基于动态模型的土地利用变化分析

摘要 通过转移矩阵和动态度方法对佛山市鲁岗村1998―2008年的土地利用变化进行研究，结果表明：耕地的变化最大，其次是水域和建设用地；综合土地利用动态度较大，达到3.34%，反映出1998―2008年10年间是研究区土地利用一个剧变期；耕地、林地、草地等拥有较高生态系统服务价值的土地利用类型大幅减少，而建设用地相应的增加，改变了研究区域的生态功能服务价值。

关键词 土地利用；转移矩阵；动态度

中图分类号 F301 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0336-03

Analysis of Land Use Change Based on a Dynamic Model：Taking Lugang Village of Foshan City as an Example

HUANG Xue-qin

（Guangzhou Dongtu Land Planning Consulting Co. Ltd.，Guangzhou Guangdong 510642）

Abstract Through methods of transfer matrix and dynamic degrees，this paper analyzed land use change of Lugang Village in Foshan City from 1998 to 2008.The results showed that the biggest change was arable land，followed by water and construction prehensive land use dynamic degree was larger that reached 3.34%，which reflected the 10 years from 1998 to 2008 was a drastic change of land use period.That had a higher value of ecosystem services type of land use such as arable land，woodland，grassland and other substantially reduced and a corresponding increase in construction sites changing the value of ecosystem services function of study area.

Key words land use；transfer matrix；dynamic degree

土地利用与土地覆被变化是由国际地圈与生物圈计划（IGBP）和全球环境变化人文因素计划（IHDP）联合提出的一个涉及自然和社会科学交叉学科的研究计划[1]，它不仅影响人类生存与发展的自然基础，而且对陆地生态系统组成结构、功能及生态服务价值等方面也产生作用[2]。由于土地利用及其格局变化会对生态环境产生重要影响[3]，因此，研究土地利用变化，对于保护生态环境和促进生态环境的恢复具有重要的理论意义。以佛山市鲁岗村作为研究区，通过转移矩阵和动态度模型分析其从1998―2008年的土地利用变化，为该地区合理利用土地资源，建设社会主义新农村提供参考。

1 研究方法

1.1 转移矩阵

土地利用转移矩阵分析方法是进行土地利用动态结构的主要研究方法。根据地图代数方法对任意2期土地利用/覆被图进行空间叠加处理，可以得出由k时期到k+1时期的土地利用变化图Cij。转移矩阵包含了区域不同时期土地利用数量结构信息和不同时段各种土地利用类型之间的转化信息[4]。计算公式为：

Cij=A×100+A（1）

据此可求得土地利用类型相互转化的数量关系的原始转移矩阵，构建土地利用变化动态模型，反映不同类型间的转化趋势和速度。

1.2 动态度

1.2.1 单一土地利用动态度。运用土地利用动态度模型可以分析土地利用类型的动态变化，从而真实反映研究区域的土地利用类型的变化速度和程度。单一土地利用动态度表达了某研究区在一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[5]。计算公式为：

k（%）=××100（2）

式中，K为研究时段内某一土地利用类型动态度，Ua、Ub分别为研究初期、研究末期某一土地利用类型的数量，T为研究时段长，当T的时段设定为年时，K值就是该研究区某种土地利用类型的年变化度。

1.2.2 综合土地利用动态度。综合土地利用动态度综合考虑了研究时段内各种土地利用类型间的相互转化，刻画了区域土地利用变化的剧烈程度，便于在不同空间尺度上找出土地利用变化的热点区域，同时对预测未来土地利用变化趋势也有积极作用[6]。计算公式为：

LC（%）=××100（3）

式中，LC为研究时段内综合土地利用动态度；LUi为监测起始时刻第i类土地利用类型的面积；？驻LUi-j为监测时段内第i类土地利用类型转化为非i类土地类型面积的绝对值；T为监测时段长度。

2 结果分析

2.1 1998―2008年土地利用结构变化及其特点

2.1.1 1998年土地利用状况及其特点。1998年研究区土地利用结构如表1所示。可以看出，其土地利用现状特点主要有以下几个方面：一是土地利用以农用地为主，耕地所占比重大；林地、草地所占比重小。1998年研究区耕地面积为730.19 hm2，占土地总面积的比例达67.64%；林地面积为13.76 hm2，占土地总面积比例为1.27%；草地面积为3.55 hm2，占土地总面积比例为0.33%。这种土地利用现状结构反映出研究区当时土地经营方式是以传统农业为主。二是建设用地比重偏少，可开发利用土地潜力小。1998年研究区建设用地总面积为133.43 hm2，占土地总面积的12.36%。建设用地包括农村居民点、交通运输用地、水利设施用地、公共建筑用地等，建设用地在土地比重中变少，从侧面反映了研究区的基础设施建设滞后。而占土地总面积3.84%的未利用土地，包括了开发难度很大或者生态环境脆弱不适合开发的荒地、裸土地、滩涂等，可以开发利用的土地有限，土地开发潜力较小。

2.1.2 2008年土地利用现状及其特点。2008年研究区土地利用结构如表2所示。可以看出，2008年研究区土地利用现状特点主要有以下几个方面：一是用地结构较均衡。建设用地、耕地、水域三大用地类型占土地总面积的85.956%。其中，建设用地占30.020%，耕地占37.485%，水域占18.451%。水域所占比例较大，除了河流水面外，一部分是滩涂、坑塘水面。二是建设用地比重较大，林地比重很低，没有草地这一类土地利用类型。建设用地比重达30.020%，一方面对该研究区的经济有正面影响；另一方面，林地、草地等用地面积比重偏低，在生态安全和环境方面存在隐忧。

2.2 土地利用变化动态分析

2.2.1 基于转移矩阵模型的土地利用变化分析。应用ARC/INFO中ArcTools模型中的intersect命令对研究区2个时期Coverage格式的土地利用现状图进行叠加，然后在Arc View GIS 3.3的支持下，对叠加后的每个空间单元的1998年属性数据与2008年属性数据进行两两合成，建立新的属性数据，记录不同土地类型间的相互转化面积。利用空间统计分析功能，对叠加后的属性数据进行统计运算，导出数据后有Excel辅助生成研究区1998―2008年土地利用现状数据，运用公式（1）计算出转移矩阵（表3）。

从转移矩阵来看，在1998―2008年，耕地主要转移方向是建设用地和水域，分别为191.31 hm2和229.43 hm2；建设用地的主要转移方向是水域，转移面积为12.48 hm2；林地主要向园地转移，转移面积为5.34 hm2；草地主要转移方向同样是园地，转移面积为3.41 hm2；水域最大转移方向是建设用地，共向建设用地转移了11.54 hm2；未利用土地主要转向是建设用地，转移面积为17.92 hm2；园地主要转移方向为建设用地和水域，转移面积分别为5.42、5.89 hm2。

2.2.2 基于动态度模型的土地利用变化分析。一是单一类型土地利用动态度。根据公式（2），计算出研究区从1998―2008年各种土地利用类型动态度，结果如表4、图1所示。可以看出，研究区1998―2008年土地利用类型发生了较为剧烈的变化，动态度绝对值都在4.4%以上，最大的达26.10%。面积减少的土地类型有耕地、林地、草地、未利用地，其中耕地减少量最大；面积增加的土地类型有建设用地、园地、水域，其中建设用地和水域都有较大的增量。①耕地。耕地在所有土地类型中变化最大，但是负变化量。1998―2008年，研究区的耕地大幅减少了323.64 hm2，减少幅度为44.3%，其土地利用动态度为-4.43%。根据土地类型变化量图及转移矩阵的分析，耕地主要流向为建设用地和水域。②建设用地。1998―2008年，研究区建设用地量增加了192.16 hm2，是增加面积较大的一类土地利用类型，其利用动态度为14.40%，约是耕地动态度绝对值的2倍，动态度绝对值是继园地的第二大动态度。1998―2008年社会经济的快速发展，各种基础设施、公共设施、居民点、工矿用地的建设是建设用地这一土地利用类型快速增加的重要原因。③林地。与耕地相对应，林地的面积也相应减少，从1998年13.76 hm2减少到2008年的4.00 hm2，共减少了9.76 hm2，减少幅度为70.93%，其动态度为-7.09%。④园地。园地面积大幅增加，从1998年的35.98 hm2增加到2008年的130.07 hm2，增加了94.09 hm2，增加幅度为261.5%，其土地利用动态度达26.10%，是研究区在10年内动态度绝对值最大的一种土地利用类型。其原因可能是受经济利益影响，将耕地、林地等转为果园等经济园。⑤水域。水域面积1998―2008年间增加了78.91 hm2，增加幅度为65.11%。水域的动态度为6.51%，水域增加主要是人工养殖水面的增加。⑥草地。在2008年的土地利用类型中，并没有发现草地这一土地利用类型，在1998年数据中草地面积为3.55 hm2，单一土地动态度为-10.00%。由于草地由有到无，其减少幅度是最大的，达-100%。⑦未利用土地。未利用土地有所减少，其主要原因是经济社会发展对土地空间的需要，通过复垦、整理、开发未利用或荒废的土地，使其发挥经济价值。未利用土地减少量为22.37 hm2，其土地利用动态度为-5.39%。

二是综合土地利用动态度。根据公式（3），计算出综合土地利用动态度为3.34%，说明研究区1998―2008年的土地利用变化速度较快。自1998年后，受整个佛山市城市化和工业化高速发展的影响，研究区处于广佛交界处，基础建设速度也有所加快，因此对建设用地的需求量增加，迫使各土地利用类型的流转速度加快；而且在追求经济效益的影响下，部分耕地都被改造成为坑塘养殖水面或者经济作物园地。

3 结论

通过转移矩阵、单一土地利用动态度和综合土地利用动态度方法对研究区1998―2008年土地利用结构进行分析，研究区域的土地利用变化特点主要表现在以下2个方面：一是微观上：各种土地利用类型发生了较为剧烈的变化，其中耕地变化最剧烈，其次是水域和建设用地。宏观上：综合土地利用动态度较大，达到3.34%，总体上反映整个研究区域1998―2008年土地利用动态处于一个剧变期。二是耕地、林地、草地等拥有较高生态系统服务价值的土地利用类型大幅减少，建设用地、人工养殖水面等人工土地利用类型相应增加，这是改变研究区域的生态系统服务价值的主要因素。

4 参考文献

[1] 葛全胜，赵名茶，郑景云.20世纪中国土地利用变化研究[J].地理学报，2000，55（6）：698-706.

[2] 陈佑启，杨鹏.国际上土地利用/土地覆盖变化研究的新进展[J].经济地理，2001，21（1）：95-100.

[3] 刘硕.国际土地利用与土地覆盖变化对生态环境影响的研究[J].世界林业研究，2002，15（6）：38-45.

[4] 蔡运龙.土地利用/土地覆被变化研究[J].地理研究，2001，20（6）：645-652.

[5] 高志强，刘纪远，庄大方.基于遥感和GIS的中国土地利用/土地覆被的现状研究[J].遥感学报，1999，3（2）：134-138.

[6] 蒙吉军.土地评价与管理[M].北京：科学出版社，2011：67-68.