基于轉移矩陣的環渤海土地利用研究

陶蘊之，張 甜 ，梁琦珍 ，李 文

(浙江師范大學 地理與環境學院，浙江 金華 321004)

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基于轉移矩陣的環渤海土地利用研究

陶蘊之，張 甜 ，梁琦珍 ，李 文

(浙江師范大學 地理與環境學院，浙江 金華 321004)

摘要：在對環渤海5 km研究區轉移矩陣分析的基礎上，生成了研究區土地利用轉移方向統計表以及不同用地類型面積變化的空間分布圖，探究了近十幾年來環渤海地區產業經濟結構發展狀況、出現的問題與不足，為今后環渤海地區的可持續發展道路提出了一些建議。

關鍵詞：土地利用；環渤海；緩沖區；轉移矩陣

1引言

在全球環境變化研究中，土地利用和土地覆被動態變化越來越被認為是一個關鍵和迫切的研究課題[1，2]。1995年國際地圈-生物圈計劃(IGBP)和全球環境變化中的人文領域計劃(HDP)聯合提出的“土地利用和土地覆蓋變化”(LUCC)研究計劃，基本目標是提高對全球土地利用和土地覆蓋變化動力學(動態過程)的認識，并著重提高預測土地利用和土地覆蓋變化的能力[3]。土地利用轉移矩陣可全面而又具體地分析區域土地利用變化的數量結構特征與各用地類型變化的方向，細致反應各地類之間的相互轉化關系，進而了解轉移前后各地類的結構特征，在土地利用變化分析和地類模擬方面具有重要作用，因而在土地利用變化和模擬分析中具有重要意義。

20世紀90年代以來，土地利用變化研究一直是國內外很多學者的研究熱點問題。1994年聯合國環境規劃署開始“土地覆蓋評價和模擬項目”的項目，目的是調查東南亞地區上土地覆蓋的變化。1995年國際系統研究所為了分析從1900～1990年這90年間歐洲和北亞地區土地利用變化的特征，時空變化分析，并預測在全球環境變化下，在經濟，人口，科技及政治等各因素的變化下，歐洲和北亞地區未來50年土地利用變化的趨勢而啟動了“歐洲和北亞土地利用/覆蓋變化模擬”的3年期項目。同時日本國立科學研究院全球環境研究中心提出的“為全球環境保護的土地研究”來研究土地利用的驅動因子和事件動態，空間分布的特征，并且做出了相應對策的研究等[4，5]。

2研究方法與研究區

2.1研究方法

土地利用轉移矩陣反映了某一區域某一時段期初和期末各地類面積之間相互轉化的動態過程信息，它不但包括靜態的一定區域某時間點的各地類面積數據，而且含有更為豐富的期初各地類面積轉出和期末各地類面積轉入的信息。土地利用轉移矩陣通用形式為：

(1)

式中：s代表面積，n代表轉移前后的土地利用類型數，i、j分別代表轉移前與轉移后的土地利用類型，sij代表轉移前的i地類轉換成轉以后的j地類的面積。矩陣中的每一行元素代表轉移前的i地類向轉以后的各地類的流向信息，矩陣中的每一列元素代表轉以后的j地類面積從轉移前的各地類的來源信息。轉移前后土地利用類型數可以有所不同，這是矩陣的行數和列數不同，其是一個一般矩陣。為了研究方便，轉移前后通常采用相同的分類體系和分類精度，這樣矩陣的行數列數相同，它就是一個N階方陣。土地利用轉移矩陣含有豐富的研究時段期初和期末各地類之間相互轉化的信息，并具有豐富的統計學意義。

2.2研究區概況

渤海是中國唯一的內海，被遼東半島、山東半島和華北大平原環抱，海岸線長約5 700km，形成“C”字形的區域格局。環渤海地區是繼珠江三角洲、長江三角洲之后我國經濟向北推進的又一經濟發展中心。隨著城鎮化、工業化的快速發展，該區域的土地利用發生了顯著變化，成為21世紀學術研究的熱點和重點地區之一。本文以環渤海海岸線為基準向陸地擴展5km緩沖區所成的區域，著重研究該地區土地利用尤其是濕地類型的變化情況。范圍涉及京津唐地區(北京市、天津市、河北唐山、秦皇島、滄州和廊坊)，遼中南沈大沿線地區(大連、營口、遼陽、撫順等)，山東半島膠濟沿線的部分地區。

土地利用數據主要來源于研究區內的1995年，2000年和2008年環渤海沿線5km緩沖區土地利用圖。該區域土地類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉、工礦、居民用地和未利用地六大類一級類型。一級類型又進一步分為25個二級類型，包括水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、河渠、湖泊、水庫坑塘、冰川和永久積雪、海涂、灘地、城鎮用地、農村居民點用地、工業與交通建設用地、沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地、裸巖石礫地和其他土地類型等。由于二級分類系統過于龐雜，對轉移矩陣的分析選用一級土地分類，在論述土地利用類型的分布時使用二級分類。

表1～表4就是1995～2000年，2000～2008年兩期的環渤海土地利用類型轉移矩陣。

表1　1995～2000年研究區土地利用轉移矩陣　km2

表2　2000～2008年研究區土地利用轉移矩陣　km2

表3　1995～2000年土地利用轉移方向　km2

表4　2000～2008年土地利用轉移方向　km2

由表1～表4可以看出，1995～2000年間，六類土地利用類型均有變化，其中變化較為劇烈的是城鄉類，共計新增289.2 km2，水域利用類型共計新增272.7 km2，而未利用土地類型共計減少585.1 km2。對于2000～2008年，六類土地利用類型也有變化，最為劇烈的是草地利用類型，總減少804.6 km2，其次是水域類型，新增65.2 km2，城鄉新增507.2 km2，耕地新增48 km2。接下來對變化劇烈的土地利用類型進行了研究，分析這些類型變化的原因機制，即分別研究其他土地利用類型對該土地利用類型變化的貢獻值，并將起主導作用的土地類型轉化在ARCGIS下用地圖予以顯示。表5～表7為1995～2000年城鄉類、水域以及未利用地的變化情況明細表。

表5　1995～2000城鄉類土地類型變化明細

表6　1995～2000水域土地利用類型變化明細　km2

表7　1995～2000年未利用地類型轉化明細　km2

由表5可以看出研究期內，其他五個地類對城鄉用地的增加都有貢獻，轉化最多的就是未利用地和水域轉化為城鄉用地。表6表明對于水域面積的增加，耕地與城鄉類的變化量為負值，說明這兩種類型對水域面積增加起反作用，即存在水域轉為耕地和城鄉用地的區域，剩余的三類都是促進水域面積增加的類型，其中水域轉化為城鄉分布圖，前文已經論述。

表7可以看出研究期內，除林地、未利用地的減少導致其他用地類型的增加，林地的減少確實需要著重關注，本文研究未利用地轉化為耕地，水域以及林地轉化為未利用地的空間分布情況。其中未利用地轉化為水域和城鄉空間分布前文以及提及 ，本部分主要分析未利用轉為耕地以及林地轉為未利用地的空間分布情況。圖1反映了1995～2000年環渤海5km緩沖區顯著地類景觀變化的空間分布情況。

圖1　1995～2000環渤海5km緩沖區

相關類型轉成草地/km2由草地轉出/km2變化量/km2百分比/%耕地18.5197.2-178.722.2林地19.3119.6-100.312.5水域13.2132.1-118.914.8城鄉類3.1129.7-126.615.7未利用地1.8281.9-280.134.8

表 9　2000～2008水域變化明細　km2

表10　2000～2008城鄉用地變化明細　km2

表11　2000～2008耕地變化明細　km2

表8～表11表明，2000～2008年內，草地轉出引起其他五類用地類型的增加，水域面積的增加由耕地以及未利用地減少所致，同時水域面積的減少也導致耕地、林地以及草地面積的增加。城鄉類型用地的增加由耕地，林地，草地和未利用地轉化而來，但有部分城鄉用地轉化為水域類型。耕地面積的增加由草地，水域以及未利用地的轉化而來，同時部分耕地轉化為城鄉以及林地類型。對于顯著轉化的地類景觀，本文主要研究以下幾類地類轉化的空間分布，如圖2所示。

圖2　2000～2008環渤海5 km緩沖區

3結語

通過對三期環渤海數據計算得到的兩期土地利用轉移矩陣、兩期土地利用轉移方向表以及兩期時間段內改變劇烈的土地利用類型的變化明細表及其空間分布的分析和綜合，可以得出以下結論。

(1)1995～2000年間，環渤海地區六類土地利用的面積與分布都發生了較大變化，其中增長量最多的為城鄉用地，在城鄉用地面積的增加過程中，未利用地、水域和耕地轉化為城鄉用地所占的比例最大。空間分布上，未利用地和水域的轉化多發生在天津、滄州以及山東的北部沿海地區，耕地的轉化多分布在遼中南以及山東的煙臺至威海一帶。其次水域面積的增長也較大，很大一部分由未利用地轉化而來，同時部分水域面積轉化為耕地和城鄉用地。未利用地的轉化多分布在滄州以及東營等山東北部地區。水域的轉出多分布在唐山-秦皇島-葫蘆島一帶。未利用地面積的減少最多。貢獻最大的就是未利用地向耕地、水域以及城鄉用地的轉化。其空間分布多在山東北部的沿海地區。

(2)2000～2008年間，環渤海地區六類土地利用類型同樣發生較大面積的變化，草地面積減少的最多，對其貢獻最大的是草地向未利用地，耕地以及城鄉用地的轉化。這些轉化很多分布在山東整個省份的沿海地區。水域利用類型的增加比較顯著，很多由草地以及城鄉用地轉為水域，同時部分水域轉為未利用地以及耕地。草地的轉化多發生在山東中北部沿海地區，秦皇島沿海地區也有轉化，城鄉用地的轉化多發生在唐山-秦皇島沿線以及錦州至營口的部分地區。城鄉用地類型的增加最多，大部分由耕地和未利用地轉化而來。未利用地轉為城鄉又是絕大部分分布在山東中北部沿海地區，耕地的轉化則遍布遼寧省整個沿海地區以及山東的威海-煙臺一帶。

(3)原因分析。這十幾年間，城鄉用地一直呈增長趨勢，可見人口因素對于土地利用變化來說是一個很大的影響因素，人口增長直接關系到區域土地利用的規劃，比如人口急劇增加，那么居民用地必須隨之增多才能改善人民的居住問題，同時人口的增多和減少也會影響到城市化的進展，人口的增多必然影響到就業的問題。環渤海地區是經濟發展極具潛力的地區，這十幾年來經濟的發展必然導致人口的增多也就使得居民用地大量地增加。同時經濟的發展也必然導致大量地未利用地開發為其他土地利用類型，環渤海地區很重要的水資源包括濕地資源等近十幾年來也是一直增加，這也說明了該地區的政府以及人民對該資源的開發和利用程度也在不斷加深。但是草地、耕地以及林地的減少卻不容忽視，這往往是由于人口的壓力以及經濟發展的需求所造成的，今后環渤海地區的發展應當考慮到對這些用地類型的保護。

參考文獻：

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[3]Wanhui Yu，Shuying Zang，Changshan Wu，ea al.Analyzing and modeling land use land cover change (LUCC) in the Daqing City，China[J].Applied Geography，2010(312).

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[5]Hiller F.S. Lieberman G.J. Introduction to operations research Oakland[J].Ca:Holden-Day，1980(4).

Research on Land Utilization AroundBohaiSea Based on Transfer Matrix

Tao Yunzhi, Zhang Tian, Liang Qizhen, Li Wen

(CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China)

Abstract:Land utilizationhas been the most popular research direction amongdomestic and foreign scholars in recent decades.Based on the transfer matrix analysis of five kilometers around BohaiSea area,the article generates the statistics of transfer direction ofland utilizationand spatial distribution mapsof area change of different types′land utilization.Then the article explores the development of economic structure of regional industries in the area around BohaiSea during the last decades.The article points out the problems and shortcomings,which offersome suggestions for the future sustainable development of the area around Bohai Sea.

Key words:land utilization;the Bohai Sea;buffer zone;transfer matrix

文章編號：1674-9944(2016)02-0004-04

中圖分類號：TU984

文獻標識碼：A

作者簡介：陶蘊之(1990— )，男，安徽淮南人，浙江師范大學地理與環境學院碩士研究生。

收稿日期：2015-11-06