基于地形梯度的东兴市土地利用时空变化分析

基于地形梯度的东兴市土地利用时空变化分析
发布时间：2022-04-15T01:53:15.325Z 来源：《新型城镇化》2022年6期作者：叶杰[导读] 地形作为一种重要的自然地理要素，在一定程度上影响着土地利用格局，对土地利用格局的形成具有重要影响。

以广西壮族自治区东兴市为例，运用DEM提取高程、坡度等信息，对东兴市2005年、2010年、2015年的遥感影像进行解译，得到三个时期土地利用数据，采用地形位指数、分布指数系统分析研究区三个时期的土地利用变化的地形梯度特征。

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摘要：地形作为一种重要的自然地理要素，在一定程度上影响着土地利用格局，对土地利用格局的形成具有重要影响。

以广西壮族自治区东兴市为例，运用DEM提取高程、坡度等信息，对东兴市2005年、2010年、2015年的遥感影像进行解译，得到三个时期土地利用数据，采用地形位指数、分布指数系统分析研究区三个时期的土地利用变化的地形梯度特征。

结果表明：研究区土地利用类型以林地、水域、耕地为主。

研究期间东兴市耕地、园地、草地、林地大幅度减少，城镇工矿及农村居民点用地和交通运输用地大幅度增加。

低地形位区域是耕地、草地、城镇工矿及农村居民点、交通运输用地、水域及水利设施用地、未利用地的优势分布区域。

中低地形位区域是园地的优势分布区域，中高和高地形位区域是林地的优势分布区域。

关键词：地形梯度；东兴市；土地利用变化
中图分类号：F301.24 文献标识码：A
0引言
地形作为一种重要的自然地理要素，具有引导水流、涵养水源、分隔空间、改善小气候等作用，同时也是影响人类生产生活的一项重要自然因子，深刻影响着人类对区域土地利用的方向和程度。

地形因子与土地利用方式有着十分紧密的关系，地形因子的差异往往会引起区域土地利用格局的差异[1]，地形因子对人类生产生活也具有一定的约束力，也使得土地利用在时空上具有选择性，使土地利用类型在地形梯度空间上的分布呈现明显的规律性和层次性[2]。

国内外学者已经运用 DEM数据分析区域土地利用变化作了大量研究，国外学者倾向于探讨地形因子在实际应用中的作用[3-5]，国内学者则多数从高程、坡度、坡向、坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地形粗糙度等微观或宏观地形因子入手，利用地形位指数、优势分布指数、土地变化速度、生态效应测算等模型分析不同区域土地利用变化的地形梯度特征[6-8]。

国内学者所做的研究颇为丰富，但对于边境地区的研究还甚少，本研究借助 RS和 GIS技术，采用地形位指数和分布指数等模型，分析广西边境城市东兴市2005、2010、2015年三个时期的土地利用格局和地形因子之间的关系，揭示其分布规律，为节约土地资源、优化土地利用格局、保障土地资源可持续利用具有重要意义，同时也为广西边境地区土地管理决策以及生态环境建设提供理论支持 1研究区概况
东兴市属于广西壮族自治区8个边境县（市、区）之一，其经纬度范围在东经107°53′~108°30′，北纬21°31′~21°44′之间，地处广西壮族自治区西南端，东南濒临北部湾，西南部与越南芒街市接壤，总面积589km2，下辖三镇，同时具有沿海、沿边、沿江的独特区位优势。

2016年末常住人口15.71万，地区生产总值93.18亿元。

东兴市是广西边境8个县（市、区）中发展最快的城市。

东兴市总体地势为北部高南部低，最高海拔为877m，最低海拔为-11m。

境内地貌大致分为低山地貌、丘陵地貌和滨海平原地貌，低山地貌分布在东兴市西北部。

丘陵地貌大多分布在中部广大地区，海拔不超过500m，多为低山丘陵或缓地土岭。

滨海平原主要分布在东兴市南部沿海一带，海拔不超过20m。

2数据来源与处理及研究方法
2.1数据来源与处理
本文土地利用数据以2005年、2010年、2015年的三期遥感影像为数据源，其中前两期遥感数据空间分辨率为30 m，2015年遥感影像从广西遥感中心购买，空间分辨率为0.5~2 m，利用 ENVI4.7和 Arcgis10.2软件，通过人机交互解译，得到研究区3期土地利用数据，参照全国土地利用现状分类体系，把东兴市土地利用类型分为耕地、园地、林地、草地、城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、未利用地八大类。

DEM数据来源于地理空间数据云，空间分辨率为30m，坡度和地形位指数则通过DEM数据在Arcgis10.2软件平台下处理计算生成，高程、坡度、地形位指数图见图1~图3。

式中为分布指数，Sie为地形上地类的面积；Si为研究区地类的总面积；Se为研究区地形上的总面积；为研究区的总面积。

当＞1时，表示地形上地类的分布为优势分布。

越高，表明优势度越高，说明在该级别地形上越适合该土地利用类型的分布和发育[12]。

根据公式（1），在ARCGIS平台的支持下，运用空间分析中的地图代数工具，将高程图和坡度图进行叠加计算，得到地形位指数，采用等数量分级法将地形位指数分为10个等级，具体分级标准及其面积比例见表2
3 结果与分析
3.1 土地利用变化总体分析
通过Arcgis10.2的处理，得到东兴市土地利用数量变化的总趋势和时空差异，研究区土地利用以水域及水利设施用地、林地、耕地为主，三者之和占总面积的比例在三个时期分别为80.93%、80.51%和80.05%。

其中，林地所占面积最大，三个时期林地面积比例均超过47%，这与整个广西从上个世纪末全面种植桉树有很大关系，说明林业用地在东兴市土地利用格局中具有重要地位，土地利用以林业用途为主，其次是水域及水利设施用地，三个时期水域及水利设施用地面积均占土地总面积23%以上，这是由于东兴市属于沿海地区，海域面积较大，在沿海一带有大量渔业养殖企业及农户，符合研究区经济和社会发展的特点。

2005~2015年，林地、园地、草地、耕地都呈现持续
减少的趋势，其中林地在2005年到2010年减少幅度较大，减少432.66公顷，2010到2015减少幅度较小，减少34.36公顷，这与退耕还林政策有一定影响。

城镇工矿及农村居民点用地和交通运输用地的变化趋势相同，都是呈现持续增长的趋势，10年内分别增加1033.66公顷和248.56公顷，说明近10年来东兴市城市扩张面积比较大。

水域及水利设施用地呈现一个持续增加的趋势，其很大原因是渔业养殖和东兴水库的扩容蓄水引起的。

3.2 基于高程梯度的土地利用结构与变化分析
在ARCGIS软件的支持下，通过空间叠加分析，将土地利用类型分布图与高程图进行叠加，统计各土地利用类型在各高程分级区的数量结构变化数据。

东兴市土地利用主要集中在1~3分级区间，分别占总面积的38.03%、29.06%和15.43%，三者占总土地面积的82%以上，可见东兴市土地利用类型主要分布在高程小于100m的范围内。

在第1梯度内主要地类有耕地、城镇工矿及农村居民点、水域及水利设施用地，分别占2015年各地类总面积的比例为55.70%、70.82%、90.45%，这三种地类的分布指数均大于1，其中水域及水利设施用地的分布指数大于2，说明水域及水利设施用地在第1梯度上分布优势非常突出，可见，东兴市耕地、城镇工矿及农村居民点和水域及水利设施用地主要分布在高程小于10m的高程带。

在研究期内第1梯度内各土地利用类型面积变化剧烈，其中耕地、林地、草地三种地类均呈现大幅减少的态势，分别减少129.69hm2、219.87hm2、285.93hm2，城镇工矿及农村居民点和交通运输用地增加明显，分别增加542.34hm2和89.1hm2，园地、水域及水利设施用地和未利用地略微增长，分别增加0.81hm2、1.35hm2和1.89hm2。

在第2梯度内主要地类有耕地、园地、林地，分别占2015年各地类面积比例为31.72%、46.30%、56.21%，期间，三种地类分别减少46.62hm2、107.37hm2和115.92hm2。

在第3~5梯度内，林地和未利用地占据主导地位，分别占2015年各地类面积比例为59.47%和27.25%，其中林地在3~5梯度范围内一直呈增长趋势，在3个梯度范围内分别增加40.86hm2、88.38hm2和3.24hm2。

根据分析可知，东兴市耕地、城镇工矿及农村居民点、交通运输用地、园地、水域及水利设施用地随着高程的增加而减少，而林地的变化趋势正好相反。

研究期间耕地、林地、草地的减少主要发生在第1,2梯度内，城镇工矿及农村居民点用地和交通用地的增加正好也主要发生在第1,2梯度内，说明在低海拔区域，建设用地的扩张主要通过占用耕地、林地和草地实现。

园地的减少主要发生在第3,4梯度内，水域及水利设施用地的增加主要发生在第2梯度内，这主要是由于东兴水库的蓄水和沿海渔业养殖面积的增加造成的。

3.3 基于地形位梯度的土地利用结构与变化分析
研究区地形位指数共划分为10级，具体分级标准见表2。

耕地分布指数在地形位指数上总体表现为先急剧上升后逐渐下降的趋势。

在第2~4地形位分级上耕地分布指数大于1，说明该区间是耕地分布的优势区间，而第1和5~10区间耕地分布指数均小于1。

表明随着地形位指数的增加，耕地的分布越来越少，耕地在高地形位区间不存在优势。

而在第1地形位区间耕地不占优势的原因是第1地形位区间水域占据着绝对主导地位，耕地在该地形位区间几乎无分布。

园地分布指数的变化与耕地类似，不同之处在于园地分布的优势区间在3~5地形位区间，其中2015年5~9地形位区间上园地分布比2010和2005年少，说明高地形位区域的园地的分布在逐渐减少。

随着地形位的上升，林地的分布指数也逐渐上升。

在4~10地形位区间其分布指数均大于1，该区间是林地的优势分布区间，同时也说明随着地形位指数的升高，土地利用类型以林地为主导，林地在高地形位区间占据着绝对优势。

草地在2~4地形位区间地形位指数均大于1，这个区间是草地的优势分布区间。

城镇工矿及农村居民点用地和交通运输用地的分布指数的变化趋势基本一致，呈现出一个急剧上升后逐渐下降的分布情况，其中城镇工矿及农村居民点用地在第2、3地形位区间分布指数大于1，在该地形位区间内城镇工矿及农村居民点用地具有优势，而在8~10地形位区间其分布指数趋近于0，说明在高地形位区间，农村居民点分布极少。

交通运输用地在第2~4地形位区间分布指数均大于1，与2010年相比，2015年交通用地在5~8地形位区间的分布指数均比2010年大，主要是由于近年来，随着国家扶贫工作的开展，对一些偏远山区交通不便的村屯实施了屯屯通道路和道路硬化工程，使得高地形位区间的交通条件改善不少，交通运输用地随之增加，因此分布指数有略微上升。

水域及水利设施用地分布指数的变化规律与林地正好相反，其分布指数随着地形位的增大而减小，其优势区间在1~2地形位区间，其中在第1地形位区间，水域及水利设施用地面积占所有地类面积总和的95.39%，说明该地形位区间水域及水利设施用地占据着绝对主导地位。

在8~10地形位区间，水域及水利设施用地的分布指数减小为0。

可以看出研究区水域及水利设施用地主要分布在低地形位区域。

未利用地呈现出一个比较复杂的变化，出现一个先上升后下降再上升再下降的过程，2015年的优势区间在3,4地形位区间，从2005年到2015年可以看出，未利用地逐渐向中高地形位区间转移，中低地形位区间的分布指数逐渐下降。

4 结论
从总体情况来看，2005~2015年，东兴市土地利用变化主要为耕地、园地、林地、草地、未利用地的大幅减少和城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地、水域及水利设施用地的持续增加。

其中耕地、园地在2010~2015年的减少幅度大于2005~2010年，林地、草地在2010~2015年的减少幅度小于于2005~2010年，各地类中城镇工矿及农村居民点用地的变化最大，2005~2015年共增加了883.35hm2。

从高程梯度角度看，耕地、城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地、水域及水利设施用地主要集中在0~10m高程范围内，园地、未利用地主要集中在10~50m高程范围内，，林地在各高程均有分布，但随着高程的增大，林地在各地类中占据着主导地位，尤其是在高程200m以上的区域，林地占有绝对优势。

耕地、草地的减少主要发生在0~10m高程范围内，城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地的增加也主要发生在0~10m范围内，从坡度梯度角度看，耕地、园地、草地、城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地、水域及水利设施用地主要集中在0~3°坡度范围内，林地主要集中在10~20°范围内。

随着坡度的增加，耕地、园地、城镇工矿及农村居民点用地、交通运输用地、水域及水利设施用地均呈现衰减的趋势，未利用地也主要集中在0~3°范围内，主要是由于很多滩涂、苇地、盐碱地等未利用地分布在沿海地区。

从地形位角度看，耕地、草地、城镇工矿及农村居民点、交通运输用地、水域及水利设施用地、未利用地的优势分布区间在低地形位区域。

园地的优势分布区间在中低地形位区域，林地的优势分布区间在中高、高地形位区域。

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