长江中下游区域2005—2015年土地利用类型变化分析

来源:用户上传      作者:徐文强 赵珍珍 韩保民

　　摘 要：长江中下游区域经济发展潜力巨大，在推动我国经济发展的进程上做出了突出贡献，其中以长江三角洲经济带作用尤为突出。利用ArcGIS软件对长江中下游区域2005年、2010年和2015年的遥感影像进行分类处理和土地利用变化分析，并根据土地利用类型矩阵转化分析和重心迁移模型对长江中下游区域的各类型土地重心进行分析。结果表明：各土地利用类型面积2005年占比为林地>耕地>草地>水域>建设用地>未利用土地，到2015年建设用地面积占比超过水域面积。2005年—2015年各土地利用类型变化量中，以建设用地增量最大，面积高达10990.75km2。耕地减少量最多，流失面积为8917.95km2，主要转化为建设用地，多达8253.78km2，其次为林地，流失面积为2039.76km2，也主要转化为建设用地。其他土地利用类型面积均为小幅度增长。土地利用重心在2005—2015年发生了显著变化，移动幅度最大的为2005—2010年林地土地利用类型，重心移动距离达34.62km，并就其数据结果对影响因素进行了研究分析。
　　关键词：土地利用变化;长江中下游区域;重心迁移
　　土地系统是一个复杂的生态系统，受多种因素影响，与人类的生活和社会的建设密不可分，决定着我国国民经济的发展程度和增长速度。但随着时间的推移，人类对土地资源的高强度利用和不合理开发，使土地覆被格局发生了改变，土地利用强度逐渐达到甚至已超出了土地利用可承载能力，严重损害了土地利用的可持续性，土地生态安全日益恶化，严重影响区域生态系统稳定和可持续发展。合理利用土地，对区域资源生态系能否稳定运行、社会经济可持续发展至关重要。
　　长江是我国的第一大河，是南水北调东、中、西三条线路等我国水资源配置的战略水源地，是连接东中西部的“黄金水道”[1]，作为中国最长的河流，长江生态环境多样化，是全球生物多样性最丰富的区域之一，为世界自然基金会在全球重点保护的35个优先生态区之一[2-3]。
　　长江中下游区域是我国重要的棉、油、粮生产基地，也是中国水资源最丰富地区。长江天然水系及纵横交错的人工河渠使该区成为中国河网密度最大地区。该区同时也是是中国淡水湖群分布最集中地区，具有重要战略地位，近些年来随着社会经济快速发展，城市化进程速度加快，由于规划设计不合理或者城市设计标准未能考虑极值的情况，以及长江天然水系对土地的影响，使得长江中下游地区成为我国土地利用变化最为活跃的地区之一。因此，对该区域土地利用变化进行评价研究迫在眉睫。
　　长江经济带是世界上人口最多、产业规模最大、城市体系最完整的巨型流域经济带，其人口和地区生产总值超过全国的40%，也是我国以“两屏三带”为主体的生态安全战略格局的重要组成部分[4]。长江流域自然环境复杂，上中下游自然分异明显，各区域地形地貌、气候条件差异显著，国民经济发展不平衡[5-6]，生态系统的分布和变化在空间上地区差异性显著。对资源与能源的过度利用和无序开发，使得长江流域部分区域生态系统退化严重[4-7]随着我国城镇化进程加快，长江流域诸多省市的土地开发强度均远超全国的平均水平，另一方面，长江中上游防护林体系建设工程、天然林保护工程及退耕还林工程，促进了长江流域的植被恢复。影响长江中下游区域土地利用变化的政策因素、社会经济因素和自然因素多且复杂。
　　因而研究其长江中下游区域土地利用时空变化，并对其影响因素进行分析，具有重要现实意义。长江中下游区域的生产建设，需要从不同规模、层次上协调发展，实现土地资源生产建设的集约性、高效性和有序性。这就需要建立在对土地利用的科学认知与综合规划的基础上，而遥感对地观测技术以其无可替代性的观测手段，对多尺度、多时相、大区域空间信息的获取发挥重大的作用。
　　1 研究区概况
　　如下图1所示所示长江中下游区域位于E110°～122°、N28°～34°之间，长江中游区域多为泛滥平原，下游区域多为滨海平原，河渠与湖泊密集分布，是长江贯通一系列的断陷盆地并与其他水系的进一步冲积形成的。长江中下游区域受到温带季风气候影响，年降水主要集中在夏季高温阶段，给本地区水稻和小麦等种植业发展提供了良好的天然条件，并且成为全国粮食作物和经济作物主要产地。本文长江中下游区域的研究行政区域主要包括湖北省、湖南省、江西省、浙江省、江苏省、安徽省和上海市。
　　2 数据来源与预处理
　　土地利用数据来源于中科院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn）。以LandsatTM/ETM+30m遥感影像数据为基础，并通过人机交互解译方法获得。土地利用数据分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用土地6个一级类。通过大量样本与实际采样点进行对比验证，结果表明该数据的精度达到研究使用的要求。该数据的空间分辨率为100m。
　　本文利用研究区域的矢量边界数据分别从2005年、2010年及2015年三期全国土地利用数据中提取长江中下游区域土地利用数据，利用ArcGIS软件对其行分类和叠加分析处理，结合土地利用类型重心迁移结果开展土地利用变化的研究。
　　3 研究方法
　　土地利用重心的计算之中首先将某一特定地区划分为不同的次一级区域，通过各区域的有关数据进一步计算出相应的重心坐标，其表达式为：
　　伴随着时间波动，同一地区的区域重心亦发生一定变化，其迁移距离的计算公式为：
　　上式之中，Dt-j为第t年到第j年重心迁移距离，而C为地理坐标单位换算为平面距离单位的特定系数，取值为111.11，x与y是上述重心坐标，其单位为经纬度，转换后的重心迁移距离单位为公里。
　　4 结果分析
　　通过考虑Landsat影像的数据精度和长江中下游区域实际土地利用特点，且参考国土资源部提出的土地利用现状分类标准和1996年刘纪元提出的分类系统，本次研究利用ArcGIS軟件的重分类将长江中下游区域土地利用类型分为林地、耕地、草地、水域、建设用地以及未利用土地6个一级类。 　　上述分类流程的最终结果如下表所示：
　　由上表1可以看出，在2005—2015年时间段内，林地面积与耕地面积共占比高达80%以上，是本区域的主要土地利用类型，占据主要地位，但耕地利用类型土地面积逐年递减，下降幅度最大，高达8917.95km2，其次为林地，流失面积为2039.76km2。建设用地土地利用类型面积占比增长幅度最大，由2005年的5.04%增长至2015年的6.23%，增加面积为10990.75km2，草地、水域、未利用土地面积占比变化幅度均不大，均在0.1%以内。
　　通过土地利用转移矩阵对各土地利用类型相互之间的土地流转情况进行分析，2005—2015年各土地利用类型转移矩阵结果如表2所示。
　　由表2可见，自2005—2015年，林地和耕地面积逐年下降，均主要转移为建设用地，分别由2044.8km2和8253.78km2，占2005年-2015年建设用地土地利用类型增长面积的90%以上，耕地其余减少面积按照数量大小分别转移到水域、林地、草地和未利用土地，林地其余减少面积则主要转移到了草地、耕地和水域。除耕地与林地外，其余土地利用类型转移为建设用地的面积较少，未利用土地转移为建设用地的面积最少，为7.87km2。草地减少面积中主要流向林地、建设用地和水域，转移为未利用土地最少。水域主要流向建设用地、草地，耕地和未利用土地，转化为林地面积最少。建设用地转移面积最多的土地利用类型为耕地，最少的则为未利用土地。
　　利用土地利用类型重心迁移模型计算得到数据如表3所示。
　　通过表3可知，2005—2010年个土地利用类型重心迁移距离变化量不大，但2010—2015年各土地利用类型重心迁移距离均发生了较大变化，迁移距离变化最大的土地利用类型为林地，高达34.63km，重心向东南方向移动，草地、耕地、水域和未利用土地则向东北方向移动。迁移方向较为突出的土地利用类型为建设用地，2005—2010年土地利用重心向东北方向移动，2010年-2015年则向西北方向移动。
　　5 结论
　　本文运用2005年、2010年、2015年三期土地利用数据，分析了长江中下游区域2005—2010年的土地利用格局的时空演变特征，结论如下：
　　（1）2005—2015年长江中下游区域各土地利用类型变化较为活跃，主要为耕地和林地的面积逐年减少，并且大部分减少面积均转化为建设用地，由46333.61km2增长至57182.28km2，使得建设用地增长幅度最大，增加面积最多，其主要与长江中下游区域城镇化水平快速提高和社会经济快速发展有关。根据2005—2015年长江中下游区域的土地利用变化时空特征可以预测未来土地利用变化情况。
　　（2）长江中下游区域各土地利用类型重心在2005—2010年均未发生较大变化，但自2010年开始至2015年各土地利用类型重心迁移变化较为明显，表现为草地、耕地、水域和未利用土地的土地利用重心向东北方向移动，林地的土地利用中心往东南方向移动，建设用地则先往东北方向移动后向西北方向移动。本文基本探明长江中下游区域2005—2015年土地利用类型的时空变化，但受资料条件影响，目前研究仍有一定的局限性，今后仍需补充完善最新土地利用数据，提高研究结果的准确性和实时性。
　　参考文献：
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