廣西壯族自治區土地利用變化圖譜研究

摘 要：采用地學信息圖譜方法，以廣西壯族自治區3期（2005年、2010年和2015年）遙感影像解譯數據為基礎，運用ArcGIS軟件分析了土地利用格局變化圖譜特征，揭示廣西壯族自治區10 a以來土地利用變化的時空規律。結果表明：在2005～2015年期間，耕地面積呈先減少后增加的趨勢，林地面積呈先增加后減少的趨勢，草地和水域面積變化量較小，建設用地呈逐年增加趨勢，未利用地變化不明顯；新增建設用地變化幅度較大的地區主要發生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市和梧州市；2005～2015年土地利用類型的變化以耕地、草地、林地之間的相互轉移為主；草地、水域、建設用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

關鍵詞：土地利用變化；LUCC；圖譜分析；廣西壯族自治區

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）09-0060-07

Mapping Analysis Study on Land Use Change in Guangxi Zhuang Autonomous Region

LI Ying1，WANG Jin-ju1，TONG Xin-hua2，WEI Yan-fei1

（1. School of Land Resources and Surveying， Guangxi Teachers Education University， Nanning 530001， PRC； 2. School of

Geography and Planning， Guangxi Teachers Education University， Nanning 530001， PRC）

Abstract： Based on the remote sensing image interpretation data of Guangxi Zhuang Autonomous Region （2005， 2010 and 2015）， the characteristics of land use pattern change map were analyzed by using ArcGIS software， and the temporal and spatial regularity of land use change in Guangxi Zhuang Autonomous Region in the past 10 years was revealed. The results showed that during the period of 2005-2015， cultivated land area decreased first and then increased， forest land area increased first and then decreased， grassland and water area change was small， construction land was increasing year by year， and the change of unused land was not obvious. The newly-added construction land mainly occurred in Nanning， Guilin， Liuzhou， Qinbeifang coastal cities， Hezhou and Wuzhou. The change of land use types in 2005～2015 was mainly due to the transfer of cultivated land， grassland and woodland. Grassland， water area， construction land and unused land were mainly rising， while cultivated land and forest land were mainly falling.

Key words： land use change； LUCC； map analysis； Guangxi Zhuang Autonomous Region

我國土地利用格局在不斷地發生變化，人口數量在急劇擴增，而可利用的土地資源面積比例在持續減小，即我國土地資源豐富但人均量少。研究土地利用格局的變化，為有關土地資源管理部門決策提供依據的同時對土地合理利用及其規劃都有著至關重要的意義。該研究不僅可以協調生態環境與人類活動之間的關系，還可以推動經濟發展的快速發展。目前對土地利用變化格局的研究方法主要有GIS技術[1]、景觀格局分析法[2]、變化監測法[3]、CA模型[4]和圖譜分析法[5-9]等。國內外關于土地利用格局變化[10]的研究都取得了很大的進展，但對于廣西全區土地利用圖譜的分析研究較少，較多為流域和邊境地區方向的研究。地學信息圖譜的作用是表述區域自然過程與社會經濟發展的時態演進和空間分異，它能進一步優化非空間屬性數據挖掘方法[11-12]。因此，筆者在地學信息圖譜理論的基礎上，揭示2005～2015年土地利用格局變化規律，為廣西土地資源的變化研究奠定基礎，也為廣西區域環境變化、土地利用規劃和資源可持續利用等相關領域提供有價值的參考信息。

1 研究區概況

廣西壯族自治區（簡稱廣西）坐落于我國華南地區，經度跨度（104°26'～112°04'E）約為8°，緯度跨度（20°54'～26°24'N）約為6°。廣西四周多為山地、高原，其中部與南部地勢平坦，地貌呈盆地狀，廣西總面積的38%為喀斯特地貌。該區以亞熱帶季風氣候為主，年平均氣溫在16～23℃之間，年降水量大于1 070 mm。廣西第二產業發達，包括食品產業、汽車產業、石化產業和電力產業等。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

研究以地理空間數據云下載的廣西2005年、2010年與2015年的Landsat遙感影像為基礎數據源，結合ENVI遙感影像處理軟件對影像進行幾何校正、大氣校正、裁剪等預處理流程以及目視解譯。解譯后的土地類型主要包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地共6種地類，分別編碼為1、2、3、4、5、6，并運用圖譜代碼融合方法，按30 m×30 m網格將三期矢量圖柵格化。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用圖譜分析 土地利用圖譜就是土地利用變化在一個時期內的“空間·屬性·過程”一體化數據。土地利用圖譜單元，主要的圖譜單元排序表，轉移矩陣表是土地利用圖譜分析的主要內容。通過添加變化率與變化比率兩個指標，轉移矩陣表能更清楚地闡述土地利用變化情況。借鑒已有的研究，利用圖譜代碼融合方法對前后兩期土地利用的圖譜單元進行地圖代數疊加運算，實現圖譜融合。具體合成公式如下。

N=10×F+L （1）

式（1）中：N表示研究時期內土地利用演替變化新的圖譜單元柵格圖；F表示前期土地利用格局信息圖譜單元柵格屬性值；L表示后期土地利用格局信息圖譜單元柵格屬性值。

2.2.2 土地利用動態度 研究區在某時間段內土地利用類型數量變化的速率和預測土地利用變化的趨勢可以由土地利用動態度定量描述，其公式如下。

3 結果分析

3.1 土地利用格局信息圖譜分析

采用ENVI5.1軟件和ArcGIS 10.2軟件處理后得到廣西2005年、2010年和2015年土地利用格局信息圖譜。廣西2005年、2010年和2015年各土地利用類型的數量結構見表1。根據表1可知，2005～2015年耕地呈先減少后增加的趨勢，林地呈先增加后減少的趨勢，草地面積變化量較小，建設用地呈逐年增加趨勢。未利用地在三個時期各占總面積約0.015%。

根據表2可知，6種地類中建設用地年均增長率最大，2005～2010年期間年均增長率為-0.53%，2010～

2015年期間年均增長率為4.76%，2005～2015年建設用地面積年均增長率為2.05%，凈增加94.69×103 hm2；耕地、林地面積都有所減少；耕地面積變化量最大，2005～2015年期間，凈減少62.12×103 hm2。

3.2 土地利用分類信息圖譜分析

基于ArcGIS平臺件構建2005年、2010年和2015年廣西土地利用分類信息圖譜，如圖1所示，2005～

2015年隨著廣西耕地、林地逐漸減少的同時草地和建設用地不斷增加，增加和減少在空間位置上基本吻合。新增建設用地變化幅度最大，主要發生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市以及梧州市；草地面積變化幅度較小，主要分布在柳州市和桂林市交界處、桂林市東北部以及百色西部。

3.3 土地利用轉移信息圖譜分析

3.3.1 2005～2010年土地利用轉移信息圖譜分析 通過地圖代數疊加運算，得到如圖2所示的土地利用轉移信息圖譜，表3土地利用格局轉移矩陣，并對地類變化轉移單元進行統計，得到表4土地利用轉移圖譜單元排序。

根據表3可知2005～2010年間廣西的耕地轉出量為1 823.93×103 hm2，轉入量為2 003.92×103 hm2，耕地面積轉入大于轉出，90.13%的耕地面積穩定不變。林地轉出量為2 361.22×103 hm2，轉入量為2 042.02×

103 hm2，林地面積轉入小于轉出，86.48%的林地面積穩定不變。草地轉出量為843.33×103 hm2，轉入量為959.81×103 hm2，草地面積轉入大于轉出，86.19%的草地面積穩定不變。水域轉出量為210.30×103 hm2，轉入量為220.92×103 hm2，水域面積轉入大于轉出，94.95%的水域面積穩定不變。建設用地轉出量為283.82×103 hm2，轉入量為295.92×103 hm2，建設用地面積轉入大于轉出，95.73%的建設用地面積穩定不變。

在2005～2010年，發生轉移的有30類圖譜單元，將其變化面積按由大到小的順序排列，并累計變化比率，由表4可知，有8類圖譜單元的變化比率超過了3%，轉移累計比率達到了89.44%。其中耕地轉為林地占27.10%，林地轉為耕地占23.64%，兩者間的相互轉化主要發生在百色市中部、北部和桂林市東部、北部；草地轉為林地、林地轉為草地分別占12.61%和10.50%，主要分布在賀州市、柳州市西北部和崇左市；四者占73.85%。

3.3.2 2010～2015年土地利用轉移信息圖譜分析 經過地圖代數疊加運算，得到圖3所示的土地利用轉移信息圖譜，表5土地利用格局轉移矩陣，并對地類轉移變化單元進行統計，得到表6土地利用轉移圖譜單元排序。

根據表5，2010～2015年間廣西的耕地轉出量為

1 978.08×103 hm2，轉入量為1 859.64×103 hm2，耕地面積轉入小于轉出，94.01%的耕地面積穩定不變。林地轉出量為2 028.53×103 hm2，轉入量為2 404.66×103 hm2，

林地面積轉入大于轉出，81.45%的林地面積穩定不變。草地轉出量為979.99×103 hm2，轉入量為848.48×103 hm2，草地面積轉入小于轉出，86.58%的草地面積穩定不變。水域轉出量為228.25×103 hm2，轉入量為209.03×

103 hm2，水域面積轉入小于轉出，91.58%的水域面積穩定不變。建設用地轉出量為376.20×103 hm2，轉入量為269.92×103 hm2，建設用地轉入面積小于轉出，71.75%的建設用地面積穩定不變。

在2005～2010年，發生轉移的有30類圖譜單元，將其變化面積按由大到小的順序排列，并累計變化比率，由表6可知，8種類型圖譜單元變化比率超過了3%，轉移累計比率達到了88.90%。其中林地轉為耕地占26.58%，耕地轉為林地占23.22%，兩者間的相互轉化主要發生在玉林市與梧州市交界處、崇左市北部；林地轉為草地、草地轉為林地分別占12.86%和10.35%，主要分布在賀州市、柳州市西北部和崇左市；四者占73.01%。

綜上所述，2005～2015年間，廣西土地利用類型的變化以耕地、草地、林地之間的相互轉移為主，即農用地內部結構進行了調整。

3.4 土地利用漲落勢圖譜分析

在2005～2010年和2010～2015年的漲落勢圖中（見圖4和圖5），草地、水域、建設用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

根據表7可知，林地新增面積最多，在2005～2010年、

2010～2015年和2005～2015年各占新增土地總面積的42.74%、36.26%和30.57%，新增面積的主源為廣西對草地的開發利用和“退耕還林”等，林地的增加反映了廣西對自然環境保護意識的增強；其次是耕地，3個時段分別占33.01%、35.36%和25.29%，新增面積的主源為林地，研究區通過開墾林地來解決日益漸大的糧食需求。耕地面積的增加，表明農業生產仍舊是廣西重要的經濟活動；建設用地面積的增加主要來源于對耕地和林地的占用；水域面積的增加則是由于水產養殖業發展等因素所導致。

耕地和林地萎縮明顯，林地在3個時段分別占36.96%、42.99%和41.03%，耕地在3個時期分別占萎縮土地總面積的36.27%、33.24%和36.55%，兩者主要轉換為草地和建設用地；草地萎縮量居其后，萎縮的草地絕大部分是由于“退草還林”所造成；由于建設用地拆舊建新成本較高和人們對水資源保護意識的加強，建設用地及水域萎縮面積較少。土地利用穩定面積占總面積的比值均在76%以上。

4 結 論

基于地學信息圖譜理論分析了廣西2005年、2010年和2015年的土地利用格局變化，得出以下四點結論。

（1）2005～2015年廣西土地利用格局特征為耕地面積呈先減少后增加的趨勢，林地面積呈先增加后減少的趨勢，草地和水域面積變化量較小，建設用地呈逐年增加趨勢，未利用地變化不明顯；耕地和林地為主要用地類型，草地、水域、建設用地和未利用地為次要用地類型。

（2）2005～2015年隨著廣西耕地、林地逐漸減少的同時，建設用地不斷增加。新增建設用地變化幅度最大，主要發生在南寧市、桂林市、柳州市、“欽北防”沿海的城市、賀州市以及梧州市；草地面積變化幅度較小，主要分布在柳州市和桂林市交界處、桂林市東北部以及百色西部。

（3）廣西的用地類型變化主要以耕地、林地和草地間的相互轉換為主；2005～2015年，廣西耕地、草地、水域、建設用地面積呈現先減少后增加的趨勢，林地面積呈現先增加后減少的趨勢；建設用地凈增加的面積最大，增長速度最快，新增面積的來源主要為耕地；耕地凈減少的面積最大，萎縮速度最快，萎縮面積主要變成了建設用地。

（4）在2005～2010年和2010～2015年的土地利用變化漲落勢圖譜中，草地、水域、建設用地和未利用地以漲勢為主，耕地和林地則以落勢為主。

參考文獻：

[1] Lister T W，Lister A J，Alexander E. Land Use Change Monitoring in Maryland Using a Probabilistic Sample and Rapid Photointerpretation [J]. Applied Geography，2014，51（15）：1-7.

[2] Qin Z，Li W，Burgheimer J，et al. Quantitative Estimation of Land Cover Structure in an Arid Region Across the Israel–Egypt Border Using Remote Sensing Data [J]. Journal of Arid Environments，2005，66（2）：336-352.

[3] 張 靖，同麗嘎，董建軍，等. 土地利用/覆蓋變化研究方法[J]. 內蒙古大學學報（自然科學版），2013，44（3）：329-336.

[4] 楊 俊，解 鵬，席建超，等. 基于元胞自動機模型的土地利用變化模擬——以大連經濟技術開發區為例[J]. 地理學報，2015，70（3）：461-475.

[5] 匡文慧，張樹文，侯 偉，等. 三江平原寶清縣土地利用變化圖譜分析[J]. 中國科學院研究生院學報，2006，（2）：242-250.

[6] 吳紅霞，木合塔爾·艾買提，張 輝，等. 阿克蘇灌區土地利用格局變化圖譜及驅動力分析[J]. 長江科學院院報，2017，（34）：1-7.

[7] 李月連. 南流江流域土地利用變化圖譜及驅動力研究[D]. 南寧：廣西師范學院，2013.

[8] 李秋萍，陸汝成，梁寶坤，等. 廣西陸地邊境地區土地利用信息圖譜構建[J]. 水土保持研究，2016，23（6）：210-215.

[9] 呂 曉，史洋洋，黃賢金，等. 江蘇省土地利用變化的圖譜特征[J]. 應用生態學報，2016，27（4）：1077-1084.

[10] 劉紀遠，張增祥，徐新良，等. 21世紀初中國土地利用變化的空間格局與驅動力分析[J]. 地理學報，2009，64（12）：1141-1420.

[11] 齊清文，池天河. 地學信息圖譜的理論和方法[J]. 地理學報，2001，（56）：8-18.

[12] 廖 克. 地學信息圖譜的探討與展望[J]. 地球信息科學，2002，（1）：14-20.

（責任編輯：肖彥資）