2003－2009年湖南省醴陵市土地利用動態變化研究

周子英，段建南，譚雪蘭，周曉斌

（1．湖南工程學院 管理學院，湖南 湘潭411104；2．湖南農業大學 資源環境學院，長沙410128）

自從“國際地圈與生物圈計劃”和“全球環境變化人文因素計劃”于1995年聯合提出“土地利用／土地覆蓋變化計劃（LUCC）”以來，LUCC成為了全球變化研究的核心主題之一［1－4］。土地利用變化反映了人類與自然界相互影響、相互作用的動態過程，是在各種驅動力作用下土地利用目的與利用方式改變的體現，受到自然與人類活動的雙重影響［5－7］。土地利用動態變化研究是LUCC研究的基礎，描述區域在某一特定時期土地利用變化的基本過程［8－9］，并對其變化的內在機制進行解釋，準確地預測該區域未來的土地利用變化方向［10－12］。

醴陵市是長株潭城市群核心城市株洲市的一個縣級市，長株潭一體化建設的快速推進，推動了醴陵市土地利用時空格局的變化?？茖W認識醴陵市土地利用時空格局變化對正確理解醴陵市土地利用動態變化規律、分析區域土地利用變化的時空差異，指導區域土地利用政策的制定和實施具有重要意義。鑒于此，本文根據醴陵市2003年和2009年遙感影像，在GIS技術支持下，定量分析醴陵市6a間的土地利用轉換格局和演變態勢，揭示醴陵市近6a來土地利用動態變化總體規律、區域差異，以期更好地對醴陵市城市功能進行定位，實現區域土地資源的可持續利用，促進經濟的快速發展。

1 研究區概況

醴陵市座落于湖南省東部中段，位于東經113°09′49″—113°45′43″，北緯27°22′15″—27°58′07″，南北長約66．75km，東西寬約58．51km，總面積為215 665．20hm2，地處羅霄山脈西北邊沿。醴陵市地貌類型多樣、地質構造與巖性組合較復雜，地貌類型以山地、丘陵和崗地為主，分別占全市總面積的28．8%，27．1%，22．7%。醴陵市東北和西南呈隆起狀，自東北與西南向中部的淥江谷地依次降低，形成兩個相對起伏的傾斜面，整個地貌輪廓分明，屬江南丘陵腹地。

2 數據來源與處理

2．1 數據來源

主要數據包括TM／ETM＋影像（2003年和2009年）、1∶25萬地貌類型圖（1983年）、1∶5萬土地利用現狀圖（2003年和2009年）、1∶5萬行政區劃圖、社會經濟數據以及相關文獻資料等，數據來源于醴陵市國土資源局、醴陵市土地利用總體規劃、醴陵市歷年統計年鑒等相關資料。除上述資料外，根據遙感影像，參照土地利用現狀圖，利用手持GPS、地形圖及其它參考資料進行定位、導航，對醴陵市進行了實地走訪與調研。

2．2 數據處理

數據 處 理 平 臺 為 Erdas 8．6，ArcGIS 9．0 和Excel 2003，具體處理步驟如下：

（1）首先在Erdas 8．6中進行預處理，對各類圖件進行幾何校正，使之平均誤差小于0．5個像元，并建立統一的坐標系統，以便進行圖像疊加分析，以《土地利用現狀分類》（GB／T21010－2007）作為分類標準，利用非監督分類法進行初步分類，考慮到影像的可分辨能力及研究需要，將土地利用方式劃分為水田、旱地、園地、林地、城鄉居民工礦用地、水域和未利用地7類。

（2）在ArcGIS 9．0中根據相關圖件和野外實地考察數據進行分類，并進行野外實地驗證，經檢驗，2003年和2009年土地利用分類圖的Kapper系數分別為83．4%與85．1%，達到了分類精度的要求。

（3）對分類圖進行矢量化，建立空間拓撲關系，生成2003年和2009年醴陵市土地利用圖形數據庫、相應的屬性數據庫以及景觀類型分布圖。

（4）將矢量格式的景觀類型分布圖轉換成柵格格式，利用遙感影像的判讀結果，結合醴陵市社會經濟數據，對醴陵市的土地利用變化進行分析，揭示醴陵市土地利用動態變化的規律與特征。

3 土地利用時空變化特征分析

3．1 土地利用的數量結構變化

土地利用動態變化首先表現為不同土地利用類型的面積和景觀格局變化，通過對土地利用類型變化進行深入分析，可以了解土地利用類型總的形勢和土地利用結構變化［13］。為了更好地了解醴陵市各種土地利用類型的具體變化過程，對醴陵市2003年和2009年的遙感影像圖進行解譯，得到土地利用現狀數據（表1）。

表1 2003年和2009年土地利用類型

從表1可知，2003年，醴陵市土地利用的主要類型為林地、水田和城鄉居民工礦用地，分別占土地總面積的54．78%，25．70%和9．45%。2009年，醴陵市主要土地利用類型沒有發生顯著變化，但數量發生了明顯的改變，其中，林地、城鄉居民工礦用地分別比2003年增加了0．30%和0．44%，水田減少了0．16%。6a間，醴陵市水田、旱地、園地、未利用地分別減少了336．00，700．33，236．35hm2和410．30hm2；而林地、城鄉居民工礦用地、水域則分別增加了638．89，939．65 hm2和104．44hm2。從表中的土地利用變化率來看，2003—2009年間，醴陵市各種類型的土地均發生了改變，變化的速度依次為旱地、園地、水域、城鄉居民工礦用地、未利用地、林地和水田。

3．2 土地利用／覆被變化分析

為了更準確了解各種土地利用類型之間的相互轉換，利用ArcGIS的空間分析功能［14］，將2003年和2009年土地利用數據進行空間疊加分析，得到醴陵市2003—2009年土地利用轉移矩陣（表2）。

表2 2003－2009年醴陵市土地利用變化轉移矩陣 hm2

對表2進行分析可知，6a來醴陵市各種土地利用類型面積的變化與土地利用類型之間的轉化情況如下：

（1）水田面積的改變主要是大量的水田轉向城鄉居民工礦用地、林地，6a間向城鄉居民工礦用地、林地分別轉化了227hm2，2 152．73hm2，導致水田數量減少。

（2）流失的旱地主要轉換為林地、城鄉居民工礦用地以及園地，分別為403．46hm2，286hm2，155．89 hm2。

（3）減少的園地主要轉換為城鄉居民工礦用地與林地，分別為332．32hm2，154．6hm2。

（4）林地的面積增加主要是由大量的水田、旱地、園地和未利用地轉換而來的，分別達到了152．73，403．46，154．6，201．3hm2，與此同時，部分林地轉換為旱地、園地和城鄉居民工礦用地，但數量較少。

（5）城鄉居民工礦用地在6a間增加速度較快，其中水田、旱地、園地、林地分別轉變為城鄉居民工礦用地面積達到了227，286，332．32，164．67hm2，但城鄉居民工礦用地向其它類型土地轉換的數量極其有限。

（6）水域面積的增加主要來源于旱地和未利用地，6a來分別為71．07，115hm2，與此同時，有121．76 hm2的水域被開發為水田。

（7）未利用地的轉移方式是單向轉移，造成了未利用地的減少，從轉移數量可知，未利用地轉移去向主要是林地和水域，分別為201．3，115hm2。

3．3 地貌類型與土地利用變化空間關系

醴陵市主要由崗地、低山丘陵和山地三種地貌類型構成，其中崗地按照所處的地理位置，可劃分為東南崗丘和西北崗丘兩大區域，兩大崗丘區面積占整個研究區總面積的58．42%，其次為位于西南部的低山丘陵區，各地貌類型面積及其比例見表3，各種土地利用類型在不同地貌類型區的變化比例見表4。

表3 醴陵市各地貌類型面積及其比例

表4 各地貌類型土地利用類型變化比例 %

從表4可知，6a來，各種土地利用類型在不同的地貌類型區發生了變化，但土地利用變化的速度與地貌類型有著十分密切的關系，東南崗丘區和西北崗丘區由于地勢較平坦，各種土地利用類型變化的幅度較大，相對而言，西南低山丘陵區土地變化的速度明顯小于東南崗丘區與西北崗丘區，北部山地區除了林地變化比例達到了0．63%外，余下的土地利用類型的變化比例均很小。

3．4 土地利用變化的三維表達

選擇區域面積較大的水田、旱地、城鄉居民工礦用地、林地，對醴陵市土地利用變化進行分析，在Arc－GIS的三維分析平臺ArcScene模塊中，先后導入事先創建的DEM圖像和土地利用變化柵格圖進行疊加，生成醴陵市這幾類土地利用類型空間格局及其變化的三維景觀圖（圖1）。圖1直觀展示了醴陵市土地利用景觀格局及其變化與地理環境的空間關系。

圖1 醴陵主要土地利用類型空間變化的三維景觀圖

從四種土地利用類型的空間變化情況來看，水田減少的面積集中分布在地勢較為平坦的丘崗地區，與水田空間變化相反，城鄉居民工礦用地的變化以增加為主。通過對比水田與城鄉居民工礦用地變化的圖像發現，水田減少的區域大部分對應于城鄉居民工礦用地增加的區域，說明城鄉居民工礦用地增加是造成水田面積減少的主要原因。與水田和城鄉居民工礦用地變化區域不同，旱地的變化主要發生在海拔較高的山區，并且以減少為主。從空間變化圖像的對比可知，減少的旱地基本都轉化為了林地，即林地增加的區域主要分布在山地和丘崗坡地等海拔較高、坡度較陡的區域，這主要是退耕還林政策強制作用的結果。

3．5 不同地貌區景觀格局變化

從表4與圖1可知，2003—2009年期間，醴陵市不同地貌的各種土地利用類型數量均發生了變化，其變化的具體情況見圖2。

圖2 不同地貌區土地利用類型變化

從圖2可知，醴陵市各地貌類型的各種土地景觀均在研究期間發生了變化，但變化程度各異，其中水田、旱地、園地以及未利用地在四種地貌類型中均呈減少的態勢，而林地、城鄉居民工礦用地、水域等類型用地呈現出不同形式的增加。此外，土地利用結構的變化亦隨著地貌的不同而有所差別，其中，東南崗丘區、西北崗丘區、西南低山丘陵區的土地利用變化較大，但以東南崗丘區和西北崗丘區的變化最為劇烈，北部山地區的土地利用變化則相對緩慢。

東南崗丘區、西北崗丘區、西北低山丘陵區的水田、旱地、園地、城鄉居民工礦用地的變化程度較大，由于水田、城鄉居民工礦用地為人類活動干擾較強的景觀類型，這些景觀類型的快速變化，有效地反映出東南崗丘區、西北崗丘區和西南低山丘陵區的人類活動比較頻繁，各種土地利用類型受人類的干擾程度較大。

4 結 論

人類的土地利用方式是土地利用結構及景觀格局變化的主要驅動力?；?003年和2009年遙感影像圖，對醴陵市土地利用變化作了詳細的分析與研究，得出如下結論：

（1）醴陵市土地利用結構在研究期間發生了較大的變化，農用地與未利用地逐年減少，建設用地逐年增加。從土地利用變化的速度來看，醴陵市的土地利用變化順序為旱地＞園地＞水域＞城鄉居民工礦用地＞未利用地＞水田＞林地，園地和未利用地以較快的速度減少，而城鄉居民工礦用地與水域以較快的速度增加。由此可見，醴陵市在加大城市和交通水利建設力度的同時，大量的農用地、未利用地快速轉化為建設用地。

（2）在不同地貌類型區，土地利用變化速度各異，醴陵市的優質耕地主要分布在崗丘區以及西南低山丘陵區，而該區域的人口密度較大，又是醴陵市工業經濟發展帶和新城建設發展區。在人口增長和城鎮化發展等壓力下，大量農用地被轉換為非農建設用地，因此，協調經濟發展與農用地，尤其是耕地保護間的矛盾，是醴陵市經濟發展中必須重視和解決的問題。按照山水醴陵、生態醴陵的建設要求，實現土地經濟效益、社會效益、生態效益的最佳配置，應該在丘崗區有計劃地提高耕地復種指數，同時加強林地的培育和保護，合理利用水土資源，科學規劃各類建設用地，保留合理的綠化用地，提高城鎮綠地率的比重，將醴陵市北部山地區和西南低山丘陵區作為主要的生態林建設區，進一步加強生態建設和生態保護，為長株潭城市群發展提供可持續的區域性生態保障。

［1］ 史培軍，陳晉，潘耀忠．深圳市土地利用變化機制分析［J］．地理學報，2000，55（2）：151－160．

［2］ 張靜，馬彩虹，王啟名，等．漢中市土地利用變化的動態變化研究［J］．水土保持研究，2012，19（1）：112－116．

［3］ 周子英．土地利用及其功能變化研究：以湖南省醴陵市為例［D］．長沙：湖南農業大學，2012：6．

［4］ 王成，魏朝富，袁敏，等．不同地貌類型下景觀格局對土地利用方式的響應［J］．農業工程學報，2007，23（9）：64－71．

［5］ 宋金平，趙西君，王倩．北京市豐臺區土地利用變化及社會經濟驅動力分析［J］．中國人口·資源與環境，2008，18（2）：171－175．

［6］ 柯新利，韓冰華，劉蓉霞，等．1990年以來武漢城市圈土地利用變化時空特征研究［J］．水土保持研究，2012，19（1）：76－81．

［7］ 吳艷芳，許月卿，田媛，等．大都市邊緣區土地利用動態變化研究：以北京市平谷區為例［J］．資源科學，2011，33（12）：2285－2292．

［8］ 崔衛國．基于RS／GIS的中南低山丘陵區土地利用格局與變化機制及其適宜性評價［D］．廣州：中國科學院廣州地球化學研究所，2008，6．

［9］ 李鵬杰，何政偉，李璇瓊．基于RS和GIS的土地利用／覆被動態變化監測［J］．水土保持研究，2012，19（2）：38－42．

［10］ 胡玉福，鄧良基，張世熔，等．基于RS和GIS的西昌市土地利用及景觀格局變化［J］．農業工程學報，2011，27（10）：322－327．

［11］ 郭紅，龔文峰，董雋，等．基于RS和GIS的嫩江下游土地沙漠化景觀格局變化特征分析［J］．生態與農村環境學報，2009，25（3）：99－103．

［12］ 馮異星，羅格平，周德成，等．近50a土地利用變化對干旱區典型流域景觀格局的影響：以新疆瑪納斯河流域為例［J］．生態學報，2010，30（16）：4295－4305．

［13］ 李謝輝，王磊．河南省土地利用／覆蓋景觀格局變化分析［J］．水土保持研究，2012，19（5）：83－89．

［14］ 郭冠華，陳穎彪，龔建周，等．廣州市城鄉交錯帶土地覆被景觀格局時空分異［J］．2010，30（6）：609－614．