范勛承

(邵陽(yáng)學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，湖南 邵陽(yáng) 422000)

近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界人口不斷增長(zhǎng)，人口與資源不協(xié)調(diào)的矛盾凸顯，為了緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾沖突，可持續(xù)發(fā)展理念應(yīng)運(yùn)而生。土地資源是人類生存和發(fā)展中必不可少的有限資源。因此，在可持續(xù)發(fā)展研究中，土地利用/覆被變化(Land Use and Land Cover Change，LUCC)成為重要研究領(lǐng)域[1]。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同尺度區(qū)域就土地利用方面開(kāi)展了諸多研究，成果豐富。如宋桂琴等[2]利用模糊聚類法對(duì)黃土高原重點(diǎn)水土流失區(qū)(106個(gè)縣、市、旗)的土地利用進(jìn)行分區(qū)，并對(duì)各區(qū)的土地利用方向進(jìn)行了闡述；宋乃平等[3]利用以往歷史資料和前人研究成果對(duì)鄂爾多斯農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)土地利用格局的演變過(guò)程進(jìn)行了恢復(fù)，并從不同方面探討了其演變的機(jī)理；趙莉莉等[4]利用3S技術(shù)對(duì)閩東海岸帶區(qū)域2000年-2014年的土地利用變化特征進(jìn)行了分析；張涵等[5]利用空間分析方法，對(duì)2006年-2019年的貴州省惠水縣好花紅村的土地利用功能演變規(guī)律進(jìn)行了分析；姚靜韜等[6]基于交叉熵優(yōu)化理論，運(yùn)用相關(guān)研究方法對(duì)北京市2015年-2030年的土地利用控制情境下的土地利用結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了模擬和分析。以上研究不僅為土地資源的合理利用提供了科學(xué)參考，也為縣域尺度的土地利用研究奠定了基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以縣域?yàn)榇淼男〕叨葏^(qū)域城鎮(zhèn)化速度明顯加快，對(duì)縣域的土地利用情況展開(kāi)研究，對(duì)于地方長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展意義重大。

松溪縣因有“百里松蔭碧長(zhǎng)溪”的美景而得名，是閩北地區(qū)第一個(gè)國(guó)家級(jí)的生態(tài)縣，森林覆蓋率達(dá)75.5%。研究期間，松溪縣地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)從1995年的5.26億元增至2015年的81.54億元，20年間翻了近16倍；松溪縣雖是閩北地區(qū)中面積最小的縣，但近年來(lái)城鎮(zhèn)化速度不斷加快，2019年城鎮(zhèn)化率達(dá)48.7%。近些年來(lái)，縣域已經(jīng)被作為推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化的重點(diǎn)區(qū)域，縣域土地利用結(jié)構(gòu)已悄然發(fā)生改變。對(duì)松溪縣近20年來(lái)的土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，可以定量掌握其土地利用結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，為該縣今后土地的合理利用提供借鑒，為周邊縣域的土地利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

松溪縣隸屬于福建省南平市(閩北)(見(jiàn)圖1)，位于福建和浙江的交界處，土地總面積1 043km2。松溪縣享有“中國(guó)民間版畫藝術(shù)之鄉(xiāng)”“綠色寶庫(kù)”“四好農(nóng)村路”全國(guó)示范縣等美譽(yù)。地貌總體呈四周環(huán)山中央低陷的層狀特征，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨熱同期，四季分明，氣象災(zāi)害頻發(fā)。全縣境內(nèi)河流面積廣大，流域面積占縣總面積的95.5%。截至2019年末，常住人口12.30萬(wàn)人，GDP 達(dá)到81.54億元。

圖1 研究區(qū)示意

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)使用松溪縣1995年、2000年、2005年、2010年Landsat-5TM和2015年經(jīng)過(guò)條帶處理的Landsat-7ETM遙感影像，5期遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率均為30 m。參照我國(guó)土地利用分類系統(tǒng)并結(jié)合松溪縣的地理特征及野外踏查信息，將松溪縣土地利用類型劃分為林地、草地、建筑用地、水域、耕地和未利用地共6類。利用ENVI及ARCGIS軟件對(duì)圖像進(jìn)行后續(xù)處理，得到各土地利用類型的面積及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化速度的研究方法。 某種地類在一定時(shí)間段內(nèi)的面積變化的快慢，可用單一土地利用動(dòng)態(tài)度模型來(lái)表示。計(jì)算結(jié)果為正值時(shí)，表示面積增加，計(jì)算結(jié)果為負(fù)值時(shí)，表示面積減少。其計(jì)算公式為：[7]

(1)

式中，K1、Ua和Ub分別表示某一地類的動(dòng)態(tài)度、開(kāi)始時(shí)該地類的面積和結(jié)束時(shí)該地類的面積；T則為研究的時(shí)間長(zhǎng)度，單位為a，本文研究時(shí)間長(zhǎng)度為20a，下同。

2.2.2 土地利用結(jié)構(gòu)的研究方法。土地利用結(jié)構(gòu)可用一種或幾種土地利用類型占研究區(qū)總面積的比例來(lái)表示[8]。根據(jù)研究需要，本文選取土地利用開(kāi)發(fā)指數(shù)和土地利用墾殖指數(shù)來(lái)表示土地利用的結(jié)構(gòu)特征。具體計(jì)算公式如下。

土地利用開(kāi)發(fā)指數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(2)

式中，B、bi和A分別代表開(kāi)發(fā)指數(shù)、建筑用地面積及研究區(qū)總面積。

土地利用墾殖指數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(3)

式中，K2、ai和A分別代表墾殖指數(shù)、耕地面積和研究區(qū)總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用數(shù)量分析

圖2 松溪縣1995年-2015年間各土地利用類型面積的變化

研究期間，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，土地利用類型不斷地進(jìn)行著重分配。由圖2可知，20年間建筑用地、林地和水域面積有所增加，面積增加由多到少的順序?yàn)椋毫值?221.59km2)>建筑用地(66.17km2)>水域(17.05km2)；耕地、未利用地和草地面積有所減少，面積減少由多到少的順序?yàn)椋翰莸?-120.06km2)>耕地(-107.84km2)>未利用地(-76.91km2)。2016年，松溪縣被評(píng)為國(guó)家級(jí)生態(tài)縣，這是閩北地區(qū)第一個(gè)國(guó)家級(jí)的生態(tài)縣，這與近20年來(lái)松溪縣不斷響應(yīng)國(guó)家政策，積極植樹(shù)造林，保護(hù)環(huán)境等措施密不可分。因此，研究期間，松溪縣的林地面積增加最多。然而，由于松溪縣氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，所以部分不適宜耕地和草地也轉(zhuǎn)為了林地或其他用地類型，所以研究期間耕地和草地面積減少較多。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，未利用地的開(kāi)發(fā)力度不斷加大，致使20年間，未利用地面積不斷向其他地類轉(zhuǎn)換。

3.2 土地利用變化速度分析

根據(jù)公式(1)可以計(jì)算出不同時(shí)段各土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化程度(見(jiàn)表1)。從總體上看，1995年-2015年間，建筑用地、林地和水域的動(dòng)態(tài)度為正值，而耕地、未利用地和草地的動(dòng)態(tài)度為負(fù)值，說(shuō)明這期間松溪縣土地利用類型面積變化呈“三增三減”態(tài)勢(shì)，與土地利用數(shù)量變化相吻合。其中，在面積增加的地類中，水域的動(dòng)態(tài)變化最為劇烈，動(dòng)態(tài)度為17.83%；然而，在面積減少的地類中，各土地利用類型的變化速度比較一致，均保持在-3.5%左右。從各個(gè)時(shí)段上看，1995年-2000年間，水域變化最為活躍，動(dòng)態(tài)度達(dá)67.67%；2000年-2005年間，僅林地和耕地有所增加，動(dòng)態(tài)度為正，而另外四種用地類型的動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值，且變化速度比較接近，動(dòng)態(tài)度均保持在-3%左右；2005年-2010年間，未利用地增加明顯，動(dòng)態(tài)度達(dá)12.76%，草地次之，其他地類成微弱減少趨勢(shì)；2010年-2015年間，建筑用地變化異常活躍，動(dòng)態(tài)度達(dá)到51.53%。由此發(fā)現(xiàn)，研究期間總體上雖表現(xiàn)出了“三增三減”的趨勢(shì)，但是各時(shí)段不同用地類型的動(dòng)態(tài)變化差異十分明顯。

表1 松溪縣1995年-2015年各土地利用類型單一動(dòng)態(tài)度(%)

3.3 土地利用結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)公式(2)和公式(3)計(jì)算得到松溪縣土地利用開(kāi)發(fā)指數(shù)和墾殖指數(shù)(見(jiàn)圖3)?？傮w上看，松溪縣近20年來(lái)土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，并在2000年-2010年的10年間開(kāi)發(fā)強(qiáng)度有所減緩。其中，2010年開(kāi)發(fā)強(qiáng)度最低，開(kāi)發(fā)指數(shù)值為0.85；2015年新增建筑用地最多，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度最大，開(kāi)發(fā)指數(shù)達(dá)到20年來(lái)最大值，為9.64。這與在此期間省級(jí)工業(yè)園區(qū)、大型綜合汽車樞紐站、生態(tài)茶旅游文化產(chǎn)業(yè)化、重點(diǎn)交通等重大建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)始施工建設(shè)，用地需求不斷增大有關(guān)。

就土地墾殖情況而言，雖在研究期間也呈現(xiàn)波動(dòng)變化，但與土地開(kāi)發(fā)指數(shù)的變化趨勢(shì)正好相反，即呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)，且變化幅度更大。1995年-2000年，松溪縣土地利用墾殖指數(shù)下降明顯，從14.51降至7.05，說(shuō)明5年間耕地面積減少迅速；2000年-2005年，土地利用墾殖指數(shù)回暖，耕地面積有所增多；2005年-2015年間，松溪縣土地利用墾殖指數(shù)持續(xù)下降，其值降至研究期間的最低值，為4.18，說(shuō)明這10年間松溪縣的耕地面積持續(xù)減少，而這與土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不斷增大，占用耕地有一定的關(guān)系。

圖3 松溪縣1995年-2015年土地利用結(jié)構(gòu)特征

4 主要結(jié)論

基于五期土地利用數(shù)據(jù)，對(duì)福建省松溪縣土地利用變化數(shù)量、速度及結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了定量分析，研究結(jié)果表明：①1995年-2015年間，松溪縣各土地利用類型相互轉(zhuǎn)換頻繁，其中林地面積增加最多，其次為建筑用地和水域，而草地成為研究期間面積減少最多的用地類型。②從各土地利用類型的變化速度上看，水域的動(dòng)態(tài)變化最為活躍，動(dòng)態(tài)度為17.83%，草地、耕地和未利用地面積呈減少趨勢(shì)，但減少的速度較為一致，動(dòng)態(tài)度約為-3.5%。③從土地利用結(jié)構(gòu)上看，松溪縣20年來(lái)土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度呈波動(dòng)上升狀態(tài)，其中，2015年開(kāi)發(fā)強(qiáng)度最大，達(dá)9.64；相比之下，墾殖指數(shù)呈波動(dòng)降低狀態(tài)，2015年墾殖指數(shù)達(dá)到研究期間的最低值，為4.18。