2005—2016年衡阳市主城区土地利用动态变化研究

贺秋华 史玲 肖雪

摘 要：快速发展的都市地区是区域土地利用变化的热点区域。衡阳市作为中西部地区快速发展区域，近年来土地利用发生较大变化。以衡阳市主城区为例，基于衡阳市主城区2005年、2012年、2016年3期遥感影像，通过GIS的空间分析、数理统计功能，对衡阳市主城区的土地利用动态变化进行分析。结果表明：耕地面积减少最多，耕地主要转化为林地、建设用地和水域；建设用地面积增加最多，增加速率最快，主要是对耕地的占用；土地利用综合程度指数由2005年的290.48增加到2016年的304.46，且土地利用程度指数变化率均大于1，说明衡阳市主城区土地利用处于剧烈、快速发展阶段。该变化主要和这一时期的国家政策有关。

关键词：土地利用动态变化；GIS；空间分析；衡阳市主城区

中图分类号 F205 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）21-0093-06

Study on Dynamic Change of Land Use in Main Urban Area of Hengyang City From 2005 to 2016

He Qiuhua et al.

（College of Resource and Environmental and Safety Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China）

Abstract：Urban area with fast-speed advance is the hotspot region for the land utilization. Hengyang，the Midwestern area，has changed dramatically in land utilization. The mainland area in Hengyang was researched based on three remote sensing image of year on 2005，2012 and 2016. The dynamic change of land utilization in mainland area of Hengyang was analysed by spatial analysis of GIS and statistics functions. The result has been shown that the cultivated area reduced was the most，which transferred to forest lands，construction lands and water； construction area added and its increase rate was the most for the occupation of cultivated land. Land utilization integrated index has increased from 290.48 in 2005 to 304.66 in 2016，and its rate above 1 all，which illustrated the stage of mainland area of Hengyang. The change has closely correlated with national policy in the period.

Key words：Dynamic Change of Land Utilization；GIS；Spatial Analysis；Mainland Area of Hengyang

土地利用是人与自然交叉最为紧密的环节，其直观反映出人类活动对自然环境施加的影响[1]。土地利用变化会对生态系统的结构和功能、区域气候、土壤、水文、生物多样性等产生重大的影响[2-3]，从而对生态环境产生严重影响。当前人类以前所未有的程度从城市、区域、国家甚至全球尺度上改变着土地利用，因此探讨土地利用变化已成为当前全球变化研究的重要领域[4-6]。随着社会经济的不断发展，城市土地利用结构也在发生着巨大变化。城镇化进程的加速使城市建成区范围逐步扩张，在一定程度上引起土地利用的不断演变，进而影响区域生态环境[7]。作为自然景观变化最明显的区域，城市土地利用变化已成为当前土地利用研究的热点[8]。

目前，国内外学者对土地利用的研究主要集中在城市土地利用动态变化及生态环境影响方面。如Valdez等[9]研究了墨西哥西北部海岸带的濕地生态系统价值及在经济驱动下导致的环境问题。Spencer等[10]研究了英国海岸地区生态系统植被的多样性和时空演变规律，分析其生态环境质量变化。Robles等[11]运用土地利用类型转移举证对墨西哥西北海岸的Sinaloa区域土地利用类型空间格局变化及生态环境效益进行了研究。Alphan等以土耳其地中海沿海的Erdemli镇为研究对象，采用多种景观格局指标系统分析了该区域的土地利用时空变化。马晴等[12]以遥感影像为基础，运用土地利用动态变化模型研究了疏勒河中下游绿洲土地利用动态变化及驱动机制。傅颖秀等[13]通过生态环境质量指数等数学定量分析黑河中游典型绿洲土地利用时空变化及生态环境效应。吕晓等[14]借助GIS技术求得生态服务价值量，研究了江苏沿海地区土地利用变化及生态效应。任秀金[15]借助马尔科夫模型预测了德令市未来20年的土地利用演变趋势。杨李娜[16]根据咸阳市统计数据，从土地利用变化的不同角度对咸阳市土地利用动态变化进行了研究。以往研究区域多为海岸及河流地区，对快速城市发展地区研究较少[15-16]。

衡阳市主城区（雁峰区、珠晖区、石鼓区、蒸湘区）总面积约为518.55km2，占全市土地总面积的3.39%，是衡阳市政治、经济、文化中心，区内建设用地、水域、交通用地的比例和土地利用效益高于其他土地利用区。衡阳作为快速城镇化进程中的城市，2005-2016年城镇率由31.58%上升至51.07%，全市GDP由541.23亿元上升至2868.57亿元。经济快速发展驱使主城区面积不断扩张，城市土地利用格局发生巨大变化，从而导致了诸多环境问题，具有一定的代表性。因此系统研究衡阳市主城区土地利用变化特征，将补充我国城市土地利用变化动态研究的理论与实践研究，可为土地利用、城市建设和区域可持续发展提供科学依据和决策支持，也可为国内外同类区域研究提供借鉴。

1 数据来源与处理

数据选用2005、2012和2016年分辨率为30m的3期Landsat TM影像，其中Land TM遥感影像波段组成为4、3、2（RGB），以土地利用方式和覆盖特征为主要分类依据，采用人机交互目视解译法，以1∶1万地形图数据为参考，应用相关分析并综合影像特征判定各类地物的边界，利用ArcGIS插件，生成现状土地利用专题图（图1）。参照《土地利用現状分类》国家标准（GBT21010-2007）并结合研究区实际情况将土地利用类型分为水田、旱地、林地、园地、水域、建设用地（包括城镇用地、农村居民点及其他建设用地）、未利用地7大类。以此为基础，使用ArcGIS空间叠置分析功能，生成3个时间段的土地利用变化专题图；最后通过对照GoogleEarth提供的高分辨率数据视图并结合野外实地观察及经验知识判定地物类型并验证预判图的精度[12，17]。

2 研究方法

采用方法模型有土地利用转移矩阵、单一土地动态度、修正单一土地动态度和土地利用程度指数模型，其中土地利用转移矩阵能够直观地反映出各土地利用类型之间的转换情况以及研究期末各土地利用类型的来源与结构[18]；单一动态度K1可反映区域内的土地利用类型的变化速度[19-20]；修正单一动态度可反映出研究时段内某种土地利用类型转入、转出量的动态变化情况；土地利用综合程度指数模型反映了土地利用程度。

2.1 修正单一土地利用动态度 K1反映了研究初期到研究末期各土地利用类型面积变化情况，不能反映出土地利用类型转出和转入的双向变化情况。修正单一动态度表达式为：

[K2=（ΔU1+ΔU2）Ua+1t2-t1×100%] （1）

式中：K2为修正单一土地动态度；t2-t1为时间间隔；U1为研究期初某一种土地利用类型的面积；△U1、△U2分别为研究时段内某一土地利用类型面积增加、减少的绝对值。

2.2 土地利用程度指数模型 土地利用综合程度指数模型反映了土地利用的广度和深度，不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性，同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应。刘纪远等[19]从生态学的角度提出了土地利用程度的综合分析方法，即将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分4个，并分别赋值。其表达式为：

[La=100×i=1nAi×Ci] （2）

式中：La为研究区域土地利用程度综合指数；Ai为研究区域第i级土地利用程度分级指数（见表1）；Ci为研究区域第i级土地利用程度分级面积百分比；n为土地利用程度分级数。

3 土地利用变化总体特征分析

通过对衡阳市主城区2005、2012及2016年3个时期土地利用数据的统计和土地利用变化数据的分析，可以总结得出2005—2016年衡阳市主城区土地利用的总体特征。

3.1 土地利用主要类型转移分析 基于GIS软件平台，通过数理统计与空间分析功能，得出不同研究时段土地利用转移矩阵（表2～4、图2）。据此分析，衡阳市主城区土地利用类型转移情况如下：

（1）2005年各土地利用类型按面积排序为：耕地>建设用地>林地>水域>未利用地>园地，2012年与2016年各土地利用类型按面积排序为：建设用地>耕地>林地>水域>未利用地>园地。2005—2016年衡阳市主城区面积变化总体特征为：耕地面积显著减少；建设用地积大量增加；园地、其他土地、未利用土地面积持续减少；林地、水域地面积先增加后减少。

（2）2005—2012年期间衡阳市主城区各类土地利用类型发生了较明显的相互转化，转移趋势以耕地、建设用地和林地3者之间的相互转化为主。2005—2016年衡阳市主城区土地利用面积变化剧烈。

（3）耕地转出面积占各种土地利用类型转出总量之首。2005—2012年转出9302.98hm2，占转出总量的33.84%。2012—2016年转出7659.01hm2，占转出总量的30.19%。2012—2016年平均转出速率大于2005—2012年。耕地土地利用类型转变形式主要包括3种，一是旱地转化为利用价值更高的水田，二是建设用地占用耕地，三是退耕还林。2005-2012年水田主要流向建设用地（包括城镇用地、农村居民点和其它建设用地）、水域和林地，三者合计占水田转出总面积的80.48%。旱地主要转化为水田、建设用地和林地，3者合计占旱地转出总面积的76.77%。2012—2016年耕地转移方向与2005—2012年大体一致。

（4）建设用地转入面积最多，2005—2012年转入面积总量为9621.85hm2，2012—2016年转入面积为8298.68hm2，2005—2016年转入量是转出量的1.26倍。其主要来源于耕地与林地，说明研究区2005—2016年间土地利用处于发展期，土地利用强度增大。

（5）2005—2016年林地面积先增后减，总体面积呈增加趋势。2005—2012年，退耕还林是林地面积增加的主要原因。2012—2016年林地转出面积增加，导致面积减少，主要是由于2012—2016年建设用地占用林地面积增加。

（6）未利用地变化幅度次于建设用地，2005—2016年面积减少了483.73hm2，面积占比由5.01%减少到4.01%，主要是未利用地通过生态治理转化为耕地、林地以及开发为建设用地。

总而言之，2005—2016年衡阳市主城区土地利用类型变化显著，即存在引起生态质量改善的土地利用转移类型（如旱地向水田，耕地向林地转化），也存在导致生态质量恶化的土地利用转移类型（如林地向耕地，耕地、林地向建设用地转化），前者是落实综合治理和退耕还林的政策成效，后者是由于城市扩张导致的。

3.2 土地利用动态度分析 由表5中的传统单一动态度K1可知，2005—2016年水田、旱地、园地、未利用地均以相同速度减少，林地、水域和建设用地面积呈增加态势，其中建设用地动态度最大为0.02%/年，其次为林地和水域。