曲靖市2006—2015年土地利用/土地覆被变化研究*

陈德映, 阎 锦

(重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074)

曲靖市2006—2015年土地利用/土地覆被变化研究*

陈德映, 阎 锦

(重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074)

基于中国西南部中小城市曲靖市2006、2011、2015年TM影像图，依托ArcGIS10.2和ENVI5.1，采用最大似然法，结合转移矩阵和各时段单一用地类型对比图，定性定量地研究评价土地利用变化情况及驱动力，从土地利用现状、土地利用转移情况以及土地利用变化驱动力3个方面研究曲靖市土地利用/土地覆被变化(LUCC)；研究结果表明：在研究年限内曲靖市土地利用情况总体科学合理，其中耕地、灌草主要受限于气候和政策原因变化较为剧烈，在2006—2011年和2011—2015年时段均接近其总量的50%；建设用地以城市中心向四周扩张，在两个时段向其他用地转移维持在20%左右，主要集中于麒沾马一带人口密集区；研究可对曲靖市该时段的发展情况评价提供依据，对曲靖市土地利用和发展规划有一定的指导作用。

LUCC；转移矩阵；驱动力

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是社会与自然因素相互作用所产生的一定区域生态环境体系的综合反映，是人与自然共同作用最直观的表现形式[1]。

LUCC研究一直是国内研究的重点和热点，国内外对于LUCC的研究主要包括LUCC的动态分析、LUCC的驱动力及其驱动机制分析、LUCC的环境效应研究以及LUCC模型及3S技术在LUCC的应用研究4个方面[1-3]。其研究方法主要包括技术方法和模型研究两个方面，其中，研究方法主要有文献调查方法，即在考证和查询的基础上提取有用信息，利用类比法、插补法等数据处理方法定性或半定量的研究LUCC；野外调查的方法则是基于野外考证，对不同数据整合统一，从而开展LUCC研究；其三是遥感技术的方法，也是现阶段主流和前沿的方法，主要依据影像图的光谱信息，准确获取变化位置和数量信息。模型研究是为了对复杂的LUCC涉及的错综复杂的问题简化和抽象化，其对于理解和预测土地利用和景观格局变化有不容忽视的作用，常见的模型主要有：经验统计模型、随机模型、优化模型、动态模型和综合模型等，涉及的指标主要包括自然指标、经济指标和社会指标3个方面。一般是应用不同时相的影像图采用最大似然法等技术方法制作土地利用现状图，或直接基于土地利用现状图[4-8]。最常见的是基于土地利用转移矩阵展开更进一步的研究，主要有驱动力分析、景观分析、CA模型等[7,9,10]。

主要应用3S技术，立足于中国西南部中小城市曲靖市，在获取其不同时段的土地利用现状图的基础上对曲靖市土地利用/土地覆被变化展开动态研究，意在了解2006—2011年及2011—2015年曲靖市土地利用/土地覆被变化情况，并对曲靖市该时段发展情况评价提供依据和对未来规划提供依据和建议。

1 研究区域与数据

1.1 研究区域概况

曲靖市是云南省的重要城市(图1)，位于云南省东部，云贵高原中部，东经102°42′～104°49′，北纬24°21′～27°04′，综合实力居云南省第二位，是云南省“滇中城市群规划”区域中心城市。研究区域仅限曲靖市市域范围，而非整个地级市范围，即研究区域为麒麟区和沾益区。境内山岭河谷交错，地形复杂，用地多样。曲靖市主要为亚热带高原季风气候，长期光照条件好，雨水充沛，植被繁多，适合农业生产。自2007年以来，曲靖市开始出现干旱，2008年和2011年尤为严重，2013年开始减缓，这也是研究时段选取的主要原因。

图1 区位图(云南省曲靖市)Fig.1 Location map(Qujing city, Yunnan province)

1.2 数据来源

采用的主要数据有TM遥感影像数据以及相关统计数据和曲靖市边界矢量数据。其中，TM影像数据包括2006年Landsat 5、2011年Landsat 5以及2015年Landsat 8系列卫星影像数据。TM影像数据主要用来提取土地利用现状图，相关统计数据则适当地校核分类精度以及用于驱动力定性研究，边界矢量数据用来确定研究区域边界等。

基于3S技术，采用最大似然法进行用地类型分类提取，将ArcGIS与ENVI紧密结合；在土地利用转移矩阵的基础上，通过对转移矩阵的挖掘分析，结合ArcGIS空间分析和研究时期相关资料的查阅，研究土地利用类型转移情况及其驱动力。

参考全国生态遥感监测土地利用/覆盖分类体系，结合曲靖市的实际用地情况将土地利用类型划分为水体、林地、水田、旱地、灌草、建筑用地以及未利用地7个类别，在这7个用地类型中必须一提的是灌草，通常在土地利用类型中选用的是草地，但是，就曲靖市而言，灌木和草地交错生长，且绝大多数区域草本植物与灌木覆盖度接近50%，故而，研究采用灌草这一土地利用类型，而非单纯的灌木或者草地；其次，水田单独作为一个体系，是源于水田重要的生态价值以及农业价值，而且近几年曲靖市水田用地面积存在较大变化。

2 土地利用变化研究

2.1 土地利用现状图

在ENVI5.1和ArcGIS10.2的支持下，利用最大似然法分别制作曲靖市2006、2011、2015年土地利用现状图，并制作土地利用转移矩阵。即对各时相TM影像进行遥感解译并转换为ArcGIS支持的shp文件，利用ArcGIS强大的制图功能制作土地利用现状图。解译过程中保证ROI的Jeffries-Matusita、Transformed Divergence参数在1.9以上，确保解译科学、合理。

依托于ArcGIS，从土地利用现状图(图2)中可以直观地看出研究区域的土地利用总体态势。即可以定量地统计分析研究区域在不同时段各用地类型的具体面积以及变化情况的大致情况；也可以定性地对各用地类型有一个宏观的把控，对其分布的总体情况有最直观的了解。此外，依托于土地利用现状可以求取一定时间内土地利用类型变化情况，即土地利用转移矩阵，进而对研究区域的土地利用变化进行切实有效的研究评价，这是LUCC研究的本质所在。

土地利用现状图反应出曲靖市的土地利用格局和特征：曲靖市土地利用是以农用地和林地为主。在2006年，农用地、林地和建筑用地分别占18.5%、70.7%和9.3%，属于传统的农业经济；时至2011年，林地相对减少，农用地和建筑用地均有所增加，比例分别为68.7%、23.2%和11.3%；到2015年，林地、农用地和建筑用地所占比例分别为61.8%、32.5%和15.1%。总体来看，曲靖市土地利用无明显特征，除建筑用地集中于麒麟区、沾益区一带，其他用地类型交错分布，生态系统相对稳定；此外，随着社会的发展，林地持续减少，农用地和建筑用地持续增加，其他用地变化相对缓慢，这也间接反映出曲靖市的社会经济是以农业生产为主。

图2 曲靖市2006、2011、2015年土地利用现状图Fig.2 2006, 2011, 2015 land use map of Qujing City

2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述。在下述转移矩阵(表1，表2)中，行表示后一时点土地利用类型，列表示前一时点土地利用类型。对于转移矩阵中转移度量可供选择的有像元、百分比和面积，即可以得到不同单位的3个转移矩阵。在此，考虑到像元太多，其具体数字冗长；而面积虽容易获取，同样具体数字稍显繁杂，故而采用面积转移百分比，即某一土地利用类型转移到其他土地利用类型面积所占该土地利用类型总面积的百分比。基于2006、2011、2015年土地利用现状图可以得到两个不同的土地利用转移矩阵，包括2006—2011年土地利用转移矩阵(表1)、2011—2015年土地利用转移矩阵(表2)。

表1 2006—2011年土地利用转移矩阵Table 1 2006—2011 land use transfer matrix

表2 2011—2015年土地利用转移矩阵Table 2 2011—2015 land use transfer matrix

2.3 土地利用变化分析

为便于分析和研究，在ArcGIS中提取各时相单一用地类型，通过空间叠加分析获取单一用地类型在时段内的正负变化图，如图3、图4所示。

图3 2006—2011年时段部分用地类型变化对比Fig.3 Comparison of the changes of land use types during the period of 2006—2011

2.3.1 2006—2011年时段

在2006—2011年这个时段，从土地利用转移矩阵可以看出水田、灌草都大量转换为其他用地类型，转移的比例均超过其总量的一半，尤其是水田转移比例高达其总量的64.1%，其他用地类型变化则相对平缓，未利用地的转移比例还不足5%。具体来看：水体转移趋势总体不大，主要转移方向为建设用地和旱地；林地转移态势也相对较缓，主要有旱地和灌草两个方向；灌草存在着剧烈的变化，20%的灌草转化为林地，转移到旱地的部分更是高达27%；水田在这一时段的变化尤为剧烈，远超其总量的一半；建设用地主要的转移方向是旱地，接近20%；旱地则主要向灌草和建筑用地转移；未利用地的变化很缓慢。

2.3.2 2011—2015年时段

在2011—2015年时段，水体、水田、灌草的变化都很剧烈，分别达到其总量的64%、76%和61%。从水体转移情况来看，近50%都转移为耕地，其中大部分转移为旱地；林地转移相对上一时段也比较剧烈，几乎为总量的30%，其中20%以上转移为旱地；灌草的转移也很剧烈，超过总量的60%，一半以上转移到旱地用地类型中，近5%转移为林地；水田的变化是最剧烈的，除未利用地以外，其转移的比例均超过2%，向旱地的转移更是高达60%；建筑用地的转移也很剧烈，主要向水田和旱地转移；旱地的转移比较平缓，向林地、灌草、水田、建筑用地的转移比例比较接近；未利用地的转移与上一时段几乎一致，转移趋势均很平缓，转移总量不足4%，主要转移为灌草。

至于2006—2015年土地利用转移矩阵虽易于获得，但在研究中并不具备足够的必要性，结合曲靖市实际情况，不难预见2006—2015年时段各土地利用转移机理与2011—2015年有很大的相似性。

2.4 变化驱动力分析

驱动力是LUCC研究的重点与难点，在此结合实际，定性地对各变化主要驱动因素进行简要的说明[1,3,5]。

2.4.1 2006—2011年时段

(1) 水体。因为曲靖人口大多聚集在水源地附近，加之2008年之后曲靖连年干旱，小型池塘、湖泊干涸，而干涸的池塘、湖泊裸露的土壤层大多较为肥沃、平整，且位于居民地附近，故而被建筑用地和旱地所取代。

(2) 林地。由于林地的砍伐，被砍伐的林地一方面被废弃，灌草丛生，转化为灌草这一用地类型，另一方面农村居民将砍伐后的林地新开垦为旱地，此外，也包括部分林区伐木后未得到有效的恢复、或在恢复期内，其光谱特性也会呈现出灌草的光谱特性，被误分为灌草这一用地类型。

(3) 灌草。主要由国家政策和地区发展方针所驱动，一是植树种草，二是土地复垦，植树种草使得大量灌草覆盖区向林地转移，而土地复垦鼓励农耕，农村居民将修整、荒废的土地重新栽种作物，而这些土地在复垦之前其光谱特性更接近灌草，且在土地复垦和人口持续增长的前提下，大量易于开垦的灌草也成了旱地。

(4) 水田。最主要的驱动力与通常的人口、经济关系并不是最密切的，其变化最主要的原因是2008年之后曲靖地区连年干旱，水资源急剧减少，迫使大量水田向旱地转移，也有少部分水田因位置优势被新建房屋，转移为建设用地。

(5) 建筑用地。与新农村建设在全国的大力推广有着必然的联系，新农村的建设使得农村居民大量聚集，一些房屋被闲置，附近居民则就近将闲置房屋拆迁，换为旱地，其中菜园居多。

(6) 旱地。一方面是旱地被闲置、荒废变成灌草，另一方面位置较好的旱地被建筑用地所取代。

(7) 未利用地。曲靖市未利用土地相对较少，主要是居民地附近采石或采矿所遗留的废渣或裸露地表，以及偏远地区裸露的山体，而这部分土地利用类型相对难以转移为其他类型。

2.4.2 2011—2015年时段

(1) 水体。自2008年开始的干旱，到2015年并没有得到本质的改善，从某种意义来说，比起2011年更加严重，水资源慢慢减少，且这种态势自2013年后虽有所缓解，但并未得到解决，所以2015年水体总量明显减少，因为干旱的原因，水田大量减少，而农业生产和人民又急需水田，故而在干旱时段内将满足条件的水体直接转移为水田，不排除河床、滩涂大量裸露，与耕地呈现同一光谱特性。

(2) 林地。其主要驱动力从某种意义上来说还是气候，连年的干旱不仅使得水体大量减少，也使得作物减产，为了满足人口和农业生产的需要，大量的开垦旱地。

(3) 灌草。其机理与林地的转移机理如出一辙，在此不做赘述；转移为林地，其机理与上一时段转移机理极其相似，在此亦不做赘述。

(4) 水田。其原因显而易见，同样是因为连年干旱的原因，水资源已经达到极度匮乏的境地，很多水田已经不能满足作为水田的条件，不得不充当旱地使用。

(5) 建筑用地。向水田转移的原因是部分建筑用地具有良好的储水条件，在水田极度缺乏的情况下建筑用地向水田转移，也不排除部分用于作为景观的建筑用地，在水生植被达到一定密度的情况下光谱特性更接近水田，至于建筑用地向旱地转移最主要的原因还是因为新农村建设以及拆迁使得大量宅基地向旱地转移。

(6) 旱地。向林地、灌草、建筑用地的转移机理与上个时段相似，不做过多阐述，至于向水田的转移主要是因为在水资源极度匮乏、水田急剧减少的情况下任何稍微满足水生作物生产的耕地都应作为水田使用，事实上，一些作为旱地使用的用地类型在特殊的情况下的确可以适当作为水田利用。

(7) 未利用地。与上一时段转移机理极其相似，在此亦不做赘述。

至于2006—2015年土地利用转移矩阵虽易于获得，但在研究中并不具备足够的必要性，结合曲靖市实际情况，不难预见2006—2015年时段各土地利用转移机理与2011—2015有很大的相似性。

3 结论与建议

3.1 结 论

2006—2015年是曲靖市的特殊时期，对这一特殊时期土地利用/土地覆被变化的研究是很有必要的。

研究结果表明：从不同时段的转移矩阵结合各个时段单一用地类型变化可以看出，曲靖市各土地利用类型均存在不同程度的变化，其变化也反应出一些现实的问题和情况：在2006—2011年、2011—2015年这两个时段，耕地、灌草的变化均很剧烈，且耕地、灌草、林地之间存在较多的转换；在2006—2011年、2011—2016年两个时段，建设用地也存在较大变化，主要是耕地向建设用地的转移，从图2和图3可以看出其主要集中在麒麟片区和沾益县一带人口密集区；在研究时段内，定性地可以得出气候是主要的驱动力，这一时期不期而遇的干旱长时间对地区的霸占严重影响了地区的用地类型，尤其是耕地和林草；研究时段内，人口、经济以及政策方针对曲靖市土地利用变化均具有不容忽视的作用，植树种草与退耕还林还草的长期执行，促使着耕地和灌草有序地向林地转移。

3.2 建 议

土地利用变化情况可以直观反应区域发展状况和发展水平[5,9]。建议在今后的时间里应该优化土地利用、统筹布局、合理控制，尤其是对地方发展及其重要的耕地、林地和建设用地；合理控制建设用地的扩张，积极建成“一张图”工作平台，从全局把控建设用地；在谋求区域社会经济发展的同时，加强对林地和耕地的保护与补充。

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责任编辑：田 静

Research on the Change of Land Use and Land Cover of Qujing City during 2006—2015

CHEN De-ying, YAN Jin

(School of Architecture and Urban Plan, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Based on TM image of Qujing City, a small city in the center of southwest China, in 2006, 2011 and 2015, this paper quantitatively and qualitatively evaluates land use/land cover change(LUCC) of Qujing City from such three aspects as the change of land use and the status quo and the transfer situation of driving force from land use as well as the driving force of land use change by relying on ArcGIS10.2 and ENVI5.1, by using the maximum likelihood method, by combining the transfer matrix with each period of single land use type comparison chart. The research results show that in the studied years, the land use situation of Qujing City overall is rational and scientific, among which the cultivated land, shrub and grass mainly depend on the climate, policy change is more intense, during 2006-2011 and 2011—2015 period, the land use is close to 50% of the total, the construction land expands to surroundings from city center, the other land use maintains at 20% in the two periods, which is mainly concentrated in the densely populated area along Qilin District and Zhanyi County. This research can provide the basis for evaluating the developing situation of Qujing City in these periods and has certain guidance to land use and development plan of Qujing City.

LUCC; transfer matrix; driving force

2016-11-19；

2016-12-23.

陈德映(1991-)，男，云南曲靖人，硕士研究生，从事地图学与地理信息系统研究．

10.16055/j.issn.1672-058X.2017.0004.021

P237

A

1672-058X(2017)04-0101-07