松花江流域土地利用动态变化——以2005—2020年为例

祝悦 刘家福 张柏豪 孔祥力 张震禹 文思懿

(吉林师范大学地理科学与旅游学院，吉林 四平 136000)

合理利用土地资源对生态环境的保护至关重要，因此研究土地利用变化一直是热点问题之一[1]。土地利用变化与类型转变可以反映人地关系，是人类对土地资源利用与改造的最直观体现[2]。近年来，越来越多的学者在土地利用深度和广度上进行研究，鞠琴等基于1980—2018年土地利用数据，分析土地整体演变趋势，并用CA-Markov模型预测2025年土地情况[3]；田港陆以1995—2020年延安市土地利用数据为基础，分析土地利用动态变化[4]；陈伊多等研究2000—2020年西藏自治区的土地变化动态度、转化趋势等[5]。本文以松花江流域为研究区，通过土地利用转移矩阵和土地动态度对松花江流域2005—2020年土地利用动态变化进行分析。

1 研究区概况

松花江流域(N41°42′～51°38′，E119°52′～132°31′)地处中国东北的北部地区，是中国七大河之一[6]，流域内有内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁4个省份，总流域面积为55.72×104km2，松花江流域是我国重要的粮食和工业基地，农业和工业在国民经济中有重要地位，其中三面都为山系，中部为松嫩平原[7]。研究区概况如图1所示。

图1 研究区概况

2 研究方法与数据

2.1 数据来源与处理

本研究土地利用数据下载自中国科学院资源环境科学与数据中心，分辨率为1km的栅格数据，选择2005年、2010年、2015年和2020年4期数据，按照《土地利用分类现状》(GB/T 21010-2017)划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用土地6个地类[8]。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用转移矩阵

利用ArcGIS软件得出土地利用转移矩阵，土地利用转移矩阵可以展示不同地类之间的转变、流量和流向[9]。

2.2.2 土地利用动态度

根据公式计算松花江流域2005—2020年土地利用动态度[10]，计算公式：

(1)

式中，T表示整个研究周期；K表示在T时期内某种地类的动态度；Ua、Ub分别为研究初期和末期某种土地利用类型的占比面积[11]。

区域土地利用类型的综合变化程度可以用土地利用综合动态度表示，其值越高，表示研究期间内土地利用变化越强烈，反之则越稳定[12]，公式：

(2)

式中，LC表示综合土地利用类型动态度；LUi表示研究初期第i类土地类型的面积；ΔLUi-j表示研究期间内i类土地利用类型转为非i类的面积；T表示整个研究周期[13]。

3 结果与分析

3.1 土地利用时空动态变化特征

利用ArcGIS软件对土地利用数据处理，得到2005—2020年松花江流域土地利用图。由图2可知，松花江流域耕地主要位于松嫩平原的中部；林地主要分布在西部和东部地区；草地面积先上升后下降，共减少6747.85km2，零星分布于中部以及西南部地区；水域面积先增加后减少，多集中于松花江干流以及支流地区；建设用地面积共增加了2564.34km2。

图2 松花江土地利用图

对2005—2020年的松花江流域做土地利用面积转移矩阵，见表1，土地利用转移矩阵可以看出各种地类的转入、转出情况[14]。由表1可知，2005—2020年松花江流域土地利用面积转移矩阵中，耕地的转出面积为40840.83km2，其中转出为林地的面积最大，占转出面积的38.42%，转入面积为48929.96km2，转入的主要来源是林地和草地；林地转出面积为36747.57km2，转出大部分变为耕地和草地，转入面积为33267.42km2，转入的大部分来自耕地；草地的转出面积大于转入面积，其中转出面积为29404.22km2，转出的大部分变为耕地和林地，转入面积为22734.65km2，其中转入的主要来源为耕地和林地；水域的转出面积为8855.2km2，转入面积为4976.05km2；建设用地的转入面积大于转出面积，表明城市化的进程不断加快；未利用土地的转出面积为17643.93km2，转入面积为21015.42km2，转入面积大于转出面积。

表1 2005—2020年松花江流域土地利用面积转移矩阵

3.2 土地利用动态度变化

土地动态度计算结果为正值说明这种土地类型在研究期间是增长趋势；为负值则为下降趋势；该值绝对值越大，代表动态度越大[15]。由表2可知，松花江流域2005—2010年变化较明显的为水域和建设用地，这是由于随着经济的发展，松花江流域内修建大量基础设施，周边的林地和草地会被侵占，所以有减少趋势。松花江流域2010—2015年内建设用地的动态度最大，证明经济的快速发展，建筑用地面积快速增长。松花江流域2005—2020年耕地、建设用地和未利用土地为增加趋势，说明人类在开发利用土地。

表2 松花江流域土地利用单一动态度

由表3可知，2005—2020年松花江流域综合土地利用动态度为0.153%，从2005—2020年综合土地动态度不断增加，代表在这期间土地利用变化越强烈。其中，2015—2020年的综合土地利用程度最大，2005—2010年的综合土地利用程度最低，表明随着经济的发展人类对土地利用变化的剧烈程度越来越大。在利用土地资源的同时，要注意土地资源优化，保持人与自然和谐相处。

表3 2005—2020年松花江流域综合土地利用动态度

4 结论与讨论

4.1 结论

松花江流域耕地主要位于松嫩平原的中部，耕地转入面积大于转出面积，其中转入主要来源是林地和草地；林地面积是6个地类中面积最大的类型，主要分布在西部和东部地区，林地大部分转出变为耕地和草地；草地零星分布于中部以及西南部地区；水域多集中于松花江干流以及支流地区；建设用地转入大于转出面积，证明城市化进程加快，2005—2020年建设用地面积共增加了2564.34km2。

松花江流域2005—2020年各类土地动态度绝对值最小为林地，证明林地的变化最小，其中耕地、建设用地和未利用土地为增加趋势，说明人类在开发利用土地。2005—2020年综合土地动态度持续增加，表明松花江流域的土地利用程度在不断增加。

4.2 讨论

本文利用2005—2020年松花江流域土地利用数据，计算土地利用转移矩阵和土地利用动态度来研究土地的变化。总体而言，林地作为面积最大的地类且在这期间变化程度最小，代表松花江流域比较重视林地的建设，随着松花江流域的不断发展，耕地、建设用地和未利用土地面积为增加趋势，在发展经济的同时要注意松花江流域生态环境不被破坏。在未来要把研究重点放在土地利用变化影响因素和区域环境承载力等方面，能更清晰地探讨人地关系，有利于土地资源合理利用，对松花江流域可持续发展具有重要意义。