賀秋華 史玲 肖雪

摘 要：快速發(fā)展的都市地區(qū)是區(qū)域土地利用變化的熱點區(qū)域。衡陽市作為中西部地區(qū)快速發(fā)展區(qū)域，近年來土地利用發(fā)生較大變化。以衡陽市主城區(qū)為例，基于衡陽市主城區(qū)2005年、2012年、2016年3期遙感影像，通過GIS的空間分析、數理統(tǒng)計功能，對衡陽市主城區(qū)的土地利用動態(tài)變化進行分析。結果表明：耕地面積減少最多，耕地主要轉化為林地、建設用地和水域；建設用地面積增加最多，增加速率最快，主要是對耕地的占用；土地利用綜合程度指數由2005年的290.48增加到2016年的304.46，且土地利用程度指數變化率均大于1，說明衡陽市主城區(qū)土地利用處于劇烈、快速發(fā)展階段。該變化主要和這一時期的國家政策有關。

關鍵詞：土地利用動態(tài)變化；GIS；空間分析；衡陽市主城區(qū)

中圖分類號 F205 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）21-0093-06

Study on Dynamic Change of Land Use in Main Urban Area of Hengyang City From 2005 to 2016

He Qiuhua et al.

（College of Resource and Environmental and Safety Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China）

Abstract：Urban area with fast-speed advance is the hotspot region for the land utilization. Hengyang，the Midwestern area，has changed dramatically in land utilization. The mainland area in Hengyang was researched based on three remote sensing image of year on 2005，2012 and 2016. The dynamic change of land utilization in mainland area of Hengyang was analysed by spatial analysis of GIS and statistics functions. The result has been shown that the cultivated area reduced was the most，which transferred to forest lands，construction lands and water； construction area added and its increase rate was the most for the occupation of cultivated land. Land utilization integrated index has increased from 290.48 in 2005 to 304.66 in 2016，and its rate above 1 all，which illustrated the stage of mainland area of Hengyang. The change has closely correlated with national policy in the period.

Key words：Dynamic Change of Land Utilization；GIS；Spatial Analysis；Mainland Area of Hengyang

土地利用是人與自然交叉最為緊密的環(huán)節(jié)，其直觀反映出人類活動對自然環(huán)境施加的影響[1]。土地利用變化會對生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能、區(qū)域氣候、土壤、水文、生物多樣性等產生重大的影響[2-3]，從而對生態(tài)環(huán)境產生嚴重影響。當前人類以前所未有的程度從城市、區(qū)域、國家甚至全球尺度上改變著土地利用，因此探討土地利用變化已成為當前全球變化研究的重要領域[4-6]。隨著社會經濟的不斷發(fā)展，城市土地利用結構也在發(fā)生著巨大變化。城鎮(zhèn)化進程的加速使城市建成區(qū)范圍逐步擴張，在一定程度上引起土地利用的不斷演變，進而影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7]。作為自然景觀變化最明顯的區(qū)域，城市土地利用變化已成為當前土地利用研究的熱點[8]。

目前，國內外學者對土地利用的研究主要集中在城市土地利用動態(tài)變化及生態(tài)環(huán)境影響方面。如Valdez等[9]研究了墨西哥西北部海岸帶的濕地生態(tài)系統(tǒng)價值及在經濟驅動下導致的環(huán)境問題。Spencer等[10]研究了英國海岸地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)植被的多樣性和時空演變規(guī)律，分析其生態(tài)環(huán)境質量變化。Robles等[11]運用土地利用類型轉移舉證對墨西哥西北海岸的Sinaloa區(qū)域土地利用類型空間格局變化及生態(tài)環(huán)境效益進行了研究。Alphan等以土耳其地中海沿海的Erdemli鎮(zhèn)為研究對象，采用多種景觀格局指標系統(tǒng)分析了該區(qū)域的土地利用時空變化。馬晴等[12]以遙感影像為基礎，運用土地利用動態(tài)變化模型研究了疏勒河中下游綠洲土地利用動態(tài)變化及驅動機制。傅穎秀等[13]通過生態(tài)環(huán)境質量指數等數學定量分析黑河中游典型綠洲土地利用時空變化及生態(tài)環(huán)境效應。呂曉等[14]借助GIS技術求得生態(tài)服務價值量，研究了江蘇沿海地區(qū)土地利用變化及生態(tài)效應。任秀金[15]借助馬爾科夫模型預測了德令市未來20年的土地利用演變趨勢。楊李娜[16]根據咸陽市統(tǒng)計數據，從土地利用變化的不同角度對咸陽市土地利用動態(tài)變化進行了研究。以往研究區(qū)域多為海岸及河流地區(qū)，對快速城市發(fā)展地區(qū)研究較少[15-16]。

衡陽市主城區(qū)（雁峰區(qū)、珠暉區(qū)、石鼓區(qū)、蒸湘區(qū)）總面積約為518.55km2，占全市土地總面積的3.39%，是衡陽市政治、經濟、文化中心，區(qū)內建設用地、水域、交通用地的比例和土地利用效益高于其他土地利用區(qū)。衡陽作為快速城鎮(zhèn)化進程中的城市，2005-2016年城鎮(zhèn)率由31.58%上升至51.07%，全市GDP由541.23億元上升至2868.57億元。經濟快速發(fā)展驅使主城區(qū)面積不斷擴張，城市土地利用格局發(fā)生巨大變化，從而導致了諸多環(huán)境問題，具有一定的代表性。因此系統(tǒng)研究衡陽市主城區(qū)土地利用變化特征，將補充我國城市土地利用變化動態(tài)研究的理論與實踐研究，可為土地利用、城市建設和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學依據和決策支持，也可為國內外同類區(qū)域研究提供借鑒。

1 數據來源與處理

數據選用2005、2012和2016年分辨率為30m的3期Landsat TM影像，其中Land TM遙感影像波段組成為4、3、2（RGB），以土地利用方式和覆蓋特征為主要分類依據，采用人機交互目視解譯法，以1∶1萬地形圖數據為參考，應用相關分析并綜合影像特征判定各類地物的邊界，利用ArcGIS插件，生成現(xiàn)狀土地利用專題圖（圖1）。參照《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標準（GBT21010-2007）并結合研究區(qū)實際情況將土地利用類型分為水田、旱地、林地、園地、水域、建設用地（包括城鎮(zhèn)用地、農村居民點及其他建設用地）、未利用地7大類。以此為基礎，使用ArcGIS空間疊置分析功能，生成3個時間段的土地利用變化專題圖；最后通過對照GoogleEarth提供的高分辨率數據視圖并結合野外實地觀察及經驗知識判定地物類型并驗證預判圖的精度[12，17]。

2 研究方法

采用方法模型有土地利用轉移矩陣、單一土地動態(tài)度、修正單一土地動態(tài)度和土地利用程度指數模型，其中土地利用轉移矩陣能夠直觀地反映出各土地利用類型之間的轉換情況以及研究期末各土地利用類型的來源與結構[18]；單一動態(tài)度K1可反映區(qū)域內的土地利用類型的變化速度[19-20]；修正單一動態(tài)度可反映出研究時段內某種土地利用類型轉入、轉出量的動態(tài)變化情況；土地利用綜合程度指數模型反映了土地利用程度。

2.1 修正單一土地利用動態(tài)度 K1反映了研究初期到研究末期各土地利用類型面積變化情況，不能反映出土地利用類型轉出和轉入的雙向變化情況。修正單一動態(tài)度表達式為：

[K2=（ΔU1+ΔU2）Ua+1t2-t1×100%] （1）

式中：K2為修正單一土地動態(tài)度；t2-t1為時間間隔；U1為研究期初某一種土地利用類型的面積；△U1、△U2分別為研究時段內某一土地利用類型面積增加、減少的絕對值。

2.2 土地利用程度指數模型 土地利用綜合程度指數模型反映了土地利用的廣度和深度，不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時也反映了人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應。劉紀遠等[19]從生態(tài)學的角度提出了土地利用程度的綜合分析方法，即將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分4個，并分別賦值。其表達式為：

[La=100×i=1nAi×Ci] （2）

式中：La為研究區(qū)域土地利用程度綜合指數；Ai為研究區(qū)域第i級土地利用程度分級指數（見表1）；Ci為研究區(qū)域第i級土地利用程度分級面積百分比；n為土地利用程度分級數。

3 土地利用變化總體特征分析

通過對衡陽市主城區(qū)2005、2012及2016年3個時期土地利用數據的統(tǒng)計和土地利用變化數據的分析，可以總結得出2005—2016年衡陽市主城區(qū)土地利用的總體特征。

3.1 土地利用主要類型轉移分析 基于GIS軟件平臺，通過數理統(tǒng)計與空間分析功能，得出不同研究時段土地利用轉移矩陣（表2～4、圖2）。據此分析，衡陽市主城區(qū)土地利用類型轉移情況如下：

（1）2005年各土地利用類型按面積排序為：耕地>建設用地>林地>水域>未利用地>園地，2012年與2016年各土地利用類型按面積排序為：建設用地>耕地>林地>水域>未利用地>園地。2005—2016年衡陽市主城區(qū)面積變化總體特征為：耕地面積顯著減少；建設用地積大量增加；園地、其他土地、未利用土地面積持續(xù)減少；林地、水域地面積先增加后減少。

（2）2005—2012年期間衡陽市主城區(qū)各類土地利用類型發(fā)生了較明顯的相互轉化，轉移趨勢以耕地、建設用地和林地3者之間的相互轉化為主。2005—2016年衡陽市主城區(qū)土地利用面積變化劇烈。

（3）耕地轉出面積占各種土地利用類型轉出總量之首。2005—2012年轉出9302.98hm2，占轉出總量的33.84%。2012—2016年轉出7659.01hm2，占轉出總量的30.19%。2012—2016年平均轉出速率大于2005—2012年。耕地土地利用類型轉變形式主要包括3種，一是旱地轉化為利用價值更高的水田，二是建設用地占用耕地，三是退耕還林。2005-2012年水田主要流向建設用地（包括城鎮(zhèn)用地、農村居民點和其它建設用地）、水域和林地，三者合計占水田轉出總面積的80.48%。旱地主要轉化為水田、建設用地和林地，3者合計占旱地轉出總面積的76.77%。2012—2016年耕地轉移方向與2005—2012年大體一致。

（4）建設用地轉入面積最多，2005—2012年轉入面積總量為9621.85hm2，2012—2016年轉入面積為8298.68hm2，2005—2016年轉入量是轉出量的1.26倍。其主要來源于耕地與林地，說明研究區(qū)2005—2016年間土地利用處于發(fā)展期，土地利用強度增大。

（5）2005—2016年林地面積先增后減，總體面積呈增加趨勢。2005—2012年，退耕還林是林地面積增加的主要原因。2012—2016年林地轉出面積增加，導致面積減少，主要是由于2012—2016年建設用地占用林地面積增加。

（6）未利用地變化幅度次于建設用地，2005—2016年面積減少了483.73hm2，面積占比由5.01%減少到4.01%，主要是未利用地通過生態(tài)治理轉化為耕地、林地以及開發(fā)為建設用地。

總而言之，2005—2016年衡陽市主城區(qū)土地利用類型變化顯著，即存在引起生態(tài)質量改善的土地利用轉移類型（如旱地向水田，耕地向林地轉化），也存在導致生態(tài)質量惡化的土地利用轉移類型（如林地向耕地，耕地、林地向建設用地轉化），前者是落實綜合治理和退耕還林的政策成效，后者是由于城市擴張導致的。

3.2 土地利用動態(tài)度分析 由表5中的傳統(tǒng)單一動態(tài)度K1可知，2005—2016年水田、旱地、園地、未利用地均以相同速度減少，林地、水域和建設用地面積呈增加態(tài)勢，其中建設用地動態(tài)度最大為0.02%/年，其次為林地和水域。