長(zhǎng)江中下游區(qū)域2005—2015年土地利用類型變化分析

徐文強(qiáng) 趙珍珍 韓保民

摘 要：長(zhǎng)江中下游區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮?，在推?dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程上做出了突出貢獻(xiàn)，其中以長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)帶作用尤為突出。利用ArcGIS軟件對(duì)長(zhǎng)江中下游區(qū)域2005年、2010年和2015年的遙感影像進(jìn)行分類處理和土地利用變化分析，并根據(jù)土地利用類型矩陣轉(zhuǎn)化分析和重心遷移模型對(duì)長(zhǎng)江中下游區(qū)域的各類型土地重心進(jìn)行分析。結(jié)果表明：各土地利用類型面積2005年占比為林地>耕地>草地>水域>建設(shè)用地>未利用土地，到2015年建設(shè)用地面積占比超過水域面積。2005年—2015年各土地利用類型變化量中，以建設(shè)用地增量最大，面積高達(dá)10990.75km2。耕地減少量最多，流失面積為8917.95km2，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，多達(dá)8253.78km2，其次為林地，流失面積為2039.76km2，也主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。其他土地利用類型面積均為小幅度增長(zhǎng)。土地利用重心在2005—2015年發(fā)生了顯著變化，移動(dòng)幅度最大的為2005—2010年林地土地利用類型，重心移動(dòng)距離達(dá)34.62km，并就其數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)影響因素進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;長(zhǎng)江中下游區(qū)域;重心遷移

土地系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，受多種因素影響，與人類的生活和社會(huì)的建設(shè)密不可分，決定著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度和增長(zhǎng)速度。但隨著時(shí)間的推移，人類對(duì)土地資源的高強(qiáng)度利用和不合理開發(fā)，使土地覆被格局發(fā)生了改變，土地利用強(qiáng)度逐漸達(dá)到甚至已超出了土地利用可承載能力，嚴(yán)重?fù)p害了土地利用的可持續(xù)性，土地生態(tài)安全日益惡化，嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。合理利用土地，對(duì)區(qū)域資源生態(tài)系能否穩(wěn)定運(yùn)行、社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

長(zhǎng)江是我國(guó)的第一大河，是南水北調(diào)東、中、西三條線路等我國(guó)水資源配置的戰(zhàn)略水源地，是連接?xùn)|中西部的“黃金水道”[1]，作為中國(guó)最長(zhǎng)的河流，長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境多樣化，是全球生物多樣性最豐富的區(qū)域之一，為世界自然基金會(huì)在全球重點(diǎn)保護(hù)的35個(gè)優(yōu)先生態(tài)區(qū)之一[2-3]。

長(zhǎng)江中下游區(qū)域是我國(guó)重要的棉、油、糧生產(chǎn)基地，也是中國(guó)水資源最豐富地區(qū)。長(zhǎng)江天然水系及縱橫交錯(cuò)的人工河渠使該區(qū)成為中國(guó)河網(wǎng)密度最大地區(qū)。該區(qū)同時(shí)也是是中國(guó)淡水湖群分布最集中地區(qū)，具有重要戰(zhàn)略地位，近些年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程速度加快，由于規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理或者城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未能考慮極值的情況，以及長(zhǎng)江天然水系對(duì)土地的影響，使得長(zhǎng)江中下游地區(qū)成為我國(guó)土地利用變化最為活躍的地區(qū)之一。因此，對(duì)該區(qū)域土地利用變化進(jìn)行評(píng)價(jià)研究迫在眉睫。

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是世界上人口最多、產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大、城市體系最完整的巨型流域經(jīng)濟(jì)帶，其人口和地區(qū)生產(chǎn)總值超過全國(guó)的40%，也是我國(guó)以“兩屏三帶”為主體的生態(tài)安全戰(zhàn)略格局的重要組成部分[4]。長(zhǎng)江流域自然環(huán)境復(fù)雜，上中下游自然分異明顯，各區(qū)域地形地貌、氣候條件差異顯著，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡[5-6]，生態(tài)系統(tǒng)的分布和變化在空間上地區(qū)差異性顯著。對(duì)資源與能源的過度利用和無(wú)序開發(fā)，使得長(zhǎng)江流域部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重[4-7]隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，長(zhǎng)江流域諸多省市的土地開發(fā)強(qiáng)度均遠(yuǎn)超全國(guó)的平均水平，另一方面，長(zhǎng)江中上游防護(hù)林體系建設(shè)工程、天然林保護(hù)工程及退耕還林工程，促進(jìn)了長(zhǎng)江流域的植被恢復(fù)。影響長(zhǎng)江中下游區(qū)域土地利用變化的政策因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和自然因素多且復(fù)雜。

因而研究其長(zhǎng)江中下游區(qū)域土地利用時(shí)空變化，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。長(zhǎng)江中下游區(qū)域的生產(chǎn)建設(shè)，需要從不同規(guī)模、層次上協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)土地資源生產(chǎn)建設(shè)的集約性、高效性和有序性。這就需要建立在對(duì)土地利用的科學(xué)認(rèn)知與綜合規(guī)劃的基礎(chǔ)上，而遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)以其無(wú)可替代性的觀測(cè)手段，對(duì)多尺度、多時(shí)相、大區(qū)域空間信息的獲取發(fā)揮重大的作用。

1 研究區(qū)概況

如下圖1所示所示長(zhǎng)江中下游區(qū)域位于E110°～122°、N28°～34°之間，長(zhǎng)江中游區(qū)域多為泛濫平原，下游區(qū)域多為濱海平原，河渠與湖泊密集分布，是長(zhǎng)江貫通一系列的斷陷盆地并與其他水系的進(jìn)一步?jīng)_積形成的。長(zhǎng)江中下游區(qū)域受到溫帶季風(fēng)氣候影響，年降水主要集中在夏季高溫階段，給本地區(qū)水稻和小麥等種植業(yè)發(fā)展提供了良好的天然條件，并且成為全國(guó)糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物主要產(chǎn)地。本文長(zhǎng)江中下游區(qū)域的研究行政區(qū)域主要包括湖北省、湖南省、江西省、浙江省、江蘇省、安徽省和上海市。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）。以LandsatTM/ETM+30m遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并通過人機(jī)交互解譯方法獲得。土地利用數(shù)據(jù)分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地6個(gè)一級(jí)類。通過大量樣本與實(shí)際采樣點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明該數(shù)據(jù)的精度達(dá)到研究使用的要求。該數(shù)據(jù)的空間分辨率為100m。

本文利用研究區(qū)域的矢量邊界數(shù)據(jù)分別從2005年、2010年及2015年三期全國(guó)土地利用數(shù)據(jù)中提取長(zhǎng)江中下游區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件對(duì)其行分類和疊加分析處理，結(jié)合土地利用類型重心遷移結(jié)果開展土地利用變化的研究。

3 研究方法

土地利用重心的計(jì)算之中首先將某一特定地區(qū)劃分為不同的次一級(jí)區(qū)域，通過各區(qū)域的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出相應(yīng)的重心坐標(biāo)，其表達(dá)式為：

伴隨著時(shí)間波動(dòng)，同一地區(qū)的區(qū)域重心亦發(fā)生一定變化，其遷移距離的計(jì)算公式為：

上式之中，Dt-j為第t年到第j年重心遷移距離，而C為地理坐標(biāo)單位換算為平面距離單位的特定系數(shù)，取值為111.11，x與y是上述重心坐標(biāo)，其單位為經(jīng)緯度，轉(zhuǎn)換后的重心遷移距離單位為公里。

4 結(jié)果分析

通過考慮Landsat影像的數(shù)據(jù)精度和長(zhǎng)江中下游區(qū)域?qū)嶋H土地利用特點(diǎn)，且參考國(guó)土資源部提出的土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)和1996年劉紀(jì)元提出的分類系統(tǒng)，本次研究利用ArcGIS軟件的重分類將長(zhǎng)江中下游區(qū)域土地利用類型分為林地、耕地、草地、水域、建設(shè)用地以及未利用土地6個(gè)一級(jí)類。

上述分類流程的最終結(jié)果如下表所示：

由上表1可以看出，在2005—2015年時(shí)間段內(nèi)，林地面積與耕地面積共占比高達(dá)80%以上，是本區(qū)域的主要土地利用類型，占據(jù)主要地位，但耕地利用類型土地面積逐年遞減，下降幅度最大，高達(dá)8917.95km2，其次為林地，流失面積為2039.76km2。建設(shè)用地土地利用類型面積占比增長(zhǎng)幅度最大，由2005年的5.04%增長(zhǎng)至2015年的6.23%，增加面積為10990.75km2，草地、水域、未利用土地面積占比變化幅度均不大，均在0.1%以內(nèi)。

通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)各土地利用類型相互之間的土地流轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析，2005—2015年各土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果如表2所示。

由表2可見，自2005—2015年，林地和耕地面積逐年下降，均主要轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地，分別由2044.8km2和8253.78km2，占2005年-2015年建設(shè)用地土地利用類型增長(zhǎng)面積的90%以上，耕地其余減少面積按照數(shù)量大小分別轉(zhuǎn)移到水域、林地、草地和未利用土地，林地其余減少面積則主要轉(zhuǎn)移到了草地、耕地和水域。除耕地與林地外，其余土地利用類型轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地的面積較少，未利用土地轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地的面積最少，為7.87km2。草地減少面積中主要流向林地、建設(shè)用地和水域，轉(zhuǎn)移為未利用土地最少。水域主要流向建設(shè)用地、草地，耕地和未利用土地，轉(zhuǎn)化為林地面積最少。建設(shè)用地轉(zhuǎn)移面積最多的土地利用類型為耕地，最少的則為未利用土地。

利用土地利用類型重心遷移模型計(jì)算得到數(shù)據(jù)如表3所示。

通過表3可知，2005—2010年個(gè)土地利用類型重心遷移距離變化量不大，但2010—2015年各土地利用類型重心遷移距離均發(fā)生了較大變化，遷移距離變化最大的土地利用類型為林地，高達(dá)34.63km，重心向東南方向移動(dòng)，草地、耕地、水域和未利用土地則向東北方向移動(dòng)。遷移方向較為突出的土地利用類型為建設(shè)用地，2005—2010年土地利用重心向東北方向移動(dòng)，2010年-2015年則向西北方向移動(dòng)。

5 結(jié)論

本文運(yùn)用2005年、2010年、2015年三期土地利用數(shù)據(jù)，分析了長(zhǎng)江中下游區(qū)域2005—2010年的土地利用格局的時(shí)空演變特征，結(jié)論如下：

（1）2005—2015年長(zhǎng)江中下游區(qū)域各土地利用類型變化較為活躍，主要為耕地和林地的面積逐年減少，并且大部分減少面積均轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，由46333.61km2增長(zhǎng)至57182.28km2，使得建設(shè)用地增長(zhǎng)幅度最大，增加面積最多，其主要與長(zhǎng)江中下游區(qū)域城鎮(zhèn)化水平快速提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展有關(guān)。根據(jù)2005—2015年長(zhǎng)江中下游區(qū)域的土地利用變化時(shí)空特征可以預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用變化情況。

（2）長(zhǎng)江中下游區(qū)域各土地利用類型重心在2005—2010年均未發(fā)生較大變化，但自2010年開始至2015年各土地利用類型重心遷移變化較為明顯，表現(xiàn)為草地、耕地、水域和未利用土地的土地利用重心向東北方向移動(dòng)，林地的土地利用中心往東南方向移動(dòng)，建設(shè)用地則先往東北方向移動(dòng)后向西北方向移動(dòng)。本文基本探明長(zhǎng)江中下游區(qū)域2005—2015年土地利用類型的時(shí)空變化，但受資料條件影響，目前研究仍有一定的局限性，今后仍需補(bǔ)充完善最新土地利用數(shù)據(jù)，提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚瑞華，趙越，楊文杰，等.長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃研究初探.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2015，41（6）：15-17，28.

[2]薛蕾，徐承紅.長(zhǎng)江流域濕地現(xiàn)狀及其保護(hù).生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2015，31（12）：10-13.

[3]李曉文，鄭鈺，趙振坤，黎聰.長(zhǎng)江中游生態(tài)區(qū)濕地保護(hù)空缺分析及其保護(hù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建.生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（12）：4979-4989.

[4]高吉喜.劃定生態(tài)保護(hù)紅線，推進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶大保護(hù).環(huán)境保護(hù)，2016，44（15）：21-24.

[5]陳雯，孫偉，吳加偉，陳誠(chéng)，閆東升.長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶開發(fā)與保護(hù)空間格局構(gòu)建及其分析路徑.地理科學(xué)進(jìn)展，2015，34（11）：1388-1397.

[6]虞孝感.長(zhǎng)江流域生態(tài)安全問題及建議.自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（3）：294-298.

[7]潘開文，吳寧，潘開忠，陳慶恒.關(guān)于建設(shè)長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障的若干問題的討論.生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（3）：617-629.