魏蕾娜， 傅瑋佳， 張敬偉，李景文

（1.江西省核工業(yè)地質調查院，江西 南昌330038 ；2.江西師范大學 地理與環(huán)境學院，江西 南昌 330022；3.桂林理工大學 測繪地理信息學院，廣西 桂林 541004）

南昌市土地利用變化與高程的耦合分析

魏蕾娜1， 傅瑋佳1， 張敬偉2，李景文3

（1.江西省核工業(yè)地質調查院，江西 南昌330038 ；2.江西師范大學 地理與環(huán)境學院，江西 南昌 330022；3.桂林理工大學 測繪地理信息學院，廣西 桂林 541004）

以南昌市為研究區(qū)域，利用多時段土地利用遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)水平空間以及垂直方向上土地利用變化的時空分異，更全面地研究土地利用/覆蓋變化情況。研究表明，南昌市土地類型分布中耕地和水域面積比重較大，土地利用的主要變化模式為耕地和水域之間的相互轉化以及耕地轉化為城鄉(xiāng)工礦居民用地。高程對南昌土地利用空間分布的約束十分突出，各種土地類型在高程上的空間分布格局呈顯著變化。1980～2005年南昌市不同高程土地利用動態(tài)度隨時間推進提高了1．33%，土地利用類型變化最快的地方一直集中在高21．68 ～100．00 m之間。

土地利用變化；高程；南昌市；GIS；土地利用動態(tài)指數(shù)

土地利用/覆蓋變化是全球環(huán)境變化研究的核心之一[1]。目前，土地利用的研究重點已從提高土地生產(chǎn)率轉向改善環(huán)境，并與環(huán)境規(guī)劃結合起來[2]。這意味著土地利用的研究要同時兼顧時間尺度和空間尺度。傳統(tǒng)的研究方法主要基于區(qū)域平面化的景觀格局變遷軌跡，在一定程度上忽略了地勢起伏的作用[3,4]。將DEM與遙感影像、土地利用現(xiàn)狀圖等資料結合，從多維度去思考土地利用的空間分異、相互轉化，探討垂直尺度的土地利用變化、土地類型分布優(yōu)勢等在空間上的耦合特征，將會更加全面地剖析土地景觀格局的變遷軌跡[5,6]。

南昌市是鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)綠色崛起的“引擎”，承擔著發(fā)展與保護的雙重任務。如何整合和優(yōu)化土地資源，為國民經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定增長提供保障，是在發(fā)展過程中面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文在空間信息技術支持下，結合DEM數(shù)據(jù)，從三維的角度探討南昌市過去25 a土地利用變化軌跡，為今后南昌市土地資源可持續(xù)利用、生態(tài)建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

南昌市東南平坦，西北丘陵起伏，南北長約112．1 km，東西寬約107．6 km，總面積7 402．36 km2。以平原、崗地和丘陵為主，平均海拔25 m。南昌市是江西省的省會，全市總人口為491．31萬。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源和處理

本文分別選用1980年、1995年、2000 年、2005年4個時期的遙感影像以及1︰10萬DEM模型（圖1）為基礎數(shù)據(jù)。遙感影像選取1、2、3波段，頻譜范圍分別為0．45～0．52、0．52～0．6、0．63～0．69，分辨率30 m。在土地利用變化研究中，使用Erdas軟件對研究區(qū)范圍進行校正、裁切、疊加、影像解譯[7]。將研究區(qū)劃分為11個高程帶[8]：海拔低于10．00 m、10～18．50 m、18．5～20．5 m、20．5～21．68 m、21．68～22．59 m依次劃分為第1～5高程帶；海拔高于22．59 m的區(qū)域屬于非洪水風險區(qū)[9]，考慮到地貌單元的劃分標準，分別以30 m、50 m、100 m、200 m、 500 m為界進行高程帶劃分，分別命名為第6～11高程帶。

圖1 南昌市1︰10萬數(shù)字高程圖

2.2 研究方法

土地利用優(yōu)勢度指數(shù)：

式中，Sij代表研究區(qū)內第j類高程上第i類土地的面積；S代表研究區(qū)總面積；Si代表i類土地的總面積；Sj代表j類高程土地的總面積。Fij為地形分布優(yōu)勢指數(shù)，F(xiàn)ij>1時，代表第i種地類在第j級地形上的分布水平高于該地類在區(qū)域中的平均分布水平，F(xiàn)ij越大優(yōu)勢度就越高，說明該高程適合此地類的分布和發(fā)育。

圖2 1980～2005年南昌市土地利用的空間格局

土地利用轉移矩陣：

式中，Cij代表研究區(qū)內第i類地類在第j類高程上轉移的面積；C代表研究區(qū)內土地進行轉移的總面積；Ci代表i類土地轉移的總面積；Cj代表j類高程上土地轉移的總面積；Kij為轉移分布指數(shù)，當Kij>1時，代表第i種地類在第j級地形上的轉移水平高于該地類在區(qū)域中的平均轉移水平，Kij越大轉移程度就越高，說明該高程的此地類轉移比較容易。

土地利用動態(tài)度：

式中，LA（i,t1）j-ULAij為研究時期在j類高程上i類土地的轉移面積；LA（i,t1）j為研究初期第i類在j類高程上的面積；ULAij為研究期間j類高程i類土地未發(fā)生變化的面積；Sj代表j類高程上的綜合土地利用動態(tài)度，用來研究高程因子對土地利用變化速度的影響。

3 研究結果

3.1 土地利用變化分析

如表1所示，南昌市耕地面積25 a來雖面積有所減少，林地和草地的分布空間情況大致相同，水域廣布，占全市總面積的18．26%；隨著南昌市區(qū)城市化水平的不斷提高，城鄉(xiāng)工礦居民用地相對于其他土地利用類型變化相對突出，由1980年的3．77%上升到2005年的6．94%，增加了1．8倍；未利用地的分布大多與水域鄰近，在2005年占研究區(qū)面積的4．97%。

表1 1980～2005年不同時期土地利用類型變化

3.2 土地利用類型的轉移矩陣

1980～2005年，南昌市共有660．4 km2的土地類型發(fā)生了轉化，占整個研究區(qū)的8．9%。其中， 116．1 km2的水域轉化為耕地，19．5 km2的耕地轉化為城鄉(xiāng)工礦居民用地（表2）。1995～2000年有156．8 km2的土地發(fā)生類型轉化，主要為119．4 km2的耕地轉化為水域，其主要原因是1998年特大洪水和退田還湖政策引起水域面積變大（表3）。2000～2005年有334 km2的土地發(fā)生類型轉化，包括171．3 km2的耕地轉化為城鄉(xiāng)工礦居民用地，38．8 km2的耕地轉化為水域（表4）。

表2 1980～1995年土地利用轉換矩陣/km2

表3 1995～2000年土地利用轉換矩陣/km2

表4 2000～2005年土地利用轉換矩陣/km2

4 三維空間上南昌市土地利用變化分析

4.1 不同高程上的空間格局分布

4.1.1 土地利用類型的高程分布

如表5所示，整體來看，南昌市土地利用格局主要分布在第7、6、2和8高程帶，占總面積的87．2%，又以第7高程帶面積最為集中，占總面積的52．9%。其中，耕地在4個時間段的第2、6、7高程帶的分布最具有代表性，而第6、7高程帶的耕地面積自1995年以來減少趨勢明顯；林地和草地在第7高程帶變化趨勢較為一致，25 a來的面積減少了約5%；水域在第6、7、8高程帶的分布最集中，第6、7高程帶的面積略微減少；城鎮(zhèn)工礦居民用地在第6、7高程帶的分布最廣，其中第6高程帶增加了1．9倍，第7高程帶增加了2．1倍；未利用地主要分布在第6、7、8高程帶，其中第6、8高程帶的面積略微減少，第7高程帶的面積略微增加。

表5 南昌市4個時間段不同高程的土地利用格局

4.1.2 土地類型的不同高程傾向分析

利用南昌市2005年不用高程上的各類土地面積，描繪百分率累計圖（圖3），觀測土地利用類型與高程的關系?？梢钥闯?，林地和草地總體上傾向于分布在南昌市地勢較高的位置，耕地傾向于分布在地勢較低的位置，城鄉(xiāng)工礦居民用地在低于2～4高程帶上傾向于分布在較高的位置，而在4～8高程帶上盡可能分布在高程較低的位置。水域和未利用地的曲線和黑色的高程總面積累計比重線趨勢相近，略高于累計曲線，說明這2類土地的分布傾向于較低的地勢。

4.2 不同高程上土地類型轉換特征

4.2.1 高程與土地利用轉移變化的關系

利用1980～2005年不同高程帶上各類土地的轉換矩陣數(shù)據(jù)可以看出，不同高程帶內各土地利用類型的轉移存在較大差異（圖4）。林地和草地這2類土地的變化優(yōu)勢區(qū)間集中在7～11高程帶；耕地的變化曲線趨勢和城鄉(xiāng)工礦居民用地的曲線趨勢相反，說明這2種地類存在著互競關系；水域在第2、3高程帶變化迅速，因為這兩個高程帶在鄱陽湖區(qū)是退圩堤進洪水位的區(qū)域，難免成為水域變化最快的高程帶；未利用地的轉移優(yōu)勢范圍比較大，分布在2～6高程帶和第8高程帶。

圖3 2005年不同高程的土地類型百分比累計圖

4.2.2 高程與土地利用變化速度的關系

由圖5可知，3個時間段南昌市土地利用動態(tài)度指數(shù)在高程上變化特征是一致的，且2000～2005年的土地變化綜合速率基本上最高，而2000～2005年的高程綜合變化率比1980～1995年的高程綜合變化率平均高出1．3%。就高程而言，其最快地方集中在第5～8高程帶。當高程低于21．68 m時，土地利用動態(tài)速率總體趨勢是隨地勢越來越低，動態(tài)度指數(shù)降低。但是在第2高程帶，由于水域變化速率大，所以土地利用的綜合指數(shù)有一定的回升。當高程高于100 m時，土地利用受干擾的程度越來越小，土地利用動態(tài)速率總體趨勢是隨高程增加，動態(tài)指數(shù)降低。

圖4 1980～2005年各土地利用類型高程轉移分布指數(shù)

圖5 土地利用變化速度在地形區(qū)域上的分布

5 結 語

1）南昌市以高程為30～50 m的土地最為集中，面積有3 915 km2，占整個研究區(qū)總面積的52．9%。耕地傾向于分布在10～22．59 m，林地和草地傾向于分布在500～1 500 m，城鄉(xiāng)工礦居民用地在低于10～21．68 m高程上傾向于分布在較高的位置，而在21．68～100 m高程帶上多分布在較低的位置。水域的分布優(yōu)勢在22．59～100 m，未利用地的分布優(yōu)勢在20．50～30 m以及50～100 m。

2）南昌市1980～2005年期間土地利用的各個高程綜合變化速率呈上升趨勢，2000～2005年的高程綜合變化率比1980～1995年的高程綜合變化率平均高出1．3%。土地利用變化最快地方一直集中在高程21．68～100 m。當高程低于21．68 m，土地的變化速率隨著高程的增加而遞增，當高于100 m，土地的變化速率隨著高程的增加而遞減。

3）同一高程帶的土地利用的互競關系明顯。1980～2005年南昌市城鄉(xiāng)工礦居民用地優(yōu)勢分布高程范圍不變,集中在10～50 m高程范圍內，但對高程區(qū)域的土地占用能力不斷增強；相反，與城鄉(xiāng)工礦居民用地分布在同高程上的耕地分布不斷被擠占，面積日益縮減。

4）人工地和自然地差異明顯。耕地和城鄉(xiāng)工礦居民用地為人工制造的土地類型，而自然地的典型代表為林地和草地，這2大類地在分布結構圖中完全呈現(xiàn)2種不同的曲線，其高程分布傾向、變化率都在垂直空間上差異很大。

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P273

B

1672-4623（2014）05-0110-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.040

魏蕾娜，研究方向為3S技術應用。

2013-10-31。

項目來源：廣西自然科學基金重點資助項目（2011GXNSFD018003）。