基于GIS的商丘市土地利用时空变化分析

王兴敏 杨亚辉

摘  要：土地利用/覆盖变化是造成全球环境变化的主要原因之一，基于GIS技术，结合土地利用转移矩阵、土地利用动态度模型对商丘市2000年和2015年两期的土地利用数据进行分析。结果表明，耕地一直是商丘市最主要的土地利用类型，2000年与2015年的用地面积分别为8 564.84 km2、7 961.96 km2，分别占商丘市总面积的80.26%、74.37%;15年来，商丘市的耕地面积减少了602.88 km2，而其中有528.37 km2的耕地转变为建设用地;同时建设用地面积增长最快，面积增加697.57 km2，占其2000年用地面积的37.57%;商丘市总体土地利用变化空间范围较大，尤其是商丘市主城区周围和商丘西北部地区，新增的建设用地围绕着已有建设用地向外扩散。

关键词：GIS  土地利用  时空变化  空间分析

中图分类号：P208                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）02（b）-0097-05

Analysis of Spatial and Temporal Changes of Land Use in Shangqiu City Based on GIS

WANG Xingmin1  YANG Yahui2

（1.School of Surveying， Mapping and Planning， Shangqiu Normal University; 2.School of Media， Shangqiu Normal University， Shangqiu， Henan Province， 476000 China）

Abstract： Land use / cover change is an important component and one of the main causes of global environmental change. Using GIS technology， combined with land use transfer matrix and land use dynamic degree model， the land use data of Shangqiu City in 2000 and 2015 were analyzed. The results show that cultivated land has always been the main land use type in Shangqiu City. The land area in 2000 and 2015 were 8 564.84 km2 and 7 961.96 km2， accounting for 80.26% and 74.37% of the total area of Shangqiu City; in the past 15 years， the cultivated land area of Shangqiu City has decreased by 602.88 km2， of which 528.37 km2 cultivated land converted into construction land. At the same time， the area of construction land increased by 697.57 km2， accounting for 37.57% of the total land area in 2000. The spatial range of land use change in Shangqiu City is large， especially around the main urban area of Shangqiu City and the northwest area of Shangqiu City. The newly increased construction land spreads around the existing construction land.

Key Words： GIS; Land use change; Spatial and temporal changes;Spatial analysis

土地利用/覆被变化（LUCC）是导致全球变化的重要原因，是短期内人类对自然环境施加影响带来地球中尺度变化的最显著表现形式，是全面探讨人地关系地域系统的重要切入点[1-2]。土地利用/覆被变化（LUCC）不仅影响全球气候波动、生态系统服务与功能变化、生物地球化学循环演变等，还影响着区域资源和社会经济的可持续发展，是全球变化研究领域的前沿和热点之一[3-7]。

商丘地处华北平原，土地肥沃，是全国重要的商品粮基地、农副产品生产基地和国家粮食生产核心示范区。近年来，随着城市化进程的加速，商丘市建设用地规模迅速扩张，伴随着出现了土壤污染、水污染、大气污染等生态环境问题，使农产品安全受到严重威胁，故商丘地区的土地合理利用应得到高度关注[8]。该文以商丘市作为研究区，在GIS技术的支持下，通过构建土地利用转移矩阵、土地利用动态度模型，对商丘地区2区1市6县15年来的土地利用和覆盖变化情况进行研究，以期为商丘市今后的土地利用合理规划提供科学参考。

1  研究区概况与方法

1.1 研究区概况

商丘市处于华北平原的中心地带，位于河南省最东部，介于东经114°49'～116°39'，北纬33°43'～34°52'之间，为豫鲁苏皖四省的结合部。商丘市属暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.6 ℃，年平均降水量711.9 mm，無霜期约211天。商丘市下辖梁园区、睢阳区、夏邑县、虞城县、柘城县、宁陵县、睢县、民权县以及1个省直管县级市永城（见图1）。

1.2 数据来源

该文的数据源有：（1）商丘市土地利用矢量数据（2000年和2015 年）;（2）国家基础地理信息系统1∶400万基础数据;（3）社会与经济数据（来自《河南省统计年鉴》）[9]。

结合CAS土地利用分类系统和商丘市土地利用实际情况，将商丘市土地利用类型划分为4类：耕地、林地、水域、建设用地。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用动态度

土地利用动态度可以用来描述一段时间内某种土地利用类型的变化速度，它通过对比土地利用变化的区域差异来预测未来土地利用变化趋势[10-11]。其表达式为：

式中，M为一定时段内某一土地利用类型动态度;U1和 U2表示初期和末期这种土地利用类型的面积;N 为研究时段。

1.3.2 土地利用转移矩阵

通过土地利用转移矩阵可得到区域土地利用类型变化的方向、特征与结构[12]。其数学形式为：

（2）

式中，n为地类的数量;S为地類的面积，i、j分别为研究初、期末地类。

2  商丘土地利用时空变化特征分析

2.1 土地利用数量变化

将原始数据基于一级地类进行融合、统计，得到商丘市2000年与2015年的土地利用数据（具体见表1、图2）。

由图2和表1可知，15年来，商丘市的土地利用特征非常明显，耕地一直是商丘市最主要的土地利用类型，2000年为8 564.84 km2，占比80.26%;2015年为7 961.96 km2，占比74.37%;与此同时，耕地这15年来用地面积变化也极大，减少面积高达602.88 km2。其次是建设用地，而建设用地的面积则快速增加，增加面积697.57 km2，占2000年建设用地总面积的37.57%。林地主要分布在商丘市西北地区，是2000以来用地变化幅度最大的，面积数量上减少61.8 km2，变化率达41.20%。水域的变化相对较小，面积增加仅为1.34 km2。从变化量来看，建设用地和耕地最大，具体表现为耕地大幅度减少与建设用地的快速增加，两者的消长成为研究区土地利用变化的最大特征。

2.2 土地利用转移矩阵

基于GIS软件对商丘市2000年与2015年的土地利用结果数据进行叠加分析，得到近15年来商丘土地利用变化转移矩阵（见表2）。

根据表2可知，2000年以来，建设用地面积的快速增长，增加的面积主要来源于耕地，转化面积高达528.37 km2，占2015年建设用地总面积的20.69%。耕地面积减少量最大，减少的耕地主要转变为建设用地，少部分转为林地与水域，可见近年来，退耕还林、退耕还草、荒山植被恢复的措施已产生一定效果，但同时城市化的快速扩张，又占领了大量农用地。林地变化幅度最大，高达54.50%的面积被开发为耕地，19.55%被占用为建设用地，使得用地面积本就比较少的林地更加稀少。水域总面积变化不大，还略有增加，这是因为近年来的环境治理，相关部门对水域重新进行规划，从而使商丘区域的水体面积有所增加[13]。

2.3 土地利用动态度

通过计算，得到商丘市2000以来的土地利用动态度指数（见表3），由表3可知，15年来，林地和建设用地的变化度非常大，林地以每年2.75%的速度急速减少，而建设用地则每年以2.50%的幅度快速增长。耕地变化幅度相对较小，为-0.47%。由此可见，商丘市近年来土地利用并不合理。生态用地面积快速减少，这将对商丘市今后的可持续发展带来极大的负面作用。由此可见，科学合理地规划土地利用已迫在眉睫。

2.4 土地利用空间变化特征

基于GIS软件做叠加分析，得到商丘市15年来的土地利用变化空间图与土地利用转移图（见图3）。

由图3可以看出，研究区建设用地面积大量增加，西北部、中部地区的扩长尤其明显。2000—2015年来，新增的建设用地主要围绕商丘市中部、西北部地区，并且呈放射状增加。由此可见，城市化的直接后果就是建设用地在已有建设用地的基础上，围绕着其边缘地区快速扩张，并且新增的建设用地主要来源于耕地。

3  结论

该文基于GIS软件，通过构建土地利用转移矩阵、土地利用动态度模型，对商丘市2000年、2015年两期的土地利用情况进行分析，得出如下结论。

（1）耕地一直是商丘市最主要的土地利用类型，其中2000年与2015年面积分别为8 564.84 km2、7 961.96 km2，占比为80.26%、74.37%。15年来，商丘市的耕地面积减少了602.88 km2，占2000年耕地总面积的7.04%，而其中有528.37 km2的耕地转变为建设用地。

（2）建设用地的用地面积变化量最大，由2000年用地面积1 856.49 km2到2015年的2 554.06 km2，15年来土地利用面积增加697.57 km2，其增长面积占2000年的37.57%，增加的面积主要由耕地转化而来。

（3）2000年以来，商丘市总体土地利用变化空间范围较广，尤其是商丘市主城区周围和商丘西北部地区，新增建设用地围绕着已有建设用地向外扩散。

因此，商丘市在未来的城乡发展规划中，要严格实行“占一补一”耕地保护政策的前提下，需更加重视水域、林地等自然资源的保护，退耕还林、退房还湖，合理优化调整土地利用格局，保证生态系统的稳定与平衡发展，从而实现经济—社会的可持续发展。

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