基于GIS的商丘市土地利用時空變化分析

王興敏 楊亞輝

摘? 要：土地利用/覆蓋變化是造成全球環境變化的主要原因之一，基于GIS技術，結合土地利用轉移矩陣、土地利用動態度模型對商丘市2000年和2015年兩期的土地利用數據進行分析。結果表明，耕地一直是商丘市最主要的土地利用類型，2000年與2015年的用地面積分別為8 564.84 km2、7 961.96 km2，分別占商丘市總面積的80.26%、74.37%;15年來，商丘市的耕地面積減少了602.88 km2，而其中有528.37 km2的耕地轉變為建設用地;同時建設用地面積增長最快，面積增加697.57 km2，占其2000年用地面積的37.57%;商丘市總體土地利用變化空間范圍較大，尤其是商丘市主城區周圍和商丘西北部地區，新增的建設用地圍繞著已有建設用地向外擴散。

關鍵詞：GIS? 土地利用? 時空變化? 空間分析

中圖分類號：P208? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）02（b）-0097-05

Analysis of Spatial and Temporal Changes of Land Use in Shangqiu City Based on GIS

WANG Xingmin1? YANG Yahui2

（1.School of Surveying， Mapping and Planning， Shangqiu Normal University; 2.School of Media， Shangqiu Normal University， Shangqiu， Henan Province， 476000 China）

Abstract： Land use / cover change is an important component and one of the main causes of global environmental change. Using GIS technology， combined with land use transfer matrix and land use dynamic degree model， the land use data of Shangqiu City in 2000 and 2015 were analyzed. The results show that cultivated land has always been the main land use type in Shangqiu City. The land area in 2000 and 2015 were 8 564.84 km2 and 7 961.96 km2， accounting for 80.26% and 74.37% of the total area of Shangqiu City; in the past 15 years， the cultivated land area of Shangqiu City has decreased by 602.88 km2， of which 528.37 km2 cultivated land converted into construction land. At the same time， the area of construction land increased by 697.57 km2， accounting for 37.57% of the total land area in 2000. The spatial range of land use change in Shangqiu City is large， especially around the main urban area of Shangqiu City and the northwest area of Shangqiu City. The newly increased construction land spreads around the existing construction land.

Key Words： GIS; Land use change; Spatial and temporal changes;Spatial analysis

土地利用/覆被變化（LUCC）是導致全球變化的重要原因，是短期內人類對自然環境施加影響帶來地球中尺度變化的最顯著表現形式，是全面探討人地關系地域系統的重要切入點[1-2]。土地利用/覆被變化（LUCC）不僅影響全球氣候波動、生態系統服務與功能變化、生物地球化學循環演變等，還影響著區域資源和社會經濟的可持續發展，是全球變化研究領域的前沿和熱點之一[3-7]。

商丘地處華北平原，土地肥沃，是全國重要的商品糧基地、農副產品生產基地和國家糧食生產核心示范區。近年來，隨著城市化進程的加速，商丘市建設用地規模迅速擴張，伴隨著出現了土壤污染、水污染、大氣污染等生態環境問題，使農產品安全受到嚴重威脅，故商丘地區的土地合理利用應得到高度關注[8]。該文以商丘市作為研究區，在GIS技術的支持下，通過構建土地利用轉移矩陣、土地利用動態度模型，對商丘地區2區1市6縣15年來的土地利用和覆蓋變化情況進行研究，以期為商丘市今后的土地利用合理規劃提供科學參考。

1? 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

商丘市處于華北平原的中心地帶，位于河南省最東部，介于東經114°49'～116°39'，北緯33°43'～34°52'之間，為豫魯蘇皖四省的結合部。商丘市屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.6 ℃，年平均降水量711.9 mm，無霜期約211天。商丘市下轄梁園區、睢陽區、夏邑縣、虞城縣、柘城縣、寧陵縣、睢縣、民權縣以及1個省直管縣級市永城（見圖1）。

1.2 數據來源

該文的數據源有：（1）商丘市土地利用矢量數據（2000年和2015 年）;（2）國家基礎地理信息系統1∶400萬基礎數據;（3）社會與經濟數據（來自《河南省統計年鑒》）[9]。

結合CAS土地利用分類系統和商丘市土地利用實際情況，將商丘市土地利用類型劃分為4類：耕地、林地、水域、建設用地。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度

土地利用動態度可以用來描述一段時間內某種土地利用類型的變化速度，它通過對比土地利用變化的區域差異來預測未來土地利用變化趨勢[10-11]。其表達式為：

式中，M為一定時段內某一土地利用類型動態度;U1和 U2表示初期和末期這種土地利用類型的面積;N 為研究時段。

1.3.2 土地利用轉移矩陣

通過土地利用轉移矩陣可得到區域土地利用類型變化的方向、特征與結構[12]。其數學形式為：

（2）

式中，n為地類的數量;S為地類的面積，i、j分別為研究初、期末地類。

2? 商丘土地利用時空變化特征分析

2.1 土地利用數量變化

將原始數據基于一級地類進行融合、統計，得到商丘市2000年與2015年的土地利用數據（具體見表1、圖2）。

由圖2和表1可知，15年來，商丘市的土地利用特征非常明顯，耕地一直是商丘市最主要的土地利用類型，2000年為8 564.84 km2，占比80.26%;2015年為7 961.96 km2，占比74.37%;與此同時，耕地這15年來用地面積變化也極大，減少面積高達602.88 km2。其次是建設用地，而建設用地的面積則快速增加，增加面積697.57 km2，占2000年建設用地總面積的37.57%。林地主要分布在商丘市西北地區，是2000以來用地變化幅度最大的，面積數量上減少61.8 km2，變化率達41.20%。水域的變化相對較小，面積增加僅為1.34 km2。從變化量來看，建設用地和耕地最大，具體表現為耕地大幅度減少與建設用地的快速增加，兩者的消長成為研究區土地利用變化的最大特征。

2.2 土地利用轉移矩陣

基于GIS軟件對商丘市2000年與2015年的土地利用結果數據進行疊加分析，得到近15年來商丘土地利用變化轉移矩陣（見表2）。

根據表2可知，2000年以來，建設用地面積的快速增長，增加的面積主要來源于耕地，轉化面積高達528.37 km2，占2015年建設用地總面積的20.69%。耕地面積減少量最大，減少的耕地主要轉變為建設用地，少部分轉為林地與水域，可見近年來，退耕還林、退耕還草、荒山植被恢復的措施已產生一定效果，但同時城市化的快速擴張，又占領了大量農用地。林地變化幅度最大，高達54.50%的面積被開發為耕地，19.55%被占用為建設用地，使得用地面積本就比較少的林地更加稀少。水域總面積變化不大，還略有增加，這是因為近年來的環境治理，相關部門對水域重新進行規劃，從而使商丘區域的水體面積有所增加[13]。

2.3 土地利用動態度

通過計算，得到商丘市2000以來的土地利用動態度指數（見表3），由表3可知，15年來，林地和建設用地的變化度非常大，林地以每年2.75%的速度急速減少，而建設用地則每年以2.50%的幅度快速增長。耕地變化幅度相對較小，為-0.47%。由此可見，商丘市近年來土地利用并不合理。生態用地面積快速減少，這將對商丘市今后的可持續發展帶來極大的負面作用。由此可見，科學合理地規劃土地利用已迫在眉睫。

2.4 土地利用空間變化特征

基于GIS軟件做疊加分析，得到商丘市15年來的土地利用變化空間圖與土地利用轉移圖（見圖3）。

由圖3可以看出，研究區建設用地面積大量增加，西北部、中部地區的擴長尤其明顯。2000—2015年來，新增的建設用地主要圍繞商丘市中部、西北部地區，并且呈放射狀增加。由此可見，城市化的直接后果就是建設用地在已有建設用地的基礎上，圍繞著其邊緣地區快速擴張，并且新增的建設用地主要來源于耕地。

3? 結論

該文基于GIS軟件，通過構建土地利用轉移矩陣、土地利用動態度模型，對商丘市2000年、2015年兩期的土地利用情況進行分析，得出如下結論。

（1）耕地一直是商丘市最主要的土地利用類型，其中2000年與2015年面積分別為8 564.84 km2、7 961.96 km2，占比為80.26%、74.37%。15年來，商丘市的耕地面積減少了602.88 km2，占2000年耕地總面積的7.04%，而其中有528.37 km2的耕地轉變為建設用地。

（2）建設用地的用地面積變化量最大，由2000年用地面積1 856.49 km2到2015年的2 554.06 km2，15年來土地利用面積增加697.57 km2，其增長面積占2000年的37.57%，增加的面積主要由耕地轉化而來。

（3）2000年以來，商丘市總體土地利用變化空間范圍較廣，尤其是商丘市主城區周圍和商丘西北部地區，新增建設用地圍繞著已有建設用地向外擴散。

因此，商丘市在未來的城鄉發展規劃中，要嚴格實行“占一補一”耕地保護政策的前提下，需更加重視水域、林地等自然資源的保護，退耕還林、退房還湖，合理優化調整土地利用格局，保證生態系統的穩定與平衡發展，從而實現經濟—社會的可持續發展。

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