基于县域尺度的土地利用结构特征研究——以福建省松溪县为例

范勋承

(邵阳学院城乡建设学院，湖南 邵阳 422000)

近年来，由于经济的快速发展，世界人口不断增长，人口与资源不协调的矛盾凸显，为了缓解经济发展与资源环境的矛盾冲突，可持续发展理念应运而生。土地资源是人类生存和发展中必不可少的有限资源。因此，在可持续发展研究中，土地利用/覆被变化(Land Use and Land Cover Change，LUCC)成为重要研究领域[1]。国内学者针对不同尺度区域就土地利用方面开展了诸多研究，成果丰富。如宋桂琴等[2]利用模糊聚类法对黄土高原重点水土流失区(106个县、市、旗)的土地利用进行分区，并对各区的土地利用方向进行了阐述；宋乃平等[3]利用以往历史资料和前人研究成果对鄂尔多斯农牧交错区土地利用格局的演变过程进行了恢复，并从不同方面探讨了其演变的机理；赵莉莉等[4]利用3S技术对闽东海岸带区域2000年-2014年的土地利用变化特征进行了分析；张涵等[5]利用空间分析方法，对2006年-2019年的贵州省惠水县好花红村的土地利用功能演变规律进行了分析；姚静韬等[6]基于交叉熵优化理论，运用相关研究方法对北京市2015年-2030年的土地利用控制情境下的土地利用结构变化进行了模拟和分析。以上研究不仅为土地资源的合理利用提供了科学参考，也为县域尺度的土地利用研究奠定了基础。随着经济的不断发展，以县域为代表的小尺度区域城镇化速度明显加快，对县域的土地利用情况展开研究，对于地方长期稳定发展意义重大。

松溪县因有“百里松荫碧长溪”的美景而得名，是闽北地区第一个国家级的生态县，森林覆盖率达75.5%。研究期间，松溪县地区生产总值(GDP)从1995年的5.26亿元增至2015年的81.54亿元，20年间翻了近16倍；松溪县虽是闽北地区中面积最小的县，但近年来城镇化速度不断加快，2019年城镇化率达48.7%。近些年来，县域已经被作为推进新型城镇化的重点区域，县域土地利用结构已悄然发生改变。对松溪县近20年来的土地利用结构进行研究，可以定量掌握其土地利用结构演化规律，为该县今后土地的合理利用提供借鉴，为周边县域的土地利用提供参考。

1 研究区概况

松溪县隶属于福建省南平市(闽北)(见图1)，位于福建和浙江的交界处，土地总面积1 043km2。松溪县享有“中国民间版画艺术之乡”“绿色宝库”“四好农村路”全国示范县等美誉。地貌总体呈四周环山中央低陷的层状特征，属中亚热带湿润季风气候，雨热同期，四季分明，气象灾害频发。全县境内河流面积广大，流域面积占县总面积的95.5%。截至2019年末，常住人口12.30万人，GDP 达到81.54亿元。

图1 研究区示意

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源与处理

基础研究数据使用松溪县1995年、2000年、2005年、2010年Landsat-5TM和2015年经过条带处理的Landsat-7ETM遥感影像，5期遥感影像数据的空间分辨率均为30 m。参照我国土地利用分类系统并结合松溪县的地理特征及野外踏查信息，将松溪县土地利用类型划分为林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地共6类。利用ENVI及ARCGIS软件对图像进行后续处理，得到各土地利用类型的面积及其他相关数据。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用变化速度的研究方法。 某种地类在一定时间段内的面积变化的快慢，可用单一土地利用动态度模型来表示。计算结果为正值时，表示面积增加，计算结果为负值时，表示面积减少。其计算公式为：[7]

(1)

式中，K1、Ua和Ub分别表示某一地类的动态度、开始时该地类的面积和结束时该地类的面积；T则为研究的时间长度，单位为a，本文研究时间长度为20a，下同。

2.2.2 土地利用结构的研究方法。土地利用结构可用一种或几种土地利用类型占研究区总面积的比例来表示[8]。根据研究需要，本文选取土地利用开发指数和土地利用垦殖指数来表示土地利用的结构特征。具体计算公式如下。

土地利用开发指数的数学表达式如下：

(2)

式中，B、bi和A分别代表开发指数、建筑用地面积及研究区总面积。

土地利用垦殖指数数学表达式如下：

(3)

式中，K2、ai和A分别代表垦殖指数、耕地面积和研究区总面积。

3 结果与分析

3.1 土地利用数量分析

图2 松溪县1995年-2015年间各土地利用类型面积的变化

研究期间，随着经济的不断发展，土地利用类型不断地进行着重分配。由图2可知，20年间建筑用地、林地和水域面积有所增加，面积增加由多到少的顺序为：林地(221.59km2)>建筑用地(66.17km2)>水域(17.05km2)；耕地、未利用地和草地面积有所减少，面积减少由多到少的顺序为：草地(-120.06km2)>耕地(-107.84km2)>未利用地(-76.91km2)。2016年，松溪县被评为国家级生态县，这是闽北地区第一个国家级的生态县，这与近20年来松溪县不断响应国家政策，积极植树造林，保护环境等措施密不可分。因此，研究期间，松溪县的林地面积增加最多。然而，由于松溪县气象灾害频繁发生，所以部分不适宜耕地和草地也转为了林地或其他用地类型，所以研究期间耕地和草地面积减少较多。同时，由于经济的不断发展，未利用地的开发力度不断加大，致使20年间，未利用地面积不断向其他地类转换。

3.2 土地利用变化速度分析

根据公式(1)可以计算出不同时段各土地利用类型的动态变化程度(见表1)。从总体上看，1995年-2015年间，建筑用地、林地和水域的动态度为正值，而耕地、未利用地和草地的动态度为负值，说明这期间松溪县土地利用类型面积变化呈“三增三减”态势，与土地利用数量变化相吻合。其中，在面积增加的地类中，水域的动态变化最为剧烈，动态度为17.83%；然而，在面积减少的地类中，各土地利用类型的变化速度比较一致，均保持在-3.5%左右。从各个时段上看，1995年-2000年间，水域变化最为活跃，动态度达67.67%；2000年-2005年间，仅林地和耕地有所增加，动态度为正，而另外四种用地类型的动态度均为负值，且变化速度比较接近，动态度均保持在-3%左右；2005年-2010年间，未利用地增加明显，动态度达12.76%，草地次之，其他地类成微弱减少趋势；2010年-2015年间，建筑用地变化异常活跃，动态度达到51.53%。由此发现，研究期间总体上虽表现出了“三增三减”的趋势，但是各时段不同用地类型的动态变化差异十分明显。

表1 松溪县1995年-2015年各土地利用类型单一动态度(%)

3.3 土地利用结构分析

根据公式(2)和公式(3)计算得到松溪县土地利用开发指数和垦殖指数(见图3)。总体上看，松溪县近20年来土地利用开发强度呈现波动上升趋势，并在2000年-2010年的10年间开发强度有所减缓。其中，2010年开发强度最低，开发指数值为0.85；2015年新增建筑用地最多，开发强度最大，开发指数达到20年来最大值，为9.64。这与在此期间省级工业园区、大型综合汽车枢纽站、生态茶旅游文化产业化、重点交通等重大建设项目开始施工建设，用地需求不断增大有关。

就土地垦殖情况而言，虽在研究期间也呈现波动变化，但与土地开发指数的变化趋势正好相反，即呈现此消彼长的趋势，且变化幅度更大。1995年-2000年，松溪县土地利用垦殖指数下降明显，从14.51降至7.05，说明5年间耕地面积减少迅速；2000年-2005年，土地利用垦殖指数回暖，耕地面积有所增多；2005年-2015年间，松溪县土地利用垦殖指数持续下降，其值降至研究期间的最低值，为4.18，说明这10年间松溪县的耕地面积持续减少，而这与土地利用开发强度不断增大，占用耕地有一定的关系。

图3 松溪县1995年-2015年土地利用结构特征

4 主要结论

基于五期土地利用数据，对福建省松溪县土地利用变化数量、速度及结构等方面进行了定量分析，研究结果表明：①1995年-2015年间，松溪县各土地利用类型相互转换频繁，其中林地面积增加最多，其次为建筑用地和水域，而草地成为研究期间面积减少最多的用地类型。②从各土地利用类型的变化速度上看，水域的动态变化最为活跃，动态度为17.83%，草地、耕地和未利用地面积呈减少趋势，但减少的速度较为一致，动态度约为-3.5%。③从土地利用结构上看，松溪县20年来土地利用开发强度呈波动上升状态，其中，2015年开发强度最大，达9.64；相比之下，垦殖指数呈波动降低状态，2015年垦殖指数达到研究期间的最低值，为4.18。