晋东南经济区土地利用空间格局变化分析

【摘 要】 本文在介绍了研究区概况和研究模型的基础上，以晋东南经济区2000年和2010年的TM影像遥感解译结果为基础，利用马尔科夫转移矩阵指数模型对其土地利用空间格局进行分析和研究，同时结合土地利用空间变化的涨势图和减势图两种空间表达方式对研究区土地利用变化的分布、流转方向以及相关细节进行描述。得出的结论是：研究区耕地面积的减少主要是由于建设用地增长速度较快的原因造成的。

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【关键词】 土地利用；覆被变化；空间格局；晋东南经济区

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近年来，随着国家建设中原经济区战略决策的实施，作为中原经济区重要组成部分的晋东南经济区人口经济和产业发展都得到了前所未有的提升，对土地的需求也日趋明显，［1］土地利用类型和结构与数量都发生了较为剧烈的变化，而区内地势相对平坦的河谷盆地，由于开发历史、人口规模及国家政策的影响，会表现出更明显的对土地的依赖，由此造成了研究区土地供需矛盾的加剧。［2］本文以晋东南经济区2000年和2010年的TM影像遥感解译结果为基础，利用马尔科夫转移矩阵指数模型对其土地利用空间格局进行分析和研究，为研究区土地资源可持续利用提供决策参考，并进一步促进研究区资源环境与人口经济可持续发展。

一、研究区概况

晋东南经济区古称“上党”地区，由多个盆地和围绕其周边的山体组成，形成一个独特的地理单元。从行政区划上包括长治、晋城两个市，但无论从历史渊源、经济联系、文化传承的各个角度都不能将其割裂开来。尤其是最近随着国家将中原经济区战略提上日程，晋东南经济区将越来越发挥着重要的经济发展与人口承载等重要作用。我们将研究视角对准此区域，具有一定的典型性和科学性。

二、研究模型

MARKOV转移矩阵是一种研究土地利用变化过程的常用方法，［3］许多学者据此模型研究了不同区域不同时段的土地利用空间格局与变化过程。我们以ArcGIS软件作为技术平台，利用研究区的两期遥感影像数据，并利用地理信息系统软件的空间统计与地学分析功能，计算出研究所需的基础数据。具体计算模型见公式（1）和公式（2）：

（1）

（2）

在上述两个公式中，Aij代表的是研究区域的原始转移矩阵各个行列的值，Bij表示的是监测初期的第i种转化到监测末期的j类土地利用类型的比例；Cij表示监测末期的第j类土地利用类型中从第i类土地利用类型流转过来的比例。 

三、结果分析

本文基于ArcGIS软件对不同时段的土地利用类型进行栅格数据运算，并利用地理信息系统软件的空间统计与地学分析功能，结合Excel电子数据表格计算出研究区的2000-2010年土地类型转换的转移矩阵（表1），生成研究区2000-2010年各地类的涨势图和减势图（如图1），以两种空间表达方式对黄土高原南部地区的土地利用变化的分布、流转方向以及相关细节进行描述。

1、总体变化特征分析

由表1可以得知，10年间晋东南经济区耕地有147.35 km2的面发生了剧烈的变化，主要表现为转变成其他土地利用类型，如建设用地、草地、林地等地类。在所有转入的地类中，转变成建设用地的面积为93.87 km2，是最为明显的一种变化，而转变成林地和草地及水域的面积详见表1。也从不同程度上说明了研究区研究时段内耕地的剧烈变化与明显减少的趋势。而耕地转为草地的面积最小，仅为12.17 km2，占2000年耕地总面积的0.12%，研究时段有10182.00km2的耕地未发生变化，占到2000年耕地面积的98.57%。从空间地域上看，在晋东南经济区的很多市县，特别是人口相对密集的区域，是经济发展较快，人民生活和粮食生产较大的区域。

而与此同时，10年来建设用地也呈现出明显的增加，这种趋势与耕地的变化相反，2000至2010年10间建设用地的面积累计增加了94.52 km2。由表1可以看出，10年间有93.87 km2耕地转变成了建设用地，远远高于其他地类的转化率，所以可以说耕地对建设用地的增加起到至關重要的作用。其次是林地，面积为0.44 km2，占到2010年建设用地总面积的0.11%，贡献最小的是草地，面积为0.32 km2，占到2010年建设用地总面积的0.08%。研究区建设用地面积增加区域小于耕地面积减少区域，说明此时段有相当部分耕地转移为林地和草地，可见研究区退耕还林还草（特别是还草）成效较明显。从空间分布上看转为建设用地较剧烈的区域主要集中在长治市区，晋城市辖区，长治县和泽州县等县区。

2、不同地类空间变化特征分析

根据图1可知，晋东南经济区的各种土地利用类型的空间变化特征如下： 

（1）研究时段期初晋东南经济区的林地总面积为8657.25km2，而到2010年减少为8632.62 km2，研究时段内99.30%的林地变化不大，可以说没有明显的转入转出，这项位置主要集中在下面几个县区，如表1和图1，他们是壶关县、平顺县、晋城市区、阳城县的南部，沁水县和沁源县的大部分地区以及武乡县和黎城县的交界等地区。截止研究时段末期，有为数不多的林地地类发生了转变，转变成的土地利用类型比较完全，但各地类大小不一，其中转变为草地的面积最大，约为59.15 km2，转移率为0.68%。结合图1可知，沁源县、黎城县的南部、沁水县的东北部以及壶关县的北部靠近长治市区的部分是林地减少的典型区域。

（2）晋东南经济区的草地主要分布于武乡县的北部，黎城县、平顺县的东部，沁水县的北部，沁源县的中部以及沁水县与襄垣县交界地区。2000年草地的总面积为3901.41km2， 2010年草地的总面积为3964.43km2。研究时段内草地基本上变化不大，草地转变成林地的面积在其他地类的比较中最大，也有部分转变为水域或建设用地。转变成林地的面积约为6.86 km2，转移率达到0.18%，其次为转变成耕地，转出面积达到了0.95km2，转移率为0.02%，转成建设用地和水域的面积较小，合计约为0.55 km2。草地减少的典型区主要分布在潞城县的南部及沁水县的中部地区。在研究时段内其他土地利用类型转变为草地的情况也有发生，累计共转变了71.37 km2的总面积，典型的草地增加区位于沁源县的南部和东北部、黎城县的东南部、壶关县的北部以及零星分布于沁水县的中部和东北角等区域。

（3）耕地总面积占晋东南经济区的比例最大，研究期初总面积为10329.35 km2，占期初总面积的44.25 %，但由于城市建设及国家的退耕还林还草政策等原因使得耕地面积有所缩减，到2010年从期初的10329.35km2减少到了10183.79 km2，平均以每年14.56 km2的速度递减。在研究时段内耕地也表现为减少，其减少转变成其他地类也比较典型，转变为建设用地的面积是最大的，累计面积达到了93.87 km2，占有很高的百分比，详见表1。转出的耕地典型区分布长治市中部，长治县与壶关县的北部，晋城市的中部以及沁水县的东南部分地区。研究时段内在耕地转出的同时，部分地区的草地、林地等类型的土地转变成耕地，其中草地的贡献率较大，约为0.0093%，面积为0.95 km2，林地的贡献率约为0.0057%，面积约为0.58 km2，耕地增加的区域零星分布在晋城市、壶关县、长治市以及长治县的部分位置。

（4）水域面积在研究区变化不是很剧烈。从期初的137.22 km2到2010年缓慢的增加到149.86km2。水域面积减少的显著区位于武乡县的中部和壶关县的南部，水域面积增加的显著区域分布长治市和襄垣县的西部地区，主要位于漳泽水库以及浊漳西源和浊漳南源区域。

（5）晋东南经济区建设用地面积在研究时段内显著增加，其主要原因是在建设晋东南经济区等政策引导之下，城市的迅速扩张和工业化的发展促使晋东南经济区土地利用方式发生显著变化。2000-2010年期间，由期初的315.79km2增加到期末的410.30km2，累计增加94.52km2，10年来平均每年增长9.45km2。转变成建设用地的土地利用类型较多，包括草地、林地，特别是耕地，耕地达到了22.88%，约为93.87 km2。而建设用地减少的区域几乎不明显，相比较而言，建设用地增加的显著区域为长治市、长治县、长子县和晋城市的中心城区以及阳城县、潞城县和陵川县的中心城区等地区。

四、结论

本文以晋东南经济区2000年和2010年的TM影像遥感解译结果为基础，利用马尔科夫转移矩阵指数模型对其土地利用空间格局进行分析和研究，同時结合土地利用空间变化的涨势图和减势图两种空间表达方式对研究区土地利用变化的分布、流转方向以及相关细节进行描述。主要结论如下：研究区耕地面积的减少主要是由于建设用地的增长速度较快的原因造成的。耕地总面积到2010年从期初的10329.35km2减少到了10183.79 km2，平均以每年14.56 km2的速度递减。耕地主要是转变成了林地和建设用地，特别典型的是建设用地，10年间转入的面积累计达到了93.87 km2，占期初耕地面积的0.91%，流向林地的面积为28.29km2，占期初耕地面积的0.27%。

【参考文献】

［1］ 徐源，RoyC.Sidle.黄土丘陵区燕沟流域土地利用变化与优化调控［J］.地理学报，2001.56(6)658-665.

［2］ 蔡运龙，李双成，方修琦．自然地理学研究前沿［J］．地理学报，2009.64（11）1363-1374.

［3］ 刘彦随，杨子生.我国土地资源学研究新进展及其展望［J］.自然资源学报, 2008.353-360.

【作者简介】

李 强（1980-）男,博士,讲师，主要从事资源环境遥感与GIS的相关研究.

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