常梓煜 李孝坤 李云龙

(重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 401331)

引言

土地是人类赖以生存的资源，是人类生存与发展的物质基础，作为人类对土地资源进行改造最直观的表现形式，土地利用变化在一定程度上表征了土地资源利用方式的变化，以使形成土地利用格局[1]。土地作为自然社会环境的复杂综合体，不仅是当前人地系统的重要组成内容，也是生态文明建设的主要空间结构支架[2]。土地利用是人与自然相互作用最直接的表现形式之一，也是社会经济活动的重要载体[3]，在人类活动与环境变迁相互作用下产生的一种复杂转变，对人类社会经济的发展、生态环境的保护和恢复具有深远影响。土地利用变化是区域生态环境变化的主要驱动力，对国家、区域生态安全产生重要影响。随着全球环境变化研究的不断深入，学术界普遍认为，土地利用变化是引发生态环境变化的重要因素之一，其中土地利用/覆被变化与生态环境之间有着密切且复杂的内在联系，土地利用要素的改变往往会造成各种生态环境问题[4，5]。人类对土地资源的开发和利用会导致地球表面的土地利用和植被覆盖状况在短期内发生极大转变，对当前生态系统的结构和功能带来了一定程度上的影响和改变。

通过对国内外已有文献的阅读、整理与归纳后发现，土地利用研究内容主要集中于土地利用变化时空格局特征、土地利用变化规律、土地利用转型、土地利用驱动力及驱动机制。目前，在土地利用变化的研究对象上看，国内关于土地利用/覆被变化的研究集中于以下3个区域：行政区域，包括国家、省、市、县域等，曹玉昆等[6]基于土地利用遥感数据分析黑龙江省13个市土地利用类型的时空演变特征，李鹏等[7]基于GIS、RS技术分析了鹤壁市1986—2016年土地利用变化的多向性特征，苗议艺[8]基于对临沂市莒南县2010—2015年土地利用演变规律分析得到土地利用转移量、变化幅度，并为模拟预测提供依据；经济区域，包括城市群、经济带、沿海地区等，如陈书林等[9]以长三角地区1985年、1995年、2005年、2015年数据为例，探讨了土地利用变化特征；自然区域，包括海岸带、黄土地区、喀斯特地区等，从研究对象的区位特征上来看，国内外有关土地利用变化的研究区主要发生在土地变化明显、剧烈的重点区域、生态脆弱地区以及生态关键区。虽然目前对于土地利用相关研究已十分成熟，但是对于流域所流经辐射城市、县域的研究仍然较少，研究流域所辐射行政区域的土地利用变化，可以探究流域与土地、土地利用与生态环境与城市规划之间的相互关系。

1 研究区概况，数据与方法

1.1 研究区概况

嘉陵江(四川段)位于N29.3°～34.4°，E102.5°～109°，全长796km，占整个嘉陵江流域的3/5。流域面积近3.58万km2，为总流域面积的1/5。嘉陵江干流自陕西凤县向南与西汉水汇合后流径略阳县、阳平关入川，过广元市，在昭化区接纳白龙江，南流至阆中市，东河自左岸来汇，在南部县和蓬安县接纳，西河至重庆市合川区，渠江、涪江分别在左、右岸汇入，于重庆市朝天门注入长江。四川省内广元市昭化区以上为上游，昭化至重庆市合川区为中游，合川至重庆河口为下游，沿江人烟稠密，工农业发达。流域横跨青藏高原气候、温带季风气候和亚热带季风气候3个气候分区，并同时存在高原、盆地和丘陵。本文研究区大部地形为四川盆地丘陵，北部为大巴——鄂西山地，西部接横断山北部、东部为川东平行岭谷。

研究区共包含10市59区，包括四川省德阳市、绵阳市、广元市、遂宁市、南充市、广安市、巴中市、达州市、资阳市和阿坝藏族自治州。嘉陵江(四川段)所流经区县总人口众多，其中有成渝经济圈的一小部分在内，人口分布很不平衡。东部、南部和中部人口稠密，阿坝藏族羌族自治州人口稀少。流域内经济结构以农业为主，工业支柱产业有石油化工、有色金属机械制造、建筑材料、电子信息、水电、能源、饮料食品等。流域内航运条件较好，是连通长江和西北地区的重要通道，这一黄金水道也为沿江城市的经济发展起到了重要作用。

图1 研究区概况

1.2 数据来源与数据处理

本文使用的土地利用数据年份为2010年、2015年、2020年，来源于武汉大学杨杰团队[10]中国逐年土地覆盖数据集(annual China Land Cover Dataset，CLCD)，总体精度达80%，共有耕地、林地、灌木、草地、水体、雪/冰、荒地、不透水面及湿地8种划分，按照国家土地利用分类方法《土地利用现状分类》(GB/T-2010-2017)将土地利用数据分为6大类。

1.3 研究方法

1.3.1 土地类型变化幅度

式中，T指地类的变化幅度(取平均值)；Ua、Ub分别指研究初期、末期某种地类的面积；N是研究时段的年数。

1.3.2 单一土地利用动态度

单一动态度是指在研究期间内，土地利用类型i从研究初期到研究末期单位面积发生的改变，反映不同用地类型的变化的快慢特征。计算公式：

式中，Ki为研究时段内某一种用地类型的变化率；LUit0和LUit1分别表示研究期内初期和末期某类生态用地土地利用类型i的面积；T为研究时段。动态度的绝对值越大，则表明土地面积增或减的速率越快。

1.3.3 综合土地利用动态度

式中，Lki为研究时段内土地利用变化速率；n为土地利用类型总数；LUi为研究初期第i类土地利用类型面积；ΔLUi-j为研究时段内第i类土地利用类型转换为j(非i)类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时段长度，综合土地利用动态率可以反映土地利用类型变化的剧烈程度。

1.3.4 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵来自于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述[11]。转移矩阵是目前国内外用于定量描述LUCC的特征、方向及结构的有力工具。将土地利用的类型变化转移面积按矩阵形式排列，分析土地利用结构转移方向变化，其作用不仅可以用来反映研究始期与研究末期的土地利用类型结构，同时也可以反映研究时段内各土地利用类型的来源与构成[12]。表达形式：

式中，Sij表示初期的第i种土地利用类型转变为末期的第j种土地利用类型的面积；i、j分别为研究初期与末期的土地利用类型；n为土地利用类型的数目。转移矩阵中，行表示初期的第i种土地利用类型，列表示末期的第j种土地利用类型。

2 结果与分析

2.1 土地利用总体变化分析

基于2010年、2015年和2020年3期土地利用遥感影像数据，空间分辨率30m，通过目视解译获得该研究区内土地利用总体变化类型图，见图2，并对其内容展开分析。从研究区总体地类分布来看，耕地作为主体分布最为广泛，面积最多的类型，分布面积在51950～56000km2、占研究区总面积的45%～55%，而林地逐渐增多；耕地、草地、水域、人工不透水建设及其他未利用土地依次减少，其中林地主要分布在研究区中东部，东部为川东平行岭谷；草地主要分布于若尔盖草原地带，森林-草原的过渡带，沼泽、湿地主要分布在河流周围；水域分布较为集中，以嘉陵江流域为主要干流，包括广元段、南充段等区域以及零星水域，水资源治理和大坝建设使水域面积逐渐扩大；建设用地分布范围较广，主要沿河流分布、空间散点状分布，建设用地面积增加稍快，主要表现在城镇周边用地的扩张。

2.2 不同时期土地利用类型变化分析

从2010—2020年土地利用整体变化的特征来看，见图2、表1，嘉陵江流域(四川段)土地利用类型发生不同程度变化，且各地类变化特征不同。2020年嘉陵江流域(四川段)耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地面积分别为51405.28km2、55980.52km2、15230.80km2、1192.72km2、1573.07km2、628.53km2。主要土地类型为耕地和林地，两者地类之和占超过总地类的80%。从空间变化来看，2010—2020年林地、水域、建设用地面积增加，未利用土地显著增加，耕地、草地面积减少。从程度变化来看，2010—2020年林地所增加的面积绝对数量最大，为4029.25km2，其他未利用土地增加幅度最大，为1.11%；耕地减少面积绝对数量最大，为4537.12km2，同时其减少幅度也最大，为0.08%。

图2 嘉陵江流域(四川段)土地利用空间分布

表1 土地利用结构及面积变化

2.3 土地利用动态度分析

嘉陵江流域(四川段)土地利用的单一动态度如表2所示。由表2可以看出，2010—2020年土地利用整体动态度为2010—2015年(0.083%)>2015—2020年(0.0059%)>2010—2020年(0.0055%)，表明在这10年间，土地流转十分频繁；不同时期草地动态变化度为2010—2020年(-0.27%)>2010—2015年(-0.01%)>2015—2020年(-0.26%)，这一类型动态度变化最小，由于草地大多分布于若尔盖草原，主要从西北向东南急剧递减，表现出较为显著的地理环境差异性，所以其比动态度变化小，其次为水域，不同时期窗口，水域变化较为稳定，说明在2010—2020年该种土地利用类型变不显著；不同时期未利用土地与建设用地动态变化较为明显，其中建设用地2010—2015年显著(3.04%)，呈现出整体增加趋势，2010—2015年变化度较大，2010—2020年变化幅度不大，基础设施趋于完善，建设用地趋向饱和是建设用地变化呈现这一态势的具体原因，未利用土地2015—2020年转化最为频繁(8.88%)，科学技术愈加先进，对沼泽地、裸土地的利用大大提升。

表2 2010—2020年土地利用单一动态度

2.4 土地利用转移分析

基于研究区2010年、2015年、2020年3期土地利用基础数据，采用地理空间分析方法，对2010—2020年土地利用类型转移变化和时空变化进行统计分析研究，以期得到其变化的内在因素和转变结果，具体见表3。2010—2020年，嘉陵江流域(四川段)土地利用类型存在较明显的相互转移；转移面积10467.48km2，耕地、草地减少明显，面积分别为4537.12km2、429.46km2，退耕还林、退耕还草以及撂荒等原因导致耕地面积减少，草地面积减少主要为生态建设措施的落实；林地、建设用地、未利用土地和水域均有增加，分别为4029.25km2、554.44km2、330.97km2、51.91km2，“封山育林、人工造林、退耕还林”等措施，城市化进程带来基础设施需求以及湿地保护工程致使该部分土地类型均有不同程度的增加。

2010—2020年，耕地流出面积最大，转出量为6996.17km2，流出量大于流入量，呈现收缩趋势，主要转移表现为林地、建设用地，转移面积分别为2315.41km2、97.18km2，共占比95.47%，主要由于退耕还林、城市区域景观规划以及土地建设使用。林地在2010—2020年流入面积为6454.41km2，流出面积2425.16km2，流入流出面积较多，但流入量大于流出量，呈现出显著扩张趋势。草地总转移面积731.77km2，所有类型中变化最为剧烈，其中草地转向未利用土地面积为393.59km2，转向林地242.34km2，这是由于生态措施、植被恢复等政策性原因；其主要来源为耕地，由于退耕还草、撂荒等。建设用地流入面积达623.5km2，主要为耕地转出，建设用地是研究时段内转换面积最少的类型。由于城镇化与工业化的推进导致对用地需求量增大，建设用地转换面积最小。未利用地转出面积为86.96km2，转出部分主要为草地和水域，面积分别是68.84km2、16.58km2。

表3 2010—2020年嘉陵江流域(四川段)土地利用类型转移矩阵

3 结论

本研究基于2010年、2015年及2020年3期土地利用数据，对研究区土地覆盖状况和变化特征进行时空统计分析，主要结论如下。

从研究区总体地类分布来看，耕地作为主体分布最为广泛，面积最多的类型，分布面积在51950～56000km2，占研究区总面积的45%～55%。

从空间变化来看，2010—2020年林地、水域、建设用地面积增加，未利用土地显著增加，耕地、草地面积减少。

从程度变化来看，2010—2020年林地所增加的面积绝对数量最大，为4029.25km2；耕地减少面积绝对数量最大，为4537.12km2，同时其减少幅度也最大，为0.08%。

2010—2020年，耕地流出面积最大，转出量为6996.17km2，流出量大于流入量，呈现收缩趋势；林地在2010—2020年流入面积为6454.41km2，流出面积2425.16km2，流入流出面积较多，但流入量大于流出量，呈现出显著扩张趋势；草地总转移面积731.77km2，所有类型中变化最为剧烈。