慶陽市西峰區(qū)土地利用變化研究

[摘 要] 本文以甘肅省慶陽市西峰區(qū)為研究區(qū)域，提取2002年和2016年兩期遙感影像數(shù)據(jù)，利用ENVI軟件進行預(yù)處理、裁剪等，根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)將慶陽市西峰區(qū)土地資源分為耕地、建設(shè)用地、林地、草地、未利用地和水域6類。然后將土地利用類型進行監(jiān)督分類，分析土地利用類型的變化。結(jié)果表明，在人類活動和自然因素的影響下，慶陽市西峰區(qū)土地利用類型發(fā)生了顯著的變化，耕地面積顯著減少，建設(shè)用地、林地、草地、未利用地均有不同程度的增加;水域是近15年較為穩(wěn)定的土地類型，面積增加幅度較小。

[關(guān)鍵詞] 土地;監(jiān)督分類;遙感影像;西峰區(qū)

[中圖分類號] F301.2 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2019）05-118-3

當(dāng)前，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，人口與資源環(huán)境的矛盾越來越突出，土地利用/土地覆被變化（Land Use and Land Cover Change，簡稱LUCC）已成為國內(nèi)外研究全球環(huán)境變化的核心問題之一[1-3]。其原因有二：首先，LUCC是引起全球環(huán)境變化的重要原因;其次，全球環(huán)境變化、地球系統(tǒng)科學(xué)和可持續(xù)發(fā)展與自然和人文問題聯(lián)系緊密，在環(huán)境變化問題中，LUCC是引起其他全球變化問題的主要原因[4-5]。甘肅省慶陽市物產(chǎn)豐富、種類繁多，近年來隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，慶陽市西峰區(qū)土地資源需求量不斷增大。本文從時間序列上利用2002年和2016年兩期數(shù)據(jù)對慶陽市西峰區(qū)土地利用變化情況進行分析，為地方土地資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供參考依據(jù)。其中，2016年的數(shù)據(jù)來源于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，2002年的數(shù)據(jù)來源于遙感影像解譯[6]。

1 研究區(qū)概況

慶陽市西峰區(qū)地處甘肅省東部，坐落于隴東黃土高原腹地，地理坐標(biāo)為107°27′42″E～107°52′48″E、35°25′55″N～35°51′11″N。西峰區(qū)屬于黃土高原區(qū)，地勢東北相對西南較高，海拔1 421 m。地形呈扇形，南北長約47.7 km，東西寬約34.8 km。第二次土地調(diào)查成果顯示，西峰區(qū)土地總面積是99 901.82 hm2，當(dāng)中農(nóng)用地面積為62 918.61 hm2，占西峰區(qū)總面積的62.98%;建設(shè)用地面積是14 998.81 hm2，占全區(qū)總面積的15.01%;其他土地面積為21 984.40 hm2，占全區(qū)總面積的22.01%。土地利用類型以耕地為主，占全區(qū)土地面積的62.98%，塬面面積大，耕作條件好。

2 研究方法

2.1 土地利用動態(tài)度

2.1.1 單一土地利用動態(tài)度分析。單一土地利用類型動態(tài)度可以定量描述研究區(qū)域在一定時間間隔內(nèi)的土地利用/覆被類型的變化速度[7-8]，其計算公式如下：

K=（Ub-Ua）/（Ua×T）×100% " " " " " " " " （1）

式（1）中，K為單一土地利用動態(tài)度，Ua是研究初期某一土地利用類型的數(shù)量，Ub是研究末期某一土地利用類型的數(shù)量，T為研究時段。

2.1.2 綜合土地利用動態(tài)度。綜合土地利用動態(tài)度反映各種地類變化的大體情況，值越大說明土地利用動態(tài)變化越強烈[9]。其計算公式如下：

[LC=i=1n?LUi-j2i=1nLUi×1T×100%] " " " " " " （2）

式（2）中，LUi為監(jiān)測起始時間第i類土地利用面積，ΔLUi-j為監(jiān)測時段T內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值。當(dāng)T的時段為年時，K和LC的值即分別為研究區(qū)某一地類土地利用年變化率和綜合土地利用年變化率。

2.2 土地利用程度

土地利用程度動態(tài)變化量是指一定范圍內(nèi)多種土地利用類型的動態(tài)變化，土地利用程度的變化量和變化率可以定量地揭示研究區(qū)范圍內(nèi)的土地利用/覆被的綜合水平和變化趨勢[10]。

2.2.1 土地利用程度綜合指數(shù)。土地利用程度采用土地利用變化綜合指數(shù)進行分析。其計算公式如下：

Lj=100×∑Ai×Ci，Li∈[100，400] " " " " " " " " " （3）

式（3）中，Lj為土地利用程度綜合指數(shù)，Ai為研究區(qū)第i級土地利用程度分級指數(shù)，Ci是分級面積百分比，n為土地利用程度分級數(shù)。其中，Ai是采用劉紀(jì)元先生的提出的四級土地利用分級標(biāo)準(zhǔn)。未利用地和難利用地的分級指數(shù)是1，林地、草地和水體是2，耕地和園地的是3，城鎮(zhèn)居民、工礦及交通用地為4。

2.2.2 土地利用程度變化參數(shù)。土地利用程度變化參數(shù)數(shù)學(xué)模型為：

ΔLb-a=Lb-La " " " " " " " " " " " " " " " " " " （4）

式（4）中，Lb是b時間區(qū)域內(nèi)土地利用程度綜合指數(shù)，La是a時間區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)。計算結(jié)果如果△Lb-a>0，表明區(qū)域土地利用處于發(fā)展期;△Lb-a<0，表明土地利用處于衰退期或調(diào)整期。

2.3 土地轉(zhuǎn)移矩陣

利用土地轉(zhuǎn)移矩陣可以明顯地表現(xiàn)出研究初期到研究末期土地利用類型的變化轉(zhuǎn)移情況，也能表示出土地利用類型變化的方向性。其數(shù)學(xué)表達式如下：

Pij=[P11P12…P1nP21P22…P2n…………Pn1Pn2…Pnn] " " " " " " " " （5）

式（5）中，i、j分別為研究初期和末期的n種土地利用類型（i，j=1，2，3，……，n）;P為研究區(qū)土地利用類型初期轉(zhuǎn)化為土地利用類型末期的面積;Pij表示第i類土地利用類型在研究時段內(nèi)沒有發(fā)生變化的面積;i行元素之和為i土地利用類型在研究初期的面積;j列元素之和表示j土地利用類型在研究末期的面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用數(shù)量變化分析

對比2002年和2016年土地利用結(jié)構(gòu)（見表1），可以發(fā)現(xiàn)2002年和2016年各土地利用類型的面積、比例有差異。2002年，慶陽市西峰區(qū)面積最大的是耕地，最少的是水域，其中林地和建設(shè)用地占了較大比重。2016年，慶陽市西峰區(qū)耕地面積減少較多，其中林地、草地和建設(shè)用地也占了較大的比重。從數(shù)量上看，水域、草地、未利用地、林地和建設(shè)用地的面積均增大，其中林地增長幅度最大。近15年間，林地面積從2002年的274.73 km2增加至2016年的342.38 km2，增加了67.65 km2。草地從2002年的29.41 km2增加至2016年的62.44 km2。林地和草地的增加源于2000年開始全面啟動的退耕還林工程。隨著退耕還林、還草工程的開展，林地和草地的面積還在繼續(xù)增加。另外，隨著城市化的發(fā)展，一部分農(nóng)民棄耕，良田變成草地和林地。建設(shè)用地從2002年的129.98 km2增加至2016年的182.39 km2，增加了52.41 km2，增加的原因是20世紀(jì)90年代以來經(jīng)濟的發(fā)展和城市化建設(shè)。水域面積從2002年的0.47 km2增加至2016年的0.90 km2，增加了0.43 km2，其增加的原因是河流的發(fā)育及人工湖泊的建設(shè)。未利用地從2002年的7.74 km2增加至2016年的41.66 km2，增加了33.92 km2，主要是由于非農(nóng)利潤的驅(qū)使，加之生態(tài)環(huán)境的退化，使部分區(qū)域出現(xiàn)了撂荒現(xiàn)象，土地退化為不毛之地。面積減少的是耕地，耕地面積從2002年的546.08 km2下降至2016年的358.64 km2，減少了187.44 km2，減少的面積占原面積的34.32%。由于建設(shè)用地占用耕地嚴(yán)重、退耕還林還草工程的實施，以及生境退化導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，使可利用的耕地利用面積整體減少。

單一土地利用動態(tài)度計算結(jié)果顯示，在6種土地利用類型中，未利用地的動態(tài)度最高，其值為30.68%，說明未利用地的變化速度最快;耕地面積變化大，但是其基數(shù)大，所以動態(tài)度比較小，變化速度比較慢;草地動態(tài)度比較大，變化速度相對較快;林地動態(tài)度最小，變化速度也最慢。

2002—2016年，土地利用類型未發(fā)生變化的面積是564.99 km2，各類土地利用類型發(fā)生變化的面積423.09 km2，土地利用綜合動態(tài)度為1.27%，土地利用變化速度較為緩慢，人類活動對環(huán)境的影響不明顯。

土地利用程度綜合指數(shù)反映了環(huán)境和人類對于土地利用的影響程度。通過計算得出，2002年土地利用程度綜合指數(shù)是280，屬于中等水平;2016年土地利用程度綜合指數(shù)是337，屬于較高水平。對比2個時期的數(shù)據(jù)，土地利用綜合指數(shù)發(fā)生了改變，說明該區(qū)域人類活動對土地利用類型有較大的影響。土地程度變化參數(shù)為正值57，說明該區(qū)域土地利用處于發(fā)展期。

3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)化分析

通過分析2002—2016年慶陽市西峰區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（見圖2）可得，近15年西峰區(qū)有37.64%的土地發(fā)生了改變，變化最明顯的土地利用類型是耕地、林地、建設(shè)用地。2002年慶陽市西峰區(qū)的耕地、林地、建設(shè)用地至2016年大部分轉(zhuǎn)化成了其他土地利用類型，分別占他們各自土地變化總面積的48.13%、14.69%、69.56%。2002年，慶陽市西峰區(qū)耕地部分轉(zhuǎn)化成了2016年的林地，占耕地總變化面積的24.12%。通過分析得出，西峰區(qū)有269.24 km2的耕地被轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型，部分草地、林地、建設(shè)用地被開墾為耕地。近15年未利用地則主要轉(zhuǎn)化為耕地、建設(shè)用地、林地，分別占未利用地變化總面積的29.33%、20.93%、26.40%。

2016年的建設(shè)用地主要由2002年的耕地轉(zhuǎn)化而來，占建設(shè)用地總面積的38.8%。水域有少部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地和林地，分別占水域變化總面積的12.77%和4.26%。

4 結(jié)論

①從土地利用類型變化速度上看，近15年研究區(qū)林地面積增加速度最快，建設(shè)用地增加速度緊隨其后，水域由于地理環(huán)境的限制，變化速度較慢。從土地利用類型的穩(wěn)定性來看，水域是研究區(qū)內(nèi)最為穩(wěn)定的地類，而林地和建設(shè)用地變化相對劇烈。

②從土地利用類型的轉(zhuǎn)移變化來看，研究區(qū)各土地利用類型都出現(xiàn)一定程度的相互轉(zhuǎn)化。其中，耕地轉(zhuǎn)出方向主要為林地和建設(shè)用地，輸入部分主要為建設(shè)用地和草地;耕地、林地、建設(shè)用地三者之間相互轉(zhuǎn)化較為頻繁，表明人們在退耕還林的同時進行著破壞林地開墾荒地的活動;在這15年中，建設(shè)用地的增加主要是通過占用耕地來實現(xiàn)的，未利用地的增加主要是通過耕地轉(zhuǎn)化而實現(xiàn)的，說明隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，撂荒問題逐漸凸顯。

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