韶關(guān)市土地利用變化特征及驅(qū)動(dòng)力分析

摘" 要：土地利用變化及遙感監(jiān)測(cè)特征分析對(duì)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。結(jié)合韶關(guān)市近10年的多時(shí)相Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，從韶關(guān)市武江區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度和利用狀態(tài)指數(shù)兩個(gè)維度，探究土地利用的時(shí)空演變和變遷原因，研究表明：武江區(qū)耕地面積減少明顯，年平均縮減率為2.41 km2，而建設(shè)用地和林地面積增加，增速由城區(qū)向外逐漸降低；耕地的狀態(tài)指數(shù)在-0.55處波動(dòng)變化，表明耕地呈現(xiàn)出縮減的趨勢(shì)，建設(shè)用地在2010—2015年?duì)顟B(tài)指數(shù)達(dá)到峰值0.91，增速較快，在2015—2020年隨著政府對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的重視，建設(shè)用地增速放緩，林地面積增加，武江區(qū)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)文明協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢(shì)向好。

關(guān)鍵詞：武江區(qū)；土地利用變化特征；土地利用狀態(tài)；土地利用狀態(tài)指數(shù)

中圖分類號(hào)：TP399" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：2096-4706（2024）12-0164-05

Analysis on the Characteristics and Driving Forces of Land Use Change in Shaoguan City

—Taking Wujiang District as an Example

XU Fengliang1， LIU Zhaohua2， CHEN Bin1

（1.No. 290 Research Institute of CNNC， Shaoguan" 512000， China; 2.School of Civil Engineering and Surveying amp; Mapping Engineering， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou" 341000， China）

Abstract： The analysis of land use changes and remote sensing monitoring characteristics is of great significance for the coordinated development of regional economy and the construction of ecological civilization. Based on the multi temporal Landsat TM remote sensing image data of Shaoguan City in the past 10 years， this study explores the reason of the spatiotemporal evolution and change of land use from the two dimensions of land use dynamics and utilization state index in Wujiang District， Shaoguan City. The study shows that the cultivated land area in Wujiang District has significantly decreased， with an average annual reduction rate of 2.41 km2， while the construction land and forest land area have increased， and the growth rate gradually decreases from the urban area outward. The state index of cultivated land fluctuates at -0.55， indicating a trend of reduction in cultivated land. The state index of construction land reached a peak of 0.91 from 2010 to 2015， with a fast growth rate. From 2015 to 2020， with the government's emphasis on ecological civilization construction， the growth rate of construction land slowed down， the area of forest land increased， and the coordinated development trend of economy and ecological civilization in Wujiang District improved.

Keywords： Wujiang District; characteristics of land use change; state of land use; state index of land use

0" 引" 言

作為社會(huì)發(fā)展的核心要素，土地資源在自然生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間扮演著至關(guān)重要的連接角色[1]。國(guó)家正在深入研究生態(tài)空間，這引發(fā)了對(duì)土地利用變化的廣泛社會(huì)關(guān)切[2，3]?，F(xiàn)階段，相關(guān)研究成果對(duì)土地利用變化特征進(jìn)行了大量有益的探索，研究模式已由簡(jiǎn)單的定性描述發(fā)展為運(yùn)用遙感、GIS空間分析技術(shù)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的定量表征[4]。而土地利用變化的研究方法主要為類別間轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)移矩陣、凈變化與交換變化等，對(duì)土地利用變化的不同量指標(biāo)進(jìn)行綜合分析[5]。如劉小生[6]以遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用ENVI技術(shù)提取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合ArcGIS對(duì)都昌縣近20年土地覆被變化特征進(jìn)行分析，并基Markov模型進(jìn)行了趨勢(shì)預(yù)測(cè)；鄭永超[7]等通過(guò)整理寧夏16年來(lái)不同土地類型的碳排放數(shù)據(jù)，運(yùn)用碳排放估算模型來(lái)分析不同土地利用類型的面積變化、排放效應(yīng)和碳排放風(fēng)險(xiǎn)等。李一瓊[8]等收集蘇州市近20年的Landsat影像，分析該地區(qū)土地利用類型的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。綜上，現(xiàn)有研究多是基于平原丘陵以及大城市研究為主，對(duì)山區(qū)土地利用變化遙感監(jiān)測(cè)及其驅(qū)動(dòng)因素分析尚且不多，本研究基于多時(shí)相遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在研究粵北山區(qū)城市時(shí)，獲取最新韶關(guān)市武江區(qū)土地利用變化數(shù)據(jù)，已成為建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的緊迫任務(wù)[9]。

武江區(qū)隸屬于廣東省韶關(guān)市，是粵北地區(qū)的核心城市之一。地處南嶺山脈南麓的盆地之中，境內(nèi)丘陵、平原交錯(cuò)，山巒疊起，是典型的粵北山地城市，也是粵北重要的生態(tài)文明建設(shè)試點(diǎn)區(qū)和保護(hù)區(qū)。通過(guò)收集韶關(guān)市武江區(qū)近10年的土地利用變化數(shù)據(jù)信息，從土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用狀態(tài)指數(shù)來(lái)探討該地區(qū)土地利用樣態(tài)，望通過(guò)此次研究為粵北地區(qū)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供有益的案例參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1" 研究區(qū)概況

武江區(qū)位于廣東省北部（113° 06′ E～113° 34′ E，24° 42′ N～24° 48′ N），如圖1所示，下轄2個(gè)街道辦事處和5個(gè)鎮(zhèn)，是我國(guó)南方重要的生態(tài)屏障區(qū)，轄區(qū)面積677.85平方千米，轄區(qū)地形復(fù)雜，丘陵、平原交錯(cuò)，山巒疊起，境內(nèi)地勢(shì)北高南低，西高東低，海拔多在55～200 m，坡度約30°左右。屬亞熱帶氣候?yàn)橹鞯臐駶?rùn)性季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，冬季多干冷的偏北風(fēng)，夏季多偏南的暖濕氣候。年平均氣溫20.3 ℃（其中年平均最高氣溫25.4 ℃、最低氣溫16.8 ℃），年平均濕度為52%，年平均日照時(shí)數(shù)1 858小時(shí)，年太陽(yáng)總輻射111.5 kcal/m2，年平均雨量為1 537.4 mm，境內(nèi)土地面積以林地為多，耕地和建設(shè)用地位居其后，種植區(qū)主要集中在武江河、北江河、南水河沿岸一帶，林地集中在龍歸鎮(zhèn)、重陽(yáng)鎮(zhèn)和江灣鎮(zhèn)等，常住人口31.85萬(wàn)人。

2" 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)使用的Landsat遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey， USGS）（http：//earthexplorer.usgs.gov/），主要為2010、2015、2020年三期影像，影像獲取時(shí)間均在6—10月。SRTMI DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn），武江區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)源來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所（http：//www.geodoi.ac.cn）。通過(guò)對(duì)各期柵格影像進(jìn)行波段合成、鑲嵌、計(jì)算、解譯、裁剪、拼接、坐標(biāo)和投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理，得到武江區(qū)2010、2015和2020年三期的影像數(shù)據(jù)，如圖2所示，基于徐新良等的中國(guó)土地利用分類體系，并結(jié)合武江區(qū)現(xiàn)狀地類情況，分類為：耕地、建設(shè)用地、園地、草地、水域、林地和未利用地，采用kappa系數(shù)（kappa coefficient）精度評(píng)價(jià)三期影像系數(shù)均優(yōu)于0.7，滿足此次研究分析的要求。

2.2" 研究方法

2.2.1" 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地在不同時(shí)間段內(nèi)的利用情況和變化趨勢(shì)。它通常用來(lái)描述土地的不同用途和功能在不同時(shí)間內(nèi)的演變，以便更好地理解土地資源的管理和規(guī)劃[10，11]，其計(jì)算式如下：

（1）

式中，K表示某種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度；St1、St2分別表示研究初期、研究末期某種土地利用類型的面積；T表示研究時(shí)間間隔。

2.2.2" 土地利用狀態(tài)指數(shù)

土地利用狀態(tài)指數(shù)（Land Use/Land Cover Index）是一種用于描述特定地區(qū)或區(qū)域內(nèi)土地利用和土地覆蓋情況的量化指標(biāo)。這一指數(shù)通常用于地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感分析中，以便更好地了解土地的現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)和用途[12，13]。其計(jì)算式為：

（2）

式中，P表示某種土地利用類型的狀態(tài)指數(shù)，其值域?yàn)閇-1，1]；?Sin表示研究期內(nèi)其他土地利用類型轉(zhuǎn)換為第i類的面積；?Sout表示研究期內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為其他的面積。

3" 土地利用變化特征分析

3.1" 土地利用類型數(shù)量變化

通過(guò)分析武江區(qū)土地利用遙感解譯數(shù)據(jù)，分析2010、2015和2020年三個(gè)不同年份的土地利用類型面積信息。如圖3所示，2010—2020年期間，耕地、草地、未開發(fā)土地以及水域的面積逐年減少，而建設(shè)用地、林地和園地的面積持續(xù)增長(zhǎng)。其中未利用地面積下降最大，10年間面積由8.14 km2下降到0.42 km2。其次是耕地和草地，下降總量為24.06 km2和4.31 km2，年下降速率為2.40 km2 / a和0.04 km2 / a，各地類下降數(shù)值集中在2015—2020年。水域面積出現(xiàn)“先增后減”的現(xiàn)象，在2010—2015年面積增加，增加數(shù)值為0.922 4 km2，在2010—2015年面積下降，減少數(shù)值為2.39 km2。建設(shè)用地和園地呈現(xiàn)逐年穩(wěn)定增加趨勢(shì)，增加數(shù)值為12.08 km2和7.75 km2。林地呈現(xiàn)出“微弱減少—大幅增加”趨勢(shì)，2010—2015年數(shù)值微弱減少，減少數(shù)值為3.61 km2，2015—2020年大幅增加，增加數(shù)值為21.22 km2。

3.2" 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

通過(guò)式（1），我們可以相應(yīng)計(jì)算出每年各類土地利用類型的面積變化以及相應(yīng)的動(dòng)態(tài)度，如表1所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，在研究的兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，耕地、草地和未利用地的面積均呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，所示負(fù)值反映了這一情況。尤其是在2010—2015年這一時(shí)段，整體動(dòng)態(tài)度的變化相對(duì)較為穩(wěn)定，未利用地、耕地和草地，數(shù)值分別為-3.20%、-1.02%和-1.44%，在2015—2020年時(shí)段動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)較大幅度變化，變化幅度最大的為未利用地，為-18.76%，其次為耕地和草地，數(shù)值為-5.22%和-3.70%；建設(shè)用地和園地表現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，其中建設(shè)用地在2010—2015年時(shí)段動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)較大幅度變化，數(shù)值為3.94%，在2015—2020年時(shí)段動(dòng)態(tài)度變化有所減弱，數(shù)值為0.98%，園地在2010—2015年時(shí)段動(dòng)態(tài)度變化不大，數(shù)值僅為0.11%，在2015—2020年時(shí)段動(dòng)態(tài)度變化達(dá)到峰值，數(shù)值達(dá)到24.29%；林地呈現(xiàn)出“先減后增”波動(dòng)變化的趨勢(shì)，在2010—2015年時(shí)段面積變小，動(dòng)態(tài)度數(shù)值為-0.15%，在2015—2020年時(shí)段面積變大，動(dòng)態(tài)度數(shù)值為0.87%；水域與林地的變化趨勢(shì)相反，呈現(xiàn)出“先增后減”的變化趨勢(shì)，在2010—2015年時(shí)段面積變大，動(dòng)態(tài)度數(shù)值為0.74%，在2015—2020年時(shí)段面積變小，動(dòng)態(tài)度數(shù)值為-1.85%。

3.3" 土地利用狀態(tài)分析

結(jié)合式（2）計(jì)算，我們可以推導(dǎo)出該地區(qū)土地利用類型的時(shí)空狀態(tài)指數(shù)，如圖4所示，不同土地利用類型的狀態(tài)指數(shù)都顯示出獨(dú)特的變化趨勢(shì)：2010—2020年間草地和園地的變化趨勢(shì)類似，均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，其中草地?cái)?shù)值增加最多，達(dá)到0.88，園地最小，數(shù)值為0.32。耕地、建設(shè)用地、林地、水域和未利用地的狀態(tài)指數(shù)變化表現(xiàn)出反向性，數(shù)值都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中下降數(shù)值最大的為未利用地，下降數(shù)值為1.24，最小的為耕地，數(shù)值為0.08。

4" 結(jié)" 論

以韶關(guān)市武江區(qū)為對(duì)象，通過(guò)收集該地區(qū)三期（2010、2015、2020）土地Landsat遙感影像數(shù)據(jù)，從土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用狀態(tài)指數(shù)兩個(gè)維度，分析該地區(qū)土地利用的時(shí)空變化，結(jié)論如下：

1）在2010—2020年期間，武江區(qū)未利用地、水域、草地和耕地面積都持續(xù)減少，其中耕地變化總面積下降明顯，主要轉(zhuǎn)入建設(shè)用地、林地和水域，未利用地主要轉(zhuǎn)入建設(shè)用地、耕地和林地，水域和草地主要轉(zhuǎn)入建設(shè)用地和耕地。由此可以看出，該地區(qū)建設(shè)用地增長(zhǎng)是基于耕地和為利用土地的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而引起相應(yīng)的園地面積和林地面積的增長(zhǎng)。

2）草地、園地和林地的狀態(tài)指數(shù)均表現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而建設(shè)用地表現(xiàn)出反向趨勢(shì)，耕地、園地、水域和未利用地的狀態(tài)指數(shù)未出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，耕地指數(shù)一直處于可控的負(fù)波動(dòng)，建設(shè)用地在2010—2015年時(shí)段狀態(tài)指數(shù)為0.91，2015—2020年時(shí)段狀態(tài)指數(shù)為0.39，表明耕地?cái)?shù)量在穩(wěn)定減少，建設(shè)用地在2010—2015年增速較大，2015—2020年轉(zhuǎn)入低速增加。

文章選用Landsat遙感影像估算了武江區(qū)2010、2015、2020三期土地利用數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用動(dòng)態(tài)度和狀態(tài)指數(shù)對(duì)武江區(qū)2010—2020年土地利用變化特征進(jìn)行了定量分析，較好地反映了武江區(qū)最近10年土地利用變化的發(fā)展趨勢(shì)，能夠?yàn)槲浣瓍^(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。但也存在不足之處，本研究?jī)H探討了土地利用的變化特征，而未將GDP、人口和氣候等影響因子納入研究范圍。因此，對(duì)土地利用變化影響因素進(jìn)行多元素、多角度分析是后續(xù)研究需要完善的方向。

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作者簡(jiǎn)介：徐鋒良（1991—），男，漢族，江西吉安人，中級(jí)工程師，碩士研究生，主要研究方向：遙感和GIS應(yīng)用；通訊作者：劉昭華（1977—），男，漢族，山西苪城人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：資源環(huán)境遙感和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等。