河南省光山县土地利用时空变化特征分析

佟艳 张慧慧,2

（1.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454000；2.河南省地图院，河南 郑州 450000）

1 研究背景

光山县位于河南省东南部、信阳市中部，南依大别山，北临淮河，地处鄂豫皖三省连接地带，全县东西长60km，南北宽55km。县境东邻潢川和商城，西连罗山，南接新县，北与息县相望。地处亚热带向暖温带过渡地带，属亚热带北部季风型湿润、半湿润气候，光山是中国天然氧吧县，自2015 年来空气质量排名多次位居全省第一。为促进土地利用与区域经济协调发展，我国学者对土地利用变化及生态环境质量关系进行了大量研究。张雪英选取1990 ～2020 年间的遥感影像数据，研究辽西地区的土地利用和土地覆盖格局及转移情况，发现该地区主要土地类型为耕地、林地、建筑用地和未利用土地[1]。王有小等对1995 ～2018年间广西中越边境地区的土地利用变化和生态风险进行研究，发现影响土地利用类型变化的主要原因是当地经济快速发展和城市化进程加快，提出应重视生态和经济的协同发展[2]。为更好地利用土地利用数据，合理分配当地土地资源，研究一条可促进经济快速发展和生态环境保护服务功能提升相结合的道路，本文选取光山县为研究区域，基于Landset TM 30m 遥感影像生产的全国土地利用数据产品，按照国家土地利用分类方法，结合刘纪远等在建设“中国20 世纪LUCC时空平台”建立的LUCC 分类系统，研究光山县的土地利用数据，提取2000 年和2015 年两期数据进行动态分析，对光山县的整体土地利用框架有了大致了解。

2 数据分析

2.1 土地类型分析

本研究根据国家土地利用分类方法，结合LUCC 分类系统将土地利用数据进行分类，其中一级类型分为6 大类，主要包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。二级分类主要包括水田、旱地、有林地、灌木林等25 种类型（如表1 所示）。根据研究需求，在此主要采用一级分类，获得了2000 年和2015 年的土地利用矢量数据（如图1 所示）。

表1 土地利用类型分类

2.2 研究方法

为了明确光山县该时期的土地利用时空变化特征，选用以下3 种土地类型分析方法。

2.2.1 土地利用变化幅度

2.2.2 单一土地利用变化动态度

受自然和社会条件影响，同一地区在不同时间段的土地利用方式存在差异，并且不同时期的土地利用类型变化速度和幅度也有较大差异。单一土地利用变化动态度可以表示一定时间段内不同土地利用变化的速度和变化幅度[4]，总结一定的规律，便于分析相应时间段土地利用类型变化的走向，并且对未来一段时间的土地利用变化趋势做出预测。其数学公式为：

公式（2）中：K为研究时期内单一土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为研究初期、末期某种土地利用类型的面积；T为研究时长[3]。

2.2.3 土地转移矩阵

不同时期土地利用类型的转变可通过土地转移矩阵具体分析。土地利用转移矩阵源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述[5]。利用ArcGIS 对两期土地利用矢量数据进行空间叠加分析，获取研究时段内土地利用类型的转移矩阵，清晰地分析不同类型间的转化，同一类型向何种类型转化，哪种土地类型转移面积最多，转化类型最多或最少，并具体分析研究时段内此地土地类型转变的特征和原因。其表达式为：

3 光山县土地利用类型分析

3.1 光山县土地利用空间分析

由光山县土地利用现状图（图1）可知，光山县耕地分布较为均匀，几乎覆盖所有区域；林地主要分布于县城周边，主要位于西南和东南区域；建设用地分布较为分散，其中东部地区比较集中；草地主要分布于西南和南部区域 ；水域主要呈线状分布，主要分布在南部和东南方位，未利用地主要分布在东南区域。

图1 光山县2000年、2015年土地利用现状

对光山县2000 年和2015 年土地类型面积统计可知（如图2 和图3 所示），耕地、建设用地、林地是光山县的主要土地类型。其中2000 年光山县土地类型主要包括5 大类（如表2 和表3 所示），耕地占全县面积比例较大为1425.44km2，占全县面积的77.72%；其次为林地，面积为179.04km2，占全县面积的9.76%；光山县土地类型还包括建设用地、水域和草地，面积分别为119.54km2、82.57km2、27.38km2，分别占全县总面积的6.52%、4.5%、1.49%。2015年光山县土地类型包括6大类，耕地仍是最主要的土地类型，面积为1365.95km2，占全县总面积的74.48%；林地面积为218.50km2，占全县总面积的11.91%；建设用地面积为134.35km2，占全县总面积的7.33%；水域面积为87.93km2，占全县总面积的4.79%；草地面积为26.73km2，占全县总面积的1.46%；未利用地面积为0.51km2，占全县总面积的0.03%。

图2 土地类型结构

图3 土地类型结构

表2 2000年、2015年光山县土地利用变化（单位：km2）

表3 2000年、2015年各类型占全县总面积比例（比例：%）

3.2 光山县土地利用类型时空演变分析

3.2.1 变化幅度和动态度分析

从2000 ～2015 年光山县土地利用数量变化中分析，6 种土地类型变化呈现“四增二减”趋势[6]，建设用地、林地、水域、未利用地总面积增加，草地和耕地总面积减少，并且不同类型的动态度差异较大。其中与2000 年数据相比，2015 年林地变化幅度较大，为22.04%，年增速为1.47%，净增加39.46km2；其次为建设用地，变化幅度为12.39%，年增速为0.83%，净增长14.81km2；水域变化幅度为6.5%，年增速为0.43%，净增长5.36km2；未利用地净增长0.51km2；耕地和草地变化幅度呈现下降趋势，其中耕地下降幅度较大，变化幅度为-4.17%，每年以0.28%的速度减少，净减少面积为59.49km2；草地变化幅度为-2.39%，每年以0.16%的速度减少，净减少面积为0.65km2。

3.2.2 光山县土地转移矩阵分析

本文数据处理主要使用ArcGIS10.2 软件，新建字段，对图斑类型进行赋值，并以km2为单位对矢量数据进行面积计算，融合处理消除重复图层，最后统计同一时期不同类型间的面积；对2000 年和2015 年数据进行相交处理，统计出这两个时间段之间土地利用类型的转化（如图4 所示）；利用Excel 软件对2000年和2015 年相交数据进行处理，生成数据透视表，得出土地转移矩阵，如表4 所示。

表4 2000～2015年光山县土地利用转移矩阵（单位：km2）

由此可知，光山县2000 ～2015 年间土地类型呈现一种向多种土地类型转化的特征[6]。从土地转出方面分析，耕地2000 ～2015 年间总转出量为69.65km2，其中分别转出为林地（44.04km2），草地（0.11km2），水域（7.43km2），建设用地（17.99km2），未利用地（0.08km2），耕地主要转出类型为林地、建设用地和水域。林地2000 ～2015 年间总转出量为5.41km2，其中分别转出为耕地（0.59km2），草地（0.05km2），水域（2.50km2），建设用地（1.85km2），未利用地（0.42km2），林地主要转出类型为水域和建设用地。草地2000 ～2015 年间总转出量为1.05km2，其中分别转出为耕地（0.15km2），林地（0.33km2），水域（0.31km2），建设用地（0.27km2），草地向这四种类型转出量比较均衡。水域2000 ～2015 年间总转出量为5.06km2，其中分别转出为耕地（3.92km2），林地（0.4km2），草地（0.25km2），建设用地（0.49km2），水域转出主要类型为耕地，向其余三种类型转化面积大致相同。建设用地2000 ～2015 年间总转出量为5.78km2，其中分别转出为耕地（5.48km2），林地（0.1km2），水域（0.2km2），建设用地主要转出类型为耕地，少部分向林地和水域转化，未涉及草地和未利用地。

从土地转入方面分析，耕地2000 ～2015 年间总转入量为10.14km2，其中由林地、草地、水域、建设用地转化，转入面积分别为0.59km2、0.15km2、3.92km2、5.48km2，耕地转入类型主要为建设用地和水域。林地2000 ～2015 年间总转入量为44.87km2，其中由耕地、草地、水域、建设用地转化，转入面积分别为44.04km2、0.33km2、0.4km2、0.1km2，林地转入类型主要为耕地。草地2000 ～2015 年间总转入量为0.41km2，其中由耕地、林地、水域转化，转入面积分别为0.11km2、0.05km2、0.25km2，草地总转入面积相对较少，转化类型特征不明显。水域2000 ～2015 年间总转入量为10.44km2，其中由耕地、林地、草地、建设用地转化，转入面积分别为7.43km2、2.5km2、0.31km2、0.2km2，水域转入类型主要为耕地和林地。建设用地2000 ～2015 年间总转入量为20.6km2，其中由耕地、林地、草地、水域转化，转入面积分别为17.99km2、1.85km2、0.27km2、0.49km2，建设用地转入类型主要为耕地和林地。未利用地2000 ～2015 年间总转入量为0.5km2，其中由耕地、林地转化，转入面积分别为0.08km2、0.42km2，形成新的光山县土地类型转化分布如图4 所示。

图4 2000年、2015年土地类型转化分布

4 结论

通过分析光山县2000 ～2015 年土地利用类型变化，6 种土地类型变化呈现“四增二减”的特点，其中，建设用地、林地、水域、未利用地保持增加趋势，草地和耕地总面积趋势走低。从土地类型面积增加幅度来看，林地＞建设用地＞水域＞未利用地，说明2000 ～2015 年间该区域在生态保护、植树造林方面取得了较大进展。从土地类型面积减少幅度来看，耕地＞草地，耕地净减少了59.49km2。并且不同类型的动态度差异较大，林地、耕地、草地、建设用地、水域的动态度分别为1.47%、-0.28%、-0.16%、0.83%、0.43%。

该地的土地类型转变呈现一转多特征，耕地面积转移为林地＞建设用地＞水域＞草地＞未利用地。耕地面积主要转移为林地、建设用地。耕地向林地的转变，促进了当地的生态优化发展，提升了生态环境质量。耕地向建设用地转变，说明当地随着城镇化发展，不免侵蚀、占用耕地资源，然而耕地是当地最主要的土地类型，农业发展对当地经济也有促进作用，这就提示当地要合理配置资源，在经济快速发展的大环境下，要重视保护耕地资源，寻找一条经济发展和资源合理配置相结合的道路，为当地政府提供理论依据。

从转入类型分析，林地面积增多，主要从耕地、草地、水域和建设用地发展而来,研究期内耕地是向林地转移面积较多的类型，说明当地注重经济发展的同时，也重视生态保护。从位置分布看，建设用地在东部地区扩展迅速，城镇化较为明显；南部和东南部林地面积增加显著。