慶陽市西峰區土地利用變化研究

[摘 要] 本文以甘肅省慶陽市西峰區為研究區域，提取2002年和2016年兩期遙感影像數據，利用ENVI軟件進行預處理、裁剪等，根據土地利用現狀分類標準將慶陽市西峰區土地資源分為耕地、建設用地、林地、草地、未利用地和水域6類。然后將土地利用類型進行監督分類，分析土地利用類型的變化。結果表明，在人類活動和自然因素的影響下，慶陽市西峰區土地利用類型發生了顯著的變化，耕地面積顯著減少，建設用地、林地、草地、未利用地均有不同程度的增加;水域是近15年較為穩定的土地類型，面積增加幅度較小。

[關鍵詞] 土地;監督分類;遙感影像;西峰區

[中圖分類號] F301.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2019）05-118-3

當前，環境問題越來越嚴重，人口與資源環境的矛盾越來越突出，土地利用/土地覆被變化（Land Use and Land Cover Change，簡稱LUCC）已成為國內外研究全球環境變化的核心問題之一[1-3]。其原因有二：首先，LUCC是引起全球環境變化的重要原因;其次，全球環境變化、地球系統科學和可持續發展與自然和人文問題聯系緊密，在環境變化問題中，LUCC是引起其他全球變化問題的主要原因[4-5]。甘肅省慶陽市物產豐富、種類繁多，近年來隨著人口的增長和經濟的發展，慶陽市西峰區土地資源需求量不斷增大。本文從時間序列上利用2002年和2016年兩期數據對慶陽市西峰區土地利用變化情況進行分析，為地方土地資源的合理開發利用和生態環境保護提供參考依據。其中，2016年的數據來源于土地利用現狀調查，2002年的數據來源于遙感影像解譯[6]。

1 研究區概況

慶陽市西峰區地處甘肅省東部，坐落于隴東黃土高原腹地，地理坐標為107°27′42″E～107°52′48″E、35°25′55″N～35°51′11″N。西峰區屬于黃土高原區，地勢東北相對西南較高，海拔1 421 m。地形呈扇形，南北長約47.7 km，東西寬約34.8 km。第二次土地調查成果顯示，西峰區土地總面積是99 901.82 hm2，當中農用地面積為62 918.61 hm2，占西峰區總面積的62.98%;建設用地面積是14 998.81 hm2，占全區總面積的15.01%;其他土地面積為21 984.40 hm2，占全區總面積的22.01%。土地利用類型以耕地為主，占全區土地面積的62.98%，塬面面積大，耕作條件好。

2 研究方法

2.1 土地利用動態度

2.1.1 單一土地利用動態度分析。單一土地利用類型動態度可以定量描述研究區域在一定時間間隔內的土地利用/覆被類型的變化速度[7-8]，其計算公式如下：

K=（Ub-Ua）/（Ua×T）×100% " " " " " " " " （1）

式（1）中，K為單一土地利用動態度，Ua是研究初期某一土地利用類型的數量，Ub是研究末期某一土地利用類型的數量，T為研究時段。

2.1.2 綜合土地利用動態度。綜合土地利用動態度反映各種地類變化的大體情況，值越大說明土地利用動態變化越強烈[9]。其計算公式如下：

[LC=i=1n?LUi-j2i=1nLUi×1T×100%] " " " " " " （2）

式（2）中，LUi為監測起始時間第i類土地利用面積，ΔLUi-j為監測時段T內第i類土地利用類型轉為非i類土地利用類型面積的絕對值。當T的時段為年時，K和LC的值即分別為研究區某一地類土地利用年變化率和綜合土地利用年變化率。

2.2 土地利用程度

土地利用程度動態變化量是指一定范圍內多種土地利用類型的動態變化，土地利用程度的變化量和變化率可以定量地揭示研究區范圍內的土地利用/覆被的綜合水平和變化趨勢[10]。

2.2.1 土地利用程度綜合指數。土地利用程度采用土地利用變化綜合指數進行分析。其計算公式如下：

Lj=100×∑Ai×Ci，Li∈[100，400] " " " " " " " " " （3）

式（3）中，Lj為土地利用程度綜合指數，Ai為研究區第i級土地利用程度分級指數，Ci是分級面積百分比，n為土地利用程度分級數。其中，Ai是采用劉紀元先生的提出的四級土地利用分級標準。未利用地和難利用地的分級指數是1，林地、草地和水體是2，耕地和園地的是3，城鎮居民、工礦及交通用地為4。

2.2.2 土地利用程度變化參數。土地利用程度變化參數數學模型為：

ΔLb-a=Lb-La " " " " " " " " " " " " " " " " " " （4）

式（4）中，Lb是b時間區域內土地利用程度綜合指數，La是a時間區域土地利用程度綜合指數。計算結果如果△Lb-a>0，表明區域土地利用處于發展期;△Lb-a<0，表明土地利用處于衰退期或調整期。

2.3 土地轉移矩陣

利用土地轉移矩陣可以明顯地表現出研究初期到研究末期土地利用類型的變化轉移情況，也能表示出土地利用類型變化的方向性。其數學表達式如下：

Pij=[P11P12…P1nP21P22…P2n…………Pn1Pn2…Pnn] " " " " " " " " （5）

式（5）中，i、j分別為研究初期和末期的n種土地利用類型（i，j=1，2，3，……，n）;P為研究區土地利用類型初期轉化為土地利用類型末期的面積;Pij表示第i類土地利用類型在研究時段內沒有發生變化的面積;i行元素之和為i土地利用類型在研究初期的面積;j列元素之和表示j土地利用類型在研究末期的面積。

3 結果與分析

3.1 土地利用數量變化分析

對比2002年和2016年土地利用結構（見表1），可以發現2002年和2016年各土地利用類型的面積、比例有差異。2002年，慶陽市西峰區面積最大的是耕地，最少的是水域，其中林地和建設用地占了較大比重。2016年，慶陽市西峰區耕地面積減少較多，其中林地、草地和建設用地也占了較大的比重。從數量上看，水域、草地、未利用地、林地和建設用地的面積均增大，其中林地增長幅度最大。近15年間，林地面積從2002年的274.73 km2增加至2016年的342.38 km2，增加了67.65 km2。草地從2002年的29.41 km2增加至2016年的62.44 km2。林地和草地的增加源于2000年開始全面啟動的退耕還林工程。隨著退耕還林、還草工程的開展，林地和草地的面積還在繼續增加。另外，隨著城市化的發展，一部分農民棄耕，良田變成草地和林地。建設用地從2002年的129.98 km2增加至2016年的182.39 km2，增加了52.41 km2，增加的原因是20世紀90年代以來經濟的發展和城市化建設。水域面積從2002年的0.47 km2增加至2016年的0.90 km2，增加了0.43 km2，其增加的原因是河流的發育及人工湖泊的建設。未利用地從2002年的7.74 km2增加至2016年的41.66 km2，增加了33.92 km2，主要是由于非農利潤的驅使，加之生態環境的退化，使部分區域出現了撂荒現象，土地退化為不毛之地。面積減少的是耕地，耕地面積從2002年的546.08 km2下降至2016年的358.64 km2，減少了187.44 km2，減少的面積占原面積的34.32%。由于建設用地占用耕地嚴重、退耕還林還草工程的實施，以及生境退化導致耕地質量下降，使可利用的耕地利用面積整體減少。

單一土地利用動態度計算結果顯示，在6種土地利用類型中，未利用地的動態度最高，其值為30.68%，說明未利用地的變化速度最快;耕地面積變化大，但是其基數大，所以動態度比較小，變化速度比較慢;草地動態度比較大，變化速度相對較快;林地動態度最小，變化速度也最慢。

2002—2016年，土地利用類型未發生變化的面積是564.99 km2，各類土地利用類型發生變化的面積423.09 km2，土地利用綜合動態度為1.27%，土地利用變化速度較為緩慢，人類活動對環境的影響不明顯。

土地利用程度綜合指數反映了環境和人類對于土地利用的影響程度。通過計算得出，2002年土地利用程度綜合指數是280，屬于中等水平;2016年土地利用程度綜合指數是337，屬于較高水平。對比2個時期的數據，土地利用綜合指數發生了改變，說明該區域人類活動對土地利用類型有較大的影響。土地程度變化參數為正值57，說明該區域土地利用處于發展期。

3.2 土地利用類型轉化分析

通過分析2002—2016年慶陽市西峰區土地利用轉移矩陣（見圖2）可得，近15年西峰區有37.64%的土地發生了改變，變化最明顯的土地利用類型是耕地、林地、建設用地。2002年慶陽市西峰區的耕地、林地、建設用地至2016年大部分轉化成了其他土地利用類型，分別占他們各自土地變化總面積的48.13%、14.69%、69.56%。2002年，慶陽市西峰區耕地部分轉化成了2016年的林地，占耕地總變化面積的24.12%。通過分析得出，西峰區有269.24 km2的耕地被轉化為其他土地利用類型，部分草地、林地、建設用地被開墾為耕地。近15年未利用地則主要轉化為耕地、建設用地、林地，分別占未利用地變化總面積的29.33%、20.93%、26.40%。

2016年的建設用地主要由2002年的耕地轉化而來，占建設用地總面積的38.8%。水域有少部分轉變為建設用地和林地，分別占水域變化總面積的12.77%和4.26%。

4 結論

①從土地利用類型變化速度上看，近15年研究區林地面積增加速度最快，建設用地增加速度緊隨其后，水域由于地理環境的限制，變化速度較慢。從土地利用類型的穩定性來看，水域是研究區內最為穩定的地類，而林地和建設用地變化相對劇烈。

②從土地利用類型的轉移變化來看，研究區各土地利用類型都出現一定程度的相互轉化。其中，耕地轉出方向主要為林地和建設用地，輸入部分主要為建設用地和草地;耕地、林地、建設用地三者之間相互轉化較為頻繁，表明人們在退耕還林的同時進行著破壞林地開墾荒地的活動;在這15年中，建設用地的增加主要是通過占用耕地來實現的，未利用地的增加主要是通過耕地轉化而實現的，說明隨著城鎮化的發展，撂荒問題逐漸凸顯。

參考文獻

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