彭其龙，刘嘉顺，陈哲夫,陈端吕

(1.湖南省娄底市森林资源监测中心，湖南 娄底 417000;2.湖南文理学院, 湖南 常德 415000)

1 引言

土地利用动态变化是属于全球环境变化重要的组成部分之一,利用GIS技术对其进行研究已经成为了全球变化研究的前沿和热点之一。目前，中国在经济、政治、文化等方面取得了非凡的成就，人民的生产生活方式发生了巨大的改变，城市化率显著地提升、城市化水平大大进步。随着城市工业、住宅等建设用地规模的扩大，城市化不断向外扩张，城市附近郊区的土地价格上涨，农业用地逐渐转化为了工业用地，土地利用方式发生了巨大的改变，对经济发展也产生了一定影响[1，2]。

目前，我国在LUCC方面进行了大量的调研并开展了一系列研究，研究项目的重点主要放在了以下的两类地区：一类是“热点地区”，即人为因素对环境所造成的影响超过自然因素，如北京、上海、广州等东部发达的地区；二类是“脆弱地区”，环境的变化主要受制于自然因素，或者是生态环境遭到破坏很难恢复的地区，“脆弱”地区指的是面积大的、范围广的交错地域如农林交错带、农牧交错带以及农鱼交错带等敏感的交错地区，尤其是在西藏、新疆、青海等地区的西部自然环境恶劣地区内。同时，在利用遥感影像监测分析土地利用与土地覆被变化、数据库建设、变化驱动力研究、土地利用与土地覆被变化建模等方向也取得了许多的成果[3～5]。近年来，随着经济的发展，土地利用格局也在发生相应的改变。通过GIS技术对常德市的土地利用类型的现状、变化状况以及驱动力机制进行研究与分析，以期为研究和预测常德市土地利用变化提供理论和方法论的支持，推动常德市的土地利用朝着合理有效的方向发展，从而推动常德市可持续发展。

2 研究区概况

常德位于110°～112°17′52″E ,28°24′31″～30°07′53″N，地处湖南省西北部，是长江以南著名的“鱼米之乡”。地形以平原、山脉和丘陵为主。地势西北高东南低。它是处于北亚热带和亚热带地区的一个过渡地带。热量比较丰富，年平均气温在16.7 ℃，夏季气温较高，受东南季风的影响，降水较多，雨热同期；冬季温暖，受到了寒冷干燥的冬季风影响，降水较少，四季比较分明。由于地形的影响，该地区的气候呈非地带性规律。常德市下辖6个县和2个区，以及代管了1个县级市。

3 研究方法

3.1 土地利用动态度研究分析

土地使用动态度能够对该地区的土地利用变化速率进行量化分析。在对比不同的区域使用情况下，对今后的土地使用变化的趋势做出了积极的贡献[6]。它是包含了单一土地利用类型动态度和综合土地利用动态度这两种分析类型，能够从多个角度对研究区某一特定时段的土地使用类型运用数学方法进行量化。

3.1.1 单一土地利用动态度

单个用地类型的动态度是指特定时期内某个地区的土地使用类型的变化[7,8]，计算公式为：

(1)

式(1)中，LC是研究期间土地利用类型的动态程度；Ua是指一种特定的土地使用方式在研究期之初的数目(个数)；Ub是对某一特定用地的期末使用数量的调查(个数)；T为研究时段长(年时/日时)，如果T的时间段设置为年时，那LC就表示研究区域内某一土地利用类型的年变化率[9](%)。

3.1.2 综合土地利用动态度

区域土地综合利用动态水平也能反映出该地区的土地使用变动速率[10～12]，计算公式为：

(2)

式(2)中，LUi为监测开始时第类土地利用类型面积(m2)；▷LUi为监测时间内由第i类土地利用类型转为非i类土地利用面积的绝对值(m2)；T是监控周期的长度(年时/日时)。如果T时间段设置为年时，LC就是研究区域土地利用的年变化率(%)。

3.2 基于GIS技术进行土地矩阵分析

土地利用动态度可量化表述出研究区用地变化的速率，并从不同方面对某一特定时段的土地利用类型的变化程度进行量化[13]。然而，它无法代表每种土地利用类型之间相互转换的关系，但是土地利用转移矩阵却可以定量地表示各种土地利用类型之间的关系，这将有助于了解土地发展变化的趋向，为了更深入的土地利用和规划预测提供依据。叠置分析是GIS空间分析的重要组成部分，也是研究土地利用动态变化的重要方法。通过数据整理，数据融合，叠加分析形成矩阵转移。转移矩阵(表1)不仅反映了变化开始和结束时土地利用类型的结构，还反映了研究期间各种类型之间的转移变化，以及研究期间结束时各种类型的来源和构成[13,14]。

表1 土地利用矩阵

4 结果与分析

4.1 常德土地利用现状分析

基于GIS技术进行数据分析，分类整理得到常德市2013年各土地利用类型的数据及土地利用结构图(图1)。

由图1和土地利用类型数据可知，常德市土地利用类型是以林地和耕地为主，分别占了全市土地总面积的39.46%和36.98%。其余为建设用地、未利用地、水域和草地，分别占总用地面积的9.84%、8.75%、4.95%和0.02%。

4.2 常德市土地利用变化分析

4.2.1 常德市土地利用的数量和空间结构变化分析

土地利用类型的数目变化反映在了不同土地类型总面积的变化数据上。通过用GIS和统计分析方法解析了土地利用类型整体变化的具体情况，就可以把握土地利用变化的总体趋势以及其结构变化特征。本文对4个时期的土地利用图形数据进行统计分析，得出2000～2013年常德市土地利用年变化率表(表2)和空间格局图(图2)。

图1 2013年常德市土地利用类型面积百分比

表2 2000～2013年常德市土地利用年变化率

根据图2和表2的数据，在2000～2013年的这13年间里，林地、水域、建设用地和草地面积扩张了，而耕地和未利用地面积缩小了。2000年土地利用类型结构为：林地>耕地>未利用地>建设用地>水域>草地；2005～2013年常德市土地利用结构为：林地>耕地>建设用地>未利用地>水域>草地。由此得知常德市土地利用结构变化不是很明显，最主要的是未利用地的减少和建设用地规模的扩大，从而使得土地利用结构发生了变化。

图2 2000～2013年常德市土地利用空间格局

结合表2可以得知，建设用地是该市从2000～2013年面积增长最多的土地利用类型，由2000年占土地总面积7.47%到9.84%，建设用地面积增加了43187.4 hm2，年变化率也较大。新增长面积的主要来源是占用了未利用土地和林地；建设用地的扩张在一定程度上体现了这一时期常德市城市化和经济发展的加速。林地的占地面积由2000年占地面积38.71%到39.46%，已超过了耕地面积，成为常德市最主要的土地利用类型，林地所占的土地面积说明常德市对林业的重视，并在经济发展过程中，新增了一定的林业工程。未利用地年变化率为-3.1%，减小幅度较大，面积减少了102186.83 hm2，占该市土地总面积的5.62%，是所有土地利用类型中面积收缩幅度最大的土地利用类型。说明该市为追求更高的经济效益，大力开发未利用地，使其为经济建设发展服务。耕地年变化率为小于零，则表明了耕地面积在不断下降。从2000～2013年，耕地面积由686811.57 hm2减少到了672564.31 hm2，总共减少了14247.26 hm2，年变化率为-3.1%，平均每年减少1095.94 hm2。水域的年变化率为14.87%，在所有土地利用类型的年变化率中最大，并明显的大于其他的土地类型，涨动幅度是最大的。

4.2.2 常德市土地利用的动态变化分析

由图3和表3可以看出：在研究的4个时期，常德市单个土地利用动态度的土地利用变化速度是不同的。其中，2000～2005年和2000～2013年的动态度变化曲线基本相同的，波动较大，说明这两个时期土地变化速度波动较大。而2005～2010年和2010～2013年动态度变化曲线基本一致，比较平缓，说明在研究期的后期，土地变化速度相对平稳一些，动态度小，变化速度也小。水域单一动态度为38.662%，变化速度是快于其他土地利用类型的。草地单一动态度也是较大的，达到了8.912%。未利用地和建设用地的年变化率也较大，动态度分别达到了-7.820%和6.357%；耕地和林地的年变化率较小，分别为-0.415%和0.393%。从图4和表3可以看出，从2000～2013年，常德市土地综合利用动态度呈下降的走向，其中，由2000～2005年这一时期到2005～2010年这一时期动态度迅速减少，2005～2010时期到2010～2013年时间段减少曲线基本平稳，说明土地变化速度比较平稳。2000～2005年，常德市土地利用类型变化是较快的，土地利用综合动态度为6%。而在2005～2010、2010～2013年间其速度变化较慢，分别为0.4198%和0.4196%。

表3 2000～2013年常德市土地利用动态度

图3 2000～2013年常德市单一土地利用动态度/%

图4 2000～2013年常德市综合土地利用动态度

3.2.3 常德市土地利用矩阵分析

由表4、表5可知：草地主要转化为建设用地，转移概率达0.7196，而草地的补充来源只有林地。建设用地主要是转化为了耕地、水域和未利用地，转移概率依次是0.0558、0.0231和0.0091，转移面积分别为629.41、261.01和101.46 hm2，为未利用地的重要补充来源。而建设用地的主要补充来源为耕地和林地。耕地主要转化为水域和建设用地，转移概率分别为0.029和0.0221，转移面积分别为4335.81和3210.02 hm2，而耕地的补充来源主要为水域、建设用地和林地。林地主要转化为建设用地，转化面积为1623.62 hm2，其次是耕地和水域，转化面积分别为248.39和122.257 hm2，林地补充的主要来源是水域和耕地，说明该市退耕还林取得了一定成效。水域主要转化的土地利用类型是耕地，转移面积1953.94 hm2，其次则是建设用地和林地、未利用地主要转化为水域，转移概率0.8883，转移面积为83.68 hm2。水域的主要补充来源是耕地、林地和建设用地。通过各土地转移面积可以得出常德市各土地利用类型之间面积转化的大致情况为耕地>林地>水域>建设用地>未利用地>草地。

5 结论

本次研究以常德市为研究区域,利用GIS技术，通过空间分析和数据统计分析的方式，直观准确地得出了2000～2013年常德市土地利用动态变化规律。在此期间，常德市土地利用是以林地和耕地为主的，但土地利用的空间格局发生了一定程度上的变化，具体的表现为林地、草地、建设用地和水域面积的扩大，以及耕地和未利用地面积的缩减；土地利用区域差异是先增大后减小的，基本保持在0.68左右；土地利用类型之间的面积转换为耕地>林地>水域>建设用地>未利用地>草地；水域单一动态度为0.38622，远大于其他的土地利用类型，土地综合利用动态度呈下降趋向。

表4 2000～2013年常德市土地利用转移矩阵

表5 2000～2013年常德市土地利用转移矩阵概率

本文仅对常德市做了整体的研究工作。如果由县、区、镇等较小的单位进行研究和分析，结果可能更准确、更合理，从而更好地指导土地利用政策。本文只是分析了土地的动态变化，但没有涉及对动态变化的原因分析。期望以后进行更加深入的研究。