祝悅 劉家福 張柏豪 孔祥力 張震禹 文思懿

(吉林師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，吉林 四平 136000)

合理利用土地資源對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)至關(guān)重要，因此研究土地利用變化一直是熱點問題之一[1]。土地利用變化與類型轉(zhuǎn)變可以反映人地關(guān)系，是人類對土地資源利用與改造的最直觀體現(xiàn)[2]。近年來，越來越多的學(xué)者在土地利用深度和廣度上進(jìn)行研究，鞠琴等基于1980—2018年土地利用數(shù)據(jù)，分析土地整體演變趨勢，并用CA-Markov模型預(yù)測2025年土地情況[3]；田港陸以1995—2020年延安市土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析土地利用動態(tài)變化[4]；陳伊多等研究2000—2020年西藏自治區(qū)的土地變化動態(tài)度、轉(zhuǎn)化趨勢等[5]。本文以松花江流域為研究區(qū)，通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地動態(tài)度對松花江流域2005—2020年土地利用動態(tài)變化進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)概況

松花江流域(N41°42′～51°38′，E119°52′～132°31′)地處中國東北的北部地區(qū)，是中國七大河之一[6]，流域內(nèi)有內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧4個省份，總流域面積為55.72×104km2，松花江流域是我國重要的糧食和工業(yè)基地，農(nóng)業(yè)和工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中有重要地位，其中三面都為山系，中部為松嫩平原[7]。研究區(qū)概況如圖1所示。

圖1 研究區(qū)概況

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究土地利用數(shù)據(jù)下載自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，分辨率為1km的柵格數(shù)據(jù)，選擇2005年、2010年、2015年和2020年4期數(shù)據(jù)，按照《土地利用分類現(xiàn)狀》(GB/T 21010-2017)劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地6個地類[8]。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

利用ArcGIS軟件得出土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以展示不同地類之間的轉(zhuǎn)變、流量和流向[9]。

2.2.2 土地利用動態(tài)度

根據(jù)公式計算松花江流域2005—2020年土地利用動態(tài)度[10]，計算公式：

(1)

式中，T表示整個研究周期；K表示在T時期內(nèi)某種地類的動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究初期和末期某種土地利用類型的占比面積[11]。

區(qū)域土地利用類型的綜合變化程度可以用土地利用綜合動態(tài)度表示，其值越高，表示研究期間內(nèi)土地利用變化越強(qiáng)烈，反之則越穩(wěn)定[12]，公式：

(2)

式中，LC表示綜合土地利用類型動態(tài)度；LUi表示研究初期第i類土地類型的面積；ΔLUi-j表示研究期間內(nèi)i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類的面積；T表示整個研究周期[13]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用時空動態(tài)變化特征

利用ArcGIS軟件對土地利用數(shù)據(jù)處理，得到2005—2020年松花江流域土地利用圖。由圖2可知，松花江流域耕地主要位于松嫩平原的中部；林地主要分布在西部和東部地區(qū)；草地面積先上升后下降，共減少6747.85km2，零星分布于中部以及西南部地區(qū)；水域面積先增加后減少，多集中于松花江干流以及支流地區(qū)；建設(shè)用地面積共增加了2564.34km2。

圖2 松花江土地利用圖

對2005—2020年的松花江流域做土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣，見表1，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以看出各種地類的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出情況[14]。由表1可知，2005—2020年松花江流域土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣中，耕地的轉(zhuǎn)出面積為40840.83km2，其中轉(zhuǎn)出為林地的面積最大，占轉(zhuǎn)出面積的38.42%，轉(zhuǎn)入面積為48929.96km2，轉(zhuǎn)入的主要來源是林地和草地；林地轉(zhuǎn)出面積為36747.57km2，轉(zhuǎn)出大部分變?yōu)楦睾筒莸兀D(zhuǎn)入面積為33267.42km2，轉(zhuǎn)入的大部分來自耕地；草地的轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積，其中轉(zhuǎn)出面積為29404.22km2，轉(zhuǎn)出的大部分變?yōu)楦睾土值?，轉(zhuǎn)入面積為22734.65km2，其中轉(zhuǎn)入的主要來源為耕地和林地；水域的轉(zhuǎn)出面積為8855.2km2，轉(zhuǎn)入面積為4976.05km2；建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積，表明城市化的進(jìn)程不斷加快；未利用土地的轉(zhuǎn)出面積為17643.93km2，轉(zhuǎn)入面積為21015.42km2，轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積。

表1 2005—2020年松花江流域土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣

3.2 土地利用動態(tài)度變化

土地動態(tài)度計算結(jié)果為正值說明這種土地類型在研究期間是增長趨勢；為負(fù)值則為下降趨勢；該值絕對值越大，代表動態(tài)度越大[15]。由表2可知，松花江流域2005—2010年變化較明顯的為水域和建設(shè)用地，這是由于隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，松花江流域內(nèi)修建大量基礎(chǔ)設(shè)施，周邊的林地和草地會被侵占，所以有減少趨勢。松花江流域2010—2015年內(nèi)建設(shè)用地的動態(tài)度最大，證明經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑用地面積快速增長。松花江流域2005—2020年耕地、建設(shè)用地和未利用土地為增加趨勢，說明人類在開發(fā)利用土地。

表2 松花江流域土地利用單一動態(tài)度

由表3可知，2005—2020年松花江流域綜合土地利用動態(tài)度為0.153%，從2005—2020年綜合土地動態(tài)度不斷增加，代表在這期間土地利用變化越強(qiáng)烈。其中，2015—2020年的綜合土地利用程度最大，2005—2010年的綜合土地利用程度最低，表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人類對土地利用變化的劇烈程度越來越大。在利用土地資源的同時，要注意土地資源優(yōu)化，保持人與自然和諧相處。

表3 2005—2020年松花江流域綜合土地利用動態(tài)度

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

松花江流域耕地主要位于松嫩平原的中部，耕地轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積，其中轉(zhuǎn)入主要來源是林地和草地；林地面積是6個地類中面積最大的類型，主要分布在西部和東部地區(qū)，林地大部分轉(zhuǎn)出變?yōu)楦睾筒莸?；草地零星分布于中部以及西南部地區(qū)；水域多集中于松花江干流以及支流地區(qū)；建設(shè)用地轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出面積，證明城市化進(jìn)程加快，2005—2020年建設(shè)用地面積共增加了2564.34km2。

松花江流域2005—2020年各類土地動態(tài)度絕對值最小為林地，證明林地的變化最小，其中耕地、建設(shè)用地和未利用土地為增加趨勢，說明人類在開發(fā)利用土地。2005—2020年綜合土地動態(tài)度持續(xù)增加，表明松花江流域的土地利用程度在不斷增加。

4.2 討論

本文利用2005—2020年松花江流域土地利用數(shù)據(jù)，計算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動態(tài)度來研究土地的變化?？傮w而言，林地作為面積最大的地類且在這期間變化程度最小，代表松花江流域比較重視林地的建設(shè)，隨著松花江流域的不斷發(fā)展，耕地、建設(shè)用地和未利用土地面積為增加趨勢，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時要注意松花江流域生態(tài)環(huán)境不被破壞。在未來要把研究重點放在土地利用變化影響因素和區(qū)域環(huán)境承載力等方面，能更清晰地探討人地關(guān)系，有利于土地資源合理利用，對松花江流域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。