2005-2010年河南省土地利用结构变化分析

张永民, 程维明, 刘海江, 曹彦荣

(1.河南财经政法大学 资源与环境学院, 郑州450046;2.中国科学院 地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室, 北京 100101;3.中国环境监测总站,北京 100012; 4.北京山海础石信息技术有限公司,北京 100101)



2005-2010年河南省土地利用结构变化分析

张永民1, 程维明2, 刘海江3, 曹彦荣4

(1.河南财经政法大学 资源与环境学院, 郑州450046;2.中国科学院 地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室, 北京 100101;3.中国环境监测总站,北京 100012; 4.北京山海础石信息技术有限公司,北京 100101)

土地利用结构变化是实施土地利用总体规划关注的核心内容。根据2005年和2010年的2期土地利用空间数据，运用GIS技术和土地利用转换矩阵等方法，分析了2005—2010年河南省土地利用结构的变化。从全省来看，土地利用结构的数量变化主要表现为：城乡工矿居民用地和未利用地增加(增幅分别为6.71%和16.97%)，而耕地和水域减少(减幅分别为1.26%和0.98%)。空间变化主要表现为：耕地与林地、耕地与水域、耕地与城乡工矿居民用地之间的空间位置的变换，以及水域向未利用地的转变。从土地利用综合区来看，土地利用结构的数量变化主要表现为：各区城乡工矿居民用地增加(增幅为3.70%～16.71%)，耕地减少(减幅为0.48%～2.15%)。此外，中原城市群区未利用地和林地的增加、水域的减少，豫北区林地和水域的减少，豫西南区水域的增加，以及黄淮四市区草地的增加也较显著。空间变化主要表现为：各区耕地和城乡工矿居民用地之间的空间位置的变换。此外，中原城市群区耕地和林地、耕地和水域之间的位置变换，豫北区林地和水域向耕地的转变，豫西南区耕地向水域的转变，以及黄淮四市区耕地和水域之间的位置变换、耕地向草地的转变也较显著。研究结果为河南省土地利用总体规划(2006—2020)的实施提供了科学依据。

河南省; 土地利用综合区; 土地利用结构

土地利用结构是指特定区域国民经济各部门占地的比重及其相互关系的总和[1-2]。土地利用结构变化不仅关系国民经济各部门之间合理分配土地资源和实现土地利用效率最大化，而且直接影响土地退化、环境污染和气候变化等资源与环境问题[3-8]，因而属于土地利用总体规划关注的核心内容，并已成为土地科学研究的热点之一[9-10]。河南是人口大省、粮食和农业生产大省、新兴工业大省，人地矛盾尖锐，土地利用变化引人注目。例如Li等[11]评估了1996—1999年伊洛河流域中部地区的土地利用/覆被变化与可持续发展状况；张桂宾等[12]分析了1949—2005年河南省耕地的动态变化及其人文驱动力；张本昀等[13]和李谢辉等[14]分别对2000年河南省土地利用景观格局和1980—2005年河南省土地利用景观格局的动态变化进行了分析；申怀飞等[15]探讨了1988—2008年河南省土地利用变化的空间分布特征。目前，虽然关于河南省土地利用变化的研究颇多，但多是从单一的土地利用类型或者单一的空间尺度探讨2005年之前的土地利用变化，对2005年以来土地利用结构的变化报道甚少，而后者对于实施《河南省土地利用总体规划(2006—2020年)》却至关重要。因此，本文拟从全省和土地利用综合区2个尺度研究2005—2010年河南省土地利用结构的变化，从而为河南省实施土地利用总体规划，进而探索不以牺牲农业和粮食、生态和环境为代价的经济社会发展模式提供科学依据。

1 研究区概况

河南省地处中国中东部的中纬度内陆地区，地理位置110°21′—116°39′E，31°23′—36°22′N，气候为北亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候[16]，土地总面积是16.55万km2。河南省地形呈西高东低之势，北部、西部和南部主要为丘陵和山地，是河南省的主要生态屏障；东部为黄淮海平原，是全国重要的粮食主产区。河南省土地利用以耕地、林地和建设用地为主(3者之和占全省土地总面积的90%以上)，但自20世纪90年代末，耕地向建设用地的转化已成为土地利用变化的主要特征[12-15]。《河南省土地利用总体规划(2006—2020年)》(源自国土资源部网站http:∥www.mlr.gov.cn/zwgk/ghjh/201004/t20100406_143920.htm)根据各地资源条件、土地利用现状、经济社会发展水平和区域发展战略定位的差异，把河南省划分为中原城市群土地利用综合区(简称中原城市群区)、豫北土地利用综合区(简称豫北区)、豫西南土地利用综合区(简称豫西南区)和黄淮四市土地利用综合区(简称黄淮四市区)，并按照促进人口、经济、社会与资源环境协调发展的要求，明确各区域土地利用管理的重点和对策措施，指导各区域土地利用的调控。

2 数据资料与研究方法

2.1 数据资料

土地利用空间数据来源于中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室，该数据是根据2005年和2010年的Landsat TM影像通过人机交互解译、野外实地考察验证得出的。本研究根据原数据(coverage格式)把河南省的土地利用划分为耕地、林地、草地、水域(指天然陆地水域和水利设施用地)、城乡工矿居民用地(指城乡居民点及其以外的工矿、交通等用地)和未利用地共6种类型[17]。

2.2 研究方法

1) 土地利用转换矩阵。首先，运用地理信息系统软件ArcGIS 8.3中的Toolbox模块，通过intersect命令对2005年和2010年的2期土地利用数据进行叠加，得到反映2005—2010年各土地利用类型相互转化情况的土地利用变化类型图。然后，根据土地利用变化类型图的属性数据表计算2005—2010年各土地利用类型之间的转化面积，得出土地利用转换矩阵[18-19]，进而计算各土地利用类型的空间变化和数量变化。转换矩阵的数学表达见公式(1)。

(1)

式中：Cij——2005年的i种土地利用类型转变为2010年的j种土地利用类型的面积。

2) 空间变化和数量变化。土地利用结构变化包括各土地利用类型的空间变化和数量变化两部分，空间变化是指各土地利用类型在转出和转入之后没有导致其数量发生改变的空间位置变换，而数量变化是指转入和转出相抵后各土地利用类型数量的增加或减少。

根据土地利用转换矩阵，运用公式(2) 和公式(3) 分别计算各土地利用类型的空间变化和数量变化的面积[20]。

Sj=min(Cj+-Cjj,C+j-Cjj)

(2)Qj=max(Cj+-Cjj,C+j-Cjj)-min(Cj+-Cjj,C+j-Cjj)

(3)

式中：Sj——地类j的空间变化；Qj——地类j的数量变化；Cj+和C+j——2005年和2010年地类j的面积；Cjj——2005—2010年没有发生变化的地类j的面积，即转换矩阵中对角线上的元素；C+j-Cjj，Cj+-Cjj——2005—2010年由其它地类转为j地类的转入面积和由j地类转为其它地类的转出面积。

3 结果与分析

3.1 全省土地利用结构的变化

1) 数量变化。全省土地利用结构的数量变化主要表现为城乡工矿居民用地、未利用地和林地增加，而耕地、水域和草地减少(见表1)。其中，城乡工矿居民用地和未利用地增幅较大，分别为6.71%和16.97%，而耕地和水域减幅较大，分别为1.26%和0.98%。

土地利用转换矩阵表明(见表2)，城乡工矿居民用地的增加主要源于耕地的转入，而耕地的减少主要源于向城乡工矿居民用地的转出，二者的变化具有直

接的因果关系。结合文献[12-15]报道发现，截至2010年，河南省自20世纪90年代末开始的以城乡工矿居民用地增加、耕地减少为主要特征的土地利用变化趋势仍未发生显著变化，说明城市化过程中的耕地保护问题依然突出，需要持续关注。

表1 2005-2010年河南省土地利用结构的变化 km2

注：括号中的数字前两列是占全省土地总面积的百分比，后两列是变化幅度(%)。

未利用地的增加主要源自水域和耕地的转入，而水域的缩减主要源于向未利用地和耕地的转出，说明由于降水减少等自然因素以及人类活动加剧、过度消耗水资源等人为因素的共同作用，部分水域干涸转变为未利用地或者被开垦为耕地的情况比较严重，水资源保护形势严峻。此外，耕地向未利用地的转化，说明耕地在大量流失的同时，还存在一定程度的荒废现象，值得深入调查。

表2 2005-2010年河南省土地利用转换矩阵 km2

2) 空间变化。全省土地利用结构的空间变化主要表现为耕地与林地、耕地与水域、耕地与城乡工矿居民用地之间空间位置的变换，各土地利用类型空间位置变换的面积大小依次为耕地>水域>林地>城乡工矿居民用地>未利用地>草地(见表1)。其中，耕地的位置变换面积最大(为505.54 km2)，而水域的位置变换幅度最大(为7.49%)。

耕地与林地的位置变换源于一部分耕地通过退耕还林转换为林地的同时，一部分林地又因毁林转换为耕地。说明林业生态建设不能只强调植树造林，生态保育也至关重要。耕地与水域的位置变换源于一部分水域干枯后被开垦为耕地(包括部分水域直接开垦为水田)的同时，一部分耕地又因河道变迁，以及人工引水、蓄水转换为水域。耕地与城乡工矿居民用地的位置变换源于一部分耕地因城乡工矿居民用地扩张被占用的同时，通过对空心村、工矿废弃地和黏土砖瓦窑进行整理和复垦，一部分废弃的城乡工矿居民用地又转换为耕地。需要强调的是，废弃城乡工矿居民用地的整理与复垦是增加耕地的有效途径，也是调整土地利用结构关注的重点。

3.2 各土地利用综合区土地利用结构的变化

1) 中原城市群区土地利用结构的变化。中原城市群区是中部崛起的重要增长极，土地总面积为58 318 km2，占全省土地总面积的35.46%。该区土地利用结构的数量变化主要表现为城乡工矿居民用地、林地和未利用地增加，而耕地、水域和草地减少(见表3)。

其中，城乡工矿居民用地和未利用地增幅较大，分别为7.02%和86.48%，而耕地和水域减幅较大，分别为1.78%和6.78%。需要指出的是，在4个土地利用综合区中，该区林地增幅比较突出(为1.34%)，其余3个区都出现了不同程度的减少；未利用地增幅最大，是导致全省该地类大幅增加的直接原因；水域减幅最大，水资源消耗比较严重。土地利用转换矩阵表明(见表4)，林地的增加主要源于耕地的转入，未利用地的增加主要源于水域的转入，而水域的减少主要源于向耕地和未利用地的转出。这主要是由于该区黄河河床摆动、水量变化以及河滩地的利用变化引起的，据调研黄河生态带建设对林地增加具有重要的决定性作用。

表3 2005-2010年各土地利用综合区土地利用结构的变化

注：括号外的数字为面积(km2)，括号中的数字是变化幅度(%)。

表4 2005-2010年中原城市群区土地利用转换矩阵 km2

中原城市群区土地利用结构的空间变化主要表现为耕地和林地、耕地和水域，以及耕地和城乡工矿居民用地之间空间位置的变换；各土地利用类型位置变换的面积大小依次为耕地>水域>林地>城乡工矿居民用地>未利用地>草地(见表4)。其中，耕地的位置变换面积最大(为285.25 km2)，而未利用地的位置变换幅度最大(为22.62%)。

2) 豫北区土地利用结构的变化。豫北区是河南省推进城乡一体化发展的先导区，土地总面积为13 588 km2，占全省土地总面积的8.27%。该区土地利用结构的数量变化主要表现为城乡工矿居民用地和未利用地增加，而耕地、林地、水域和草地减少(见表3)。其中，城乡工矿居民用地增幅较大(为16.71%)，而耕地、林地和水域减幅较大，分别为2.15%，1.44%和5.77%。

需要指出的是，在4个土地利用综合区中，该区城乡工矿居民用地增幅最大，耕地和林地减幅最大。土地利用转换矩阵表明(见表5)，耕地的减少主要源于向城乡工矿居民用地的转出，而林地和水域的减少又主要源于向耕地的转出，说明在推进城乡一体化发展的过程中，城乡工矿居民用地急剧扩张已对农业和粮食、生态和环境构成威胁，必须高度重视。

豫北区土地利用结构的空间变化主要表现为耕地和城乡工矿居民用地之间空间位置的变换，以及林地和水域向耕地的转变；各土地利用类型位置变换的面积大小依次是耕地>城乡工矿居民用地>林地>水域>草地>未利用地(见表3)。其中，耕地的位置变换面积最大(为61.85 km2)，而水域的位置变换幅度最大(为1.42%)。

表5 2005-2010年豫北区土地利用转换矩阵 km2

3) 豫西南区土地利用结构的变化。豫西南区是南水北调中线工程的主要水源地，土地总面积为36 249 km2，占全省土地总面积的22.04%。该区土地利用结构的数量变化主要表现为水域和城乡工矿居民用地增加，而耕地、未利用地、林地和草地减少(见表3)。其中，水域增幅较大(为5.14%)，未利用地减幅较大(为5.85%)。需要指出的是，在4个土地利用综合区中，该区城乡工矿居民用地增幅最小，耕地减幅也最小。此外，该区水域增幅比较突出，而且水域的增加主要源于耕地的转入(见表6)，说明水源地保育工作成效显著，但农业和粮食方面也付出了一定的代价，因此必须高度关注生态补偿问题。

表6 2005-2010年豫西南区土地利用转换矩阵 km2

豫西南区土地利用结构的空间变化主要表现为耕地和城乡工矿居民用地之间空间位置的变换，以及耕地向水域、林地向耕地的转变；各土地利用类型位置变换的面积大小依次为耕地>城乡工矿居民用地>林地>水域>草地>未利用地(见表3)。其中，耕地的位置变换面积最大(为73.98 km2)，而城乡工矿居民用地的位置变换幅度最大(为1.94%)。

4) 黄淮四市区土地利用结构的变化。黄淮四市区是重要的农业现代化基地，土地总面积为56 291 km2，占全省土地总面积的34.23%。该区土地利用结构的数量变化主要表现为城乡工矿居民用地、草地和水域增加，而耕地、林地和未利用地减少(见表3)。其中，城乡工矿居民用地和草地增幅较大，分别为5.29%和11.56%，而未利用地和耕地减幅较大，分别为1.78%和0.94%。

需要指出的是，在4个土地利用综合区中，该区草地增幅比较突出，其余3个区出现了不同程度的减少。土地利用转换矩阵表明(见表7)，草地的增加主要源于耕地的转入，说明粮食主产区城镇化过程中同时存在耕地的流失和荒废问题，尤其是弃耕引起的荒废更需要高度关注。

黄淮四市区土地利用结构的空间变化主要表现为耕地和城乡工矿居民用地、耕地和水域之间空间位置的变换，以及林地向耕地、耕地向草地的转变；各土地利用类型位置变换的面积大小依次为耕地>城乡工矿居民用地>水域>林地>草地>未利用地(见表3)。其中，耕地的位置变换面积最大(为84.44 km2)，而草地的位置变换幅度最大(为23.37%)。

表7 2005-2010年黄淮四市区土地利用转换矩阵 km2

4 结论与讨论

1) 从全省来看，土地利用结构的数量变化主要表现为：城乡工矿居民用地和未利用地增加(增幅分别为6.71%和16.97%)，而耕地和水域减少(减幅分别为1.26%和0.98%)。空间变化主要表现为：耕地与林地、耕地与水域、耕地与城乡工矿居民用地之间空间位置的变换，以及水域向未利用地的转变。各土地利用类型空间位置变换的面积大小依次为耕地>水域>林地>城乡工矿居民用地>未利用地>草地。其中，耕地的位置变换面积最大(为505.54 km2)，而水域的位置变换幅度最大(为7.49%)。

2) 从土地利用综合区来看，土地利用结构的数量变化主要表现为：各区城乡工矿居民用地增加(增幅为3.70%～16.71%)，耕地减少(减幅为0.48%～2.15%)。此外，中原城市群区未利用地和林地的增加、水域的减少，豫北区林地和水域的减少，豫西南区水域的增加，以及黄淮四市区草地的增加也较显著。空间变化主要表现为：各区耕地和城乡工矿居民用地之间空间位置的变换。此外，中原城市群区耕地和林地、耕地和水域之间的位置变换，豫北区林地和水域向耕地的转变，豫西南区耕地向水域的转变，以及黄淮四市区耕地和水域之间的位置变换、耕地向草地的转变也较显著。

3) 城乡工矿居民用地增加和与此相对应的耕地减少是河南省土地利用结构变化的主要特征，也是实施《河南省土地利用总体规划(2006—2020年)》调整土地利用结构面临的严峻问题。此外，中原城市群区水域的减少、未利用地的增加，豫北区林地和水域的减少，豫西南区水域的增加，黄淮四市区草地的增加，以及它们对农业与粮食、生态与环境产生的影响，也都是亟待研究的重要问题。

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Analysis on Changes in Land Use Structure in He′nan Province from 2005 to 2010

ZHANG Yongmin1, CHENG Weiming2, LIU Haijiang3, CAO Yanrong4

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,He′nanUniversityofEconomicsandLaw,Zhengzhou450046,China; 2.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China; 3.ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCentre,Beijing100012,China; 4.BeijingGISTONEInformationTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100101,China)

Changes in land use structure are the focus of attention to implement integrated land use plans. Based on digital land use maps of 2005 and 2010, this research showed changes in land use structure in He′nan Province between 2005 and 2010, exerting GIS techniques and mathematical methods. At the whole province scale, the significant quantitative changes in land use structure were that the areas of construction land and unused land increased greatly (increase rates were 6.71% and 16.97%, respectively), and that the areas of cultivated land and water body decreased markedly (decrease rates were 1.26% and 0.98%, respectively); the significant spatial changes were the location swap between cultivated land and forestland, water body and construction land, and the conversion of water body to unused land. At the integrated land use zone scale, in four land use zones the area of construction land increased by 3.70% to 16.71%, while the area of cultivated land decreased by 0.48% to 2.15%. In addition, the increase of unused land and forest land, and the decrease of water body in Zhongyuan Urban Community zone, the loss of forest land and water body in Yubei Zone, the gain of water body in Yuxinan Zone,and the increase of grassland in Huanghuai Four Municipalities Zone were the more significant changes. With respect to spatial changes, the location swap between cultivated land and construction land was extensive and significant in four zones. In addition, the location swap between cultivated land and forestland, and water body in Zhongyuan Urban Community Zone, the conversion of forest land and water body to cultivated land in Yubei Zone, the conversion of cultivated land to water body in Yuxinan Zone, and the location swap between cultivated land and water body, and the conversion of cultivated land to grassland in Huanghuai Four Municipalities Zone were the more significant changes. These findings provide valuable information for the implementation of He′nan integrated land use plan (2006—2020).

He′nan Province; integrated land use zone; land use structure

2014-05-04

2014-05-24

河南省政府决策研究招标课题“2004年以来河南省土地利用结构的变化及趋势”(2013B017)

张永民(1973—),男,河南延津人,博士,副研究员,主要从事土地利用变化研究。E-mail:zym0810@aliyun.com

刘海江(1978—)，男，内蒙古呼和浩特市人，博士，高工，主要从事生态系统评估研究。E-mail:liuhj@cnemc.cn

F301.24； X171.1

1005-3409(2015)02-0258-06