2009—2020年桂西南喀斯特地区土地利用时空变化特征分析

摘要 分析2009—2020年桂西南喀斯特地区土地利用时空变化特征，重点分析耕地的时空演变情况，为地方政府制定耕地保护等相关土地政策提供参考。利用ArcGis、Fragstats 4.2等软件，运用土地利用变化模型、景观指数分析等方法，探索了2009—2020年桂西南喀斯特地区4个县（市）的土地利用时空变化情况，揭示研究区域土地利用存在的主要问题。结果表明：①2009—2020年间，桂西南喀斯特地区4个县（市）耕地减少规模2.42万hm2，年均减少率为1%，优质耕地有所减少；②2009—2020年间，研究区域的建设用地总量净增1.14万hm2，年均增长率2.74%，城市扩张不断侵蚀优质耕地；③研究区近10年间景观格局发生变化，耕地破碎度不断增加，林地景观优势度增加，喀斯特独特的地形地貌导致耕地景观形状复杂。

关键词 土地利用时空变化；耕地保护；景观格局指数；桂西南喀斯特地区

中图分类号 F301.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）21-0060-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.21.015

Analysis on Temporal and Spatial Variation Characteristics of Land Use in Karst Area of Southwest Guangxi from 2009 to 2020

YIN Qiuyue，WANG Yu，REN Yan

（Guangxi Zhuang Autonomous Region Land Surveying and Mapping Institute，Nanning，Guangxi 530023）

Abstract The spatial and temporal variation characteristics of land use in karst area of southwest Guangxi from 2009 to 2020 were analyzed，focusing on the spatial and temporal evolution of cultivated land，so as to provide reference for local governments to formulate relevant land policies.Using ArcGis，Fragstats 4.2 and other software，using land use change model，landscape index analysis and other methods，this paper explored the temporal and spatial changes of land use in four counties （cities） of karst area in southwest Guangxi from 2009 to 2020，and revealed the main problems of land use in the study area.The results show that：①From 2009 to 2020，the reduction of cultivated land in four counties （cities） in karst area of southwest Guangxi exceeded 24，200 hectares，with an average annual reduction rate of 1 %，and the highquality cultivated land decreased greatly;②From 2009 to 2020，the total construction land in the study area increased by 11，400 hectares，with an average annual growth rate of 2.74 %③ In the past 10 years，the landscape pattern of the study area has changed，the fragmentation of cultivated land has been increasing，the dominance of forest landscape has increased，and the unique topography of karst has led to the complex shape of cultivated land landscape.

Key words Spatiotemporal change of land use;Cultivated land protection;Landscape pattern index;Karst Region of Southwest Guangxi

土地利用/土地覆盖变化（LUCC）是人类活动对自然生态系统相互作用最直接的反映［1］。景观格局变化是土地利用变化在景观生态学中的直观表达，将土地利用与景观格局相结合，有助于深入了解土地利用景观格局的动态演变规律，对促进区域经济和环境协调发展具有重要意义，促进了生态文明建设［2-3］。近年来，在城市化进程不断加快，建设用地需求持续增加的社会背景下，土地利用及其功能结构性变化更加剧烈，人类活动与生态保护的矛盾日益突出。目前，大量学者在土地利用变化特征领域已开展了大量研究。如：魏静等［4］利用重心模型等对太行山区的土地利用景观格局进行了分析。傅家仪等［5］以海河流域为例，对流域土地利用时空变化特征及驱动机制进行研究。王甜等［6］基于多时相遥感数据对马来西亚吉隆坡市开展了土地利用变化特征分析与预测。舒田等［2］利用土地利用变化模型和景观格局指数，系统分析撒拉溪示范区10年间的土地利用及其景观格局变化。总体上，已有研究多角度、多方法对不同区域的土地利用变化开展研究，但对桂西南喀斯特典型区长时间序列的土地利用景观格局变化的研究较少。

党的十八大以来，国家不断加大对“老少边穷”地区的扶持力度，德保县、靖西市、大新县、天等县4个县（市）位于广西壮族自治区西南部，属于滇黔桂石漠化片区的典型区域，城市内喀斯特山体与城市建筑交织，形成独特的“城—山”镶嵌的喀斯特城市景观，该区域特有的地形地貌一定程度上影响城市扩张，具有生态环境脆弱性强的特点［7］。笔者以桂西南喀斯特地区典型的4个县（市）为研究区，通过GIS和RS技术，结合土地利用变化模型、景观指数等开展2009—2020年土地利用时空变化特征分析，为桂西南喀斯特典型区自然资源和生态环境协调发展提供思路。

1 研究区与数据

1.1 研究区域概况 广西壮族自治区（简称“桂”）的喀斯特岩溶面积较大，约占土地总面积的35.1%，石漠化土地占土地总面积的8.14%［8］，主要分布在桂西南、桂中、桂东北地区，其中以桂西南地区分布较为集中。其中，位于桂西南部的德保县、靖西市、大新县、天等县4个县（市）是中国乃至世界上发育最典型、最集中的峰林峰丛喀斯特分布区之一。

桂西南喀斯特地区4个县（市）地处东经105°56′～107°29′，北纬22°29′～23°40′，多年平均气温20.2 ℃，年平均降雨量1 411.6 mm，年无霜期342 d，年日照时数1 522 h，属亚热带季风气候，非常适宜热带和亚热带作物的生长。在地形地貌特征上，德保县和靖西市的地形均为西北高、东南低，以溶蚀高原地貌为主，大部分为岩溶峰丛、孤峰和非岩溶土山［9］，矿产资源丰富；大新县地形为东北、西北高，逐渐向南倾斜，中部略低成凹槽性的石山盆地，以石灰石山构成的山峰林谷为主要地形；天等县以低山丘陵为主，山地面积约占土地总面积的78%，岩溶地貌约占土地总面积的77%，所分布的峰林谷地多为断层地带，透水性强。4个县（市）的石漠化土地面积20.53万hm2，占土地总面积的19%，研究区域的石漠化趋势较为显著，对区域耕地生态安全有一定的负面影响。

根据2021年《广西统计年鉴》公布的统计数据，2020年桂西南部的德保县、靖西市、大新县、天等县4个县（市）的常住人口132.36万，地区生产总值达到396.16亿元，农作物总播种面积合计231 044 hm2，农村居民人均可支配收入13 087.75元/年。与2009年相比，桂西南4个县（市）的地区生产总值、农村居民人均可支配收入等社会经济指标正逐年提升，常住人口、农作物总播种面积等指标呈下降趋势。

1.2 数据来源 该研究以2009、2013、2015、2018、2020年为时间节点，所用基础数据包括研究区的土地利用现状矢量数据、卫星遥感影像数据、社会经济统计数据、石漠化土地数据等，其中研究区矢量数据、卫星遥感影像数据来源于研究区各年度土地利用现状调查数据以及各类专题数字正射影像；社会经济统计指标数据来源于《广西统计年鉴》（2009—2021）；石漠化土地数据来源于第3次石漠化监测数据，辅助数据包括研究区各级行政区界线矢量数据。

2 方法

2.1 土地利用现状解译 将桂西南喀斯特地区4个县（市）2009、2013、2015、2018、2020年的专题数字遥感影像按年份分别进行融合衔接，通过ArcGIS10.2软件的统计分析模块和空间分析模块对各年份的影像数据进行解译分析与处理，并与土地利用现状矢量数据进行衔接对比，采用土地利用遥感监测技术获取土地利用状况及其动态变化信息。为更好地与各年度土地利用数据衔接，2009—2018年的地块图斑采用第二次土地调查所用的《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2007）标识出耕地、园地、林地、建设用地、未利用地等各种地类，2020年的地块图斑则采用《第三次全国国土调查技术规程》（TD/T 1055—2019）中的分类标准进行标识，以此形成土地利用现状图。针对各年度的现状地类图斑进行预处理，获取各年度各地类面积，分析土地利用总体变化情况。

2.2 土地利用变化幅度 土地利用变化幅度主要用于表征各土地利用类型在面积方面的变化幅度［5］。土地利用变化幅度的数学表达式为：

W=（S2-S1）/S1×100%（1）

式中：W为研究区域某一种土地利用类型规模变化率；S1为研究区域某一种土地利用类型期初面积；S2为研究区域某一种土地利用类型期末面积。

安徽农业科学 2023年

2.3 单一土地利用动态度 为更直观地获取不同土地利用类型变化情况，拟采用不同土地利用类型变化动态度来表达一定时间内各区域各类土地资源数量和空间布局的变化速度，定量分析这种变化速度及变化幅度。土地利用类型变化动态度是反映区域不同土地利用类型变化剧烈程度的重要指标［10］，用来表示一个时段内不同土地利用类型数量与分布的稳定情况，相当于年变化率。其数学表达式为［11］：

式中：K为某一个研究时间段内某一种土地利用类型的变化动态度；Ua、Ub分别为某一种土地利用类型期初、期末的面积；T为研究时段长度，以年为单位，将研究时间分为4个阶段，即2009—2013年、2013—2015年、2015—2018年、2018—2020年。当K为0时，表示该土地利用类型面积总体稳定，没有发生变化；K＜0时，表示该土地利用类型面积呈减少趋势，且值越小，减少幅度越大；K＞0时，表示该土地利用类型面积有增加，值越大，增加规模越大；K的绝对值越大，表示该土地利用类型面积变化幅度越明显。

2.4 景观格局指数选取 景观格局指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标［12］。笔者综合考虑前人的研究［13-15］并结合西南部喀斯特地区的实际情况后，运用Fragstats 4.2软件，从类型尺度和景观尺度选取斑块密度指数（PD）、最大斑块指数（LPI）、香农多样性指数（SHDI）、聚集度指数（AI）、斑块数目指数（NP）、景观形状指数（LSI）6个指标进行分析。