基于RS和GIS對旅游區(qū)域土地利用動態(tài)變化分析
——以安徽涇縣為例

彭先國 許歆

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院 湖北武漢 430070)

土地利用（Land Use）是指人類對土地的開發(fā)利用，如耕地、工業(yè)用地和商業(yè)用地等；土地覆蓋（Land Cover）是指被自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，如冰川積雪、裸巖裸土及道路等。土地利用、土地覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)這3 個部分構成的土地系統(tǒng)（Land System）是地球表層系統(tǒng)的基本組成部分。土地利用/覆蓋變化（Land Use/Cover Change，LUCC）不僅再現(xiàn)了地球表層景觀的時空動態(tài)過程，而且客觀記錄了人類活動對地球表層的改造歷程，是揭示人類活動與自然環(huán)境相互作用機理的有效途徑，也是地理學進行地表綜合集成研究的學科基礎和前沿領域。自20世紀90年代以來，LUCC研究已走過了近30年的歷程，是當前國際全球變化研究計劃中的重要組成部分[1]，主要研究土地利用和土地覆蓋變化的機制以及區(qū)域和全球尺度的綜合模型。

該文通過應用遙感技術（Remote Sensing，RS）和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）及LUCC方法，對安徽省涇縣旅游區(qū)土地利用動態(tài)變化進行分析，總結旅游開發(fā)對土地利用的影響，并提出旅游資源開發(fā)兼顧生態(tài)環(huán)境保護的相關建議。

1 研究區(qū)特征

涇縣位于安徽省東南部，區(qū)域內以丘陵低山為主，高山與平原所占比例較小，境內最高峰海拔1 174.8 m，海拔最低20 m 左右。丘陵山地的走向與區(qū)域構造線吻合，大多為北東走向。區(qū)域內氣候溫和，雨量充沛，光照資源豐富，春、夏、秋、冬四季分明，年平均溫度為15.7 ℃。

2009 年，涇縣被安徽省人民政府正式命名為“安徽省紅色旅游縣”。歷經(jīng)10 年，涇縣依托豐富的紅色旅游資源，積極發(fā)展紅色旅游，并加強紅色旅游與其他旅游的融合發(fā)展，區(qū)域內社會經(jīng)濟狀況發(fā)生明顯變化。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

該研究以Landsat 系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用2009年和2018年兩期的Landsat衛(wèi)星的TM影像，時相選取云層較薄的5月和6月，影像資料的分辨率TM 為30 m。選取的經(jīng)濟社會資料包括涇縣行政界線矢量圖；涇縣土地利用總體規(guī)劃（2006—2020）；涇縣文化旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃；涇縣經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒（2009—2018 年）等。利用奧維地圖選取樣本點，觀測點內植被覆蓋變化，明確難以確定的地類，以提高土地利用分類數(shù)據(jù)的準確性。表1 為2009 年和2018 年兩期遙感圖像的信息表。

表1 2009和2018年涇縣兩期遙感數(shù)據(jù)信息表

2.2 技術路線

根據(jù)各類土地在空間上的光譜特征建立遙感影像解譯系統(tǒng)，運用ERDAS 9.2 軟件進行預處理[2]，按照涇縣區(qū)域邊界進行影像分割，采用目視解譯法和野外調研相結合的方式對影像中的土地類型進行分類，獲得區(qū)域兩期（2009年、2018年）土地利用現(xiàn)狀圖。然后運用ArcGIS10.5 對兩期數(shù)據(jù)進行疊加和對比分析，得到兩期LUCC 的轉移矩陣，從而對區(qū)域內土地利用變化及相應的自然及社會驅動因素進行分析，得出保護區(qū)域內土地利用變化的技術成果。

2.3 土地利用/土地覆被信息提取

利用遙感影像的分類方法，建立對遙感影像解譯的標記。運用Erdas 軟件，進行人機互動以解譯圖像；在Erdas 中對分類結果進行檢驗，計算土地分類精度；利用Erdas 軟件對兩時相的遙感影像進行多波段影像合成和幾何校正[3]。

根據(jù)地區(qū)特點，按照《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）的規(guī)定，確定土地利用分為耕地、林地、水域和建筑用地4類。采用軟件ArcGIS 10.5制圖并輸出結果，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)定量分析[4]。

3 土地利用/土地覆被信息動態(tài)變化分析

3.1 土地利用類型的變化分析

土地利用類型的動態(tài)度指標是土地利用類型變化最常用的指標，可量化出區(qū)域內各類土地利用類型在研究時間段內的變化，并可用來預測區(qū)域土地利用變化趨勢[5]。土地利用類型的動態(tài)度指標計算公式為

式（1）中，k為時段內特定土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別為2009 年和2018 年該類型土地的數(shù)量；T為研究時間段（10年）。在ArcView軟件中根據(jù)土地利用分類圖進行統(tǒng)計生成分析成果表（如表2 所示），計算得出2009—2018年涇縣各類土地面積數(shù)據(jù)。

表2 涇縣主要土地利用類型變化分析表（2009—2018年）

由表2 數(shù)據(jù)可知，涇縣的土地利用以林地與耕地為主，耕地主要集中在青弋江流域兩側，林地則集中在除了河流平原外的丘陵地帶。

從變化速率上看，各類土地的動態(tài)度由強到弱依次為：建設用地＞耕地＞水域＞林地。其中，建設用地動態(tài)度達到0.058 7，明顯高于其他土地類型的動態(tài)變化度。從空間上來看，建設用地的擴張主要表現(xiàn)在東北部城區(qū)以及旅游區(qū)擴張，呈現(xiàn)帶狀發(fā)展，并不斷向丘陵深處延伸，而這些區(qū)域內有灌溉條件最好的優(yōu)質耕地。

3.2 土地利用變化的轉移矩陣分析

運用ArcGIS 對兩期土地利用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和疊加分析，得到過去10年涇縣土地利用/土地覆被變化的轉移矩陣，從而對土地內部結構變化及地類轉換情況進行分析，具體見表3。土地利用轉移矩陣的計算公式為

式（2）中：Pij為2009—2018 年i型土地轉移為j型土地的轉移概率；Aij為i型轉為j型的面積；Ai為i型土地在10年內轉換的總面積。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可以看出，第一，新增的建設用地主要是占用耕地和林地轉換而來的，轉換量分別為149.92 km2和36.71 km2，可見，新增建設用地占用了大量的耕地資源，且占用耕地的比重明顯高于林地；第二，耕地的轉移矩陣中，主要轉向建設用地和林地，這是導致研究時段內耕地減少的兩方面原因；第三，林地的新增來源主要是耕地，轉換量為200.92 km2，這得益于安徽省的退耕還林政策，說明退耕還林取得了較大成效；第四，水域變化的主要方向是建設用地，河道兩側的濕地面積縮小。

表3 2009—2018年涇縣土地利用變化的轉移矩陣表（單位：km2）

4 土地利用/土地覆被變化的驅動力分析

土地利用驅動力是指影響土地利用方式與目的的各種直接和間接因素，可分為自然驅動力和社會經(jīng)濟驅動力兩方面[6]。

4.1 自然驅動因子

在自然條件特殊的地區(qū)（如丘陵、礦區(qū)等），自然因素對土地利用變化發(fā)揮著較為重要的作用。涇縣位于長江中下游與皖南山區(qū)交界地帶，區(qū)域內青弋江沿線的沖積平原為主要的平原地區(qū)，平原地區(qū)沿河流走向自西北至東南呈線狀分布；區(qū)域內其他區(qū)域為典型的丘陵地帶，東部與南部低山連綿起伏。青弋江平原的耕地及丘陵地帶零散分布的耕地，成為過去10年間涇縣經(jīng)濟社會發(fā)展的建設區(qū)，城市建設不斷向外部擴張，西北部旅游景區(qū)建設則不斷占用耕地區(qū)域，且呈現(xiàn)片狀分布的特點。

4.2 社會驅動因子

4.2.1 旅游開發(fā)與經(jīng)濟社會

在旅游景點的建設發(fā)展中，開發(fā)單位優(yōu)先選擇占用周邊的耕地與水域土地。過去10 年，涇縣旅游產(chǎn)業(yè)的大幅發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟增長效益，也導致涇縣過去10 年耕地減少275.16 km2，減少比例高達41.58%。同時，旅游業(yè)的發(fā)展必須完善區(qū)域交通基礎設施，導致交通建設用地增加，也間接對土地利用變化產(chǎn)生影響。

4.2.2 產(chǎn)業(yè)結構

經(jīng)濟發(fā)展必然需要相關要素的投入，而不同產(chǎn)業(yè)結構的經(jīng)濟體在其發(fā)展過程中對各類土地的需求與影響也不相同。研究分析產(chǎn)業(yè)結構與土地利用變化關系，使產(chǎn)業(yè)結構調整與發(fā)展盡量對土地利用現(xiàn)狀產(chǎn)生較大負面擾動，2009—2018年10年間涇縣第三產(chǎn)業(yè)比重增加了8.4%，農業(yè)比重下降10.3%?？梢?，涇縣的經(jīng)濟結構是“三、二、一型”。

4.2.3 人口因素

人口變化是經(jīng)濟社會發(fā)展的主要因素之一，與土地利用變化聯(lián)系緊密。2009—2018 年這10 年間涇縣人口總量基本未發(fā)生變化。但城鎮(zhèn)化率大幅提升及居民住房條件的改善，人口城鎮(zhèn)化率從41.7%增長到78.7%，10年間約10萬人口實現(xiàn)農村向城集鎮(zhèn)轉移，對城集鎮(zhèn)交通、住房、商服、公用設施等用地需求加大，從而推動了城區(qū)及集鎮(zhèn)區(qū)的擴張，造成擴張地帶的農村土地被占用。

5 結論與建議

通過對遙感影像土地利用/土地覆被信息的提取和分析，得出如下結論。

（1）旅游資源開發(fā)，土地利用發(fā)生了明顯變化。土地利用類型動態(tài)度由強到弱為建設用地＞耕地＞水域＞林地，遠高于其他土地。從土地地類轉移來看，建設用地的擴張是通過較大幅度占用耕地來實現(xiàn)的。

（2）旅游開發(fā)、城市擴張、產(chǎn)業(yè)結構調整是區(qū)域土地利用變化的主要影響因素?；诖耍岢隽烁纳茀^(qū)域土地利用/土地覆被發(fā)展趨勢的幾點建議：第一，加強產(chǎn)業(yè)結構調整，合理規(guī)劃旅游業(yè)發(fā)展，注重集約節(jié)約用地；第二，重視水域保護，加強濕地建設，保護好生態(tài)環(huán)境；第三，嚴格控制建設用地占用耕地。

（3）RS 和GIS 技術對土地利用/土地覆被變化，可用于各類工程建設土地利用和影響分析。