基于縣域尺度的土地利用結(jié)構(gòu)特征研究
——以福建省松溪縣為例

范勛承

(邵陽學院城鄉(xiāng)建設(shè)學院，湖南 邵陽 422000)

近年來，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，世界人口不斷增長，人口與資源不協(xié)調(diào)的矛盾凸顯，為了緩解經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾沖突，可持續(xù)發(fā)展理念應(yīng)運而生。土地資源是人類生存和發(fā)展中必不可少的有限資源。因此，在可持續(xù)發(fā)展研究中，土地利用/覆被變化(Land Use and Land Cover Change，LUCC)成為重要研究領(lǐng)域[1]。國內(nèi)學者針對不同尺度區(qū)域就土地利用方面開展了諸多研究，成果豐富。如宋桂琴等[2]利用模糊聚類法對黃土高原重點水土流失區(qū)(106個縣、市、旗)的土地利用進行分區(qū)，并對各區(qū)的土地利用方向進行了闡述；宋乃平等[3]利用以往歷史資料和前人研究成果對鄂爾多斯農(nóng)牧交錯區(qū)土地利用格局的演變過程進行了恢復，并從不同方面探討了其演變的機理；趙莉莉等[4]利用3S技術(shù)對閩東海岸帶區(qū)域2000年-2014年的土地利用變化特征進行了分析；張涵等[5]利用空間分析方法，對2006年-2019年的貴州省惠水縣好花紅村的土地利用功能演變規(guī)律進行了分析；姚靜韜等[6]基于交叉熵優(yōu)化理論，運用相關(guān)研究方法對北京市2015年-2030年的土地利用控制情境下的土地利用結(jié)構(gòu)變化進行了模擬和分析。以上研究不僅為土地資源的合理利用提供了科學參考，也為縣域尺度的土地利用研究奠定了基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以縣域為代表的小尺度區(qū)域城鎮(zhèn)化速度明顯加快，對縣域的土地利用情況展開研究，對于地方長期穩(wěn)定發(fā)展意義重大。

松溪縣因有“百里松蔭碧長溪”的美景而得名，是閩北地區(qū)第一個國家級的生態(tài)縣，森林覆蓋率達75.5%。研究期間，松溪縣地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)從1995年的5.26億元增至2015年的81.54億元，20年間翻了近16倍；松溪縣雖是閩北地區(qū)中面積最小的縣，但近年來城鎮(zhèn)化速度不斷加快，2019年城鎮(zhèn)化率達48.7%。近些年來，縣域已經(jīng)被作為推進新型城鎮(zhèn)化的重點區(qū)域，縣域土地利用結(jié)構(gòu)已悄然發(fā)生改變。對松溪縣近20年來的土地利用結(jié)構(gòu)進行研究，可以定量掌握其土地利用結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，為該縣今后土地的合理利用提供借鑒，為周邊縣域的土地利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

松溪縣隸屬于福建省南平市(閩北)(見圖1)，位于福建和浙江的交界處，土地總面積1 043km2。松溪縣享有“中國民間版畫藝術(shù)之鄉(xiāng)”“綠色寶庫”“四好農(nóng)村路”全國示范縣等美譽。地貌總體呈四周環(huán)山中央低陷的層狀特征，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，雨熱同期，四季分明，氣象災害頻發(fā)。全縣境內(nèi)河流面積廣大，流域面積占縣總面積的95.5%。截至2019年末，常住人口12.30萬人，GDP 達到81.54億元。

圖1 研究區(qū)示意

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)使用松溪縣1995年、2000年、2005年、2010年Landsat-5TM和2015年經(jīng)過條帶處理的Landsat-7ETM遙感影像，5期遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率均為30 m。參照我國土地利用分類系統(tǒng)并結(jié)合松溪縣的地理特征及野外踏查信息，將松溪縣土地利用類型劃分為林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地共6類。利用ENVI及ARCGIS軟件對圖像進行后續(xù)處理，得到各土地利用類型的面積及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化速度的研究方法。 某種地類在一定時間段內(nèi)的面積變化的快慢，可用單一土地利用動態(tài)度模型來表示。計算結(jié)果為正值時，表示面積增加，計算結(jié)果為負值時，表示面積減少。其計算公式為：[7]

(1)

式中，K1、Ua和Ub分別表示某一地類的動態(tài)度、開始時該地類的面積和結(jié)束時該地類的面積；T則為研究的時間長度，單位為a，本文研究時間長度為20a，下同。

2.2.2 土地利用結(jié)構(gòu)的研究方法。土地利用結(jié)構(gòu)可用一種或幾種土地利用類型占研究區(qū)總面積的比例來表示[8]。根據(jù)研究需要，本文選取土地利用開發(fā)指數(shù)和土地利用墾殖指數(shù)來表示土地利用的結(jié)構(gòu)特征。具體計算公式如下。

土地利用開發(fā)指數(shù)的數(shù)學表達式如下：

(2)

式中，B、bi和A分別代表開發(fā)指數(shù)、建筑用地面積及研究區(qū)總面積。

土地利用墾殖指數(shù)數(shù)學表達式如下：

(3)

式中，K2、ai和A分別代表墾殖指數(shù)、耕地面積和研究區(qū)總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用數(shù)量分析

圖2 松溪縣1995年-2015年間各土地利用類型面積的變化

研究期間，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，土地利用類型不斷地進行著重分配。由圖2可知，20年間建筑用地、林地和水域面積有所增加，面積增加由多到少的順序為：林地(221.59km2)>建筑用地(66.17km2)>水域(17.05km2)；耕地、未利用地和草地面積有所減少，面積減少由多到少的順序為：草地(-120.06km2)>耕地(-107.84km2)>未利用地(-76.91km2)。2016年，松溪縣被評為國家級生態(tài)縣，這是閩北地區(qū)第一個國家級的生態(tài)縣，這與近20年來松溪縣不斷響應(yīng)國家政策，積極植樹造林，保護環(huán)境等措施密不可分。因此，研究期間，松溪縣的林地面積增加最多。然而，由于松溪縣氣象災害頻繁發(fā)生，所以部分不適宜耕地和草地也轉(zhuǎn)為了林地或其他用地類型，所以研究期間耕地和草地面積減少較多。同時，由于經(jīng)濟的不斷發(fā)展，未利用地的開發(fā)力度不斷加大，致使20年間，未利用地面積不斷向其他地類轉(zhuǎn)換。

3.2 土地利用變化速度分析

根據(jù)公式(1)可以計算出不同時段各土地利用類型的動態(tài)變化程度(見表1)。從總體上看，1995年-2015年間，建筑用地、林地和水域的動態(tài)度為正值，而耕地、未利用地和草地的動態(tài)度為負值，說明這期間松溪縣土地利用類型面積變化呈“三增三減”態(tài)勢，與土地利用數(shù)量變化相吻合。其中，在面積增加的地類中，水域的動態(tài)變化最為劇烈，動態(tài)度為17.83%；然而，在面積減少的地類中，各土地利用類型的變化速度比較一致，均保持在-3.5%左右。從各個時段上看，1995年-2000年間，水域變化最為活躍，動態(tài)度達67.67%；2000年-2005年間，僅林地和耕地有所增加，動態(tài)度為正，而另外四種用地類型的動態(tài)度均為負值，且變化速度比較接近，動態(tài)度均保持在-3%左右；2005年-2010年間，未利用地增加明顯，動態(tài)度達12.76%，草地次之，其他地類成微弱減少趨勢；2010年-2015年間，建筑用地變化異?；钴S，動態(tài)度達到51.53%。由此發(fā)現(xiàn)，研究期間總體上雖表現(xiàn)出了“三增三減”的趨勢，但是各時段不同用地類型的動態(tài)變化差異十分明顯。

表1 松溪縣1995年-2015年各土地利用類型單一動態(tài)度(%)

3.3 土地利用結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)公式(2)和公式(3)計算得到松溪縣土地利用開發(fā)指數(shù)和墾殖指數(shù)(見圖3)。總體上看，松溪縣近20年來土地利用開發(fā)強度呈現(xiàn)波動上升趨勢，并在2000年-2010年的10年間開發(fā)強度有所減緩。其中，2010年開發(fā)強度最低，開發(fā)指數(shù)值為0.85；2015年新增建筑用地最多，開發(fā)強度最大，開發(fā)指數(shù)達到20年來最大值，為9.64。這與在此期間省級工業(yè)園區(qū)、大型綜合汽車樞紐站、生態(tài)茶旅游文化產(chǎn)業(yè)化、重點交通等重大建設(shè)項目開始施工建設(shè)，用地需求不斷增大有關(guān)。

就土地墾殖情況而言，雖在研究期間也呈現(xiàn)波動變化，但與土地開發(fā)指數(shù)的變化趨勢正好相反，即呈現(xiàn)此消彼長的趨勢，且變化幅度更大。1995年-2000年，松溪縣土地利用墾殖指數(shù)下降明顯，從14.51降至7.05，說明5年間耕地面積減少迅速；2000年-2005年，土地利用墾殖指數(shù)回暖，耕地面積有所增多；2005年-2015年間，松溪縣土地利用墾殖指數(shù)持續(xù)下降，其值降至研究期間的最低值，為4.18，說明這10年間松溪縣的耕地面積持續(xù)減少，而這與土地利用開發(fā)強度不斷增大，占用耕地有一定的關(guān)系。

圖3 松溪縣1995年-2015年土地利用結(jié)構(gòu)特征

4 主要結(jié)論

基于五期土地利用數(shù)據(jù)，對福建省松溪縣土地利用變化數(shù)量、速度及結(jié)構(gòu)等方面進行了定量分析，研究結(jié)果表明：①1995年-2015年間，松溪縣各土地利用類型相互轉(zhuǎn)換頻繁，其中林地面積增加最多，其次為建筑用地和水域，而草地成為研究期間面積減少最多的用地類型。②從各土地利用類型的變化速度上看，水域的動態(tài)變化最為活躍，動態(tài)度為17.83%，草地、耕地和未利用地面積呈減少趨勢，但減少的速度較為一致，動態(tài)度約為-3.5%。③從土地利用結(jié)構(gòu)上看，松溪縣20年來土地利用開發(fā)強度呈波動上升狀態(tài)，其中，2015年開發(fā)強度最大，達9.64；相比之下，墾殖指數(shù)呈波動降低狀態(tài)，2015年墾殖指數(shù)達到研究期間的最低值，為4.18。