基于地學(xué)信息圖譜的桂西南地區(qū)土地利用時(shí)空變化特征分析

關(guān)鍵詞：土地利用；地學(xué)信息圖譜；土地利用動(dòng)態(tài)度；桂西南地區(qū)中圖分類號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0087-06DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.024

Analysis of Spatial and Temporal Variation Characteristics of Land Use in Southwestern Guangxi Based on Geoscience Information Map

HEJinni，LIUXia，HUANGQiuxia，WUYuhua，JANGZhuoyue，XIANGXiaoyu，HUANGChunyuan （College ofHistory Cultureand Tourism，Guangxi Minzu Normal University，Chongzuo5322oo，China）

Abstract：Taking thesouthwesternregion ofGuangxiasan example，analyzing the spatiotemporal changes in land use basedongeographicinformation technologycanprovideabasis fortherationalutilizationand protectionoflandresources intheregion.Basedonlandusedata from20O0 to 2O2O，theGeographic Information System（GIS）technology isapplied to analyzethe spatiotemporal evolution characteristicsofland usein southwestern Guangxi from 200 to2O2O using landuse dynamics，transfermaps，andfluctuationmaps.Thelandusetype insouthwestern Guangxiismainlyforestland，accounting for more than 5 5 % of the total area，followed by arable land.Since 2OOo，the forest area in southwestern Guangxi has graduallydecreased，whiletheconstructionlandandwaterareahavegraduallexpanded.Therearetemporaldierences inthe dynamicdegreeof grasslandandarablelanduse，butthefrequencyofarablelandareachanges is relativelysmall. In the land usechange patern map，theunit with the largest landarea is the stable mapunit，andthe proportionarea of theprevious change mapis thesmalest.Inthefluctuationchartanalysis，from2OOto2010，theareaofcultivated land expanded the most （ 3 9 . 4 % ） ，and the area of forestland decreased the most （ 5 1 . 4 % ） ; from 2010 to 2020，the expansion of forest land area was the largest （ 3 7 % ） ;from 2O1O to 2O2O，although the rate of reduction in forest land area was slow，it still accounted for the largest proportion，accounting for 4 3 . 1 6 % of the total change area.

Keywords ∵ land use; geoscience information map;land use dynamic degree; the southwest region of Guangxi

人類的生存與進(jìn)步離不開土地，而土地的使用與覆蓋變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較為復(fù)雜，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1。在全球人口不斷增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程加快的背景下，土地需求和使用強(qiáng)度呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)[2-3]。地學(xué)信息圖譜是一種可以反演過去并對(duì)將來進(jìn)行預(yù)測(cè)的地理空間分析方法[4，不僅為合理利用和保護(hù)土地資源提供依據(jù)，也為土地利用變化研究提供了新途徑。

目前，許多專家和學(xué)者將地理信息地圖應(yīng)用于不同地區(qū)的土地利用，并取得了相應(yīng)研究結(jié)果。SHAWKY等[5]對(duì)阿曼尼茲瓦市土地利用/覆蓋變化的模型進(jìn)行建模分析；LEE等探討了中國(guó)臺(tái)灣省臺(tái)北市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地使用變遷的空間動(dòng)力效應(yīng)；WANG等運(yùn)用計(jì)量方法對(duì)黃河流域進(jìn)行土地利用或覆蓋變化的空間分析；劉斌寅等[運(yùn)用遙感、地理信息系統(tǒng)、景觀生態(tài)學(xué)等技術(shù)，研究淮北市1985一2015年的土地利用格局變化；杜峯屹等利用InVEST模型及空間自相關(guān)和熱點(diǎn)分析方法，評(píng)估閩東南地區(qū)土地利用變化及生境質(zhì)量演變。

桂西南地區(qū)是典型的喀斯特地貌區(qū)，受喀斯特地質(zhì)條件的制約，生態(tài)環(huán)境脆弱，人地矛盾突出。近20年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及政策導(dǎo)向的影響，桂西南地區(qū)的土地利用格局發(fā)生了不同差異的變化，如耕地面積減少、石漠化問題加劇、人地矛盾加劇等。目前，在土地利用研究領(lǐng)域已有許多學(xué)者取得研究成果，但基于桂西南地區(qū)的土地利用研究較少。研究桂西南的土地利用變化，有助于揭示桂西南地區(qū)土地利用變化的規(guī)律及其在土地利用開發(fā)過程中存在的問題?；谝陨戏治觯x擇桂西南作為研究區(qū)域，基于桂西南2000年、2010年和2020年柵格土地利用數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)模型、土地利用變化及漲落勢(shì)圖譜，研究桂西南區(qū)域近20年來土地利用的時(shí)空演變過程與特征，為區(qū)域國(guó)土資源保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

桂西南地區(qū)是指廣西壯族自治區(qū)的西南部地區(qū)，主要包括百色市、河池市、崇左市等，地理坐標(biāo)為北緯 ，東經(jīng) ，區(qū)域地理位置如圖1所示。

桂西南地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫在 ，年降雨量在 全年溫暖濕潤(rùn)，雨熱同期。該地區(qū)自然資源較為豐富，土地利用類型主要包括草地、耕地、林地、水域以及建設(shè)用地等。研究區(qū)既有丘陵、高原、平原，又有江河湖泊和喀斯特等多種地貌類型，具有山川交錯(cuò)，縱向縱橫分布的特征。這些地形地貌的組合形成了桂西南地區(qū)獨(dú)特的自然景觀，為該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了多種資源。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

所采用的桂西南地區(qū)2000年、2010年、2020年土地利用數(shù)據(jù)，來自全球地表覆蓋數(shù)據(jù)（GlobelLand30），空間分辨率為 3 0 m× 3 0 m 。GlobeLand30數(shù)據(jù)是一種高效、可靠的數(shù)據(jù)源，可以在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行空間和時(shí)間的比較分析，根據(jù)第三方對(duì)GlobeLand30數(shù)據(jù)抽取的樣本進(jìn)行精度的檢驗(yàn)[10-11]，該產(chǎn)品數(shù)據(jù)總體精度高（超過 8 0 % ），2010年、2020年的Kappa系數(shù)分別為0.78、0 . 8 2 。GlobeLand30數(shù)據(jù)采用WGS-84坐標(biāo)系，通用橫軸墨卡托（UniversalTransverseMercator，UTM）投影，一級(jí)土地利用類型分為耕地、森林、水體等10種。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010—2007）和桂西南地區(qū)實(shí)際用地現(xiàn)狀，對(duì)其土地利用類型進(jìn)行重新分類，分為建設(shè)用地、耕地、林地、草地以及水域5類。

2 研究方法

2.1 土地利用動(dòng)態(tài)分析

土地利用動(dòng)態(tài)度模型可以對(duì)研究期不同用地類型進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，定量描述土地利用變化走向和不同地類間的相互作用。根據(jù)分析研究對(duì)象的不同，土地利用動(dòng)態(tài)變化可以分為單一動(dòng)態(tài)變化、綜合動(dòng)態(tài)變化[12]

2.1.1單一土地利用動(dòng)態(tài)度

單一土地利用動(dòng)態(tài)度指標(biāo)反映了在一定時(shí)期內(nèi)特定區(qū)域內(nèi)的土地利用類型數(shù)量、空間和組合的變化，衡量研究區(qū)各種土地利用類型的變動(dòng)速率和幅度[13-14]。單一土地利用動(dòng)態(tài)度公式為

式中： K 表示在一定研究時(shí)間內(nèi)，某一地區(qū)某種用地類型的動(dòng)態(tài)度； 表示在研究時(shí)間內(nèi)的初始階段，某一地區(qū)某種用地類型的面積； 表示在研究時(shí)間內(nèi)的末期階段，某一地區(qū)某種用地類型的面積； T 表示研究時(shí)間的長(zhǎng)度。當(dāng) T 以年為時(shí)間單位時(shí)， K 的數(shù)值即為研究區(qū)域內(nèi)某一用地類型的年變動(dòng)速率。

2.1.2綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度反映了一定時(shí)期內(nèi)研究區(qū)土地利用類型綜合的變動(dòng)程度和速度，既從全局上分析土地利用變化的過程，又能更好地揭示區(qū)域內(nèi)各種因素對(duì)區(qū)域土地利用變化的綜合影響，進(jìn)一步反映了土地利用方式的變化、土地利用效率的提高和土地資源利用的可持續(xù)性[12]。計(jì)算公式為

式中： s 表示在研究時(shí)間 t 內(nèi)研究區(qū)用地動(dòng)態(tài)度； 表示第 i 類早期的用地面積； 表示在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，從第 i 類用地類別轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌玫仡悇e的面積之和； t 表示研究的時(shí)間長(zhǎng)短[15]。 s 值越大，表征區(qū)域土地變動(dòng)速率越快。

2.2土地利用變化圖譜分析

土地利用變化圖譜可從時(shí)空維度分析研究區(qū)域的土地利用變化趨勢(shì)與軌跡。因此，在已有的研究基礎(chǔ)上，依據(jù)地學(xué)信息圖譜理論，采用整數(shù)地類代碼的方法，對(duì)桂西南地區(qū)的各個(gè)用地類型進(jìn)行重新編碼[16]，且利用地圖代數(shù)計(jì)算不同研究時(shí)段的每種用地類型圖斑單元，計(jì)算并記錄每個(gè)地類圖斑單元轉(zhuǎn)換過程的屬性編碼，得到不同時(shí)段的最終土地利用變化圖譜單元結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行土地利用狀態(tài)、變化圖譜特點(diǎn)與規(guī)律的分析[17]。公式為

式中： 、 和 分別表示2000年、2010年和 2020 年的用地類型數(shù)據(jù)； 表示土地利用的合成圖譜單元[18]。

參考現(xiàn)有研究，進(jìn)一步分類各合成圖圖譜單元的變化規(guī)律[18]：一是前期變化型僅在2000—2010 年發(fā)生轉(zhuǎn)變；二是后期變化型的用地類型僅在2010一2020年發(fā)生轉(zhuǎn)變；三是穩(wěn)定型的用地類型在2000—2020年均未發(fā)生轉(zhuǎn)變；四是反復(fù)變化型的用地類型僅在2010年發(fā)生轉(zhuǎn)變，2000年、2020年未發(fā)生變化;五是持續(xù)變化型的3個(gè)時(shí)段類型連續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

2.3土地利用漲落勢(shì)圖譜分析

土地利用漲落式圖譜分析是一種研究土地利用變化的方法，可以揭示土地利用變化的時(shí)空特征[19-20]，通常用于分析某一地區(qū)在不同時(shí)期土地利用類型的變化情況。利用疊加分析法將桂西南地區(qū)不同時(shí)間段的土地利用數(shù)據(jù)疊加，生成新圖層，并計(jì)算某一土地利用類型的擴(kuò)張面積和減少面積，得到2000一2010年和2010一2020年兩個(gè)時(shí)間序列單元的土地利用變化趨勢(shì)圖譜。

3 結(jié)果與分析

3.1桂西南地區(qū)土地利用類型變化

利用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)，制作桂西南地區(qū)不同時(shí)期的土地利用分布空間圖，如圖2所示。近20年來，桂西南地區(qū)林地面積呈下降趨勢(shì)，但并不影響林地成為桂西南地區(qū)的優(yōu)勢(shì)類型。2000一2020年，桂西南地區(qū)林地面積逐漸縮小，縮小了 ；建設(shè)用地、水域面積逐漸增加，分別增加了 桂西南地區(qū)林地與耕地是主要的用地類型。林地是研究區(qū)的主導(dǎo)用地類型，在研究區(qū)的西北部和西南部山區(qū)均有分布，研究區(qū)林地面積在2000年為 6 1 % ，2010年為 56 % ，2020年為 5 5 % 。耕地為次要用地類型，主要分布在東部及東南部地區(qū)。建設(shè)用地的圖斑在東南地區(qū)急劇增加。草地在西部和西北部地區(qū)與林地和耕地呈鑲嵌性錯(cuò)落分布?？傮w上，桂西南地區(qū)形成了林地、耕地為基質(zhì)，水域和建設(shè)用地為斑塊的土地利用格局。

3.2單一土地利用動(dòng)態(tài)度分析

桂西南地區(qū)2000—2020年單一土地利用動(dòng)態(tài)度數(shù)據(jù)如表1所示。2000—2010年，建設(shè)用地、耕地、水域和草地均為正向變化，動(dòng)態(tài)度排序?yàn)椴莸?gt; 耕地 gt; 水域 gt; 建設(shè)用地，林地面積為負(fù)向變化，且動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值與耕地的動(dòng)態(tài)度接近。2010一2020年，耕地、林地和草地均為負(fù)向變化，動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值排序?yàn)椴莸?gt; 林地 gt; 耕地，其中，林地的減小幅度小于2000—2010年；建設(shè)用地和水域?yàn)檎蜃兓?，通過取各個(gè)用地類型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度數(shù)值的絕對(duì)值，發(fā)現(xiàn)建設(shè)用地遠(yuǎn)大于其他用地類型，說明這10年城市化擴(kuò)張非常劇烈；水域也在增多，因?yàn)樗w的主要來源是河流，所以河流水資源量在增多。從2000一2010年、2010一2020年兩個(gè)時(shí)段土地利用動(dòng)態(tài)度來看，草地與耕地的單一土地利用動(dòng)態(tài)在時(shí)段上存在差異，而林地面積只有小范圍的變動(dòng)，建設(shè)用地和水域的擴(kuò)展速率不斷提升，建設(shè)用地由2000—2010年的 0 . 2 % 增加至2010—2020年的 1 3 . 0 1 % ，水域由2000—2010年的 0 . 4 % 增加至2010—2020的 2 . 0 9 % 。

3.3綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分析綜合土地利用動(dòng)態(tài)度用來比較研究區(qū)域不同土地利用變化速率。隨時(shí)間的流逝，桂西南地區(qū)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度整體減小。2000—2010年，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為 1 . 7 2 % ；2010一2020年，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度有所下降，降至 0 . 5 6 % ，不同類型的土地利用變換頻率均有所降低； 2 0 0 0-2 0 2 0 年的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為 1 . 0 1 % 。從3個(gè)時(shí)間段的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度來看，2000一2010年的土地利用轉(zhuǎn)移最為劇烈。

3.4土地利用轉(zhuǎn)移圖譜分析

桂西南地區(qū)土地利用變化圖譜如表2所示，桂西南地區(qū)土地利用變化合成圖譜如圖3所示。穩(wěn)定型圖譜單元用地面積所占比例最大為 7 5 . 9 3 % ，廣泛分布于桂西南區(qū)域，最大的圖譜單元變化模式為林地－林地-林地（面積 ）。前期變化型圖譜面積所占比例最小為 1 . 3 7 % ，最大的圖譜單元模式為林地－耕地－耕地（面積 ）。后期變化型圖譜單元總面積為 ，且集中在西部和西北部地區(qū)，最大的圖譜單元變化模式為林地－林地－草地（面積 ）。數(shù)量最多的是持續(xù)變化圖譜分析單元（60個(gè)），但面積占比不大，最大的圖譜單元變化模式為耕地－林地－草地（面積 ）。耕地的持續(xù)轉(zhuǎn)換表明了桂西南區(qū)域存在一定的棄耕現(xiàn)象，土地利用效率仍需提高。反復(fù)變化型圖譜單元總面積為 ，集中在桂西南中部地區(qū)，最大的圖譜單元變化模式為林地－草地－林地（面積 ）。

3.5土地利用漲落圖譜分析

3.5.1土地利用漲勢(shì)圖譜

桂西南單元土地利用漲勢(shì)圖譜結(jié)構(gòu)如表3所示。2000一2010年桂西南地區(qū)土地利用變化區(qū)域總體擴(kuò)張面積 ，其中，擴(kuò)張耕地面積最大，占比為 3 9 . 4 % ，其次是草地和林地，擴(kuò)張面積占比分別為 3 1 . 9 % 和 2 5 . 2 % ，相較而言，水域和建設(shè)用地的擴(kuò)張面積相對(duì)較??；2010—2020年，土地利用變化區(qū)域總體較小，總體擴(kuò)張面積為 ，其中，林地?cái)U(kuò)張面積最大，占比為 3 7 % ，耕地和草地次之，擴(kuò)張面積占比分別為 2 7 . 5 % 和 2 1 . 5 % 。2010—2020年與2000一2010年相比，建設(shè)用地的擴(kuò)張面積顯著增加，而耕地的擴(kuò)張面積有所下降。

3.5.2土地利用落勢(shì)圖譜

桂西南單元土地利用落勢(shì)圖譜結(jié)構(gòu)如表4所示。2000一2010年研究區(qū)面積減少最大為林地（面積 ），占比為 5 1 . 4 % ，主要轉(zhuǎn)為耕地和草地，草地和耕地的萎縮占比次之，減少面積占比為 45 % ，由于人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干預(yù)，建設(shè)用地減少面積最小，占比為 0 . 8 5 % ；2010一2020年，林地減少面積雖變緩慢，但仍然占比最大，為 4 3 . 1 6 % ，減少面積較為穩(wěn)定的是建設(shè)用地，占比為 0 . 8 5 % 。

4結(jié)論

基于2000一2020年的桂西南地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移圖譜和土地利用漲落圖譜等方法，分析桂西南地區(qū)2000—2020年的土地利用時(shí)空變化特征，得出以下結(jié)論：20年來，桂西南的土地利用類型以林地、耕地為主，且林地持續(xù)減少，建設(shè)用地持續(xù)增長(zhǎng)，耕地、草地變幅較小;在土地利用變化圖譜中，穩(wěn)定型占主導(dǎo)地位，林地-林地－林地為最大圖譜單元變化模式，其次是后期變化型，林地－林地－草地是最大圖譜單元變化模式，占比最少的是前期變化型；在土地利用漲勢(shì)圖譜中，2000—2010年擴(kuò)張面積最大為耕地，2010—2020年擴(kuò)張面積最大為林地，分別占新增面積的 3 9 . 4 % ！3 7 % ；20年來，落勢(shì)圖譜中林地面積減小變化緩慢，但占比最大。

參考文獻(xiàn)

1 NEWBOLDT，HUDSONLN，HILLSLL，et al.Global effects of land use on local terrestrialbiodiversity[J].Nature，2015（7545）：45-50.

2 于元赫，李子君，林錦闊，等.沂河流域土地利用時(shí)空變化圖譜特征分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2019（5）：975-988.

3 LIU Y，LONG H. Land use transitions and theirdynamic mechanism：the case of the Huang-Huai-Hai Plain[J].Journal of Geographical Sciences，2016，26：515-530.

4 陳述彭，岳天祥，勵(lì)惠國(guó).地學(xué)信息圖譜研究及其應(yīng)用[J].地理研究，2000（4）：337-343.

5 SHAWKYM，MOHAMMEDAL-B，TALALAL-A.Monitoringland use and land coverchanges in themountainous cities of Oman using GIS and CA-Markov modelling techniques[J].Land Use Policy，2020，91：104414.

6 LEECL，HUANG SL，CHAN SL.Synthesis andspatial dynamics of socio-economic metabolism andland use change of Taipei Metropolitan Region[J].Ecological Modelling，2009（21）：2940-2959.

7 WANGSY，LIUJS，MATB.Dynamics andchanges in spatial patterns of land use in YellowRiver Basin，China[J].Land UsePolicy，201O（2）：313-323.

8 劉斌寅，趙明松，盧宏亮，等.1985一2015年淮北市土地利用變化特征及其預(yù)測(cè)研究[J].土壤通報(bào)，2019（4）：807-814.

9杜峯屹，陳松林，蒲佳豪.2000—2020年閩東南地區(qū)土地利用變化及生境質(zhì)量時(shí)空演變[J].水土保持研究，2023（6）：345-356.

10CHENJ，CHENJ，LIAOA，etal.Globalland cover mapping at 3 0 m resolution：a POK-based operational approach[J]. ISPRS Journal ofPhotogrammetry and Remote Sensing，2015，103：7-27.

11陳軍，廖安平，陳晉，等.全球 3 0 m 地表覆蓋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品-GlobeLand30[J].地理信息世界，2017（1）：1-8.

12陳瀟菡，張磊，史麗，等.基于地學(xué)信息圖譜的中緬泰老“黃金四角”地區(qū)土地利用變化分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2023（2）：333-342.

13黃秋霞，俎佳星，楊元征.2008-2018年東興市土地利用時(shí)空演變分析[J].中國(guó)資源綜合利用，2021（8）：96-100.

14黃秋霞，廖南燕，楊元征，等.廣西防城金花茶國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)建立對(duì)區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)的影響[J].熱帶地理，2022（6）：973-984.

15劉紀(jì)遠(yuǎn)，匡文慧，張?jiān)鱿椋?20世紀(jì)80年代末以來中國(guó)土地利用變化的基本特征與空間格局[J].地理學(xué)報(bào)，2014（1）：3-14.

16張靜，任志遠(yuǎn).秦巴山區(qū)土地利用時(shí)空格局及地形梯度效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016（14）：250-257.

17孫丕苓，許月卿，王數(shù).環(huán)京津貧困帶土地利用變化的地形梯度效應(yīng)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014（14）：277-288.

18龔文峰，袁力，范文義.基于地形梯度的哈爾濱市土地利用格局變化分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013（2）：250-259.

19張文慧，呂曉，史洋洋，等.黃河流域土地利用轉(zhuǎn)型圖譜特征[J].中國(guó)土地科學(xué)，2020（8）：80-88.

20陸汝成，黃賢金，左天惠，等.經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)區(qū)土地利用信息圖譜構(gòu)建：以江蘇省環(huán)太湖地區(qū)為例[J].資源科學(xué)，2009（7）：1133-1141.