2000—2020年廣西土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

摘要：基于2000年、2010年和2020年土地利用數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和用地變化率研究廣西土地利用轉(zhuǎn)型特征；利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和生態(tài)貢獻(xiàn)率進(jìn)一步定量分析土地利用轉(zhuǎn)型產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，探討土地利用轉(zhuǎn)型對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)帶來(lái)的影響。結(jié)果表明，廣西土地利用類(lèi)型空間分布差異較大，林地主要分布在桂西北和桂東南，耕地分布在桂中地區(qū)，建設(shè)用地主要集中于南寧市、桂林市和柳州市城區(qū)；研究期內(nèi)，土地利用轉(zhuǎn)型主要以耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化以及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地為主，并且耕地轉(zhuǎn)移強(qiáng)度加大；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化平穩(wěn)，呈先下降后上升的趨勢(shì)，耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化是影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)因素。因此，政府應(yīng)該優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，集約利用建設(shè)用地，保護(hù)耕地質(zhì)量、數(shù)量，積極落實(shí)保護(hù)林草地政策，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：土地利用轉(zhuǎn)型；時(shí)空演變；生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；廣西

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.2；X171.1" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2023）06-0072-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.06.013

Land use transformation and its ecological and environmental effects in Guangxi from

2000 to 2020

LIAO Chao-ming1，WEI Yuan-yuan1，WANG Rong2，TAN Mian-fang1，LU Yan3，QIN Yun-sen4

（1.School of Natural Resources and Surveying， Nanning Normal University， Nanning" 530001， China； 2.Real Estate Registration Center in Guigang City， Guigang" 537100， Guangxi， China； 3.Real Estate Registration Center in Pingnan County， Pingnan" 537300， Guangxi， China； 4.Guangxi Institute of Geographic Information Surveying and Mapping， Liuzhou" 545000， Guangxi， China）

Abstract： Based on the land use data of 2000， 2010 and 2020， the characteristics of land use transition in Guangxi were studied through the land use transfer matrix and land use change rate. The ecological and environmental effects of land use transition were further quantitatively analyzed by using the ecological and environmental quality index and ecological contribution rate， and the impact of land use transformation on the ecological and environmental effects was discussed. The results showed that there were great differences in the spatial distribution of land use types in Guangxi. The forest land was mainly distributed in northwest and southeast Guangxi， the cultivated land was distributed in central Guangxi， and the construction land was mainly concentrated in Nanning City， Guilin City and Liuzhou City. During the study period， land use transformation was mainly dominated by the mutual conversion of cultivated land and forest land and the conversion of cultivated land into construction land， and the intensity of the transfer of cultivated land increased. The change of ecological and environmental quality was stable， showing a trend of first decreasing and then increasing， and the mutual transformation of cultivated land and forest land was the dominant factor affecting ecological and environmental quality. Therefore， the government should optimize the land use structure， make intensive use of construction land， protect the quality and quantity of cultivated land， actively implement the policy of protecting forest and grassland， improve the quality of ecological environment， and ensure the sustainable development of the region.

Key words： land use transformation； space-time evolution； ecological and environmental effect； Guangxi

土地利用轉(zhuǎn)型是在社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化與革新的驅(qū)動(dòng)下，某一區(qū)域在一段時(shí)期內(nèi)由一種土地利用形態(tài)轉(zhuǎn)為另一種土地利用形態(tài)的過(guò)程［1］。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，土地利用轉(zhuǎn)型會(huì)造成土地荒漠化、水土流失、森林和草地資源減少以及土壤污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［2-5］，因此明晰土地利用轉(zhuǎn)型特征及其生態(tài)效應(yīng)對(duì)優(yōu)化區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

土地利用轉(zhuǎn)型這一概念經(jīng)龍花樓［1］引入中國(guó)后便成為國(guó)內(nèi)土地利用變化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，中國(guó)學(xué)者將土地利用轉(zhuǎn)型與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［6，7］、城鄉(xiāng)融合［8］、景觀格局演變［9］和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等［10，11］相結(jié)合，深入探索土地利用形式的變化過(guò)程、原因及影響等，為引導(dǎo)土地利用轉(zhuǎn)型和加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)提供思路與方向。土地利用轉(zhuǎn)型過(guò)程中改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而重構(gòu)區(qū)域土壤更新、碳排放、水循環(huán)等系列生態(tài)過(guò)程，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生轉(zhuǎn)變［12，13］。本研究分析了2000—2020年廣西土地利用轉(zhuǎn)型特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，以期為廣西土地資源管理和生態(tài)環(huán)境治理提供理論支持和實(shí)踐參考。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

廣西簡(jiǎn)稱(chēng)桂，下轄14個(gè)地級(jí)市，地處104°28′—112°04′E，20°54′—26°23′N(xiāo)，東接廣東，南臨北部灣并與海南隔海相望，西與云南省毗鄰，東北接湖南省，西北靠貴州省，西南與越南接壤，行政區(qū)域土地總面積為23.76萬(wàn)km2。地勢(shì)西北高、東南低，群山連綿，丘陵層出，河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)。廣西屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，熱量豐富，雨水充沛，干濕分明，日照適中。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用2000年、2010年和2020年3期土地利用數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/）。土地利用分類(lèi)采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中的土地利用分類(lèi)系統(tǒng)［14］，根據(jù)土地的資源屬性和利用屬性分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6種類(lèi)型。

2 研究方法

2.1 土地利用變化研究

2.1.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述［15］。利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)任意兩期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，獲取研究時(shí)段的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，以此來(lái)分析土地利用類(lèi)型的變化程度以及變化方向，其表達(dá)形式如下。

式中，Sij表示研究初期的第i種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槟┢诘牡趈種土地利用類(lèi)型的面積；i、j分別為研究初期與末期的土地利用類(lèi)型；n為土地利用類(lèi)型的數(shù)目。

2.1.2 用地變化率指數(shù) 用地變化率指數(shù)是指研究期內(nèi)土地利用類(lèi)型i從研究初期到末期單位面積發(fā)生的改變，反映不同用地類(lèi)型的變動(dòng)強(qiáng)度特征［16］，其計(jì)算式如下。

式中，Ki為研究期內(nèi)第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的變化率；[LUit0]和[LUit1]分別表示研究初期和末期第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積；T為研究時(shí)段。

2.2 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

2.2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù) 不同土地利用類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有明顯差異，本研究參考楊清可等［17］、高星等［18］對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)測(cè)算的研究成果，對(duì)研究區(qū)域不同土地利用類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響指數(shù)進(jìn)行賦值（表1），定量分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，其表達(dá)式如下。

式中，EVt為研究區(qū)t時(shí)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；LUi為t時(shí)期第i種土地利用類(lèi)型面積；Ci為第i種土地利用類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)；TA為研究區(qū)域的總面積；n為土地利用類(lèi)型數(shù)目。

2.2.2 生態(tài)貢獻(xiàn)率 土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻(xiàn)率（LEI）［19］是指某一種土地利用類(lèi)型變化所導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的變化，可表征土地利用類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)換對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響程度［20］，有利于探討區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素，其表達(dá)式如下。

式中，LEIt+1、LEIt分別為變化末期和初期的土地利用類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境指數(shù)；LA為土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)化面積；TA為研究區(qū)域總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類(lèi)型特征分析

3.1.1 土地利用類(lèi)型時(shí)空變化特征 通過(guò)對(duì)比分析，得出研究期內(nèi)土地利用類(lèi)型的面積及其變化情況，如表2和表3所示。2000—2020年，建設(shè)用地和未利用地面積增長(zhǎng)，水域、草地、林地和耕地面積減少；建設(shè)用地的用地變化率最大。

分階段來(lái)看，2000—2010年廣西土地利用變化主要表現(xiàn)為耕地、水域和建設(shè)用地面積增加，林地、草地和未利用地面積減少。其中，建設(shè)用地面積增加最多，由2000年的1 570.28 km2增加到2010年的2 160.31 km2，增幅為37.57%，表明該階段隨著廣西城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市空間拓展，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速。

2010—2020年土地利用變化最明顯的是未利用地增長(zhǎng)迅速，增幅為109.09%，說(shuō)明這期間批而未用、批而未建用地增加，未能對(duì)土地進(jìn)行有效利用，導(dǎo)致土地閑置荒廢。面積增加最多的仍是建設(shè)用地，增長(zhǎng)面積為917.89 km2，增幅為42.49%，相對(duì)于2000—2010年增幅加大。草地仍為減少幅度最大的地類(lèi)，但是減少速度放緩，降幅為27.45%，說(shuō)明受?chē)?guó)家制訂的一系列生態(tài)保護(hù)政策影響，廣西實(shí)施退耕還林還草政策有一定的效果。

從廣西土地利用類(lèi)型的空間分布（圖1）可以看出，林地分布最廣，密集分布在桂西北、桂東南地區(qū)，這主要得益于桂西北的云貴高原、桂東南的大瑤山、六萬(wàn)大山以及云開(kāi)大山等山脈的連綿分布。21年來(lái)，林地受到耕地和建設(shè)用地的擠占，空間密集程度有所下降。耕地主要分布在桂中、桂南以及桂東北，2000—2010年耕地空間范圍有所擴(kuò)大；2010—2020年南寧市、柳州市和桂林市周?chē)母乜臻g集聚程度下降，空間分布縮減，導(dǎo)致耕地面積減小。建設(shè)用地的擴(kuò)張較為明顯，以南寧市、柳州市、桂林市以及北海、防城港等沿海城市的增長(zhǎng)為主。近21年來(lái)，隨著這些城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，對(duì)建設(shè)用地的需求不斷增加，對(duì)耕地的擠占程度逐步加大。水域分布較為穩(wěn)定，主要是因?yàn)槿祟?lèi)活動(dòng)對(duì)河道的干擾能力較小，在城鄉(xiāng)建設(shè)過(guò)程中難以對(duì)水域進(jìn)行改造。草地和未利用地面積較小，空間分布不明顯，零散分布在各個(gè)市縣。

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)型分析 本研究利用ArcGIS 10.2軟件分別對(duì)2000—2010年和2010—2020年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，得到2個(gè)時(shí)期的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表4和表5）。通過(guò)對(duì)比2個(gè)時(shí)期的轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)最突出的是耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化以及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和水域。

1）2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)型分析。2000—2010年主要表現(xiàn)為耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化以及耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。耕地轉(zhuǎn)向林地和建設(shè)用地的面積分別為6 098.24 km2和560.11 km2；林地轉(zhuǎn)化為耕地的面積為7 788.62 km2，林地還有45.94 km2轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、40.16 km2轉(zhuǎn)化為草地；水域主要有132.77 km2轉(zhuǎn)化為耕地，還有少部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和林地；草地有93.34 km2轉(zhuǎn)化為林地和80.10 km2轉(zhuǎn)化為耕地。建設(shè)用地主要有60.50 km2轉(zhuǎn)化為水域；未利用地轉(zhuǎn)化不明顯。在各土地利用類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，導(dǎo)致耕地增加890.49 km2，林地減少1 668.35 km2，建設(shè)用地增加590.03 km2。

2000—2010年，廣西人口增長(zhǎng)較快，人們對(duì)糧食的需求量加大，導(dǎo)致耕地面積增加。同時(shí)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化規(guī)模擴(kuò)大，忽視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與建設(shè)，導(dǎo)致建設(shè)用地?cái)U(kuò)張和林地減少。

2）2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)型分析。2010—2020年土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移方向與2000—2010年大致相同，但是主要轉(zhuǎn)移類(lèi)型的強(qiáng)度加大。耕地轉(zhuǎn)化為林地和建設(shè)用地的面積分別為9 325.72 km2和810.10 km2，可見(jiàn)建設(shè)用地進(jìn)一步擠占了耕地，而耕地轉(zhuǎn)化為水域和草地的面積均有所減少。林地轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地的面積增加，建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)移強(qiáng)度依然不明顯。

在此期間，耕地、水域和草地面積減少，建設(shè)用地和林地面積增加。出現(xiàn)這種趨勢(shì)的主要原因是農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及退耕還林還草政策的影響，導(dǎo)致林地增加。此外，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中農(nóng)村人口向城市遷移以及農(nóng)村和自然人口的就地城鎮(zhèn)化，造成建設(shè)用地需求加大。

3.2 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

3.2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化 通過(guò)式（3）得出2000—2020年廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)如表6所示，可知在此期間廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)呈先下降后上升態(tài)勢(shì)。研究期間，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)由0.664 8下降至0.660 9，降幅為0.59%，之后上升至0.661 6，增幅為0.11%?？偟膩?lái)說(shuō)，廣西生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化平穩(wěn)。2000—2010年，廣西城市化和工業(yè)化對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，并且當(dāng)?shù)匚茨苤匾暽鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量受損。2010—2020年，廣西積極落實(shí)國(guó)家退耕還林還草政策，堅(jiān)守耕地紅線，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，從而形成區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量稍有改善的趨勢(shì)。

3.2.2 土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻(xiàn)率 研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈改善和惡化2種趨勢(shì)，在某種程度上這2種相反的趨勢(shì)會(huì)在區(qū)域內(nèi)相互抵消，從而使得區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量保持相對(duì)穩(wěn)定［18］。為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素，利用式（4）計(jì)算出主要轉(zhuǎn)移類(lèi)型的生態(tài)貢獻(xiàn)率，如表7和表8所示。

由表7可知，2000—2010年導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要原因是耕地轉(zhuǎn)化為林地，轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)比重為96.01%；導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素是林地轉(zhuǎn)化為耕地，貢獻(xiàn)比重為96.72%，其次是水域轉(zhuǎn)為耕地和林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。由表8可知，2010—2020年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要原因也是耕地轉(zhuǎn)化為林地，貢獻(xiàn)比重為98.48%，并且其比重有所升高，其次為耕地轉(zhuǎn)化為水域和草地轉(zhuǎn)化為林地；林地和水域轉(zhuǎn)化為耕地則是造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素，貢獻(xiàn)比重分別為95.89%和1.74%。由于林地和耕地的轉(zhuǎn)移面積較大，并且林地的生態(tài)質(zhì)量指數(shù)較高，因此二者的生態(tài)貢獻(xiàn)率較高。

由此可見(jiàn)，林地和耕地的相互轉(zhuǎn)化是影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主要因素。其中，耕地轉(zhuǎn)化為林地是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要因素，而林地轉(zhuǎn)化為耕地是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素。

4 小結(jié)

本研究基于2000年、2010年和2020年的土地利用數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和用地變化率來(lái)研究土地利用類(lèi)型變化，運(yùn)用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和生態(tài)貢獻(xiàn)率來(lái)定量評(píng)估土地利用轉(zhuǎn)移類(lèi)型引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，結(jié)果如下。

1）廣西土地利用類(lèi)型分布差異較大。林地面積最大，主要分布在桂西北和桂東南，在研究期內(nèi)呈先下降后上升態(tài)勢(shì)。耕地主要分布在桂中、桂東、桂南地區(qū)，在一定程度上受到建設(shè)用地的侵占。建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度加快，以城市擴(kuò)張為主，如南寧市、桂林市和柳州市等。

2）土地利用轉(zhuǎn)移主要以耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化以及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地為主。2000—2020年，各土地利用類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，耕地和林地面積減少，建設(shè)用地面積增加。這主要是因?yàn)槿丝诳焖僭鲩L(zhǎng)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化速度加快，導(dǎo)致建設(shè)用地面積增加，耕地和林地面積減少。

3）2000—2020年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量先下降后上升。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)由2000年的0.664 8下降至2010年的0.660 9，再上升至2020年的0.661 6。耕地和林地的相互轉(zhuǎn)化是影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)因素。

土地利用轉(zhuǎn)型必定會(huì)帶來(lái)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化?！笆奈濉焙笃?，廣西在加快縣域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)依據(jù)土地利用轉(zhuǎn)型帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)特點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)土空間規(guī)劃編制與組織實(shí)施?？茖W(xué)引導(dǎo)土地利用轉(zhuǎn)型方向，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平。堅(jiān)守耕地紅線，保護(hù)耕地質(zhì)量、數(shù)量；積極落實(shí)保護(hù)林地、草地政策，逐步提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，確保區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2022-12-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42164001）；2022年廣西本科教育教學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)費(fèi)（602030389173301）

作者簡(jiǎn)介：廖超明（1975-），男，廣西平南人，高級(jí)工程師，博士，主要從事GNSS精密數(shù)據(jù)處理、3S技術(shù)在土地資源管理中的應(yīng)用研究，（電話）18107715513（電子信箱）liaochaoming@nnnu.edu.cn；通信作者，覃允森（1975-），男，廣西平南人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事地理空間信息與土地遙感技術(shù)應(yīng)用研究，（電子信箱）473469384@qq.com。