“山水林田湖草”视域下晋中市土地利用类型时空分异

马义娟，任 爽，张 衡，付建新

（太原师范学院α.地理科学学院；b.城镇与区域发展研究所，山西 晋中 030619）

生态文明建设关乎人类发展的共同未来，当前我国把生态文明建设提到了前所未有的战略高度［1］。“山水林田湖草生命共同体”是习近平生态文明思想的重要组成部分［2］，其系统观、全局观和整体观为破解生态环境治理难题提供了重要理论支撑［3］。土地利用作为人地关系相互作用的重要载体［3］，是影响生态系统组成结构及功能价值的主导因素［3］，是生态保护和修复的根本落脚点和有效途径。研究山水林田湖草视域下的土地利用变化对区域生态修复和综合治理具有重要的实践意义。

近年来，关于山水林田湖草一体化的理论研究和实践探索受到生态学、地理学、管理学等领域学者的广泛关注：在理论内涵方面，认为生命共同体各要素之间是普遍联系和相互影响的，必须处理好人与自然、局部与整体、发展与保护的关系［5］；在体制机制方面，强调开展“山水林田湖草”自然资源统筹管理，构建基于“山水林田湖草是生命共同体”原则的自然资源管理体制等［8］；在实践路径方面，探索以提高生态产品供给能力、维护生态安全为目标的生态保护与修复实践工程［9］，以景观生态、生态基础设施建设、近自然生态化技术等方法因地制宜设计实施路径［10］。当前对山水林田湖草视域下的土地利用变化研究较少，而区域土地利用状况对保障山水林田湖草生命共同体的和谐发展具有重要意义［11］。本研究以晋中市全域为研究区，基于Landsat 遥感影像，从山水林田湖草视域分析土地利用类型时空分异特征，为生态脆弱区生态保护和修复，社会经济高质量发展提供参考和依据。

一、研究地区与研究方法

（一）研究区概况

晋中市位于山西省中部，北与太原市毗邻，是山西中部城市群的核心区域。区域范围包括榆次区、太谷区、祁县、平遥县、灵石县、寿阳县、昔阳县、和顺县、左权县、榆社县和介休市共11 县（市、区）。区内黄土分布广泛，东靠太行山，西为汾河谷地，地势起伏明显（图1）；属暖温带大陆性季风气候，四季分明；跨黄河和海河两大流域，具有鲜明的地域特征；生物资源、矿产资源丰富，为山西省重要的能源基地、粮食生产基地，是山西省中部最具有活力的经济带和城市群的重要组成部分。

图1 晋中市地理位置示意图

（二）数据来源

本研究土地利用数据，基于2000、2010 和2018年三期Landsat-ETM/TM/OLI 遥感影像，通过人工目视解译获取；初步解译结果参照Google Earth 地图，同时结合野外调查进行修正，精度检验Kappa 系数达到85%以上；根据实际需要，将土地利用类型分为农田、林地、草地、水域、建设用地、未利用土地六大类。数字高程模型数据来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）。

（三）研究方法

土地利用动态度。土地利用动态度是研究土地利用变化过程、土地利用变化程度及未来发展变化趋势的重要手段［12］。土地利用单一动态度绝对值越高，表明该土地利用类型转化活跃，数量多，反之稳定［13］。计算公式为

式中：K 为研究时段内土地变化速率；T 为时间段；Ua、Ub分别为监测初期和监测结束某一种土地利用类型面积总和。

二、结果与分析

（一）晋中市山水林田湖草时空分布

晋中市山水林田湖草系统组成结构以林、草、田为主。其中：草地的面积最大，2018年为626 254.43 hm2，占总面积的38.19%，主要分布在市域中东部山区；位居第二的是林地，面积为460 272.18 hm2，占比28.07 %；农田分布比例与林地接近，面积和占比分别为452 349.91 hm2和27.58 %，集中分布在西部汾河谷地一带；建设用地占据5.63 %，面积为92 336.49 hm2，主要呈点状分布于市域范围，其中榆次区建设用地最大；水域的面积和占比分别为7 940.07 hm2和0.48%；未利用土地面积和所占比例最小，仅810.57 hm2和0.05%。

从山水林田湖草要素时间变化看：农田和建设用地面积变化最为显著，农田前期大幅下降，后期平缓中略有降低，比例从31.01%下降至27.70%，再至27.58%；而建设用地则是前期大幅上升，后期平缓上升，占比由2.45%上升为5.36%，继续升至5.63%。林地和草地变化不甚明显，从数值上看，林地从2 000年的28.23 %逐渐缓慢降低至2018年的28.07%；草地则前期由37.84%上升为38.34%，后期又降低到38.19%。

（二）晋中市山水林田湖草土地利用动态度

利用公式（1）计算晋中市山水林田湖草单一土地利用动态度，结果如表1 所示。农田和林地的单一土地利用动态度均为负值，农田缩减更为显著，尤其是2000～2010年，达到-1.07%，林地为缓慢缩减状态；草地呈现出前期扩张、后期缩减的动态变化过程，但总体上是扩张的；水域、建设用地和未利用土地的单一土地利用动态度均为正值，处于扩张态势，其中建设用地扩张态势最为显著，尤其是前期，达到11.90%，主要和同期的城市化进程加快有密切关系，后期在集约内涵式发展理念下，扩张态势得到有效遏制。

表1 晋中市山水林田湖草单一土地利用动态度 单位：%

（三）晋中市山水林田湖草土地利用转移矩阵

通过晋中市土地利用转移矩阵（表2）可得，2000～2010年，晋中市农田和林地类型转出高于转入，而草地、建设用地和水域类型则为转入高于转出，转移面积高于10 000 hm2的转移类型有农田转为建设用地、农田转为草地和草地转为建设用地。具体表现在：（1）农田类型转出面积68 975.16hm2，而转入面积仅为14 615.88 hm2，主要转出类型为建设用地和草地，分别占转出面积的57.94%和37.83%；（2）林地转出面积为7 617.88 hm2，也高于5 709.02 hm2的转入面积，其中转为草地的面积最大，占其转出面积的52.74%；（3）草地转入面积30 941.17 hm2，转入来源主要为农田转入，转出面积22 694.04 hm2，以向建设用地、农田、林地为主；（4）建设用地转入面积52 867.74 hm2，高达转出面积的10.35 倍，农田和草地分别占其转入面积的76%和20%；（5）水域转入面积1 726.40 hm2，略高于转出面积，增加了206.59 hm2。

表2 2000～2010年晋中市土地利用转移矩阵 单位：hm2

通过晋中市土地利用转移矩阵（表3）可得，2010～2018年，晋中市农田、林地、草地均为转出高于转入，建设用地和水域依然是转入高于转出，后期所有转移面积均未高于5 000 hm2，其中农田转为建设用地、建设用地转为农田和草地转为建设用地的转移面积高于2 000 hm2。具体表现在：（1）农田转出面积为5 393.20 hm2，其中78.85 %转为建设用地，转入面积为3 502.64 hm2，故农田减少了 1 890.56 hm2；（2）林地转出面积为 958.21 hm2，转入面积仅为248.63 hm2，故林地减少了709.58 hm2；（3）草地转出面积为3 121.10 hm2，转为建设用地面积最大，为2 200.26 hm2，占转出面积的70.50%，而转入面积仅为612.88 hm2，故草地减少了2 508.22 hm2；（4）建设用地转入面积 7 188.93 hm2，为转出面积2 732.36 hm2的2.63 倍，转入类型仍主要为农田和草地，分别占转入面积的59.00%和31.00%；（5）水域转入面积仅633.92 hm2，但仍略高于转出面积460.41 hm2。

表3 2010～2018年晋中市土地利用转移矩阵 单位：hm2

三、讨论与结论

（一）讨论

近20年来晋中市山水林田湖草面积发生明显变化。农田减少最为突出，而建设用地单一土地利用为显著扩张态势，这与古亚娟［15］对晋中市土地利用变化分析结果相似。其中，农田转为建设用地的面积最大，表明建设用地挤占了大量农田。主要由于晋中市社会经济的快速发展，城镇人口快速增长和建设用地快速扩张［16］，引致农田减少。此外，根据宋彦君［17］对山西省地级市城市建设用地利用效率比较分析发现，晋中市产业发展较为粗放，土地利用集约度不高，加剧农田侵占。“人的命脉在田”，应当提高建设用地集约化程度，减少农田侵占，为社会经济可持续发展提供基础保障。

“田的命脉在水”，需进一步完善水利设施建设，保障生产、生活和生态用水。“水的命脉在山”，晋中市东侧以山地丘陵为主，处于太行山脉的雨影区，降水不足，生态环境较为脆弱，而全市人口密集，又以煤炭重化工业为主，水资源消耗量大。这需要晋中市加强水资源管理，进一步提高水资源保护力度和水资源利用率。与此同时，由于晋中市降水集中，在气候变化背景下，极端气候事件增多，增加了洪涝灾害风险［18］，也对水资源配置管理提出了更大挑战。“山的命脉在土”，一方面，晋中市矿区分布较多，对地表破坏严重，造成大量水土流失［19］，应当在“山水林田湖草”生态保护与修复中加强矿山环境治理恢复［8］；另一方面，农户的耕作方式对水土保持具有重要影响，加强推广水土保持耕作技术和进行政府补贴等，可促进水土保持恢复［20］。“土的命脉在树”，林地和草地是晋中市最主要的两大类型，共占66.26%，是市域“山水林田湖草”的主体部分，其中草地呈现出总体扩张的动态变化过程。农田转为草地数量较大，为26 419.03 hm2，反映出晋中市退耕还林还草工程效果显著，有力促进了林草的保护和修复。

（二）结论

本文基于三个时段遥感影像，采用土地利用动态度和转移矩阵，对晋中市山水林田湖草时空分异进行研究，得出以下结论：

（1）晋中市山水林田湖草系统组成结构以林、草、田为主，2018年三者共占全市面积的93.84%；林、草主要分布在市域中东部山区，农田和建设用地则集中分布在西部汾河谷地一带。

（2）从山水林田湖草要素时间变化看：农田和林地单一土地利用动态度均为负值，表现为缩减态势，尤其是农田大幅减少，面积比例从31.01%下降至27.70%，再至27.58%；建设用地、水域和未利用土地的单一土地利用动态度均为正值，处于扩张态势，其中建设用地扩张态势最为显著，尤其是前期，动态度高达11.90%，主要和同期的城市化进程加快有密切关系，后期在集约内涵式发展理念下，扩张态势得到有效遏制；草地呈现出前期扩张、后期缩减的动态变化过程，但总体上是扩张的。

（3）从土地利用转移矩阵来看：农田转向建设用地、农田转向草地和草地转向建设用地是前期的主要转移类型，转移面积均高于10 000 hm2，后期的所有转移面积均未高于5 000 hm2，其中较为明显的有农田转向建设用地、建设用地转向农田和草地转向建设用地。

因此，运用系统思维开展山水林田湖草一体化保护，提高土地资源综合利用效率，保障各要素协调发展，尤其是注重协调农田、建设用地和林、草等生态用地之间的矛盾，提高建设用地集约利用水平、严格保护基本农田和推进林、草、水等生态用地的建设，是晋中市山水林田湖草协调发展的重点。