县域范围土地利用变化及空间分布分析——以江西省安福县为例

朱朕文，陈荣清

(东华理工大学 测绘工程学院，江西 南昌 330002)



县域范围土地利用变化及空间分布分析
——以江西省安福县为例

朱朕文，陈荣清

(东华理工大学 测绘工程学院，江西 南昌 330002)

以江西省安福县为例,以4年来土地利用变更图件为基础,通过土地利用动态度、土地利用转移矩阵等方法,研究四年来县域范围内各地类变化幅度和趋势,以及各地类之间的转移变化情况和分布规律.发现县级尺度下耕地与建设用地的变化依然是土地利用变化的重点内容,同时揭示县域范围内土地利用变化的空间分布规律：建设用地主要以城镇建成区为主向外辐射,耕地的变化主要通过开发远离城镇的未利用地取得,它类用地变化在县域范围分散均匀.本文为探究县级尺度下土地利用的问题提供了依据.

土地利用变化；土地利用动态度；转移矩阵；空间分布

我国土地利用变化为全球环境变化中的重要组成部分[1].近年来,对某些较大时空尺度下的土地利用/覆盖变化特征、空间分布、驱动因素及生态环境等变化已有具体研究.如在流域土地利用覆盖变化方面,马晴等[2]通过对不同时期遥感影像解译后,利用土地利用变化模型对疏勒河下游20年来土地利用变化情况、趋势、驱动机制等进行了分析.罗娅等[3-4]基于不同时期遥感数据,通过干湿度划分、地貌分区及坡度划分,研究了黄河河口镇到潼关区间1998-2010年来的土地利用类型变化情况和剧烈程度,以及植被变化程度.周德成等[5]利用GIS/RS工具,系统分析阿克苏河流域1960-2008年的土地利用变化情况.土地利用变化的空间分布与人类活动具有一定的关联性,其驱动机制亦与人类社会经济发展息息相关.刘纪远等[6-7]利用21世纪初5年遥感影像和土地利用变化速率数学模型,对21世纪初我国土地利用变化空间格局和驱动力进行了大空间尺度下的探究 .韩会然等[8]利用1985、2000、2010三期遥感数据,土地利用转移矩及数学模型阵研究了北京市土地利用变化类型、速率及空间分布.以多元线性回方程深入分析了土地利用变化的驱动机制[6].赵哲远等[9]亦利用土地利用转移矩阵及数学模型等方法分析了浙江省1996-2005年土地利用变化情况.综合来看,当今研究主要是以大尺度土地利用范围下,通过遥感图像解译判读,将研究期初、末的图像进行叠加分析从而得出土地利用类型的变化、各地类间的相互转移及空间分布.因遥感图像解译过程存在一定误差,而小的时空尺度下围观研究范围的分析尚在少数,故本文将以土地利用变更调查数据为基础,提高数据分析准确性,研究县域范围土地利用变化情况及空间分布规律.

图1 2015年安福县土地利用现状图Fig.1 Land using map of AnFu county

1 研究区概况

安福县坐落于江西省西北部,地理位置东经114°～114°47′,北纬27°4′～27°36′.东接吉安县,南邻永新县,西和萍乡市,北和宜春市接壤.行政区域面积2 793.29 km2.安福县山地多、林地面积大、耕地少.随着社会经济发展,如何限制建设用地扩张,保护耕地,落实城乡建设用地增减挂钩和耕地占补平衡的任务十分突出.

2 研究方法

2.1 单一地类土地利用动态度

该方法为传统的数量分析方法[10],可直观反映研究区域在研究期内各地类绝对差值及单一地类的变化情况,可为进一步探究土地利用变化背后的驱动机制提供参考[9-11].

式中：K为某种土地利用类型在研究期内的变化率；Ua为某种土地利用类型在研究期初的面积；Ub为某种土地利用类型在研究期末的面积；T为研究时间段.

2.2 综合土地利用动态度

综合土地利用动态度是指在一定时间范围,研究区域内全部土地利用类型的变化速率,是描述土地利用类型变化速度区域差异的定量指标,能够一定程度上反映研究区域土地利用随时间变化的强度[6,12],其数学表达式为：

式中：Si为第i类土地在研究期初该土地利用类型的总面积；ΔSi-j为研究期内第i类土地利用类型转移为其他土地利用类型土地的面积；t为研究时间段；S则反映该类土地在t时间内的变化速率.

2.3 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵可全面描述研究区域的土地利用结构,并可直观体现研究初、末期不同土地利用类型间数量的转移情况.该方法来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述.含有丰富的信息挖掘价值[6,10,12-14].转移矩阵的数学形式为：

式中：S为土地面积；n为土地利用类型数；i,j分别代表研究初、末期土地利用类型.

3 土地利用变化实证分析

3.1 土地利用情况分析

目前，我国大部分物流管理企业的成本控制还停留在表层，在各个部门工作环节的成本控制上又太过错综复杂，公司根据组织机构的职能、权限、目标和任务来划分责任中心,导致一些费用无法明确归属部门，间接的也导致了工作效率降低，成本控制难以从根本上去进行。而控制作业成本是每个企业都会考虑的，要能从根本上合理的分析企业工作中成本产生的原因，能够从整体上对成本进行控制。

通过上述土地利用动态度计算公式计算出安福县4年来地类波动情况(图2,表1).从该方法计算结果来看,到2015年底,安福县主要用地类型以林地为主,占到了73%以上.供人类社会经济活动的用地主要以耕地、园地、城镇村工矿用地、交通运输为主,分别为18.1%、0.56%3.5%和0.16%,总共占有全部地类的21.76%.

图2 安福县2012-2015年各地类单一土地利用动态度Fig.2 The single dynamic degree of land use in Anfu county of year 2012-2015

3.1.1 减少量描述 园地、林地与水域水利设施用地呈现减少态势.在面积减少的地类中,园地面积净减少14.46 hm2,减少幅度达-0.23%为面积减少的地类中变化幅度最大.林地净减少229.18 hm2,为减少净值最大,但减少幅度只有0.028%,相对变化量很小.水域及水利设施用地净减少6.22 hm2,变化幅度为0.022%,变化不显著.

3.1.2 增加量描述 耕地、草地、城镇村工矿用地、交通运输用地、其他土地利用类型均有所增加.其中,其他土地(包括设施农用地、田坎、沙地、裸地等)地类面积增长20.73 hm2,变化增加比例最高,达2.84%.城镇村及工矿用地面积净增加113.22 hm2,为所有地类面积增长之最,增长幅度接近0.3%.交通运输用地净增长14.02 hm2,变化幅度为0.8%,增幅较城镇村工矿用地而言,上扬迅速一些.

此两种地类的增加可直接说明建设用地总体来说有不断增加的趋势.相比较而言,草地与耕地的变化浮动较小.耕地净增加68.69 hm2,说明未利用地开发及城乡建设用地增加挂钩制度的实施取得了一定成效.

表1 安福县2012-2015年各土地利用类型变化情况

3.2 土地利用转移矩阵分析

借助ArcGIS的叠置分析功能与Excel软件的矩阵处理[15],将2012年与2015年两期的土地利用数据自动生成该县在研究期内的转移矩阵(表2).根据上文对安福县土地利用情况的分析,参照土地利用转移矩阵,可直观解读各地类之间相互转移的流量.

表2 安福县2012-2015年土地利用转移矩阵

3.2.1 各地类转移方向及流量分析

1)林地共计减少229.18 hm2,其中变为草地167.68 hm2,占减少量的73.2%.剩余部分主要变更为城镇村工矿交通运输等建设用地,占变更面积的21%.变为其他土地利用类型的则占0.06%.园地和水域水利设施用地主要变更为建设用地,少量变更为其他土地面积.

2)耕地净增加68.69 hm2,其中建设用地占用草地共70.87 hm2,另有5.18 hm2耕地变为其他土地.草地开垦为耕地的面积为129.57 hm2,城镇村工矿用地有15.18 hm2复垦为耕地.增减相抵,耕地净增68.69 hm2.167.68 hm2林地退化为草地,另加上述129.57 hm2草地开垦为耕地导致草地面积净增33.2 hm2.城镇村工矿用地面积增加最多,为113.22 hm2,其中占用耕地63.15 hm2,园地13.55 hm2,林地43.57 hm2,草地3.17 hm2,水域水利设施用地4.56 hm2,其他土地0.41 hm2.占用耕地最多,为增加量的55.8%.几户所有地类都有所占用.交通运输用地净增长14.02 hm2,其中占用耕地7.72 hm2,林地4.64 hm2,草地0.26 hm2,水域及水利设施用地1.41 hm2.占用耕地量占增加量比例亦为最多,为55.1%.另有20.73 hm2各类土地利用类型变为其他土地.

3.2.2 原因分析 根据上述各地类转移方向及流量分析,城镇村及工矿用地、交通运输用地等建设用地占用耕地情况比较严重,占用耕地面积超增长面积50%以上.而耕地面积在总体数量上不减反增,应得益于耕地占补平衡制度的实施与鼓励未利用地(此处主要是草地)的开发.值得注意的是,有少量城镇村及工矿用地复垦为耕地,一定程度上说明了实施城乡建设用地增减挂钩制度具有一定效果.然而通过拆旧建新或废弃工矿用地复垦来补充耕地,耗时长,花费多,见效慢.故而应在保证现有制度基础上,大力推行未利用地开发,弥补耕地不足,缓解人地矛盾.

其他土地(包括设施农用地、田坎、沙地、裸地等)增长幅度最大,根据实地调研,该县发展特色农业,烟草加工设施新增较多,此部分设施农用地面积有所增加；田坎面积的增加与兴建高标准基本农田,提高改善耕地的灌溉条件有关.另外,该县部分土地因遭遇滑坡泥石流等地质灾害影响,林地退化成草地的面积多达167.68 hm2,另有少量耕地、林地和草地退化为沙地或裸地.因此以这四种地类为代表的“其他”土地利用类型的土地利用变化幅度最大.

总体而言,从人类社会经济活动角度来看,城镇村工矿、交通运输等建设用地增长最多,占用各类土地数量最大.耕地保有量亦有所增加.

表3 安福县2012-2015年各乡镇建设用地及耕地变化情况

4 土地利用变化的空间分布

通过以上对县域范围土地利用变化情况的描述与分析,可知与人类生产生活息息相关的耕地与城镇村工矿用地、交通运输用地数量有所增长.针对此种变化情况,为了统一分析,下文将城镇村及工矿用地、交通运输用地统称为建设用地,凸显各地类中,建设用地与耕地在人类生产生活中的重要性.鉴于各类因素可能影响土地利用变化[16],故本文对于耕地增长和建设用地增长,探究其变化的空间分布规律,分析具体原因及提出建议.

4.1 各行政区域内建设用地及耕地的数量变化

在县域范围内,各乡(镇)的耕地及建设用地变化量具有明显分异.建设用地的增长具体为城镇建成区等区域的扩张.耕地的增长具体体现为因生产生活需要,建设用地占用导致耕地减少.另一方面,因实施未利用地开发、废弃工矿用地复垦、耕地占补平衡、城乡建设用地增减挂钩等而导致耕地数量有所增加.建设用地与耕地变化的空间分布具有显著差异[17].

根据安福县各乡镇2012-2015年建设用地与耕地的数量变化情况(表3),从建设用地变化角度来看：枫田镇建设用地增长量最多,为86.37 hm2,占全县研究期内建设用地增长量的69.52%.其次为平都镇,建设用地增长23.06 hm2,占全县研究期内建设用地增长量的18.56%.此两镇建设用地增长量占到总增长量的近九成.此外其他乡(镇)建设用地均有零星增长.山庄乡及寮塘乡因废弃工矿用地复垦因素,建设用地不增反减.从耕地变化角度来看：建设用地数量增长最多的枫田镇及平都镇耕地减少量亦为最多,分别减少23.35 hm2和19.7 hm2.洲湖镇耕地增长量最多,增长73.41 hm2,比例占研究期内耕地增长量的106.87%,其次洋溪镇、严田镇、金田乡耕地增长量均超过10 hm2,占比例相较其他乡镇高.其他乡镇耕地数量均有零星增减.对于所增加的耕地,超过100 hm2补充为旱地,而水田增量较少,补充耕地质量情况值得探究.

4.2 建设用地及耕地数量变化的空间分布

县域范围建设用地变化主要体现在以城镇建成区或工业园区等为基础向四周辐射.而耕地的增长主要由远离城镇建成区等地区的未利用地开发及零星分布的废弃工矿用地复垦.其中建设用地增长量最大的地区为县城(平都镇)所在地(图2)及工业园区所在地(枫田镇)(图3).其他建设用地分布零散,主要分布在各乡镇零星分布(图4).

图3 平都镇 图4 枫田镇 Fig.3 The PingDu town Fig.4 The FengTian town

图5 安福县建设用地与耕地变化空间分布图Fig.5 The distribution of spatial variation of construction land arable land in Anfu county

耕地的增加主要表现为远离城镇建成区的一些偏远地区未利用地开发及零星废弃工矿用地复垦.以洲湖镇开发耕地为最,其他乡镇有不同程度的增加或减少.总体而言,县域范围内,城镇建成区周围建设用地增加较多,占用耕地也相应更多.补充耕地来源主要为未利用地开发、城乡建设用地增减挂钩和废弃工矿用地复垦.

5 结论

1)以安福县为例,在研究期内县域范围各地类变化幅度总体来说相对平缓,不如大城市圈内各地类变化剧烈.因县域范围土地利用方式存在一定局限性,建设用地和耕地的变化主要被社会经济的发展和相应国家政策(如耕地占补平衡、土地复垦等)所影响.

2)“其他土地”包括沙地、裸地、设施农用地等,此种地类虽然在县域范围内总面积最小,但变化幅度最大.该地类面积增长的主要因素为农田灾毁及各类设施农用地的修建.从侧面表明县域范围农民对农业的投入相应增加,改善农村生产生活条件.

3)从影响生产生活的耕地和建设用地变化的空间分布来看,建设用地的增长主要体现为为城镇建成区周围的增长.另外各乡村因农村农民建房等因素的影响,建设用地具有少量零星增长.耕地的减少亦因为建设用地占用等因素.为了实现耕地占补平衡的需要,在远离城镇的地区开发未利用地补充耕地.但耕地补偿存在的问题是占用质量好的水田而补充质量较低的旱地,如何实现耕地数量和质量的双重平衡依然是需要关注的重点.

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责任编辑：高 山

Land Use Change and Spatial Distribution Analysis in Counties′ Area——A Study of Anfu County of Jiangxi Province

ZHU Zhenwen,CHEN Rongqing

(Faculty of Geomatics,East China Institute of Technology,Nanchang 330002,China)

This paper is a study of Anfu county,based on the land use change maps in four years,through the method of Dynamic degree of land using and Transferable Matrix of land use,to study the changing extent and changing trend of land types in four years,and the transfer of land types as well asregularities of distribution inn county scale.Find the change of cultivated land and construction land under the county scale is still the main content of land use change,and reveals the county within the scope of spatial distribution of land use change at the same time:Construction land mainly outward urban built up area,and the change of the cultivated land mainly through the development of unused land away from the town.Other kinds of land types changing evenly in the scope of the county.This paper provide the basis of land use problems under the county scale.

land use change;dynamic degree of land using;transferable matrix;spatial distribution

2016-08-26.

国家自然科学基金项目(41261041).

朱朕文(1992- )，男，硕士生，主要从事土地利用规划研究.

1008-8423(2016)03-0347-06

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2016.09.027

P236

A