庆阳市西峰区土地利用变化研究

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　　[摘 要] 本文以甘肃省庆阳市西峰区为研究区域，提取2002年和2016年两期遥感影像数据，利用ENVI软件进行预处理、裁剪等，根据土地利用现状分类标准将庆阳市西峰区土地资源分为耕地、建设用地、林地、草地、未利用地和水域6类。然后将土地利用类型进行监督分类，分析土地利用类型的变化。结果表明，在人类活动和自然因素的影响下，庆阳市西峰区土地利用类型发生了显著的变化，耕地面积显著减少，建设用地、林地、草地、未利用地均有不同程度的增加;水域是近15年较为稳定的土地类型，面积增加幅度较小。
　　[关键词] 土地;监督分类;遥感影像;西峰区
　　[中图分类号] F301.2 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2019）05-118-3
　　当前，环境问题越来越严重，人口与资源环境的矛盾越来越突出，土地利用/土地覆被变化（Land Use and Land Cover Change，简称LUCC）已成为国内外研究全球环境变化的核心问题之一[1-3]。其原因有二：首先，LUCC是引起全球环境变化的重要原因;其次，全球环境变化、地球系统科学和可持续发展与自然和人文问题联系紧密，在环境变化问题中，LUCC是引起其他全球变化问题的主要原因[4-5]。甘肃省庆阳市物产丰富、种类繁多，近年来随着人口的增长和经济的发展，庆阳市西峰区土地资源需求量不断增大。本文从时间序列上利用2002年和2016年两期数据对庆阳市西峰区土地利用变化情况进行分析，为地方土地资源的合理开发利用和生态环境保护提供参考依据。其中，2016年的数据来源于土地利用现状调查，2002年的数据来源于遥感影像解译[6]。
　　1 研究区概况
　　庆阳市西峰区地处甘肃省东部，坐落于陇东黄土高原腹地，地理坐标为107°27′42″E～107°52′48″E、35°25′55″N～35°51′11″N。西峰区属于黄土高原区，地势东北相对西南较高，海拔1 421 m。地形呈扇形，南北长约47.7 km，东西宽约34.8 km。第二次土地调查成果显示，西峰区土地总面积是99 901.82 hm2，当中农用地面积为62 918.61 hm2，占西峰区总面积的62.98%;建设用地面积是14 998.81 hm2，占全区总面积的15.01%;其他土地面积为21 984.40 hm2，占全区总面积的22.01%。土地利用类型以耕地为主，占全区土地面积的62.98%，塬面面积大，耕作条件好。
　　2 研究方法
　　2.1 土地利用动态度
　　2.1.1 单一土地利用动态度分析。单一土地利用类型动态度可以定量描述研究区域在一定时间间隔内的土地利用/覆被类型的变化速度[7-8]，其计算公式如下：
　　K=（Ub-Ua）/（Ua×T）×100%                 （1）
　　式（1）中，K为单一土地利用动态度，Ua是研究初期某一土地利用类型的数量，Ub是研究末期某一土地利用类型的数量，T为研究时段。
　　2.1.2 综合土地利用动态度。综合土地利用动态度反映各种地类变化的大体情况，值越大说明土地利用动态变化越强烈[9]。其计算公式如下：
　　[LC=i=1n?LUi-j2i=1nLUi×1T×100%]             （2）
　　式（2）中，LUi为监测起始时间第i类土地利用面积，ΔLUi-j为监测时段T内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值。当T的时段为年时，K和LC的值即分别为研究区某一地类土地利用年变化率和综合土地利用年变化率。
　　2.2 土地利用程度
　　土地利用程度动态变化量是指一定范围内多种土地利用类型的动态变化，土地利用程度的变化量和变化率可以定量地揭示研究区范围内的土地利用/覆被的综合水平和变化趋势[10]。
　　2.2.1 土地利用程度综合指数。土地利用程度采用土地利用变化综合指数进行分析。其计算公式如下：
　　Lj=100×∑Ai×Ci，Li∈[100，400]                   （3）
　　式（3）中，Lj为土地利用程度综合指数，Ai为研究区第i级土地利用程度分级指数，Ci是分级面积百分比，n为土地利用程度分级数。其中，Ai是采用刘纪元先生的提出的四级土地利用分级标准。未利用地和难利用地的分级指数是1，林地、草地和水体是2，耕地和园地的是3，城镇居民、工矿及交通用地为4。
　　2.2.2 土地利用程度变化参数。土地利用程度变化参数数学模型为：
　　ΔLb-a=Lb-La                                     （4）
　　式（4）中，Lb是b时间区域内土地利用程度综合指数，La是a时间区域土地利用程度综合指数。计算结果如果△Lb-a>0，表明區域土地利用处于发展期;△Lb-a<0，表明土地利用处于衰退期或调整期。
　　2.3 土地转移矩阵
　　利用土地转移矩阵可以明显地表现出研究初期到研究末期土地利用类型的变化转移情况，也能表示出土地利用类型变化的方向性。其数学表达式如下：
　　Pij=[P11P12…P1nP21P22…P2n…………Pn1Pn2…Pnn]                 （5） 　　式（5）中，i、j分别为研究初期和末期的n种土地利用类型（i，j=1，2，3，……，n）;P为研究区土地利用类型初期转化为土地利用类型末期的面积;Pij表示第i类土地利用类型在研究时段内没有发生变化的面积;i行元素之和为i土地利用类型在研究初期的面积;j列元素之和表示j土地利用类型在研究末期的面积。
　　3 结果与分析
　　3.1 土地利用数量变化分析
　　对比2002年和2016年土地利用结构（见表1），可以发现2002年和2016年各土地利用类型的面积、比例有差异。2002年，庆阳市西峰区面积最大的是耕地，最少的是水域，其中林地和建设用地占了较大比重。2016年，庆阳市西峰区耕地面积减少较多，其中林地、草地和建设用地也占了较大的比重。从数量上看，水域、草地、未利用地、林地和建设用地的面积均增大，其中林地增长幅度最大。近15年间，林地面积从2002年的274.73 km2增加至2016年的342.38 km2，增加了67.65 km2。草地从2002年的29.41 km2增加至2016年的62.44 km2。林地和草地的增加源于2000年开始全面启动的退耕还林工程。随着退耕还林、还草工程的开展，林地和草地的面积还在继续增加。另外，随着城市化的发展，一部分农民弃耕，良田变成草地和林地。建设用地从2002年的129.98 km2增加至2016年的182.39 km2，增加了52.41 km2，增加的原因是20世纪90年代以来经济的发展和城市化建设。水域面积从2002年的0.47 km2增加至2016年的0.90 km2，增加了0.43 km2，其增加的原因是河流的发育及人工湖泊的建设。未利用地从2002年的7.74 km2增加至2016年的41.66 km2，增加了33.92 km2，主要是由于非农利润的驱使，加之生态环境的退化，使部分区域出现了撂荒现象，土地退化为不毛之地。面积减少的是耕地，耕地面积从2002年的546.08 km2下降至2016年的358.64 km2，减少了187.44 km2，减少的面积占原面积的34.32%。由于建设用地占用耕地严重、退耕还林还草工程的实施，以及生境退化导致耕地质量下降，使可利用的耕地利用面积整体减少。
　　单一土地利用动态度计算结果显示，在6種土地利用类型中，未利用地的动态度最高，其值为30.68%，说明未利用地的变化速度最快;耕地面积变化大，但是其基数大，所以动态度比较小，变化速度比较慢;草地动态度比较大，变化速度相对较快;林地动态度最小，变化速度也最慢。
　　2002—2016年，土地利用类型未发生变化的面积是564.99 km2，各类土地利用类型发生变化的面积423.09 km2，土地利用综合动态度为1.27%，土地利用变化速度较为缓慢，人类活动对环境的影响不明显。
　　土地利用程度综合指数反映了环境和人类对于土地利用的影响程度。通过计算得出，2002年土地利用程度综合指数是280，属于中等水平;2016年土地利用程度综合指数是337，属于较高水平。对比2个时期的数据，土地利用综合指数发生了改变，说明该区域人类活动对土地利用类型有较大的影响。土地程度变化参数为正值57，说明该区域土地利用处于发展期。
　　3.2 土地利用类型转化分析
　　通过分析2002—2016年庆阳市西峰区土地利用转移矩阵（见图2）可得，近15年西峰区有37.64%的土地发生了改变，变化最明显的土地利用类型是耕地、林地、建设用地。2002年庆阳市西峰区的耕地、林地、建设用地至2016年大部分转化成了其他土地利用类型，分别占他们各自土地变化总面积的48.13%、14.69%、69.56%。2002年，庆阳市西峰区耕地部分转化成了2016年的林地，占耕地总变化面积的24.12%。通过分析得出，西峰区有269.24 km2的耕地被转化为其他土地利用类型，部分草地、林地、建设用地被开垦为耕地。近15年未利用地则主要转化为耕地、建设用地、林地，分别占未利用地变化总面积的29.33%、20.93%、26.40%。
　　2016年的建设用地主要由2002年的耕地转化而来，占建设用地总面积的38.8%。水域有少部分转变为建设用地和林地，分别占水域变化总面积的12.77%和4.26%。
　　4 结论
　　①从土地利用类型变化速度上看，近15年研究区林地面积增加速度最快，建设用地增加速度紧随其后，水域由于地理环境的限制，变化速度较慢。从土地利用类型的稳定性来看，水域是研究区内最为稳定的地类，而林地和建设用地变化相对剧烈。
　　②从土地利用类型的转移变化来看，研究区各土地利用类型都出现一定程度的相互转化。其中，耕地转出方向主要为林地和建设用地，输入部分主要为建设用地和草地;耕地、林地、建设用地三者之间相互转化较为频繁，表明人们在退耕还林的同时进行着破坏林地开垦荒地的活动;在这15年中，建设用地的增加主要是通过占用耕地来实现的，未利用地的增加主要是通过耕地转化而实现的，说明随着城镇化的发展，撂荒问题逐渐凸显。
　　参考文献
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