等相關(guān)資料。除上述資料外，根據(jù)遙感影像，參照土地利用現(xiàn)狀圖，利用手持GPS、地形圖及其它參考資料進(jìn)行定位、導(dǎo)航，對(duì)醴陵市進(jìn)行了實(shí)地走訪與調(diào)研。

2．2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù) 處 理 平 臺(tái) 為 Erdas 8．6，ArcGIS 9．0 和Excel 2003，具體處理步驟如下：

（1）首先在Erdas 8．6中進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)各類圖件進(jìn)行幾何校正，使之平均誤差小于0．5個(gè)像元，并建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，以便進(jìn)行圖像疊加分析，以《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB／T21010－2007）作為分類標(biāo)準(zhǔn)，利用非監(jiān)督分類法進(jìn)行初步分類，考慮到影像的可分辨能力及研究需要，將土地利用方式劃分為水田、旱地、園地、林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域和未利用地7類。

（2）在ArcGIS 9．0中根據(jù)相關(guān)圖件和野外實(shí)地考察數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證，經(jīng)檢驗(yàn)，2003年和2009年土地利用分類圖的Kapper系數(shù)分別為83．4%與85．1%，達(dá)到了分類精度的要求。

（3）對(duì)分類圖進(jìn)行矢量化，建立空間拓?fù)潢P(guān)系，生成2003年和2009年醴陵市土地利用圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)以及景觀類型分布圖。

（4）將矢量格式的景觀類型分布圖轉(zhuǎn)換成柵格格式，利用遙感影像的判讀結(jié)果，結(jié)合醴陵市社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)醴陵市的土地利用變化進(jìn)行分析，揭示醴陵市土地利用動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律與特征。

3 土地利用時(shí)空變化特征分析

3．1 土地利用的數(shù)量結(jié)構(gòu)變化

土地利用動(dòng)態(tài)變化首先表現(xiàn)為不同土地利用類型的面積和景觀格局變化，通過(guò)對(duì)土地利用類型變化進(jìn)行深入分析，可以了解土地利用類型總的形勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)變化［13］。為了更好地了解醴陵市各種土地利用類型的具體變化過(guò)程，對(duì)醴陵市2003年和2009年的遙感影像圖進(jìn)行解譯，得到土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)（表1）。

表1 2003年和2009年土地利用類型

從表1可知，2003年，醴陵市土地利用的主要類型為林地、水田和城鄉(xiāng)居民工礦用地，分別占土地總面積的54．78%，25．70%和9．45%。2009年，醴陵市主要土地利用類型沒(méi)有發(fā)生顯著變化，但數(shù)量發(fā)生了明顯的改變，其中，林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地分別比2003年增加了0．30%和0．44%，水田減少了0．16%。6a間，醴陵市水田、旱地、園地、未利用地分別減少了336．00，700．33，236．35hm2和410．30hm2；而林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域則分別增加了638．89，939．65 hm2和104．44hm2。從表中的土地利用變化率來(lái)看，2003—2009年間，醴陵市各種類型的土地均發(fā)生了改變，變化的速度依次為旱地、園地、水域、城鄉(xiāng)居民工礦用地、未利用地、林地和水田。

3．2 土地利用／覆被變化分析

為了更準(zhǔn)確了解各種土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換，利用ArcGIS的空間分析功能［14］，將2003年和2009年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，得到醴陵市2003—2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。

表2 2003－2009年醴陵市土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

對(duì)表2進(jìn)行分析可知，6a來(lái)醴陵市各種土地利用類型面積的變化與土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況如下：

（1）水田面積的改變主要是大量的水田轉(zhuǎn)向城鄉(xiāng)居民工礦用地、林地，6a間向城鄉(xiāng)居民工礦用地、林地分別轉(zhuǎn)化了227hm2，2 152．73hm2，導(dǎo)致水田數(shù)量減少。

（2）流失的旱地主要轉(zhuǎn)換為林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地以及園地，分別為403．46hm2，286hm2，155．89 hm2。

（3）減少的園地主要轉(zhuǎn)換為城鄉(xiāng)居民工礦用地與林地，分別為332．32hm2，154．6hm2。

（4）林地的面積增加主要是由大量的水田、旱地、園地和未利用地轉(zhuǎn)換而來(lái)的，分別達(dá)到了152．73，403．46，154．6，201．3hm2，與此同時(shí)，部分林地轉(zhuǎn)換為旱地、園地和城鄉(xiāng)居民工礦用地，但數(shù)量較少。

（5）城鄉(xiāng)居民工礦用地在6a間增加速度較快，其中水田、旱地、園地、林地分別轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)居民工礦用地面積達(dá)到了227，286，332．32，164．67hm2，但城鄉(xiāng)居民工礦用地向其它類型土地轉(zhuǎn)換的數(shù)量極其有限。

（6）水域面積的增加主要來(lái)源于旱地和未利用地，6a來(lái)分別為71．07，115hm2，與此同時(shí)，有121．76 hm2的水域被開(kāi)發(fā)為水田。

（7）未利用地的轉(zhuǎn)移方式是單向轉(zhuǎn)移，造成了未利用地的減少，從轉(zhuǎn)移數(shù)量可知，未利用地轉(zhuǎn)移去向主要是林地和水域，分別為201．3，115hm2。

3．3 地貌類型與土地利用變化空間關(guān)系

醴陵市主要由崗地、低山丘陵和山地三種地貌類型構(gòu)成，其中崗地按照所處的地理位置，可劃分為東南崗丘和西北崗丘兩大區(qū)域，兩大崗丘區(qū)面積占整個(gè)研究區(qū)總面積的58．42%，其次為位于西南部的低山丘陵區(qū)，各地貌類型面積及其比例見(jiàn)表3，各種土地利用類型在不同地貌類型區(qū)的變化比例見(jiàn)表4。

表3 醴陵市各地貌類型面積及其比例

表4 各地貌類型土地利用類型變化比例 %

從表4可知，6a來(lái)，各種土地利用類型在不同的地貌類型區(qū)發(fā)生了變化，但土地利用變化的速度與地貌類型有著十分密切的關(guān)系，東南崗丘區(qū)和西北崗丘區(qū)由于地勢(shì)較平坦，各種土地利用類型變化的幅度較大，相對(duì)而言，西南低山丘陵區(qū)土地變化的速度明顯小于東南崗丘區(qū)與西北崗丘區(qū)，北部山地區(qū)除了林地變化比例達(dá)到了0．63%外，余下的土地利用類型的變化比例均很小。

3．4 土地利用變化的三維表達(dá)

選擇區(qū)域面積較大的水田、旱地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、林地，對(duì)醴陵市土地利用變化進(jìn)行分析，在Arc－GIS的三維分析平臺(tái)ArcScene模塊中，先后導(dǎo)入事先創(chuàng)建的DEM圖像和土地利用變化柵格圖進(jìn)行疊加，生成醴陵市這幾類土地利用類型空間格局及其變化的三維景觀圖（圖1）。圖1直觀展示了醴陵市土地利用景觀格局及其變化與地理環(huán)境的空間關(guān)系。

圖1 醴陵主要土地利用類型空間變化的三維景觀圖

從四種土地利用類型的空間變化情況來(lái)看，水田減少的面積集中分布在地勢(shì)較為平坦的丘崗地區(qū)，與水田空間變化相反，城鄉(xiāng)居民工礦用地的變化以增加為主。通過(guò)對(duì)比水田與城鄉(xiāng)居民工礦用地變化的圖像發(fā)現(xiàn)，水田減少的區(qū)域大部分對(duì)應(yīng)于城鄉(xiāng)居民工礦用地增加的區(qū)域，說(shuō)明城鄉(xiāng)居民工礦用地增加是造成水田面積減少的主要原因。與水田和城鄉(xiāng)居民工礦用地變化區(qū)域不同，旱地的變化主要發(fā)生在海拔較高的山區(qū)，并且以減少為主。從空間變化圖像的對(duì)比可知，減少的旱地基本都轉(zhuǎn)化為了林地，即林地增加的區(qū)域主要分布在山地和丘崗坡地等海拔較高、坡度較陡的區(qū)域，這主要是退耕還林政策強(qiáng)制作用的結(jié)果。

3．5 不同地貌區(qū)景觀格局變化

從表4與圖1可知，2003—2009年期間，醴陵市不同地貌的各種土地利用類型數(shù)量均發(fā)生了變化，其變化的具體情況見(jiàn)圖2。

圖2 不同地貌區(qū)土地利用類型變化

從圖2可知，醴陵市各地貌類型的各種土地景觀均在研究期間發(fā)生了變化，但變化程度各異，其中水田、旱地、園地以及未利用地在四種地貌類型中均呈減少的態(tài)勢(shì)，而林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域等類型用地呈現(xiàn)出不同形式的增加。此外，土地利用結(jié)構(gòu)的變化亦隨著地貌的不同而有所差別，其中，東南崗丘區(qū)、西北崗丘區(qū)、西南低山丘陵區(qū)的土地利用變化較大，但以東南崗丘區(qū)和西北崗丘區(qū)的變化最為劇烈，北部山地區(qū)的土地利用變化則相對(duì)緩慢。

東南崗丘區(qū)、西北崗丘區(qū)、西北低山丘陵區(qū)的水田、旱地、園地、城鄉(xiāng)居民工礦用地的變化程度較大，由于水田、城鄉(xiāng)居民工礦用地為人類活動(dòng)干擾較強(qiáng)的景觀類型，這些景觀類型的快速變化，有效地反映出東南崗丘區(qū)、西北崗丘區(qū)和西南低山丘陵區(qū)的人類活動(dòng)比較頻繁，各種土地利用類型受人類的干擾程度較大。

4 結(jié) 論

人類的土地利用方式是土地利用結(jié)構(gòu)及景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)力。基于2003年和2009年遙感影像圖，對(duì)醴陵市土地利用變化作了詳細(xì)的分析與研究，得出如下結(jié)論：

（1）醴陵市土地利用結(jié)構(gòu)在研究期間發(fā)生了較大的變化，農(nóng)用地與未利用地逐年減少，建設(shè)用地逐年增加。從土地利用變化的速度來(lái)看，醴陵市的土地利用變化順序?yàn)楹档兀緢@地＞水域＞城鄉(xiāng)居民工礦用地＞未利用地＞水田＞林地，園地和未利用地以較快的速度減少，而城鄉(xiāng)居民工礦用地與水域以較快的速度增加。由此可見(jiàn)，醴陵市在加大城市和交通水利建設(shè)力度的同時(shí)，大量的農(nóng)用地、未利用地快速轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。

（2）在不同地貌類型區(qū)，土地利用變化速度各異，醴陵市的優(yōu)質(zhì)耕地主要分布在崗丘區(qū)以及西南低山丘陵區(qū)，而該區(qū)域的人口密度較大，又是醴陵市工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶和新城建設(shè)發(fā)展區(qū)。在人口增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化發(fā)展等壓力下，大量農(nóng)用地被轉(zhuǎn)換為非農(nóng)建設(shè)用地，因此，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)用地，尤其是耕地保護(hù)間的矛盾，是醴陵市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中必須重視和解決的問(wèn)題。按照山水醴陵、生態(tài)醴陵的建設(shè)要求，實(shí)現(xiàn)土地經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益的最佳配置，應(yīng)該在丘崗區(qū)有計(jì)劃地提高耕地復(fù)種指數(shù)，同時(shí)加強(qiáng)林地的培育和保護(hù)，合理利用水土資源，科學(xué)規(guī)劃各類建設(shè)用地，保留合理的綠化用地，提高城鎮(zhèn)綠地率的比重，將醴陵市北部山地區(qū)和西南低山丘陵區(qū)作為主要的生態(tài)林建設(shè)區(qū)，進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)，為長(zhǎng)株潭城市群發(fā)展提供可持續(xù)的區(qū)域性生態(tài)保障。

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