孫晶艷

吉林市土地儲(chǔ)備中心，吉林吉林

土地利用與土地覆被變化（LUCC）是環(huán)境變化的重要原因，是人類對(duì)土地利用效果的表現(xiàn)，同時(shí)也是自然界對(duì)人類活動(dòng)的反饋。對(duì)于土地利用變化的研究，從研究手段上一般要借助遙感和地理信息系統(tǒng)[1-4]。從空間尺度上來(lái)看，全國(guó)、省域、流域和縣域均有豐富的研究成果[5-8]，由于受遙感數(shù)據(jù)限制，以縣域尺度研究為主。從時(shí)間尺度上來(lái)看，一般采用斷點(diǎn)年的形式，進(jìn)行多期土地利用數(shù)據(jù)對(duì)比分析。在研究?jī)?nèi)容方面，對(duì)土地利用類型轉(zhuǎn)變、重心轉(zhuǎn)移和利用強(qiáng)度進(jìn)行刻畫，同時(shí)對(duì)土地利用變化的原因進(jìn)行定性或定量分析[9-11]。我國(guó)學(xué)者在土地利用變化特征及驅(qū)動(dòng)力研究方面取得了較為豐碩的成果[12-14]，但由于受遙感影像獲取時(shí)間的現(xiàn)勢(shì)性等因素的制約，通常研究時(shí)點(diǎn)與當(dāng)下存在著一定時(shí)間差，這給研究成果的應(yīng)用帶來(lái)一定的不便。本文結(jié)合2000年和2020年遙感數(shù)據(jù)解譯成果對(duì)研究區(qū)土地利用變化特征進(jìn)行了分析，并對(duì)變化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了梳理，以期為研究區(qū)土地可持續(xù)利用、國(guó)土空間規(guī)劃編制提供理論和數(shù)據(jù)上的支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

永吉縣地處吉林省中部，地理位置在東經(jīng)125°48′9″～126°40′1″、北緯43°18′7″～43°35′00″之間，東與吉林市豐滿區(qū)接壤，北與吉林市相鄰，西與長(zhǎng)春市毗鄰，南與磐石市、樺甸市接壤，地形地貌為低山丘陵區(qū)，整體地勢(shì)是由東南向西北逐漸平緩，形成平原區(qū)-丘陵區(qū)-中低山地區(qū)，海拔高度依次遞減。永吉縣氣候?qū)俦睖貛Т箨懶愿珊导撅L(fēng)型氣候，其特點(diǎn)是四季分明，春季干燥多大風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季涼爽多晴好天氣，冬季漫長(zhǎng)寒冷，年均氣溫5.3℃。截至2019年末，全縣下轄10個(gè)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)（區(qū)）及1個(gè)水庫(kù)管理局。全縣戶籍總?cè)丝?30 997人，其中，鄉(xiāng)村人口244 026人，城鎮(zhèn)人口86 971人。全縣GDP實(shí)現(xiàn)64.2億元，全縣城鎮(zhèn)居民人均可支配收入26 340元，農(nóng)村居民人均純收入14 591元。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選用中國(guó)研制的30 m空間分辨率全球地表覆蓋數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)共包含2000版、2010版和2020版。該數(shù)據(jù)使用的分類影像主要是30 m多光譜影像，包括美國(guó)陸地資源衛(wèi)星（Landsat）的TM5、ETM+、OLI多光譜影像和中國(guó)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星（HJ-1）多光譜影像，2020版數(shù)據(jù)還使用了16 m分辨率高分一號(hào)（GF-1）多光譜影像，擇優(yōu)選擇數(shù)據(jù)生產(chǎn)基準(zhǔn)年或更新年度年±2年內(nèi)植被生長(zhǎng)季的多光譜影像。本次研究選用研究區(qū)2000版和2020版，將研究區(qū)土地劃分為耕地、林地、草地、濕地、水域和建設(shè)用地。

2 研究方法

2.1 單一土地利用動(dòng)態(tài)度

單一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度反映了土地類型的動(dòng)態(tài)幅度與變化速度[1]，其計(jì)算公式為：

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別為研究初期與研究末期某種土地利用類型的面積；T為研究時(shí)段。

2.2 土地利用程度

土地利用程度是表征一定區(qū)域內(nèi)利用強(qiáng)度的指標(biāo)，從一定程度上反映土地利用效率[5]，其計(jì)算公式為：

式中：P為土地利用程度綜合指數(shù)且1～4之間變動(dòng)；Ai為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積；H為土地總面積；n為土地利用類型個(gè)數(shù)。

2.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)一定時(shí)序單元內(nèi)各土地利用要素間面積的轉(zhuǎn)化過(guò)程與轉(zhuǎn)移狀態(tài)的定量描述，能夠全面地反映區(qū)域特定時(shí)間段內(nèi)土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和轉(zhuǎn)換方向[1]，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：Aij為各種土地的面積；n為土地利用類型數(shù)量，i，j為轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類型結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)度分析

通過(guò)ArcGIS經(jīng)過(guò)柵格與矢量轉(zhuǎn)換工具，制作研究區(qū)2000年與2020年土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取兩期研究區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)及土地利用動(dòng)態(tài)度（見(jiàn)表1）。

從土地利用類型結(jié)構(gòu)來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)耕地和林地是優(yōu)勢(shì)地類，在2000年占研究區(qū)總面積的95.11%，到2020年下降至84.54%，其中，林地下降比例較高。從動(dòng)態(tài)度來(lái)看，變化幅度最大的為草地，主要原因是2000年后調(diào)整了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)草地本身面積相對(duì)較小，導(dǎo)致其土地利用動(dòng)態(tài)度高達(dá)68.10%。建設(shè)用地的變化在20年間增加了66.43%，土地利用結(jié)構(gòu)變化較為強(qiáng)烈。

3.2 土地利用程度分析

本文結(jié)合前人的研究，按照人類對(duì)不同土地利用類型受干預(yù)強(qiáng)度將研究區(qū)中的濕地賦值為1，草地、水體、林地賦值為2，耕地賦值為3，建設(shè)用地賦值為4，按照公式（2）求取研究區(qū)內(nèi)土地利用程度變化。通過(guò)計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)土地利用程度由2000年的2.542上升至2.584，研究區(qū)內(nèi)總體土地利用程度不高，但呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。

3.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移分析

為了進(jìn)一步深入刻畫永吉縣土地利用類型變化情況，通過(guò)ArcGIS空間分析，獲取兩期土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣（見(jiàn)表2）。

由表2可知，作為人類影響程度最高的建設(shè)用地，在研究期內(nèi)增加了4 468.40 hm2，其中，主要來(lái)源為耕地和林地，值得注意的是占用耕地面積為5 604.57 hm2，同時(shí)，由于項(xiàng)目區(qū)實(shí)施了城鎮(zhèn)建設(shè)用地增加與農(nóng)村建設(shè)用地減少相掛鉤項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱“增減掛鉤”），建設(shè)用地中的居民點(diǎn)用地減少1 705.79 hm2，變?yōu)楦亍?000年以來(lái)，由于實(shí)施“天保工程”，對(duì)3 249.70 hm2的耕地進(jìn)行了還林，對(duì)2 693.60 hm2的耕地進(jìn)行了還草，使“天保工程”得到了較好實(shí)施。但從濕地增減源來(lái)看，其增減源主要為水體，研究區(qū)地表水呈現(xiàn)出萎縮的態(tài)勢(shì)。

3.4 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化受自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三重系統(tǒng)的影響，研究區(qū)在研究期內(nèi)土地利用變化主要受如下幾個(gè)方面影響。

表 1 2000～2020年永吉縣土地利用類型結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)度（單位：hm2，%）

表 2 2000～2020年永吉縣土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣（單位：hm2）

3.4.1 自然因素

永吉縣歷史上多次遭受洪災(zāi)，在1986～2002年的17年中，大小水災(zāi)共有12次，特別是在研究期內(nèi)2010年和2017年，永吉縣發(fā)生了特大洪水，導(dǎo)致土地利用類型變化劇烈。從地形地貌的條件來(lái)看，永吉縣地形坡度按≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、＞25°分為平地、平坡地、緩坡地、緩陡坡地、陡坡地，分別占全縣的16.89%、33.81%、34.64%、13.15%和1.51%，而土地利用變化劇烈的區(qū)域主要分布在0°～15°區(qū)域，說(shuō)明自然條件中的地形條件是導(dǎo)致土地利用變化的重要影響因素之一。

3.4.2 社會(huì)因素

永吉縣2000年戶籍人口為42.3萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為27.72%，到2020年，戶籍人口為37.69萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為26.40%，人口城鎮(zhèn)化水平有所下降。永吉縣縣域遷出人口大于遷入人口，機(jī)械增長(zhǎng)率總體呈現(xiàn)逐年下滑趨勢(shì)，導(dǎo)致城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加速率小于全國(guó)平均水平，耕地中存在著部分撂荒現(xiàn)象，也是導(dǎo)致耕地坡度較小的區(qū)域變?yōu)椴莸氐脑蛑弧?/p>

3.4.3 經(jīng)濟(jì)因素

2003年，永吉縣全縣GDP實(shí)現(xiàn)20.72億元；2019年，全縣GDP實(shí)現(xiàn)64.20億元，增長(zhǎng)了超過(guò)3倍，其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)了3.60億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)了15.80億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)了24.10億元，可以看出，經(jīng)濟(jì)主要增長(zhǎng)點(diǎn)是第三產(chǎn)業(yè)，因此城鎮(zhèn)用地一直處于擴(kuò)張狀態(tài)，而耕地不斷減少。

4 結(jié)論

4.1 土地利用類型結(jié)構(gòu)變化不一

草地、建設(shè)用地比例顯著增加，林地比例顯著下降，耕地比例相對(duì)穩(wěn)定。2000～2020年，由于研究區(qū)受經(jīng)濟(jì)發(fā)展和退耕還林還草等因素的影響，草地比例上升了8.14%，其土地利用動(dòng)態(tài)度高達(dá)68.10%；建設(shè)用地凈增加4 468.40 hm2，導(dǎo)致其比例上升1.70%；林地面積減少最多，為22 307.42 hm2，導(dǎo)致其比例下降8.49%；耕地比例在20年間共下降2.08%，其結(jié)構(gòu)比例相對(duì)穩(wěn)定。

4.2 土地利用程度總體較低，出現(xiàn)了緩慢上升的態(tài)勢(shì)

由于研究區(qū)地處山地丘陵區(qū)，林地和耕地的比例相對(duì)較高，總體利用程度在2.6以內(nèi)。土地利用程度最高的建設(shè)用地在總量上有所增加，但整體所占的比例不高，導(dǎo)致從2000～2020年間，土地利用程度僅上升了0.042。

4.3 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張土地主要來(lái)源于耕地，退耕還草效果和水體向濕地演化明顯

從研究區(qū)研究時(shí)段的土地轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)看，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張中來(lái)源于耕地的面積有5 604.57 hm2，占建設(shè)用地增加來(lái)源的90.14%；在25°以上的區(qū)域中增加的草地主要是由耕地變化而來(lái)，其面積有2 693.60 hm2，水體轉(zhuǎn)出面積中的328.62 hm2變?yōu)闈竦?，占轉(zhuǎn)出面積的73.60%，水體保護(hù)顯得尤為重要。

4.4 土地利用變化中主要受自然和經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)，人口因素影響較小

從研究區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力來(lái)看，多次洪水災(zāi)害導(dǎo)致了林地和耕地面積的變化，尤其是林地，有相當(dāng)一部分退化為草地。研究區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)主要來(lái)源于第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致建設(shè)用地增長(zhǎng)速度相對(duì)較快，較為深刻地影響了建設(shè)用地和耕地的數(shù)量與結(jié)構(gòu)。作為社會(huì)因素中的人口，永吉縣人口一直處于負(fù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，對(duì)土地利用變化影響相對(duì)較小。