馮媛媛 王世航

摘 要：監(jiān)測(cè)和分析土地資源利用現(xiàn)狀及其變化趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和生態(tài)文明建設(shè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。基于RS和GIS技術(shù)，對(duì)甘州區(qū)和臨澤縣2005—2020年四期的遙感影像進(jìn)行土地利用分類(lèi)，通過(guò)土地利用動(dòng)態(tài)度變化掌握該區(qū)各土地利用類(lèi)型變化去向，利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)礦區(qū)土地利用變化特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：①由面積占比來(lái)看，未利用地最大，耕地、草地、建設(shè)用地次之，林地和水體的所占比例均很小。②2005—2020年各地類(lèi)單一土地利用動(dòng)態(tài)度的差異性較大，較為突出的是林地，年變化率為45.7%;其他地類(lèi)的動(dòng)態(tài)度均表現(xiàn)出小規(guī)模減少甚至還有上升的趨勢(shì)，綜合動(dòng)態(tài)度為0.44%，變化呈現(xiàn)出階段性。③各土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)出面積及比例從大到小依次為草地>居民地>耕地>水體>林地>未利用地?？傮w而言，該研究區(qū)趨于良好的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;動(dòng)態(tài)度變化;轉(zhuǎn)移矩陣;甘州區(qū)和臨澤縣

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.24 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）7-0116-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.027

Abstract： Monitoring and analyzing the current situation of land resource utilization and its changing trend is of great significance to the sustainable development of local economy and ecological civilization construction. Based on RS and GIS technology， the land use classification of ganzhou district and Linze County from 2005 to 2020 was carried out by using remote sensing images. The change direction of land use types in the region was determined by the change of land use dynamic attitude， and the characteristics of land use change in the mining area were analyzed by using transfer matrix. The results show that ：① in terms of area proportion， the unused land is the largest， followed by cultivated land， grassland and construction land， and the proportion of forest land and water body is very small. ② From 2005 to 2020， there was a great difference in dynamic attitude of single land use in different regions， especially forestland. The annual change rate was 45.7%， and the other land types showed a small decrease or even an increase trend. The comprehensive dynamic attitude was 0.44%， and the change showed stages. ③ The transfer area and proportion of each land use type in descending order were grassland > residential land > cultivated land > water body > forest land > unused land. In general， the study area tends to have a good development trend.

Keywords： land use change; dynamic attitude change; transfer matrix; Ganzhou District and Linze County

0 引言

位于張掖市的甘州區(qū)和臨澤縣，屬溫帶半荒漠地區(qū)，是典型的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)[1，2];同時(shí)，作為我國(guó)青藏高原的生態(tài)安全屏障和北方防沙帶的關(guān)鍵區(qū)域，甘州區(qū)和臨澤縣的生態(tài)環(huán)境安全，不僅事關(guān)人民的生存環(huán)境和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也是關(guān)系民族團(tuán)結(jié)、社會(huì)安定、國(guó)防穩(wěn)固的大事[3]。

目前，許多學(xué)者利用GIS或RS技術(shù)、空間分析技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)中國(guó)土地利用變化研究進(jìn)行分析。鄭永超等[4-6]通過(guò)分析2000—2016年寧夏土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)和能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，構(gòu)建碳排放模型，結(jié)果顯示建設(shè)用地的增加是碳排放的主要因素，并且在土地流轉(zhuǎn)矩陣的基礎(chǔ)上探討了土地利用的演變[4-6];童威等利用2000—2019年武漢市Landsat影像，揭示了武漢市各土地利用類(lèi)型變化的幅度及土地利用的狀態(tài)[7];吳旭影等以長(zhǎng)春市2009—2018年的城市用地為研究對(duì)象，以土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的方法為研究手段，分析土地利用類(lèi)型變化和土地利用結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[8]。筆者基于RS和GIS技術(shù)，對(duì)甘州區(qū)和臨澤縣2005—2020年四期的遙感影像進(jìn)行土地利用分類(lèi)，通過(guò)土地利用動(dòng)態(tài)度變化掌握該區(qū)各土地利用類(lèi)型變化去向，利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)礦區(qū)土地利用變化特征進(jìn)行分析，以期為該研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域是張掖市甘州區(qū)和臨澤縣。甘州區(qū)地理位置介于100°06′—100°52′E，38°32′-39°24′N(xiāo)，臨澤縣地處99°51′—100°30′E，38°57′—39°42′N(xiāo)。該研究區(qū)大部分地區(qū)氣候干燥，屬大陸性溫帶季風(fēng)氣候。據(jù)2020年甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒可知，甘州區(qū)土地總面積約為4 242.12 km2，臨澤縣土地總面積為2 167.71 km2。

1.2 數(shù)據(jù)源的選取

本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)選取2005年、2010年、2015年、2020年甘州區(qū)和臨澤縣影像質(zhì)量較好、云量較低、季相較近的遙感影像數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，重訪周期為16 d，輔助數(shù)據(jù)為張掖市行政邊界矢量數(shù)據(jù)和其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。具體遙感影像信息見(jiàn)表1。

考慮到數(shù)據(jù)系統(tǒng)的完整性與遙感數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的一致性及可獲取性，通過(guò)搜集張掖市統(tǒng)計(jì)年鑒、甘州區(qū)和臨澤縣統(tǒng)計(jì)年鑒、土地利用總體規(guī)劃等相關(guān)資料，對(duì)研究區(qū)2005—2020年的各類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便了解和掌握甘州區(qū)自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況[1]。土地利用分類(lèi)依據(jù)已有土地利用分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，再借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有土地利用覆被變化研究成果[9]，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，將土地利用類(lèi)型分為耕地、林地、草地、居民地、水體、未利用地六類(lèi)，最終形成了甘州區(qū)和臨澤縣土地利用遙感分類(lèi)體系[2]（見(jiàn)表2）。

2 研究方法與過(guò)程

2.1 監(jiān)督分類(lèi)

首先在ENVI5.3中對(duì)遙感影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像增強(qiáng)和幾何精度校正等圖像預(yù)處理，對(duì)同期影像做圖幅鑲嵌處理，再按研究區(qū)矢量邊界范圍對(duì)圖像進(jìn)行裁剪;然后通過(guò)4、3、2波段通道進(jìn)行假彩色合成，選取ROI樣本，采用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)[10]，并結(jié)合目視解譯對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行修改，通過(guò)混淆矩陣對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)得出變化檢測(cè)結(jié)果[11];最后利用ArcGIS10.5軟件提取各土地利用類(lèi)型信息，通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析得出土地利用變化的范圍和數(shù)量[12]，基于此得到甘州區(qū)和臨澤縣2005—2020年四期土地利用類(lèi)型圖。

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度模型

土地利用動(dòng)態(tài)度模型分為單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[13]，可從定量分析的角度闡明土地利用變化的速度，對(duì)比分析不同時(shí)期的土地利用變化差異和依據(jù)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用變化作用明顯。

2.2.1 單一動(dòng)態(tài)度。依據(jù)某個(gè)研究區(qū)在一個(gè)或多個(gè)時(shí)期中某一土地利用類(lèi)型表現(xiàn)出數(shù)量上的變化情況[13]。計(jì)算公式如式（1）。

式中：[K]為單一土地利用動(dòng)態(tài)度，[u1]為初始面積，[u2]為末期面積，[t1]為初始面積對(duì)應(yīng)的初始時(shí)間，[t2]為末期面積對(duì)應(yīng)的時(shí)間[13]。

2.2.2 綜合動(dòng)態(tài)度。研究區(qū)內(nèi)各種土地利用類(lèi)型數(shù)量變化的總體速度[13]。其計(jì)算公式如式（2）。

式中：[LC]為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，[?LA（ij）]為[t2～t1]時(shí)期內(nèi)第[i]類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)榉荹i]類(lèi)土地利用類(lèi)型面積的絕對(duì)值，[LA（i，t1）]為第[i]類(lèi)土地類(lèi)型在監(jiān)測(cè)開(kāi)始階段[t1]時(shí)期的面積數(shù)據(jù)，[t2～t1]為研究時(shí)長(zhǎng)[13]。

2.2.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。通過(guò)對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)度分析僅能反映變化面積及速率，構(gòu)建轉(zhuǎn)移矩陣[14]則可以明確地類(lèi)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而判斷不同地類(lèi)的流轉(zhuǎn)方向，結(jié)合實(shí)際可對(duì)內(nèi)部規(guī)律進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

土地利用變化分析是多角度和多方面的。本文從土地利用類(lèi)型數(shù)量變化、結(jié)構(gòu)變化和轉(zhuǎn)移方向三個(gè)角度分析了2005—2020年甘州區(qū)和臨澤縣的土地利用變化特征，并在此基礎(chǔ)上研究土地利用類(lèi)型及結(jié)構(gòu)變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。

3.1 土地利用現(xiàn)狀分析

研究期間甘州區(qū)和臨澤縣的土地利用變化總體較為穩(wěn)定，個(gè)別地類(lèi)數(shù)量變化緩慢起伏，城市擴(kuò)張較為迅速，林地面積變化顯著。

通過(guò)分析2005、2010、2015和2020年的土地利用現(xiàn)狀圖，利用ArcGIS10.5軟件得到該研究區(qū)四個(gè)年份的土地利用類(lèi)型面積變化及所占比例變化情況（表3）。

由表3可知，研究區(qū)總面積為6 409.834 2 km2，土地利用變化首先反映在不同土地利用類(lèi)型數(shù)量變化幅度上，近年來(lái)甘州區(qū)和臨澤縣大部分土地利用變化類(lèi)型的變化幅度顯著。其中，未利用地的面積所占比例最大，耕地、草地、建設(shè)用地次之，林地和水體面積所占比例均很小。

2005年，未利用地的數(shù)量為4 300.991 1 km2，占總面積比例最高，為67.10%;其次為耕地，面積為1 136.247 3 km2，占比為17.73%;草地、居民地的面積相當(dāng)，面積分別為365.073 3 km2、330.193 8 km2，占總面積的5.70%和5.15%;再次，林地的面積為217.548 km2，占比為3.39%;水體的面積相對(duì)較小，占比總和不足1%，是研究區(qū)面積最小的土地利用類(lèi)型。

2010年，未利用地的數(shù)量為4 220.664 3 km2，仍居于主導(dǎo)地位，占土地總面積的65.84%;耕地和草地面積增加明顯，分別為1 398.248 1 km2、441.315 9 km2，二者占比21.81%和6.89%;居民地和林地在這五年間下降速度最明顯，總的占比不足5%;水體面積不斷減少，但幅度并不大，說(shuō)明水域?qū)ν恋乩米兓瘮_動(dòng)作用逐漸減弱，這種情況針對(duì)甘州區(qū)和臨澤縣主要是因?yàn)榈匦我蛩睾途G洲連年干涸等原因。

2015年，未利用地的面積有小幅度的下降，但仍居主導(dǎo)地位;耕地和草地有所減少，面積為1 291.069 8 km2、309.502 8 km2，占比為20.14%和4.83%;同時(shí)，居民地和林地的面積分別為354.961 8 km2、278.128 8 km2，相較于2010年增長(zhǎng)幅度很大;水體的面積為64.515 6 km2，占比為1.01%。

2020年，除林地面積大幅度增加外，其余五種土地利用類(lèi)型的面積都有一定程度的下降;耕地和水體的下降速度明顯，面積為1 011.222 9 km2、37.249 2 km2，占比分別為15.78%和0.58%;林地面積由原來(lái)的278.128 8 km2增加到現(xiàn)在的814.008 6 km2，占比由不足5%增長(zhǎng)到12.70%;居民地和未利用地的面積不斷減少，但變化幅度不明顯，總的占比為67.34%，未利用地依舊占比最大。

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度變化分析

本研究基于2005—2020年土地利用現(xiàn)狀圖，通過(guò)土地利用單一動(dòng)態(tài)度（變化率）以及綜合動(dòng)態(tài)度來(lái)描述2005—2020年土地利用類(lèi)型變化速度。

由表4可知，2005—2020年各種地類(lèi)變化差異較大，較為明顯的是林地。2005—2010年，水體為-5.23%，林地為-9.35%，未利用地為-0.31%，居民地為-5.91%，草地為3.48%，耕地為3.84%，此時(shí)段各地類(lèi)大幅度變化，耕地和草地緩慢增加，而其他地類(lèi)則表現(xiàn)出大規(guī)模減少。2010—2015年，水體為9.54%，林地為31.89%，未利用地為-0.43%，居民地為11.09%，草地為-4.98%，耕地為-1.28%，此時(shí)段居民地和林地變化顯著，未利用地單一動(dòng)態(tài)度緩慢降低，草地和耕地的變化率先增加在降低。2015—2020年，只有林地年變化率呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，年變化率為32.11%，未利用地和草地的年變化率分別為-0.42%和-4.25%;耕地、水體和居民地年變化率持續(xù)下降，其中水體和居民地的年變化速度最快為-7.04%、-2.12%，其次是耕地-3.61%。2005—2020年增長(zhǎng)速度最快依舊是林地，年變化率為45.70%，其他地類(lèi)動(dòng)態(tài)度均表現(xiàn)出小規(guī)模減少甚至還有上升的趨勢(shì)。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度在2005—2010年達(dá)到0.88%，然后在2010—2015年增加到0.91%，在2015—2020年達(dá)到峰值1.39%，近15年其綜合動(dòng)態(tài)度為0.44%，呈現(xiàn)出階段性變化。

3.3 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移分析

基于甘州區(qū)和臨澤縣2005年、2020年的分類(lèi)結(jié)果，依靠ArcGIS中的相交工具將兩期數(shù)據(jù)疊加，添加字段計(jì)算地圖單元面積（取整），并將結(jié)果導(dǎo)出至Excel，利用數(shù)據(jù)透視表得到轉(zhuǎn)移矩陣表（表5），通過(guò)建立甘州區(qū)和臨澤縣2005—2020年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析，各類(lèi)土地利用變化趨勢(shì)。

從表中可以得出：2005—2020年，耕地轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)榱值?gt;草地>未利用地>居民地>水體，共轉(zhuǎn)出46.75%;草地轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)楦?gt;林地>未利用地>居民地>水體，共轉(zhuǎn)出89.04%;居民地轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)楦?gt;未利用地>林地>草地>水體，共轉(zhuǎn)出78.48%;未利用地轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)榱值?gt;耕地>居民地>草地>水體，共轉(zhuǎn)出11.76%;林地轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)楦?gt;草地>居民地>未利用地>水體，共轉(zhuǎn)出13.2%;水體轉(zhuǎn)換為其他地類(lèi)的面積比例順序?yàn)榱值?gt;居民地>耕地>草地>未利用地，共轉(zhuǎn)出33.70%。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)甘州區(qū)和臨澤縣2005年、2010年、2015年和2020年土地利用現(xiàn)狀圖，該研究區(qū)內(nèi)的土地利用類(lèi)型主要以耕地和未利用地為主。在整個(gè)研究時(shí)期內(nèi)，未利用地的占地面積一直居于主導(dǎo)地位，占比在60%以上;耕地面積居于第二位，占總面積的15%以上;草地、居民地的面積次之，兩者總和占比例為10%左右;林地面積在2020年急劇增加，占比從3.39%提升至12.70%;水體面積不斷減少，但幅度并不大。

四個(gè)時(shí)期，研究區(qū)主要地類(lèi)為未利用地、耕地和林地，三者占整個(gè)研究區(qū)的85%以上。其中，未利用地所占比例最大，平均為64.90%，水體所占比例最小，平均比例不超過(guò)1%。林地面積總體增大，主要原因是國(guó)家實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和政府頒布的退耕還林政策。居民地面積先減少后增加，原因是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高造成中心城區(qū)與居民住宅不斷向未利用地?cái)U(kuò)張，用地面積增加。耕地的面積平穩(wěn)減少且變化不大，主要向林地和草地轉(zhuǎn)移。草地面積連續(xù)減少，這與人類(lèi)活動(dòng)、城市的急速擴(kuò)張緊密相連。水體面積不斷減少，很大原因是地理環(huán)境和氣候變化導(dǎo)致的。未利用地在所有土地利用類(lèi)型中所占比例最大，但比例持續(xù)下降，這是因?yàn)樯鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市擴(kuò)張速率增快。

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