基于GIS的耕地资源动态变化特征研究

罗政 黎星 周斯黎

摘  要  为深入研究耕地保护与土地利用的关系，本文基于衡阳县2005年和2016年两期土地利用现状图，运用GIS技术和统计分析方法，对2005年-2016年期间衡阳县不同区域（山区、半山区和丘陵区）耕地的变化数量、变化速率、变化方向、空间差异等特征进行分析，并探讨其形成原因，从而为衡阳县及我省耕地利用管理和保护决策提供技术分析方法。

关键词  衡阳县;耕地资源;动态变化

中图分类号：P208                          文献标识码： A

Abstract： In order to deeply study the relationship between cultivated land protection and land use， based on the land use map of Hengyang County in 2005 and 2016， this paper analyzes changes in the number of cultivate land， rate changes， changes direction and space differences in different regions （mountains、semi-mountainous and hilly areas）in Hengyang County during 2005 -2016，through GIS technology and Statistical analysis methods， and discusses the reasons for its formation. Therefore， it provides technical analysis methods for the use management and protection decisions of cultivated land in Hengyang County and our province.

Keyword： Hengyang county， cultivated land resource， dynamic change

0  引言

耕地是土地资源的精华，是获得粮食的基本物质基础，与人们的农业生产活动关系密切[1]。耕地处于不断的变化中，而且区域间由于自然条件和社会经济条件的不同，耕地面积变化呈现不同的特征[1]。耕地保护是我国政府非常重视的一项土地管理工作，它直接关系到国家粮食安全战略目标能否实现，对社会经济发展具有极其重要的基础保障作用。

重视区域耕地动态变化研究，及时了解和掌握耕地的数量变化动态及其空间特点，分析耕地面积变化的驱动机制，对合理利用耕地资源，保护、维护耕地总量动态平衡，协调好耕地保护与经济发展之间的关系，进一步调整用地结构，促进农业优势地区的持续发展以及区域经济持续发展等具有十分重要的意义[2-6]。

1  研究区概况与资料来源

1.1研究区域概况

衡阳县地处衡阳市西北部，湘江中游，东南至衡阳市区仅18公里，辖区总面积2558.61平方公里。衡阳县地处五岭上升和洞庭湖下陷的过渡地带，即“衡阳盆地”北沿，区域内中部丘陵起伏，小块平原星罗棋布。衡阳县山区、半山区和丘陵区约各占辖区总面积的三分之一。

衡阳县区位条件优越，交通便利。近年来，衡阳县国民经济发展迅速，城市化水平快速提高，近城区区域经济水平较高，近山区区域经济水平相对落后。由于经济条件的不同，各区域的耕地保护形势也各有特征。

1.2资料来源

本文研究对象为衡阳县行政辖区内耕地。由于各时期土地利用分类系统的差异，为便于研究，按照同一土地分类标准对两期土地利用现状分类进行调整与统一，主要划分为耕地、林地、园地、城镇村及工矿用地、交通用地、水域和未利用地。相关耕地现状的数据来源于2005年-2016年土地利用变更调查数据，图件主要包括2005年和2016年两期土地利用现状图。

2  研究方法

2.1转移矩阵分析

借用土地利用/覆盖变化研究中的转移矩阵，转移矩阵能够直观揭示每种景观斑块类型的减少面积及分别来自或转变为哪些景观斑块类型。由于本研究以耕地资源为研究目标，故将2期土地利用现状图中的耕地景观提取合并得到出现过耕地景观的区域，以此区域为转移矩阵的研究范围。利用2期的土地利用现状图在地理信息系统软件ArcGIS10.1空间分析功能的支持下生成转移矩阵。

2.2耕地变化特征指标

2.2.1耕地转移速率

式中：为耕地在监测时期至期间的转移速率。为耕地在监测时期至期间转变为非耕地的面积总和，为耕地在监测期初的面积，为耕地在监测期间未变化的面积[6-7]。

2.2.2耕地新增速率

式中：为耕地在监测时期至期间的新增速率。为非耕地在监测时期至期间转变为耕地的面积，为耕地在监测期初的面积，为耕地在监测期间未变化的面积[2]。

2.2.3耕地变化速率

3  耕地动态变化分析

3.1耕地转移速度分析

近年来，衡阳县大量耕地转为其他用地，衡阳县2005年-2016年耕地空间变化情况见图1。通过表1分析，2005年-2016年衡阳县共有0.72%耕地转为非耕地，衡阳县耕地的转移速率是平均每年转移0.07%。从区域分布来看，耕地转移速率的关系为丘陵区>半山区>山区。由表2可知，2005年-2016年间衡阳县共新增耕地0.79%，耕地的年平均新增速率是0.08%。从区域分布来看，耕地新增速率的关系为丘陵区>山区>半山区。综合耕地转移和新增情况，可得衡阳县耕地变化情况（表3），2005年-2016年全区共有1.51%的耕地发生了变化，其年平均变化速率为0.15%。以丘陵区耕地变化速率最快，年平均变化速率是0.23%，其次是山区，年平均变化速率是0.11%，丘陵区的耕地變化速率最小，为0.08%。

从区域分布来看，衡阳县丘陵区、半山区的耕地转移速率均高于新增速率，耕地资源的变化态势不容乐观。从表3中可以看出，不同区域耕地相对变化率的关系为：丘陵区>山区>半山区。衡阳县丘陵区是耕地分布最广泛的地区，也是耕地质量优良且集中连片区，但同时该区域也是经济条件最好、人文社会活动最为频繁的区域，因此，耕地的变化相对其他区域变化幅度较大。

3.2耕地变化的来源去向分析

3.2.1耕地减少去向的区域特征分析

由耕地减少的去向（表4）可以看出，衡阳县耕地减少的主要原因是非农建设占用耕地（去向为城镇村及工矿用地、交通用地），其导致耕地减少面积占耕地减少去向总量的94.16%，其次是农业结构调整（去向为园地、其他农用地等），所占比例为5.22%。另外，地质灾害等原因造成耕地减少的数量占耕地去向数量的约0.62%。

衡阳县耕地减少去向具有明显的区域特征（表5）。耕地减少过程中，丘陵区减少耕地面积最多，山区耕地减少的面积最少。

综合比较不同区域的耕地去向，不难发现，三个区域的共同特点是在耕地减少的去向中，建设占用所占的比重最大。随着衡阳县城市化进程的加快，特别是城市化重点区域，城市经济的快速发展和非农业人口的大量增加使城市建设用地需求越来越大，这些区域的耕地为城市的扩展提供了先天的便利条件，大量的耕地向建设用地流转。

其次是农业结构调整。由于不同农用地经济效益的差异，农民也会做出理性的选择，其表现形式为农业内部结构调整，变化方向以耕地向果园、花卉、经济林等精细农业和园艺农业转变为主。

在山区，由于受自然条件的限制，建设占用造成耕地减少的比重相对较小，而变为未利用地的比重逐渐增大，这是由于一方面位于山区的耕地坡度大、土层薄、耕地破碎等，导致种粮的经济效益差，随着城市化的推进，山区的农民受经济利益的驱动，纷纷弃农进城打工，造成部分土地无人耕种，引起耕地的抛荒。另一方面是因泥石流、崩滑塌、滑坡等自然灾害损毁了少量耕地。

由此可以看出，衡阳县不同区域耕地变化的特征不完全相同，各区域的耕地减少去向与各区域的社会经济发展水平和土地利用需求有关。应立足于各区域的社会经济和自然条件，分析各区域耕地变化的内在演变特征，因地制宜地、针对性地实行有效的保护措施。

3.2.2耕地增加来源区域特征分析

由新增加耕地的来源（表6）可以看出，衡阳县新增耕地主要来自农业结构调整（来源为园地、林地），增加的耕地面积占全区耕地增加来源的85.96%，來自土地开发（来源为未利用地、水域中的滩涂）增加的耕地面积约占12.54%。来自土地复垦（来源为城镇村及工矿用地）增加的耕地面积约占全区耕地增加来源的0.49%。

衡阳县耕地增加来源具有明显的区域特征（表7）。丘陵区补充耕地面积最多，新补充耕地面积占全县新增耕地面积的56.57%，山区补充的耕地面积为全县新增耕地面积的37.55%，半山区面积最小，仅占5.88%。此外，丘陵区、半山区和山区新增耕地主要来源均为农业结构调整（增加来源为园地、林地），占耕地增加总量的分别为90.50%、96.64%、77.46%，其次为土地开发（增加来源为未利用地、水域中的滩涂），其中丘陵区和山区的比例分别为8.07%、21.25%。来自土地复垦的（增加来源为城镇村及工矿用地）新增耕地占耕地增加总量的比例分别为0.32%、3.34%、0.09%。

综上所述，在今后的土地利用过程中，应立足于本县实际，因地制宜的分区域制定相应的补充耕地途径：丘陵区应积极盘活存量建设用地，尽量避免非农建设占用耕地;山区和半山区，应加大土地开发的力度，加强对废弃农村居民点和独立工矿的复垦。另一方面应在对未利用地宜耕适宜性科学评价的基础上，加强对未利用地进行开发，但也不能片面强调未利用地的开发，以免造成严峻的生态环境问题。

4  结论

（1）采用耕地转移速率、耕地新增速率和耕地的变化速率等指标可以较好地体现衡阳县耕地资源的变化态势，为耕地保护研究提供技术分析手段。

（2）2005年-2016年12年间全县共有0.72%的耕地转移为非耕地，衡阳县耕地的转移速率是平均每年转移0.07%，同期衡阳县共新增耕地0.79%，耕地年平均的新增速率是0.08%，综合耕地转移和新增的结果，全区共1.51%耕地发生了变化，年平均变化速率是0.15%。

（3）耕地转移速率、新增速率及相对变化率在山区、半山区和丘陵区存在明显的差异。具体表现如下：耕地转移速率的关系为丘陵区>半山区>山区;耕地新增速率的关系为丘陵区>山区>半山区;耕地相对变化率的关系，丘陵区>山区>半山区。

（4）研究表明，衡阳县耕地减少的主要原因是建设占用和农业结构调整，耕地增加主要是由于农业结构调整和土地开发。耕地流向变化具有明显的区域特征，各区域今后因深入分析各自耕地来源去向内在机理的基础上，因地制宜的制定区域性的耕地利用管理和保护决策。

（5）耕地保护是我国的一项基本国策，在土地利用过程中应充分发挥耕地作为“绿心”、“绿带”等生态保护的作用，这样既能高效地保护耕地，也能限制城镇建设的无序扩张。

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