2000-2020年莒县土地利用变化分析.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:作者简介:庄华(),女,高级经济师,研究方向为测绘与地理信息.通讯作者:高涛(),男,硕士,工程师,研究方向为测绘与地理信息.年年莒莒县县土土地地利利用用变变化化分分析析庄 华,高 涛,王靖伟,张梦虹,姜 鹏,冯中萍,赵 丽(日照市自然资源和规划局,山东 日照 ;山东省煤田地质局第一勘探队,山东 青岛 )摘要:以莒县为研究区,基于 、和 年土地利用数据,运用土地转移矩阵、景观格局分析和地类重心转移等研究方法对地类进行了时空变化分析.结果表明:研究期间耕地、林地、草地面积减少,建设用地和水域面积增加,未利用地变化不大;地类转换主要表现在耕地流向建设用地和水域,林地、草地、水域、建设用地转为耕地;耕地、草地和建设用地重心向东北方向偏移,林地和水域重心向东南偏移,未利用地重心向西北方向偏移;区域整体景观和耕地景观破碎化程度减弱、聚集度增强,林地、草地景观优势度下降、聚集度增强,水域的破碎度增大、景观优势度增强,建设用地在聚集度增强的同时形状变得更加复杂及不规则,未利用地景观格局指数基本未变.研究结果可以为莒县土地规划和生态高质量发展提供数据支持.关键词:重心转移;景观格局;转移矩阵;变化分析;莒县中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:()A n a l y s i so fL a n d s c a p eP a t t e r nC h a n g e s i nJ u x i a nC o u n t yF r o m t o Z h u a n gH u a,G a oT a o,W a n gJ i n g w e i,Z h a n gM e n g h o n g,J i a n gP e n g,F e n gZ h o n g p i n g,Z h a oL i(R i z h a oC i t yB u r e a uo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dP l a n n i n g,R i z h a o,S h a n d o n g ,C h i n a;T h eF i r s tE x p l o r a t i o nT e a mo fS h a n d o n gC o a lG e o l o g yB u r e a u,Q i n g d a o,S h a n d o n g ,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nt h el a n du s ed a t ao f ,a n d i nJ u x i a nC o u n t y,l a n dt r a n s f e rm a t r i x,l a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i sa n dl a n dm a s ss h i f tw e r eu s e dt oa n a l y z et h et e m p o r a la n ds p a t i a lc h a n g e so fl a n dt y p e s T h e r e s u l t ss h o w e dt h a t t h ea r e ao f c u l t i v a t e d l a n d,f o r e s t l a n da n dg r a s s l a n dd e c r e a s e d;t h ea r e ao f c o n s t r u c t i o n l a n da n dw a t e r a r e a i n c r e a s e d,a n d t h eu n u s e d l a n dc h a n g e d l i t t l e L a n d t y p e c o n v e r s i o n i sm a i n l ym a n i f e s t e di nt h ef l o wo fc u l t i v a t e dl a n dt oc o n s t r u c t i o nl a n da n dw a t e ra r e a,w o o d l a n d,g r a s s l a n d,w a t e ra r e aa n dc o n s t r u c t i o n l a n d i n t oc u l t i v a t e d l a n d T h e c e n t e ro f g r a v i t yo f c u l t i v a t e d l a n d,g r a s s l a n da n dc o n s t r u c t i o n l a n ds h i f t e d t o t h en o r t h e a s t;t h e c e n t e ro f g r a v i t yo fw o o d l a n da n dw a t e r a r e as h i f t e dt ot h e s o u t h e a s t,a n d t h e c e n t e ro f g r a v i t yo fu n u s e d l a n ds h i f t e d t o t h en o r t h w e s t T h e f r a g m e n t a t i o nd e g r e eo f t h eo v e r a l l l a n d s c a p ea n dc u l t i v a t e d l a n dd e c r e a s e da n dt h ea g g r e g a t i o nd e g r e e i n c r e a s e d;t h ed o m i n a n c ed e g r e eo ff o r e s tl a n da n dg r a s s l a n dd e c r e a s e da n dt h ea g g r e g a t i o nd e g r e ei n c r e a s e d;t h ef r a g m e n t a t i o nd e g r e eo fw a t e ra r e a i n c r e a s e da n dt h e l a n d s c a p ed o m i n a n c ed e g r e e i n c r e a s e d;t h es h a p eo fc o n s t r u c t i o nl a n db e c a m em o r e c o m p l e xa n d i r r e g u l a rw h i l e t h e a g g r e g a t i o nd e g r e e i n c r e a s e d;a n d t h eu n i n t e r e s t l a n d s c a p ep a t t e r n i n d e xb a s i c a l l y r e m a i n e du n c h a n g e d T h e r e s e a r c hr e s u l t s c a np r o v i d ed a t a s u p p o r t f o r J u x i a nl a n dp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t,e c o l o g i c a l p r o t e c t i o na n dq u a l i t yd e v e l o p m e n t K e yw o r d s:c e n t e r o f g r a v i t ys h i f t;l a n d s c a p ep a t t e r n;m a t r i xo f t r a n s i t i o n;c h a n g e a n a l y s i s;J u x i a nC o u n t y庄华,等:年莒县土地利用变化分析地理与规划 引言土地是人类赖以生存的自然资源,土地利用变化对维持和改善区域生态平衡,实现经济与环境协调绿色发展具有重要的意义.在我国经济快速发展、人民生活水平显著提高的同时,对土地的开发程度也进一步加强,深刻影响着区域土地格局分布.年全球土地计划正式启动,土地利用变化监测逐渐成为研究热点.目前我国不同尺度、不同时间跨度的土地利用变化研究成果丰硕,昆比克巴合吐尔汗等基于于田县 年土地利用数据,运用土地利用动态度及转移矩阵探究区域 年间地类变化特征.刘闽祚等分析了崂山区 年间土地转移和景观格局变化特征,并对生态风险进行分析.赖小霞等基于南昌市 年期土地利用数据,揭示了土地利用变化特征及驱动因素影响.马才学等基于武汉市 年期土地利用数据,使用转移矩阵、土地利用面积变化图等方法探究区域土地利用时空变化特征.李广英等基于 年期解译数据,采用动态度指数、转移矩阵和土地利用程度等研究方法,揭示了青海省各地类变化迁移特征.王诗琪等采取转移矩阵、景观格局分析等研究方法,揭示了巢湖流域 年土地利用与景观格局时空演变特征.莒县区位优势明显,地处胶东经济圈、连接鲁南经济圈,是“一带一路”重要节点.在自然环境和经济的双重影响下,莒县土地利用发生改变,但相关研究较少.基于此,本文以莒县为研究对象,基于 年土地利用数据,运用土地转移矩阵、景观格局分析和地类重心转移等研究方法对地类时空变化进行分析,以期为莒县土地规划和生态高质量发展提供数据支持.研究区域与数据来源 研究区域莒县地处山东省东南部,位于 N,E,面积约 k m;地势北高南低,四周环山,中间丘陵、平原、洼地交接.气候属于温带季风气候,四季分明,多年年均降雨量为 mm,年均气温 .年全县现居人口约 万人,G D P达 亿元,其中第一产业值为 亿元,第二产业值 亿元,第三产业值 亿元.数据来源与处理研究区域所使用的 、和 年莒县土地利用数据来自于中国科学院资源环境数据中心,数据分辨率为 m m,利用E NV I混淆矩阵计算期数据,精度均在 以上,符合研究精度要求.根据研究需求,将土地类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地类.研究方法 土地利用时空变化分析土地利用转移矩阵能直观地揭示地类间的相互转换,基于莒县 、和 年土地利用数据,利用A r c G I S强大的空间分析功能,得到 年土地利用转移矩阵,以期探究土地转移方向.土地利用转移矩阵如下:Ai jA AnAnAn n()式()中的A为面积;n为土地利用类型种类数;i、j为变化前后土地利用类型.重心模型分析重心转移分析可以诠释土地利用类型时空演变过程,重心坐标一般以经纬度表示.其计算公式如下:Xtni(Ct iXi)/niCt i()Ytni(Ct iYi)/niCt i()式()、()中Xt、Yt分别表示第t年某景观类型分布重心的经纬度坐标;Xi、Yi分别表示某景观类型第i个斑块重心的经纬度坐标;Ct i表示第t某景观类型第i个斑块的面积.景观格局指数结合莒县景观格局实际情况,选取斑块数量(N P)、板块密度(P D)、最大斑块指数(L P I)、景观形状指数(L S I)、聚集度指数(A I)和均匀度指数(S HE I)个指标表征景观的空间位置、形状及数量等特征.结果与分析 莒县景观格局 土地利用变化分析从表可以得出,研究区间内各土地类型发生不同程度的 改变.年耕 地 面 积 为 k m,占比为 ;建设用地和草地面积相当,面积分别为 k m和 k m,面积占比分别为 和 ;林地和水域面积分别为 k m和 k m,占比分别为 和 ;未利用面积较小为 k m,占比仅为 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期 .到 年耕地面积为 k m,占比变为 ;建设用地面积增至 k m,占比达 ;林地、草地、水域、未利用地分别占比为 、和 .莒县 年间土地类型变化主要表现在,耕地面积减少,研究期间面积减少 k m;建设用地面积增加 k m,主要发生在 年,占比增加近一倍;草地面积减少 k m,基本发生在 年,年减少量仅为 k m;林 地 面 积 减 少 k m,均 发 生 在 年;水域和未利用地面积波动量较小,面积分别为 k m和 k m.表 年莒县地类及面积地类耕地林地草地水域建设用地未利用地 年面积/k m 占比/年面积/k m 占比/年面积/k m 占比/地类矩阵转移分析从表中可以看出:年,耕地主要流向 建 设 用 地 和 水 域 面 积 分 别 为 和 k m,两者占比分别为 和 ;林地、草地、水域、建设用地和未利用地主要转移方向均 是 耕 地,面 积 分 别 为 、和 k m,占比分别为 、和 .同 年相比,年土地利用变化趋于稳定,相对较大的转换发生在耕地转为建设用地 k m、耕地转 为 水 域 k m和 建 设 用 地 转 为 耕地 k m.综上,莒县 年间的土地类型间的转换主要表现为,耕地流向建设用地和水域,同时林地、草地、水域和建设用地也是耕地增长的主要来源.耕地转为建设用地主要原因为经济高速发展以及人口增长带来的压力,耕地流向水域主要原因为莒县充分发挥自身渔业行业和库区的优势,引导渔业发展破解脱贫难题;林地、草地、水域转为耕地主要因为人口压力以及农田保护政策的影响,建设用地转为耕地,主要受增减挂钩政策影响,表现为将“空心”村庄和粗放利用建设用地转化为农用耕地,改善村民居住环境的同时提高了耕地质量,实现土地的节约集约利用.表 年莒县土地利用转移矩阵k m研究区间地类耕地林地草地水域建设用地未利用地 年耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 年耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 各地类重心转移分析从表中可以看出 年间各地类重心均发生不同程度的变化,耕地重心总体向东北方向偏移,距离为 k m,其中前 年重心向东北偏移了 k m,后 年重心向西北方向偏移 k m;林地重心向东南偏移 k m,主要的重心偏移发生在前 年向东南方向偏移 m,后 年偏移量较小仅向西南偏移 k m;草地重心总体向东北偏移 k m,前 后 两 阶 段 分 别 向 东 北 偏 移 k m和向东南偏移 k m;水域重心偏移方向均是东南,总体偏移 k m,偏移主要发生在前 年距离为 k m,后 年仅偏移 k m;建设用地偏移方向始终为东北距离为 k m,前后 年的偏移距离分别为 k m和 k m;未利用地重心偏移基本发生在前 年,向西北方向偏移 k m,后 年重心基本未发生改变.庄华,等:年莒县土地利用变化分析地理与规划表 年莒县各景观类型重心偏移k m地类年份X坐标Y坐标偏移距离偏移方向耕地 东北 西北 东北林地 东南 西南 东南草地 东北 东南 东北水域 东南 东南 东南建设用地 东北 东北 东北未利用地 西北 东南 西北 景观格局指数分析从表中可以看出,年莒县景观斑块数、斑块密度、景观形状指数和最大斑块指数均出现不同程度降低,分别减少 、和 ,均匀度指数略有上升,增加 .表明莒县整体景观破碎化程度减弱,整体趋于聚集.表 年莒县景观格局指数年份N PP D/L S IL P IS HE I 从表可以得出,年间各地类景观格局均发生不同程度变化.耕地的斑块数量、景观形状指数和最 大 斑 块 指 数 分 别 下 降 、和 ,聚集度指数增加 ,说明耕地景观破碎程度减弱、聚集程度增强;林地的斑块数量、斑块密度和最大斑块指数分别下降 、和 ,景 观形状指数 和聚集度 指数分别上 升 和 ,说明林地在景观优势度下降的同时聚集程度得到加强;草地的斑块数量、斑块密度和最 大 斑 块 指 数 分 别 下 降 、和 ,观 形 状 指 数 和 聚 集 度 指 数 分 别 上 升 和 ,说明草地的景观优势度降低但破碎程度减弱;水域的斑块数量、斑块密度和景观形状指数分别上升 、和 ,最大斑块指数和聚集度指数变化很小,说明随着渔业的发展,水域的破碎程度增大、景观优势度增强;建设用地斑块数量 和斑块密 度 分 别 下 降 和 ,景观形状指数、最大斑块指数和聚集度指数均出现不同程度上升,尤其是景观形状指数增加 ,说明建设用地在聚集度增强的同时形状变得更加复杂及不规则;未利用地面积极小,景观格局指数基本未变.表 年莒县各地类景观指数年份地类N PP D/L S IL P IA I 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 耕地 林地 草地 水域 建设用地 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期续表年份地类N PP D/L S IL P IA I未利用地 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 结论本文以莒县 年期土地利用数据为基础,通过转移矩阵、景观格局指数和重心转移法,分析莒县土地利用时空变化和景观格局演变.结果表明:()年莒县各景观格局发生不同程度的改变,耕地、林地、草地面积分别减少 、和 k m,建设用地和水域分别增加 和 k m.()年地类间的转变主要集中在耕地主转为建设用地和水域,以及林地、草地、水域、建设用地流向耕地.()年间耕地重心向东北方 向偏移 k m,林地重心向东南偏移 k m,草地重心向东北偏移 k m,水域重心向东南偏移 k m,建设用地向东北偏移 k m,未利用地重心向西北方向偏移 k m.()莒县整体景观和耕地景观破碎化程度减弱、聚集程度增强,林地、草地景观优势度下降、聚集度增强,水域的破碎程度增大、景观优势度增强,建设用地在聚集度增强的同时形状变得更加复杂及不规则,未利用地景观格局指数基本未变.参考文献:张姣姣,胡和兵,姜志豪平天湖流域土地利用空间异质性特征分析J池州学院学报,():贲薛晨,余成苏州近 年土地利用与景观格局演变特征分析J苏州科技大学学报(自然科学版),():刘冰,王靖伟,吴福荣,等黄河三角洲景观格局变化及生态风险评价J山东国土资源,():刘卫林,何昊,朱圣男,等 年江西省土地利用迁移变化分析及驱 动机制研究J水 土 保 持 研 究,():刘纪远,宁佳,匡文慧,等 年中国土地利用变化的时空格局与新特征J地理学报,():满苏尔沙比提,玉苏甫买买提,娜斯曼那斯尔丁 年新疆于田绿洲土地利用/覆被时空变化特征分析J冰川冻土,():王民忠全球土地研究计划:中国应走在前 北京大学土地科学中心主任蔡运龙访谈录J中国土地,():史培军,陈晋,潘耀忠深圳市土地利用变化机制分析J地理学报,():刘纪远,匡文慧,张增祥,等 世纪 年代末以来中国土地利用变化的基本特征 与空间格局 J地 理 学 报,():肖磊,孙贵艳基于土地利用变化的重庆碳排放时空格局研究J国土与自然资源研究,():昆比克巴合吐尔汗,居麦尼亚孜赛迪艾合麦提,满苏尔沙比提,等新疆于田县 a土地利用和覆被变化及预测J东北林业大学学报,():刘闽祚,李广雪,邢吕阳,等青岛市崂山区土地利用变化和景观风险分析J中国海洋大学学报(自然科学版),():赖小霞,温家洪南昌市土地利用变化及其驱动因素分析J地理空间信息,():马才学,孟芬,赵利利 年武汉市土地利用时空变化及其政策驱动因素分析J水土保持研究,():李广英,李红颖,王凌青,等青海省土地利用变化及其社会经济驱动因素分析J草业科学,():王诗琪,周振宏,刘东义,等基于土地利用变化的巢湖流域景观格局变化研究J延边大学农学学报,():庄乾菊做强产业集群的莒县路径分析J中国商论,():刘冰,王海明,吴明阳,等曹县黄河故道国家湿地公园整合优化后景观格局变化J甘肃林业科技,():魏静,刘丽丽,王红云,等 年太行山区土地利用景观格局时空变化J中国生态农业学报(中英文),():吴明阳,吴福荣,陈慧,等黄河流域林地景观格局变化J绿色科技,():(上接第 页)陆晓梅,张鑫,高淑春森林养生旅游开发潜力评价研究J林业经济问题,():,莫强光广西体育旅游示范县体育与旅游产业耦合协调水平测度及推进策略研究D桂林:广西师范大学,郭萌,王怡陕南地区茶主题农旅小镇发展战略研究 以商南富水茶坊小镇为例J东北农业科学,():,张莹,王式功,贾旭伟等华北地区冬半年空气污染天气客观 分 型 研 究 J环 境 科 学 学 报,():杨慧萍山西孟母养生健康城的康养旅游产品提升研究D桂林:广西师范大学,