2000—2020年岳阳市土地利用类型变化及其影响因素分析.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 20 期21文章编号：2095-6835（2023）20-0021-0520002020 年岳阳市土地利用类型变化及其影响因素分析陈 创，毛 雄，郭 军，陈方伟，汤恒佳，卢 欣（中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心，湖南 长沙 410600）摘要：土壤是人类生产关系中的核心关系，然而随着人类社会的高度发展，原有土地资源所提供的物质资源和空间资源已经无法满足人类追求更好、更优越生活条件的要求，土地资源平衡被打破，生态平衡遭到破坏，人类生活环境和可持续发展能力受到严重影响。通过 2000 年、2010 年和 2020 年的 3 期遥感影像研究了岳阳市土地利用情况，探讨了土地利用变化规律及其影响因素。结果表明，岳阳市土地利用类型有耕地、林地、草地、湿地、水域和建设用地 6 大类。在过去的 20 年间，随着经济社会的发展及非农业人口数量的增加，各土地利用类型面积都发生了不同程度的变化，其中水域、建设用地的面积呈现增加的趋势，而耕地、林地、草地和湿地的面积呈现减少的趋势。基于岳阳市的土地利用变化情况，从政策、社会经济、自然条件等方面进行了分析，提出了土地合理利用的建议，为今后岳阳市土地资源规划及合理开发提供可靠依据。关键词：遥感；土地利用变化；岳阳市；影响因素中图分类号：F301.24文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.005随着人类社会的高度发展，原有土地资源所提供的物质资源和空间资源已经无法满足人类为了追求更好的、更优越的生活条件所提出的要求，导致原有的土地资源平衡被打破，生态平衡遭到了破坏，人类生活环境和可持续发展能力受到严重的影响。2021 年，国家发展改革委等部门印发关于生态保护和修复支撑体系重大工程建设规划（20212035 年）的通知1，其中强调了要加强生态系统保护，持续改善环境质量。如何合理利用土地资源以满足经济发展和环境可持续发展的和谐统一成为研究的重要课题。土地利用覆盖变化（Land-Use and Land-CoverChange，LUCC）是当代科学界最热门的研究之一，土地利用的变化对社会经济的可持续发展具有重大的作用，且对生态环境产生了很大的影响。很多学者对土地利用的变化特征、驱动力因素、生态环境的影响及发展趋势等方面做了大量研究。其中，甄艳等2以Landsat ETM+遥感影像资料为数据源，运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、土地利用程度和人类活动强度模型分析了研究区20002019年土地利用时空变化特征；赵冰3基于 GIS（Geographic InformationSystem，地理信息系统）和景观生态学的相关理论方法，应用土地利用分析方法，评价土地利用类型变化对生态系统服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）的影响；黄子豪4以浙江省为例，研讨了 LUCC 的演化规律，揭示了森林生态系统碳循环对 LUCC 的呼应；宁启蒙等5以洞庭湖地区为研究对象，综合运用 GIS、景观格局分析等方法，定量描述该地区的土地利用和景观格局的时空演变规律，并利用 OLS（Ordinary LeastSquares，普通最小二乘法）回归分析土地利用变化与景观格局之间的关系；李毅等6以长株潭城市群核心区为研究对象，利用 GIS 和计量分析工具分析长株潭核心区20002018年土地利用变化的时空特征及城市交互作用等方面，研究土地利用变化驱动机制，采用Logistic 回归模型探究各地类变化的驱动因子；胡文婷等7利用达州市 20132020 年的土地利用数据，通过土地利用动态度和主成分分析的方法，对达州市土地利用变化状况及其驱动因素进行了分析。本文采用 2000 年、2010 年和 2020 年 3 个时相的GlobeLand 30 卫星遥感影像，结合岳阳市行政区划图、岳阳市地形图等辅助资料，研究岳阳市近 20 年的土地利用变化情况，并分析其影响因素，以期为岳阳市土地资源的可持续利用、岳阳市土地利用总体规划和土地利用率及区域土地集约利用产出率的提高等提供科学依据8。1研究区概况岳阳市地处湖南省东北部，环抱洞庭，濒临长江，面积为 1.5 万 km2，共有耕地 450 万亩（1 亩666.67 m2），全市山地占 14.6%，丘岗区占 41.2%，平基金项目自然资源部中国地质调查局项目（编号：DD20200871）科技与创新Science and Technology&Innovation222023 年 第 20 期原占 27%，水面占 17.2%。东临赣鄂 2 省，北与江汉平原隔江相望，西与湖南省沅江市、南县、安乡县毗邻。境内地势东高西低，呈阶梯状向洞庭湖盆地倾斜。东有幕阜山山脉蜿蜒其间，自东南向西北雁行排列，脊岭海拔约 800 m，幕阜山主峰海拔 1 590 m；南为连云山环绕，脊岭海拔约 1 000 m，主峰海拔 1 600 m；西南被玉池山脉所盘踞，主峰海拔 748 m。全市两面环山，自东南向西北倾斜，东南为山丘区，西北为洞庭湖平原，中部为过渡性环湖浅丘地带。岳阳市地理位置如图 1 所示。图 1岳阳市地理位置示意图2数据来源岳阳市遥感影像数据来自 GlobeLand 30 官网（http:/）。为了对比不同时期各地类数量的变化情况，本次研究选择了 2000 年、2010 年和 2020 年 3 期遥感影像，空间分辨率为 30 m。岳阳市 30 m 分辨率 DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http:/）；岳阳市降水和 GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）数据主要来自岳阳市统计年鉴。3数据处理本文对 2000 年、2010 年和 2020 年 3 期的土地利用数据进行预处理，通过 Arcgis10.7 软件将岳阳市土地利用分为耕地、林地、草地、湿地、水域和建设用地 6 类，并生成专题地图，如图 2 所示。图 2岳阳市 2000 年、2010 年、2020 年土地利用类型4土地利用时空变化特征分析根据岳阳市 20002020 年近 20 年的土地利用变化规律，本文对岳阳市土地利用结构、数量变化、转移方向这 3 个方向的时空变化情况进行研究，分析其影响因素。岳阳市近 20 年土地利用面积变化情况如表1 所示。表 1岳阳市近 20 年土地利用面积变化情况单位：km2土地类型2000年2010年2020年耕地5 386.495 408.195 218.11林地6 107.456 194.655 885.13草地1 079.821 153.251 061.08湿地284.39407.93218.44水域1 746.221 461.391 916.96建设用地262.23317.77566.884.1土地利用现状分析2000 年，岳阳市林地面积为 6 107.45 km2，为占地面积最大的土地利用类型；耕地面积为 5 386.49 km2，是占地面积位居第二的土地利用类型；水域的占地面积位居第三，共有 1 746.22 km2；草地的占地面积位居第四，为 1 079.82 km2；湿地和建设用地占地面积最少，分别为 284.39 km2和 262.23 km2。2010 年，岳阳市林地面积为 6 194.65 km2，较2000 年增加了 87.20 km2，仍是占地面积最多的土地利用类型；耕地面积为 5 408.19 km2，较 2000 年增加了21.70 km2，依旧是占地面积位居第二的土地利用类型；水域面积为1 461.39km2，较2000 年减少了284.83km2，依旧位居第三；草地面积为 1 153.25 km2，较 2000 年增加了 73.43 km2；湿地和建设用地依旧是占地面积最小的 2 个土地利用类型，面积分别为 407.93 km2和317.77 km2，湿地占地面积较 2000 年增加 123.54 km2，建设用地占地面积较 2000 年增加 55.54 km2。2020 年，岳阳市林地面积为 5 885.13 km2，仍是占地面积最多的土地利用类型，但较 2010 年减少了309.52 km2；耕地面积为 5 218.11 km2，较 2010 年减少了 190.08 km2，仍是占地面积第二的土地利用类型；水 域 面 积 为 1 91 6.9 6 km2，较 20 1 0 年 增 加455.57 km2，依旧位居第三；草地面积为 1 061.08 km2，较 2010 年减少了 92.17 km2，位居第四；湿地和建设用地依旧是占地面积最小的 2 个土地利用类型，面积分别为 218.44 km2和 566.88 km2，建设用地占地面积较 2010 年增长了 249.11 km2，涨幅较大，湿地占地面积较 2010 年减少了 189.49 km2。4.2土地利用数量与结构变化分析岳阳市 2000 年、2010 年、2020 年土地利用类型占地面积柱形图如图 3 所示。从图 3 可以看出，林地图例行政边界DEM/m0158802550 km113114291131142000 年2010 年2020 年114耕地林地草地湿地km水域025 50100建设用地NSWEScience and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 20 期23为岳阳市最主要的土地利用类型，虽然 20002020 年间林地面积有所减少，但是林地面积占总面积的比例均超过 40%；20002010 年，耕地面积逐年稳步增长，但涨幅较小，20102020 年间面积逐渐减少，但耕地一直是占地面积第二的土地利用类型；水域面积在20002010 年间逐年减少，但在 20102020 年间开始逐年增加；20002010 年，草地面积逐年增加，但20102020 年间开始减少；湿地面积在 20002010 年间增长迅速，但在 20102020 年间开始逐年减少，到了 2020 年，湿地占地面积已经减少到在六大土地利用类型中占地面积最少；建设用地在 20002020 年间逐年增加，由 2000 年和 2010 年的占地面积最少，上升到 2020 年的占地面积位居第五。综上所述，在 20002020 年近 20 年间，岳阳市各地类均发生了比较明显的变化，其中湿地在 20102020 年间变化最激烈，呈持续减少的状态，减少幅度超过 2010 年面积的 50%；20102020 年间林地面积持续减少，但由于林地面积占用地总面积的比例较大，因此变化并不是很大，并且林地类型的土地利用面积一直保持第一；水域面积在20002010年间持续减少，但是在 20102020 年间，面积大幅度增长。从转入角度看，建设用地面积和水域面积转入量最大；从转出角度看，林地面积、耕地面积和湿地面积转出量最大，草地面积也有转出情况，但转出量较少。图 3岳阳市 2000 年、2010 年、2020 年土地利用类型占地面积柱形图4.3土地利用类型转移方向分析通过土地利用转移矩阵可以看出各土地利用类型之间的转化情况，因此土地利用转移矩阵在土地利用时空监测方面有着十分重要的地位。本次土地利用转移矩阵是利用 ArcGIS10.7 数据分析功能和 Excel 中的数据透视表来统计 20002020 年近 20 年间的土地利用变化情况，如表 2 所示。表 220002020 年土地利用转移矩阵单位：km2土地类型（2000 年）土地类型（2020 年）耕地林地草地湿地水域建设用地总计耕地4 449.48471.97121.9316.30131.9126.525 218.11林地468.375 141.65242.111.7623.018.235 885.13草地108.10329.58607.512.0112.021.861 061.08湿地35.2517.2121.18130.8713.930.00218.44水域115.6266.8440.90133.281 557.263.061 916.96建设用地209.6780.2046.190.178.09222.56566.88总计5 386.496 107.451 079.82284.391 746.22262.2314 866.6表2 中的列表示的是 2000 年某种土地利用类型转入到 2020 年的各土地利用类型的面积。近 20 年时间里，林地作为岳阳市占地面积最多的土地利用类型，一共转移了 965.08 km2，在所有土地利用类型的转移面积中居于首位，林地转移到耕地的面积最多，为 471.97 km2。在空间上，林地向耕地转变的变化区域主要集中在君山区和华容县交界处；林地转移到草地的面积为 329.58 km2，主要集中在君山区沿长江一带；林地转移到建设用地、水域和湿地的面积最少，依次是 80.20 km2、66.84 km2和 17.21 km2。耕地面积一共转移了 937.01 km2，是转移面积位居第二的土地利用类型，耕地转移到林地的面积最多，为 468.37 km2，转移到建设用地的面积为 209.67 km2，转移到水域的面积为 115.62 km2，转移到草地的面积为 108.10 km2，转移到湿地的面积为 35.25 km2。草地的转移面积位居第三，其中草地转移到林地的面积最多，为 242.11 km2，转移到耕地面积为 121.93 km2，转移到建设用地、水域和湿地的面积较少，依次是46.19 km2、40.90 km2和 21.18 km2。水域的转移面积位居第四，为 188.74 km2，其中水域大部分面积都被转移到了耕地的面积中，为131.91 km2；还有一小部分面积转移为林地，为23.01 km2；转移到湿地、草地及建设用地的面积较少，分别为 13.93 km2、12.02 km2、8.09 km2。湿地的转移面积位居第五，为 153.52 km2，其中向水域转移的面积最多，为 133.28 km2；其次是向耕地转移的面积，为 16.30 km2，主要集中在洞庭湖一带；向其他土地利用类型转移的面积都不足 3 km2。科技与创新Science and Technology&Innovation242023 年 第 20 期建设用地的转移面积最小，为 39.67 km2，其中大部分都转移到了耕地的面积中，为 26.52 km2，建设用地未向湿地转移，向其他土地利用类型转移的面积很小，都不足 9 km2。岳阳市 20002020 年土地利用转移变化如图 4 所示。图 4岳阳市 20002020 年土地利用转移变化在 20002020 年近 20 年的时间里，林地、耕地、草地及湿地都有转出的面积，其中林地转出面积最多。20002010 年间，林地以转入为主，20102020 年间以转出为主。林地的减少是由于实施了退林还湖等政策，但是对于耕地与林地之间存在的相互转化，也说明了在退耕还林政策实施的过程中存在土地利用规划不合理的问题。耕地大多是向林地和建设用地转出的，这也是导致耕地面积减少的主要原因。草地大部分是向林地和耕地转出的。湿地大部分转为了水域，是由于近几年时间里洞庭湖生态经济圈发展战略的实施，并且把湿地纳入水域，因此水域面积增多；另一部分转为耕地是由于在政府强有力的政策下，不少草地被开垦成了耕地进行利用，从而提高了土地利用效率；只有较少一部分建设用地转化为了草地。在 20002020 年近 20 年的时间里，只有建设用地和水域有转入面积，分别为 304.65 km2和 171.32km2。而耕地转向水域和建设用地的面积最大，这说明由于退耕还湖政策的实施，大量的耕地转换成了水域；以及随着城镇化的不断推进和人口的持续增长，大量的耕地被占用，转换成了建设用地；少部分林地转向水域，在退林还湖政策实施下，洞庭湖湿地 9 万多亩欧美黑杨林全部被清理后，其中一部分林地被转换为水域。5变化因素分析5.1政策因素在各种因素中，国家政策对土地利用的影响较大，改革开放特别是国家促进中部崛起战略实施以来，湖区经济社会发展取得巨大成就，民生也有了很大改善。但由于自然、历史、地理等各方面原因，特别是受江湖关系、气候变化和人类活动等多重因素影响，湖区发展面临湖泊萎缩、生态恶化等一系列问题，这也导致20002010 年间岳阳市水域面积减少了284.83 km2。但自 2014 年国务院批复的洞庭湖生态经济圈及2016 年中共中央政治局审议通过长江经济带发展规划纲要 以来，岳阳市的水域面积由 2010 年的 1 461.39km2增加到 2020 的 1 916.96 km2，在近 10 年时间里，水域面积增加了 455.57 km2。主要是因为，随着国家政策的出台，明确要加强洞庭湖等重点湖泊和湿地的保护及修复，使得洞庭湖水域面积不断增大，岳阳市水域面积增多，并且随着退耕还湖、退林还湖等政策的实施，耕地、林地和草地面积也随之减少。为满足经济日益发展的需求，工厂、交通建设用地等必然会大量增长，导致耕地、草地和林地等土地利用类型被占用，从而使得土地利用结构发生变化。由此得出，政策因素是岳阳市土地利用变化的主要影响因素之一。5.2社会经济因素土地利用结构是社会经济发展的基础，同时经济发展因素也将决定土地利用情况，经济水平和发展方向直接影响土地利用的规模、结构及效率，同时也是优化土地利用结构和提高土地利用集约度的过程。国民生产可以在一定程度上反映经济发展水平，而土地利用结构与经济发展关系密切，想要经济高速发展，必然会对土地利用结构进行优化。岳阳市统计年鉴资料显示，2000 年岳阳市 GDP 为 364.04 亿元，2020 年达到了 4 001.55 亿元（如图 5 所示），几乎是2000 年的 11 倍，经济总量居全省第二。因此，想获得更高的经济效益，就要将经济效益低的林地和草地向经济效益较高的耕地转移，再由耕地向经济效益更高的建设用地转移。经济结构主要对应的是产业结构，调整产业结构必然会产生新的土地利用结构。综上所述，为了促进当地经济的发展，就需要对产业结构进行调整，从而使得岳阳市土地利用结构发生改变。由此说明，研究区域的社会经济因素是岳阳市土地利用结构改变的主要驱动力之一。图 5岳阳市 20002020 年 GDP 总量折线图5 0004 0003 0002 0001 0000364.0420002002200420062008201020122014201620182020年份452.02590.31733.401105.741539.362199.922669.343100.873411.014001.55行政界线20002020 年变化建设用地耕地水域耕地水域林地湿地水域湿地耕地华容县草地建设用地草地林地草地水域草地耕地草地湿地林地草地林地水域林地建设用地林地耕地林地湿地耕地草地耕地林地耕地建设用地耕地水域耕地湿地汨罗市君山区岳阳县岳阳楼区临湘市云溪区02550 km湘阴县平江县Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 20 期255.3自然因素自然因素也是改变土地利用结构的主要因素之一，其中降水又是影响研究区域的土地利用结构最主要因素，本文根据岳阳市统计年鉴中的数据得到，2000年降水量为1 228mm，2020年降水量为1 813.6mm，20 年间降水量大幅度上升，这是导致水域面积增长的主要原因之一，使水域面积从 2000 年的 1 746.22 km2增长到 2020 年的 1 916.96 km2，从而影响了岳阳市土地利用的空间结构。由此说明，降水量也是影响土地利用结构的因素之一。6岳阳市未来土地可持续利用的相关建议岳阳拥有 163 km 的长江岸线、60%的洞庭湖水域面积和约 1 500 km2的东洞庭湖湿地，是湖南省建设长江经济带、保护与治理洞庭湖生态的主战场和主阵地。根据岳阳市土地利用现状及经济发展趋势，岳阳市未来应该更加合理地进行土地利用优化，调整空间布局，以适应岳阳市人口增长、经济发展的需求，实现土地利用的高效利用和合理规划。6.1优先安排农用地岳阳市是粮食生产大市，然而岳阳市耕地面积在20002020 年近 20 年时间里逐渐减少。在未来岳阳市的土地规划中，应该严格坚持保护耕地的原则，大力扶持无公害蔬菜业、粮食产业、水产渔业及畜牧业等农产品加工业的要求，积极调整农业用地结构。6.2合理增加建设用地20002020 年间，岳阳市建设用地面积有所增长，在今后发展中，岳阳市要对建设用地的结构进行合理规划，坚持供需平衡、节约集约、控制增量等原则，确保经济高速发展，对基础设施建设合理规划，促进产业升级。6.3适度开发其他土地20002020 年间，水域和建设用地面积都有不同程度的增长，这与国家倡导的环境保护理念和实施的具体项目有很大关系，未来岳阳市的土地规划中要在保护环境的前提下，合理规划土地利用结构，适度开发后备土地资源。7结论本次研究是基于遥感影像数据，分析研究结果，借助辅助资料文献，以岳阳市为研究对象，以遥感技术为重要手段，使用高分辨率、高光谱、不同时相的GlobeLand 30 影像，结合岳阳市统计年鉴资料，利用 ArcGIS 软件和 Excel 软件，对岳阳市 20002020 年间的土地利用变化进行监测分析与研究，得到如下结论：本文利用 ArcGIS 软件对岳阳市的 3 期遥感影像进行预处理，得到 2000 年、2010 年和 2020 年岳阳市遥感影像，将岳阳市土地利用类型分为 6 类，即耕地、林地、草地、湿地、水域和建设用地。研究表明，岳阳市各土地类型的占地面积在 20 年间均有着不同程度的改变，其中，水域和建设用地的占地面积是增加的；而耕地、林地、草地和湿地的占地面积是减少的。影响岳阳市土地利用结构的主要因素有自然因素、经济发展和政策因素。在当今政策与经济两大因素的双重推动下，岳阳市土地利用类型分布均日趋复杂。岳阳市实施发展现代农业、退田还湖、退耕还林、退林还湖、精准脱贫等政策对土地利用结构都有重要的影响。岳阳市在今后的工业化与城市化进程中，应合理规划耕地与林地间的关系，严格地控制好建设用地的占地面积，颁布保护湿地的相关法律，为实现岳阳市可持续发展提供有力保障。参考文献：1国家发展改革委，科技部，自然资源部，等，发改农经20211812 号.国家发展改革委等部门关于印发生态保护和修复支撑体系重大工程建设规划（20212035 年）的通知S.2021-12-15.2甄艳，吴宗攀，尹志恒，等.四川省若尔盖县土地利用时空变化研究J.生态科学，2022，41（2）：41-49.3赵冰.基于 LUCC 的秦岭地区生态系统服务价值研究J.智能城市，2021，7（23）：56-57.4黄子豪.气候变化背景下浙江省土地利用/覆盖变化（LUCC）时空模拟及其演变趋势D.杭州：浙江农林大学，2021.5宁启蒙，欧阳海燕，汤放华，等.土地利用变化影响下洞庭湖地区景观格局的时空演变J.经济地理，2020，40（9）：196-203.6李毅，肖腊梅，胡文敏，等.长株潭核心区土地利用变化时空格局及驱动力多维分析J.经济地理，2021，41（7）：173-182.7胡文婷，魏新祎.基于 GIS 的达州市土地利用变化及其驱动力分析J.中国林业经济，2022（1）：34-37.8伊木然江阿卜来提，张永福，孜比布拉司马义.基于GlobeLand 30 的哈密市 20002020 年土地利用格局变化研究J.水土保持通报，2021，41（1）：182-189，196.作者简介：陈创（1993），男，湖南衡阳人，本科，助理工程师，研究方向为资源与环境遥感。（编辑：丁琳）