河南省土地利用变化特征及其空间格局*

吕 晖，郭雪白，赵万东

(郑州工商学院建筑工程学院,河南郑州 451400)

·资源利用·

河南省土地利用变化特征及其空间格局*

吕 晖，郭雪白，赵万东

(郑州工商学院建筑工程学院,河南郑州 451400)

目的通过分析河南省2011～2016年土地利用变化特征和空间格局状况，以期为日后河南省合理开发、利用土地资源提供一定的理论指导。方法基于河南省土地变化特征，通过马尔科夫模型对河南省2011～2016年土地变化特征进行分析，从多个角度揭示该地区土地利用结构变化情况，并对河南省土地空间利用变化进行评价。结果河南省建设用地增加幅度最大，耕地、水域用地有不同程度的减少。土地空间变换主要表现为耕地和林地、水域用地、建设用地等土地类型之间的变换。由土地利用综合区可知，不同土地类型转换过程中，草地是转换比率最小的类型。结论河南省的各类土地利用之间的矛盾日益激烈，直接或间接地影响社会经济制度、土地政策和土地管理，因此，有必要加强开展土地资源管理和规划、保护生态环境等方面的工作。

河南省 土地变化特征 空间布局 马尔科夫模型 变化幅度

0 引言

土地是人们赖以生存及繁衍的重要资源，人们常将地球表面陆地由泥土和砂石组成的场所称作土地。随着城市化、工业化快速发展，经济发展对土地资源的依赖度有增无减。土地利用变化作为全球环境变化的重要原因之一，区域土地利用对景观格局、等级等产生重要的影响。目前，已有多数学者和专家对这方面开展全面的研究，也已形成相对成熟的理论体系。柴宏博等[1]以无锡市为研究对象，研究该区域2001～2008年土地利用情况与景观格局演变。申怀飞等[2]以河南省为例，探析该地区土地利用及覆被空间格局演变情况。刘纪远等[3]研究中国1990～2010年土地利用变化的空间格局和时空特征发现中国土地利用变化表现出明显的时空差异，耕地呈现南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动，呈现建设用地呈现扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延。宋戈等[4]研究黑龙江巴彦县1976～2011年间各类土地类型的数量、结构、组合方式变化特征及空间格局特征，结果表明巴彦县建设用地和其它用地面积不断减少，旱地面积不断增加，土地利用类型变化最频繁的区域为富江乡、松花江乡、洼兴镇、西集镇和红光乡。但是涉及河南省土地利用变化特征及空间布局的研究比较薄弱，尤其缺少全面、长尺度的研究。因此，如何处理好经济可持续发展与土地高效率利用之间的关系，成为河南省急需解决的问题。文章以河南省为研究对象，在地理信息技术的支持下，借助幅度变化和马尔可夫模型，深入分析2011～2016年土地利用变化情况，以期为日后合理开发、利用土地资源提供一定理论指导。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

河南地处我国中部偏东、黄河中下游地区，与河北省、安徽省、陕西省等地毗邻，地势西高东低，西、南两地多为丘陵山地，东、中、北部均为辽阔的平原地带，省域面积约为16.7万km2，其中，平原、山地丘陵面积占总面积55.7%、44.3%。属于温度大陆性季风气候区，年均气温14℃，年降水量在600～1200mm，年均日照时数处在2 000～2 600h范围之内。河南省土地利用主要以耕地、林地及建设用地为主，自20世纪90年代末，耕地逐渐向建设用地转化。河南省境内共有1500多条河流，分别属于黄河、海河、长江和淮河四大水系。综上所述，具有优势的地理位置、适宜的气候条件、肥沃土地等资源，为河南省的经济和社会发展提供充足条件。分析河南省地理环境情况，了解其变化规律及特点，以便更好的利用土地资源，促进经济健康、可持续发展。

1.2 数据来源

该文数据源自中国科学院资源与保护信息系统国家实验室，该数据依据Landsat TM影像通过人机交互、野外考察得到，使用ArcGIS软件对所得数据展开分析。根据国土资源部发布文件的规定进行划分，将河南省土地利类型划分为耕地、林地、水域、建设及未利用地6个类型。

2 研究方法

2.1 马尔科夫模型

马尔科夫模型是一种统计模型，一种特殊的随机运动过程，用于描述某个包含隐含未知参数的马尔科夫过程，随之对上述参数进行深入的分析，例如：模式识别。正常的马尔科夫模型中，状态对观察者来说是清晰可见的，这种状态转变概率就是所有参数。而隐马尔科夫模型中，状态并不能直接观看到，但部分受状态影响的变量是可见的。马尔科夫在研究自然界一类事物变化过程中仅与事物近期状态有关，与事物过去状态不关联，这种特性称作无后效性，这个随机过程就是马尔科夫过程[5-6]。无后效性计算公式如下。

X(n+1)=Xn×状态转移概率(P)

(1)

使用马尔科夫模型的关键在于明确各类土地之间相互转化的初始转移概率矩阵P，马尔科夫过程具有无后效性和稳定性，关键在于转移概率矩阵的确定，其表达公式如下。

(2)

采用马尔科夫模型描述河南省土地利用类型转移情况，即：每段时期各种土地利用类型增加与减少面积情况，具体操作中，借助GIS空间分析功能对河南省土地利用情况进行统计，获得土地利用类型转移情况。

2.2 土地利用变化幅度

土地利用变化主要体现在土地利用类型改变、结构空间变化、土地利用质量变化等方面。该文采用土地利用变化幅度指标反映各类土地在总量上的变化状况，通过研究河南省土地利用类型总量变化情况，了解其变化总趋势和土地利用结构改变情况，其模型如下。

ΔU=Ub-Ua

(3)

其中，Ua表示研究初期某类土地面积，Ub代表研究末期某类土地面积。

3 土地利用分类变化特征

农用地包含耕地、林地、草地及水域用地等多种类型，其中，耕地是所有土地类型中面积比例最高的类型之一。为深入分析河南省土地利用变化情况，揭示各类型土地间转变数量及概率，该文采用ArcGIS软件空间获取2011～2016年土地利用转移矩阵，见表1。从表1可以看出，不同类型土地利用情况均发生相应改变。其中，耕地所占比例最大，建设用地所占比例不断增多。主要表现为：(1)耕地向草地、林地等类型转移概率最小，主要是因为河南省是中国的农业大省的关系。(2)建设用地量增多主要来自耕地、草地的转移，分析其原因为：随着河南省经济的发展和城市化进程加快，该地交通运输、大众居住条件有所改善，这种情况必然会加大耕地资源占用量，导致耕地面积有不同程度的减少。因此，城市化发展过程中，耕地保护依然是各部门必须关注的问题，需要增加重视力度和控制度。(3)未使用类型出现转移的概率最大，这些未使用地主要向耕、水域用地转出，而水域用地减少则是由于其慢慢向耕地及未使用地转出，表明随着降水量减少、人类过于消耗水资源等因素的影响，部分水域慢慢干涸变为未使用地或耕地的现象非常严重，水资源保护形势日益严峻[7]。同时，河南省还存在耕地向未使用地转移的情况，说明该地区耕地面积在大量流失，这种情况值得深入展开调查。

表1 2011～2016年河南土地利用类型转移矩阵 %

4 土地利用空间变化情况

依托ArcCIS软件，通过对2011～2016年土地利用空间分析，获得河南省不同类型分类变化情况。研究发现，河南省土地利用变化具体表现为耕地与林地、水域、建设用地空间位置之间的变换，不同土地利用空间变换面积大小为耕地>水域>林地>建设用地>未利用地>草地。耕地和林地之间的变换则表现为部分耕地退耕还林过程中转为林地，但同时一些林地由于毁林转换成耕地，表明林业建设不可只重视植树造林，生态保护也应受到所有人的重视和关注。然而，水域用地面积则经历先减少后增加的发展过程，这种情况与河南省气候、农业发展情况存在一定联系[8]。耕地与水域用地位置转换源自部分水域干涸后被人们开垦为耕地，而有些耕地由于河道变迁或人工蓄水等则转换成水域[9]。此外，河南省建设用地一直处于增加状态，主要源于某些耕地由于建设用地被占用。同时开垦废弃的工矿居民用地是增加有效耕地的重要途径，也是合理调整土地利用结构必须关注的内容。由此可知，政府实施的退耕还林政策、人口增加、城市化发展、人类不合理利用等均是导致本地土地利用变化的因素[10]。为全面了解河南省土地利用变化状况，借助GIS软件在叠加分析条件下分类输出相应结果。研究结果证实，耕、草、林三种土地类型出现转移地主要在新乡、安阳、济源、洛阳、三门峡、信阳大部分及南阳西部地区。其中，耕地和建设用地转换过程中，建设用地转移为耕地的可逆性较小，主要因城市周边和人口密集的农村耕地明显向建设用地转移。同时，草地、林地与其他各类土地类型转换主要展现在豫西、豫南地区，这与河南省林地和草地分布情况存在必然的联系。

5 结论

综上所述，河南省作为我国人口和农业大省，耕地、水域用地均有所减少，建设用地增幅最明显。空间变化主要表现为：耕地和林地、水域用地、建设用地之间空间位置的变化。各种土地类型空间位置变化面积最大、最小分别为耕地和草地，而耕地变换面积最大。同时基于马尔科夫模型从总体层面分析，河南省在日后的发展中，各类土地利用之间的矛盾日益激烈，建议相关部门制定土地规划时，依据各地地理条件、经济发展水平及土地利用中出现的问题，制定合理的政策和措施，努力保护好已有土地资源。该文对河南省土地利用变化特征和空间格局进行了分析，但相关形成机理、原因分析不够深入，因此有待进一步深入研究。

[1] 柴宏博， 杨山.2001～2008年无锡市土地利用景观格局变化分析.人文地理， 2012, 15(4): 94～97

[2] 申怀飞， 申燕飞，田庆久，等.河南省土地利用变化及其地形梯度特征分析.河南科技， 2014, 7(14): 166～168

[3] 刘纪远， 匡文慧，张增祥，等.20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局.地理学报, 2014，(1)： 3～14

[4] 宋戈， 王盼盼，王越，等.黑龙江省巴彦县土地利用类型变化特征及其空间格局分异.经济地理, 2015，(3)： 163～170

[5] 陈春， 张爱玲，于立，等.农村集体建设用地空间研究进展与展望.中国农业资源与区划， 2016, 37(8): 135～141

[6] 宋利利， 秦明周，陈瑜琦，等.基于县级面板数据的河南省耕地利用集约度区域差异及其影响因素.水土保持研究， 2016, 239(4): 239～244

[7] 渠立权， 邵远征，舒帮荣，等.农村新型社区建设的可行性评价方法和规划体系.中国农业资源与区划， 2014, 35(1): 89～94

[8] 石峡， 朱道林，张军连，等.土地整治农民需求层次特征及影响因素研究.农业工程学报， 2015, 15(3): 304～311

[9] 胡岩， 吴新静，高会静，等.河南省土地流转的驱动和阻碍因素分析.当代经济， 2015, 19(6): 44～46

[10]高会静， 吴新静，胡岩，等.河南省农村土地流转现状、特征及问题.当代经济， 2015, 17(5): 92～93

CHARACTERISTICSANDSPATIALPATTERNOFLANDUSECHANGEINHENANPROVINCE*

LvHui，GuoXuebai，ZhaoWandong

(School of Civil Engineering and Architecture, Zhengzhou Technology and Business University, Zhengzhou, Henan 451400, China)

The spatial structure can reflect the characteristics of land use evolution in the process of urbanization development. This paper analyzed the land change characteristics of Henan province from 2011 to 2016 by Markov model. The results showed that the increase of construction land in Henan province was the largest, the cultivated land and water area land reduced in different degrees. The land was transformed among the cultivated land and forest land, water area land, construction land and other land types. Grassland was the type of the minimum conversion ratio during the conversion of different land types. It concluded that the contraction among different land use types became more and more serious, which directly or indirectly impacted the social economy, land policy, and land management. So it was necessary to enhance the land resources management and planning, and protect ecological environment.

Henan province; land change feature space; spatial distribution; Markov model; change range

F301

A

1005-9121[2017]07142-04

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170722

2016-05-21

吕晖(1983—)，女，河南新乡人，硕士、讲师。研究方向：土地生态、“3S”在土地管理中的应用等。

Email：lvhui0909@sina.com

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河南省哲学社会科学规划项目“河南空间类规划‘多规融合’问题与对策研究”(2015JC015)