基于GIS 的松溪县土地利用空间格局分析

范勋承

（邵阳学院城乡建设学院，湖南 邵阳422000）

土地利用使得原本是自然属性的土地转变为具有社会属性的人工生态系统。土地利用变化引起人类赖以生存的环境产生变化，从而影响地球生物圈、化学圈和物理圈层结构与功能，甚至引起生态系统物质流和能量流循环的失衡，致使生物多样性急剧减少以及全球气候变暖[1]。从宏观尺度上看，土地利用变化研究可帮助人类更好的认识和理解其在不同时间和空间尺度上的相互转化[2]。在国内，对于土地利用与覆被变化的研究主要集中在一些具有代表性的地区，如刘纪远等[3]以遥感土地利用和气候观测数据为基础，探讨了土地利用变化过程对中国农田光温产生的作用；王金臣等[4]对清代长白山区域的土地利用变化驱动机制及其对环境的响应进行了研究；鞠洪润等[5]探究了中国土地利用空间格局的刻画方法，并建立了土地利用空间格局刻画指标体系。以上典型区域的研究为小尺度的土地利用研究奠定了基础。

1 研究区概况

松溪县位于福建省南平市的北部（图1），是南平市下辖区域中土地面积最小的县，土地总面积1043 km2。2000 年，松溪县被文化部命名为“中国民间版画艺术之乡”；2016 年，松溪县顺利通过环保部验收，成为南平市10 个市（区、县）中首个国家级生态县。松溪县属于亚热带季风气候，年平均气温18.1℃，年均降雨量1557-1743 mm。地势从东北向西南倾斜，整体呈中间地陷四周环山的地貌特征。截至2019 年末，户籍总人口16.8 万人，GDP 达到81.54 亿元。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

松溪县1995、2000、2005、2010 年和2015 年的遥感影像数据来源于地理空间数据云，空间分辨率相同，均为30 m，参照我国土地利用分类标准并结合松溪县的实际情况，将松溪县土地利用类型划分为六类，分别是林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地。利用ENVI5.2 和ARCGIS 10.2 软件计算各土地利用类型的转移矩阵，制作松溪县各土地利用类型的空间分布图并输出其他相关研究数据。

2.2 研究方法

图1 研究区示意图

目前，研究土地利用变化特征和方向等常用方法即为土地利用转移矩阵[6]。因为土地利用转移矩阵能够清晰的表达土地利用的结构特征、研究时段内的各地类的来源以及组成。另外，转移矩阵生成的转移概率矩阵，可以看出引起某一种用地类型发生变化的主要用地类型和次要用地类型，这样可以清晰的分辨出引起这种用地类型发生变化的真正原因。土地利用转移矩阵的具体计算公式如下：

式中，P、n、i 和j 分别代表面积、用地类型的数量、研究时段开始时和研究时段末期的用地类型。

3 结果与分析

3.1 土地利用空间格局分析

六种土地利用类型的分布情况，共同构成了松溪县土地利用的空间分布格局（图2）。林地是松溪县最主要的基质类型，几乎全县范围内均有分布。松溪县历来森林覆盖率都很高，森林覆盖率达75.5%以上，而绿化程度已达93.3%。1995 年，耕地主要分布在松溪县的南部，2000-2010 年间，全县耕地面积大量减少；2010 年，耕地面积有所增加，连通性增强，而后的2015 年又大面积减少，景观破碎度增加。建筑用地在1995-2005 年的10年间，主要分布在松溪县的南部；2015 年，建筑用地显著增加，但主要集中于松溪县的东部地区，呈连片分布，连通性较高。草地主要分布在松溪县的四周，2005 年之前东南部连通性较好，但在2015 年，东南部减少较多，破碎度增加。

图2 1995～2015 年松溪县土地利用类型空间分布

3.2 土地利用面积变化分析

总体上看（图3），20 年间建筑用地、林地和水域面积有所增加，其中林地面积增加的最多，其次是建筑用地和水域；耕地、未利用地和草地面积呈减少趋势，其中草地面积减少的最多，其次是耕地和未利用地。从各时段上看，建筑用地在2015 年间增加的最多，共增加了91.62 km2。林地在2005 年以前均呈现显著增加趋势，2005 年之后虽有所减少，但减少的面积不大，仍然是全县的主要基质类型。松溪县流域面积占全县总面积的95.5%，河网密度大，研究期间水域面积有所波动，但整体上呈轻微增加态势。耕地面积波动较大，仅在2010 年有所回暖，但20 年间仍减少了107.83 km2。

图3 1995～2015 年松溪县土地利用类型面积变化

3.3 土地利用转移矩阵分析

从表1 可知，松溪县林地保持率为76.06%，其它地类向林地转入概率最高的是草地，转入率为55.14%，而建筑用地、水域、耕地和未利用地向林地的转入概率较为相似，均在37%左右。与其它区域相比，水域保持率排第二，为40.47%；建筑用地保持率也较高，其它地类向其转入也较高，其中，耕地向建筑用地的转入率达31.13%。因此，研究期间松溪县的建筑用地面积呈增加趋势。由此可知林地、建筑用地和水域的面积增加的主要原因是这三种用地类型本身保持率就很高，而且其它地类又不断的向它们转入。各土地利用类型的具体转出概率大小排序为：未利用地（99.44%）＞草地（83.67%）＞耕地（79.79%）＞建筑用地（62.12%）＞水域（59.53%）＞林地（23.94%）。

表1 1995～2015 年松溪县土地利用变化转移概率矩阵（%）

4 结论

基于5 期遥感影像，采用面向对象的分类方法，对松溪县5期遥感影像进行分类，得到六种土地利用类型，而后对各土地利用类型的空间分布、面积变化及相互转换情况进行了分析，结果表明：林地占松溪县总面积最大，成为松溪县的主要基质类型，遍布于全县区域；建筑用地主要分布于松溪县的东部；其余土地利用类型分布较为分散。从各土地利用类型的面积变化上看，林地、建筑用地和水域成为研究期间面积增加的用地类型，其中林地增加的最多；相比之下，其余用地类型的面积呈减少趋势，而草地是面积减少最多的用地类型。从各土地利用类型相互转换情况上看，林地的保持率最高，其次为水域和建筑用地；相比之下，未利用地的保持率最低，其次为草地和耕地。林地成为研究期间面积增加最多的用地类型得益于其他五种用地类型的大量转入，其中草地转入率最高达55.14%，这也是研究期间草地成为面积减少最多的用地类型的原因。