2000-2018 年甘肅省土地利用變化分析

郭麗麗

（甘肅省自然資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000）

土地利用/土地覆被變化(LUCC)研究一直以來都是地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)方向[1]，土地利用變化研究不僅反映出土地資源的自然屬性，也揭示了地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。土地利用變化關(guān)會(huì)影響到氣候變化、生物多樣性變化以及人與自然環(huán)境的相互關(guān)系[2]。土地利用變化研究通過分析土地利用類型的時(shí)空變化規(guī)律、土壤屬性的變化、土地功能的轉(zhuǎn)變等，對(duì)生態(tài)環(huán)境和生物多樣性的改善有重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)土地利用變化主題做了大量研究，主要體現(xiàn)在土地利用類型面積的變化[3-7]、土地利用類型的重心變化規(guī)律[8-12]、土地利用變化的景觀格局變化[13-18]等方面。

文章基于已有的土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品，采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用類型重心遷移、景觀格局指數(shù)等方法分析甘肅省2000-2010 和2010-2018年兩個(gè)時(shí)期內(nèi)的土地利用格局變化，揭示了甘肅省近20 年的土地利用類型的變化規(guī)律，為今后的土地利用規(guī)劃、土地資源管理以及土地利用監(jiān)測(cè)等方面提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域

甘肅省位于中國(guó)西部地區(qū)，地處黃河中上游，地域遼闊，位于北緯32°11′～42°57′，東經(jīng)92°13′～108°46′之間，總面積42.58 萬(wàn)km2（如圖1 所示）。甘肅省下轄12 個(gè)地級(jí)市、2 個(gè)自治州，17 個(gè)市轄區(qū)、5 個(gè)縣級(jí)市、57 個(gè)縣、7 個(gè)自治縣。甘肅地形呈狹長(zhǎng)狀，地貌復(fù)雜多樣，山地多，平地少，全省山地和丘陵占總土地面積的78.2%。全省土地利用率為56.93%，尚未利用的土地有28681.4 萬(wàn)畝，占全省總土地面積的42.05%。

圖1 研究區(qū)位置圖

1.2 數(shù)據(jù)

土地利用數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.resdc.cn/）2000 年、2010 年和2018 年的中國(guó)土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分辨率為1km，基于Landsat 遙感影像，通過人工目視解譯生成土地利用數(shù)據(jù)，土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6 個(gè)一級(jí)類型以及25個(gè)二級(jí)類型，實(shí)驗(yàn)所用數(shù)據(jù)為一級(jí)土地利用類型。所需矢量數(shù)據(jù)來源于中國(guó)自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)中心（http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/）。

2 研究方法

2.1 土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣是土地利用變化的類型轉(zhuǎn)移面積按矩陣的形式展示，是表示在某一段時(shí)期內(nèi)，以定量地表明不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況，反映出土地利用的用地結(jié)構(gòu)與變化方向，以及各地類之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。

2.2 重心遷移

土地利用類型的重心遷移是反映出不同類型的土地利用類型的空間格局變化，能夠直觀反映出不同土地利用類型在某一時(shí)期的重心變化的過程，重心計(jì)算公式如下：

其中，Xi和Yi表示第i 個(gè)土地利用類型的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)，LTij表示第i 類土地利用類型中的第j個(gè)斑塊的土地利用類型面積，Xij和Yij表示第i 類土地利用類型中的第j 個(gè)斑塊的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)。

2.3 景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)主要包括兩方面，一是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征以及人為或自然的干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果，另外也指自然的和人為的多種因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映。描述景觀格局的指數(shù)比較多[19-24]，本實(shí)驗(yàn)主要用到：斑塊密度（PD）、景觀破碎化指數(shù)（SPLIT）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、散布與并列指數(shù)（IJI）和斑塊聚合度（AI）。指數(shù)表示的意義如下：

其中，（1）PD 表示單位面積上的斑塊數(shù)量，也是景觀破碎化的指標(biāo)，PD 值越大，地塊破碎化越嚴(yán)重；（2）SPLIT 呈現(xiàn)出景觀被分割的破碎程度，反映出土地景觀格局的復(fù)雜性，也反映出人類對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響，SPLIT 值越大，說明人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響越大；（3）CONTAG 反映了不同類型的斑塊的團(tuán)聚程度和蔓延趨勢(shì)，CONTAG 值越大，說明斑塊之間有很好的連通性；（4）SHEI 反映了景觀中的不同斑塊類型的分配均勻度和優(yōu)勢(shì)度，SHEI 值越大，表明斑塊類型分布均勻，多樣性越大；（5）SHDI 反映出景觀中不同斑塊類型的復(fù)雜性和變異性，SHDI 值越大，表明斑塊類型增加斑塊類型呈現(xiàn)均衡化趨勢(shì)分布；（6）IJI 表征不同斑塊類型之間的總體散布與并列狀況，IJI 值越大，表明各斑塊類型之間的相鄰的邊長(zhǎng)越接近，各斑塊之間的比鄰概率均等；（7）AI是度量景觀中斑塊聚集程度的指數(shù)，AI 值越大，說明斑塊高度聚集。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣分析

通過2000、2010 和2018 年甘肅省的土地利用數(shù)據(jù)（如圖2 所示），建立2000-2010 年和2010-2018 年的土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，分析10 年間甘肅省的土地利用變化情況。2000-2010 年的土地利用變化見表1，6 類土地利用類型轉(zhuǎn)化面積最大為耕地和未利用地，其次是草地，水體和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化面積較少。其中，耕地轉(zhuǎn)化面積為1284km2，主要轉(zhuǎn)化為草地；未利用的轉(zhuǎn)化面積為1224km2，主要轉(zhuǎn)化為耕地和草地；草地主要轉(zhuǎn)化為耕地和林地。通過統(tǒng)計(jì)土地類型變化比例，發(fā)現(xiàn)耕地和水體的轉(zhuǎn)化比例比較高，分別為1.964%和1.792%。

圖2 2000-2018 年的土地利用分布圖

2010-2018 年的土地利用變化見表2，和2000-2010 年之間的轉(zhuǎn)化比較類似，也是耕地和未利用地轉(zhuǎn)化面積最大，其次是草地，水體和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化面積較少，但是轉(zhuǎn)移的土地利用類型不同。其中，耕地轉(zhuǎn)化面積為787km2，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；未利用的轉(zhuǎn)化面積為742km2，主要轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地；草地主要轉(zhuǎn)化為耕地、建設(shè)用地和未利用地，耕地和水體的轉(zhuǎn)化比例較高，分別為1.204%和1.391%。

表1 2000-2010 年之間的土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

表2 2010-2018 年之間的土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

通過對(duì)比2 個(gè)時(shí)期的土地利用變化矩陣，發(fā)現(xiàn)2000-2010 年之間耕地轉(zhuǎn)化為草地，符合“退耕還林、還草”的政策，同時(shí)為了確保耕地的基數(shù)，部分未利用地也被轉(zhuǎn)化為耕地；而2010-2018 年期間是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，建設(shè)用地的面積呈現(xiàn)增長(zhǎng)，促進(jìn)城市化的快速發(fā)展。

3.2 土地利用類型重心變化分析

土地利用類型的重心變化反映出不同類型土地利用的空間格局變化，圖3 是2000-2018 年間甘肅省的6 類土地利用類型的重心遷移變化結(jié)果。從圖可知：2010-2018 年的各類土地類型重心遷移量均高于2000-2010 時(shí)期，說明2010-2018 年之間的土地利用格局變化較大。在整個(gè)時(shí)期內(nèi)，耕地的重心依次向西北方向遷移；林地的重心開始向東北方向遷移，之后向東南方向遷移；草地的重心開始向南方向遷移，之后向東南方向遷移；水體的重心先開始向東南方向遷移，之后向西北方向遷移；建設(shè)用地的重心開始向東方向遷移，之后向西北方向遷移；未利用土地的重心開始向西方向遷移，之后向西北方向遷移。

圖3 反映出整個(gè)甘肅省的總體土地利用類型重心遷移情況，為了進(jìn)一步分析局部地區(qū)的土地利用類型的遷移情況，實(shí)驗(yàn)展示出以市級(jí)為單元的土地利用類型的重心分布格局（如圖4 所示）。由圖4可知：2000-2018 年之間的土地利用類型重心變化較大的地區(qū)為張掖市、慶陽(yáng)市和平?jīng)鍪械貐^(qū)，其他地區(qū)的土地利用類型的重心變化不大。其中，張掖市在2010-2018 年間的草地的重心向西方向遷移；平?jīng)鍪性?000-2010 年間的耕地重心向東北方向遷移；慶陽(yáng)市在2010-2018 年間的耕地重心向東南方向遷移。

圖3 2000-2018 年間的土地利用類型的重心遷移結(jié)果

圖4 2000-2018 年間市級(jí)單元的土地利用類型重心空間格局

3.3 土地利用類型景觀格局變化結(jié)果

利用Fragstats4.2 軟件分別計(jì)算2000、2010 和2018 年的土地利用類型的7 個(gè)景觀格局指數(shù)，結(jié)果見表3。結(jié)果表明：2018 年的PD 值較高，表明在2010-2018 年間的斑塊破碎化較為嚴(yán)重；2018 年的CONTAG 值較低，表明在2010-2018 年間的斑塊破碎，連通性較低；2018 年的IJI 值較高，表明各斑塊之間的比鄰概率較高；2018 年的SPLIT 值有所下降，表明與2000-2010 年相比，2010-2018 年之間的人為影響略?。粌蓚€(gè)時(shí)期內(nèi)的SPLIT、SHDI 和AI 指數(shù)基本一致，表明2000-2018 年之間的斑塊變異性很小，聚合度變化比較小。

表3 土地利用景觀格局指數(shù)

4 小結(jié)

本研究分析了甘肅省近20 年間的土地利用變化規(guī)律，建立土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣，分析不同土地類型的轉(zhuǎn)化量和轉(zhuǎn)化率，分析2 個(gè)時(shí)期（2000-2010 年和2010-2018 年）內(nèi)各類土地利用類型的重心遷移規(guī)律，并分區(qū)域統(tǒng)計(jì)每個(gè)時(shí)期的各類土地利用類型的重心位置，分析重心坐標(biāo)變化趨勢(shì)。結(jié)合景觀格局指數(shù)分析不同年份的土地利用空間結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析隨時(shí)間的變化規(guī)律。為甘肅省今后的土地利用規(guī)劃研究以及土地資源管理宏觀調(diào)控方面提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。