基于地学信息图谱数据的四川省土地利用格局分析

［摘 要］ 利用四川省1980、1990、2000、2010年和2020年共5期土地利用基本数据，采用GIS技术及地学信息图谱方法合成1980—2020年4个时段的土地利用格局变化图谱，从而得到近40 a内的土地利用变化数据，并由此分析四川省土地利用格局的时空变化。结果表明：近40 a来，四川省土地利用方式大多维持不变，为全期稳定型模式，变化主要发生在2010—2020年；1990—2010年成都平原城市化进程加快，2010—2020年四川省城市化进程加快，这与四川省经济发展模式相呼应；四川省耕地面积一直在减小，2000年后尤为明显；林地面积在1980—2000年减小，2000年后增加，推断这与我国退耕还林及“绿水青山就是金山银山”等政策和理论的实施相关。

［关键词］ 土地利用；地学信息图谱数据；耕地变化；四川省

［中图分类号］ F301.24 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2022）15--4

0 引言

土地是人类生存与发展的重要资源之一，其覆被变化与人类活动发展趋势相互影响。土地利用变化是指人为和自然因素使土地的利用和管理方式发生改变，从而致使土地覆被发生改变［1-2］。土地利用与人类生产活动休戚相关，因此，这一直是研究的热点问题。目前，有关土地利用问题的研究可大致分为4类：一是土地利用变化研究［3-4］，包括探讨各个区域尺度上的土地利用变化；二是土地利用空间格局分布与自然因素的关系，例如，地形位指数［5］、土壤质地［6］、土壤侵蚀［7］和气候［8］等因素对土地利用空间格局的影响；三是人类活动对土地利用的影响，包括经济发展和社会进步引起的人类生产方式的改变［9-10］，退耕还林还草［11］、现代化农业、经济开发和生态服务［12］等政策颁布对土地利用的影响；四是以土地利用为载体，以提高研究方法精度或效益为目的，涉及监测［13］、分类及制图［14］等方面。

地学信息图谱是一种地理时空分析方法论，其含有“空间-属性-过程一体化”信息［15-16］。土地利用变化是一种时空复合体，应用地学信息图谱可以综合表达土地利用的空间位置和变化过程，因此，应用地学信息图谱分析土地利用变化是较优选择。前人也对此进行了大量研究，表明其是一种较为成熟的研究方法。为了解四川省近40 a土地利用变化趋势，利用地学信息图谱方法获得四川省土地利用变化数据，分析近40 a内的土地利用变化，进而揭示四川省土地利用类型的转变特征，分析近40 a土地利用变化趋势并探讨其变化原因，以期为四川省前期土地利用评判及后期土地利用管理提供科学依据。

1 研究区概况

四川省位于我国西南腹地，地处长江上游。其东部为川东平行岭谷和川中丘陵，中部为成都平原，西部为川西高原，地势西高东低。其地理位置为97°21′E～108°33′E，26°03′N～34°19′N，气候以四川盆地中亚热带湿润气候、川西南山地亚热带半湿润气候及川西北高山高原高寒气候等为主。境内土壤类型丰富，植被覆盖优良。因土地肥沃、物产丰富，四川省自古就有“天府之国”的美誉。

2 数据来源及处理

2.1 数据来源

四川省1980、1990、2000、2010年和2020年土地利用数据资源来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn）［17］，空间分辨率为1 km。笔者采用此数据，将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用地6个一级类型。

2.2 土地利用变化图谱分析

通过ArcGIS 10.2.2软件中的栅格计算器功能，计算获取40 a来四川省土地利用类型变化信息图谱。其中，间隔10 a相邻两个土地利用类型计算公式如（1）所示［5］：

Y=C（x-10）×10+Cx                                             （1）

式（1）中：Y代表图谱；x表示年份，C（x-10）和Cx表示时间间隔为10 a相邻的两个土地利用类型数据。

3 结果与分析

3.1 各时段土地利用变化分析

将相邻10 a变化图斑总面积除以四川省的总面积，得到土地利用变化所占四川省总面积（486 000 km2）的百分比，如表1所示。将10 a内各土地利用方式发生变化的图斑除以各时间段内变化总图斑面积，得到土地利用变化率，如表2所示。分析可知，1980—1990年、1990—2000年、2000—2010年和2010—2020年4个时间段内利用发生变化的土地面积占四川省总面积的比例分别为0.70%、0.42%、0.52%和30.21%，其中2010—2020年土地利用方式变化剧烈，而1980—2010年土地利用方式变化不大。

1980—1990年土地利用变化主要体现为水体→草地、水体→未利用地，两种变化模式占总变化面积的81.26%，还有部分耕地转变为建设用地和水体，其他变化模式所占比例极小；1990—2000年土地利用变化主要体现为林地→草地、耕地→建设用地、草地→林地和林地→耕地，共占变化总面积的79.99%，耕地转为林地、水体和草地以及草地转为耕地和水体的变化模式也占有一定比例；2000—2010年土地利用变化主要体现为耕地→建设用地、林地→草地、草地→林地、耕地→林地及耕地→草地，共占变化总面积的82.22%，还有草地和林地转为未利用地、未利用地→草地、林地→建设用地和耕地→水体情况发生；2010—2020年土地利用变化主要体现为草地→林地、林地→草地、林地→耕地和耕地→林地，共占变化总面积的70.78%，其次是草地→耕地、耕地→草地、草地→未利用地、未利用地→草地以及耕地转为建设用地与水体，其他转变模式虽比例较小，但因土地利用变化面积基数较大，也占有一定面积。

3.2 1980—2020年土地利用变化总体分析

为更直观地观察土地利用变化，根据土地利用方式“新增”和“缩减”特性的土地利用变化“涨势”和“落势”图谱，由此得到四川省40 a土地变化数据，并结合表2数据分析当地土地利用转变特点。

1980—1990年，四川省水体缩减面积占变化总面积的83.73%，主要新增草地和未利用地，新增建设用地主要分布在四川省西南部；1990—2000年，四川省林地与耕地缩减最多，新增草地与建设用地，新增建设用地主要分布在成都平原；2000—2010年，四川省耕地缩减最多，草地与林地也有大量转出，与此同时，草地、建设用地以及林地也有大量转入，新增建设用地也大量分布在成都平原；2010—2020年，四川省土地利用方式转变剧烈，涉及区域广泛，主要在耕地、林地及草地3种土地利用方式中相互转变，其中耕地与草地总面积减小，而林地面积增大2.26%，涨幅最大的是建设用地，新增比例为4.31%。

3.3 1980—2020年土地利用变化特征分析

基于1980—2020年土地利用变化数据总结土地利用变化模式，根据其占比最终将其变化模式分为8种类型（见表3）。数据表明，1980—2020年，四川省内68.76%土地的利用方式处于后期稳定型，其主要为草地、林地及耕地；其次便是仅在2010—2020年发生变化的后期变化型，占比达29.61%；其他变化模式面积占比相对较小。

4 结论

在ArcGIS技术支持下，利用1980、1990、2000、2010年和2020年四川省土地利用情况数据，采用地学信息图谱分析方法，得到四川省土地利用变化数据，以此分析近40 a来四川省土地利用变化过程，得到的主要结论如下。近40 a 来，四川省土地利用方式大多维持不变，为全期稳定型模式，变化主要发生在2010—2020年。1980—1990年、1990—2000年、2000—2010年和2010—2020年，缩减最为剧烈的土地利用类型分别是水体、林地、耕地和林地，新增最多的土地利用类型分别是草地、草地、草地和林地。四川省建设用地面积持续扩增；与此同时，1990—2010年成都平原城市化进程加快，2010—2020年四川省城市化进程加快，这与四川省经济发展模式相呼应。近40 a来，四川省耕地面积一直在减小，2000年后尤为明显；林地面积在1980—2000年减小，2000年后增加，推断这与我国退耕还林及“绿水青山就是金山银山”等政策和理念的实施相关。

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