基于地學(xué)信息圖譜的安徽省土地利用時空變化分析

潘政 郭偉玲 蔣婷婷

摘 要：基于安徽省1980年、2000年和2018年土地利用柵格數(shù)據(jù)，采用地學(xué)信息圖譜、GIS空間分析等技術(shù)，構(gòu)建2個時序的土地利用變化、土地利用漲落勢以及變化模式等圖譜，探索安徽省1980—2018年土地利用的時空變化以及發(fā)展過程。結(jié)果表明：1980—2018年安徽省主要土地利用類型是耕地和建設(shè)用地，耕地持續(xù)減少，建設(shè)用地持續(xù)增加;變化圖譜以耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地為主且貫穿整個研究時段;漲勢圖譜中新增建設(shè)用地面積最大，落勢圖譜中主要表現(xiàn)為耕地面積持續(xù)減少，但各市間存在一定差異;變化模式圖譜中，全期穩(wěn)定型占據(jù)主要地位，其次是后期變化類型和前期變化類型，占比最少的是全期變化型。

關(guān)鍵詞：地學(xué)信息圖譜;土地利用;時空變化;安徽省

中圖分類號 F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）08-0144-04

Analysis of Temporal and Spatial Change of Land Use in Anhui Province Based on Geoscience Information Atlas

PAN Zheng? ?GUO Weiling? ?JIANG Tingting

（School of Spatial Information and Surveying and Mapping Engineering， Anhui University of Technology， Huainan 232000， China）

Abstract： Based on the land use grid data of Anhui Province in 1980， 2000 and 2018， through the geoscience information atlas and GIS spatial analysis， this paper constructs two time series of land use change atlas， land use fluctuation potential atlas and change mode atlas， and explores the temporal and spatial change and development process of land use in Anhui Province from 1980 to 2018. The results show that： cultivated land and construction land are the main land use types from 1980 to 2018. Cultivated land continues to decrease and construction land continues to increase. The change map mainly focuses on the transformation of cultivated land into construction land， and runs through the whole research period. The area of newly added construction land is the largest in the rising trend map， and the main performance in the falling trend map is that the area of cultivated land continues to decrease， and there are some differences among cities. In the change pattern map， the whole period stable type occupies the main position， followed by the late change type and early change type， and the whole period change type accounts for the least.

Key words： Geoscience information atlas; Land use; Temporal and spatial change; Anhui Province

土地利用是當(dāng)下國際學(xué)界比較熱門的研究領(lǐng)域之一[1-2]。人們通過土地利用改變地表覆蓋的同時會引起諸多自然要素和生態(tài)過程的的變化，因此土地利用的相關(guān)研究得到各國科學(xué)家的重視[3]。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于土地利用的研究方法主要可分為基于時間序列上的土地利用動態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣等[4-5]以及基于空間格局上的優(yōu)化配置、CLUE-S模型和景觀格局指數(shù)等[6-8]，地學(xué)信息圖譜則是可以同時反映與揭示地物空間結(jié)構(gòu)特征與時間變化規(guī)律的圖像表現(xiàn)形式和分析手段[9]。地學(xué)信息圖譜為當(dāng)下我國所倡導(dǎo)的協(xié)調(diào)發(fā)展、綠色發(fā)展和創(chuàng)新發(fā)展提供了理論和技術(shù)指導(dǎo)[10]。馬姣嬌等[11]利用珠海淇澳島4期高分遙感影像數(shù)據(jù)合成了3個時段土地利用格局變化圖譜，了解該地區(qū)土地利用格局的時空變化。沈非等[12]利用多時相遙感影像，基于地學(xué)信息圖譜分析了1987—2011年合肥市城市擴(kuò)展時空特征及其驅(qū)動力。呂曉等[13]基于地學(xué)信息圖譜理論與方法，揭示江蘇省土地利用變化時空特征及規(guī)律。本研究基于安徽省1980年、2000年和2018年土地利用柵格數(shù)據(jù)，采用地學(xué)信息圖譜、GIS空間分析等技術(shù)，構(gòu)建2個時序的土地利用變化、土地利用漲落勢以及變化模式等圖譜，探索安徽省1980—2018年土地利用的時空變化以及發(fā)展過程，以期為土地的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 安徽省下轄16個地級市，位于華東地區(qū)西北部，114°43′～119°38′E、29°25′～34°39′N，總面積14.01萬km2。地形可分為5種：淮北平原、江淮丘陵、大別山地、皖中平原和皖南山地。安徽瀕江近海，地跨淮河、長江、新安江三大水系。安徽省是國際公認(rèn)六大世界級城市群之一的長三角的重要組成部分，處于全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略要沖和國內(nèi)幾大經(jīng)濟(jì)板塊的對接地帶，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1.2 數(shù)據(jù)來源 本研究所采用的安徽省1980年、2000年、2018年的柵格土地利用數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，分辨率30m×30m。該數(shù)據(jù)是以美國陸地衛(wèi)星Landsat遙感影像數(shù)據(jù)作為主要信息源，通過人工目視解譯獲取。參考《土地利用現(xiàn)狀分類》的分類標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合安徽省用地的實際情況，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6個一級類土地，將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS平臺中，利用重分類功能對其進(jìn)行重新分類，并以1～6為其編碼，得到土地利用圖譜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化圖譜及土地利用變化模式圖譜的合成 將重分類之后的安徽省3期土地利用數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS平臺，利用ArcGIS平臺中Arctoolbox工具下的空間分析工具中的地圖代數(shù)，柵格計算器中輸入土地利用變化圖譜代數(shù)運(yùn)算公式，得出安徽省1980—2000年和2000—2018年2個時間序列內(nèi)的土地利用變化信息圖譜，以及1980—2018年土地利用變化模式圖譜。

1.3.2 漲落勢圖譜分析 土地利用變化分為“轉(zhuǎn)入”和“轉(zhuǎn)出”2種類型，其中“轉(zhuǎn)入”是指[j]類土地利用類型轉(zhuǎn)化為[i]類土地利用類型，“轉(zhuǎn)出”指的是[i]類土地利用類型轉(zhuǎn)化為[j]類土地利用類型。根據(jù)安徽省2個時間序列內(nèi)的土地利用變化信息圖譜，按照“轉(zhuǎn)入”和“轉(zhuǎn)出”2種類型進(jìn)行再次重分類，得出安徽省1980—2000年和2000—2018年2個時間序列單元的漲勢圖譜和落勢圖譜。

1.3.3 土地變化模式圖譜特征分析 將所得土地變化模式圖譜分為4類，分別為全期不變型（1980—2019年全期無變化）、全期變化型（1980—2019年全期變化）、前期變化型（只在1980—2000年發(fā)生變化）、后期變化型（只在2000—2018年發(fā)生變化）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用時間序列變化 由表1可知，耕地為安徽省內(nèi)最主要的用地類型，3期耕地面積占比均超過55%;其次是林地，占比23%左右;面積最少的土地利用類型是未利用地，說明安徽省閑置土地資源少，土地資源利用充分。耕地面積處于持續(xù)減少的狀態(tài)，由1980年的82087.18km2減少至2018年的77120.03km2;林地面積持續(xù)輕微下降，草地面積先增后減，水域面積和建設(shè)用地面積持續(xù)增長，特別是建設(shè)用地面積由1980年的10422.23km2增加到2018年的15133.15km2，近40年內(nèi)一共增加了4710.92km2且增速越來越快。耕地面積不斷轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，從整個研究時間序列來看預(yù)計未來一段時間內(nèi)該趨勢將繼續(xù)保持。

2.2 土地利用空間序列變化 1980—2000年安徽省土地利用變化圖譜共有29類，總面積達(dá) 140168.63km2，其中有23類發(fā)生了變化，變化的總面積達(dá)2579.64km2，占總圖譜單元面積的1.84%，將占變化面積86.04%的的5類圖譜單元按面積大小進(jìn)行降序排列，排列結(jié)果見表2。由表2可知，1980—2000年安徽省土地利用變化第一大類圖譜是“編碼15”，轉(zhuǎn)化面積達(dá)1221.4km2，占總變化面積的47.35%;第二大類圖譜是耕地轉(zhuǎn)化為水域，轉(zhuǎn)化面積為462.06km2，占總變化面積的17.91%;第三大類是林地轉(zhuǎn)化為草地，變化占比前三的變化圖譜單元累計變化比率高達(dá)75.53%。在這一時間段內(nèi)主要是以耕地轉(zhuǎn)化為其他地類為主，耕地累計變化比率達(dá)71.22%。

2000—2018年安徽省土地利用變化圖譜共有33類，其中有27類發(fā)生了變化，變化的總面積達(dá)4294.82km2，占總圖譜單元面積的3.06%，將占變化面積94.49%的5類圖譜單元按面積大小進(jìn)行降序排列，排列結(jié)果見下表2，由表2可以看出2000—2018年安徽省土地利用變化第一大類圖譜是“編碼15”，轉(zhuǎn)化面積達(dá)3221.06km2，占總變化面積的75.00%;第一大類圖譜雖未變化，依然是耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，但轉(zhuǎn)化面積以及占比均遠(yuǎn)高于1980—2000年。第二大類圖譜是耕地轉(zhuǎn)化為水域，轉(zhuǎn)化面積為405.77km2，占總變化面積的9.45%;第三大類是林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，轉(zhuǎn)化面積197.60km2。在這一時間段內(nèi)主要是以耕地轉(zhuǎn)化為其他地類為主，耕地累計變化比率達(dá)85.79%。

2.3 1980—2018年安徽省土地利用“漲勢”和“落勢”圖譜

2.3.1 1980—2018年安徽省土地利用“漲勢”圖譜 1980—2018年安徽省土地利用漲勢圖譜，根據(jù)土地利用變化類型的“轉(zhuǎn)入”進(jìn)行重分類，得出安徽省2個時間序列內(nèi)的漲勢圖譜（圖1），再利用空間分析工具中的區(qū)域分析、面積制表工具，進(jìn)一步得出安徽省內(nèi)各地級市相應(yīng)的土地利用情況。由圖1可知，1980—2000年間安徽省內(nèi)各地類新增總面積2579.64km2，變化區(qū)域中新增面積值最大的地類是建設(shè)用地，新增建設(shè)用地面積值1243.51km2，占新增總面積的48.20%;其次分別是水域新增472.02km2，耕地新增344.63km2，草地新增340.97km2，林地新增面積值最少，為178.51km2。安徽省內(nèi)各市的土地利用變化也均表現(xiàn)出新增建設(shè)用地面積大于其他地類，新增建設(shè)用地面積最大的是滁州市，新增面積達(dá)202.20km2，滁州市的新增耕地面積也最大，為145.01km2;新增林地面積最大的為六安市，為68.25km2;新增水域面積最大的也是六安市，為158.69km2;黃山市的新增草地面積最大，為119.02km2。

2000—2018年間安徽省內(nèi)各地類新增總面積4294.82km2，比前一個時間序列變化面積增加了1715.17km2，變化區(qū)域中新增面積值最大的地類依舊是建設(shè)用地，新增建設(shè)用地面積值3549.43km2，占新增總面積的82.64%，新增建設(shè)用地面積進(jìn)一步加大，占比進(jìn)一步提高;其次是水域新增438.69km2;此時間序列內(nèi)受退耕還林政策的影響，耕地新增211.67km2，低于上期水平;林地新增38.09km2，草地新增34.72km2，未利用地新增面積值最小。為22.21km2。安徽省內(nèi)各地級市的土地利用變化也同樣表現(xiàn)出新增建設(shè)用地面積大于其他地類，新增建設(shè)用地面積最大的是合肥市，新增建設(shè)用地面積高達(dá)600.04km2，側(cè)面反映出合肥市近年來的快速發(fā)展;六安市的新增耕地面積最大，為103.67km2;新增林地面積最大的為黃山市，為13.83km2;新增水域面積最大的是阜陽市，為74.41km2;宿州市的新增草地面積最大，為7.67km2;新增未利用地面積最大的也是銅陵市，為4.87km2。

2.3.2 1980—2018年安徽省土地利用“落勢”圖譜 1980—2018年安徽省土地利用落勢圖譜，根據(jù)土地利用變化類型的“轉(zhuǎn)出”進(jìn)行重分類，得出安徽省2個時間序列內(nèi)的落勢圖譜（圖2），再利用空間分析工具中的區(qū)域分析、面積制表工具，進(jìn)一步得出安徽省內(nèi)各地級市相應(yīng)的土地利用情況。由圖2可知，1980—2000年間安徽省內(nèi)各地類縮減總面積2579.64km2，各地類減少面積值最大的地類是耕地，耕地減少面積值1837.40km2，占減少總面積的71.23%;其次分別是林地減少389.67km2，水域減少196.90km2，草地減少149.37km2，建設(shè)用地減少4.12km2，減少面積最小的地類是未利用地，減少面積值2.19km2。安徽省內(nèi)各地級市的土地利用變化也均主要表現(xiàn)出為耕地面積的減少，耕地減少面積最大的是滁州市，減少耕地面積達(dá)252.90km2;滁州市的草地、水域減少面積最大，分別為73.25km2和72.30km2;林地減少面積最大的為宣城市，為140.57km2;建設(shè)用地減少面積最大的是蕪湖市，為1.64km2;宣城市的未利用地減少面積最大，為2.19km2。

2000—2018年間安徽省內(nèi)各地類減少總面積4294.82km2，變化區(qū)域中減少面積值最大的地類依舊是耕地，減少的耕地面積值為3684.45km2，占減少總面積的85.79%，減少的耕地面積進(jìn)一步加大，結(jié)合安徽省土地利用變化圖譜以及安徽省土地利用漲勢圖譜，可得出減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，也符合安徽省耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化的特征;其次分別是林地減少217.31km2，水域減少217.18km2，草地減少96.89km2，建設(shè)用地減少76.42km2，未利用地減少面積最少，為2.58km2。安徽省內(nèi)各地級市的土地利用變化也均主要表現(xiàn)出為耕地面積的減少，耕地減少面積最大的是合肥市，耕地減少面積高達(dá)637.37km2;合肥市的建設(shè)用地減少面積也最大，為22.18km2;林地、草地減少面積最大的均為宣城市，分別為47.91km2和16.63km2;水域減少面積最大的是六安市，為103.94km2;銅陵市的未利用地減少面積最大，為1.10km2。

2.4 1980—2018年安徽省土地變化模式圖譜特征 根據(jù)安徽省1980年、2000年、2018年3期土地利用數(shù)據(jù)，重構(gòu)安徽省土地利用變化模式圖譜（圖3），按照階段性變化特征并結(jié)合安徽省實際用地情況將其分為四大變化模式。在1980—2018年安徽省土地利用變化模式中，全期穩(wěn)定型模式占據(jù)主要地位，達(dá)133050.83km2，占總面積的95.16%，其中主要為耕地、林地保持不變，兩者占全期穩(wěn)定模式總面積的81.32%;其次是后期變化模式，占總面積的3%，其中合肥市的后期變化模式面積最大，達(dá)到了676.31km2，以（115）耕地-耕地-建設(shè)用地為主，面積達(dá)到3214.84km2，占后期變化模式總面積的76.59%;前期變化模式占比次之，占1.77%，以（155）耕地-建設(shè)用地-建設(shè)用地為主，面積達(dá)到1212.61km2，占比達(dá)到48.85%，主要表現(xiàn)在滁州、六安和宣城等地;全期變化型占比最少，總面積僅為97.49km2，主要分布在六安、滁州兩地，兩地全期變化面積占全省全期變化型總面積的53.06%，以（141）耕地-建設(shè)用地-耕地和（414）建設(shè)用地-耕地-建設(shè)用地圖譜為主。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：1980—2018年安徽省主要土地利用類型是耕地和建設(shè)用地，耕地持續(xù)減少，建設(shè)用地持續(xù)增加;變化圖譜以耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地為主且貫穿整個研究時段;漲勢圖譜中新增建設(shè)用地面積最大，落勢圖譜中主要表現(xiàn)為耕地面積持續(xù)減少，各市間存在一定差異;變化模式圖譜中，全期穩(wěn)定型占據(jù)主要地位，其次是后期變化類型和前期變化類型，占比最少的是全期變化型。

參考文獻(xiàn)

[1]李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域──土地利用/土地覆被變化的國際研究動向[J].地理學(xué)報，1996（06）：553-558.

[2]Foley，J. A. Global Consequences of Land Use[J]. Science，2005，309（5734）：570-574.

[3]王瑞燕，趙庚星，周偉，等.土地利用對生態(tài)環(huán)境脆弱性的影響評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（12）：215-220.

[4]王宏志，李仁東，毋河海.土地利用動態(tài)度雙向模型及其在武漢郊縣的應(yīng)用[J].國土資源遙感，2002（02）：20-22.

[5]朱邦耀，石丹，畢馨予.基于土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的吉林省中部城市群LUCC分析[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，40（01）：128-132.

[6]楊婉.土地利用空間格局優(yōu)化配置研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[7]朱海倫.基于CLUE-S模型的縣域土地利用變化模擬研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2020.

[8]石善球，柴燕妮.基于地表覆蓋數(shù)據(jù)的生態(tài)用地景觀格局分析[J].地理空間信息，2021，19（02）：5-8，63，6.

[9]廖克，秦建新，張青年.地球信息圖譜與數(shù)字地球[J].地理研究，2001（01）：55-61.

[10]陳述彭，岳天祥，勵惠國.地學(xué)信息圖譜研究及其應(yīng)用[J].地理研究，2000（04）：337-343.

[11]馬姣嬌，牛安逸，徐頌軍，等.基于地學(xué)信息圖譜的珠海淇澳島土地利用格局分析[J].華南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，50（02）：77-85.

[12]沈非，袁甲，黃薇薇，查良松.基于地學(xué)信息圖譜的合肥市城市擴(kuò)展時空特征及驅(qū)動力分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2015，24（02）：202-211.

[13]呂曉，史洋洋，黃賢金，等.江蘇省土地利用變化的圖譜特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2016，27（04）：1077-1084.

（責(zé)編：徐世紅）