“山水林田湖草”視域下晉中市土地利用類型時(shí)空分異

馬義娟，任 爽，張 衡，付建新

（太原師范學(xué)院α.地理科學(xué)學(xué)院；b.城鎮(zhèn)與區(qū)域發(fā)展研究所，山西 晉中 030619）

生態(tài)文明建設(shè)關(guān)乎人類發(fā)展的共同未來，當(dāng)前我國把生態(tài)文明建設(shè)提到了前所未有的戰(zhàn)略高度［1］?！吧剿痔锖萆餐w”是習(xí)近平生態(tài)文明思想的重要組成部分［2］，其系統(tǒng)觀、全局觀和整體觀為破解生態(tài)環(huán)境治理難題提供了重要理論支撐［3］。土地利用作為人地關(guān)系相互作用的重要載體［3］，是影響生態(tài)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能價(jià)值的主導(dǎo)因素［3］，是生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的根本落腳點(diǎn)和有效途徑。研究山水林田湖草視域下的土地利用變化對(duì)區(qū)域生態(tài)修復(fù)和綜合治理具有重要的實(shí)踐意義。

近年來，關(guān)于山水林田湖草一體化的理論研究和實(shí)踐探索受到生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注：在理論內(nèi)涵方面，認(rèn)為生命共同體各要素之間是普遍聯(lián)系和相互影響的，必須處理好人與自然、局部與整體、發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系［5］；在體制機(jī)制方面，強(qiáng)調(diào)開展“山水林田湖草”自然資源統(tǒng)籌管理，構(gòu)建基于“山水林田湖草是生命共同體”原則的自然資源管理體制等［8］；在實(shí)踐路徑方面，探索以提高生態(tài)產(chǎn)品供給能力、維護(hù)生態(tài)安全為目標(biāo)的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)實(shí)踐工程［9］，以景觀生態(tài)、生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、近自然生態(tài)化技術(shù)等方法因地制宜設(shè)計(jì)實(shí)施路徑［10］。當(dāng)前對(duì)山水林田湖草視域下的土地利用變化研究較少，而區(qū)域土地利用狀況對(duì)保障山水林田湖草生命共同體的和諧發(fā)展具有重要意義［11］。本研究以晉中市全域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于Landsat 遙感影像，從山水林田湖草視域分析土地利用類型時(shí)空分異特征，為生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供參考和依據(jù)。

一、研究地區(qū)與研究方法

（一）研究區(qū)概況

晉中市位于山西省中部，北與太原市毗鄰，是山西中部城市群的核心區(qū)域。區(qū)域范圍包括榆次區(qū)、太谷區(qū)、祁縣、平遙縣、靈石縣、壽陽縣、昔陽縣、和順縣、左權(quán)縣、榆社縣和介休市共11 縣（市、區(qū)）。區(qū)內(nèi)黃土分布廣泛，東靠太行山，西為汾河谷地，地勢(shì)起伏明顯（圖1）；屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明；跨黃河和海河兩大流域，具有鮮明的地域特征；生物資源、礦產(chǎn)資源豐富，為山西省重要的能源基地、糧食生產(chǎn)基地，是山西省中部最具有活力的經(jīng)濟(jì)帶和城市群的重要組成部分。

圖1 晉中市地理位置示意圖

（二）數(shù)據(jù)來源

本研究土地利用數(shù)據(jù)，基于2000、2010 和2018年三期Landsat-ETM/TM/OLI 遙感影像，通過人工目視解譯獲?。怀醪浇庾g結(jié)果參照Google Earth 地圖，同時(shí)結(jié)合野外調(diào)查進(jìn)行修正，精度檢驗(yàn)Kappa 系數(shù)達(dá)到85%以上；根據(jù)實(shí)際需要，將土地利用類型分為農(nóng)田、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地六大類。數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）。

（三）研究方法

土地利用動(dòng)態(tài)度。土地利用動(dòng)態(tài)度是研究土地利用變化過程、土地利用變化程度及未來發(fā)展變化趨勢(shì)的重要手段［12］。土地利用單一動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值越高，表明該土地利用類型轉(zhuǎn)化活躍，數(shù)量多，反之穩(wěn)定［13］。計(jì)算公式為

式中：K 為研究時(shí)段內(nèi)土地變化速率；T 為時(shí)間段；Ua、Ub分別為監(jiān)測(cè)初期和監(jiān)測(cè)結(jié)束某一種土地利用類型面積總和。

二、結(jié)果與分析

（一）晉中市山水林田湖草時(shí)空分布

晉中市山水林田湖草系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)以林、草、田為主。其中：草地的面積最大，2018年為626 254.43 hm2，占總面積的38.19%，主要分布在市域中東部山區(qū)；位居第二的是林地，面積為460 272.18 hm2，占比28.07 %；農(nóng)田分布比例與林地接近，面積和占比分別為452 349.91 hm2和27.58 %，集中分布在西部汾河谷地一帶；建設(shè)用地占據(jù)5.63 %，面積為92 336.49 hm2，主要呈點(diǎn)狀分布于市域范圍，其中榆次區(qū)建設(shè)用地最大；水域的面積和占比分別為7 940.07 hm2和0.48%；未利用土地面積和所占比例最小，僅810.57 hm2和0.05%。

從山水林田湖草要素時(shí)間變化看：農(nóng)田和建設(shè)用地面積變化最為顯著，農(nóng)田前期大幅下降，后期平緩中略有降低，比例從31.01%下降至27.70%，再至27.58%；而建設(shè)用地則是前期大幅上升，后期平緩上升，占比由2.45%上升為5.36%，繼續(xù)升至5.63%。林地和草地變化不甚明顯，從數(shù)值上看，林地從2 000年的28.23 %逐漸緩慢降低至2018年的28.07%；草地則前期由37.84%上升為38.34%，后期又降低到38.19%。

（二）晉中市山水林田湖草土地利用動(dòng)態(tài)度

利用公式（1）計(jì)算晉中市山水林田湖草單一土地利用動(dòng)態(tài)度，結(jié)果如表1 所示。農(nóng)田和林地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值，農(nóng)田縮減更為顯著，尤其是2000～2010年，達(dá)到-1.07%，林地為緩慢縮減狀態(tài)；草地呈現(xiàn)出前期擴(kuò)張、后期縮減的動(dòng)態(tài)變化過程，但總體上是擴(kuò)張的；水域、建設(shè)用地和未利用土地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度均為正值，處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，其中建設(shè)用地?cái)U(kuò)張態(tài)勢(shì)最為顯著，尤其是前期，達(dá)到11.90%，主要和同期的城市化進(jìn)程加快有密切關(guān)系，后期在集約內(nèi)涵式發(fā)展理念下，擴(kuò)張態(tài)勢(shì)得到有效遏制。

表1 晉中市山水林田湖草單一土地利用動(dòng)態(tài)度 單位：%

（三）晉中市山水林田湖草土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

通過晉中市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）可得，2000～2010年，晉中市農(nóng)田和林地類型轉(zhuǎn)出高于轉(zhuǎn)入，而草地、建設(shè)用地和水域類型則為轉(zhuǎn)入高于轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)移面積高于10 000 hm2的轉(zhuǎn)移類型有農(nóng)田轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、農(nóng)田轉(zhuǎn)為草地和草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。具體表現(xiàn)在：（1）農(nóng)田類型轉(zhuǎn)出面積68 975.16hm2，而轉(zhuǎn)入面積僅為14 615.88 hm2，主要轉(zhuǎn)出類型為建設(shè)用地和草地，分別占轉(zhuǎn)出面積的57.94%和37.83%；（2）林地轉(zhuǎn)出面積為7 617.88 hm2，也高于5 709.02 hm2的轉(zhuǎn)入面積，其中轉(zhuǎn)為草地的面積最大，占其轉(zhuǎn)出面積的52.74%；（3）草地轉(zhuǎn)入面積30 941.17 hm2，轉(zhuǎn)入來源主要為農(nóng)田轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)出面積22 694.04 hm2，以向建設(shè)用地、農(nóng)田、林地為主；（4）建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積52 867.74 hm2，高達(dá)轉(zhuǎn)出面積的10.35 倍，農(nóng)田和草地分別占其轉(zhuǎn)入面積的76%和20%；（5）水域轉(zhuǎn)入面積1 726.40 hm2，略高于轉(zhuǎn)出面積，增加了206.59 hm2。

表2 2000～2010年晉中市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位：hm2

通過晉中市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3）可得，2010～2018年，晉中市農(nóng)田、林地、草地均為轉(zhuǎn)出高于轉(zhuǎn)入，建設(shè)用地和水域依然是轉(zhuǎn)入高于轉(zhuǎn)出，后期所有轉(zhuǎn)移面積均未高于5 000 hm2，其中農(nóng)田轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)為農(nóng)田和草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移面積高于2 000 hm2。具體表現(xiàn)在：（1）農(nóng)田轉(zhuǎn)出面積為5 393.20 hm2，其中78.85 %轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，轉(zhuǎn)入面積為3 502.64 hm2，故農(nóng)田減少了 1 890.56 hm2；（2）林地轉(zhuǎn)出面積為 958.21 hm2，轉(zhuǎn)入面積僅為248.63 hm2，故林地減少了709.58 hm2；（3）草地轉(zhuǎn)出面積為3 121.10 hm2，轉(zhuǎn)為建設(shè)用地面積最大，為2 200.26 hm2，占轉(zhuǎn)出面積的70.50%，而轉(zhuǎn)入面積僅為612.88 hm2，故草地減少了2 508.22 hm2；（4）建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積 7 188.93 hm2，為轉(zhuǎn)出面積2 732.36 hm2的2.63 倍，轉(zhuǎn)入類型仍主要為農(nóng)田和草地，分別占轉(zhuǎn)入面積的59.00%和31.00%；（5）水域轉(zhuǎn)入面積僅633.92 hm2，但仍略高于轉(zhuǎn)出面積460.41 hm2。

表3 2010～2018年晉中市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位：hm2

三、討論與結(jié)論

（一）討論

近20年來晉中市山水林田湖草面積發(fā)生明顯變化。農(nóng)田減少最為突出，而建設(shè)用地單一土地利用為顯著擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，這與古亞娟［15］對(duì)晉中市土地利用變化分析結(jié)果相似。其中，農(nóng)田轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的面積最大，表明建設(shè)用地?cái)D占了大量農(nóng)田。主要由于晉中市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口快速增長和建設(shè)用地快速擴(kuò)張［16］，引致農(nóng)田減少。此外，根據(jù)宋彥君［17］對(duì)山西省地級(jí)市城市建設(shè)用地利用效率比較分析發(fā)現(xiàn)，晉中市產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為粗放，土地利用集約度不高，加劇農(nóng)田侵占?！叭说拿}在田”，應(yīng)當(dāng)提高建設(shè)用地集約化程度，減少農(nóng)田侵占，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

“田的命脈在水”，需進(jìn)一步完善水利設(shè)施建設(shè)，保障生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水?！八拿}在山”，晉中市東側(cè)以山地丘陵為主，處于太行山脈的雨影區(qū)，降水不足，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，而全市人口密集，又以煤炭重化工業(yè)為主，水資源消耗量大。這需要晉中市加強(qiáng)水資源管理，進(jìn)一步提高水資源保護(hù)力度和水資源利用率。與此同時(shí)，由于晉中市降水集中，在氣候變化背景下，極端氣候事件增多，增加了洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)［18］，也對(duì)水資源配置管理提出了更大挑戰(zhàn)?！吧降拿}在土”，一方面，晉中市礦區(qū)分布較多，對(duì)地表破壞嚴(yán)重，造成大量水土流失［19］，應(yīng)當(dāng)在“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)與修復(fù)中加強(qiáng)礦山環(huán)境治理恢復(fù)［8］；另一方面，農(nóng)戶的耕作方式對(duì)水土保持具有重要影響，加強(qiáng)推廣水土保持耕作技術(shù)和進(jìn)行政府補(bǔ)貼等，可促進(jìn)水土保持恢復(fù)［20］?！巴恋拿}在樹”，林地和草地是晉中市最主要的兩大類型，共占66.26%，是市域“山水林田湖草”的主體部分，其中草地呈現(xiàn)出總體擴(kuò)張的動(dòng)態(tài)變化過程。農(nóng)田轉(zhuǎn)為草地?cái)?shù)量較大，為26 419.03 hm2，反映出晉中市退耕還林還草工程效果顯著，有力促進(jìn)了林草的保護(hù)和修復(fù)。

（二）結(jié)論

本文基于三個(gè)時(shí)段遙感影像，采用土地利用動(dòng)態(tài)度和轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)晉中市山水林田湖草時(shí)空分異進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

（1）晉中市山水林田湖草系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)以林、草、田為主，2018年三者共占全市面積的93.84%；林、草主要分布在市域中東部山區(qū)，農(nóng)田和建設(shè)用地則集中分布在西部汾河谷地一帶。

（2）從山水林田湖草要素時(shí)間變化看：農(nóng)田和林地單一土地利用動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值，表現(xiàn)為縮減態(tài)勢(shì)，尤其是農(nóng)田大幅減少，面積比例從31.01%下降至27.70%，再至27.58%；建設(shè)用地、水域和未利用土地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度均為正值，處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，其中建設(shè)用地?cái)U(kuò)張態(tài)勢(shì)最為顯著，尤其是前期，動(dòng)態(tài)度高達(dá)11.90%，主要和同期的城市化進(jìn)程加快有密切關(guān)系，后期在集約內(nèi)涵式發(fā)展理念下，擴(kuò)張態(tài)勢(shì)得到有效遏制；草地呈現(xiàn)出前期擴(kuò)張、后期縮減的動(dòng)態(tài)變化過程，但總體上是擴(kuò)張的。

（3）從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來看：農(nóng)田轉(zhuǎn)向建設(shè)用地、農(nóng)田轉(zhuǎn)向草地和草地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地是前期的主要轉(zhuǎn)移類型，轉(zhuǎn)移面積均高于10 000 hm2，后期的所有轉(zhuǎn)移面積均未高于5 000 hm2，其中較為明顯的有農(nóng)田轉(zhuǎn)向建設(shè)用地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)向農(nóng)田和草地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地。

因此，運(yùn)用系統(tǒng)思維開展山水林田湖草一體化保護(hù)，提高土地資源綜合利用效率，保障各要素協(xié)調(diào)發(fā)展，尤其是注重協(xié)調(diào)農(nóng)田、建設(shè)用地和林、草等生態(tài)用地之間的矛盾，提高建設(shè)用地集約利用水平、嚴(yán)格保護(hù)基本農(nóng)田和推進(jìn)林、草、水等生態(tài)用地的建設(shè)，是晉中市山水林田湖草協(xié)調(diào)發(fā)展的重點(diǎn)。