基于GIS的都匀市土地利用与景观格局变化及其驱动力研究

摘要 为探究都匀市土地利用与景观格局变化特征及驱动力机制，以都匀市2010年和2020年2期遥感影像作为数据源，经目视解译和精度验证形成2期土地利用数据进行分析，最后利用地理探测器对其驱动力因素进行探讨。结果表明：研究区土地类型以林地为主，耕地、草地、建设用地次之；研究期间耕地、草地、未利用地面积减少，林地、园地、建设用地、水域面积增加。土地利用变化动态度绝对值园地>未利用地>建设用地>草地>水域>耕地>林地。其中园地、建设用地增长幅度较大；由于受基数面积较大影响，耕地和林地的动态度变化不明显。在景观格局上，景观破碎化程度有所增加。香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）呈现小幅度下降，表明不同景观类型多样性程度有所下降。2010年土地利用与景观格局受高程因子影响较大，随着社会经济的发展，2020年夜间灯光和人口等社会经济因子占主导地位，人类活动影响度增强，自然因素影响度相对减弱。

关键词 GIS；土地利用与景观格局变化特征；驱动力；地理探测器；都匀市

中图分类号 S127  文献标识码 A   文章编号 0517-6611（2024）15-0067-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.015

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on Land Use and Landscape Pattern Changes and Their Driving Forces in Duyun City Based on GIS

PAN Ming-wei1， WANG Xiao-xia2， WANG Fa-yan1

（1.Duyun Natural Resources Bureau，Duyun，  Guizhou 558000;2.Qiannan Normal University for Nationalities， Duyun， Guizhou 558000）

Abstract In order to explore the characteristics and driving mechanisms of land use and landscape pattern changes in Duyun City， two remote sensing images of Duyun City in 2010 and 2020 were used as data sources. After visual interpretation and accuracy verification， two land use data were formed for analysis. Finally， the driving factors were explored using geographic detectors.The results show that the land type in the study area is mainly forest land， followed by cultivated land， grassland， and construction land;during the research period， the area of cultivated land， grassland， and unused land decreased， while the area of forest land， gardens， construction land， and water increased. The absolute value of land use change dynamics is garden land>unused land>construction land>grassland>water area>cultivated land>forest land. Among them， the growth rate of garden and construction land is relatively large;due to the large base area， the dynamic changes of cultivated land and forest land are not significant. In terms of landscape pattern， the degree of landscape fragmentation has increased. The Shannon Diversity Index （SHDI） and Shannon Uniformity Index （SHEI） showed a slight decrease， indicating a decrease in the degree of diversity among different landscape types. In 2010， land use and landscape patterns were greatly influenced by elevation factors. With the development of the social economy， social and economic factors such as nighttime lighting and population dominated in 2020， and the impact of human activities increased， while the impact of natural factors relatively weakened.

Key words GIS;Characteristics of land use and landscape pattern changes;Driving force;Geographic detector;Duyun City

土地资源是人类生存发展的物质基础［1］，是人类活动对地球自然表面进行改造的重要载体。土地利用/覆盖变化（LUCC）是研究生物多样性和碳循环等全球生态环境和气候变化问题的基础［2-4］，土地利用/覆盖的变化对人类社会生产、生活均产生影响。景观格局是指景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置，其稳定性影响到土地资源的可持续利用［5］。目前，国内外已有众多研究学者利用不同的研究方法和数据对土地利用变化及其驱动力进行研究，并取得了一系列研究成果，主要表现在两个方面：一方面是基于不同时期的遥感影像，经人工目视解译划分土地利用类型来研究土地利用时空变化规律［6］；另一方面是根据研究区实际状况考虑数据可获取性、系统性和代表性，从社会经济和自然因素等方面选取驱动力因子，来探究土地利用变化的驱动机制［7］。如汲旭生等［5］利用RS和GIS技术对南京市土地利用及景观格局变化进行分析，结果表明土地利用和景观格局有明显的变化趋势，引起土地利用变化的主要因素是城市化和退耕还林。Zhao等［8］从自然和社会经济因素方面探究对土地利用程度的驱动力机制，明确土地利用变化特征及驱动力。冯舒等［9］对北京市生境质量时空演变进行分析研究。孔祥伦等［10］对1986—2016年黄河三角洲土地利用/覆被变化及景观格局分析。Li等［11］利用CA-Markov模型对珠三角城市群3种不同情景下的土地利用格局进行模拟，结果表明建设用地的扩张对生态系统的安全具有一定的影响。当前研究主要集中在经济发达的区域，针对贵州山区喀斯特地貌的土地利用变化规律及驱动力的研究仍较少。

因此，该研究以贵州省都匀市为例，基于土地可持续利用理论、区位理论等基础理论，依托GIS空间分析模块，对都匀市2010—2020年土地利用与景观格局变化特征进行分析探讨，利用地理探测器定量分析方法，探究研究区土地利用与景观格局变化的驱动机制，以期为研究区土地利用规划和生态保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

都匀市地处贵州省南部，位于107°7′～107°46′E和25°51′～26°26′N，市域东西长64 km，南北宽63 km，总面积2 285 km2。东与丹寨县和三都水族自治县毗邻，南与独山县和平塘县接壤，西与贵定县相邻，北与麻江县交界。下辖5个街道、4个镇、1个民族乡，2022年末户籍总人口约为51万人。是贵州省南部政治、经济和文化中心，同时也是全国首批产城融合发展示范区、贵州省首批县级国家新型城镇化综合试点市和黔中经济区五大主要中心城市之一。境内交通便利，距省会贵阳公路里程96 km，黔桂铁路、贵新高速公路、厦蓉高速公路、320国道、321国道、207省道和贵广高速铁路纵贯南北。

1.2 数据来源及处理

研究数据集包括：①都匀市2010年和2020年2期遥感影像数据，空间分辨率为30 m。数据来源于都匀市自然资源局。利用ArcGIS软件对2期影像进行坐标变换和图像剪切等处理，依据土地利用分类标准和研究目的，将用地类型解译为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地，获得2期土地利用图（图2）。将目视解译结果与同时期的土地利用现状进行校对验证，解译的精度优于95%，达到研究精度要求。②自然环境因子包括DEM、年降水量、年平均气温、河流。利用ArcGis软件对河流进行欧氏距离分析，由DEM提取坡度。DEM、河流数据来源于都匀市自然资源局；年降水量、年平均气温数据来源于资源环境科学与数据中心（http：∥www.resdc.cn）。③社会经济因子包括道路、人口密度、GDP、夜间灯光，数据来源于资源环境科学与数据中心。都匀市土地利用变化驱动因子指标见表1。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用变化动态度。

土地利用变化动态度是指研究区某一时期不同土地利用类型的变化速率和变化幅度［12］。

G=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中：G为研究区某一土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为研究初期、末期某种土地利用类型的面积；T为研究时长。

1.3.2 土地利用转移矩阵。

土地利用转移矩阵可以反映一定时期内某种地类的时空演化过程，是一种较好应用于定量化分析土地利用转移情况的方法［13］ 。

f=

f11…f1n

fn1…fnn（2）

式中：f为面积；n为土地利用的类型数。

1.3.3 景观格局指数。

景观格局指数能高度浓缩空间格局信息，对基于土地利用数据的景观格局指数分析是研究景观空间格局的重要手段［14］。该研究结合研究区自然与社会经济特征，共选取6个景观格局指数（表2），运用Fragstats软件对研究区域景观格局分布状况进行研究。

1.3.4 地理探测器。

地理探测器是王劲峰等［15］提出“因子力”度量指标，结合GIS空间分析技术和集合论，用以识别多因子之间交互作用的模型［16］。该研究采用因子探测器来探究影响土地利用变化的驱动机制。

2 结果与分析

2.1 土地利用变化特征分析

在数量结构上，2010—2020年，都匀市土地利用变化面积绝对值从高到低依次为：林地>耕地>草地>建设用地>园地>水域>未利用地（图1）。研究期间耕地、草地和未利用地面积减少，林地、建设用地、园地、水域面积增加。耕地、草地和未利用地面积减少，建设用地增加，与近些年城镇化、工业化的快速推进，建设用地不断扩张占用和开荒未利用地实施土地开发项目有关；林地、园地面积增加的主要原因与国家实施退耕还林等政策相关，水域面积增加与研究期间建设大型水利设施项目扩大淹没区有关，如三江堰项目的建设。