2013—2022年G市土地利用/覆被變化分析

摘要" 為研究G市近十年的土地利用情況，選取2013和2022年的地表覆蓋數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，借助ArcGIS 10.8軟件進(jìn)行鑲嵌、裁剪和融合等處理，通過(guò)分析土地利用的變化幅度、動(dòng)態(tài)度以及轉(zhuǎn)移情況，了解其土地利用/覆被變化情況。結(jié)果顯示，與2013年相比，2022年研究區(qū)的耕地、裸地、灌木地和人造地表面積均有所增加，而林地、草地和水體面積呈減少趨勢(shì)。耕地、灌木地、裸地和人造地表的土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為0.95%、1.46%、6.80%和1.63%，其中裸地的變幅最為明顯；林地、草地和水體的土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為-0.73%、-7.28%和-3.10%。總體而言，土地利用轉(zhuǎn)移變化主要體現(xiàn)在林地、人造地表和水體方面，其中部分林地和水體主要向耕地等轉(zhuǎn)變。本研究為土地可持續(xù)利用發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞" 土地利用/覆被；空間分析；土地利用漸變；土地利用轉(zhuǎn)換；生態(tài)環(huán)境

中圖分類號(hào)" F301.2；X171.1""" """文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A"""""" 文章編號(hào)" 1007-7731（2024）21-0066-05

DOI號(hào)" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.21.014

基金項(xiàng)目 廣東省教育廳重點(diǎn)平臺(tái)項(xiàng)目“廣東省普通高校土地復(fù)墾植被景觀恢復(fù)工程技術(shù)研究中心”（2016GCZX001）。

作者簡(jiǎn)介 歐陽(yáng)建婷（1999—），女，廣東肇慶人，碩士研究生，從事生態(tài)修復(fù)研究。

通信作者 許銘宇（1991—），男，廣東汕尾人，博士，高級(jí)工程師，從事林草生態(tài)修復(fù)及土地復(fù)墾研究。

收稿日期 2024-06-02

Research on urban land use/ land cover change in G City from 2013 to 2022

OUYANG Jianting""" XU Mingyu""" CHEN Ping

（College of Horticulture and Landscape Architecture， Zhongkai University of Agriculture and Engineering， Guangzhou 510225， China）

Abstract" To investigate the land use of G City in recent ten years， the land cover data of 2013 and 2022 were selected as the data source.With the help of ArcGIS 10.8 software， processes such as mosaic， clipping， and fusion were performed. By analyzing the change amplitude， dynamics， and transfer of land use， the land use/cover change situation was understood. The results showed that compared to 2013， the area of cultivated land， ubare land， shrub land and artificial surfaces in the research area increased in 2022， while the area of forest land， grassland and water bodies gradually decreased. The land use dynamic attitude of cultivated land， shrub land， ubare land and artificial surfaces was 0.95%， 1.46%， 6.80% and 1.63%， respectively， and the ubare land had the most obvious variation. The land use dynamic attitude of forest land，grassland land and water bodies was -0.73%， -7.28% and -3.10%， respectively. In general， land use transfer changes in the study area were mainly reflected in forest land， artificial surfaces and water bodies ， in which part of forest land and water bodies were mainly transformed into cultivated land. This study provided a reference for sustainable land use development.

Keywords" land use/land cover change; spatial analysis; land use gradient; land use conversion; ecological environment

土地利用/覆被變化（Land use/land cover change，LUCC）是地球科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，也是全球氣候變化和可持續(xù)發(fā)展研究的核心領(lǐng)域[1]。LUCC不僅影響人類生存和發(fā)展基礎(chǔ)，如氣候、水資源和生物多樣性等，也影響生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)等[2-3]。以LUCC為主題的研究項(xiàng)目，涵蓋了其現(xiàn)狀分析、驅(qū)動(dòng)因素研究、效應(yīng)機(jī)制探究，以及通過(guò)模型模擬探討土地可持續(xù)利用等內(nèi)容[4]。隨著LUCC研究的深入及地理信息技術(shù)的成熟，土地空間格局及其動(dòng)態(tài)變化成為研究重點(diǎn)之一[5-6]。目前研究LUCC較為常用的分析方法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，如曹銀貴等[7]采用典型相關(guān)分析法探討了三峽庫(kù)區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子；高嘯峰等[8]采用主成分分析法研究了山東膠南地區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素。借助生物和技術(shù)方法管理土地，獲得物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的過(guò)程稱為土地利用，這一過(guò)程涉及物質(zhì)、信息等的轉(zhuǎn)換[9]。土地覆被的變化主要受土地利用漸變和轉(zhuǎn)換方式的影響[10]，而該變化又會(huì)影響土地利用方式。LUCC研究的挑戰(zhàn)主要是構(gòu)建模擬和預(yù)測(cè)模型，并據(jù)此提出可持續(xù)發(fā)展的策略。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，G市面臨自然環(huán)境變化、土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度逐漸增加等挑戰(zhàn)。為此，本研究通過(guò)分析該地區(qū)土地利用的變化幅度、動(dòng)態(tài)度以及轉(zhuǎn)移情況，了解其生態(tài)環(huán)境變化趨勢(shì)，為該地區(qū)的土地可持續(xù)利用發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)總面積7 434.40 km2 [11]，地勢(shì)總體上自東北向西南逐漸降低，地形多樣，包括中低山區(qū)、丘陵盆地和沿海沖積平原等特征[12]。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，雨水資源豐富，年平均降水量約1 800 mm，日照充足。依據(jù)研究區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒，截至2022年底，研究區(qū)GDP達(dá)到28 839億元，常住人口1 873.41萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率達(dá)86.48 %。隨著人口的快速增加和城市規(guī)劃的實(shí)施，研究區(qū)空間格局面臨用地、環(huán)境質(zhì)量等方面的挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于GlobeLand 30全球地表覆蓋數(shù)據(jù)集，分辨率30 m。選擇研究區(qū)2013和2022年的地表覆蓋數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 10.8軟件對(duì)其進(jìn)行鑲嵌、裁剪和融合等處理，獲得了兩期研究數(shù)據(jù)（圖1）。依據(jù)GlobeLand 30分類系統(tǒng)，將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、林地、灌木地、草地、水體、裸地和人造地表7類地表覆蓋類型。

（A）2013年；（B）2022年。

1.3 研究方法

將獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格中，生成透視表，形成面積轉(zhuǎn)移矩陣。通過(guò)數(shù)據(jù)分析揭示研究區(qū)土地利用和地表覆蓋變化過(guò)程，重點(diǎn)分析土地利用變化幅度、動(dòng)態(tài)度以及轉(zhuǎn)移情況，全面了解研究區(qū)土地利用格局的變化。結(jié)合土地利用變化數(shù)據(jù)，進(jìn)一步探討土地資源的有效利用方式和未來(lái)規(guī)劃方向。

1.3.1 土地利用變化幅度 土地利用變化幅度反映了某一研究時(shí)段內(nèi)特定土地利用類型的總面積變化，能夠揭示土地利用的趨勢(shì)、土地資源的利用水平及土地結(jié)構(gòu)的改變[13]，計(jì)算如式（1）。

（1）

式（1）中，為變化幅度；和分別為研究期初和研究期末該土地利用類型的面積[14]。

1.3.2 土地利用/覆被變化動(dòng)態(tài)度 本研究選擇單一土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)作為分析指標(biāo)。該指數(shù)表示在研究區(qū)域內(nèi)某種土地利用類型在特定研究時(shí)段內(nèi)的數(shù)量變化情況，同時(shí)反映了該土地利用類型的面積變化速度[15-16]。土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)的計(jì)算主要選取了不同時(shí)期土地利用的動(dòng)態(tài)變化，并通過(guò)分析土地利用的變化方式進(jìn)行研究[17]，計(jì)算如式（2）。

（2）

式（2）中，為研究時(shí)段內(nèi)特定土地利用類型的動(dòng)態(tài)度指數(shù)；為研究期末該類型土地的數(shù)量；為研究期初該類型土地的數(shù)量；為研究時(shí)間段長(zhǎng)度[18]。當(dāng)土地利用類型的動(dòng)態(tài)度指數(shù)為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明該類型土地面積呈減小趨勢(shì)；反之，表明該類型土地面積呈增大趨勢(shì)[19]。土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)能有效反映研究時(shí)段內(nèi)不同土地利用類型的變化情況，可全面了解其土地利用變化的趨勢(shì)和特征[20]。

1.3.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)不同時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，獲取不同土地利用類型相互轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，可以揭示各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，了解土地利用類型的變化情況和轉(zhuǎn)移趨勢(shì)[21]。在ArcGIS 10.8等地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，生成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，深入了解各土地利用類型之間的變換情況，揭示土地利用變化的趨勢(shì)和模式，為城市可持續(xù)發(fā)展的路徑規(guī)劃提供參考[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化幅度

通過(guò)計(jì)算，得到研究區(qū)土地利用類型變化面積（表1）。由表1可知，和2013年相比，2022年研究區(qū)土地利用總趨勢(shì)為耕地、灌木地、裸地和人造地表面積均呈增加趨勢(shì)，占所有地類比重上升；林地、草地和水體用地面積呈減少趨勢(shì)，占所有地類比重下降。

土地利用類型的變化受多重因素的共同影響。研究區(qū)的耕地面積呈增加趨勢(shì)。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，人口數(shù)量增長(zhǎng)，為滿足城市居民的生活需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，部分林地、草地和水體等自然生態(tài)空間逐漸被減少。這一土地利用的變化，在一定程度上推動(dòng)了城市的快速發(fā)展，同時(shí)給研究區(qū)的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)和城市建設(shè)帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。因此，需合理規(guī)劃土地利用并進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)，在各類土地利用功能區(qū)內(nèi)進(jìn)行合理劃定，以促進(jìn)城市土地資源的有效配置和利用。

2.2 土地利用/覆被變化動(dòng)態(tài)度

研究區(qū)各類型土地利用年變化率見(jiàn)表2。由表2可知，研究區(qū)耕地、灌木地、裸地和人造地表的動(dòng)態(tài)度為正值，表明其面積呈增加趨勢(shì)。相反，林地、草地和水體的土地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù)值，表明其面積呈減少趨勢(shì)，其中草地的動(dòng)態(tài)度變化最為明顯，動(dòng)態(tài)度指數(shù)為-7.28%，表明該土地利用類型年均減少速度最快，這與草地面積較小有關(guān)。在面積呈增加趨勢(shì)的土地利用類型中，裸地的動(dòng)態(tài)度指數(shù)最大，年變化率為6.80%，同樣與其面積較小有關(guān)。其他地類中，人造地表、灌木地和耕地的動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為1.63%、1.46%和0.95%，呈逐年增加趨勢(shì)；水體和林地的動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為-3.10%和-0.73%，表現(xiàn)為逐年縮減趨勢(shì)。隨著城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致城市人造地表面積迅速擴(kuò)大，在一定程度上產(chǎn)生了城市熱島效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)城市人口規(guī)模和結(jié)構(gòu)的深入研究，合理劃定土地利用類型，實(shí)現(xiàn)城市化進(jìn)程與可持續(xù)發(fā)展的有效協(xié)調(diào)。

2.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

基于ArcGIS 10.8軟件的數(shù)據(jù)處理和分析結(jié)果，對(duì)研究區(qū)2013和2022年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，和2013相比，2022年研究區(qū)的林地、草地和水體面積在減小，耕地、灌木地、裸地和人造地表有所增大。研究時(shí)段內(nèi)，林地總面積變化較大且呈減少趨勢(shì)，林地轉(zhuǎn)為耕地的面積較多，少部分轉(zhuǎn)為人造地表、草地和水體；其次是人造地表，面積增加較明顯，大部分來(lái)自耕地和林地；水體面積減少明顯，主要變?yōu)楦睾腿嗽斓乇?，少部分轉(zhuǎn)為林地和裸地?？傮w而言，土地利用轉(zhuǎn)移變化主要體現(xiàn)在林地、人造地表和水體方面，其中部分林地和水體主要向耕地等轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)論與討論

選取研究區(qū)2013和2022年空間分辨率30 m的GlobeLand 30全球地表覆蓋數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)土地利用類型的變化幅度、動(dòng)態(tài)度以及轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析，探討了其土地利用/覆被變化的特征。研究結(jié)果表明，研究區(qū)土地利用發(fā)生了較大變化，其中林地、草地和水體面積呈減少趨勢(shì)；耕地、灌木地、裸地和人造地表面積有所增加。研究時(shí)段內(nèi)，耕地、灌木地、裸地和人造地表的土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為0.95%、1.46%、6.80%和1.63%，其中裸地的變幅最為明顯。而林地、草地和水體的土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為-0.73%、-7.28%和-3.10%?？傮w上，研究區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)移變化主要體現(xiàn)在林地、人造地表和水體方面，其中部分林地和水體主要向耕地等轉(zhuǎn)變。這一定程度上反映了城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地資源的需求日益增長(zhǎng)，在一定程度上影響了自然生態(tài)環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

多種因素綜合作用導(dǎo)致了研究區(qū)土地利用的變化，這表明了人類活動(dòng)與自然環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。實(shí)踐中，加強(qiáng)土地利用規(guī)劃和管理，有利于促進(jìn)城市土地的合理利用和保護(hù)，確保城市生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。近年來(lái)，研究區(qū)穩(wěn)妥推進(jìn)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程、生態(tài)建設(shè)、綠色低碳發(fā)展和土地整治等項(xiàng)目，一定程度上影響了土地利用類型的相互轉(zhuǎn)化。因此，建立科學(xué)的土地空間治理體系，協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和土地利用之間的關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)深入研究土地利用/覆被變化情況，可以有效優(yōu)化土地空間格局，緩解資源緊張等問(wèn)題，有助于實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土地可持續(xù)利用發(fā)展。

本研究?jī)H選取2013年和2022年兩個(gè)年度研究區(qū)的地表覆蓋數(shù)據(jù)集，這難以客觀全面地反映研究區(qū)域的情況。為彌補(bǔ)這一不足，下一步可從多方面著手。首先，增加時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在已有年份基礎(chǔ)上，每隔2 ～ 3年選取一個(gè)年份的地表覆蓋數(shù)據(jù)集構(gòu)建時(shí)間序列數(shù)據(jù)集，通過(guò)不同時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，識(shí)別地表覆蓋變化的速率、模式和驅(qū)動(dòng)因素。其次，嘗試獲取更高分辨率的數(shù)據(jù)，其能提供更詳細(xì)地表信息，支持更精細(xì)的空間分析，有助于準(zhǔn)確識(shí)別和分析地表覆蓋變化，還可深入研究特定地類內(nèi)部結(jié)構(gòu)和變化。再者，引入其他數(shù)據(jù)源進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充，如遙感影像、GIS數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，多源數(shù)據(jù)融合分析能更全面理解地表覆蓋變化的復(fù)雜性和多樣性。然后，在獲取更豐富數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展深入分析，利用空間統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)等方法探索地表覆蓋變化的空間分布規(guī)律、影響因素并預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)，結(jié)合地理環(huán)境和人類活動(dòng)進(jìn)行案例分析和解釋性研究。同時(shí)，要考慮數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，采用交叉驗(yàn)證、精度評(píng)估等方法確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，避免結(jié)果偏差。最后，加強(qiáng)跨學(xué)科合作，因?yàn)榈乇砀采w變化研究涉及地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市規(guī)劃等多學(xué)科，跨學(xué)科合作能促進(jìn)知識(shí)交流融合，為研究提供更全面深入的視角和方法。

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（責(zé)任編輯：何" 艷）