玉马经济带农用地耕地果园转换时空特征研究

时间：2024-05-18

杨雪萃　张勇荣　徐异龙　童贤倩　李万录

摘要：農用地中“耕地-果园”转化作为乡村振兴背景下重要的土地利用转化方式，对促进区域高质量可持续发展有深刻影响，为揭示“玉马经济带”耕地-果园转换时空变化特征及影响因素，采用2012年与2018年遥感影像和土地利用数据，通过转移矩阵、核密度分析等方法，旨在揭示2012—2018年期间土地利用格局时空演变特征和影响因素。结果表明：（1）2012—2018年地类转化趋势明显，耕地面积显著减少，果园面积逐年增加且总体呈稳定增长态势，总体形成集中连片分布模式。（2）“耕地-果园”转换热点区域主要表现为三类，分别是一号地块的独立扩展模式、二号地块的带状延伸模式和三号地块的团状发展模式。（3）“耕地-果园”转换，其影响因素主要受制于宏观政策、坡度、交通、等综合因素驱动。“玉-马经济带”土地利用结构未来将趋向规模化、均衡化发展，将形成科学高效的土地利用结构。

关键词：玉-马经济带耕地-果园转换遥感解译时空特征核密度分析

中图分类号：F323.211 文献标识码：A

Research on the Spatial-Temporal Characteristics of Farmland-Orchard Transformation in Agricultural Land in the Yushe-Machang Economic Belt

YANG Xuecui ZHANG Yongrong XU Yilong TONG Xianqian LI Wanlu

（Liupanshui Normal University， Liupanshui， Guizhou Province， 553000 China）

Abstract： In agricultural land， as an important land use transformation method in the context of rural revitalization， "farmland-orchard" transformation has a profound impact on promoting the high-quality and sustainable development of the region. In order to reveal the spatial-temporal variation characteristics and influence factors of farmland-orchard transformation in the "Yushe-Machang Economic Belt"， this paper uses remote sensing images and land use data in 2012 and 2018 to reveal the spatial-temporal evolution characteristics and influence factors of land use patterns from 2012 to 2018 through methods such as transition matrix and kernel density analysis. The results are as follows. （1） From 2012 to 2018， the trend of land type transformation was obvious， cultivated land area decreased significantly， and orchard area increased year by year and showed an overall stable growth trend， which generally formed a centralized contiguous distribution mode. （2） There were three main types of the hot spot regions of "farmland-orchard" conversion， namely， the independent expansion mode presented by Plot 1， the banded extension mode presented by Plot 2， and the cluster development mode presented by Plot 3. （3） The influence factors of "farmland-orchard" conversion were mainly driven by comprehensive factors such as macro policies， slope and traffic. The land use structure in the "Yushe-Machang Economic Belt" will trend to scale and balanced development in the future， and a scientific and efficient land use structure will be formed.

Key Words： Yushe-Machang Economic Belt; Farmland-orchard transformation; Remote sensing interpretation; Spatial-temporal characteristics; Kernel density analysis

全球环境变化与可持续发展越来越注重人类对土地资源的开发、利用及土地利用类型的转化，其中农业用地的发展对生态环境与社会经济的影响极为显著，由此农用地变化成了土地利用/土地覆被变化的重要研究内容。在当今快速城市化进程发展中和乡村农业振兴发展的背景下，农用地类转化显著，大量耕地转化为其他经济类型农用地类。目前，对土地利用转型研究主要在地类转型动因、土地利用转型影响因素，还有一些关于特殊地类利用转型以及转型研究的探测、讨论^[1]。土地利用研究有多种维度、多种方法，系统推进其理论与实际研究的升华，提升研究方法的准确科学性、实地适应性对推进土地利用研究有深远意义。

土地利用类型变化是一个极具国际性的前沿课题。国外现有研究多集中于农业用地的功能、转型、未来演变趋向等方面^[2]，以及林地、建设用地、住宅用地等转型研究。在土地利用类型中，农用地土地资源利用方式、变化格局深刻影响到区域生产结构稳定性、合理性问题。耕地作为生产用地的主要类型和基本资源的重要来源，对其优化配置可有效提升耕地资源优势，促进区域生产可持续发展。现如今，大量新技术应用到土地利用变化研究，尤其是以遥感解译、地理信息系统为主的技术应用到地类变化特征、驱动因素和直接影响等方面的研究。

1 研究区概要、数据来源和研究方法

1.1 研究区概要

研究区位于贵州省六盘水市水城区，包含玉舍镇、勺米镇、米萝镇和阿戛镇等，如图1所示。经纬度位置为104?34′30″～104?57′30″E，26?24′15″～25?31′43″N，研究区总面积约139 km²，境内山脉延伸呈西北东南走向，地势西高东低中部低洼，平均海拔约为1 623 m，是典型的北亚热带高原喀斯特岩溶景观区。

1.2 数据来源

文中采用的数据源于2012年和2018年的Google Earth高分辨率遥感影像数据，以及空间分辨率为30m的DEM数据，坡度根据其计算得出。使用ENVI和ArcGIS软件并结合实际情况进行面向对象分类，加以人工修改有误图斑得出2012年和2018年的土地利用类型图，如图2所示作为基础数据来源。

1.3 研究方法

1.3.1 土地实际利用功能分类

根據2017年11月1日出版的中国土地利用现状分类（Current land use classification）^[3]并结合研究区实际概况，将其土地利用类型分为12类，具体如表1所示。

1.3.2 土地利用转移矩阵分析

利用转移矩阵，可以系统、直观地表明不同时期土地利用类型之间的转变情况^[4]。通过2012年与2018年土地利用矢量数据相交并叠加分析，得出反映2012年与2018年研究区土地利用类型转化的面积变化表，如图3所示。

1.3.3 土地利用/覆盖变化率指数

为了反映各类型土地资源面积的变化幅度与速度以及研究区土地利用或覆盖变化中的类型差异，使用土地利用/覆盖类型的变化指数，通过对土地利用程度的分级，量化人类活动对于土地系统的影响程度，定量地描述该地区土地利用的综合水平和变化趋势，是衡量指定区域内土地利用情况的一个重要指标^[5]。从不同方面反映变化率指数，主要通过时段变化率和年平均变化率进行分析，表达式分别为：

P = （U_b-U_a）/U_a×100%

R_s=[（U_b-U_a）/U_aT]×100%

式中，Ｐ为某种类型的时段变化率；Ｒ_ｓ为年均变化率；Ｕ_ａ、Ｕ_ｂ分别为研究初期、末期某一类型的面积；Ｔ为研究时段，单位设为年^[6]。

1.3.4 核密度分析

核密度分析是使用核函数根据点要素计算每单位面积的量值以将各个折点拟合为光滑锥状表面，用于计算点要素测量值在指定邻域范围内的单位密度。其热力图像表达能直观地反映出离散测量值在连续区域内的分布情况，也能更直观地对比地理事物分布特征与关系^[7]，能较好地反映耕-果转换的热点区域，主要利用spatial analyst工具中的密度分析中的核密度分析进行计算。

先将研究区2012年与2018年土地利用矢量数据进行相交，再将相交的矢量数据进行转化，通过数据管理工具中的要素转点转化为兴趣点即POI^[8]，研究区POI分布较为密集且分布集中；将兴趣点放入ArcMap中的核密度分析，核密度变化特征数据，如图4所示。

2 结果分析

2.1 时间变化特征分析

研究区土地利用格局的数量变化特征鲜明^[9]。通过图5以及土地利用/覆盖变化率指数、土地利用转矩表可知2012—2018年间农用地类“耕地-果园”变化明显，呈上升趋势。其他地类也有明显变化，其他用地的比例在不断增加，且变化趋势明显。

草地面积所占比例不断减少；灌木林地变化比例较小，但整体呈增加趋势；林地面积由所占比例有所增加，几种地类转化说明研究区进行了大面积的退耕还林和生态修复，该数据符合研究区域作为重点生态功能区的特征，这对于本研究区的生态环境和土地资源综合利用建设有重要意义。工矿与仓储用地、住宅用地、交通用地和公共管理与服务用地面积变化较小，总体呈小幅度上升趋势，水域设施用地面积无变化较为稳定，这说明研究区内城镇化进程和基础设施建设在逐步进行中，未来变化趋势将更加明显。

2.2 耕地-果园转换空间特征分析

研究区呈西北-东南走向的长条状，其耕地主要分布于中部河谷、低地地区，还有少量分布在海拔较高的坡耕地，导致耕地-果园转化的空为中部地区。为了更直观地展现研究区“耕地-果园”转换热点区域，将研究区核密度分析与土地利用空间结构耦合分析后，将其分类为3种模式：独立扩展模式、带状延伸模式、团状发展模式。具体分析如下。

2.2.1 独立扩展模式

图中一号地块，是玉舍镇中心城区，主要为工矿仓储用地、建筑用地、住宅用地等生活或生产用地。此区域发生地类转变的热点区域主要是中部及北部，其中北部地类热点变化是以建筑用地为中心的独立辐射扩展，而中部的热点变化是以工矿仓储用地、公共管理与服务用地为中心的独立辐射扩展；一号地块中农用地转换占比较小，因为农用地面积较少，城镇化水平在研究区内属较高水平。在2012—2018年期间此地块地类变化持续且变化显著。

2.2.2 带状延伸模式

图中二号地块，主要是以农用地、林地、草地为主的乡村区域，此区域发生热点地类转换的主要是中部河谷低地及东南部，呈连续带状延伸，其中部河谷周边区域耕地转换为果园的面积最大，“耕地-果园”转换最突出，是研究区中农用地类转换的重点区域，此地区地势较为平坦，中部有河流流经提供灌溉水域，有主要交通干线经过，利于农产品的运输，总体来说区域优势明显有利于耕地-果园转化；二号地块中其他地类转换占比较小，主要为一些生态用地的转换。2012—2018年间总体为先呈现退耕还林、坡改梯的土地利用变化格局，后呈现耕地转为果园的变化格局，整体变化显著且持续。

2.2.3 团状发展模式

图中三号地块，此区域发生地类转变的热点区域主要是其南部，地势低平，且有河流和交通线经过，以建筑用地和农用地为主。其中以耕地-果园转化最为突出，但其他地类转换占比较小。此外，还有大量设施农用地转化，新建有大规模塑料大棚、农产品加工处理设施等。2012—2018年期间耕地转换为果园、设施农用地的变化较为频繁且集中。

3种模式表现了其转化的空间特征与空间格局，其中三号地块南部，是整个研究区中耕地-果园转换面积最大的地区；二号地块耕地-果园转化也较为突出，但其他地类转化活跃；一号地块主要为生活用地的转化，即建筑用地、公共管理与服务用地、住宅用地等。

2.3 农用地时空变化特征影响因素分析

（1）了解“玉-马经济带”农用耕地转化为果园的影响因素，可为后期耕地转换利用提供指导，也有利于促进当地经济高质量和可持续发展。在研究区生态较脆弱的喀斯特地区中，土地利用方式的空间布局易受自然因素如土壤肥力、水源、地形等因素的影响，其中坡度影响最为明显，如图7所示，将研究区地形坡度分为5类，再与土地利用数据进行叠合分析后得出：坡度大于25°及以上的山地地区“耕地-果园”转换比例较小，坡度小于5°的河谷低地或丘陵、平地“耕地-果园”转换比例大，且其他地类以及总转化面积都处于较高数值。

（2）土地利用方式空间布局除了受自然因素影响之外还易受交通路线分布、地区开发状况、基础设施建设状况、经济发展状况和居民点分布等社会因素影响，其中交通路线分布对其影响具体表现为交通通达度对于农业日常耕作、经营管理、集约化生产和产品运输有重要影响（见图8）。

研究区中“玉马线”从中间经过并与其他交通线共同形成密集的交通网络，基于交通线路在ArcMap中进行缓冲区分析，设置四级缓冲区单位为100 m，结果如图9所示，将交通缓冲区与地类数据叠加分析后得出，缓冲100 m的地区耕地-果园转换面积最大，缓冲距离增加而转换面积减小，由此说明交通线分布以及距离交通线的距离对其转化有显著影响。

（3）2012年之后，受国家生态保护政策和居民生态环保意识的影响，研究区大量山地退耕还林、坡改梯治理、水土保持等生态环保工程有条不紊地进行，显著表现为草地面积减小，灌木林地、林地面积增加，这在一定程度上影响了“玉-马经济带”的土地利用结构变化和生态可持续发展，提升了植被覆盖率和生态指数。

3 讨论

在研究区农用地类转换过程中，果园和设施农用地面积逐渐增加，其转换来源主要是耕地。而由于研究区地形、坡度的限制，河谷低地、平地面积有限，在未来的果园产业扩展过程中势必面临可转换土地资源短缺的状况。由于果园是“玉-马经济带”土地转换利用的主流地类，与之对应的是未来耕地、其他地类面积的减少和建设用地、交通用地和公共管理与服务用地等地类面积的增加，这在一定程度上会对当地土地资源的开发和合理配置产生一定影响^[10]，改变土地利用格局和效能。

農用地利用方式空间布局的变化，是由多种影响因素综合影响而形成的。在“玉-马经济带”中耕地-果园转换主要受到政策、地形和交通线等影响，深刻且显著地改变了土地资源的利用方式。地形作为喀斯特山区中自然因素中最重要的因素，其影响巨大。其中坡度可影响土壤的水分分布、养分分布以及作物运输便捷性等，例如：地形因子地势较高处土壤有机碳含量高，地势低洼处含量低，不同坡位土壤有机碳含量上坡>坡顶>中坡>下坡>坡脚>洼地^[11]。此外，交通便捷程度是社会经济因素中相当重要的因素，交通通达度以及距离主要交通干线的距离影响了耕地-果园的转换。首先果品对运输时效性有较高要求，其次规模化经营的果园需要大型机械进入采摘运输等。在贵州实施“县县通高速”的背景下，研究区也在大力建设小规模的交通线路方便进入管理、采摘等生产活动。这些交通网络的建设减少了交通运输对农业发展长期的“瓶颈”制约，有效地促进农业高质量可持续发展^[12]。

基于此，怎样推进“玉-马经济带”土地资源的合理和高效利用，实现综合效益共赢，加强研究区土地资源科学规划和可持续利用将是未来“玉-马经济带”发展规划中仍需解决的关键问题，因此，未来的研究可引入相关理论和方法，数字地球、地理信息系统与农用地研究相结合^[13]。以促进形成高效的土地利用模式和促进当地农业的科学发展与繁荣兴盛，为日后的乡村振兴提供理论支持和指导。

4 结论

本文通过对“玉-马经济带”2012年、2018年高分辨率遥感影像进行遥感解译、人工修改有误图斑和数据整理，得到两期土地利用类型数据，并利用ArcMap分析工具和一系列研究方法整理得出2012—2018年6年间农用地耕地转换为果园的时间空间变化特征和影响因素，结论如下。

（1）农用地类在六盘水“三变政策”和乡村振兴政策等影响下“耕地-果园”转化趋势明显，耕地面积显著减少，果园面积逐年增加且呈稳定增长态势，总体形成集中连片的分布模式。耕地在六年间由45.41 km²减少到27.23 km²，所占比例也由32%减少到20%；果园则由6.08 km²增加到15.34 km²，所占比例也由4%增加到22%；设施农用地所占比例则由1%增加到9%，其转化揭示了研究区内农业用地的变化速率与变化格局。

（2）“耕地-果园”转换热点区域在中部河谷低地最为明显，主要表现为二号地块中部河谷低地及东南部呈现带状延伸发展模式，三号地块南部呈团状集中发展模式。其他地类的转换热点区域在一号地块最为明显，主要集中于中部及北部，呈现独立扩展模式。3种变化模式深刻影响了研究区土地资源空间配置。

（3）“耕地-果园”转换不断发展演化，主要受制于宏观政策影响，以及自然因素驱动，主要表现为受地形坡度的影响较大；还受到社会经济因素影响，显著表现为交通路线和距离交通远近的影响等。 “玉-马经济带”农用地转化未来演变将趋向规模化、均衡化发展，形成科学高效的土地利用格局。

参考文献

[1] 龙花楼. 论土地利用转型与土地资源管理[J]. 地理研究，2015，34（9）：1607-1618.

[2] 梁鑫源，李阳兵. 三峡库区“耕—果”转换时空变化特征及其启示：以草堂溪流域为例[J]. 自然资源学报，2019，34（2）：385-399.

[3] 李森盛. 基于遥感影像处理技术的土地利用变化研究[J]. 测绘与空间地理信息，2023，46（1）：94-96，99.

[4] 邓佩如，罗力兵，田丹，等. 基于转移矩阵的六盘水市钟山区土地利用研究[J]. 绿色科技， 2021， 23（8）：194-197.

[5] 王子龙，朱彤，姜秋香. 黑龙江省土地利用/覆被变化钟山区土地利用研究[J]. 绿色科技， 2021， 23（8）：194-197.

[5] 王子龙，朱彤，姜秋香. 黑龍江省土地利用/覆被变化及生境质量特征变化分析[J]. 东北农业大学学报，2022，53（1）：77-86.

[6] 祖立辉，杨静，苗世源. 基于遥感影像的临湘市土地利用／覆盖时空变化研究[J]. 测绘地理信息，2021，46（2）：30-35.

[7] 王雯雯，谷优阳，张驰，等. 基于POI 及核密度分析的咸丰县城乡交错带分布研究[J]. 资源环境与工程，2022，36（1）：117-123.

[8] 胡良柏. 基于核密度分析与关联规则的天水盆地黄土滑坡规律研究[J]. 测绘与空间地理信息，2022，45（1）：30-32，9.