河南省2000—2020年土地利用时空变化特征及驱动因素分析

摘要 [目的]研究土地利用时空变化特征并分析其驱动因素，为政府制定相关土地政策提供一定的参考。[方法]基于河南省2000、2010、2015、2020年土地利用遥感数据，利用ArcGIS 10.2软件进行空间分析与计算，总结分析研究时间段内各土地利用类型的变化和影响因素。[结果]河南省2000—2020年林地面积增加361 km2、水域面积增加818 km2、建设用地面积增加5 002 km2，耕地面积减少5 591 km2、草地面积减少461 km2、未利用地面积减少68 km2;以2015—2020年变化最为显著，各地类的变化速度和幅度差异明显，且不同地类间转换频繁。河南省的土地利用程度综合指数不断增加，土地利用的水平在进一步提高，2015—2020年变化提升程度最为明显，说明河南省土地利用集约程度有较大的提高。[结论]影响研究时间段内土地利用变化的主要驱动因素是城镇化进程、经济发展、人口增长和政策。

关键词 土地利用;时空变化特征;驱动因素;GIS空间分析;河南省

中图分类号 F 301.2  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）16-0053-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.16.015

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatial-temporal Change Characteristics and Driving Factors of Land Use in Henan Province from 2000 to 2020

ZHANG Yu-meng，MA Ming，LIN Jia-jia （School of Architecture and Planning， Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui 230601）

Abstract [Objective] To study the temporal-spatial change characteristics of land use and analyze its driving factors， so as to provide some reference for the government to formulate relevant land policies.[Method]Based on the remote sensing data of land use in Henan Province in 2000， 2010， 2015 and 2020， the spatial analysis and calculation were carried out by ArcGIS 10.2 software， and the changes and influencing factors of land use types in the study period were summarized and analyzed.[Result]From 2000 to 2020 in Henan Province， the forest land area increased by 361 km2， the water area increased by 818 km2， the construction land area increased by 5 002 km2， the cultivated land area decreased by 5 591 km2， the grassland area decreased by 461 km2， and the unused land area decreased by 68 km2.The changes from 2015 to 2020 were the most significant， with obvious differences in the speed and magnitude of changes in different types， and frequent transitions between different types.The comprehensive index of land use degree in Henan Province was constantly increasing， and the level of land use was further improved， with the most obvious change from 2015 to 2020.It showed that the intensive degree of land use in Henan Province had been greatly improved.[Conclusion]The main driving factors affecting land use change during the study period were urbanization process， economic development， population growth and policies.

Key words Land use;Spatial-temporal change characteristics;Driving factors;GIS spatial analysis;Henan Province

经济社会与生态环境协同发展是一个复杂而艰巨的难题，土地利用变化反映了自然环境和人类活动相互作用后的生态环境变化特征，受到了国内外学者的广泛关注[1]。土地利用是指人类与土地进行物质、能量和价值、信息的交流、转换，从中获得物质产品和服务的经济活动过程[2]。近年来国内外学者对于土地利用的主要研究集中于土地利用分类及演变特征分析、土地利用数据模型构建、土地利用转型、土地利用演变驱动机制等方面。如Letourneau等[3]提出了一种新的土地利用分类和建模方法，使用基于土地利用系统 （LUS）的分类，从而代表人类与环境相互作用的特定组合。董宁等[4]开展全球社会经济和排放情景下的我国土地利用预测研究，构建了基于不同情景下的土地利用变化评估框架。尹登玉等[5]结合山东省土地利用变化，并分析了土地利用对生态系统服务价值的影响;龙花楼等[6]开展了土地利用转型与乡村转型发展的耦合过程及互动机理的研究;陈百明[7]展开对我国土地利用和土地覆被变化的研究并分析了人类驱动力影响因素;吕双双等[8]认为影响土地利用功能的因素主要分为自然、交通区位、经济、社会、生态（环境）、政策6个因素。就目前而言，国内外学者已经针对土地利用变化在不同方向上展开了大量研究，但仍然存在一些不足，如土地利用涉及方面广，与自然地理学、人文经济、生态学等理论密切相关，而目前的研究缺乏统一的理论指导;关于影响土地利用的人文或者自然因素具有不确定性，大多模型的数据标准无法统一，缺乏可比性;关于土地利用的数据获取大多来源于遥感技术，其获取、解译、处理等方面存在相关误差。笔者基于河南省2000、2010、2015、2020年土地利用遥感数据，利用ArcGIS 10.2软件进行空间分析与计算，总结分析研究时间段内各土地利用类型的变化和影响因素。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

河南省位于黄河中下游地区（110°21′～116°39′E、31°23′～36°22′N），东连山东、安徽，西邻陕西，北接河北、山西，南临湖北。全省总面积167 000 km2，地势西高东低[9]。河南省属于大陆性季风气候（北亚热带向暖温带过渡），季节过渡分明、降雨和高温季节同步，年平均气温为10.5～16.7 ℃，气候适宜多种农作物生长。全省耕地面积居全国第二，达到6 871 000 hm2。截至2000年底，河南省共有17个设区的市，21个县级市（图1）;常住人口达到9 936万，常住人口城镇化率达到54.2%;全省生产总值54 997.07亿元，经济发展态势良好。

1.2 数据来源

2000、2010、2015、2020年的土地利用遥感数据，来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn），精度是1 km×1 km。土地利用分类按照 《土地利用现状分类标准》（GB/T 21010—2007）的规定，划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种类型[10-11]。社会经济指标等数据来源于2020年河南省政府统计报告、河南省统计年鉴。

1.3 研究方法

1.3.1 单一土地利用动态度。用来对某一时期、某一区域内不同土地利用类型变化的速率及变化幅度指标的描述，通过对数据的进一步分析以预测土地利用变化的趋势。其计算表达公式如下：

K=U b-U aU a×1T×100%（1）

式（1）中，K表示研究时间内某一种土地利用类型的动态度;U a 和 U b 分别表示某一种土地类型开始和结束时的面积[12];T 是研究时间长度，一般单位设定为年。为了便于数据分析，将持续时间分为3 个阶段，即2000—2010、2010—2015和2015—2020年。

1.3.2 土地利用转移矩阵。用来描述在研究开始时和结束时的土地利用变化结构特征，以及各类土地的具体转移情况，包括没有发生变化的、转入的和转出的情况[13]，是对某种状态转换的定量描述。其计算表达公式如下：

S ij=S 11…S 1n

S n1…S nn（2）

式（2）中，S表示用地面积;n表示土地类型数目;i、j分别表示开始时和结束时的各种土地类型。

1.3.3 土地利用程度综合指数模型。土地利用程度综合指数反映了人类对区域土地开发利用的程度﹐是衡量区域土地利用深度和广度的重要指标[14]。其计算表达公式如下：

L=100×ni=1（A i×C i）（3）

式中，L表示土地利用程度综合指数;C i表示第i级土地利用程度分级指数;n表示土地利用程度分级数，根据相关学者研究[15]，赋值分别为未利用地=1、林地、草地和水域=2，耕地=3，建设用地=4;A i是对应地类的面积比例。

2 结果与分析

2.1 土地利用数量变化分析

2000—2020年河南省的土地利用/土地覆盖类型主要分为6个一级类型和25个二级类型。利用ArcGIS 10.2软件对河南省土地利用现状遥感监测数据进行提取、重分类以及统计分析，结果发现（图2和表1～2），2000—2020年河南省建设用地、水域、林地面积趋向增加，而草地、耕地和未利用地面积趋向减少。在此期间，河南省建设用地面积增加5 002 km2、林地面积增加361 km2、水域面积增加818 km2，草地面积减少469 km2、耕地面积减少5 591 km2、未利用地面积减少68 km2。以 2015—2020年变化尤为显著，各地类的变化速度和幅度差异明显，且不同地类间转换频繁。具体分析如下：

（1）耕地面积由2000年的108 692 km2（占比65.65%）变化到2020年的 103 101 km2，共计减少了5 591 km2，2015—2020年耕地面积减少了3 536 km2，土地利用动态度为-0.66%。

（2）林地面积变化表现为2000年的26 798 km2变化到2020年的27 159 km2，总体上增加了361 km2。其中2000—2010年增加了14 km2，2010—2015年减少了21 km2，2015—2020年增加了368 km2，其中2015—2020年变化速率最大，土地利用动态度为0.27%。

（3）草地面积由2000年的9 411 km2变化到2020年的8 942 km2，减少了469 km2，2000—2010、2010—2015、2015—2020年3个时期中逐渐呈现减少趋势，且减少速率逐渐加快。

（4）水域面积变化总体呈现增加趋势，具体表现为2000年面积3 536 km2变化到2020年的4 354 km2，水域总面积增加了818 km2，2000—2020年的土地利用动态度为1.16%。

（5）建设用地面积由2000年的17 036 km2变化到2020年的22 038 km2，增加了5 002 km2，2000—2010、2010—2015、2015—2020年3个时期中逐渐呈现增加的趋势，且增加速率逐渐加快;2015—2020年增加了3 369 km2，土地利用动态度为3.61%。

（6）未利用地面积总体呈现减少趋势，2000—2010年减少了29 km2，2010—2015年基本无变化;2015—2020年减少了40 km2，土地利用动态度为13.11%。

2.2 土地利用类型面积转移矩阵分析 使用ArcGIS 10.2软件的空间模块分析功能对河南省2000—2020年的土地利用/覆盖数据进行转移矩阵运算，通过统计分析得到表3。