2004-2016永修縣土地利用變化及驅(qū)動因素分析

謝文 賴聰 郭熙 匡麗花

摘 要：本文基于2004年和2015年兩期土地利用遙感影像解譯數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS空間分析法，從土地利用動態(tài)度變化、轉(zhuǎn)移矩陣和空間變化3個方面定量與定性相結(jié)合，分析了永修縣2004-2015年土地利用變化的時空變化特征。結(jié)果表明：（1）永修縣在研究期間土地利用組合方式未發(fā)生明顯變化，土地利用組合方式以林地、耕地和建設(shè)用地為主，占縣域土地總面積的70%以上。（2）不同土地利用類型數(shù)量變化特征差異明顯，2004-2015年間永修縣土地利用類型動態(tài)度強(qiáng)弱依次是園地>建設(shè)用地>林地>耕地>未利用地>草地。（3）土地利用類型動態(tài)變化的空間分異特征明顯，受區(qū)位與經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素影響，永修縣中部主城區(qū)未發(fā)生明顯變化，西北部、西南部和環(huán)鄱陽湖區(qū)域均發(fā)生不同程度的變化，其中西北部變化區(qū)域面積最大，集中在柘林鎮(zhèn)、三溪橋鎮(zhèn)、虬津鎮(zhèn)等區(qū)域。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;定量分析;空間分析;永修縣

中圖分類號：P284 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-9129（2019）13-0055-03

Abstract：Based on GIS spatial analysis techniques and land use data of Yongxiu in 2004， 2015 which wre interpreted by remote sensing images， this study analyzed the spatio-temporal characteristics of land use changes in Yongxin during 2004-2015 from three sides including the land use dynamics change， the transition matrix and the spatial change which include quantitative and qualitative aspects. The results showed as follows： （1） There was no significant change in the combination of land use in Yongxiu County during the study period， and the land use combination mode was dominated by forest land， cultivated land and construction land， accounting for more than 70% of the total land area of the county area. （2） The change characteristics of different land use types are obvious， and the dynamic degree of land use type in Yongxiu County between 2004 and 2015 was the parkland， construction land， forest land and unused grassland. （3） The spatial difference characteristics are obvious of the dynamic change of land use ， influenced by the location and economic drivers， the main urban area in Yongxiu County has not changed significantly， and the northwest， southwest and the surrounding Poyang Lake area have all changed to varying degrees， including the largest area of change in the northwest， concentrated in the areas such as Zhelin Town， Sanxiqiao Town and Qiujin Town.

Key words： Land use change; Quantitative analysis; Spatial analysis; Yongxiu county

土地是地球陸地表面一定立體空間內(nèi)的氣候、土壤、植被、地質(zhì)地貌、水文等組成的自然歷史綜合體[1]。土地利用是人與自然交叉最為緊密的環(huán)節(jié)，能直觀反映人類活動對自然環(huán)境的影響[2]。人類對土地的利用方式、利用程度、利用效果不僅影響人類本身，也對周圍環(huán)境和土地生態(tài)系統(tǒng)中的其它物種造成影響。土地利用變化能很好地反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程，是人類活動最為顯著的表現(xiàn)形式[3]。因此，研究區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)及土地利用的動態(tài)變化對深刻認(rèn)識區(qū)域生態(tài)環(huán)境、平衡區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)、認(rèn)清區(qū)域土地利用的特點及其變化過程和預(yù)測未來土地利用的方向也發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文以江西省永修縣為研究區(qū)，根據(jù)2004-2015年永修縣遙感監(jiān)測資料和實地調(diào)查資料，系統(tǒng)分析了2004-2015年永修縣土地利用動態(tài)變化特征，揭示永修縣土地利用的動態(tài)變化特點，為制定科學(xué)合理的土地利用規(guī)劃和土地利用政策提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況。永修縣隸屬于江西省九江市，位于江西省北部，九江市南部，縣轄11個鎮(zhèn)、4個鄉(xiāng)?？h境內(nèi)地勢西高東低，呈梯級分布，南九公路（105國道）以西多為山地，主要有九嶺山脈東端的云山和楊嶺山等，最高峰海拔969米。京九鐵路以東為河湖沖積平原，海拔在30米以下，中部沿南九公路兩側(cè)，丘陵交錯。主要河流有修河、潦河，兩河自西向東流經(jīng)縣境注入鄱陽湖?？h境內(nèi)湖泊密布，河港縱橫。礦產(chǎn)資源豐富，含有銻、銅、釩、河沙等礦產(chǎn)資源，尤其以釩礦和河沙資源最為豐富，蘊藏量大，品質(zhì)優(yōu)良。

1.2 數(shù)據(jù)的獲取與處理。

（1） 數(shù)據(jù)的獲取。本文所用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，以Landsat TM/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，分別為2004年永修縣landsat7 ETM SLC-off影像和2015年永修縣landsat7 ETM SLC-off影像，遙感影像的分辨率為中分辨率（30米）;Google Earth中的高分辨率影像。影像已經(jīng)過幾何校正和輻射校正，云量較少。本文采用envi中的去云補(bǔ)丁haze tool進(jìn)行去云操作后可直接采用。非遙感影像資料包括2004年至2015年九江市統(tǒng)計年鑒和永修縣統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計公報，及用于影像裁剪操作的永修縣行政區(qū)劃圖、第二次土地利用調(diào)查的土地利用現(xiàn)狀圖等矢量數(shù)據(jù)。

（2）遙感數(shù)據(jù)的處理。遙感影像處理主要通過人機(jī)交互目視解譯法，輔助1：5萬土地利用現(xiàn)狀圖為參考完成。影像處理的主要步驟包括去除影像壞條帶、云層去除、圖像增強(qiáng)、圖像鑲嵌和圖像裁剪，處理后結(jié)合Google earth中的高分辨率影像和2017年《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)、永修縣2004年土地利用分類和2015年土地利用分類，將研究區(qū)劃分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地（包括沙地、內(nèi)陸灘涂等）七類用地。遙感影像分類后處理的主要步驟包括小斑塊去除、局部修改、更改類別顏色、分類疊加、分類統(tǒng)計、精度分析等。本文采用的精度評價方法為kappa系數(shù)，即通過envi5.3中的Kappa指數(shù)來計算分類精度。對2004年和2015年兩期遙感影像進(jìn)行精度評價，得出的Kappa系數(shù)分別是0.8571和0.8746，滿足研究精度要求。分類結(jié)果見圖1、2。

2 研究方法

2.1 土地利用統(tǒng)計變化分析。

（1）土地利用變化幅度。土地利用變化幅度（R）是某類用地在面積上的時空變化，反映不同結(jié)構(gòu)形態(tài)和變化趨勢在總量上的差異[4]，計算公式為

（2）土地利用動態(tài)度。

土地利用動態(tài)度是用來定量研究某一土地類型數(shù)量變化的指標(biāo)，可以反映土地利用類型的變化幅度和變化速度，可用來表達(dá)區(qū)域土地利用變化的劇烈程度、預(yù)測未來土地變化趨勢及反映土地利用變化速率的區(qū)域差異[5]。土地利用動態(tài)度包括單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度兩類。

單一土地利用動態(tài)度（K）可定量描述某種土地利用類型在時間序列內(nèi)的變化速度，值為負(fù)時，說明該類用地面積減小;值為正時，說明該類用地面積增加，值越小表明土地利用變化速度越慢，反之越快[4]。計算公式為

綜合土地利用動態(tài)度（K′）反映的是研究區(qū)內(nèi)所有土地利用類型在研究期內(nèi)的總體變化情況[6，7]。計算公式為

（3） 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

土地轉(zhuǎn)移矩陣是不同類型土地間相互轉(zhuǎn)移面積的概率組成的矩陣，反映的一個時間內(nèi)一種土地利用類型轉(zhuǎn)為另一種土地利用類型的數(shù)量，可反映不同土地利用類型間轉(zhuǎn)換的數(shù)量、去向及來源，包括一個特定區(qū)域的靜態(tài)時間點土地利用類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，是體系與體系狀態(tài)轉(zhuǎn)移的一種定量表達(dá)[8，9]。公式為

2.2 土地利用空間變化分析。

為更加直觀地表現(xiàn)研究區(qū)域在研究期內(nèi)土地利用的空間變化特征，對其進(jìn)行土地利用空間動態(tài)變化分析，本文利用arcgis中的空間分析工具對研究期初和研究期末的土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊置處理，對研究區(qū)在研究期內(nèi)土地利用的空間變化進(jìn)行分析。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用統(tǒng)計變化分析。

（1）土地利用地類變化。

通過統(tǒng)計解譯后的圖1和圖2的各土地利用類型的面積數(shù)據(jù)，計算各地類土地利用變化幅度（表1）和各地類面積占研究區(qū)面積的比重（見圖3），根據(jù)表1，2004-2015年永修縣園地與建設(shè)用地面積均增大，耕地、林地及未利用地均有不同程度的減少，草地面積幾乎不變。從圖3中可以看出，永修縣研究期內(nèi)，林地占研究區(qū)面積比重最大，未利用地次之，草地最小;2004-2015年永修縣園地增加幅度最大為3.6%，林地減少幅度最大，為3.87%，其他地類變化幅度不大。綜上所述，2004-2015年，雖然林地占比所有減少，但仍然是優(yōu)勢地類，所占研究區(qū)總面積的比重最大，其次是未利用地，說明永修縣土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化不明顯，土地利用潛力仍然很大。

（2）單一土地利用動態(tài)度分析。

單一土地利用動態(tài)度反映的是研究區(qū)某種土地利用類型在研究期內(nèi)的變化情況。根據(jù)公式（2），可得到永修縣2004-2015年的單一土地利用動態(tài)度（見表2），其中，正值反映的是某地類的面積增加，反之則減小;因此，可采用絕對值分析，絕對值越大說明該地類轉(zhuǎn)化數(shù)量越多，變化相對劇烈，反之則狀態(tài)相對穩(wěn)定。

通過表2可知，永修縣2004至2015年間增加速率最快的土地利用類型為園地，其變化速率為23.31%，其次為建設(shè)用地，其變化速率為2.68%。造成這一動態(tài)變化的原因為研究期間永修縣受農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)興農(nóng)政策影響，柑橘種植產(chǎn)業(yè)快速興起，促使園地需求快速增長，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展促使建設(shè)用地需求快速增長。

研究期間，減少速率最快的土地利用類型為林地，其變化速率為-0.9%，其次為耕地和未利用地，其變化速率分別為-0.44%和-0.37%。造成這一動態(tài)變化的原因為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，將部分灌木林地按照規(guī)劃建設(shè)成為種植園地、建設(shè)占用耕地和未利用地開發(fā)。

變化速率最小的土地利用類型為草地，其變化速率僅為-0.003%，原因在于永修縣草地面積基數(shù)小，占土地總面積的比重不足百分之一，且多數(shù)為質(zhì)量不高的其他草地，較少納入墾殖范圍。

綜上所述，永修縣在2004至2015年間建設(shè)用地和園地面積總量上呈增加趨勢，耕地、林地、草地和未利用地面積總量減少。

（3）綜合土地利用動態(tài)度分析。

綜合土地利用動態(tài)度反映的是宏觀上研究區(qū)整體的土地利用變化在研究期內(nèi)的劇烈程度。根據(jù)公式（3），可計算得到永修縣2004-2015年的綜合土地利用動態(tài)度為0.55%。參考劉紀(jì)遠(yuǎn)[10]的土地利用動態(tài)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，將土地利用時間動態(tài)特征劃分為：極緩慢變化型（0-3%）、慢速變化型（4-12%）、快速變化型（13-20%）和急劇變化型（21-24%）四種類型，可以看出，永修縣的綜合土地利用動態(tài)度為極緩慢變化型，說明2004-2015年間，永修縣的發(fā)展變化不明顯，還具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（4）土地利用類型的轉(zhuǎn)化分析。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能全面直觀地反映區(qū)域內(nèi)各土地利用類型變化的結(jié)構(gòu)特征和用地類型的發(fā)展方向，揭示土地利用格局的時空演化過程[11，12]。根據(jù)公式（4）可以得到永修縣2004-2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3）。從表中可以看出，永修縣2004-2015年間面積有所增加的地類分別是建設(shè)用地和園地，面積分別增加71921.78公頃和103246公頃。新增建設(shè)用地的來源主要是耕地和未利用地。這一情況說明永修縣新增建設(shè)主要以占用城鎮(zhèn)周邊和交通沿線的耕地和縣域內(nèi)的空閑地和荒草地等未利用土地為主。其結(jié)果是造成耕地、尤其是優(yōu)質(zhì)耕地的迅速減少。新增園地來源主要是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，其中由林地轉(zhuǎn)換為園地面積102051.27公頃，占新增園地面積的97.3%。永修縣在2004年至2015年園地面積大幅增長，增長率為256.44%。園地面積大幅增長的原因是該縣抓住被列為全省財政支農(nóng)整合試點縣的契機(jī)，利用本地自然條件優(yōu)勢，大力發(fā)展柑橘產(chǎn)業(yè)，將荒山和村莊附近的灌木林地改造成為高產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)柑橘園地。

永修縣2004-2015年間耕地凈減少4.8%，凈減少面積為31627.84公頃，其中建設(shè)占用33882.63公頃，退耕還園和退耕還林面積分別為2177.14公頃和2778.34公頃，受洪水、泥石流等自然災(zāi)害以及人為災(zāi)害的影響，耕地災(zāi)毀面積和為響應(yīng)鄱陽湖生態(tài)保護(hù)要求，退耕還湖面積共計696.59公頃。耕地增加面積為7906.96公頃，主要來源為未利用地開發(fā)，增加耕地面積4634.63公頃，次要來源為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)用地整理、復(fù)墾，增加耕地面積分別為2769.86公頃和502.25公頃。

永修縣2004-2015年間林地、未利用地、草地面積分別減少110796.74公頃、0.35公頃、32742.84公頃。期內(nèi)減少的林地主要去向為園地和建設(shè)用地，少部分轉(zhuǎn)換為耕地和未利用地。未利用地減少4.08%，主要去向為耕地和建設(shè)用地，該縣將鄱陽湖周邊的部分內(nèi)陸灘涂改造為水田，發(fā)展稻鱉、稻蝦、稻蟹等綜合種養(yǎng)經(jīng)營。該縣草地面積較少，僅占土地總面積的0.04%。在2004至2015年間，該縣草地變化面積僅為0.79公頃，該地類較為穩(wěn)定。

3.2 土地利用空間變化及驅(qū)動因素分析。

本文在利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動態(tài)度對永修縣2004年至2015年土地利用類型數(shù)量動態(tài)變化的基礎(chǔ)上，為了更加直觀地表現(xiàn)研究區(qū)域在研究期間土地利用的空間變化特征，對其進(jìn)行土地利用空間動態(tài)變化分析。本文利用arcgis中的空間分析工具對2004年和2015年兩幅土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊置分析，得出永修縣在該期間土地利用動態(tài)變化空間分布圖，如圖4所示。

從圖4可以看出，永修縣在2004-2015年間土地利用類型發(fā)生變化的區(qū)域主要是西北部和西南部，其次是環(huán)鄱陽湖區(qū)域。

永修縣中部地區(qū)是貫穿縣域的兩大水系修河和潦河的交匯處，地勢平坦、交通便利、人口密集，因其得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢成為縣域的行政、經(jīng)濟(jì)中心，建設(shè)用地集中分布，在研究期間土地利用類型基本維持現(xiàn)狀，城區(qū)主要向西北方向擴(kuò)展。另外，隨著旅游業(yè)在全國范圍內(nèi)的興起和人均生活水平的提高，位于永修縣和武寧縣境內(nèi)的廬山西海風(fēng)景區(qū)作為國家4A級景區(qū)，依靠其秀美的風(fēng)光吸引全國各地游客慕名而來。旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶動了永修縣西北部環(huán)柘林湖區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建設(shè)用地需求增長，土地利用類型發(fā)生相應(yīng)變化。因此，建設(shè)用地增長主要集中區(qū)域為西北部。

永修縣西北部土地利用類型變化區(qū)域占比較大的另一重要因素是柑橘產(chǎn)業(yè)的壯大。位于永修縣西北部的柘林鎮(zhèn)易家河村作為柑橘生產(chǎn)基地，成立了果業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司和柑橘產(chǎn)業(yè)合作社，并抓住永修縣成為全省財政支農(nóng)整合試點縣的契機(jī)，積極整合財政資金和社會資金發(fā)展柑橘產(chǎn)業(yè)，周邊荒山、灌木林地被改造成為柑橘種植園地，園地面積增長迅速。因此，土地利用類型變化區(qū)域面積較大。西南區(qū)域土地利用類型發(fā)生變化的原因與西北部相似，主要是城區(qū)擴(kuò)張和柑橘種植園地面積擴(kuò)大。

2008年鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)正式成立，永修縣作為鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的組成部分， 承擔(dān)著保護(hù)鄱陽湖生態(tài)功能保護(hù)區(qū)和建設(shè)長江中下游水生態(tài)安全保障區(qū)的責(zé)任。因此，在2004-2015年間永修縣東部環(huán)鄱陽湖區(qū)域土地利用類型發(fā)生變化，主要是退耕還湖以落實鄱陽湖生態(tài)保護(hù)的重任。

4 結(jié)論

本文以2004-2015年遙感解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合統(tǒng)計年鑒及其他相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)資料，綜合運用土地利用理論和GIS空間分析與制圖輸出技術(shù)，從數(shù)量和空間上對永修縣2004-2015年的土地利用動態(tài)變化特征和規(guī)律進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）土地利用組合方式未發(fā)生明顯變化。

總體數(shù)量上，永修縣2004-2015年間土地利用組合方式以林地、耕地和建設(shè)用地為主，占縣域土地總面積的70%以上。園地和建設(shè)用地面積持續(xù)增長，園地面積由研究期初的40260.72公頃增長至研究期末的143506.72公頃，增長率高達(dá)256.44%。建設(shè)用地面積由研究期初的243793.50 公頃增長至研究期末的315715.27公頃，增長率為29.5%。耕地、林地和未利用地面積呈下降趨勢，其中林地面積減少量最大，減少面積為110796.74公頃，林地面積下降率為9.86%。耕地減少面積為31627.84 公頃，下降率為4.8%。草地面積小幅下降，減少面積為0.35公頃，下降率不足百分之一。

（2）不同土地利用類型數(shù)量變化特征差異明顯。

永修縣在2004-2015年間土地利用類型動態(tài)度強(qiáng)弱依次是園地>建設(shè)用地>林地>耕地>未利用地>草地。其中，園地和建設(shè)用地變化速率最大，園地變化速率為23.31，建設(shè)用地變化速率為2.68。其次為林地和耕地，變化速率分別為-0.9和-0.44。未利用地和草地變化速率最低，分別為-0.37和-0.003。

（3）土地利用類型動態(tài)變化的空間分異特征明顯。

受區(qū)位與經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素的影響，主城區(qū)即永修縣中部地區(qū)未發(fā)生變化，永修縣西北部、西南部和環(huán)鄱陽湖區(qū)域均發(fā)生不同程度的變化，其中西北部變化區(qū)域面積最大，集中在柘林鎮(zhèn)、三溪橋鎮(zhèn)、虬津鎮(zhèn)等區(qū)域。

綜上所述，永修縣2004-2015年間土地利用組合方式未發(fā)生明顯變化，不同土地利用類型數(shù)量變化特征差異明顯，土地利用類型動態(tài)變化的空間分異特征明顯。

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作者簡介：謝文（1978-），女， 江西上高人，講師，博士研究生，主要從事土地資源信息技術(shù)研究