李 穎，高長(zhǎng)春，陳泓辛，劉 亞，李金花，郭紫微

（黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，貴州 都勻 558000）

土地利用/覆被變化（Land Use and Cover Change，簡(jiǎn)稱(chēng)LUCC）作為全球氣候變化和全球環(huán)境變化研究關(guān)注的重要內(nèi)容，其不僅對(duì)降水量、凈初級(jí)生產(chǎn)力、碳氮物質(zhì)排放等造成直接影響，而且會(huì)危及食物安全。LUCC 作為公認(rèn)的影響全球環(huán)境變化的兩大主要因素之一，其在全球可持續(xù)發(fā)展研究領(lǐng)域占有十分重要的地位。因此，加強(qiáng)區(qū)域LUCC 研究，對(duì)了解區(qū)域土地利用現(xiàn)狀，合理規(guī)劃利用土地資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用不同數(shù)據(jù)和分析方法，從多角度對(duì)LUCC 進(jìn)行了大量研究，并取得豐碩的研究成果。GASHAW 等對(duì)埃塞俄比亞青尼羅河盆地安達(dá)薩流域LUCC 進(jìn)行評(píng)估，并采用CA-Markov 模型預(yù)測(cè)其2030年和2045年土地利用情況。SAHANA 等對(duì)印度宋河流域的土地利用變化格局進(jìn)行分析，并探討了土地利用變化對(duì)森林破碎化的影響。臧玉珠等以井岡山市為例，對(duì)山區(qū)縣域土地利用格局進(jìn)行分析，認(rèn)為其分布具有明顯的地形梯度效應(yīng)。宋小青認(rèn)為，土地利用形態(tài)主要表現(xiàn)在空間變化和功能變化兩個(gè)方面。王金亮等分析了1990—2000年和2000—2010年三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)林用地變化圖譜特征和農(nóng)林用地變化軌跡。

隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和《黔中城市群發(fā)展規(guī)劃》的獲批，都勻市經(jīng)濟(jì)獲得較快發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，人地矛盾更加突出，因此研究都勻市土地利用時(shí)空演變具有重要意義。本文以首批國(guó)家新型城鎮(zhèn)化綜合試點(diǎn)縣（市）都勻市為研究區(qū)，利用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心研發(fā)的GlobeLand30 數(shù)據(jù)（http://www.globallandcover.com），探究都勻市2000—2020年土地利用時(shí)空格局演變特征，以期為都勻市土地資源優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

都勻市位于貴州省南部偏東地區(qū)（107°07′E～107°46′E，25°51′N(xiāo)～26°26′N(xiāo)），是黔南布依族苗族自治州首府，是首批國(guó)家新型城鎮(zhèn)化綜合試點(diǎn)縣（市）、國(guó)家產(chǎn)城融合示范區(qū)。都勻市總面積為2 285 km，平均海拔為938 m，地貌以山地、丘陵為主，并有少量盆地，山地、丘陵和盆地面積分別占總面積的82.83%、13.51%和3.66%。都勻市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為16.1 ℃。2020年，地區(qū)生產(chǎn)總值為2 233 883 萬(wàn)元，戶(hù)籍人口為51.6 萬(wàn)人。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

采用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的2000年、2010年和2020年三期空間分辨率為30 m 的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)（GlobeLand30）。根據(jù)第三方驗(yàn)證，2010年的總體精度為83.50%，Kappa 系數(shù)為0.78；2020年的總體精度為85.72%，Kappa 系數(shù)為0.82。GlobeLand30 數(shù)據(jù)把土地利用類(lèi)型分為耕地、森林、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪等十類(lèi)。都勻市矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)1∶100 萬(wàn)全國(guó)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)（https://www.webmap.cn/main.do?method=index）。

數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程利用都勻市矢量數(shù)據(jù)對(duì)GlobeLand30 進(jìn)行掩膜提取，獲得都勻市2000年、2010年和2020年三期空間分辨率為30 m 的地表覆蓋數(shù)據(jù)。都勻市土地利用類(lèi)型包括耕地、林地、草地、水體和人造地表等五類(lèi)。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)

土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)用于探究某區(qū)域內(nèi)，單位面積上土地利用類(lèi)型從時(shí)期到時(shí)期發(fā)生的改變。其計(jì)算公式為

式中：LTI為土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)；K、K分別為研究期初和研究期末類(lèi)土地在區(qū)域內(nèi)的面積；LA為區(qū)域面積；為研究時(shí)段長(zhǎng)度（年）。

1.3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度用來(lái)直觀反映土地利用類(lèi)型變化速度，其包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度用來(lái)探究某種用地類(lèi)型在研究時(shí)段內(nèi)的數(shù)量變化幅度和速度，不同時(shí)段進(jìn)行對(duì)比，可以反映土地利用變化劇烈程度的差異；綜合土地利用動(dòng)態(tài)度用來(lái)反映研究區(qū)全部土地利用類(lèi)型的總變化速率。其計(jì)算公式分別為

式中：和分別為單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；U、U分別為研究期初和研究期末某種用地類(lèi)型的面積；ΔLU為研究期內(nèi)第種用地類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)榉穷?lèi)用地類(lèi)型的絕對(duì)數(shù)量；LU為研究期初第類(lèi)用地類(lèi)型的數(shù)量；為地類(lèi)數(shù)量；為研究時(shí)段長(zhǎng)度（年）。

1.3.3 轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣用于反映研究區(qū)在不同時(shí)段內(nèi)土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征以及各用地類(lèi)型轉(zhuǎn)移的方向，用于直觀分析研究區(qū)的土地利用變化情況。利用ArcGIS 10.5 軟件中的柵格計(jì)算器工具對(duì)都勻市2000年、2010年和2020年三期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，進(jìn)而在Excel 軟件中制作土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，以探究都勻市不同土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用面積變化分析

2000—2020年，都勻市土地利用分布如圖1所示。經(jīng)分析，都勻市主要的土地利用類(lèi)型為林地和耕地；林地面積占比最大，但隨著時(shí)間的推移，林地面積呈下降趨勢(shì)，西部林地面積高于東部；耕地面積所占比重為第二位，但隨著時(shí)間的推移，耕地面積呈上升趨勢(shì)，都勻市東部耕地面積高于西部；草地主要分布在都勻市西部，其他區(qū)域零星分布；水體在都勻市主要呈零星分布；人造地表主要分布在人口集中的中部偏北區(qū)域，且在研究時(shí)段內(nèi)人造地表呈逐步增加趨勢(shì)。

圖1 2000—2020年都勻市土地利用分布

由表1可知，2000—2020年，都勻市土地面積絕對(duì)變化量的排序?yàn)椋毫值兀靖兀救嗽斓乇恚静莸兀舅w。2000—2020年，林地面積呈逐漸減少趨勢(shì)，共減少23 566.68 hm；耕地面積呈逐漸增加趨勢(shì)，共增加17 913.69 hm；人造地表呈先減少后增加趨勢(shì)，2000—2010年減少34.47 hm，2010—2020年增加4 435.02 hm，2000—2020年共增加4 400.55 hm；草地面積呈先增加后減少趨勢(shì)，其在波動(dòng)中增加858.42 hm；水體面積逐漸增加，共增加394.02 hm。

表1 2000—2020年都勻市各地類(lèi)所占比例

2.2 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移情況

都勻市2000—2010年、2010—2020年和2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分別如表2、表3和表4所示。經(jīng)分析，都勻市20年間土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移頻繁，不同土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移方式較為多樣。2000—2010年，耕地的增加主要來(lái)自林地、草地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為2 807.82 hm、1 573.47 hm；林地的增加主要來(lái)自耕地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積為842.40 hm；草地的增加主要來(lái)自耕地、林地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為3 344.04 hm、3 082.50 hm；水體的增加主要來(lái)自草地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積為200.16 hm；人造地表的增加主要來(lái)自草地、耕地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為87.30 hm、59.67 hm。2010—2020年，耕地的減少主要是因?yàn)楦剞D(zhuǎn)為林地、人造地表、草地，面積分別為7 350.66 hm、2 865.42 hm、2 407.23 hm，而耕地的增加主要來(lái)自林地和草地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為24 879.60 hm、4 951.89 hm；林地的增加主要來(lái)自耕地、草地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為7 350.66 hm、4 810.95 hm；草地的增加主要來(lái)自林地、耕地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為4 279.50 hm、2 047.23 hm；水體的增加主要來(lái)自林地、耕地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為287.73 hm、169.83 hm；人造地表的增加主要來(lái)自耕地、林地的轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為2 865.42 hm、1 367.73 hm。2000—2020年，減少的耕地主要轉(zhuǎn)為林地，面積為8 220.96 hm，其次為人造地表，面積為2 867.67 hm；減少的林地主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為26 704.89 hm，其次為草地，面積為6 870.51 hm；減少的草地主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為4 145.58 hm，其次為林地，面積為3 444.66 hm；減少的水體主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為155.16 hm，其次為人造地表，面積為78.39 hm；減少的人造地表主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為249.93 hm。

表2 都勻市2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表3 都勻市2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表4 都勻市2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

2.3 土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

都勻市各土地利用類(lèi)型的土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)和單一土地利用動(dòng)態(tài)度如表5所示。經(jīng)計(jì)算，2000—2010年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.274%，2010—2020年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為1.175%，2000—2020年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.626%。

表5 都勻市土地利用動(dòng)態(tài)變化分析結(jié)果

2.3.1 土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)

從土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)來(lái)看，2000—2010年，土地利用變化的主體是林地和草地，林地土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)為負(fù)，說(shuō)明其面積呈減少趨勢(shì)，而草地土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)為正，說(shuō)明其面積呈增加趨勢(shì)；耕地、水體和人造地表的土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)較低，說(shuō)明在此期間耕地、水體和人造地表的變化強(qiáng)度較弱。2010—2020年，土地利用變化的主體是林地和耕地，林地土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)為負(fù)，說(shuō)明其面積呈減少趨勢(shì)，而耕地土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)為正，說(shuō)明其面積呈增加趨勢(shì)；草地、水體和人造地表的土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)較低，說(shuō)明在此期間草地、水體和人造地表的變化強(qiáng)度較弱。從第一個(gè)時(shí)間段到第二個(gè)時(shí)間段，各種土地利用類(lèi)型土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)的絕對(duì)值均呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，人地矛盾突出，各土地利用類(lèi)型的變化強(qiáng)度逐漸增大。從整體上看，2000—2020年，土地利用變化的主體是林地和耕地，二者具有較大的變化強(qiáng)度，但林地面積呈減少趨勢(shì)，而耕地面積呈增加趨勢(shì)；草地、水體和人造地表的變化強(qiáng)度較弱。

2.3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

分析表5可知，都勻市不同土地利用類(lèi)型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度存在明顯差異。2000—2010年，林地和人造地表面積減少，其單一土地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù)，分別為-0.326%和-0.199%；耕地、草地和水體的面積增加，其單一土地利用動(dòng)態(tài)度為正，分別為0.040%、4.006%和2.809%，草地在此階段單一土地利用動(dòng)態(tài)度最高，說(shuō)明其擴(kuò)張趨勢(shì)明顯。2010—2020年，草地和林地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù)，分別為-2.332%和-1.259%，說(shuō)明在此期間都勻市草地和林地面積呈縮小趨勢(shì)；人造地表、水體和耕地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為正，分別為26.112%、5.741%和2.815%，說(shuō)明人造地表、水體和耕地呈擴(kuò)張趨勢(shì)。人造地表的單一土地利用動(dòng)態(tài)度高達(dá)26.112%，說(shuō)明隨著都勻市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，其建設(shè)用地面積大幅增加。從整個(gè)研究時(shí)段看，2000—2020年，林地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù)，為-0.772%，表明其面積呈縮小趨勢(shì)；人造地表、水體、耕地和草地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為正，分別為12.697%、5.081%、1.434%和0.370%，說(shuō)明人造地表的擴(kuò)張趨勢(shì)最劇烈。

由上文可知，都勻市2000—2010年和2010—2020年兩個(gè)時(shí)間段的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分別為0.274%和1.175%，表明2000—2010年都勻市土地利用變化比較平穩(wěn)，土地利用格局相對(duì)穩(wěn)定，2010—2020年都勻市土地利用變化比較劇烈，綜合利用程度升高。

3 結(jié)論

本文選取都勻市作為研究區(qū)，采用土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)、單一土地利用動(dòng)態(tài)度、綜合土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣等方法，對(duì)其2000—2020年土地利用時(shí)空演變特征進(jìn)行分析。研究表明，2000—2020年，都勻市各用地類(lèi)型面積的排序?yàn)椋毫值兀靖兀静莸兀救嗽斓乇恚舅w；都勻市各用地類(lèi)型面積絕對(duì)變化量的排序?yàn)椋毫值兀靖兀救嗽斓乇恚静莸兀舅w。2000—2020年，都勻市土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移頻繁，不同土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移方式較為多樣。其間，減少的耕地主要轉(zhuǎn)為林地，面積為8 220.96 hm，其次為人造地表，面積為2 867.67 hm；減少的林地主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為26 704.89 hm，其次為草地，面積為6 870.51 hm；減少的草地主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為4 145.58 hm，其次為林地，面積為3 444.66 hm；減少的水體主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為155.16 hm，其次為人造地表，面積為78.39 hm；減少的人造地表主要轉(zhuǎn)為耕地，面積為249.93 hm。

從第一個(gè)時(shí)間段到第二個(gè)時(shí)間段，各種土地利用類(lèi)型土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)的絕對(duì)值均呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，人地矛盾突出，各土地利用類(lèi)型的變化強(qiáng)度逐漸增大。從整體上看，2000—2020年，土地利用變化的主體是林地和耕地，二者具有較大的變化強(qiáng)度，林地面積呈減少趨勢(shì)，而耕地面積呈增加趨勢(shì)；草地、水體和人造地表的變化強(qiáng)度較弱。

都勻市不同土地利用類(lèi)型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度存在明顯差異。從整個(gè)研究時(shí)段看，2000—2020年，林地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù)，為-0.772%，表明其面積呈縮小趨勢(shì)；人造地表、水體、耕地和草地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度為正，分別為12.697%、5.081%、1.434%和0.370%，說(shuō)明人造地表的擴(kuò)張趨勢(shì)最劇烈。都勻市2000—2010年和2010—2020年兩個(gè)時(shí)間段的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分別為0.274%和1.175%，表明2000—2010年都勻市土地利用變化比較平穩(wěn)，土地利用格局相對(duì)穩(wěn)定，2010—2020年都勻市土地利用變化比較劇烈，綜合利用程度升高。