2000—2018年長吉圖地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

李俊鋒 劉吉平

摘 要 土地利用是指人類依據(jù)土地的自然特點(diǎn)，按照一定的目的，采取一系列手段對土地進(jìn)行規(guī)劃、管理和治理。土地作為地球表面基本的地理單元，與人類生活息息相關(guān)。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，人類活動(dòng)對土地的影響越來越強(qiáng)烈。基于此，以馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣和土地動(dòng)態(tài)度為技術(shù)手段，對2000—2018年長吉圖地區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞 土地利用;長吉圖地區(qū);動(dòng)態(tài)變化

中圖分類號：K903 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.15.055

近二十年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張對自然生態(tài)系統(tǒng)和耕地均造成了重要影響，我國城鄉(xiāng)建設(shè)不斷加快，土地利用格局發(fā)生巨大變化，土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）成為土地資源利用研究的熱點(diǎn)課題[1]。國內(nèi)外學(xué)者均采用不同的模型和方法對土地動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了深入研究，但研究方法、手段、內(nèi)容以及研究角度存在差異，常見的方法和模型有景觀格局指數(shù)法、馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣以及土地利用綜合動(dòng)態(tài)度[2-6]。本研究運(yùn)用馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動(dòng)態(tài)度等方法相結(jié)合，對2000—2018年長吉圖地區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，以促進(jìn)長吉圖地區(qū)土地合理規(guī)劃，為他人研究土地動(dòng)態(tài)變化提供參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

“長吉圖”是長吉圖開發(fā)開放先導(dǎo)區(qū)的簡稱，位于吉林省的東部和中部地區(qū)，總面積為7.32萬平方千米，大致位于北緯41°～46°，東經(jīng)124°～131°。長吉圖北臨黑龍江省，南連遼寧省，西接內(nèi)蒙古自治區(qū)，東靠日本海，在行政上包括長春市大部分（長春市城區(qū)、德惠市、九臺(tái)市、農(nóng)安縣）、吉林市部分地區(qū)（吉林市城區(qū)、蛟河市、永吉縣）和整個(gè)延邊州[7]。該地區(qū)地勢自西向東逐漸降低，西部以平原地形為主，東部主要以山地和丘陵地形為主。氣候類型為中溫帶季風(fēng)氣候，冬季寒冷而漫長，夏季炎熱，四季分明，雨熱同期;年降水量在500～800 mm，集中在夏季和秋季。長吉圖地區(qū)總?cè)丝跒? 238.69萬人，城鎮(zhèn)人口占研究區(qū)總?cè)丝诘?2.1%，平均人口密度約為169人/km2，工業(yè)總產(chǎn)值32 535 768萬元，糧食產(chǎn)量達(dá)到9 155 036 t，糧食作物以水稻和玉米為主（截止到2017年末）。近年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得長吉圖地區(qū)形成了汽車、醫(yī)療藥物加工、食品加工等獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)體系，在工業(yè)方面，產(chǎn)業(yè)園區(qū)初具規(guī)模，形成了優(yōu)勢突出的產(chǎn)業(yè)集群，第三產(chǎn)業(yè)如旅游、物流等的發(fā)展也極為快速[8]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)2000年、2010年和2018年三期土地利用類型圖來自空間分辨率為30 m的遙感影像。在選取遙感影像時(shí)除了盡量避開云、雪覆蓋的月，在時(shí)間上還應(yīng)盡量避免洪水或干旱年份。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

為了提高影像解譯的精度，采用計(jì)算機(jī)解譯和目視解譯相結(jié)合對遙感影像進(jìn)行解譯，通過長吉圖地區(qū)的地形圖和Google Earth等進(jìn)行精度驗(yàn)證，檢驗(yàn)得出，3個(gè)時(shí)期的土地利用/土地覆蓋解譯結(jié)果的總體精度均在90%以上，可以達(dá)到研究土地利用的標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件將長吉圖地區(qū)的三期（2000年、2010年以及2018年）原始數(shù)據(jù)（矢量數(shù)據(jù)）通過融合屬性要素轉(zhuǎn)化為土地利用的柵格圖層，利用Spatial Analyst工具作出2000—2018年長吉圖地區(qū)各種土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣。

1.2.3 研究方法

1.2.3.1馬爾科夫模型

馬爾科夫法是將時(shí)間序列看作是一個(gè)離散的隨機(jī)過程，通過對事物不同狀態(tài)的初始概率和狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率的研究，確定狀態(tài)變化趨勢，以預(yù)測事物的未來。

1.2.3.2單一動(dòng)態(tài)度（K）

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度是研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。具體公式如下：

式（1）中，k為某時(shí)段內(nèi)單一土地利用動(dòng)態(tài)度;U1為土地類型前期面積;U2為土地類型后期面積;T為前后期間隔時(shí)間。動(dòng)態(tài)度的絕對值越大，表明土地面積變化速率越快。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用的面積和數(shù)量變化

為了研究長吉圖地區(qū)的土地動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，人為將區(qū)域內(nèi)的土地利用類型大致分為6大類：種植用地、草地、林地、水域、建設(shè)用地以及未利用土地。

從時(shí)間上分析，2000—2018年長吉圖地區(qū)6種土地利用類型的面積及數(shù)量波動(dòng)變化以種植用地和草地變化顯著（表1）。種植用地面積減少了302.27 km2，斑塊數(shù)量減少了222個(gè);草地面積增加顯著，增加了217.38 km2，斑塊數(shù)量增加了29個(gè);林地面積增加了79.94 km2，斑塊數(shù)量增加639個(gè);水域面積增加42.43 km2，斑塊數(shù)量增加了72個(gè);建設(shè)用地的面積減少了23.74 km2，斑塊數(shù)量減少了214個(gè);未利用土地面積增加了41.16 km2，斑塊數(shù)量增加了38個(gè)。種植用地面積大量減少主要是由于城鄉(xiāng)、工礦和居民用地不斷建設(shè)和開發(fā)，耕地面積被占用以及受到環(huán)境保護(hù)政策的影響，一些種植用地被退耕還林、還草等。

2000—2018年長吉圖地區(qū)6種土地利用類型的面積變動(dòng)中，以種植用地、林地和建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)移表現(xiàn)最為明顯。種植用地的面積轉(zhuǎn)入主要以建設(shè)用地（1 177.98 km2）和林地（3 824.09 km2）為主，種植用地轉(zhuǎn)出為林地3 541.74 km2，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地1 251.81 km2。建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入以種植用地為主，為1 251.81 km2。草地、水域和未利用土地面積整體上相對變化較小。

2.2 土地利用的空間格局變化

利用ArcGIS 10.2軟件作長吉圖地區(qū)3個(gè)時(shí)期各種土地利用類型分布圖。研究區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化顯示，林地所占面積最大且相對集中;種植用地集中分布在西部平原地區(qū)，零星分布在東部山間谷地;草地和水域在研究區(qū)分布相對分散;建設(shè)用地多數(shù)集中在中西部的平原地區(qū);未利用土地的面積最小，分布在研究區(qū)的東南部。

從動(dòng)態(tài)度變化上（表2），以2010年為斷點(diǎn)，分成2000—2010年和2010—2018年兩個(gè)時(shí)段，2000—2010年6種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度按大小依次為，草地（1.09）>建設(shè)用地（0.80）>未利用土地（0.58）>林地（0.06）>水域（0.05）>種植用地（0.00），這時(shí)期草地動(dòng)態(tài)度最大，種植用地最穩(wěn)定。2010—2018年6種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度按大小依次為，未利用土地（1.24）>建設(shè)用地（0.75）>草地（0.66）>水域（0.28）>種植用地（0.09）>林地（0.07）。這一時(shí)期未利用土地的動(dòng)態(tài)度最大。通過兩個(gè)時(shí)期的動(dòng)態(tài)度對比，未利用土地、建設(shè)用地和草地這三種土地利用類型動(dòng)態(tài)度變化最為明顯，水域居中，種植用地和林地的動(dòng)態(tài)度變化最穩(wěn)定。種植用地、林地、水域和未利用土地的動(dòng)態(tài)度增加，草地和建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度在降低。

3 結(jié)論

1）2000—2018年長吉圖地區(qū)土地種植用地面積呈現(xiàn)波動(dòng)減少趨勢，面積波動(dòng)減少302.27 km2，斑塊數(shù)量上減少了222個(gè)，草地面積增加顯著，增加了217.38 km2，斑塊數(shù)量上增加了29個(gè)，林地面積增加了79.94 km2，斑塊數(shù)量上639個(gè)，水域面積增加42.43 km2，斑塊數(shù)量上增加了72個(gè)，建設(shè)用地的面積減少了23.74 km2，斑塊數(shù)量上減少了214個(gè)，未利用土地面積增加了41.16 km2，斑塊數(shù)量上增加了38個(gè)。

2）2000—2018年長吉圖地區(qū)六種土地利用類型之間面積變動(dòng)，以種植用地、林地和建設(shè)用地在面積轉(zhuǎn)移中最為明顯，種植用地的轉(zhuǎn)入以建設(shè)用地（1 177.98 km2）和林地（3 824.09 km2）為主，同時(shí)種植用地又轉(zhuǎn)為林地（3 541.74 km2）和建設(shè)用地（1 251.81 km2）。草地、水域和水域未利用土地面積略有變化。

3）2000—2018年長吉圖地區(qū)各種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度變化：未利用土地、建設(shè)用地和草地這三種土地利用類型動(dòng)態(tài)度變化最為明顯，水域居中，種植用地和林地的動(dòng)態(tài)度變化最穩(wěn)定。種植用地、林地、水域和未利用土地的動(dòng)態(tài)度增加，草地和建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度在降低。

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（責(zé)任編輯：趙中正）