基于GIS 的松溪縣土地利用空間格局分析

范勛承

（邵陽學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，湖南 邵陽422000）

土地利用使得原本是自然屬性的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩鐣?huì)屬性的人工生態(tài)系統(tǒng)。土地利用變化引起人類賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生變化，從而影響地球生物圈、化學(xué)圈和物理圈層結(jié)構(gòu)與功能，甚至引起生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流和能量流循環(huán)的失衡，致使生物多樣性急劇減少以及全球氣候變暖[1]。從宏觀尺度上看，土地利用變化研究可幫助人類更好的認(rèn)識(shí)和理解其在不同時(shí)間和空間尺度上的相互轉(zhuǎn)化[2]。在國(guó)內(nèi)，對(duì)于土地利用與覆被變化的研究主要集中在一些具有代表性的地區(qū)，如劉紀(jì)遠(yuǎn)等[3]以遙感土地利用和氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探討了土地利用變化過程對(duì)中國(guó)農(nóng)田光溫產(chǎn)生的作用；王金臣等[4]對(duì)清代長(zhǎng)白山區(qū)域的土地利用變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其對(duì)環(huán)境的響應(yīng)進(jìn)行了研究；鞠洪潤(rùn)等[5]探究了中國(guó)土地利用空間格局的刻畫方法，并建立了土地利用空間格局刻畫指標(biāo)體系。以上典型區(qū)域的研究為小尺度的土地利用研究奠定了基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

松溪縣位于福建省南平市的北部（圖1），是南平市下轄區(qū)域中土地面積最小的縣，土地總面積1043 km2。2000 年，松溪縣被文化部命名為“中國(guó)民間版畫藝術(shù)之鄉(xiāng)”；2016 年，松溪縣順利通過環(huán)保部驗(yàn)收，成為南平市10 個(gè)市（區(qū)、縣）中首個(gè)國(guó)家級(jí)生態(tài)縣。松溪縣屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.1℃，年均降雨量1557-1743 mm。地勢(shì)從東北向西南傾斜，整體呈中間地陷四周環(huán)山的地貌特征。截至2019 年末，戶籍總?cè)丝?6.8 萬人，GDP 達(dá)到81.54 億元。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

松溪縣1995、2000、2005、2010 年和2015 年的遙感影像數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，空間分辨率相同，均為30 m，參照我國(guó)土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合松溪縣的實(shí)際情況，將松溪縣土地利用類型劃分為六類，分別是林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地。利用ENVI5.2 和ARCGIS 10.2 軟件計(jì)算各土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣，制作松溪縣各土地利用類型的空間分布圖并輸出其他相關(guān)研究數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

圖1 研究區(qū)示意圖

目前，研究土地利用變化特征和方向等常用方法即為土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[6]。因?yàn)橥恋乩棉D(zhuǎn)移矩陣能夠清晰的表達(dá)土地利用的結(jié)構(gòu)特征、研究時(shí)段內(nèi)的各地類的來源以及組成。另外，轉(zhuǎn)移矩陣生成的轉(zhuǎn)移概率矩陣，可以看出引起某一種用地類型發(fā)生變化的主要用地類型和次要用地類型，這樣可以清晰的分辨出引起這種用地類型發(fā)生變化的真正原因。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的具體計(jì)算公式如下：

式中，P、n、i 和j 分別代表面積、用地類型的數(shù)量、研究時(shí)段開始時(shí)和研究時(shí)段末期的用地類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用空間格局分析

六種土地利用類型的分布情況，共同構(gòu)成了松溪縣土地利用的空間分布格局（圖2）。林地是松溪縣最主要的基質(zhì)類型，幾乎全縣范圍內(nèi)均有分布。松溪縣歷來森林覆蓋率都很高，森林覆蓋率達(dá)75.5%以上，而綠化程度已達(dá)93.3%。1995 年，耕地主要分布在松溪縣的南部，2000-2010 年間，全縣耕地面積大量減少；2010 年，耕地面積有所增加，連通性增強(qiáng)，而后的2015 年又大面積減少，景觀破碎度增加。建筑用地在1995-2005 年的10年間，主要分布在松溪縣的南部；2015 年，建筑用地顯著增加，但主要集中于松溪縣的東部地區(qū)，呈連片分布，連通性較高。草地主要分布在松溪縣的四周，2005 年之前東南部連通性較好，但在2015 年，東南部減少較多，破碎度增加。

圖2 1995～2015 年松溪縣土地利用類型空間分布

3.2 土地利用面積變化分析

總體上看（圖3），20 年間建筑用地、林地和水域面積有所增加，其中林地面積增加的最多，其次是建筑用地和水域；耕地、未利用地和草地面積呈減少趨勢(shì)，其中草地面積減少的最多，其次是耕地和未利用地。從各時(shí)段上看，建筑用地在2015 年間增加的最多，共增加了91.62 km2。林地在2005 年以前均呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，2005 年之后雖有所減少，但減少的面積不大，仍然是全縣的主要基質(zhì)類型。松溪縣流域面積占全縣總面積的95.5%，河網(wǎng)密度大，研究期間水域面積有所波動(dòng)，但整體上呈輕微增加態(tài)勢(shì)。耕地面積波動(dòng)較大，僅在2010 年有所回暖，但20 年間仍減少了107.83 km2。

圖3 1995～2015 年松溪縣土地利用類型面積變化

3.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

從表1 可知，松溪縣林地保持率為76.06%，其它地類向林地轉(zhuǎn)入概率最高的是草地，轉(zhuǎn)入率為55.14%，而建筑用地、水域、耕地和未利用地向林地的轉(zhuǎn)入概率較為相似，均在37%左右。與其它區(qū)域相比，水域保持率排第二，為40.47%；建筑用地保持率也較高，其它地類向其轉(zhuǎn)入也較高，其中，耕地向建筑用地的轉(zhuǎn)入率達(dá)31.13%。因此，研究期間松溪縣的建筑用地面積呈增加趨勢(shì)。由此可知林地、建筑用地和水域的面積增加的主要原因是這三種用地類型本身保持率就很高，而且其它地類又不斷的向它們轉(zhuǎn)入。各土地利用類型的具體轉(zhuǎn)出概率大小排序?yàn)椋何蠢玫兀?9.44%）＞草地（83.67%）＞耕地（79.79%）＞建筑用地（62.12%）＞水域（59.53%）＞林地（23.94%）。

表1 1995～2015 年松溪縣土地利用變化轉(zhuǎn)移概率矩陣（%）

4 結(jié)論

基于5 期遙感影像，采用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒?，?duì)松溪縣5期遙感影像進(jìn)行分類，得到六種土地利用類型，而后對(duì)各土地利用類型的空間分布、面積變化及相互轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：林地占松溪縣總面積最大，成為松溪縣的主要基質(zhì)類型，遍布于全縣區(qū)域；建筑用地主要分布于松溪縣的東部；其余土地利用類型分布較為分散。從各土地利用類型的面積變化上看，林地、建筑用地和水域成為研究期間面積增加的用地類型，其中林地增加的最多；相比之下，其余用地類型的面積呈減少趨勢(shì)，而草地是面積減少最多的用地類型。從各土地利用類型相互轉(zhuǎn)換情況上看，林地的保持率最高，其次為水域和建筑用地；相比之下，未利用地的保持率最低，其次為草地和耕地。林地成為研究期間面積增加最多的用地類型得益于其他五種用地類型的大量轉(zhuǎn)入，其中草地轉(zhuǎn)入率最高達(dá)55.14%，這也是研究期間草地成為面積減少最多的用地類型的原因。