基于ArcGIS对鹤庆县松桂镇农用土地变化的研究分析

李汝彬

(鹤庆县松桂镇林业草原工作站，云南 鹤庆 671503)

1 区域概况

1)松桂镇位于云南省大理白族自治州鹤庆县中部，属山区、半山区，处于100°03′～100°20′E，26°16′～26°28′N。松桂镇交通便利，是鹤庆县重要的交通枢纽，是县城坝区通往其他5个山区乡镇的必经之地，距县城27 km，东接六合乡，南连西邑镇，西邻洱源县牛街乡，北与金墩乡毗邻。

2)松桂镇地势呈西高东低的高程分布，海拔落差较大，最高点海拔3 932 m，最低点海拔1 640 m，气候垂直差异明显，气候及植被、作物多样性明显。地形为半山区、山区。西部、西北部坡度较大，中部和东部、南部坡度较缓，南北部差异较大。松桂镇属高原季风气候，冬干夏湿。年平均降雨量1 050 mm，年平均气温14.3 ℃。松桂镇北部海拔高，水利条件好，水资源丰富；松桂镇东部及南部海拔低，水资源匮乏，较为干旱。松桂镇境内主要河流有漾工江，其为金沙江水系支流。

3)松桂镇下辖15个村委会，122个自然村，188个村民小组。2021年末全镇有人口8 848户33 031人，少数民族人口26 519人，占全镇人口的80%，主要居住汉、彝、白、傈僳和苗等19个民族[1]。2021年松桂镇完成全年地区生产总值56 890万元，实现财政总收入4 637.07万元，农民人均纯收入1.25万元。

2 数据处理

2.1 坐标转换

由于各坐标系使用的参考基准点不一样，其椭球参考也不同，所以各坐标系下测绘的数据不能直接相互参考使用，要通过参数转换才能实现不同坐标系之间的转换，才能使不同时间节点下的数据统一坐标系，从而更好地进行变化分析。

坐标系之间的转换参数一般要使用七参数，X轴平移、Y轴平移、Z轴平移、X轴旋转、Y轴旋转、Z轴旋转、比例差(缩放尺度)。七参数的计算需要在研究区内设置3个以上的公共点，进而在不同的坐标系下测量这些公共点的坐标和高程(X，Y，H)。通过七参数计算软件，对这些公共点进行分析计算，即可获得不同坐标系下转换的七参数。本研究中统一将坐标系设为CGCS2000坐标系，所有七参数均为转换到CGCS2000坐标系的参数，在ArcGIS中进行坐标转换(图1)。

图1 ArcGIS坐标转换过程

2.2 矢量数据分析

矢量数据和矢量数据的叠加分析，能让矢量数据获得新的属性，同时也能得到新的矢量数据，最常用的方法是面层与面层的叠加，本研究中使用的也是该种叠加分析，矢量数据叠加分析见图2(由于日常的矢量数据图层是由多个矢量组成的，不利于叠加分析过程的剖析解释，所以在图2中假设输入的矢量图层中仅有一个多边形矢量)。

图2 矢量数据叠加分析过程

3 土地利用布局变化分析

3.1 利用布局现状及幅度变化分析

本研究通过对鹤庆县松桂镇2006年、2011年、2016年、2021年4期的土地利用现状数据进行对比分析，通过数据汇总得出4期土地面积和比例汇总(表1)。

表1 松桂镇土地利用汇总

由表1可以看出，鹤庆县松桂镇农用土地面积最大，表明该地区是以农业为主的乡镇。其中林地面积占比最高，其次是耕地、未利用地、建设用地，园地和水域面积较小。

通过对土地利用变化幅度的分析，能更加直观地看出土地变化的趋势。对表1中的数据进行对比计算分析，得出变化量和幅度(表2)。

表2 松桂镇土地利用面积变化量及幅度

由表2可以看出，研究区内各地类均发生了不同幅度的变化。在2006—2021年整个研究时间段内，仅有林地和建设用地面积增加，其余地类面积均有所减少，其中水域面积减少幅度最大，其次是园地、耕地、未利用地。2006—2011年时间段内，仅有林地面积增加，其余地类均为负增长，其中建设用地减幅最大，其次是园地、未利用地、水域、耕地。2011—2016年时间段内，建设用地增加幅度最大，其次是未利用地和林地；水域减少幅度最大，其次是园地和耕地。2016—2021年时间段内建设用地面积增加幅度最大，其次是未利用地、耕地、水域，园地和林地面积减少。

3.2 土地利用类型变化分析

3.2.1 土地利用类型相互转换分析

土地利用转移矩阵是研究土地利用类型相互转换常用的方法，使用ArcGIS软件的叠加分析工具通过对2006年与2011年、2011年与2016年、2016年与2021年的叠加分析，得出3个时间段内土地利用类型的变化情况，从而得出3个时间段内的土地利用转移矩阵，其公式如下

(1)

式中：Sij为研究时间段内i地类变为j地类面积；

n为地类的数量。

通过该矩阵还可以得出i地类的未转换的面积、减少的面积以及j地类增加的面积，并对3个时间段内土地利用转移矩阵计算(表3—表5)。

表3 2006—2011年松桂镇土地利用类型转换

表4 2011—2016年松桂镇土地利用类型转换

表5 2016—2021年松桂镇土地利用类型转换

1)2006—2011年期间林地转出887.175 4 hm2，转入1 819.432 hm2，净增932.256 6 hm2；此时段林地的大幅增加主要原因是得益于2000—2008年期间退耕还林及未利用地造林等项目的实施。2011—2016年期间林地转出912.004 2 hm2，转入1 350.347 6hm2，净增438.343 4 hm2；此时段林地的增长继续受退耕还林及未利用地造林的影响，同时蚕桑产业的发展也促使农户在耕地内种植桑树将耕地变为灌木林地。2016—2021年期间林地转出791.370 74 hm2，转入509.389 1 hm2，净增-281.981 6 hm2；此时段林地的减少主要因为政策的原因，项目占用林地的审批指标增加，导致林地负增长。

2)2006—2011年期间耕地转出1 550.918 1 hm2，转入1 104.620 1 hm2，净增-446.298 hm2；此时段转为耕地的部分主要原因是农民退耕还林退出退化的耕地，之后又毁林开垦耕地来满足生计。加之一些农户选择了新的宅基地搬迁之后将老宅基进行复垦。2011—2016年期间耕地转出1 387.144 hm2，转入855.367 8 hm2，净增-531.776 2 hm2；2016—2021年期间耕地转出395.663 6 hm2，转入441.663 7 hm2，净增46.000 1 hm2；这两个时段转入耕地的部分主要是持续的毁林开垦、未利用地开垦、老宅基的复垦、退化水域的开垦以及土地整治项目的实施。结合1)可以看出当地居民非常善于利用耕地和林地，在保持生态的前提下能完成林地和耕地的转换。

3)2006—2011年期间园地转出37.197 2 hm2，转入3.352 7 hm2，净增-33.844 5 hm2；2011—2016年期间园地转出50.158 5 hm2，转入7.034 9 hm2，净增-43.123 6 hm2；2016—2021年期间园地转出8.286 4 hm2，转入3.159 8 hm2，净增-5.126 2 hm2；该区域的园地主要分布在耕地或者房屋周围，耕地的治理或者房屋的扩建重建均会占用园地，该地区气候环境不适宜发展果业，将园地转为耕地或者建设用地对于农民而言获益更多。转入园地的地类主要为一些搬迁后的宅基地或者使用剩余的建设用地边角。

4)2006—2011年期间建设用地转出506.030 2 hm2，转入218.484 3 hm2，净增-287.545 9 hm2；此时段建设用地的负增长主要原因是异地搬迁的项目大量实施，搬迁后的建设用地大部分复垦成为耕地，部分随着自然更新或者人工更新成为林地，少部分补被废弃成为未利用地；转入建设用地的部分主要是耕地和林地内国家建设项目审批、建房和设施农用地审批等。2011—2016年期间建设用地转出200.949 2 hm2，转入299.384 hm2，净增98.434 8 hm2；此时间段由于道路交通的不断完善，以前在田边建设的看护房、仓库等简易建筑物逐渐被取缔复垦成为耕地，同时经济发展继续推动建设项目、农村建房、圈舍等发展，使建设用地面积增加。2016—2021年期间建设用地转出91.315 2 hm2，转入286.412 8 hm2，净增195.097 6 hm2；此时段许多重点项目在松桂镇境内实施，同时该时段处于脱贫攻坚的最后阶段，大量的建设项目的实施使建设用地大量增加。

5)2006—2011年期间水域转出32.138 2 hm2，转入24.614 8 hm2，净增-7.523 4 hm2；2011—2016年期间水域转出58.881 8 hm2，转入4.305 2 hm2，净增-54.576 6 hm2；2016—2021年期间水域转出4.566 1 hm2，转入4.867 3 hm2，净增0.301 2 hm2；水域面积的持续衰减主要原因是持续的干旱造成地表径流缩减、小库塘枯竭，特别是2008年和2015年的干旱尤为严重，退化后的水域被开垦为耕地。2016年以后环境逐渐好转，水域面积也保持相对稳定，一部分新建的小型水库也是水域面积小幅增长。

6)2006—2011年期间未利用地转出573.210 5 hm2，转入416.165 7 hm2，净增-157.044 8 hm2；2011—2016年期间未利用地转出532.721 1 hm2，转入625.419 3 hm2，净增92.698 2 hm2；2016—2021年期间未利用地转出245.112 3 hm2，转入290.821 2 hm2，净增45.708 9 hm2；未利用地转入主要原因是森林火灾烧毁森林后未恢复、审批使用后林地未恢复和退化耕地地被弃耕；而未利用地的转出主要原因是人工造林、开垦耕地和建设项目等。

3.2.2 土地利用动态度分析

土地利用动态度有单一土地利用动态度和综合土地利用动态度，本研究主要对松桂镇的3个研究时间段内6种地类的变化情况进行研究分析，所以使用单一土地利用动态度即可。

计算公式如下

(2)

式中：K为研究时间段内某地类的土地利用动态度；

Ui为研究期起始时某地类的数量；

Uj为研究期期末时某地类的数量；

T为研究期时长。

对比松桂镇2006—2021年3个研究时间段6种地类单一土地利用动态度(表6)。

表6 松桂镇2006—2021年单一土地利用动态度

由表6的数据可以得出，各地类在2006—2011年、2011—2016年2个时间土地利用动态度变化较大，2016—2021年期间土地利用动态度变化相对较小。

3.3 土地利用程度分析

土地利用程度综合指数是反映土地利用程度高低的重要指标。根据庄大方、刘纪远在《中国土地利用程度的区域分异模型研究》一文中提出的分级赋值量化模型，将土地利用状态分为4个土地利用级，并赋值1—4，作为4种土地利用程度的分级指数(表7)。

表7 松桂镇土地利用分级赋值

根据分级指数可以计算出土地利用程度综合指数，从而通过量化数据得出土地利用程度的高低，土地利用程度综合指数计算公式为

(3)

式中：La为土地利用程度综合指数；

Ai为第i级土地利用程度分级指数；

Ci为第i级土地利用程度分级面积百分比[2](表8)。

表8 松桂镇2006—2021年土地利用程度综合指数

由表8可以得出，松桂镇2006—2021年土地利用程度综合指数在100～400，且均在200以上，属于中偏上的水平，说明松桂镇土地利用开发稳定合理。

4 农用土地利用布局变化驱动因子分析

4.1 自然因子

4.1.1 地形地貌

地形地貌是决定土地利用类型分布的重要因素。鹤庆县松桂镇地势总体西高东低，四周被群山环绕。最低点海拔约为1 640 m，最高点海拔约3 932 m，海拔落差为2 292 m。松桂镇的地形地貌原因导致了境内地貌类型多样，加之四周均为中山，导致中部农用土地以平地为主，四周以坡地为主。松桂镇农用土地变化中林地的增加和耕地、园地的减少主要发生在四周地势相对陡峭的地方，而耕地的增加主要集中在相对平缓的地方。

4.1.2 气候降水

气候和降水的变量能引起土地利用类型随之变化。鹤庆县松桂镇属于高原季风气候，夏季高温潮湿，冬季寒冷干燥。根据查阅鹤庆县气象局提供的资料，松桂镇冬季气温在5～8 ℃，极端低温达-11 ℃；夏季平均在21～24 ℃，极端高温达35 ℃。全年无霜期235 d，年平均日照2 100 h。降水分布不均，大部分山区干旱少雨，降雨时间主要集中在每年6—10月，通常为持续阴雨天气，导致了雨季地质灾害频发。通过查阅资料找到2006—2021年的年均降水量为900～1 000 mm，部分年度发生大规模的干旱。

受气候和水资源的限制，松桂镇每年小春播种面积在1 200～2 000 hm2，大春播种面积在5 400～5 900 hm2，每年耕地有部分闲置。根据实地调查发现受自然条件限制有大部分耕地一年才可播种一次，有部分耕地需要根据气候情况多年才能耕作一次。

4.1.3 水文水利

水资源的丰富程度能影响农业用地的分布、面积等。松桂镇呈北部、西部水资源丰富，南部相对干旱，东部较为干旱的局面。由于水资源分布的不均衡，松桂镇的水资源较为集中的西部、南部、中部地区耕地面积较为稳定，有小幅上涨的趋势，而干旱的西北部、东部耕地、园地面积减少较为明显。同时由于近年来气候的变化及农业用水的需求增加，水库、小坝塘蓄水从未饱和，河流出现季节性断流、河道变窄等情况，导致水域面积减少。

自然因子是决定土地利用类型的关键因素，地形地貌、气候和水资源等条件叠加造就了土地利用的环境。松桂镇的高海拔地区地势陡峭、气温寒冷干燥、干旱，这些区域不太适合的农业生产，随着气候的条件的恶化，农业用地面积也随之缩减，耕地和园地被丢荒，慢慢地被自然更新为林地。

4.2 社会因子

4.2.1 人口和农民收入

人口的增加对粮食、水、建筑物的需求也会增加，进而农用土地、建设用地、水域的需求也会增加，反之则会减少。对于从事农业生产的农民而言，增加收入除提高生产技术获得更高的产量，还有就是获得更多的农用土地资源，如果两者都没有条件实现，从事农业生产的农民就会选择从事其他产业，造成农用土地闲置，长此以往会改变闲置土地的地类。通过查阅鹤庆年鉴与松桂镇农业统计报表，2006—2021年期间松桂镇人口总量从32 785人减至31 731人，人均收入从1 313.4元增至12 506元。根据2010年和2020年人口普查数据显示，松桂常住人口分别为28 900人和26 105人。2015—2021年期间虽然劳动力人口从17 719人增长至19 694人，但是外出务工人员也从6 303元增长至9 229人，总人口的减少与外出务工人员的增多，致使留在松桂镇务农的人口减少，进而农用土地的面积需求也会减少。2018年起松桂镇大规模修缮了村间道路，农户也大规模重新修建住房，导致建设用地面积增加，而这些用地大多是农户占用自家的林地、耕地、园地来建设，致使该时期农用土地面积小幅降低。

4.2.2 项目建设

经济的发展需要项目建设，而项目建设则需要占用大量的土地，特别是农用土地。松桂镇地处鹤庆县中部，是重要的交通、经济、文化枢纽。2006年以来大量的项目建设都涉及松桂镇，征占用了许多农用土地，特别是2011年以后大量的农用土地被征占成为项目建设用地，导致农用土地减少。

4.2.3 政策及规划

政策及规划的方向指引着一个地区发展趋势，土地利用类型也因相关政策和规划的制定而受影响。退耕还林项目的实施使坡度较大或者退化的耕地转为林地。土地开发和土地整治项目将耕地提质改造，优化了耕地的同时合理开发耕地周围的未利用地，增加耕地面积。农户在异地搬迁后，其宅基地和耕地权属虽然未发生改变，但宅基地废弃、耕地弃耕，自然演化成为未利用地或者林地，进而使林地和未利用地面积小幅上涨。

5 存在的问题与对策建议

5.1 存在的问题

5.1.1 耕地保护力度不足

根据松桂镇2006—2021年间土地利用转移情况可以看出，松桂镇耕地面积持续减少，且大部分转移的面积均变为建设用地。结合对应年度的人口来看，在人口减少的同时，耕地面积减少，建设用地面积增加，去除国家项目建设用地因素，其余减少的耕地，主要是当地居民用来建设住房或者圈舍。总体来看，当地在耕地保护上力度还不够，对土地保护相关的法律法规和制度的落实还不到位。

5.1.2 水域用地建设滞后

松桂镇水资源匮乏，水域面积持续减少。干旱地区水利设施建设滞后，农事生产用水得不到解决，对应地区的耕地就会被弃耕，之后自然更新为林地或者荒废变成未利用地，耕地面积随之减少。部分区域耕地只能播种一季，很多耕地至今还没有修缮水渠，农业生产用水无法满足，耕地处于闲置状态，百姓为了生活选择外出务工，影响了地区农业生产和社会经济发展。

5.1.3 林地利用单一

目前松桂镇林地利用主要是项目征用、维护生态和收集林副产品等。鹤庆县属于限制采伐县，每年的采伐指标均优先用于重点项目建设，农户几乎没有采伐林木进行交易的可能，所以松桂镇的林木无论处于何种林种内主要是发挥其生态效益。林地带来的经济效益主要是基于林内一些林副产品的收集、采摘、林内畜牧和林地林木的项目建设征占用等。林地的利用还是处于传统林业生产的模式，利用单一，林地经济效益不高。

5.1.4 人地协调意识不足

在松桂镇因为耕地土壤退化，部分地区毁林开垦开发新的耕地，有些地区选择到林区内取土改良耕地内退化的土壤。随着家庭收入的增加，农户在宅基地旁有其余土地的条件下侵占周围土地扩建住宅或圈舍。土地的利用是一个环环相扣的循环，每一种地类的改变都会影响其他地类。生产者和土地一样作为自然组成中的一员，更是要协调好人地关系，才能获得人地可持续的发展。

5.2 对策建议

5.2.1 加强土地治理，积极落实保护制度

相关部门要合理规划利用土地资源，积极落实土地保护制度，加强土地管理，及时制止各种违建行为，同时要积极宣传各种土地保护的相关法律制度，增强居民保护土地的意识。对于畜牧用地的规划设计要充分考虑优先使用未利用地、废弃的建筑用地等地类，减少“以畜占耕”的现象。对于非法占用土地的，要加大查处力度，恢复对应土地的生产条件。针对土壤退化的治理，相关部门要加大土壤保护的宣传力度，积极开展土壤保护的相关技术培训。鼓励农户减少化肥农药的使用，倡导农户自行堆积农家肥。

5.2.2 强化基础建设，补齐用地短板

基础设施建设的完善，能提升土地的区位优势。偏远土地的道路修缮、干旱土地的水渠贯通，使土地的区位条件提升，促进土地的可持续循环使用。在水源地旁选择合适的土地，修建水库或水塘，能解决一部分土地的生产用水，同时提高了对应土地的生产能力。

基层土地利用的审批、开发等需要到县级或以上部门才能得到解决，加强基层服务机构的建设，能方便解决相关土地的问题，减少生产者在规划利用环节的时间，使其有更多时间参与生产。

5.2.3 合理利用土地，探索多元化开发

从理想的角度来看，肥沃平坦的土地应该用来种植，而偏远贫瘠的土地应该用作建设用地。土地利用的多元化，要考虑多种地类的协调。耕地的开发可以积极探索拓宽耕地的耕种范围以及耕种形式，探索适合当地气候条件种植的新作物，激活闲置的耕地转换为经济林或者优先审批为设施农用地、发展田园综合体优化乡村旅游产业；林地内可以发展林下种植、林内养殖和旅游等。

5.2.4 科学布局，引导集约化生产

结合当下乡村振兴的实施，可以根据地区自身的情况，科学合理地对土地进行规划布局，将土地使用模块化。用地要集中连片，避免各种地类相互穿插使用，导致土地资源闲置浪费。特别是农业种植和畜牧养殖，集中用地会让基础设施建设规划更容易，百姓的参与度也会更高，对于产业发展也是有利的。