2000—2020年廣西土地利用轉型及其生態環境效應分析

摘要：基于2000年、2010年和2020年土地利用數據，通過土地利用轉移矩陣和用地變化率研究廣西土地利用轉型特征；利用生態環境質量指數和生態貢獻率進一步定量分析土地利用轉型產生的生態環境效應，探討土地利用轉型對生態環境效應帶來的影響。結果表明，廣西土地利用類型空間分布差異較大，林地主要分布在桂西北和桂東南，耕地分布在桂中地區，建設用地主要集中于南寧市、桂林市和柳州市城區；研究期內，土地利用轉型主要以耕地和林地的相互轉化以及耕地轉為建設用地為主，并且耕地轉移強度加大；生態環境質量變化平穩，呈先下降后上升的趨勢，耕地和林地的相互轉化是影響生態環境質量的主導因素。因此，政府應該優化土地利用結構，集約利用建設用地，保護耕地質量、數量，積極落實保護林草地政策，提高生態環境質量，保證區域可持續發展。

關鍵詞：土地利用轉型；時空演變；生態環境效應；廣西

中圖分類號：F301.2；X171.1" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）06-0072-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.06.013

Land use transformation and its ecological and environmental effects in Guangxi from

2000 to 2020

LIAO Chao-ming1，WEI Yuan-yuan1，WANG Rong2，TAN Mian-fang1，LU Yan3，QIN Yun-sen4

（1.School of Natural Resources and Surveying， Nanning Normal University， Nanning" 530001， China； 2.Real Estate Registration Center in Guigang City， Guigang" 537100， Guangxi， China； 3.Real Estate Registration Center in Pingnan County， Pingnan" 537300， Guangxi， China； 4.Guangxi Institute of Geographic Information Surveying and Mapping， Liuzhou" 545000， Guangxi， China）

Abstract： Based on the land use data of 2000， 2010 and 2020， the characteristics of land use transition in Guangxi were studied through the land use transfer matrix and land use change rate. The ecological and environmental effects of land use transition were further quantitatively analyzed by using the ecological and environmental quality index and ecological contribution rate， and the impact of land use transformation on the ecological and environmental effects was discussed. The results showed that there were great differences in the spatial distribution of land use types in Guangxi. The forest land was mainly distributed in northwest and southeast Guangxi， the cultivated land was distributed in central Guangxi， and the construction land was mainly concentrated in Nanning City， Guilin City and Liuzhou City. During the study period， land use transformation was mainly dominated by the mutual conversion of cultivated land and forest land and the conversion of cultivated land into construction land， and the intensity of the transfer of cultivated land increased. The change of ecological and environmental quality was stable， showing a trend of first decreasing and then increasing， and the mutual transformation of cultivated land and forest land was the dominant factor affecting ecological and environmental quality. Therefore， the government should optimize the land use structure， make intensive use of construction land， protect the quality and quantity of cultivated land， actively implement the policy of protecting forest and grassland， improve the quality of ecological environment， and ensure the sustainable development of the region.

Key words： land use transformation； space-time evolution； ecological and environmental effect； Guangxi

土地利用轉型是在社會經濟變化與革新的驅動下，某一區域在一段時期內由一種土地利用形態轉為另一種土地利用形態的過程［1］。隨著城鎮化進程不斷加快，土地利用轉型會造成土地荒漠化、水土流失、森林和草地資源減少以及土壤污染等生態環境問題［2-5］，因此明晰土地利用轉型特征及其生態效應對優化區域土地利用結構和生態文明建設具有重要意義。

土地利用轉型這一概念經龍花樓［1］引入中國后便成為國內土地利用變化領域的研究熱點。目前，中國學者將土地利用轉型與社會經濟發展［6，7］、城鄉融合［8］、景觀格局演變［9］和生態環境效應等［10，11］相結合，深入探索土地利用形式的變化過程、原因及影響等，為引導土地利用轉型和加強生態文明建設提供思路與方向。土地利用轉型過程中改變了生態系統的結構和功能，從而重構區域土壤更新、碳排放、水循環等系列生態過程，導致生態系統服務功能發生轉變［12，13］。本研究分析了2000—2020年廣西土地利用轉型特征及其生態環境效應，以期為廣西土地資源管理和生態環境治理提供理論支持和實踐參考。

1 研究區域概況與數據來源

1.1 研究區域概況

廣西簡稱桂，下轄14個地級市，地處104°28′—112°04′E，20°54′—26°23′N，東接廣東，南臨北部灣并與海南隔海相望，西與云南省毗鄰，東北接湖南省，西北靠貴州省，西南與越南接壤，行政區域土地總面積為23.76萬km2。地勢西北高、東南低，群山連綿，丘陵層出，河網縱橫交錯。廣西屬于亞熱帶季風氣候，熱量豐富，雨水充沛，干濕分明，日照適中。

1.2 數據來源

本研究采用2000年、2010年和2020年3期土地利用數據，來源于中國科學院資源環境科學與數據中心（http：//www.resdc.cn/）。土地利用分類采用中國科學院資源環境數據庫中的土地利用分類系統［14］，根據土地的資源屬性和利用屬性分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地6種類型。

2 研究方法

2.1 土地利用變化研究

2.1.1 土地利用轉移矩陣 土地利用轉移矩陣是對系統狀態與狀態轉移的定量描述［15］。利用ArcGIS 10.2軟件對任意兩期土地利用數據進行空間疊加，獲取研究時段的土地利用轉移矩陣，以此來分析土地利用類型的變化程度以及變化方向，其表達形式如下。

式中，Sij表示研究初期的第i種土地利用類型轉變為末期的第j種土地利用類型的面積；i、j分別為研究初期與末期的土地利用類型；n為土地利用類型的數目。

2.1.2 用地變化率指數 用地變化率指數是指研究期內土地利用類型i從研究初期到末期單位面積發生的改變，反映不同用地類型的變動強度特征［16］，其計算式如下。

式中，Ki為研究期內第i類土地利用類型的變化率；[LUit0]和[LUit1]分別表示研究初期和末期第i類土地利用類型的面積；T為研究時段。

2.2 生態環境效應

2.2.1 生態環境質量指數 不同土地利用類型的生態環境質量具有明顯差異，本研究參考楊清可等［17］、高星等［18］對生態環境質量指數測算的研究成果，對研究區域不同土地利用類型的生態環境質量影響指數進行賦值（表1），定量分析區域生態環境質量，其表達式如下。

式中，EVt為研究區t時期生態環境質量指數；LUi為t時期第i種土地利用類型面積；Ci為第i種土地利用類型的生態環境影響指數；TA為研究區域的總面積；n為土地利用類型數目。

2.2.2 生態貢獻率 土地利用轉型的生態貢獻率（LEI）［19］是指某一種土地利用類型變化所導致的區域生態質量的變化，可表征土地利用類型的相互轉換對區域生態環境質量的影響程度［20］，有利于探討區域生態環境質量變化的主導因素，其表達式如下。

式中，LEIt+1、LEIt分別為變化末期和初期的土地利用類型的生態環境指數；LA為土地利用類型的轉化面積；TA為研究區域總面積。

3 結果與分析

3.1 土地利用類型特征分析

3.1.1 土地利用類型時空變化特征 通過對比分析，得出研究期內土地利用類型的面積及其變化情況，如表2和表3所示。2000—2020年，建設用地和未利用地面積增長，水域、草地、林地和耕地面積減少；建設用地的用地變化率最大。

分階段來看，2000—2010年廣西土地利用變化主要表現為耕地、水域和建設用地面積增加，林地、草地和未利用地面積減少。其中，建設用地面積增加最多，由2000年的1 570.28 km2增加到2010年的2 160.31 km2，增幅為37.57%，表明該階段隨著廣西城鎮化的快速推進，城市空間拓展，建設用地擴張迅速。

2010—2020年土地利用變化最明顯的是未利用地增長迅速，增幅為109.09%，說明這期間批而未用、批而未建用地增加，未能對土地進行有效利用，導致土地閑置荒廢。面積增加最多的仍是建設用地，增長面積為917.89 km2，增幅為42.49%，相對于2000—2010年增幅加大。草地仍為減少幅度最大的地類，但是減少速度放緩，降幅為27.45%，說明受國家制訂的一系列生態保護政策影響，廣西實施退耕還林還草政策有一定的效果。

從廣西土地利用類型的空間分布（圖1）可以看出，林地分布最廣，密集分布在桂西北、桂東南地區，這主要得益于桂西北的云貴高原、桂東南的大瑤山、六萬大山以及云開大山等山脈的連綿分布。21年來，林地受到耕地和建設用地的擠占，空間密集程度有所下降。耕地主要分布在桂中、桂南以及桂東北，2000—2010年耕地空間范圍有所擴大；2010—2020年南寧市、柳州市和桂林市周圍的耕地空間集聚程度下降，空間分布縮減，導致耕地面積減小。建設用地的擴張較為明顯，以南寧市、柳州市、桂林市以及北海、防城港等沿海城市的增長為主。近21年來，隨著這些城市經濟快速發展以及城鎮化進程的加快，對建設用地的需求不斷增加，對耕地的擠占程度逐步加大。水域分布較為穩定，主要是因為人類活動對河道的干擾能力較小，在城鄉建設過程中難以對水域進行改造。草地和未利用地面積較小，空間分布不明顯，零散分布在各個市縣。

3.1.2 土地利用轉型分析 本研究利用ArcGIS 10.2軟件分別對2000—2010年和2010—2020年的土地利用數據進行空間疊加，得到2個時期的土地利用轉移矩陣（表4和表5）。通過對比2個時期的轉移矩陣數據，發現表現最突出的是耕地和林地的相互轉化以及耕地轉為建設用地和水域。

1）2000—2010年土地利用轉型分析。2000—2010年主要表現為耕地和林地的相互轉化以及耕地轉化為建設用地。耕地轉向林地和建設用地的面積分別為6 098.24 km2和560.11 km2；林地轉化為耕地的面積為7 788.62 km2，林地還有45.94 km2轉化為建設用地、40.16 km2轉化為草地；水域主要有132.77 km2轉化為耕地，還有少部分轉化為建設用地和林地；草地有93.34 km2轉化為林地和80.10 km2轉化為耕地。建設用地主要有60.50 km2轉化為水域；未利用地轉化不明顯。在各土地利用類型相互轉化的過程中，導致耕地增加890.49 km2，林地減少1 668.35 km2，建設用地增加590.03 km2。

2000—2010年，廣西人口增長較快，人們對糧食的需求量加大，導致耕地面積增加。同時，工業化和城鎮化規模擴大，忽視生態環境的保護與建設，導致建設用地擴張和林地減少。

2）2010—2020年土地利用轉型分析。2010—2020年土地利用類型轉移方向與2000—2010年大致相同，但是主要轉移類型的強度加大。耕地轉化為林地和建設用地的面積分別為9 325.72 km2和810.10 km2，可見建設用地進一步擠占了耕地，而耕地轉化為水域和草地的面積均有所減少。林地轉化為耕地和建設用地的面積增加，建設用地和未利用地轉移強度依然不明顯。

在此期間，耕地、水域和草地面積減少，建設用地和林地面積增加。出現這種趨勢的主要原因是農業種植結構的調整以及退耕還林還草政策的影響，導致林地增加。此外，城鎮化進程中農村人口向城市遷移以及農村和自然人口的就地城鎮化，造成建設用地需求加大。

3.2 生態環境效應分析

3.2.1 生態環境質量時空變化 通過式（3）得出2000—2020年廣西生態環境質量指數如表6所示，可知在此期間廣西生態環境質量指數呈先下降后上升態勢。研究期間，生態環境質量指數由0.664 8下降至0.660 9，降幅為0.59%，之后上升至0.661 6，增幅為0.11%。總的來說，廣西生態環境質量變化平穩。2000—2010年，廣西城市化和工業化對生態環境造成污染，并且當地未能重視生態環境保護，導致環境質量受損。2010—2020年，廣西積極落實國家退耕還林還草政策，堅守耕地紅線，加強生態文明建設，從而形成區域生態環境質量稍有改善的趨勢。

3.2.2 土地利用轉型的生態貢獻率 研究區域生態環境質量呈改善和惡化2種趨勢，在某種程度上這2種相反的趨勢會在區域內相互抵消，從而使得區域內生態環境質量保持相對穩定［18］。為研究區域生態環境質量變化的主導因素，利用式（4）計算出主要轉移類型的生態貢獻率，如表7和表8所示。

由表7可知，2000—2010年導致生態環境質量改善的主要原因是耕地轉化為林地，轉化貢獻比重為96.01%；導致生態環境質量下降的主要因素是林地轉化為耕地，貢獻比重為96.72%，其次是水域轉為耕地和林地轉為建設用地。由表8可知，2010—2020年，生態環境質量改善的主要原因也是耕地轉化為林地，貢獻比重為98.48%，并且其比重有所升高，其次為耕地轉化為水域和草地轉化為林地；林地和水域轉化為耕地則是造成生態環境質量下降的主要因素，貢獻比重分別為95.89%和1.74%。由于林地和耕地的轉移面積較大，并且林地的生態質量指數較高，因此二者的生態貢獻率較高。

由此可見，林地和耕地的相互轉化是影響生態環境質量變化的主要因素。其中，耕地轉化為林地是生態環境質量改善的主要因素，而林地轉化為耕地是導致生態環境質量下降的主要因素。

4 小結

本研究基于2000年、2010年和2020年的土地利用數據，通過土地利用轉移矩陣和用地變化率來研究土地利用類型變化，運用生態環境質量指數和生態貢獻率來定量評估土地利用轉移類型引起的生態環境效應，結果如下。

1）廣西土地利用類型分布差異較大。林地面積最大，主要分布在桂西北和桂東南，在研究期內呈先下降后上升態勢。耕地主要分布在桂中、桂東、桂南地區，在一定程度上受到建設用地的侵占。建設用地擴張速度加快，以城市擴張為主，如南寧市、桂林市和柳州市等。

2）土地利用轉移主要以耕地和林地的相互轉化以及耕地轉為建設用地為主。2000—2020年，各土地利用類型相互轉化過程中，耕地和林地面積減少，建設用地面積增加。這主要是因為人口快速增長，工業化和城鎮化速度加快，導致建設用地面積增加，耕地和林地面積減少。

3）2000—2020年生態環境質量先下降后上升。生態環境質量指數由2000年的0.664 8下降至2010年的0.660 9，再上升至2020年的0.661 6。耕地和林地的相互轉化是影響生態環境質量的主導因素。

土地利用轉型必定會帶來生態環境質量變化。“十四五”后期，廣西在加快縣域經濟高質量發展的同時，應依據土地利用轉型帶來的生態環境效應特點，進一步加強國土空間規劃編制與組織實施。科學引導土地利用轉型方向，優化土地利用結構，提高建設用地節約集約利用水平。堅守耕地紅線，保護耕地質量、數量；積極落實保護林地、草地政策，逐步提高生態環境質量，確保區域可持續發展。

參考文獻：

［1］ 龍花樓.論土地利用轉型與土地資源管理［J］.地理研究，2015，34（9）：1607-1618.

［2］ 王兆華，王莉霞，賈永健.河西地區土地利用變化的生態環境效應研究［J］.安徽農業科學，2006，34（1）：160-161，163.

［3］ 王永洵，王亞飛，張靜文，等.海岸帶土地利用轉型及其生態環境效應——以福建海岸帶為例［J］.環境科學學報，2021，41（10）：3927-3937.

［4］ 劉純軍，周國富，黃啟芬，等.基于土地利用轉型的喀斯特山區流域生態環境效應評價［J］.生態科學，2021，40（3）：102-111.

［5］ 白 娥，薛 冰.土地利用與土地覆蓋變化對生態系統的影響［J］.植物生態學報，2020，44（5）：543-552.

［6］ 姚 堯，李江風，楊媛媛.長江中游城市群城市建設用地利用社會經濟功能轉型與協調性評價研究［J］.地域研究與開發，2018，37（5）：128-133.

［7］ 徐夢瑤，張正峰.鄉村產業振興背景下京津冀地區鄉村工業用地轉型［J］.經濟地理，2020，40（5）：174-182.

［8］ 龍花樓，陳坤秋.基于土地系統科學的土地利用轉型與城鄉融合發展［J］.地理學報，2021，76（2）：295-309.

［9］ 石小偉，馮廣京，YI Y， 等.浙中城市群土地利用格局時空演變特征與生態風險評價［J］.農業機械學報，2020，51（5）：242-251.

［10］ 陳 瓊，張鐿鋰，劉峰貴，等.黃河流域河源區土地利用變化及其影響研究綜述［J］.資源科學，2020，42（3）：446-459.

［11］ 楊佳嘉，徐園園，陳裕鑫，等.四川省土地利用轉型的生態環境效應及其影響因素分析［J］.西南農業學報，2022，35（10）：2237-2246.

［12］ 韋紹音，陸汝成，林曉楠，等.基于土地利用轉型的廣西邊境地區生態服務功能交叉敏感性分析［J］.水土保持研究，2022，" " 29（3）：308-316.

［13］ 馬小雪，吳 昊，秦伯強，等.長江經濟帶景觀格局動態演變及其景觀生態環境效應［J］.地理科學，2022，42（10）：1706-1716.

［14］ 張景華，封志明，姜魯光.土地利用/土地覆被分類系統研究進展［J］.資源科學，2011，33（6）：1195-1203.

［15］ 王秀蘭，包玉海.土地利用動態變化研究方法探討［J］.地理科學進展，1999，18（1）：81-87.

［16］ 王 晶，侯蘭功，何小勤，等.成都平原城市群2000—2019年土地利用變化及其生態環境效應［J］.水土保持通報，2022，42（1）：360-368.

［17］ 楊清可，段學軍，王 磊，等.基于“三生空間”的土地利用轉型與生態環境效應：以長江三角洲核心區為例［J］.地理科學，2018，38（1）：97-106.

［18］ 高 星，劉澤偉，李晨曦，等.基于“三生空間”的雄安新區土地利用功能轉型與生態環境效應研究［J］.生態學報，2020，" " " " 40（20）：7113-7122.

［19］ 阿迪萊·如則，阿依吐爾遜·沙木西，古麗米熱·艾爾肯.開都-孔雀河流域土地利用轉型及其功能變化特征［J］.水土保持通報，2020，40（4）：244-251.

［20］ 滕雅麗，謝苗苗，王回茴，等.資源型城市土地利用轉型及其對生境質量的影響——以烏海市為例［J］.生態學報，2022，" " " " 42（19）：7941-7951.

收稿日期：2022-12-05

基金項目：國家自然科學基金項目（42164001）；2022年廣西本科教育教學重點項目建設經費（602030389173301）

作者簡介：廖超明（1975-），男，廣西平南人，高級工程師，博士，主要從事GNSS精密數據處理、3S技術在土地資源管理中的應用研究，（電話）18107715513（電子信箱）liaochaoming@nnnu.edu.cn；通信作者，覃允森（1975-），男，廣西平南人，高級工程師，碩士，主要從事地理空間信息與土地遙感技術應用研究，（電子信箱）473469384@qq.com。