基于GlobeLand30的都匀市2000—2020年土地利用时空演变分析

李 颖，高长春，陈泓辛，刘 亚，李金花，郭紫微

（黔南民族师范学院旅游与资源环境学院，贵州 都匀 558000）

土地利用/覆被变化（Land Use and Cover Change，简称LUCC）作为全球气候变化和全球环境变化研究关注的重要内容，其不仅对降水量、净初级生产力、碳氮物质排放等造成直接影响，而且会危及食物安全。LUCC 作为公认的影响全球环境变化的两大主要因素之一，其在全球可持续发展研究领域占有十分重要的地位。因此，加强区域LUCC 研究，对了解区域土地利用现状，合理规划利用土地资源，实现区域可持续发展具有重要意义。

国内外学者采用不同数据和分析方法，从多角度对LUCC 进行了大量研究，并取得丰硕的研究成果。GASHAW 等对埃塞俄比亚青尼罗河盆地安达萨流域LUCC 进行评估，并采用CA-Markov 模型预测其2030年和2045年土地利用情况。SAHANA 等对印度宋河流域的土地利用变化格局进行分析，并探讨了土地利用变化对森林破碎化的影响。臧玉珠等以井冈山市为例，对山区县域土地利用格局进行分析，认为其分布具有明显的地形梯度效应。宋小青认为，土地利用形态主要表现在空间变化和功能变化两个方面。王金亮等分析了1990—2000年和2000—2010年三峡库区农林用地变化图谱特征和农林用地变化轨迹。

随着西部大开发战略的实施和《黔中城市群发展规划》的获批，都匀市经济获得较快发展，城镇化进程不断加快，人地矛盾更加突出，因此研究都匀市土地利用时空演变具有重要意义。本文以首批国家新型城镇化综合试点县（市）都匀市为研究区，利用国家基础地理信息中心研发的GlobeLand30 数据（http://www.globallandcover.com），探究都匀市2000—2020年土地利用时空格局演变特征，以期为都匀市土地资源优化配置和可持续发展提供科学参考。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

都匀市位于贵州省南部偏东地区（107°07′E～107°46′E，25°51′N～26°26′N），是黔南布依族苗族自治州首府，是首批国家新型城镇化综合试点县（市）、国家产城融合示范区。都匀市总面积为2 285 km，平均海拔为938 m，地貌以山地、丘陵为主，并有少量盆地，山地、丘陵和盆地面积分别占总面积的82.83%、13.51%和3.66%。都匀市属于亚热带季风气候区，年平均气温为16.1 ℃。2020年，地区生产总值为2 233 883 万元，户籍人口为51.6 万人。

1.2 数据来源与处理

采用国家基础地理信息中心发布的2000年、2010年和2020年三期空间分辨率为30 m 的全球地表覆盖数据（GlobeLand30）。根据第三方验证，2010年的总体精度为83.50%，Kappa 系数为0.78；2020年的总体精度为85.72%，Kappa 系数为0.82。GlobeLand30 数据把土地利用类型分为耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪等十类。都匀市矢量数据来源于全国地理信息资源目录服务系统1∶100 万全国基础地理数据库（https://www.webmap.cn/main.do?method=index）。

数据预处理过程利用都匀市矢量数据对GlobeLand30 进行掩膜提取，获得都匀市2000年、2010年和2020年三期空间分辨率为30 m 的地表覆盖数据。都匀市土地利用类型包括耕地、林地、草地、水体和人造地表等五类。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用变化强度指数

土地利用变化强度指数用于探究某区域内，单位面积上土地利用类型从时期到时期发生的改变。其计算公式为

式中：LTI为土地利用变化强度指数；K、K分别为研究期初和研究期末类土地在区域内的面积；LA为区域面积；为研究时段长度（年）。

1.3.2 土地利用动态度

土地利用动态度用来直观反映土地利用类型变化速度，其包括单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。单一土地利用动态度用来探究某种用地类型在研究时段内的数量变化幅度和速度，不同时段进行对比，可以反映土地利用变化剧烈程度的差异；综合土地利用动态度用来反映研究区全部土地利用类型的总变化速率。其计算公式分别为

式中：和分别为单一土地利用动态度和综合土地利用动态度；U、U分别为研究期初和研究期末某种用地类型的面积；ΔLU为研究期内第种用地类型转变为非类用地类型的绝对数量；LU为研究期初第类用地类型的数量；为地类数量；为研究时段长度（年）。

1.3.3 转移矩阵

转移矩阵用于反映研究区在不同时段内土地利用变化的结构特征以及各用地类型转移的方向，用于直观分析研究区的土地利用变化情况。利用ArcGIS 10.5 软件中的栅格计算器工具对都匀市2000年、2010年和2020年三期土地利用数据进行叠加分析，进而在Excel 软件中制作土地利用转移矩阵，以探究都匀市不同土地利用类型的转移关系。

2 结果与分析

2.1 土地利用面积变化分析

2000—2020年，都匀市土地利用分布如图1所示。经分析，都匀市主要的土地利用类型为林地和耕地；林地面积占比最大，但随着时间的推移，林地面积呈下降趋势，西部林地面积高于东部；耕地面积所占比重为第二位，但随着时间的推移，耕地面积呈上升趋势，都匀市东部耕地面积高于西部；草地主要分布在都匀市西部，其他区域零星分布；水体在都匀市主要呈零星分布；人造地表主要分布在人口集中的中部偏北区域，且在研究时段内人造地表呈逐步增加趋势。

图1 2000—2020年都匀市土地利用分布

由表1可知，2000—2020年，都匀市土地面积绝对变化量的排序为：林地＞耕地＞人造地表＞草地＞水体。2000—2020年，林地面积呈逐渐减少趋势，共减少23 566.68 hm；耕地面积呈逐渐增加趋势，共增加17 913.69 hm；人造地表呈先减少后增加趋势，2000—2010年减少34.47 hm，2010—2020年增加4 435.02 hm，2000—2020年共增加4 400.55 hm；草地面积呈先增加后减少趋势，其在波动中增加858.42 hm；水体面积逐渐增加，共增加394.02 hm。

表1 2000—2020年都匀市各地类所占比例

2.2 土地利用类型转移情况

都匀市2000—2010年、2010—2020年和2000—2020年土地利用转移矩阵分别如表2、表3和表4所示。经分析，都匀市20年间土地利用类型转移频繁，不同土地利用类型间的转移方式较为多样。2000—2010年，耕地的增加主要来自林地、草地的转入，转入面积分别为2 807.82 hm、1 573.47 hm；林地的增加主要来自耕地的转入，转入面积为842.40 hm；草地的增加主要来自耕地、林地的转入，转入面积分别为3 344.04 hm、3 082.50 hm；水体的增加主要来自草地的转入，转入面积为200.16 hm；人造地表的增加主要来自草地、耕地的转入，转入面积分别为87.30 hm、59.67 hm。2010—2020年，耕地的减少主要是因为耕地转为林地、人造地表、草地，面积分别为7 350.66 hm、2 865.42 hm、2 407.23 hm，而耕地的增加主要来自林地和草地的转入，转入面积分别为24 879.60 hm、4 951.89 hm；林地的增加主要来自耕地、草地的转入，转入面积分别为7 350.66 hm、4 810.95 hm；草地的增加主要来自林地、耕地的转入，转入面积分别为4 279.50 hm、2 047.23 hm；水体的增加主要来自林地、耕地的转入，转入面积分别为287.73 hm、169.83 hm；人造地表的增加主要来自耕地、林地的转入，转入面积分别为2 865.42 hm、1 367.73 hm。2000—2020年，减少的耕地主要转为林地，面积为8 220.96 hm，其次为人造地表，面积为2 867.67 hm；减少的林地主要转为耕地，面积为26 704.89 hm，其次为草地，面积为6 870.51 hm；减少的草地主要转为耕地，面积为4 145.58 hm，其次为林地，面积为3 444.66 hm；减少的水体主要转为耕地，面积为155.16 hm，其次为人造地表，面积为78.39 hm；减少的人造地表主要转为耕地，面积为249.93 hm。

表2 都匀市2000—2010年土地利用转移矩阵

表3 都匀市2010—2020年土地利用转移矩阵

表4 都匀市2000—2020年土地利用转移矩阵

2.3 土地利用动态变化分析

都匀市各土地利用类型的土地利用变化强度指数和单一土地利用动态度如表5所示。经计算，2000—2010年综合土地利用动态度为0.274%，2010—2020年综合土地利用动态度为1.175%，2000—2020年综合土地利用动态度为0.626%。

表5 都匀市土地利用动态变化分析结果

2.3.1 土地利用变化强度指数

从土地利用变化强度指数来看，2000—2010年，土地利用变化的主体是林地和草地，林地土地利用变化强度指数为负，说明其面积呈减少趋势，而草地土地利用变化强度指数为正，说明其面积呈增加趋势；耕地、水体和人造地表的土地利用变化强度指数较低，说明在此期间耕地、水体和人造地表的变化强度较弱。2010—2020年，土地利用变化的主体是林地和耕地，林地土地利用变化强度指数为负，说明其面积呈减少趋势，而耕地土地利用变化强度指数为正，说明其面积呈增加趋势；草地、水体和人造地表的土地利用变化强度指数较低，说明在此期间草地、水体和人造地表的变化强度较弱。从第一个时间段到第二个时间段，各种土地利用类型土地利用变化强度指数的绝对值均呈增大趋势，说明随着经济快速发展，城市化进程不断加快，人地矛盾突出，各土地利用类型的变化强度逐渐增大。从整体上看，2000—2020年，土地利用变化的主体是林地和耕地，二者具有较大的变化强度，但林地面积呈减少趋势，而耕地面积呈增加趋势；草地、水体和人造地表的变化强度较弱。

2.3.2 土地利用动态度

分析表5可知，都匀市不同土地利用类型的单一土地利用动态度存在明显差异。2000—2010年，林地和人造地表面积减少，其单一土地利用动态度为负，分别为-0.326%和-0.199%；耕地、草地和水体的面积增加，其单一土地利用动态度为正，分别为0.040%、4.006%和2.809%，草地在此阶段单一土地利用动态度最高，说明其扩张趋势明显。2010—2020年，草地和林地的单一土地利用动态度为负，分别为-2.332%和-1.259%，说明在此期间都匀市草地和林地面积呈缩小趋势；人造地表、水体和耕地的单一土地利用动态度为正，分别为26.112%、5.741%和2.815%，说明人造地表、水体和耕地呈扩张趋势。人造地表的单一土地利用动态度高达26.112%，说明随着都匀市经济的快速发展，城市化进程不断加快，其建设用地面积大幅增加。从整个研究时段看，2000—2020年，林地的单一土地利用动态度为负，为-0.772%，表明其面积呈缩小趋势；人造地表、水体、耕地和草地的单一土地利用动态度为正，分别为12.697%、5.081%、1.434%和0.370%，说明人造地表的扩张趋势最剧烈。

由上文可知，都匀市2000—2010年和2010—2020年两个时间段的综合土地利用动态度分别为0.274%和1.175%，表明2000—2010年都匀市土地利用变化比较平稳，土地利用格局相对稳定，2010—2020年都匀市土地利用变化比较剧烈，综合利用程度升高。

3 结论

本文选取都匀市作为研究区，采用土地利用变化强度指数、单一土地利用动态度、综合土地利用动态度和土地利用转移矩阵等方法，对其2000—2020年土地利用时空演变特征进行分析。研究表明，2000—2020年，都匀市各用地类型面积的排序为：林地＞耕地＞草地＞人造地表＞水体；都匀市各用地类型面积绝对变化量的排序为：林地＞耕地＞人造地表＞草地＞水体。2000—2020年，都匀市土地利用类型转移频繁，不同土地利用类型间的转移方式较为多样。其间，减少的耕地主要转为林地，面积为8 220.96 hm，其次为人造地表，面积为2 867.67 hm；减少的林地主要转为耕地，面积为26 704.89 hm，其次为草地，面积为6 870.51 hm；减少的草地主要转为耕地，面积为4 145.58 hm，其次为林地，面积为3 444.66 hm；减少的水体主要转为耕地，面积为155.16 hm，其次为人造地表，面积为78.39 hm；减少的人造地表主要转为耕地，面积为249.93 hm。

从第一个时间段到第二个时间段，各种土地利用类型土地利用变化强度指数的绝对值均呈增大趋势，说明随着经济快速发展，城市化进程不断加快，人地矛盾突出，各土地利用类型的变化强度逐渐增大。从整体上看，2000—2020年，土地利用变化的主体是林地和耕地，二者具有较大的变化强度，林地面积呈减少趋势，而耕地面积呈增加趋势；草地、水体和人造地表的变化强度较弱。

都匀市不同土地利用类型的单一土地利用动态度存在明显差异。从整个研究时段看，2000—2020年，林地的单一土地利用动态度为负，为-0.772%，表明其面积呈缩小趋势；人造地表、水体、耕地和草地的单一土地利用动态度为正，分别为12.697%、5.081%、1.434%和0.370%，说明人造地表的扩张趋势最剧烈。都匀市2000—2010年和2010—2020年两个时间段的综合土地利用动态度分别为0.274%和1.175%，表明2000—2010年都匀市土地利用变化比较平稳，土地利用格局相对稳定，2010—2020年都匀市土地利用变化比较剧烈，综合利用程度升高。