永吉县2000～2020年土地利用变化及其驱动力分析

孙晶艳

吉林市土地储备中心，吉林吉林

土地利用与土地覆被变化（LUCC）是环境变化的重要原因，是人类对土地利用效果的表现，同时也是自然界对人类活动的反馈。对于土地利用变化的研究，从研究手段上一般要借助遥感和地理信息系统[1-4]。从空间尺度上来看，全国、省域、流域和县域均有丰富的研究成果[5-8]，由于受遥感数据限制，以县域尺度研究为主。从时间尺度上来看，一般采用断点年的形式，进行多期土地利用数据对比分析。在研究内容方面，对土地利用类型转变、重心转移和利用强度进行刻画，同时对土地利用变化的原因进行定性或定量分析[9-11]。我国学者在土地利用变化特征及驱动力研究方面取得了较为丰硕的成果[12-14]，但由于受遥感影像获取时间的现势性等因素的制约，通常研究时点与当下存在着一定时间差，这给研究成果的应用带来一定的不便。本文结合2000年和2020年遥感数据解译成果对研究区土地利用变化特征进行了分析，并对变化驱动力进行了梳理，以期为研究区土地可持续利用、国土空间规划编制提供理论和数据上的支撑。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

永吉县地处吉林省中部，地理位置在东经125°48′9″～126°40′1″、北纬43°18′7″～43°35′00″之间，东与吉林市丰满区接壤，北与吉林市相邻，西与长春市毗邻，南与磐石市、桦甸市接壤，地形地貌为低山丘陵区，整体地势是由东南向西北逐渐平缓，形成平原区-丘陵区-中低山地区，海拔高度依次递减。永吉县气候属北温带大陆性干旱季风型气候，其特点是四季分明，春季干燥多大风，夏季温热多雨，秋季凉爽多晴好天气，冬季漫长寒冷，年均气温5.3℃。截至2019年末，全县下辖10个乡、镇（区）及1个水库管理局。全县户籍总人口330 997人，其中，乡村人口244 026人，城镇人口86 971人。全县GDP实现64.2亿元，全县城镇居民人均可支配收入26 340元，农村居民人均纯收入14 591元。

1.2 数据来源

本文选用中国研制的30 m空间分辨率全球地表覆盖数据，该数据共包含2000版、2010版和2020版。该数据使用的分类影像主要是30 m多光谱影像，包括美国陆地资源卫星（Landsat）的TM5、ETM+、OLI多光谱影像和中国环境减灾卫星（HJ-1）多光谱影像，2020版数据还使用了16 m分辨率高分一号（GF-1）多光谱影像，择优选择数据生产基准年或更新年度年±2年内植被生长季的多光谱影像。本次研究选用研究区2000版和2020版，将研究区土地划分为耕地、林地、草地、湿地、水域和建设用地。

2 研究方法

2.1 单一土地利用动态度

单一土地利用类型的动态度反映了土地类型的动态幅度与变化速度[1]，其计算公式为：

式中：K为研究时段内某种土地利用类型动态度；Ua、Ub分别为研究初期与研究末期某种土地利用类型的面积；T为研究时段。

2.2 土地利用程度

土地利用程度是表征一定区域内利用强度的指标，从一定程度上反映土地利用效率[5]，其计算公式为：

式中：P为土地利用程度综合指数且1～4之间变动；Ai为第i级土地利用程度分级指数；Ci为第i级土地利用程度分级面积；H为土地总面积；n为土地利用类型个数。

2.3 土地利用类型转移矩阵

土地利用类型转移矩阵是对一定时序单元内各土地利用要素间面积的转化过程与转移状态的定量描述，能够全面地反映区域特定时间段内土地利用变化的结构特征和转换方向[1]，其数学表达式如下：

式中：Aij为各种土地的面积；n为土地利用类型数量，i，j为转移前后的土地利用类型。

3 结果与分析

3.1 土地利用类型结构及动态度分析

通过ArcGIS经过栅格与矢量转换工具，制作研究区2000年与2020年土地利用数据库，获取两期研究区土地利用类型结构及土地利用动态度（见表1）。

从土地利用类型结构来看，研究区内耕地和林地是优势地类，在2000年占研究区总面积的95.11%，到2020年下降至84.54%，其中，林地下降比例较高。从动态度来看，变化幅度最大的为草地，主要原因是2000年后调整了农业结构，同时草地本身面积相对较小，导致其土地利用动态度高达68.10%。建设用地的变化在20年间增加了66.43%，土地利用结构变化较为强烈。

3.2 土地利用程度分析

本文结合前人的研究，按照人类对不同土地利用类型受干预强度将研究区中的湿地赋值为1，草地、水体、林地赋值为2，耕地赋值为3，建设用地赋值为4，按照公式（2）求取研究区内土地利用程度变化。通过计算，研究区内土地利用程度由2000年的2.542上升至2.584，研究区内总体土地利用程度不高，但呈现出逐渐上升的趋势。

3.3 土地利用类型转移分析

为了进一步深入刻画永吉县土地利用类型变化情况，通过ArcGIS空间分析，获取两期土地利用类型转移矩阵（见表2）。

由表2可知，作为人类影响程度最高的建设用地，在研究期内增加了4 468.40 hm2，其中，主要来源为耕地和林地，值得注意的是占用耕地面积为5 604.57 hm2，同时，由于项目区实施了城镇建设用地增加与农村建设用地减少相挂钩项目（简称“增减挂钩”），建设用地中的居民点用地减少1 705.79 hm2，变为耕地。2000年以来，由于实施“天保工程”，对3 249.70 hm2的耕地进行了还林，对2 693.60 hm2的耕地进行了还草，使“天保工程”得到了较好实施。但从湿地增减源来看，其增减源主要为水体，研究区地表水呈现出萎缩的态势。

3.4 土地利用变化驱动力分析

土地利用变化受自然、社会和经济三重系统的影响，研究区在研究期内土地利用变化主要受如下几个方面影响。

表 1 2000～2020年永吉县土地利用类型结构及动态度（单位：hm2，%）

表 2 2000～2020年永吉县土地利用类型转移矩阵（单位：hm2）

3.4.1 自然因素

永吉县历史上多次遭受洪灾，在1986～2002年的17年中，大小水灾共有12次，特别是在研究期内2010年和2017年，永吉县发生了特大洪水，导致土地利用类型变化剧烈。从地形地貌的条件来看，永吉县地形坡度按≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、＞25°分为平地、平坡地、缓坡地、缓陡坡地、陡坡地，分别占全县的16.89%、33.81%、34.64%、13.15%和1.51%，而土地利用变化剧烈的区域主要分布在0°～15°区域，说明自然条件中的地形条件是导致土地利用变化的重要影响因素之一。

3.4.2 社会因素

永吉县2000年户籍人口为42.3万人，城镇化率为27.72%，到2020年，户籍人口为37.69万人，城镇化率为26.40%，人口城镇化水平有所下降。永吉县县域迁出人口大于迁入人口，机械增长率总体呈现逐年下滑趋势，导致城镇建设用地面积增加速率小于全国平均水平，耕地中存在着部分撂荒现象，也是导致耕地坡度较小的区域变为草地的原因之一。

3.4.3 经济因素

2003年，永吉县全县GDP实现20.72亿元；2019年，全县GDP实现64.20亿元，增长了超过3倍，其中，第一产业增加值增长了3.60亿元，第二产业增加值增长了15.80亿元，第三产业增加值增长了24.10亿元，可以看出，经济主要增长点是第三产业，因此城镇用地一直处于扩张状态，而耕地不断减少。

4 结论

4.1 土地利用类型结构变化不一

草地、建设用地比例显著增加，林地比例显著下降，耕地比例相对稳定。2000～2020年，由于研究区受经济发展和退耕还林还草等因素的影响，草地比例上升了8.14%，其土地利用动态度高达68.10%；建设用地净增加4 468.40 hm2，导致其比例上升1.70%；林地面积减少最多，为22 307.42 hm2，导致其比例下降8.49%；耕地比例在20年间共下降2.08%，其结构比例相对稳定。

4.2 土地利用程度总体较低，出现了缓慢上升的态势

由于研究区地处山地丘陵区，林地和耕地的比例相对较高，总体利用程度在2.6以内。土地利用程度最高的建设用地在总量上有所增加，但整体所占的比例不高，导致从2000～2020年间，土地利用程度仅上升了0.042。

4.3 建设用地扩张土地主要来源于耕地，退耕还草效果和水体向湿地演化明显

从研究区研究时段的土地转移矩阵来看，建设用地扩张中来源于耕地的面积有5 604.57 hm2，占建设用地增加来源的90.14%；在25°以上的区域中增加的草地主要是由耕地变化而来，其面积有2 693.60 hm2，水体转出面积中的328.62 hm2变为湿地，占转出面积的73.60%，水体保护显得尤为重要。

4.4 土地利用变化中主要受自然和经济的驱动，人口因素影响较小

从研究区土地利用变化的驱动力来看，多次洪水灾害导致了林地和耕地面积的变化，尤其是林地，有相当一部分退化为草地。研究区经济增长点主要来源于第三产业的发展，导致建设用地增长速度相对较快，较为深刻地影响了建设用地和耕地的数量与结构。作为社会因素中的人口，永吉县人口一直处于负增长的态势，对土地利用变化影响相对较小。