基于GIS的巩留县土地利用变化分析及驱动因素研究

基于GIS的巩留县土地利用变化分析及驱动因素研究

吴思远1  ,杨保成2

（1巩留县自然资源局 新疆伊犁 835400  2新疆伊犁河水利水电投资开发（集团）有限公司 新疆乌鲁木齐 830000）

摘要：土地利用变化是表征人类活动对地球表面自然生态系统影响最直接的信号。本文基于2018-2021年哨兵2号（Sentinel-2）土地利用数据，使用土地转移矩阵和土地利用动态度对巩留县土地利用类型变化空间分布进行分析，研究土地利用类型变化与主要经济数据指标之间的相关性，并对其驱动因素进行分析，研究结果可为巩留县土地资源利用和规划提供一定的科学参考。

关键词：土地利用变化；土地转移矩阵；土地利用动态度；相关性分析。

0.引言

随着地理信息科学的发展，其理论技术广泛应用于土地利用调查监管。近年来，巩留县正处于经济高质量发展时期，经济发展对土地资源的需求量日益增长，土地利用的空间结构变化是区域发展的综合反映。研究2018-2021年的土地利用变化，对巩留县土地资源利用和经济社会可持续发展平衡提供参考，为制定土地利用规划政策提供借鉴。

1.研究区概况

巩留县位于东经81°34′--83°35′、北纬42°54-43°38′之间，地处伊犁河谷中部，与新源、尼勒克、伊宁、察布查尔、特克斯及巴音郭愣蒙古自治州的和静县接壤，属大陆性北温带气候，多年均气温7.4℃、降雨量256.6mm、日照时数2732h，2020年常住人口18.68万人，2020年完成生产总值56.58亿元。

2.数据来源

本文土地利用数据来源于Esri公司对外公布的欧洲航天局(ESA)的Sentinel-2卫星10米分辨率土地利用数据，可以通过ArcGISLivingAtlas中的Web服务直接访问下载；主要经济指标数据来源于巩留县统计局编制的统计年鉴；年度变更数据库、行政界线、卫星影像来源于新疆维吾尔自治区自然资源厅数据成果中心。

3.研究方法

本文采用土地转移矩阵和土地利用动态度对巩留县土地利用数据进行量化分析，并通过主成分分析的方法研究土地利用变化与主要经济指标之间的关系。

3.1土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵是马尔科夫模型在土地利用变化方面的应用。马尔科夫模型不仅可以定量地表明不同土地利用类型之间的转化情况，还可以揭示不同土地利用类型间的转移速率。

式中：S表示面积；Sij表示转移前i地类转移成j地类的面积；n为转移前后土地利用类型种类；i和j分别表示转移前和转移后的土地利用类型。

3.2土地利用动态度

土地利用变化主要指土地利用的类型和面积变化，单一土地利用动态度可以用来表示在一定时间范围内某种土地利用类型的变化速度。

式中：K为某一土地利用类型的年变化率；Uai、Ubi分别为土地利用类型i在研究初期及末期的面积；T为研究期时段长度,此处为4。

3.3Spearman相关性分析

Spearman相关性分析是一种与变量总体分布形态、样本容量的大小无关的检验方法，用于度量变量之间联系的强弱。

式中：Ri和Si分别是观测值i的取值的等级，和分别是变量x和变量y的平均等级，N是观测值的总数量，d=Ri-Si表示二列成对变量的等级差数。

4.结果与分析

4.1数据处理

本文使用ArcGIS软件做数据处理与分析。用县域行政界线裁剪Sentinel-2卫星土地利用数据，根据原有分类结合《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南》，将土地利用类型进行重分类，分为耕地、林地、草地、湿地、建设用地、裸土地及裸岩石砾地、水域及水利设施、冰川及常年积雪8类；使用栅格计算器计算转移结果，导入Excel生成巩留县2018-2021土地转移矩阵。

4.2土地类型变化分析

将Sentinel-2卫星土地利用数据与年度变更数据库、卫星影像比对可知，Sentinel-2数据土地利用现状分类与国土变更调查的不完全相同：水域及水利设施指河流水面和湖泊水面；林地仅指国有林场的乔木林地和灌木林，不包括地方公益林；湿地仅指沼泽草地；耕地包括水浇地、旱地和园地；建设用地指城乡建设用地、区域基础设施用地、其他建设用地；裸土地及裸岩石砾地指表层为土地、岩石或石砾，包括采矿用地和空闲地；冰川及常年积雪指表层被冰雪常年覆盖的土地；草地包括天然牧草地、人工牧草地和内陆滩涂。

表4-1土地转移矩阵

土地转移矩阵如表4-1。通过土地转移矩阵可知：2018-2021年，巩留县耕地面积减少1732.65亩，林地面积减少24464.4亩，草地面积增加27935.25亩，湿地面积增加1337.1亩，建设用地增加11313.3亩，裸土地及裸岩石砾地面积减少15867.75亩，水域及水利设施面积减少4480.05亩，冰川及常年积雪面积增加5959.2亩。

4.3土地变化速率分析

将土地转移举证数据成果代入土地利用动态度计算公式进行计算，可知：2018-2021年，巩留县耕地面积面积增速为-0.03%，林地面积增速为-0.71%，草地面积增速为0.2%，湿地面积增速为47.12%，建设用地面积增速为1.55%，裸土地及裸岩石砾地面积增速为2.01%，水域及水利设施面积增速为-2.61%，冰川及常年积雪面积增速为2.8%。

4.4相关性分析

因2021年数据尚未统计完全，因此选取2018-2020年三年的常住人口、城镇化水平、城镇居民可支配收入、城镇居民可支配收入增速、固定资产投资总量增速、规模以上工业增加值、规模以上工业增加值增速、GDP总量、GDP增速等主要经济指标数据，数据如表4-2。

表4-2主要经济指标数据

运用ArcGIS软件计算2018-2020年三年的水域及水利设施、林地、湿地、耕地、建设用地、裸土地及裸岩石砾地、冰川及常年积雪、草地8类的面积，结果如表4-3。

表4-3 土地利用类型面积

通过SPSS工具运用Spearman相关性分析8中土地利用类型变化与主要经济指标数据之间的关系，结果如表4-4。

表4-4 Spearman相关性分析

由分析结果可知：耕地、湿地、冰川及常年积雪与规模以上工业增加值呈现出显著性，相关系数值是1，大于0，呈现正相关关系；草地、裸土地及裸岩石砾地水体与规模以上工业增加值呈现出显著性，相关系数值是-1，小于0，呈现负相关关系；水域及水利设施、林地与城镇居民可支配收入增速呈现出显著性，相关系数值分别是1，大于0，呈现正相关关系；建设用地与城镇居民可支配收入增速呈现出显著性，相关系数值分别是-1，小于0，呈现负相关关系；其余则不存在相关性。

5.驱动因素分析

巩留县属经济欠发达地区，各类市场主体薄弱，土地开发利用主要受地方政府政府经济发展战略和城市发展规划的影响。在内涵增长集约化发展的理念引领下，工业向开发区集中、人口向城镇集中、住宅向社区集中，农村人口向中心村、中心镇集聚。调整优化现有城镇用地内部结构，城镇建设加大使用存量用地的比例，促进城镇用地效率的提高。对田、水、路、林、村进行综合治理，对历史遗留的工矿等废弃地进行复垦利用，对城乡低效利用土地进行再开发，提高生态用地的比例。

6.变化预测

国土空间规划“三区三线”的划定，界定城镇空间、农业空间、生态空间的范围，在生态文明思想和严格耕地用途管制的政策下，未来土地利用类型面积将不会有巨大变化。建设用地变化主要在中心城区和工业园区，主要由草地、耕地转化。

中心城区主要扩张方向为北部，东部次之，西部和南部受到限制。伊阿铁路确定从中心城区北部穿境而过，区位优势明显，同时考虑火车站带动作用，故主要扩张方向为北部；考虑中心城区东部未来为城市发展副中心，是目前巩留县主要投资区域，需要发展空间；中心城区西部为大面积的生态湿地，南部为集中连片的永久基本农田，发展受到限制。巩留工业园区依托国道577线、国道578线的交通优势，电价低，水源充沛，未来会有加工类型工业、物流产业入驻，建设用地面积增加。

7.结语

本文基于Sentinel-2卫星土地利用数据运用GIS技术手段，对巩留县2018-2021的土地利用变化情况进行分析，得知：土地利用变化突出的为建设用地、耕地、草地。建设用地面积增加主要来源于耕地和草地；耕地面积增加主要来源于草地；草地面积增加主要来源于裸土地及裸岩石砾地和耕地。

政府作为决策主体，要平衡生态与发展之间的关系，生态资源是社会经济发展的物质基础，坚定不移走生态优先绿色发展之路。长期以来政府的土地规划和用途管制完全取代了市场配，未来要推进建设乡村振兴和以人为本的新型城镇化，就必须发挥市场在城乡土地资源配置中的决定性作用，赋予农村集体土地所有者在土地资源配置方面更大的自主权。

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