陳 麗

（1.寧夏自然資源信息中心，寧夏 銀川 750002）

目前，國內(nèi)關(guān)于土地利用變化的研究主要是研究方法和研究區(qū)域不同[1-2]，大致分為以下幾類研究：最多的一類是探究土地利用時空變化特征及驅(qū)動因素，如張浚茂[3]等利用GIS技術(shù)手段，結(jié)合統(tǒng)計分析方法研究了東南諸河流域1990－2015年土地利用時空變化特征及驅(qū)動機制；一類是探究土地利用變化與城鎮(zhèn)化的關(guān)系，如陳娟[4]等利用RS、GIS和相關(guān)性分析方法建立函數(shù)響應(yīng)度模型，探究土地利用變化與城鎮(zhèn)化的關(guān)系；一類是基于土地利用變化探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，如呂霜霜[5]等利用RS和GIS技術(shù)基于LUCC進行了生態(tài)服務(wù)價值變化研究；一類利用轉(zhuǎn)移矩陣等方法的簡單分析土地利用空間及時空變化情況，如張永彬[6]等利用轉(zhuǎn)移矩陣、信息熵等對研究區(qū)的土地利用變化空間分布特征等進行分析；一類是引入景觀格局相關(guān)指標分析土地利用情況，如佟光臣[7]等分析南京市土地利用/覆被景觀格局時空變化及驅(qū)動力因素。

本文選取銀川市3個市轄區(qū)（興慶區(qū)、西夏區(qū)和金鳳區(qū)，簡稱“銀川市三區(qū)”）作為研究區(qū)域，主要是考慮到城市用地變化頻率快，通過利用GIS手段分析土地利用變化規(guī)律，希望能為城市用地規(guī)劃及合理利用提供一定的參考。

1 研究區(qū)域概況

銀川市是寧夏回族自治區(qū)首府，目前下轄3個市轄區(qū)、2個縣、代管1個縣級市，分別是：興慶區(qū)、金鳳區(qū)、西夏區(qū)、永寧縣、賀蘭縣、靈武市。本次研究選擇3個市轄區(qū)，即興慶區(qū)、西夏區(qū)、金鳳區(qū)作為研究區(qū)域。

興慶區(qū)地理坐標為106°17′E～106°66′E、38°28′N～38°65′N，總面積648.08 km2；西夏區(qū)地理坐標為105°50′E～106°14′E，38°19′N～38°43′N，轄區(qū)面積883.84 km2；金鳳區(qū)地處銀川市中心，地理坐標為106°03′E～106°17′E，38°17′N～38°38′N，轄區(qū)總面積270.27 km2。銀川市三區(qū)位于銀川中部，從西往東分別為西夏區(qū)、金鳳區(qū)和興慶區(qū)，北與賀蘭縣和石嘴山市的平羅縣相鄰，南與永寧縣和靈武市相鄰。地形分為山地和平原兩大部分，地貌類型復(fù)雜，自西向東分為賀蘭山地、洪積扇前傾斜平原、洪積沖積平原、沖積湖沼平原、河谷平原等。海拔在1 010～1 150 m之間，土層較厚。位于銀川市三區(qū)西部的賀蘭山為石質(zhì)中高山，呈北偏東走向。全長約150 km，寬20～30 km，最高峰海拔3 556 m，是阻擋西北冷空氣和風沙長驅(qū)直入銀川的天然屏障。地表水水源充足，年平均降水量200 mm左右，境內(nèi)溝渠成網(wǎng)，湖泊濕地眾多，黃河是銀川的主要河流，流經(jīng)銀川市的興慶區(qū)、永寧縣和靈武市80多km，引黃灌渠有唐徠、漢延、惠農(nóng)、西干等渠。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

2009年、2013年、2018年的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)來源于寧夏自然資源信息中心（自治區(qū)自然資源檔案館），將三期數(shù)據(jù)的三級分類歸類到二級類，共八大類，分別是耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地、城鎮(zhèn)村及工礦用地。利用ArcGIS軟件的疊加分析制作土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，確定土地利用數(shù)量變化，利用標準差橢圓分析、變化圖譜確定土地利用變化空間特征[8]。通過疊加后的結(jié)果計算土地利用強度和動態(tài)度指數(shù)來研究土地利用的時間變化規(guī)律。

2.2 GIS分析工具

2.2.1 疊加分析

地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，也是地理信息系統(tǒng)與其他計算機系統(tǒng)的根本區(qū)別[9]。地理信息系統(tǒng)的空間分析可分為：疊加分析、方位分析、度量分析、柵格分析和地形分析等。GIS的疊加分析功能有擦除（Erase）、識別（Identity）、相交（Intersect）等。本文主要用到GIS的相交分析功能，三期數(shù)據(jù)先進行融合（Dissolve），通過相交分析，導出屬性表，利用Excel中的數(shù)據(jù)透視表得到2009－2013年、2013－2018年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，得到土地利用的數(shù)量變化。

變化圖譜是一種時空復(fù)合分析方法[10-11]，本質(zhì)上也是GIS的疊加分析。利用ArcGIS10.2.2軟件將研究期內(nèi)的3期數(shù)進行疊置并利用屬性字段計算器計算3 a地類變化，并進行分類，最終生成一幅可以直觀地反映各地類空間變化過程的變化圖。

2.2.2 土地利用標準差橢圓分析

創(chuàng)建標準差橢圓或橢圓體來匯總地理要素的空間特征：中心趨勢、離散和方向趨勢。測量一組點或區(qū)域的趨勢的一種常用方法是計算X、Y和Z方向上的標準距離，利用橢圓體，可以查看要素的分布時候為狹長形，是否具有特定方向。

本文利用ArcGIS軟件中的空間統(tǒng)計分析工具中的方向分布Directional土地利用變化的離散和方向趨勢，分析2009－2013年，2013－2018年的土地利用變化方向。

2.3 土地利用強度與動態(tài)度指數(shù)

土地利用強度指數(shù)LTIi是某一空間單元i內(nèi)，土地利用類型j從a時期到b時期在單位面積上發(fā)生的變化[12]，是該空間單元土地面積變化速度的標準化，計算公式如下：

式中，Kj，a、Kj，b分別為研究初期a及研究末期b土地利用類型j在空間單元i內(nèi)的面積；LAi為空間單元i的土地面積；T為研究時段長，最終結(jié)果取絕對值。

土地利用動態(tài)度是土地利用類型變化速度的直觀反映，本文利用單一動態(tài)度K[13]用于衡量某一具體用地類型在一定時間范圍內(nèi)的數(shù)量變化情況，公式如下：

式中，Uai、Ubi分別是研究期初和研究期末某土地利用類型i的面積；T為研究時段長。

3 結(jié)果與分析

3.1 轉(zhuǎn)移矩陣

將銀川市三區(qū)2009年和2013年、2013年和2018年的土地利用分類結(jié)果利用ArcGIS軟件進行疊加分析，得到2009－2013年，2013－2018年的土地利用面積轉(zhuǎn)移情況如表1和表2所示。

表2 2013～2018年銀川市三區(qū)土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣hm 2

從表1可以看出，2009－2013年間，耕地和草地面積轉(zhuǎn)出最大，分別是2 720.65 hm2和1 821.17 hm2，轉(zhuǎn)出率分別為38.87%和26.02%；園地和交通運輸用地轉(zhuǎn)出最少，分別是173.49 hm2和21.73 hm2，轉(zhuǎn)出率分別為2.48%和0.31%，從轉(zhuǎn)出的地類占用的面積比率來看，各種地類轉(zhuǎn)出為城鎮(zhèn)村及工礦用地比率最大。在轉(zhuǎn)入地類中，轉(zhuǎn)入最多的是城鎮(zhèn)村及工礦用地和耕地，分別是4 570.48 hm2和989.05 hm2，轉(zhuǎn)入率分別為65.30%和14.13%，轉(zhuǎn)入最少的是園地和林地，分別是95.17 hm2和2.85 hm2，轉(zhuǎn)入率分別為1.36%和0.04%。

表1 2009－2013年銀川市三區(qū)土地利用變化面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm 2

2009－2013年間，2013年城鎮(zhèn)村及工礦用地與交通運輸用地較2009年有大幅增長，分別增長4 304.32 hm2和560.01 hm2。充分體現(xiàn)了2009－2013年銀川市三區(qū)城區(qū)的擴張及交通設(shè)施的建設(shè)對用地的需求，從而導致耕地、園地、林地、草地和其他土地都有不同程度的減少。其中，耕地減少面積最大，達到3 731.61 hm2，主要轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)村及工礦用地，其次是草地面積減少1 665.79 hm2，主要轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)村及工礦用地。

從表2可以看出，2013－2018年間，耕地和草地轉(zhuǎn)出最大，分別為2 265.39 hm2和1 093.43 hm2，轉(zhuǎn)出率分別為38.64%和18.65%；園地和交通運輸用地轉(zhuǎn)出最少，分別是181.09 hm2和10.99 hm2，轉(zhuǎn)出率分別為3.09%和0.19%，從轉(zhuǎn)出的地類占用的面積比率來看，各種地類轉(zhuǎn)出為城鎮(zhèn)村及工礦用地比率最大。在轉(zhuǎn)入地類中，轉(zhuǎn)入最多的是城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地，分別是3 085.01 hm2和1 431.82 hm2，轉(zhuǎn)入率分別為52.62%和24.42%，園地和林地均無轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入最小的是耕地和其他土地，分別為321.01 hm2和205.90 hm2，轉(zhuǎn)入率分別為5.48%和3.51%。

2013－2018年間，2018年城鎮(zhèn)村及工礦用地與交通運輸用地較2013年有大幅增長，分別增長2 795.72 hm2和1 420.81 hm2。尤其是交通運輸用地的需求相比2009－2013年大幅度的增加，耕地也有一定程度的增長（增長55.62 hm2），從而導致園地、林地、草地和其他土地都有不同程度的減少。其中，其他土地減少面積最大，達到了790.29 hm2，主要轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)村及工礦用地，其次是草地面積減少663.03 hm2，主要轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)村及工礦用地。

3.2 變化圖譜

參照張永彬[6]等在研究遷西縣土地利用空間變化分析方法，將三期土地利用類型分類結(jié)果繪制變化圖譜，其結(jié)果理論有8×8×8共512種土地利用變化情況，按照每一類圖斑在不同時期呈現(xiàn)不同的土地利用類型，將研究區(qū)分為前期變化型（B-A-A）、后期變化型（A-A-B）、持續(xù)變化型（A-B-C）、反復(fù)變化型（A-C-A）和穩(wěn)定型（A-A-A）5種類型，變化圖譜如圖1所示。

圖1中可以直觀地反映出土地利用變化模式中穩(wěn)定型占比最大，占到總面積的92.99%，其他類型相對較少，其中前期變化型和后期變化型分別占到總面積的3.76%和3.13%，反復(fù)變化型和持續(xù)變化型分別占到總面積的0.08%和0.05%。這說明近10 a來土地利用總體上穩(wěn)定的。在穩(wěn)定型變化模式中,耕地-耕地-耕地所占比例最大，占到土地利用總面積的23.70%，交通運輸用地-交通運輸用地-交通運輸用地的變化模式占比最小，占土地利用總面積的1.53%。

圖1 銀川市三區(qū)土地利用變化合成圖譜

在前期變化型中，耕地-城鎮(zhèn)村及工礦用地-城鎮(zhèn)村及工礦用地的變化模式所占比例最大，面積為2 165.40 hm2，后期變化型中，耕地-耕地-城鎮(zhèn)村及工礦用地變化模式所占比例最大，面積為1 285.80 hm2，持續(xù)變化型中，林地-園地-城鎮(zhèn)村及工礦用地變化模式所占比例最大，面積為20.71 hm2，反復(fù)變化型中，草地-城鎮(zhèn)村及工礦用地-草地變化模式所占比例最大，面積為40.40 hm2。

綜上所述，可以看出研究區(qū)土地利用變化以穩(wěn)定型為主，穩(wěn)定型的草地、林地主要分布在在西夏區(qū)西部的賀蘭山自然保護區(qū)、興慶區(qū)東部等地。在賀蘭山東麓的銀川平原，溝渠縱橫，是塞上江南、魚米之鄉(xiāng)，穩(wěn)定型中所占面積最大耕地大多數(shù)分布銀川市三區(qū)城區(qū)的周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，表明銀川市三區(qū)對于耕地的保護強度大，有利于有效利用銀川平原的灌溉優(yōu)勢。穩(wěn)定型排名第三的城鎮(zhèn)村及工礦用地則主要分布銀川市三區(qū)的中部，這些地區(qū)基本上是建成區(qū)，所以用地比較穩(wěn)定。無論是前期變化型還是后期變化型，均是耕地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)村及工礦用地的面積較大，主要集中分布在銀川市三區(qū)城市周邊及部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地周邊，這說明近10 a來銀川市城市的擴張及鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地占用了一定數(shù)量的耕地及其他用地。還有一部分前期變化型和后期變化型分布在興慶區(qū)的最南部和最北部，最北部是前期生態(tài)移民導致的土地利用變化和后期建設(shè)機場導致土地利用的變化；興慶區(qū)的最南部是銀川濱河新區(qū)，這部分土地利用的變化主要是銀川濱河新區(qū)的發(fā)展導致的土地利用變化，前期主要是建立工廠導致的用地變化，后期用地類型是向城鎮(zhèn)村及工礦用地中的城市用地的轉(zhuǎn)換。

3.3 土地利用標準差橢圓分析結(jié)果

2009－2013年和2013－2018年的土地利用標準差橢圓分析結(jié)果如表3所示。

表3 土地利用變化標準差橢圓計算結(jié)果

對比2個時期標準差橢圓參數(shù)（表3和圖2）可知，2009－2013年與2013－2018年銀川市三區(qū)土地利用變化方向比較明顯，以東西-南北方向為主軸，且后期相比前期中心位置向東部偏移，后期土地利用變化標準差橢圓的周長和面積比前期大，旋轉(zhuǎn)方向也發(fā)生了一定偏移。從變化圖斑來看，2009－2013年和2013－2018年相比變化圖斑分布較前期少，說明前期城市建設(shè)和擴張導致的土地利用變化程度較后期快。

圖2 土地利用變化標準差橢圓

3.4 土地利用強度與動態(tài)度

銀川市三區(qū)的土地利用強度及動態(tài)度指數(shù)如表4所示。

表4 銀川市三區(qū)土地利用強度及動態(tài)度指數(shù)

從變化強度指數(shù)來看，2009－2013年銀川市三區(qū)土地利用變化結(jié)構(gòu)的主體為城鎮(zhèn)村及工礦用地、耕地和草地。2013－2018年土地利用變化結(jié)構(gòu)的主體為城鎮(zhèn)及工礦用地、耕地和交通運輸用地。隨著城市化進程和交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地以及耕地成為了土地利用變化結(jié)構(gòu)的主體。其中，城鎮(zhèn)村及工礦用地和耕地的變化強度均呈現(xiàn)下降趨勢。林地和草地的土地利用變化強度呈現(xiàn)下降趨勢，這說明對生態(tài)用地的利用強度在減少。

從動態(tài)度指數(shù)來看，交通運輸用地相對于其他用地類型一直處于較高水平，2009－2013年為4.03%，2013－2018年則達到7.09%，近6 a交通運輸用地的變化速率仍然在加快。城鎮(zhèn)村及工礦用地的動態(tài)度2009－2013年為3.61%，2013－2018年下降到1.66%，近6 a來城鎮(zhèn)村及工礦用地的變化速率在減緩。園地和其他土地的動態(tài)度在增加，耕地、林地、草地和水域及水利設(shè)施用地的動態(tài)度均在減少。

4 結(jié)語

本研究利用土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，采用轉(zhuǎn)移矩陣、變化圖譜、土地利用強度等指數(shù)分析了銀川市三區(qū)土地利用變化的特征和規(guī)律，得出以下結(jié)論。

1）從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析中得出，2009－2013年和2013－2018年，轉(zhuǎn)出最多的均為耕地和草地。

2）從土地利用變化圖譜中可以看出2009－2018年，近10a來銀川市三區(qū)的土地利用模式以穩(wěn)定型為主。

3）土地利用變化標準差橢圓分析得出，2009－2013年和2013－2018年銀川市三區(qū)的土地利用變化方向比較明顯，以東西-南北方向為主軸，后期相比前期中心位置向東部偏移，這符合銀川市三區(qū)的土地利用特點，道路走向也是以東西-南北為軸。

4）利用土地利用強度和動態(tài)度指數(shù)分析結(jié)果來看，土地利用強度的分析中城鎮(zhèn)村及工礦用地和耕地處于主導地位，林地和草地的土地利用強度呈現(xiàn)下降趨勢。交通運輸用地的動態(tài)度指數(shù)較高，后期比前期有所增長，增長了3.04%；城鎮(zhèn)村及工礦用地的動態(tài)度在下降，其他土地利用類型的動態(tài)度均在減少。

5）從不同角度對銀川市三區(qū)土地利用變化的研究結(jié)果符合銀川市城市化在不斷擴張的規(guī)律，城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地需求在近10 a一直處于活躍狀態(tài)，導致城市周邊其他土地利用類型面積的減少，同時對草地、林地、園地等生態(tài)用地的利用強度在不斷減少，說明銀川市三區(qū)的發(fā)展對生態(tài)用地的保護越來越重視。

6）本文只利用了三期的數(shù)據(jù)，研究時段在今后的研究中可以再往前擴展。同時未對引起土地利用變化的驅(qū)動力因素進行分析，希望在以后的研究中從這幾方面進行深入分析。