基于轉(zhuǎn)移矩陣的昆明市呈貢區(qū)土地利用變化分析

龍杰

摘 要：城市區(qū)域的土地利用變化與人類活動(dòng)密切相關(guān)，受人類活動(dòng)影響的同時(shí)也影響著區(qū)域內(nèi)人類的生活發(fā)展，與區(qū)域內(nèi)的水土流失關(guān)系緊密。昆明市呈貢區(qū)地處喀斯特地貌區(qū)，研究該轄區(qū)可以有效掌握該區(qū)域的土地利用變化情況、土地類型轉(zhuǎn)換情況及區(qū)域發(fā)展情況，為分析該區(qū)的水土流失狀況提供依據(jù)。該文運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣方法研究昆明市呈貢區(qū)的土地利用變化特征、土地利用轉(zhuǎn)化率及年平均變化率。研究結(jié)果表明呈貢區(qū)增長(zhǎng)的類型為城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地2類，轉(zhuǎn)換損失最嚴(yán)重的是耕地，該時(shí)期呈貢處于城建迅速擴(kuò)張階段，耕地的轉(zhuǎn)換貢獻(xiàn)最為突出。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)移矩陣；喀斯特地區(qū)；呈貢區(qū)；土地利用

中圖分類號(hào) F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）17-0075-04

Evalution of Land Use Change of Chenggong District Based on Land Use Transfer Matrix

Long Jie

（Yunnan Normal University，Kunming 65000，China）

Abstract：Land use change in urban areas is closely related to human activities. It is also affected by human activities and affects the development of human life in the region. It is also closely related to soil erosion in the region. The Chenggong District of Kunming City is located in the karst landform area. Studying the area can effectively grasp the land use change，land type conversion and regional development in the area，and provide a basis for analyzing the soil erosion in the area. This paper uses the land use transfer matrix method to study land use change characteristics，land use conversion rate and annual average change rate in Chenggong District of Kunming City. The results show that the types of land types in the Chenggong District are urban villages，industrial and mining land and transportation land. The most serious conversion loss is cultivated land，indicating that the Chenggong is in the stage of rapid urban construction expansion，and the conversion contribution of cultivated land is the most prominent.

Key words：Transfer matrix；Karst area；Chenggong district；Land use

土地利用變化類因子是影響水土流失變化的重要類型因子，同時(shí)提供土地覆蓋以及土地利用中涉及的人類獲得類型等信息，有助于環(huán)境影響評(píng)價(jià)及潛在的土地利用多樣性分析。目前比較常用的土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息的分析方法主要包括傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、構(gòu)造參數(shù)方法、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣法以及景觀格局特征分析法[1]。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述，在土地利用變化分析中具有重要作用，并得到較為廣泛的應(yīng)用[2-4]。相對(duì)于其他分析方法，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的科學(xué)性及優(yōu)勢(shì)性在于它的生成靈活多變，分析結(jié)果不受地物類別、數(shù)量限制，同時(shí)又可以對(duì)多時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[5]。通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，可以用矩陣陣列的形式去展示土地利用變化類型的各類轉(zhuǎn)移參數(shù)，通過研究轉(zhuǎn)移矩陣中所包含的土地類型轉(zhuǎn)移規(guī)律，作為土地的用地結(jié)構(gòu)和土地類型變化方面的研究基礎(chǔ)，以定量的方式直觀地反映出某一區(qū)域內(nèi)某段時(shí)期土地利用類型之間的轉(zhuǎn)移情況，甚至可以細(xì)化到轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)移概率，從而對(duì)獲取轉(zhuǎn)移前后的各土地地類的結(jié)構(gòu)特征及分析區(qū)域內(nèi)土地利用的轉(zhuǎn)移規(guī)律提供基礎(chǔ)條件。

呈貢隸屬云南省昆明市，處喀斯特地貌區(qū)，區(qū)內(nèi)四周山脈環(huán)繞，焚風(fēng)效應(yīng)明顯，生態(tài)環(huán)境脆弱、水土流失情況嚴(yán)重，屬省水土流失重點(diǎn)防治區(qū)。研究分析該區(qū)的土地利用類型轉(zhuǎn)換情況，對(duì)于了解喀斯特區(qū)域的土地類型變化的驅(qū)動(dòng)因素及水土流失的變化狀況具有積極作用。本文利用GIS與RS技術(shù)，采用土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣針對(duì)呈貢區(qū)的2011—2016年土地利用動(dòng)態(tài)格局進(jìn)行分析，獲取變化面積、變化概率，結(jié)合該區(qū)實(shí)際的發(fā)展情況以期分析出土地利用變化與城鎮(zhèn)發(fā)展的關(guān)系，為土地利用及管理提供決策支持。

1 研究區(qū)概況及信息源

呈貢屬云南省昆明市下屬市轄區(qū)，地處東經(jīng)102°45'～103°00'，北緯24°42'～25°00'，低緯度高原平壩地區(qū)，海拔1900～2000m，氣候?qū)俚途暥雀咴撅L(fēng)氣候型，年平均氣溫14.7℃，年均降雨量800mm，森林覆蓋率46%。

研究所用的數(shù)據(jù)主要來源于2011年和2016年2個(gè)年份的昆明市土地利用調(diào)查成果。根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，將該區(qū)的土地利用地類按耕地、草地、林地、園地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地、交通運(yùn)輸用地及其他土地8個(gè)一級(jí)類進(jìn)行劃分。其中其他土地主要包括裸巖、沙地等除上述7個(gè)地類之外的土地地類。

2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣定義 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣借用了轉(zhuǎn)移矩陣的系統(tǒng)分析優(yōu)勢(shì)，利用同一區(qū)域內(nèi)不同時(shí)期的土地現(xiàn)狀覆蓋數(shù)據(jù)，求解出1個(gè)二維矩陣，其中矩陣的行表示研究末期各土地利用類型對(duì)應(yīng)的面積數(shù)據(jù)，列表示研究期初始各類型對(duì)應(yīng)的面積參數(shù)，通過對(duì)轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行定量分析，獲取2個(gè)不同時(shí)相地類之間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣描述出不同地類在不同時(shí)期所發(fā)生變化的土地類型以及變化面積的情況。不僅能靜態(tài)的反映出，同一區(qū)域內(nèi)特定時(shí)間段間不同地類的面積情況，還能夠凸顯出各個(gè)地類在研究初期和研究末期特定參數(shù)下的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況。若考慮面積參數(shù)，則該矩陣反映區(qū)域內(nèi)土地利用面積的變化，通過分析地類的總量變化，可了解到土地利用的變化趨勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)的變化。

轉(zhuǎn)移矩陣主要應(yīng)用表現(xiàn)在：采用GIS技術(shù)疊置分析2期土地利用圖像，采取二維陣列的形式去描述數(shù)據(jù)即可獲得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過轉(zhuǎn)移矩陣可以分析2期數(shù)據(jù)間各土地利用類型的轉(zhuǎn)移情況，分析研究初期和末期各類土地的流失、來源和構(gòu)成情況，通常結(jié)合土地利用數(shù)量變化、空間變化等指數(shù)進(jìn)行分析[6]。生成轉(zhuǎn)移矩陣的具體操作為：使用ArcMap處理2期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，建立土地類型字段，根據(jù)類型的一致性進(jìn)行同類融合，通過使用疊加分析的方式，對(duì)進(jìn)行過同類融合的2期數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置操作，獲得交集圖層，通過建立新的面積字段計(jì)算出不同類型的地類面積，利用到處功能將圖層的屬性表導(dǎo)出為dbf文件，利用Excel進(jìn)行打開，并使用數(shù)據(jù)透視表操作，將行設(shè)置為末期的土地利用類型，列設(shè)置為初期的土地利用類型，即可得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

根據(jù)以上描述，運(yùn)用ArcGIS空間分析功能對(duì)呈貢區(qū)2011年和2016年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了呈貢區(qū)2011和2016年份的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，見表1。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣動(dòng)態(tài)變化指標(biāo) 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)包括土地類型轉(zhuǎn)換概率（P）和類型動(dòng)態(tài)度（D）。

在土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的基礎(chǔ)上，通過建立轉(zhuǎn)移模型，能夠更好地定量分析土地利用變化的主導(dǎo)過程。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化的主導(dǎo)過程 根據(jù)表1可知，呈貢區(qū)2011—2016年3a內(nèi)整體變化較為明顯，以耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地及園地4類變化最為突出。由呈貢區(qū)土地利用變化率表可看出，僅城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地2類土地的年變化為正，表明6年間這2種土地類型的面積呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，草地、耕地、林地、其他土地、水域及水利設(shè)施用地及園地6類呈減少趨勢(shì)。呈貢區(qū)6年間的變化主導(dǎo)主要表現(xiàn)在城市建設(shè)迅速擴(kuò)張，耕地、園地和林地面積減少較大，并向城建及交通用地轉(zhuǎn)換。呈貢區(qū)城市建設(shè)用地的迅速擴(kuò)張，主要是通過占用耕地和林地來實(shí)現(xiàn)[7]。

3.2 土地利用變化率分析 草地和林地的土地利用年變化率分別為-0.19%和-0.6%，草地的面積從2011年的19.36km2減少到18.20km2，林地的面積從2011年的128.38km2減少到2016年的124.81km2，分別減少了1.16km2和3.57km2；水域及水利設(shè)施用地由2011年的73.36km2減少到2016年的73.25km2，年變化率為-0.02%。雖然草地和林地自身的轉(zhuǎn)化率較高，分別為94.01%和97.20%，但在自身的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)草地和林地的類型覆蓋度發(fā)生變化，結(jié)合水域及水利設(shè)施用地的建設(shè)情況來看，該區(qū)域內(nèi)植被覆蓋總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

城鎮(zhèn)村及工礦用地年平均變化率為3.21%，面積從2011年的115.83km2增加到2016年的135.07km2，凈增值為19.24km2。交通運(yùn)輸用地面積從10.31km2增加到17.47km2，年均變化率為23.15%。耕地的年均變化率為-1.94%，在城市發(fā)展中損失的耕地主要轉(zhuǎn)換為城建相關(guān)的城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地2類，根據(jù)表1結(jié)果可知，耕地向城建相關(guān)的城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地2個(gè)地類的轉(zhuǎn)換率分別為10.57%和2.63%，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換面積為9.31km2和2.32km2。根據(jù)實(shí)地情況，2011—2016年呈貢區(qū)的城市建設(shè)用地迅速擴(kuò)張，2011年開工建設(shè)道路達(dá)117條，呈貢大學(xué)城的建設(shè)、市政府的搬遷等使得呈貢從1個(gè)“無人區(qū)”發(fā)展為城市次中心。

其他土地面積年轉(zhuǎn)化率為-0.15%，減少了0.88km2，除90.06%為原有的土地外，其余主要向城鎮(zhèn)及工礦用地和交通運(yùn)輸用地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換率分別為5.06%和4.64%。其他土地面積的建設(shè)由于城市擴(kuò)張的影響，在城市擴(kuò)張前，影像上顯示其他土地大部分為裸地，在城市擴(kuò)建過程中將部分土地進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。

4 討論

2011—2016年，呈貢區(qū)各土地利用類型均發(fā)生了變化，其中城鎮(zhèn)及工礦用地和交通運(yùn)輸用地2類呈增加趨勢(shì)，草地、耕地、林地、其他土地、園地及水域及水利設(shè)施用地等6類土地呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。呈貢區(qū)林地、草地和水域3大生態(tài)要素的總覆蓋度減少，與李建勇等人[8]的結(jié)論不一致。造成結(jié)論不一致的原因在于，李建勇等人研究的時(shí)間跨度是在2007—2015年間，當(dāng)時(shí)呈貢正處于城建奠基階段，尤其是該區(qū)的主要項(xiàng)目呈貢大學(xué)城的建設(shè)，該大學(xué)城占地43.15km2，占該區(qū)總面積的1/10。大學(xué)城于2005年府奠基，2007—2010年階段主要處于建筑物的基礎(chǔ)修建階段，土地被大量挖掘用于城市建設(shè)，這個(gè)時(shí)期的林地和草地大量建設(shè)，2011—2015年間配套的綠化工程及水域設(shè)施的建設(shè)，使得林地、草地及水域面積得到小幅度提升，在2007—2015年間3大要素的總覆蓋度增加，符合實(shí)際。而本文研究的時(shí)間跨度是2011—2016階段，城建的擴(kuò)張速度要優(yōu)于綠化建設(shè)的速度，草地、林地和水域的增長(zhǎng)率小于三者向城建用地的轉(zhuǎn)換率，所以導(dǎo)致3大要素的整體覆蓋度呈減少趨勢(shì)，符合實(shí)際情況。通過轉(zhuǎn)移矩陣可以看出對(duì)城建發(fā)展貢獻(xiàn)最大的地類是耕地，轉(zhuǎn)換損失面積達(dá)11.66km2。向城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地分別轉(zhuǎn)換了9.31km2和2.32km2。

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（責(zé)編：王慧晴）