李 彪盧 遠(yuǎn)許貴林蒙良莉

（1.廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西壯族自治區(qū)海洋研究院，廣西 南寧 530001）

廣西土地利用特征及生物多樣性指數(shù)變化分析

李 彪1盧 遠(yuǎn)1許貴林2蒙良莉1

（1.廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西壯族自治區(qū)海洋研究院，廣西 南寧 530001）

借助GIS技術(shù)和洛佩茲曲線、基尼系數(shù)等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，利用廣西1990～2012年3期土地利用類型遙感解譯數(shù)據(jù)，分析廣西1990～2012年間土地利用及其平均物種豐富度指數(shù)的變化特征。結(jié)果表明：林地成為了土地利用流失的主要“源”，而建筑用地成為了土地利用流失的主要“匯”；1990年、2000年、2012年林地和草地在廣西14個(gè)地級市的分布比較分散，而耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地分布比較集中，即某些地級市的這些地類所占的比重比其他地級市的大；由基尼系數(shù)知道除了建設(shè)用地之外，其他各個(gè)土地利用類型的空間分布可認(rèn)為是分布平均的；平均物種豐富度MSA指數(shù)呈持續(xù)下降趨勢，2000～2012年比1990～2000年的變化趨勢大。

廣西；土地利用類型；洛倫茲曲線；基尼系數(shù)；MSA

土地利用是人類活動(dòng)作用于自然環(huán)境的主要途徑之一，是土地變化研究內(nèi)容的重點(diǎn)。土地利用/覆被變化（LUCC）能夠引起生物多樣性、碳循環(huán)等一系列的地表生態(tài)過程變化[1-3]，土地利用變化的研究也成為全球變化研究的核心研究領(lǐng)域之一。國內(nèi)外學(xué)者針對此利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用綜合指數(shù)、土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用的空間分布等分析方法做了大量的研究工作，得到了廣泛的應(yīng)用。目前對廣西土地利用變化特征的研究還存在一些不足，主要表現(xiàn)在分析采用較單一的指標(biāo)對土地利用變化進(jìn)行描述，土地利用變化引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究很少。本研究以廣西為研究區(qū)，采用多指標(biāo)并結(jié)合洛倫茲曲線以及基尼系數(shù)對土地利用變化進(jìn)行分析，分析其對生物多樣性的影響，為今后全區(qū)土地利用規(guī)劃及其相關(guān)政策的制定提供更詳實(shí)的基礎(chǔ)資料，同時(shí)也為相關(guān)的研究提供一定的借鑒。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)地處中國華南沿海，位于北緯20°54′～26°20′、東經(jīng)104°28′～112°04′，面積約為23.67萬平方公里，占全國國土總面積的2.5%，全區(qū)共14個(gè)地級市。廣西地處低緯度，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，熱量豐富，降雨充沛，年降雨量在1070毫米以上，年平均氣溫在16.5～23.1℃之間，土地利用類型中林地的面積最大，約占到全區(qū)面積的48%，耕地資源較少，約占總面積的22%，人均耕地0.096hm2，低于全國人均0.106hm2的平均水平。地處云貴高原與東南沿海丘陵、平原的過渡帶，地勢總體表現(xiàn)為由西北向東南傾斜，四周被山地圍繞，呈現(xiàn)盆地狀，土地資源結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是山多平原少，巖溶廣泛分布。

1.2數(shù)據(jù)來源

人工解譯的1990年、2000年和2012年3期土地利用數(shù)據(jù)；為研究方便以及便于進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，利用一級分類來處理，共分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類；廣西區(qū)的行政區(qū)劃圖（14個(gè)地級市）。

2 研究方法

2.1綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分析

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度不考慮土地利用變化的內(nèi)在過程，定量地反映研究區(qū)總體上土地利用變化的速度[4]?？紤]土地利用類型轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出雙向變化過程的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算方法如公式（1）所示：

式中：outiU-Δ表示研究時(shí)段T內(nèi)土地利用類型i轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋偷拿娣e之和；iniU-Δ表示研究時(shí)段T內(nèi)其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)閕類土地利用類型的面積之和；iaU 表示研究區(qū)土地利用類型i的面積；n為研究區(qū)土地利用類型的數(shù)量；T表示研究時(shí)段的時(shí)間間隔。

2.2土地利用程度變化分析

2.2.1土地利用程度綜合指數(shù)

土地利用程度反映了土地利用的廣度和深度，它不僅能反映土地利用類型本身的自然屬性，還能反映出土地系統(tǒng)中人類因素和自然環(huán)境的綜合效應(yīng)。本研究采用劉紀(jì)遠(yuǎn)等從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)提出的土地利用程度綜合分析方法，即將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4個(gè)級別，土地未利用級、土地自然再生利用級、土地人為再生利用級和土地非再生利用級[5]，并分別賦值為1-4（見表1），如公式（2）所示：

式中：Ai表示第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ci表示第i級土地利用程度分級面積百分比；n表示研究區(qū)土地利用類型數(shù)。

表1　土地利用程度分級賦值

2.2.2土地利用程度變化分析

土地利用程度的變化是該區(qū)域內(nèi)多種土地利用類型變化的結(jié)果，土地利用程度及其變化量和變化率可以定量揭示出該研究區(qū)域內(nèi)土地利用的綜合水平和變化趨勢，土地利用程度的變化量和變化率[6]可表達(dá)為公式（3）：

式中： LΔ表示土地利用程度的變化量；bL和aL分別表示b時(shí)期和a時(shí)期研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)；iaC和ibC 分別表示某地級市b時(shí)間和a時(shí)間第i級土地利用程度分級面積百分比。

式中R表示土地利用程度變化率，當(dāng)R>0時(shí)，表示該研究區(qū)域的土地利用正處于發(fā)展時(shí)期，若值為負(fù)，則表明研究區(qū)域的土地利用處于衰退期或調(diào)整期；iA表示第i級土地利用程度分級指數(shù)。

2.3土地利用類型空間分布

洛倫茨曲線是美國經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)學(xué)家M.Lorenz在1905年提出的，它利用頻率累計(jì)數(shù)繪制成的曲線來刻畫其不平等(集中或分散)程度，是經(jīng)濟(jì)學(xué)上研究地區(qū)之間收入差距或財(cái)富不平等的一種分析手段。當(dāng)曲線距離絕對均勻線越近時(shí)表示地區(qū)間收入差距越小，財(cái)富分配較為平等;反之，則表示地區(qū)間收入差距越大，財(cái)富分配越不平等[7]。利用洛倫茨曲線的這一基本原理，可以直觀顯示某種土地利用類型在研究區(qū)空間分布的差異性，若所得曲線越接近絕對均勻線，曲線離差較小，表明該土地利用類型在研究區(qū)分布越均勻；反之則表明該土地利用類型在研究區(qū)中的區(qū)域分布差異較大，即分布相對集中[8]。

洛倫茨曲線可以直觀顯示某種土地利用類型在全區(qū)空間分布的差異性，但是無法對差異的程度進(jìn)行定量描述。而基尼系數(shù)可以進(jìn)一步定量描述土地利用類型在各區(qū)縣的分布情況。在洛倫茨曲線上，基尼系數(shù)反映的幾何意義是曲線與絕對均勻線之間面積和絕對均勻線以上三角形面積之比，因此也被稱為洛倫茨系數(shù)。

式中：G為基尼系數(shù)；Mi為某區(qū)縣某一用地類型面積累計(jì)百分比；Qi為某區(qū)縣土地在全區(qū)土地面積的累計(jì)百分比。本研究選擇了廣西的14個(gè)地級市，故i的取值范圍是0

基尼系數(shù)越趨近于0，說明某種地類在地級市的空間分布越均勻，越接近1，說明空間分布越不均勻。

GI<0.2表示分布平均；0.2<=GI<0.3相對平均；0.3<=GI<0.4相對合理；0.4<=GI<0.5差距大；GI>0.6表示差距懸殊。

2.4生物多樣性指數(shù)變化

Alke-made[9]使用與原始環(huán)境相比的相對平均物種豐度（MSA）來表征一定環(huán)境條件下的生物多樣性。GLOBIO3還考慮到了植被覆蓋、土地利用程度、生態(tài)環(huán)境破碎化程度、全球平均氣溫、大氣氮沉降量和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量等因子。未受干擾自然環(huán)境狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)的MSA值為1，受到的外界干擾越大，MSA的值越小。每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)由于受到的認(rèn)為干擾的強(qiáng)弱的不同，都有一個(gè)初始的MSA值，然后再考慮其他因子對生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的影響，得到每個(gè)評價(jià)單元的MSA值。本研究基于GLOBIO3評估框架，參考《中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理戰(zhàn)略》，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際為各生態(tài)系統(tǒng)類型初始MSA賦值，取值為耕地0.2、林地0.55、草地0.35、河流與湖泊0.75、建設(shè)用地0.05、未利用地0.7[10-11]。

3 結(jié)果與分析

3.1土地利用類型面積變化分析

1990年到2012年廣西土地利用類型發(fā)生了明顯的變化，如圖 1所示，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地和水域面積的持續(xù)增加，從1990年到2012年建設(shè)用地的面積從4158.67km2增加到了5453.12km2，年均增加1.42%，水域面積從4346.10km2增加到了 4914.25km2，年均增加 0.59%，耕地面積呈現(xiàn)先減少后

3.2土地利用類型轉(zhuǎn)移分析增加的情況，林地面積從1990年的154696.51km2變化到2012年的147773.21km2減少了6923.30km2，草地面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，總體來說草地面積增加了 1798.18km2，未利用地面積較少，變化不大。建設(shè)用地、水域、草地、林地和耕地在2006年～2012年的變化幅度較大，遠(yuǎn)高于其他時(shí)間段土地利用類型面積的變化。

表2　1990年～2012年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

由表2可知，從土地利用類型轉(zhuǎn)移變化上來看，廣西1990年～2012年間建設(shè)用地主要由耕地和林地轉(zhuǎn)化而來，其中有714.6 km2的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，占耕地流失面積的31.6%，451.0km2的林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，占到建筑用地凈增加面積的53.7%，耕地除了轉(zhuǎn)為建設(shè)用地外，還有1036.7km2轉(zhuǎn)向了林地，但是有4902.5 km2的林地轉(zhuǎn)為了耕地，因此林地和耕地之間，耕地凈增加了3865.80 km2，林地除了轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地外，還有3086.8 km2轉(zhuǎn)化為草地，占總轉(zhuǎn)化面積的35.02%，草地主要轉(zhuǎn)化為耕地、林地和建設(shè)用地，占轉(zhuǎn)出面積的95.69%，從總體上可以看出建設(shè)用地成為其他土地利用類型流失的主要去向。

3.3綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

如圖2所示為1990年到2012年廣西綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化情況，廣西土地利用平均年變化率為0.2106%，但是在不同的時(shí)段相差較大，1990～2000年的動(dòng)態(tài)變化率最低為0.0596%，2000年以后的綜合土地利用變化率為0.4937%，明顯高于前一時(shí)期。

圖2　綜合土地利用動(dòng)態(tài)度圖

3.4土地利用程度綜合指數(shù)

如圖3所示為廣西土地利用程度綜合指數(shù)，可以看出1990年～2012年土地利用程度綜合指數(shù)呈持續(xù)升高的趨勢，各時(shí)期土地利用程度綜合指數(shù)變化量均大于 0，1990～2000年土地利用程度綜合指數(shù)升高了0.91，2000～2012年土地利用綜合程度指數(shù)升高了1.55，相對于前一時(shí)間段升高了近一倍。

圖3　廣西1990～2012年土地綜合利用程度指數(shù)

3.5土地利用程度變化分析

由可以看出，在1990～2000年南寧、柳州、欽州、北海的土地利用程度變化量ΔLb-a和土地利用程度變化率R均大于0，表明這4個(gè)地級市的土地利用處于發(fā)展期；而梧州、防城、玉林、賀州的土地利用程度變化量ΔLb-a和土地利用程度變化率R均小于于0，表明這4個(gè)地級市的土地利用處于調(diào)整期或者衰退期。在2000～2012年只有貴港市的土地利用程度變化量ΔLb-a和土地利用程度變化率R大于0，而玉林、百色、崇左3個(gè)地級市的2個(gè)值均小于0。對比兩個(gè)時(shí)間段可以看出，防城、百色、賀州、崇左的土地利用程度變化量變化較大，防城港市的土地利用程度變化量從-18.8846變化到了14.0671，崇左市的土地利用程度變化量從 4.1966變化到了-13.6724，而土地利用程度變化率R值在北海、貴港、南寧、來賓等市變化最大，北海從0.01945變?yōu)榱?.0546，貴港市從0.0112變?yōu)榱?.0254，總體來說廣西14個(gè)地級市的土地利用處在一個(gè)變化比較大的階段，南寧、柳州、桂林、欽州、貴港、來賓、北海這7個(gè)地級市的R值在1990～2012年均大于0，土地利用處于發(fā)展期。

圖4　土地利用程度變化量和土地利用程度變化率圖

3.6土地利用類型空間分布變化特征

利用Arcgis的面積制表工具，并進(jìn)行相應(yīng)的處理得到廣西1990～2012年各土地利用類型在其14個(gè)地級市空間分布的洛倫茲曲線，并根據(jù)公式 5計(jì)算得到了研究區(qū)廣西的六個(gè)土地利用類型的基尼系數(shù)如圖5所示：

圖5　1990～2012年廣西14個(gè)地級市土地利用空間分布洛倫茲曲線變化及基尼系數(shù)

基尼系數(shù)可以認(rèn)為是反映地類空間分布均勻程度的指標(biāo)，如果某種地類基尼系數(shù)變大，那么說明該地類類型在廣西14個(gè)地級市的空間分布趨于越來越不均勻，如果某種地類基尼系數(shù)變小，說明地類的空間分布趨于越來越均勻。從1990～2012年耕地在14個(gè)地級市空間分布的基尼系數(shù)逐年減小，但減小的幅度并不大，林地的基尼系數(shù)逐年增大，其值在0.1以下，可看出其是分布平均的；以2000年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，1990～2000年未利用地的基尼系數(shù)減小了0.054，水域和建設(shè)用地基本上保持不變，僅有微弱的變化；從2000年開始，未利用地的基尼系數(shù)開始增大，到2012年增加到了0.123，而水域和建筑用地的在14個(gè)地級市的空間分布基尼系數(shù)減小；而草地在1990～2000年期間基尼系數(shù)逐年減小，表明其在這段時(shí)間內(nèi)空間分布越來越均勻，但在2000～2012年期間基尼系數(shù)增加到了0.167，變化較大，林地、耕地、草地、水域、未利用地的基尼系數(shù)值均小于0.2，表明這幾個(gè)地類在研究時(shí)間段內(nèi)在廣西14個(gè)地級市空間分布“分布平均”。

3.7MSA指數(shù)變化分析

由圖可以看出1999、2000、2012年廣西的綜合MSA指數(shù)變化情況?？梢钥闯?，從1990年開始到2012年，廣西生物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下滑的趨勢，1990～2000年間的下滑比降低于2000～2012年期間的下滑比降，2000～2012年12年間MSA指數(shù)降低了0.0044，而1990～2000年 10年間降低了0.028。

圖6　廣西的綜合MSA指數(shù)

4 結(jié)論與討論

從以上利用1990～2012年的土地利用解譯數(shù)據(jù)對土地利用類型變化特征、土地利用類型洛倫茲曲線及基尼系數(shù)的分析，結(jié)果表明土地利用類型及其空間分布發(fā)生了明顯了變化。

（1）由土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣來看，整體上廣西土地利用變化的特點(diǎn)為耕地、建筑用地面積的增加和林地和水域面積的增加，根據(jù)源與匯的理論，林地成為了土地利用流失的主要“源”，而建筑用地成為了土地利用流失的主要“匯”。主要原因可能包含人口的增加以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了對建筑用地的需求量，林地面積占據(jù)絕大多數(shù)，通過砍伐林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫亍?/p>

（2）空間洛倫茨曲線圖具有很強(qiáng)的實(shí)用意義，可判斷該種用地類型在全區(qū)分布的均勻程度越接近絕對均勻線，曲線離差較小，表明該地類在全區(qū)分布越均勻；反之，表明該土地利用類型在全區(qū)中的區(qū)域分布差異較大，即分布相對分散。由洛倫茲曲線的空間分布可以得出以下結(jié)論，1990年、2000年、2012年林地和草地與絕對均勻線最近，說明這幾類土地利用類型在廣西14個(gè)地級市的分布比較分散，也就是說他們在14個(gè)地級市的面積大致相等，而耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地離絕對均勻線較遠(yuǎn)，說明分布比較集中，即某些地級市的這些地類所占的比重比其他地級市的大；還可以根據(jù)空間洛倫茨曲線的斜率和拐點(diǎn)位置判斷某地級市土地利用的專門化程度，洛倫茲曲線從0點(diǎn)開始，斜率如果大于1，則說明該地級市的地類在全區(qū)該地類的比例高于該地級市土地總面積的比例占全區(qū)總面積的比例。從第一個(gè)點(diǎn)開始依次代表南寧市、柳州市、桂林市、梧州市等，以2006年的耕地洛倫茲曲線為例，從南寧市到柳州市以及柳州到桂林市的斜率均大于1，表明耕地在這3個(gè)鎮(zhèn)分布較多，對比之前的土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)表，這3個(gè)鎮(zhèn)的耕地面積分布較多，占到了33%；另外由洛倫茲曲線可以分析得到各個(gè)地級市的土地利用特色，如梧州市的林地面積占到了76.52%，位于洛倫茲曲線斜率較大的位置，而建筑用地只占到了1.633%，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H確定最佳土地利用目標(biāo)，大力發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)并推進(jìn)土地的集約利用，以優(yōu)化整個(gè)地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)。

（3）洛倫茲曲線無法對差異的程度進(jìn)行定量的描述，因此利用基尼系數(shù)定量描述土地利用類型在地級市的空間分布情況。分析出的廣西土地利用類型結(jié)果與洛倫茨曲線分析出的結(jié)果相同，由基尼系數(shù)分布圖可以看出，除了建設(shè)用地之外，其他各個(gè)土地利用類型的空間分布可認(rèn)為是分布平均的。從1990～2012年，林地、草地和未利用地的基尼系數(shù)變化值為正，說明這兩種地類在全區(qū)的分散程度增大，而其他地類的變化值為負(fù)，說明這幾類土地利用類型在全區(qū)的分布趨向于均衡。

（4）研究時(shí)間范圍內(nèi)，廣西的MSA指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)下滑的趨勢，其直接原因?yàn)镸SA指數(shù)較高的土地利用類型轉(zhuǎn)化為了MSA指數(shù)低的土地利用類型。如水域的MSA值為0.7，它轉(zhuǎn)向了MSA指數(shù)低的林地（0.5）和耕地（0.2）；草地的MSA值為 0.35，草地和林地也轉(zhuǎn)化為了耕地；林地、草地和耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地（0.05）等。因此可以看出隨著土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變，生態(tài)系統(tǒng)的破碎化也加重。

本研究的一些不足之處主要表現(xiàn)在：（1）本研究在對土地類型進(jìn)行分類的時(shí)候，只是分為了以及地類 6類，沒有涉及到更低級別的土地利用分類；（2）研究所采用的解譯數(shù)據(jù)的空間分辨率不夠高；（3）文章選擇的土地利用類型數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率還不夠高。因此在今后的研究過程中，要優(yōu)先考慮高時(shí)間分辨率、高空間分辨率的土地利用數(shù)據(jù)以及利用更詳細(xì)的土地利用分類并結(jié)合一些生態(tài)指標(biāo)等進(jìn)行更好的分析，為土地的規(guī)劃等提供更詳細(xì)的建議。

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Analysis on land use and the diversity index change in Guangxi Province

Based on the GIS technology and lorenz Curve and Gini Coefficient method of mathematical statistics,Land use data of Guangxi Province were derived from interpreting remote sensing images.Three time nodes were selected,namely,1990,2000,2012.The results showed that woodland was the source of land use loss,while construction land was the sink of land use loss. In 1990,2000and 1990,the distribution of woodland and grassland in the 14 cities in Guangxi are scattered,The cultivated land, construction land, water and unused land distribution is concentrated, that in some places these classes share is greater than other places;Know by Gini Coefficient in addition to construction land, the other the spatial distribution of various land use types can be considered as average distribution;The average species richness index of MSA continue to decline, 2000-2012 is larger than the change trend of 1990-2000.

Guangxi Province;land use type;lorenz Curve;Gini Coefficient;MSA

F301.24

A

1008-1151(2015)09-0059-05

2015-08-11

李彪（1992－），男，山西文水人，廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩门c生態(tài)環(huán)境。

盧遠(yuǎn)（1971－），男，廣西橫縣人，廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院博士、教授，從事生態(tài)遙感與土壤侵蝕研究。