廣西壯族自治區(qū)土地利用變化圖譜研究

摘 要：采用地學(xué)信息圖譜方法，以廣西壯族自治區(qū)3期（2005年、2010年和2015年）遙感影像解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用ArcGIS軟件分析了土地利用格局變化圖譜特征，揭示廣西壯族自治區(qū)10 a以來土地利用變化的時空規(guī)律。結(jié)果表明：在2005～2015年期間，耕地面積呈先減少后增加的趨勢，林地面積呈先增加后減少的趨勢，草地和水域面積變化量較小，建設(shè)用地呈逐年增加趨勢，未利用地變化不明顯；新增建設(shè)用地變化幅度較大的地區(qū)主要發(fā)生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市和梧州市；2005～2015年土地利用類型的變化以耕地、草地、林地之間的相互轉(zhuǎn)移為主；草地、水域、建設(shè)用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；LUCC；圖譜分析；廣西壯族自治區(qū)

中圖分類號：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）09-0060-07

Mapping Analysis Study on Land Use Change in Guangxi Zhuang Autonomous Region

LI Ying1，WANG Jin-ju1，TONG Xin-hua2，WEI Yan-fei1

（1. School of Land Resources and Surveying， Guangxi Teachers Education University， Nanning 530001， PRC； 2. School of

Geography and Planning， Guangxi Teachers Education University， Nanning 530001， PRC）

Abstract： Based on the remote sensing image interpretation data of Guangxi Zhuang Autonomous Region （2005， 2010 and 2015）， the characteristics of land use pattern change map were analyzed by using ArcGIS software， and the temporal and spatial regularity of land use change in Guangxi Zhuang Autonomous Region in the past 10 years was revealed. The results showed that during the period of 2005-2015， cultivated land area decreased first and then increased， forest land area increased first and then decreased， grassland and water area change was small， construction land was increasing year by year， and the change of unused land was not obvious. The newly-added construction land mainly occurred in Nanning， Guilin， Liuzhou， Qinbeifang coastal cities， Hezhou and Wuzhou. The change of land use types in 2005～2015 was mainly due to the transfer of cultivated land， grassland and woodland. Grassland， water area， construction land and unused land were mainly rising， while cultivated land and forest land were mainly falling.

Key words： land use change； LUCC； map analysis； Guangxi Zhuang Autonomous Region

我國土地利用格局在不斷地發(fā)生變化，人口數(shù)量在急劇擴(kuò)增，而可利用的土地資源面積比例在持續(xù)減小，即我國土地資源豐富但人均量少。研究土地利用格局的變化，為有關(guān)土地資源管理部門決策提供依據(jù)的同時對土地合理利用及其規(guī)劃都有著至關(guān)重要的意義。該研究不僅可以協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境與人類活動之間的關(guān)系，還可以推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速發(fā)展。目前對土地利用變化格局的研究方法主要有GIS技術(shù)[1]、景觀格局分析法[2]、變化監(jiān)測法[3]、CA模型[4]和圖譜分析法[5-9]等。國內(nèi)外關(guān)于土地利用格局變化[10]的研究都取得了很大的進(jìn)展，但對于廣西全區(qū)土地利用圖譜的分析研究較少，較多為流域和邊境地區(qū)方向的研究。地學(xué)信息圖譜的作用是表述區(qū)域自然過程與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時態(tài)演進(jìn)和空間分異，它能進(jìn)一步優(yōu)化非空間屬性數(shù)據(jù)挖掘方法[11-12]。因此，筆者在地學(xué)信息圖譜理論的基礎(chǔ)上，揭示2005～2015年土地利用格局變化規(guī)律，為廣西土地資源的變化研究奠定基礎(chǔ)，也為廣西區(qū)域環(huán)境變化、土地利用規(guī)劃和資源可持續(xù)利用等相關(guān)領(lǐng)域提供有價值的參考信息。

1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)（簡稱廣西）坐落于我國華南地區(qū)，經(jīng)度跨度（104°26'～112°04'E）約為8°，緯度跨度（20°54'～26°24'N）約為6°。廣西四周多為山地、高原，其中部與南部地勢平坦，地貌呈盆地狀，廣西總面積的38%為喀斯特地貌。該區(qū)以亞熱帶季風(fēng)氣候為主，年平均氣溫在16～23℃之間，年降水量大于1 070 mm。廣西第二產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，包括食品產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)、石化產(chǎn)業(yè)和電力產(chǎn)業(yè)等。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究以地理空間數(shù)據(jù)云下載的廣西2005年、2010年與2015年的Landsat遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，結(jié)合ENVI遙感影像處理軟件對影像進(jìn)行幾何校正、大氣校正、裁剪等預(yù)處理流程以及目視解譯。解譯后的土地類型主要包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地共6種地類，分別編碼為1、2、3、4、5、6，并運用圖譜代碼融合方法，按30 m×30 m網(wǎng)格將三期矢量圖柵格化。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用圖譜分析 土地利用圖譜就是土地利用變化在一個時期內(nèi)的“空間·屬性·過程”一體化數(shù)據(jù)。土地利用圖譜單元，主要的圖譜單元排序表，轉(zhuǎn)移矩陣表是土地利用圖譜分析的主要內(nèi)容。通過添加變化率與變化比率兩個指標(biāo)，轉(zhuǎn)移矩陣表能更清楚地闡述土地利用變化情況。借鑒已有的研究，利用圖譜代碼融合方法對前后兩期土地利用的圖譜單元進(jìn)行地圖代數(shù)疊加運算，實現(xiàn)圖譜融合。具體合成公式如下。

N=10×F+L （1）

式（1）中：N表示研究時期內(nèi)土地利用演替變化新的圖譜單元柵格圖；F表示前期土地利用格局信息圖譜單元柵格屬性值；L表示后期土地利用格局信息圖譜單元柵格屬性值。

2.2.2 土地利用動態(tài)度 研究區(qū)在某時間段內(nèi)土地利用類型數(shù)量變化的速率和預(yù)測土地利用變化的趨勢可以由土地利用動態(tài)度定量描述，其公式如下。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用格局信息圖譜分析

采用ENVI5.1軟件和ArcGIS 10.2軟件處理后得到廣西2005年、2010年和2015年土地利用格局信息圖譜。廣西2005年、2010年和2015年各土地利用類型的數(shù)量結(jié)構(gòu)見表1。根據(jù)表1可知，2005～2015年耕地呈先減少后增加的趨勢，林地呈先增加后減少的趨勢，草地面積變化量較小，建設(shè)用地呈逐年增加趨勢。未利用地在三個時期各占總面積約0.015%。

根據(jù)表2可知，6種地類中建設(shè)用地年均增長率最大，2005～2010年期間年均增長率為-0.53%，2010～

2015年期間年均增長率為4.76%，2005～2015年建設(shè)用地面積年均增長率為2.05%，凈增加94.69×103 hm2；耕地、林地面積都有所減少；耕地面積變化量最大，2005～2015年期間，凈減少62.12×103 hm2。

3.2 土地利用分類信息圖譜分析

基于ArcGIS平臺件構(gòu)建2005年、2010年和2015年廣西土地利用分類信息圖譜，如圖1所示，2005～

2015年隨著廣西耕地、林地逐漸減少的同時草地和建設(shè)用地不斷增加，增加和減少在空間位置上基本吻合。新增建設(shè)用地變化幅度最大，主要發(fā)生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市以及梧州市；草地面積變化幅度較小，主要分布在柳州市和桂林市交界處、桂林市東北部以及百色西部。

3.3 土地利用轉(zhuǎn)移信息圖譜分析

3.3.1 2005～2010年土地利用轉(zhuǎn)移信息圖譜分析 通過地圖代數(shù)疊加運算，得到如圖2所示的土地利用轉(zhuǎn)移信息圖譜，表3土地利用格局轉(zhuǎn)移矩陣，并對地類變化轉(zhuǎn)移單元進(jìn)行統(tǒng)計，得到表4土地利用轉(zhuǎn)移圖譜單元排序。

根據(jù)表3可知2005～2010年間廣西的耕地轉(zhuǎn)出量為1 823.93×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為2 003.92×103 hm2，耕地面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，90.13%的耕地面積穩(wěn)定不變。林地轉(zhuǎn)出量為2 361.22×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為2 042.02×

103 hm2，林地面積轉(zhuǎn)入小于轉(zhuǎn)出，86.48%的林地面積穩(wěn)定不變。草地轉(zhuǎn)出量為843.33×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為959.81×103 hm2，草地面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，86.19%的草地面積穩(wěn)定不變。水域轉(zhuǎn)出量為210.30×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為220.92×103 hm2，水域面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，94.95%的水域面積穩(wěn)定不變。建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量為283.82×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為295.92×103 hm2，建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，95.73%的建設(shè)用地面積穩(wěn)定不變。

在2005～2010年，發(fā)生轉(zhuǎn)移的有30類圖譜單元，將其變化面積按由大到小的順序排列，并累計變化比率，由表4可知，有8類圖譜單元的變化比率超過了3%，轉(zhuǎn)移累計比率達(dá)到了89.44%。其中耕地轉(zhuǎn)為林地占27.10%，林地轉(zhuǎn)為耕地占23.64%，兩者間的相互轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在百色市中部、北部和桂林市東部、北部；草地轉(zhuǎn)為林地、林地轉(zhuǎn)為草地分別占12.61%和10.50%，主要分布在賀州市、柳州市西北部和崇左市；四者占73.85%。

3.3.2 2010～2015年土地利用轉(zhuǎn)移信息圖譜分析 經(jīng)過地圖代數(shù)疊加運算，得到圖3所示的土地利用轉(zhuǎn)移信息圖譜，表5土地利用格局轉(zhuǎn)移矩陣，并對地類轉(zhuǎn)移變化單元進(jìn)行統(tǒng)計，得到表6土地利用轉(zhuǎn)移圖譜單元排序。

根據(jù)表5，2010～2015年間廣西的耕地轉(zhuǎn)出量為

1 978.08×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為1 859.64×103 hm2，耕地面積轉(zhuǎn)入小于轉(zhuǎn)出，94.01%的耕地面積穩(wěn)定不變。林地轉(zhuǎn)出量為2 028.53×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為2 404.66×103 hm2，

林地面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，81.45%的林地面積穩(wěn)定不變。草地轉(zhuǎn)出量為979.99×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為848.48×103 hm2，草地面積轉(zhuǎn)入小于轉(zhuǎn)出，86.58%的草地面積穩(wěn)定不變。水域轉(zhuǎn)出量為228.25×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為209.03×

103 hm2，水域面積轉(zhuǎn)入小于轉(zhuǎn)出，91.58%的水域面積穩(wěn)定不變。建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量為376.20×103 hm2，轉(zhuǎn)入量為269.92×103 hm2，建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積小于轉(zhuǎn)出，71.75%的建設(shè)用地面積穩(wěn)定不變。

在2005～2010年，發(fā)生轉(zhuǎn)移的有30類圖譜單元，將其變化面積按由大到小的順序排列，并累計變化比率，由表6可知，8種類型圖譜單元變化比率超過了3%，轉(zhuǎn)移累計比率達(dá)到了88.90%。其中林地轉(zhuǎn)為耕地占26.58%，耕地轉(zhuǎn)為林地占23.22%，兩者間的相互轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在玉林市與梧州市交界處、崇左市北部；林地轉(zhuǎn)為草地、草地轉(zhuǎn)為林地分別占12.86%和10.35%，主要分布在賀州市、柳州市西北部和崇左市；四者占73.01%。

綜上所述，2005～2015年間，廣西土地利用類型的變化以耕地、草地、林地之間的相互轉(zhuǎn)移為主，即農(nóng)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。

3.4 土地利用漲落勢圖譜分析

在2005～2010年和2010～2015年的漲落勢圖中（見圖4和圖5），草地、水域、建設(shè)用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

根據(jù)表7可知，林地新增面積最多，在2005～2010年、

2010～2015年和2005～2015年各占新增土地總面積的42.74%、36.26%和30.57%，新增面積的主源為廣西對草地的開發(fā)利用和“退耕還林”等，林地的增加反映了廣西對自然環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)；其次是耕地，3個時段分別占33.01%、35.36%和25.29%，新增面積的主源為林地，研究區(qū)通過開墾林地來解決日益漸大的糧食需求。耕地面積的增加，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍舊是廣西重要的經(jīng)濟(jì)活動；建設(shè)用地面積的增加主要來源于對耕地和林地的占用；水域面積的增加則是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展等因素所導(dǎo)致。

耕地和林地萎縮明顯，林地在3個時段分別占36.96%、42.99%和41.03%，耕地在3個時期分別占萎縮土地總面積的36.27%、33.24%和36.55%，兩者主要轉(zhuǎn)換為草地和建設(shè)用地；草地萎縮量居其后，萎縮的草地絕大部分是由于“退草還林”所造成；由于建設(shè)用地拆舊建新成本較高和人們對水資源保護(hù)意識的加強(qiáng)，建設(shè)用地及水域萎縮面積較少。土地利用穩(wěn)定面積占總面積的比值均在76%以上。

4 結(jié) 論

基于地學(xué)信息圖譜理論分析了廣西2005年、2010年和2015年的土地利用格局變化，得出以下四點結(jié)論。

（1）2005～2015年廣西土地利用格局特征為耕地面積呈先減少后增加的趨勢，林地面積呈先增加后減少的趨勢，草地和水域面積變化量較小，建設(shè)用地呈逐年增加趨勢，未利用地變化不明顯；耕地和林地為主要用地類型，草地、水域、建設(shè)用地和未利用地為次要用地類型。

（2）2005～2015年隨著廣西耕地、林地逐漸減少的同時，建設(shè)用地不斷增加。新增建設(shè)用地變化幅度最大，主要發(fā)生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市以及梧州市；草地面積變化幅度較小，主要分布在柳州市和桂林市交界處、桂林市東北部以及百色西部。

（3）廣西的用地類型變化主要以耕地、林地和草地間的相互轉(zhuǎn)換為主；2005～2015年，廣西耕地、草地、水域、建設(shè)用地面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，林地面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；建設(shè)用地凈增加的面積最大，增長速度最快，新增面積的來源主要為耕地；耕地凈減少的面積最大，萎縮速度最快，萎縮面積主要變成了建設(shè)用地。

（4）在2005～2010年和2010～2015年的土地利用變化漲落勢圖譜中，草地、水域、建設(shè)用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）