鄭維龍

(山西工程職業(yè)學(xué)院,太原 030001)

土地利用(LUCC)是人類與自然交互作用復(fù)合地球系統(tǒng)中的重要組成載體,其利用方式的變化是決定生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素之一[1],研究土地利用變化可為生態(tài)評估、環(huán)境變化、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展驅(qū)動提供理論基礎(chǔ)與現(xiàn)實(shí)依據(jù)。遙感技術(shù)因其監(jiān)測范圍廣、時序周期長、成本低易獲取等特點(diǎn),在對地觀測中得到廣泛應(yīng)用[2-3]。國內(nèi)外學(xué)者利用遙感影像,結(jié)合GIS軟件,通過不同的研究方法在土地利用變化這一研究領(lǐng)域取得了豐碩成果。

以長治市2000、2010、2020年30米土地利用遙感影像為研究對象,利用GIS軟件對其進(jìn)行解譯,通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣法、土地利用趨勢變化法等方法分析長治市兩個十年的土地利用動態(tài)時空變化特征,以期為長治市生態(tài)環(huán)境保護(hù)及高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

選用國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)提供的全球30米地表覆蓋(GlobeLand30)數(shù)據(jù)集[4],參照分類標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)長治市的土地覆蓋特征,將其分為林地、草地、水體、濕地、耕地與建設(shè)用地六類。利用Arcgis軟件的重分類功能賦值,得到長治市2000年、2010年、2020年的土地利用空間分布影像。

1 研究方法

1.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是描述不同土地類型相互轉(zhuǎn)換的一種方式,用于定量體現(xiàn)不同土地類型間面積變化的數(shù)量與方向[2]。具體表達(dá)式如下:

(1)

式中,U為土地利用面積,Uii為研究期內(nèi)土地利用類型未發(fā)生變化的面積,Uij為研究期內(nèi)由第i類土地轉(zhuǎn)變?yōu)榈趈類土地利用類型的面積。

1.2 土地利用變化動態(tài)幅度

土地利用變化動態(tài)幅度可定量描述研究期內(nèi)土地的變化速率,對土地利用差異與利用趨勢預(yù)測具有重要意義[3]。具體表達(dá)式如下:

(2)

式中,UIN表示研究期內(nèi)轉(zhuǎn)入土地的面積,UOUT表示研究期內(nèi)轉(zhuǎn)出土地的面積,T為研究周期,本研究中T=10。

1.3 土地利用變化趨勢

為研究土地利用類型的未來變化趨勢,采用土地利用空間變化趨勢公式進(jìn)行分析[5]。具體表達(dá)式如下:

式中,Q為變化趨勢指數(shù),U末、U初分別表示研究開始與結(jié)束時同一土地利用類型的面積,UIN、UOUT表示研究期內(nèi)同一土地利用類型轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積的狀況。當(dāng)-1

2 實(shí)證研究結(jié)果

2.1 長治市土地利用轉(zhuǎn)移情況

利用式(1)及遙感影像數(shù)據(jù)得到長治市2000—2010年及2010—2020年兩個周期內(nèi)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,詳見表1、表2。

表1 2000—2010年長治市土地利用轉(zhuǎn)移面積變化矩陣Tab.1 Change of land use transfer area in Changzhi City from 2000 to 2010 (單位:km2)

表2 2010—2020年長治市土地利用轉(zhuǎn)移面積變化矩陣Tab.2 Change of land use transfer area in Changzhi City from 2010 to 2020 (單位:km2)

2000—2010年,長治市不同土地類型轉(zhuǎn)出面積由高到低依次為:耕地233.74 km2、草地190.48 km2、建設(shè)用地41.67 km2、林地33.22 km2、水體6.83 km2、濕地2.68 km2,分別占轉(zhuǎn)出總面積的45.6%、37.4%、0.82%、0.65%、0.13%及0.005%。周期內(nèi),耕地、草地、建設(shè)用地是其主要的土地利用類型,轉(zhuǎn)化程度也最高。其中,耕地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地(54.44%)、草地(25.76%)及森林(14.76%),草地主要轉(zhuǎn)為耕地(53.15%)與林地(43.15%)。

在空間分布上,耕地轉(zhuǎn)為林地的主要分布在平順縣東部、長子縣東南部,轉(zhuǎn)為草地的主要分布在襄垣縣北部、長子縣中部、平順縣中部,轉(zhuǎn)為濕地的主要分布在屯留縣中部、長治市轄區(qū)中部等水域周邊,轉(zhuǎn)為水體的主要分布在襄垣縣西部、屯留縣中部,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的主要分布在長治市中部及各個縣地理位置優(yōu)越的區(qū)域。林地轉(zhuǎn)為耕地的主要集中分布在屯留縣西部、沁縣南部、壺關(guān)縣北中部、潞城市北部、長子縣西部等區(qū)域。草地轉(zhuǎn)為耕地的主要分布在平順縣中部、襄垣縣北中部、壺關(guān)縣北部、潞城市北部,轉(zhuǎn)為林地的主要集中在壺關(guān)縣北中部及平順縣東部,轉(zhuǎn)為水體的集中分布在襄垣縣東南部,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的主要分布在垣曲縣中部。濕地轉(zhuǎn)為耕地的主要集中在沁縣中部、武鄉(xiāng)縣東部。水體轉(zhuǎn)為耕地的主要分布在襄垣縣中部、沁縣中部。建設(shè)用地轉(zhuǎn)為耕地的主要零星分布在潞城市西南部、屯留縣東部、沁縣北中部、襄垣縣中南部、沁縣中部。

2010—2020年,長治市不同土地類型中轉(zhuǎn)出面積由高到低依次為:耕地620.28 km2、草地576.93 km2、林地470.08 km2,分別占轉(zhuǎn)出總面積的36.14%、33.61%、27.38%。濕地、水體、建設(shè)用地面積變化較小。耕地中有310.73 km2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地(50%),212.97 km2轉(zhuǎn)為草地(34.33%)。草地中有372.74 km2轉(zhuǎn)為林地(46.60%),184.73 km2轉(zhuǎn)為耕地(32.02%),18.19 km2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地(3.1%)。林地中有345.42 km2轉(zhuǎn)為草地(73.48%),120.38 km2轉(zhuǎn)為耕地(25.61%)。

在空間分布上,耕地轉(zhuǎn)為林地的零星分布在襄垣縣北中部、沁縣南部、沁源縣西部、長子縣西部、平順縣中部等區(qū)域,轉(zhuǎn)為草地的主要在沁源縣南部、武鄉(xiāng)縣東南部、黎城縣中部、襄垣縣北中部、屯留縣西北部、潞城市北部、平順縣西南部、壺關(guān)縣北部等地,轉(zhuǎn)為水體的集中分布在沁源縣北中部、武鄉(xiāng)縣北部等地,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的主要分布在黎城縣中南部、潞城市中南部、襄垣縣南部、屯留縣東南部、長子縣東部、長治縣北部及市轄區(qū)等部分區(qū)域。林地轉(zhuǎn)為耕地的零星分布在沁源縣西部、沁縣中部、垣曲縣西北部、黎城縣東部、潞城市北部、屯留縣西部、平順縣西南部、壺關(guān)縣中部等地,轉(zhuǎn)為草地的主要分布在沁源縣中南部、沁縣東部、黎城縣北部、屯留縣西部、潞城市中部、平順縣大部、長子縣中西部、壺關(guān)縣東部等地。草地轉(zhuǎn)為耕地的主要分布在武鄉(xiāng)縣東部、沁縣東部、襄垣縣北部、潞城市北中部、屯留縣西部、壺關(guān)縣西北部、長子縣中部等地,轉(zhuǎn)為林地的集中分布在長子縣西部、屯留縣西部、沁源縣南部、黎城縣北中部、武鄉(xiāng)縣南部、平順縣大部、壺關(guān)縣中部等地,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的主要分布在沁源縣中部、垣曲縣中部、武鄉(xiāng)縣南部、長治縣中部等地。

2.2 土地利用動態(tài)及變化趨勢

2000—2010年,長治市耕地、草地、林地、濕地、水體及建設(shè)用地的動態(tài)度分別為-0.024%、-0.06%、0.25%、0.18%、0.03%、0.22%。2010—2020年,其土地利用動態(tài)度分別為-0.04%,-0.002%、-0.003%、0.054%、0.26%、0.67%?？梢娫谶@兩個周期內(nèi),耕地、草地總面積都呈現(xiàn)減少趨勢,濕地、水體、建設(shè)用地面積呈現(xiàn)增加趨勢,林地面積呈現(xiàn)先增長后減少趨勢。

2000—2010年,長治市耕地、林地、草地、濕地、水體、建設(shè)用地的趨勢指數(shù)分別為-0.13、0.55、-0.49、0.47、0.15、0.52。2010—2020年,其趨勢指數(shù)分別為-0.27 、-0.01、-0.01、0.21、0.56、0.77。可見在研究期后的一段時期內(nèi),長治市的耕地、草地及林地使用面積將有所縮減,而濕地、水體及建設(shè)用地的面積會增加。

3 結(jié)論

分析DEM數(shù)據(jù)及同期的NDVI數(shù)據(jù)集發(fā)現(xiàn),長治市海拔在500～1000 m的地類轉(zhuǎn)換較為頻繁,而海拔較高區(qū)域的地類變化較為單一。海拔較高區(qū)域及遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展區(qū)的土地利用類型變化較小,側(cè)面說明人類活動對其土地利用類型變化的影響較高。

通過Arcgis土地利用重心遷移分析發(fā)現(xiàn),長治市研究期內(nèi)不同地類重心的遷移趨勢如下:耕地在2000—2010年重心向北西方向偏移22.45 km,2010—2020年重心向西偏移16.38 km,2000—2020年兩個周期內(nèi)重心整體向西偏北方向移動33.13 km。林地在2000—2010年重心向東北偏移13.24 km,2010—2020年重心向東南偏移17.34 km,在2000—2020年兩個周期內(nèi)重心整體向東偏北方向移動15.46 km。建設(shè)用地在2000—2010年重心向西偏南移動18.62 km,2010—2020年重心向南移動14.38 km,2000—2020年兩個周期內(nèi)重心整體向西南方向移動27.53 km。

研究發(fā)現(xiàn),2000—2020年:①長治市耕地、林地、草地、建設(shè)用地波動較大,耕地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,新增建設(shè)用地382 km2。城市擴(kuò)張、城鎮(zhèn)化建設(shè)是這一現(xiàn)象的主導(dǎo)因素。②長治市耕地的變化速率、動態(tài)度、趨勢指數(shù)為負(fù)值,建設(shè)用地為正值。③長治市的建設(shè)用地呈衛(wèi)星狀擴(kuò)張,這直接導(dǎo)致了耕地與建設(shè)用地重心的偏移。