張 韻, 彭建東, 王晶晶, 楊 紅

(武漢大學(xué) 城市設(shè)計(jì)學(xué)院, 武漢 430070)

土地利用/覆被變化(LUCC)是目前國際學(xué)界比較活躍的研究領(lǐng)域之一，是全球環(huán)境變化的核心問題[1]。人類對土地資源的需求和開發(fā)利用強(qiáng)度隨著城市化發(fā)展和人口增長呈現(xiàn)一定增長趨勢[2-3]。國內(nèi)學(xué)者關(guān)于土地利用時空變化的研究主要在兩個方面：(1) 從時間過程上看，學(xué)者們通過土地利用綜合程度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度等描述土地利用的時序變化特征[4-6]；(2) 從空間格局上看，學(xué)者們采用GIS空間分析、景觀格局指數(shù)和CLUE-S模型等來研究土地利用的空間格局變化[7-12]。雖然這些方法可以反映土地利用的時空變化特征，但并不能使“時間過程”和“空間格局”復(fù)合。

地學(xué)信息圖譜正是一種地理時空分析方法論，能夠?qū)崿F(xiàn)過去的反演和未來的預(yù)測[2]。目前，已有學(xué)者通過地學(xué)信息圖譜研究不同區(qū)域的土地利用變化，取得相應(yīng)成果。馬姣嬌等[13]分析1996—2013年珠海淇澳島土地利用格局變化圖譜，得出增加最為顯著的是林地、建設(shè)用地，土地變化集中在1996—2009年；于元赫等[2]通過構(gòu)建1995—2015年沂河流域兩個時序土地利用的轉(zhuǎn)移圖譜和漲落勢圖譜，形象反映該區(qū)域土地利用變化的特點(diǎn)；鮑文東等[14]以山東省龍口市為例，建立1996—2002年土地利用動態(tài)變化信息圖譜，分析動態(tài)演變過程并結(jié)合馬爾可夫模型預(yù)測未來發(fā)展趨勢。從研究內(nèi)容上看，學(xué)者們從統(tǒng)計(jì)分析和時空分布上來分析地學(xué)信息圖譜，較少涉及變化的原因和不同地域間的差異；從研究區(qū)域上看，集中在生態(tài)環(huán)境薄弱區(qū)和城市發(fā)展重點(diǎn)區(qū)。

江漢平原不僅是我國湖泊密集度最大的淡水湖群區(qū)，也是湖北省重要的糧、油、棉的生產(chǎn)基地，其土地利用的變化是我國平原湖區(qū)土地利用變化的一個縮影[4]。本文選擇江漢平原為研究區(qū)域，基于江漢平原1990年、2000年和2010年柵格土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用地學(xué)信息圖譜方法構(gòu)建1990—2000年和2000—2010年兩個時序單元的土地利用變化圖譜、漲落勢圖譜和變化模式圖譜，分析江漢平原在20 a間土地利用時空變化的過程和特點(diǎn)，為平原湖區(qū)土地資源的生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

江漢平原(29°26′—31°13′N，110°30′—114°32′E)位于長江中游地區(qū)、湖北省中南部，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，由長江和漢江沖擊而成，是我國三大平原之一的長江中下游平原的重要組成部分。在行政區(qū)劃上，江漢平原包含15個縣級行政單位，具體行政區(qū)劃包括荊州市：荊州市區(qū)、監(jiān)利縣、松滋市、公安縣、洪湖市、石首市、江陵縣；宜昌市：枝江市、當(dāng)陽市；孝感市：漢川市、云夢縣、應(yīng)城市；省管市：潛江市、天門市、仙桃市，國土面積約2.8萬km2。截至2015年末，江漢平原常住人口1 985.68萬人，占湖北省總?cè)丝?4.14%，城鎮(zhèn)人口991.45萬人，城鎮(zhèn)化率49.93；糧食產(chǎn)量843.58萬t，占湖北省糧食總產(chǎn)量的32.64%。該區(qū)域三產(chǎn)比為18∶51∶31，二產(chǎn)占據(jù)主體地位。

“人人都說天堂美，怎比我江漢魚米鄉(xiāng)”。江漢平原作為中國重要的農(nóng)產(chǎn)品出口基地，主要出產(chǎn)棉花、水稻、油菜和水產(chǎn)品，同時也是少有的稻、麥、粟、棉、油、糖、魚、菜皆大量出產(chǎn)的地區(qū)。棉花主要種植于堤內(nèi)平原的旱地，是中國高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉區(qū)和五大商品棉基地之一；水田內(nèi)主要種植水稻，已形成較為明顯的北—東—南糧食高產(chǎn)帶，成為湖北省主要的糧食主產(chǎn)區(qū)。江漢平原作為我國湖泊密集度最大的淡水湖群區(qū)，是主要的水產(chǎn)品出口區(qū)[15]。

1.2 數(shù)據(jù)來源和處理

江漢平原1990年、2000年和2010年的柵格土地利用數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，其分辨率是30 m×30 m。該數(shù)據(jù)是以美國陸地衛(wèi)星Landsat遙感影像數(shù)據(jù)作為主要信息源，通過人工目視解譯獲取的。

2 研究方法

2.1 土地利用分類體系的確定

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者研究結(jié)果和江漢平原的實(shí)際情況，將其土地利用類型分成耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地，以1—6進(jìn)行編碼。在ArcGIS 10.5平臺中，對原LUCC分類進(jìn)行重分類(3 D Analyst)，賦予6大類土地利用類型以新編碼(表1)，得到1990年、2000年、2010年3期土地利用類型圖。

2.2 土地利用圖譜的合成

選取圖譜的空間單元是30 m×30 m的網(wǎng)格單元，打開ArcGIS 10.5軟件，將1990年、2000年、2010年3期數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中。利用ArcGIS 10.5軟件的“地理處理—相交”工具，相交土地利用數(shù)據(jù)，并按公式(1)運(yùn)算前后兩期土地利用類型的編碼。

土地利用變化圖譜代數(shù)運(yùn)算公式為：

M=10A+B

(1)

式中：A為前期土地利用類型的編碼；B為后期土地利用類型編碼；M為研究時段內(nèi)土地利用變化類型的編碼，比如編碼14是由耕地轉(zhuǎn)化為水域的土地類型，最終合成江漢平原1990—2000年和2000—2010年兩個時間段的土地利用變化圖譜。

表1 江漢平原土地利用分類體系及編碼

為表示發(fā)生變化的某種土地利用類型占所有發(fā)生變化的土地利用類型的比例，引入土地利用變化比率[2]，其計(jì)算公式是：

(2)

式中：Sxy是初期x類土地利用類型變?yōu)槟┢趛類土地利用類型的圖譜單元的面積；n為土地利用類型的數(shù)量；P為變化比率。

2.3 漲落勢圖譜分析

土地利用的變化分為“轉(zhuǎn)入”、“轉(zhuǎn)出”兩種類型，其中“轉(zhuǎn)出”是某用地類型轉(zhuǎn)化為其他用地類型，“轉(zhuǎn)入”是其他用地型轉(zhuǎn)化為該用地類型?；趦蓚€時間段的土地利用變化圖譜，根據(jù)用地類型的“轉(zhuǎn)出”、“轉(zhuǎn)入”進(jìn)行重分類(3D Analyst)，得到江漢平原1990—2000年和2000—2010年兩個時序單元的漲落圖譜。

2.4 土地利用變化模式圖譜分析

利用ArcGIS 10.5的“地形處理—相交”工具，將1990年、2000年和2010年3個時間段的土地利用類型圖進(jìn)行依次相交，在屬性表中新增字段并進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算：

N=100A+10B+C

(3)

式中：N為研究階段內(nèi)土地利用變化模式的圖譜單元編碼，比如編碼141表示土地變化過程為耕地—水域—耕地；A為1990年土地利用類型的編碼；B為2000年土地利用類型編碼；C為2010年土地利用類型編碼。

根據(jù)新的圖譜單元編碼確定土地利用變化模式。根據(jù)兩個時間段內(nèi)土地利用類型是否發(fā)生變化可分為4大變化模式(表2)。利用ArcGIS 10.5的重分類(3D Analyst)工具，根據(jù)兩個時序內(nèi)的變化類型確定土地利用變化模式，確定圖譜單元的新編碼(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ)，合成江漢平原土地利用變化模式圖譜。

表2 1990-2010年江漢平原土地利用變化模式

2.5 土地利用動態(tài)度

為表征研究區(qū)域在一定時間段內(nèi)某一種和全部土地利用類型的變化速率，引入單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度[2]。

單一土地利用動態(tài)度的表達(dá)式為：

(4)

式中：K為單一土地利用類型動態(tài)度；Ux，Uy分別為研究初期和末期該種土地利用類型的面積；T為間隔的時間段。

綜合土地利用動態(tài)度的表達(dá)式為：

(5)

式中：LUx為第x類土地利用類型在初期的面積；ΔLUx-y為從第x類土地利用類型變化成為其他的土地利用類型的面積取絕對值；n為土地利用類型的數(shù)量；LC是綜合土地利用動態(tài)度。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用時間序列變化分析

耕地是區(qū)域內(nèi)最主要的用地類型，3個時點(diǎn)耕地占比都超過65%，其次是水域，平均占比13.90%(表3)，符合該研究區(qū)域作為耕地資源區(qū)和湖泊濕地生態(tài)區(qū)的特征。

耕地持續(xù)萎縮，從20 348.29 km2減少到18 877.96 km2，后期下降速率明顯增加(-0.19%～-0.54%)。水域持續(xù)增加，由3 480.58 km2增加到4 528.93 km2，上升速率由前期的0.88%增加到后期的1.96%。林地先減后增且總體增加，由2 135.47 km2最終增加到2 177.62 km2，前期主要因開墾為耕地而減少，后期因林地墾殖的抑制和退耕還林而有所增長。建設(shè)用地持續(xù)增加。草地持續(xù)增加，主要是水域、耕地轉(zhuǎn)化為草地，且其總量較小，增加面積較大，其年均變化率最大(1.83%)。

兩個時間段內(nèi)的整體土地利用動態(tài)度是0.14%，0.38%，后期的變化速率明顯增加，土地利用變化更為劇烈；江漢平原整個階段的土地利用動態(tài)度為0.26%。

表3 1990-2010年江漢平原土地利用變化

3.2 土地利用空間序列變化圖譜

3.2.1 1990—2000年土地利用空間序列變化圖譜 1990—2000年期間江漢平原土地利用變化中共有36類圖譜單元(總面積28 287.66 km2)，有30類發(fā)生了變化(541.27 km2，占比1.91%)，將占變化面積98.89%的13類圖譜單元按面積大小排序(表4)。

由表4和附圖1A可知，1990—2000年土地利用變化以“耕地—水域”(編碼14)為主，占比67.18%，主要是基于原有水域的擴(kuò)張，分布在江漢平原東部的仙桃市、洪湖市等低湖平原區(qū)；其次是“耕地—建設(shè)用地”(編碼15)，占比13.54%，主要是各縣市的向外擴(kuò)張和內(nèi)部填充，分布在研究區(qū)北部；第三是“水域—耕地”(編碼41)，占比8.66%，分布在研究區(qū)南部和東部；第四是“水域—草地”(編碼43)，占比2.22%，分布在研究區(qū)西南和東北片。

表4 1990-2000年土地利用變化主要圖譜單元排序

該階段土地利用變化主要是耕地和水域間互相轉(zhuǎn)換、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。耕地主要流向水域、建設(shè)用地和林地，累計(jì)轉(zhuǎn)出比例82.09%；同時部分水域、林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，累?jì)轉(zhuǎn)入比例9.76%。尤為顯著的是耕地轉(zhuǎn)化為水域，其次是耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。

3.2.2 2000—2010年土地利用空間序列變化圖譜 2000—2010年江漢平原土地利用變化中共有36類圖譜單元(總面積28 287.66 km2)，有30類圖譜單元發(fā)生變化(2 691.56 km2，占總面積的9.51%)。將占變化區(qū)域面積98.59%的16類圖譜單元按面積大小排序，并計(jì)算其變化比率(表5)。

由表5和附圖1B可知，2000-2010年土地利用變化以“耕地—水域”(編碼14)為主，占比38.04%，仍是基于原有水域的擴(kuò)張，但其變化面積和空間分布范圍增加，由原本處于低湖平原區(qū)的仙桃市、洪湖市擴(kuò)散到監(jiān)利縣和漢川市；其次是“耕地—建設(shè)用地”(編碼15)，占比18.94%，主要在研究區(qū)北片；第三是“水域—耕地”(編碼41)，占比10.58%，主要在研究區(qū)中部和東部；第四是“建設(shè)用地—耕地”(編碼51)，占比10.39%，主要在研究區(qū)西南片和西北角。

2000—2010年，該時期耕地和水域間的互相轉(zhuǎn)化、建設(shè)用地占用耕地的面積進(jìn)一步擴(kuò)張，并出現(xiàn)建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地的情況。耕地主要流向水域、建設(shè)用地、林地和草地，轉(zhuǎn)出的面積大幅度增長，但累計(jì)轉(zhuǎn)出比例降低為65.3%；同時，耕地主要轉(zhuǎn)入來源為水域、建設(shè)用地和林地，新增一項(xiàng)建設(shè)用地，且其他類用地轉(zhuǎn)入面積均明顯增加，累計(jì)轉(zhuǎn)入比例達(dá)到25.43%，較上一階段增加了15.67%。最為顯著的仍是耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，其次是耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。

總體來看，1990—2010年江漢平原土地利用變化圖譜主要表現(xiàn)為以下幾個特征：

一是耕地和水域間的互相轉(zhuǎn)化，主要在仙桃市、洪湖市等低湖平原區(qū)，原因是國家政策驅(qū)動。隨著1998年特大洪水后的大江大河治理、長江平垸行洪、退田還湖、移民建鎮(zhèn)和1999年生態(tài)退耕政策的實(shí)施，區(qū)域內(nèi)耕地大幅度轉(zhuǎn)化為水域。該區(qū)域增加的水域主要是魚塘，人民對于魚類產(chǎn)品的需求以及養(yǎng)魚的良好收益，促使耕地持續(xù)轉(zhuǎn)化為水域。而2004年后糧食直補(bǔ)政策和糧食價格的持續(xù)上升使得部分魚塘重新轉(zhuǎn)化為耕地[16-17]，后期水域轉(zhuǎn)化為耕地的面積有所增加。

二是耕地和建設(shè)用地間的互相轉(zhuǎn)化。其中耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地貫穿整個時段，主要發(fā)生在經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的各縣市城區(qū)周邊區(qū)域，其轉(zhuǎn)化原因涉及到國家政策、城市化進(jìn)程和人口增長等各方面。前期受房地產(chǎn)熱、開發(fā)區(qū)熱和建房修路熱的影響，江漢平原建設(shè)用地快速擴(kuò)張；后期國家推行中部崛起戰(zhàn)略，區(qū)域交通設(shè)施建設(shè)占用大量農(nóng)用地并帶動沿線投資[18]，耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地顯著；人口增加也是影響建設(shè)用地增長的重要因素。建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地發(fā)生在后期，集中在石首市、松滋市等地，究其原因，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策和全國土地開發(fā)整理規(guī)劃促使閑置的農(nóng)村建設(shè)用地得到整理復(fù)墾，建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍?/p>

表5 2000-2010年土地利用變化主要圖譜單元排序

3.3 土地利用漲落勢圖譜

3.3.1 1990—2010年土地利用漲勢圖譜 根據(jù)土地利用的“轉(zhuǎn)入”進(jìn)行重分類，得到江漢平原兩個時序單元的漲勢圖譜，并通過相交工具對江漢平原內(nèi)各行政單元的差異和變化進(jìn)行分析(圖1)。

圖1 江漢平原各時序單元土地利用漲勢圖譜

1990—2000年，江漢平原內(nèi)變化區(qū)域總面積是541.27 km2，未變區(qū)域總面積為27 746.39 km2，分別占該區(qū)域總面積的1.91%，98.09%。變化區(qū)域中按新增面積大小排序分別是水域、建設(shè)用地、耕地、草地、林地和未利用地。其中新增水域面積最大，是376.03 km2，占新增總面積的69.47%。其次是新增建設(shè)用地、新增耕地和新增草地，分別是81.45，55.14，12.38 km2，最小的是新增林地(8.73 km2)和新增未利用地(7.59 km2)。

江漢平原內(nèi)各縣市土地利用變化存在很大差異，沙市區(qū)土地利用變化最為活躍，其未變區(qū)域占比最低(94.76%)；應(yīng)城市土地利用變化最為穩(wěn)定，其未變區(qū)域占比最高(99.68%)；監(jiān)利縣和松滋市的土地利用變化相對穩(wěn)定。研究區(qū)域內(nèi)漢川市的新增耕地面積最大，是8.96 km2，但沒有新增林地；石首市的新增林地、草地和未利用地面積最大，分別是1.76，12.06，2.87 km2；仙桃市的新增水域面積最大，是108.23 km2；枝江市的新增建設(shè)用地面積最大，是17.71 km2。

2000—2010年期間，江漢平原土地利用變化區(qū)域占總面積的比例為9.51%，相對于上一階段增長7.6%，變化區(qū)域中按新增面積排序是水域、耕地、建設(shè)用地、林地、草地和未利用地。新增水域的面積依然是最大的，為1 123.62 km2，占總體新增面積的41.75%；其次是新增耕地面積，新增的面積比上一階段多了637.21 km2，說明土地整理對于增加耕地的作用明顯；再者是新增建設(shè)用地，比上一階段增加了483.5 km2，說明江漢平原的城市化建設(shè)從未停止；新增林地和上一階段相比增加了204.23 km2，其中新增林地幅度明顯增大，說明該時期生態(tài)用地的保護(hù)明顯加強(qiáng)；新增草地相對增長41.08 km2；最小的是新增未利用地。

沙市區(qū)的土地利用變化仍然最為劇烈，其未變區(qū)域占比78.75%；公安縣未變區(qū)域占比最大，土地利用變化最為穩(wěn)定，云夢縣和當(dāng)陽市的土地利用變化相對穩(wěn)定。土地利用類型漲勢圖譜在縣區(qū)內(nèi)存在明顯差異：松滋市的新增耕地(69.38 km2)、林地(70.57 km2)面積最大，但沒有新增的未利用地；當(dāng)陽市的新增耕地面積僅次于松滋市，為60.95km2，且各縣市間新增耕地的面積差距變小；洪湖市的新增草地(28.60 km2)和新增水域面積(326.06 km2)最大，其中仙桃市和監(jiān)利縣的新增水域僅次于洪湖市，分別為255.32，223.83 km2，水域增加主要在水資源豐富的低湖平原區(qū)；天門市的新增建設(shè)用地最大(79.26 km2)，仙桃市、江陵縣和潛江市次之，分別為69.74，57.38，57.13 km2，各縣市新增建設(shè)用地的面積相對于上一階段皆有大幅度的增加；石首市的新增未利用地最大(13.99 km2)。

3.3.2 1990—2010年土地利用落勢圖譜 土地利用的“轉(zhuǎn)出”類型進(jìn)行重分類，得到江漢平原兩個時序單元的落勢圖譜，并通過相交工具對江漢平原內(nèi)各行政單元的差異和變化進(jìn)行分析(圖2)。

圖2 江漢平原各時序單元土地利用落勢圖譜

1990—2000年，江漢平原內(nèi)按萎縮面積排序是耕地、水域、林地、未利用地和草地。其中耕地減少的面積最大，為442.61 km2，占整體萎縮面積的81.77%；其次為水域72.42 km2，占比13.38%；再者是林地11.39 km2；未利用地和草地的萎縮面積均小于10 km2，建設(shè)用地的萎縮面積最小。江漢平原內(nèi)土地利用變化存在明顯差異：仙桃市耕地萎縮面積最大，為115.13 km2，洪湖市次之；當(dāng)陽市林地萎縮面積最高，為3.16 km2；石首市草地和水域的萎縮面積最高，分別是1.98，16.82 km2；洪湖市建設(shè)用地和未利用地萎縮面積最高，分別是7.04，0.50 km2。

2000—2010年期間，江漢平原內(nèi)各類土地利用類型的萎縮面積相對于上階段有明顯增加，按面積大小為耕地、水域、建設(shè)用地、林地、未利用地和草地。耕地的萎縮面積依然是最高，為1 775.93 km2，是上一階段的4倍，該階段耕地被轉(zhuǎn)化和占用的趨勢進(jìn)一步加強(qiáng)；其次是水域382.10 km2，是上一階段的5倍；再者是萎縮建設(shè)用地304.02 km2，從上一階段的最末位上升為第3位，說明土地整理和增減掛鉤政策使建設(shè)用地大量轉(zhuǎn)化為耕地；林地和未利用地的萎縮面積有所增加，草地的萎縮面積最小，變化較不明顯。

各土地利用類型的落勢圖譜在縣市內(nèi)有所差異。其中洪湖市的耕地萎縮面積最大，為360.76 km2，仙桃市次之，其余各縣市的耕地萎縮面積相對于上一階段來說都明顯增加；松滋市萎縮林地最多，為44.45 km2，當(dāng)陽市次之；石首市萎縮草地最多，10.39 km2；監(jiān)利縣的萎縮水域面積最高，仙桃市次之，且各縣市的萎縮水域面積相較于上一階段皆有所增長；洪湖市的萎縮未利用地面積最大，為9.06 km2。

將土地利用變化圖譜和漲落勢圖譜相結(jié)合，探索三者間的數(shù)量和空間關(guān)系，分析江漢平原土地利用的時空變化特征。1990—2000年，江漢平原的土地利用漲落勢圖譜中，新增水域376.03 km2，萎縮耕地442.61 km2，土地利用變化圖譜中最為顯著的是耕地轉(zhuǎn)化為水域(編碼14)，面積365.25 km2，結(jié)合三者間的數(shù)量關(guān)系說明前期水域的主要來源是耕地，且三者都集中在低湖平原區(qū)，新增水域都是基于現(xiàn)有水域的邊緣。2000—2010年，江漢平原的土地利用漲落勢圖譜中，新增水域1 123.62 km2，新增建設(shè)用地564.95 km2，萎縮耕地1 775.93 km2，而土地利用變化圖譜最顯著的是耕地轉(zhuǎn)化為水域(編碼14)，1 023.92 km2，再者是耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地(編碼15)，509.82 km2；結(jié)合五者之間的數(shù)量關(guān)系說明研究后期水域和建設(shè)用地的主要來源是耕地，且水域的變化都集中在低湖平原區(qū)，建設(shè)用地相關(guān)變化集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的各縣市周邊區(qū)域。

3.4 土地利用變化模式圖譜

根據(jù)1990年、2000年、2010年3期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，重構(gòu)得到1990—2010年土地利用變化模式圖譜(圖3)，按照階段性變化特征分為四大變化模式(表6)。

由圖3，表6可知，1990—2010年，全期穩(wěn)定型模式占據(jù)主要地位，占總面積的89.17%，主要為耕地、水域和林地。與之相對的是全期變化型，占比0.29%，主要分布在江陵縣、仙桃市和潛江市，以耕地—水域—耕地和水域—耕地—水域的反復(fù)變化圖譜為主。第二位是后期變化型，占比8.92%，主要是洪湖市、仙桃市和監(jiān)利縣(低湖平原區(qū))，以耕地—耕地—水域和耕地—耕地—建設(shè)用地的變化圖譜為主。第三位是前期變化型，占比1.63%，主要是仙桃市、洪湖市和潛江市，以耕地—水域—水域和耕地—建設(shè)用地—建設(shè)用地的變化圖譜為主。

圖3 1990-2010年土地利用變化模式圖譜

表6 江漢平原各縣市土地利用變化模式圖譜結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

(1) 江漢平原土地利用類型以耕地和水域?yàn)橹?，二者總和占研究區(qū)域總面積的80%以上。1990—2010年，各類用地的主要變化為耕地持續(xù)減少，水域、建設(shè)用地和草地持續(xù)增加，林地和未利用地先略微減少后小幅度增加。

(2) 1990—2010年，土地利用變化圖譜以耕地與水域、建設(shè)用地間互相轉(zhuǎn)換為主。耕地與水域間的的互相轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在仙桃市、洪湖市等低湖平原區(qū)；耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地貫穿全過程，主要發(fā)生在各縣市城區(qū)周邊經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的區(qū)域；而建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地發(fā)生在研究后期，主要集中在石首市、松滋市和云夢縣等地。兩個單元時序內(nèi)，江漢平原的主要圖譜單元類型皆是“耕地—水域”和“耕地—建設(shè)用地”，但后期的變化面積大幅度增加，另外較為顯著的是研究后期“建設(shè)用地—耕地”圖譜單元類型的出現(xiàn)，其面積位居第四。

(3) 1990—2010年，漲勢圖譜中新增水域面積最大，占比46.39%；落勢圖譜中萎縮耕地的面積最大，占比68.63%。在兩個時序單元內(nèi)，江漢平原內(nèi)各土地利用類型的漲落勢圖譜變化在縣市存在明顯差異。1990—2000年，應(yīng)城市土地利用變化最為穩(wěn)定，沙市區(qū)土地利用變化最為活躍。2000—2010年，江漢平原的土地利用變化面積擴(kuò)大，空間覆蓋范圍越加廣泛。公安縣土地利用變化最穩(wěn)定，沙市區(qū)的土地利用變化仍然最為活躍。

(4) 1990—2010年，變化模式圖譜中全期穩(wěn)定型占據(jù)主要地位，占總面積的89.17%，主要是耕地、水域和林地；其次是后期變化型，集中在洪湖市、仙桃市等低湖平原區(qū)，以耕地—耕地—水域和耕地—耕地—建設(shè)用地的變化為主；再者是前期變化型，集中在仙桃市、洪湖市和潛江市，以耕地—水域—水域和耕地—建設(shè)用地—建設(shè)用地的變化圖譜為主；全期變化型最少，集中在江陵縣、仙桃市和潛江市，以耕地—水域—耕地和水域—耕地—水域的反復(fù)變化圖譜為主。

地學(xué)信息圖譜可以直觀且形象地表示土地利用變化的空間格局和時序特征，并實(shí)現(xiàn)時間和空間上的耦合。基于此，本文通過構(gòu)建江漢平原兩個時序單元的土地利用變化圖譜、漲落勢圖譜和變化模式圖譜，全面地反映江漢平原土地利用在空間序列和時間序列上的變化和差異，為準(zhǔn)確預(yù)測未來江漢平原土地利用發(fā)展的趨勢和土地資源利用的可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。同時，本文將對土地利用類型變化與自然、人文因素之間的聯(lián)系，以及土地利用變化趨勢的模擬預(yù)測[14]進(jìn)行進(jìn)一步研究，作為后續(xù)的研究方向和重點(diǎn)。