延安市土地利用動態變化分析
---以1995—2020年為例

田港陸

(長安大學土地工程學院，陜西 西安 710054)

土地是人類社會進行生產生活的基礎，既包括各種自然要素，又包括人類在土地利用過程中的社會經濟等社會屬性。人類對土地的利用使得社會經濟快速發展的同時，也會對自然環境產生直接影響，如水土流失、土地荒漠化、鹽堿化等，這些反作用于人類，對人類生存生產造成惡劣影響[1]。因此對土地利用動態變化進行研究，對實現經濟與資源環境和諧發展具有現實意義。進入21世紀以來，許多學者基于土地利用覆被數據對不同地區的土地利用格局演變進行分析研究，呂桂軍[2]通過收集分析1980—2010年北京市海淀區的Landast遙感影像，從尺度特征、時態特征等方面分析數據，總結Landsat數據的監測能力；衛健軍[3]利用中巴衛星數據對延河流域下游近10a的土地利用變化進行監測；馬帥[4]等通過研究2000—2015年江淮經濟區的土地利用景觀格局變化，得出地方經濟發展和政策變化是土地利用演變的重要原因。

延安市位于黃土高原溝壑區，是我國水土流失最為嚴重的地區之一。黨和政府自20世紀90年代開展三北防護林和退耕還林還草工程，大大緩解延安市尖銳的人地矛盾和支離破碎的地貌現狀。因此延安市各土地利用類型結構發生重大變化，對延安市自1995年來的土地利用動態變化進行分析，有助于土地管理部門厘清區域內土地利用時空演變規律，為制定合理的土地利用規劃提供參考。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

延安市地處黃土高原南部，位于N35°21′～37°31′和E107°41′～110°31′，地貌類型屬黃土溝壑區，以梁茆溝為主，地表支離破碎，溝壑縱橫；氣候屬暖溫帶半濕潤干旱大陸性季風氣候。北與榆林接壤，南與渭南、銅川相鄰，西臨甘肅，東接山西，南北長240km，東西寬260km[5]。

1.2 數據來源與處理

本文將研究時段定為1995—2020年，研究期內分為1995—2005年、2005—2015年、2015—2020年3個時段。1995年、2005年、2015年、2020年4期土地利用覆被數據(分辨率30m)均來源于地理空間數據云。利用ENVI對遙感影像進行解譯，共分為耕地、草地、林地、濕地、建設用地和未利用地6種土地利用類型。

2 研究方法

2.1 土地利用變化幅度分析

土地利用變化幅度分析是對某個研究期內各土地利用類型的面積變化進行分析，計算公式[6]：

(1)

式中，T為研究期內土地利用類型的變化幅度；Sa、Sb分別為研究期初、期末某種土地利用類型的利用面積。

2.2 單一土地利用類型的動態度分析

單一土地利用類型動態度是指研究區內某個研究期內某種土地利用類型的面積變化情況，可以真實反映區域土地利用/覆蓋中土地利用類型的變化劇烈程度。此處以年為研究的時間單位，則P為某一土地利用類型的年變化率，計算公式[7]：

(2)

式中，Sa、Sb分別為研究期初、期末某一土地利用類型的數量面積；T為研究期時長。

2.3 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣用來表征研究區不同時段各土地利用類型之間的轉化關系，能夠描述土地利用結構變化特征和彼此的轉移方向，反映土地利用類型的轉移趨勢，數學模型：

(3)

式中，S為土地利用面積；n為土地利用類型；i、j分別為研究區初期、末期土地利用類型[8]。

3 結果與分析

3.1 土地利用類型數量變化分析

在對延安市1995年、2005年、2015年、2020年4期土地利用覆被數據進行解譯處理后，得到延安市各土地利用類型面積如表1所示，基于此進行分析。

由表1可以看出，1995—2005年，延安市土地利用類型中林地面積增加1133.8686km2，草地、濕地、耕地、建設用地、未利用地面積分別減少293.3091km2、13.0590km2、826.7652km2、0.3033km2、0.4419km2；2005—2015年，延安市土地利用類型中濕地、耕地面積分別減少2.1114km2、1441.0889km2，林地、草地、建設用地、未利用地面積分別增加108.7011km2、1279.1979km2、53.4483km2、1.8540km2；2015—2020年，延安市土地利用類型中林地、耕地面積分別減少108.0855km2、189.9288km2，草地、濕地、建設用地、未利用地面積分別增加220.1049km2、14.7303km2、32.3640km2、30.8151km2。

表1 1995—2020年延安市土地利用數量變化表

3.2 土地利用變化幅度分析

根據式(1)計算出延安市在1995—2020年土地利用變化幅度如表2所示。

表2 1995—2020年延安市土地利用變化幅度表

由表2可以看出，1995—2005年，林地的變化幅度為正值，說明此地類面積在增加，草地、濕地、耕地、建設用地、未利用地的變化幅度為負值，說明這些地類面積在減少，其中未利用地下降幅度為13.0590%，濕地、耕地次之，分別為7.5435%、7.0354%，最小的為建設用地，下降幅度為0.1983%，林地增加13.1055%；2005—2015年，林地、草地、建設用地、未利用地變化幅度均為正值，其中未利用地上升70.0442%，建設用地達到35.0155%，林地和草地分別為1.1108%和7.9927%，濕地、耕地變化幅度均為負值，分別為1.3192%、13.1912%；2015—2020年，草地、濕地、建設用地和未利用地變化幅度為正值，其中未利用地增加幅度為684.6431%，其次建設用地、濕地、草地變化幅度分別為15.7038%、9.3262%和1.2735%，林地、耕地分別下降1.0294%、2.0027%；1995—2020年，林地、草地、建設用地、未利用地均呈上升趨勢，濕地、耕地呈下降趨勢，其中未利用地和建設用地分別上升1043.3566%、55.9083%，其次林地、草地分別為13.1126%、7.3997%，濕地、耕地分別下降0.2542%、20.9148%。

3.3 單一土地利用類型的動態度分析

根據式(2)計算得出延安市1995—2020年單一土地利用類型的動態度，結果如表3所示。

從表3可以看出，1995—2020年，林地、草地、建設用地、未利用地呈上升趨勢，平均年遞增率分別為0.5245%、0.2960%、2.2363%、41.7343%，其中未利用地的遞增速率最大，草地的遞增速率最小，而濕地、耕地呈遞減趨勢，平均年遞減率分別為0.0102%、0.8366%；2005—2015年和2015—2020年的土地利用年變化率絕對值要大于1995—2005年，而2005—2015年土地利用年變化率絕對值整體大于2015—2020年，這就說明后2個研究時段土地利用變化幅度大于第1個研究時段，2005—2015年土地利用變化幅度大于2015—2020年。

表3 1995—2020年延安市單一土地利用類型動態度表

3.4 土地利用轉移矩陣分析

運用ENVI對解譯處理后的四期遙感影像進行土地利用轉移矩陣處理，得到各研究時段土地利用類型的面積轉化情況，見表4～6。

表4 1995—2005年延安市土地利用類型轉移矩陣

表5 2005—2015年延安市土地利用類型轉移矩陣

表6 2015—2020年延安市土地利用類型轉移矩陣

1995—2005年，草地、耕地轉出面積較多，主要轉為林地，面積分別為657.8082km2和606.4875km2，其中耕地向草地轉出面積也達到557.4564km2，建設用地轉出面積較小僅為24.2415km2；2005—2015年，草地、耕地轉出面積較多，其中，草地主要轉為林地、耕地，面積分別為288.4536km2、692.1513km2，耕地主要轉為林地、草地、建設用地，面積分別為261.9036km2、1997.8659km2、50.5395km2；2015—2020年，林地、草地、耕地轉出面積較多，其中林地主要轉為草地、耕地，面積分別為401.7015km2和120.3192km2，草地轉為林地、耕地，面積分別為263.5623km2、601.0137km2，耕地轉為林地、草地、建設用地，其面積分別為167.6709km2、720.1269km2、37.0735km2。

4 結論與討論

4.1 結論

1995—2020年，林地、草地、建設用地、未利用地在研究期內均呈上升趨勢，濕地、耕地呈下降趨勢。其中，未利用地和建設用地變化幅度分別為1043.3566%、55.9083%；林地、草地分別為13.1126%、7.3997%；濕地、耕地分別為0.2542%、20.9148%；

1995—2020年，林地、草地、建設用地、未利用地呈上升趨勢，平均年遞增率分別為0.5245%、0.2960%、2.2363%、41.7343%；而濕地、耕地呈遞減趨勢，平均年遞減率分別為0.0102%、0.8366%。

1995—2005年、2005—2015年、2015—2020年發生轉移的土地利用類型面積分別為2322.2358km2、4064.0265km2、2322.2358km2，因此,2005—2015年土地利用類型變化幅度最大。

4.2 討論

本文利用土地利用變化幅度、單一土地類型動態度及土地轉移矩陣公式，反映1995—2020年，特別是自延安市開展退耕還林和三北防護林工程后的土地利用變化情況。具體來講，體現在耕地面積的快速減少和林地、草地面積的快速增加，而延安市農業經濟高度依賴農作物種植和畜牧放養[9]，在實現生態文明建設快速發展的同時，如何確保退耕還林區域農民的經濟生活水平不倒退，是當下需要關注的焦點。下一步，應當將土地利用動態變化與區域資源環境承載力或社會經濟發展水平耦合研究，探索土地利用變化與資源環境承載的相互關系，為緩解人地矛盾，提高農民收入提供科學有效的參考。