土地利用类型结构的多尺度转换特征_朱晓华
土地系统动态模拟与土地用途转换分析的方法探索——兼评“土地系统计量模型”图书
64卷地理学报764土地系统动态模拟与土地用途转换分析的方法探索———兼评“土地系统计量模型”图书孙九林(中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101)由中国科学院地理科学与资源研究所邓祥征博士撰写的关于“土地系统计量模型”的两本书(《土地系统动态模拟》、《土地用途转换分析》)已于2008年11月由中国大地出版社出版，这反映了我国青年科研工作者积极响应并参与了全球土地科学研究计划(GLP)相关研究活动，并在土地系统格局演替动态模拟、土地用途转换分析的方法与模型研究方面做出了有价值的探索。
《土地系统动态模拟》系统地介绍了探究土地系统结构变化机理、模拟土地系统格局演替动态的途径与方法，评述了适用于模拟土地系统格局演替的模型，阐述了作者开发的土地系统动态模拟系统软件(DLS)的原理、方法、模块与功能，展示了利用DLS开展区域土地系统动态模拟的技术优势及其在土地管理、环境管理与规划中的应用前景。
DLS模拟土地系统格局演替动态和预测土地系统结构变化趋势的技术方法，也适用于从局域到全球、从均质栅格到复杂景观尺度模拟与分析人地关系地域系统动态演化过程。
作为一套土地系统动态模拟系统软件系统，DLS也处在不断的发展与完善过程中，其在机理揭示及其变量选择也必将不断深入与完善。
此外，随着遥感技术与人类对地观测手段的不断提高，土地系统动态模拟所需要的高时空分辨率的空间数据将不断涌现，从而将使基于DLS的区域土地系统动态模拟的精度不断提高。
可以预见，伴随着在多源数据融合技术与空间分析技术的发展，在高精度、高空间分辨率的数据的支持下，区域土地系统动态模拟系统将会得到更为广泛的应用。
《土地用途转换分析》一书总结了分析土地用途转换流向、评价土地用途转换效应的思路与方法，介绍了土地用途转换探测、表征、机理分析、过程模拟与效应评价的模型与工具，结合一些典型区案例研究，详细介绍了我国区域尺度上开展土地用途转换分析的步骤与策略，为我国当前土地资源调查、土地利用规划、土地管理改革提供了分析工具与手段，也为认识区域水平上人地关系提供了方法与途径。
基于“三生空间”的土地利用功能演变及生态环境响应
１ 期 黄天能 等：基于“ 三生空间” 的土地利用功能演变及生态环境响应———以桂西资源富集区为例
３４９
ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ⁃ｌｉｆｅ⁃ｅｃｏｌｏｇｙ ｓｐａｃｅ； ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ； ｒｅｓｏｕｒｃｅ － ａｂｕｎｄａｎｔ ａｒｅａｓ ｉｎ ｗｅｓｔｅｒｎ Ｇｕａｎｇｘｉ
１ 研究区概况与数据来源
１．１ 研究区概况 桂西资源富集区是指地处广西西部的河池、百色、崇左三市所辖的 ３０ 个县（ 市、区） ，土地面积 ８６９ 万
ｈｍ２，占全区土地总面积 ３７．８％，２０１８ 年末总人口约 ９２０ 万人，具有资源富集、生态脆弱、沿边开放、扶贫开发、 西南出海大通道支撑点等鲜明特征，是我国西南自然资源丰富、民族文化浓郁、区位条件较好、发展潜力较大 的地区，具体位置及研究范围见图 １。 近年来伴随着城镇化快速推进和矿产资源不断开发，土地利用功能发 生变化，研究桂西资源富集区土地利用功能演变及生态环境响应规律，对未来国土空间规划和管控以及区域 生态环境保护等具有典型性和较强的现实指导意义。
基金项目：国家社会科学基金青年项目（ １７ＣＪＹ００８） 收稿日期：２０１９⁃ ０８⁃ ２２； 网络出版日期：２０２０⁃ ０７⁃ ０９ ∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｈａｎｇｙｌ１５１７＠ １６３．ｃｏｍ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基于“ 三生空间” 的土地利用功能演变及生态环境响应
———以桂西资源富集区为例
黄天能， 张云兰∗
广西财经学院经济与贸易学院， 南宁 ５３０００３
基于“三生”空间的重庆市土地利用演变与城镇化关系研究
i
sme
t
hods.[
Re
su
l
t
s]
ys
ys
① Fr
om2000t
o2020,t
hep
r
oduc
t
i
ona
lande
c
o
l
og
i
c
a
lspa
c
eo
fChongq
i
ngC
i
t
r
a
l
l
c
r
e
a
s
ed,andt
he
ygene
yde
l
i
v
i
ngspa
c
ec
on
t
i
nuedt
oexpand.Fr
om 2000t
第 44 卷第 1 期
2024 年 2 月
Vo
l.
44,No.
1
,2024
Feb.
水土保持通报
Bu
l
l
e
t
i
no
fSo
i
land Wa
t
e
rCons
e
r
va
t
i
on
基于 “三生 ”空间的重庆市土地利用
演变与城镇化关系研究
师飞云,周宝同
(西南大学 地理科学学院,重庆 400715)
摘
要:[目的]分析重庆市土地利用时空演变规律,探 究 土 地 利 用 转 型 及 景 观 格 局 响 应 的 演 变 特 征 与 城
[
5]
机制 与 影 响 因 素
调
、结 构 演 化
基于土地利用转型的土地多功能转变与特征分析——以河北省唐县为例
基于土地利用转型的土地多功能转变与特征分析——以河北省唐县为例赵丽;张贵军;朱永明;张蓬涛;许皞【期刊名称】《中国土地科学》【年(卷),期】2017(031)006【摘要】The purpose of the paper is to study the patterns and characteristics of land multi-functional transformation from the perspective of land use transition. The research methods are as follows. The three remote sense images separately from 2000, 2007 and 2016 were interpreted into land use maps based on the ArcGIS 10.0 software platform. Meanwhile, land use transfer matrix were used to analyze land use transformation from 2000 to 2016. At last, the areas of productive function land, living function land and ecological function land were categorized according to the three-function theory and gravity transfer theory, and then the patterns and characteristics of three-function spaces transformation were exhibited. The results show that: 1)The land use patterns of the study area changed significantly in 2000—2016, the land use areas of woodland, grassland, urban and rural land increased significantly, especially the no used land decreased sharply with the rate of 41.33%. The transformation from cultivated land to urban and rural residential land mainly occurred in the central and southern flat terrain, and the transformation among forest land, grassland and no used landmainly occurred in the middle and northern hilly areas. 2)Land transformation among different functions in most townships showed that the areas in 2000—2016 experienced the transitions from the productive function land to the living function land, as well as from the ecological function land to the productive function land and living function land. The proportions of living function areas and productive function areas increased by 8.24% and 3.43%, respectively. In the study area, the gravity of ecological-living-productive land functions moved towards the northwest, and the range of latitude-orientated movement was greater than that of the longitude-orientated movement. The gravity of productive, living and ecological land moved towards the northwest, with the movement extents of 2436.56m, 100600.96m and 2022.21 m, respectively.3)In the area of living function, the central town expanded outward, while the rural residential land contracted in the original space and developed rapidly along the transportation lines. The main characteristic of production land expansion was transformation from no used land. The production land was extending to the middle north area, and the water source condition was its key factor. Lastly, ecological function area was being occupied by the productive and living function areas. In conclusion, the study of land multi-functional transformation from the perspective of land use transition can objectively and concretely reflect the causes and trends of land use change, which is helpful for regional land use management.%研究目的:从土地利用转型角度研究土地多功能演变规律与特征.研究方法:本文以研究区2000年、2007年、2016年三期影像解译数据,借助ArcGIS10.0软件平台,利用土地利用转移矩阵,分析2000—2016年土地利用转型情况;利用三生功能理论和重心迁移理论,划分生产、生活、生态(简称三生)功能用地,分析探讨三生功能时空演变特征.结果表明:(1)研究区2000—2016年林地、草地、城镇和农村居民点用地面积显著增加,未利用地面积急剧下降,下降比例达41.33%.耕地与城镇和农村居民点用地间的转换主要在中南部地势平坦地带,林地、草地与未利用地间的转化主要在研究区的中部和北部的山地丘陵地带.(2)乡镇土地功能间转化均表现生产功能用地转生活功能用地,同时生态功能用地转生产功能用地、生活功能用地.生活功能用地、生产功能用地比例分别增加8.24%和3.43%.研究期内三生功能用地重心均向西北部移动,且纬向移动幅度大于经向移动幅度.生产、生活、生态功能用地重心分别向西北移动2436.56 m、100600.96 m和2022.21 m.(3)生活功能用地中中心城镇在原空间基础上向外扩张,农村居民点在原空间上有所收缩,沿交通线发展迅速;生产功能用地扩展方向主要是未利用地,向中北部区域扩展,水源条件为关键因素;生态功能用地正逐渐让步于生产、生活功能用地.研究结论:从土地利用转型角度研究土地多功能转变能够客观具体的反映土地利用变化动因与发展趋势,可为区域土地利用与管理提供参考.【总页数】9页(P42-50)【作者】赵丽;张贵军;朱永明;张蓬涛;许皞【作者单位】河北农业大学国土资源学院,河北保定 071000;河北农业大学国土资源学院,河北保定 071000;河北农业大学国土资源学院,河北保定 071000;河北农业大学国土资源学院,河北保定 071000;河北农业大学国土资源学院,河北保定071000【正文语种】中文【中图分类】F301.2【相关文献】1.论农业经营方式的转变--以河北省保定市唐县城南地区为例 [J], 韩鑫2.基于双重属性的中原地区县域土地利用转型特征分析——以山西省晋中市太谷区为例 [J], 韩煜; 王瑾; 刘慧芳; 田晓红; 赵辰3.基于"水土保持功能分区"的土地利用转型及生态环境效应研究——以都匀市为例[J], 乐立;邢颖;周宇洋;张杭杭;张光鉴4.基于政策驱动的土地利用转型对土地多功能利用的影响——黑河中游案例研究[J], 蒙吉军;朱丽君;王祺;郭力仁;张维佳5.基于“三生”功能的土地利用转型及其生态环境效应——以尉犁县为例 [J], 帕茹克·吾斯曼江;郝晋珉;王楠;史云扬;张金懿;阿依吐尔逊·沙木西因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析
∑ ( △S i - j / S i ) ij
n
× ( 1/ t ) × 100 % 式中 , S i 为监测开始时间第 i 类土地利用类 型总面积 , ΔS i - j 为监测开始至监测结束时段内 第 i 类土地利用类型转换为其它类土地利用类型 面积总和 , t 为时间段 , 土地利用动态度 S 反 映了与 t 时段对应的研究样区土地利用变化速 率。 参照 土 地 利 用 动 态 度 的 空 间 分 异 规 律 和 1km 栅格地块内各种土地利用类型相互转化的 信息 , 我们基于 10km 大小的栅格区域进行全国 土地利用动态区划 。区划遵照的基本原则包括 : ( 1) 以土地利用动态类型为首要的考虑因 图1 1 公里栅格土地利用变化图的生成 素 , 保证区内土地利用变化主体方向的一致性 ; Fig. 1 The generation of t he land - use dynamic (2) 考虑到区划单元空间位置的连续性 , map at scale of 1km ( GRID raster format) 不同地域相同土地利用动态类型以地理单元名 称加以区分 , 即考虑地貌与宏观经济环境的差异 ; ( 3) 参考综合自然条件 、土地利用特点 , 尽量使区划单元内宏观自然条件与土地利用 特点具有一致性 [ 11 ,12 ] 。据此 , 将全国划分为 13 个土地利用转换区 ( 图 2) 。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
1期
刘纪远 等 : 20 世纪 90 年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析
3
对于过去土地利用状况的记录信息 , 在 90 年代末期土地利用数据层面上 , 判定并勾绘变 化区域 , 标注类型变化的动态信息编码 , 该编码同时反映变化地块在前后 2 个时段的土地 利用类型 。然后 , 将 90 年代末期的土地利用变更为 80 年代末期状况 , 逐县实施 , 实现全 国区域的完整覆盖 。全国累计获取此类变化地块 364379 个 , 重建过程中土地利用变化制 图类型的判别具有 95 %以上的定性准确率 [ 10 ] 。 基于三期陆地卫星 TM 遥感影像及其解译相应的土地利用图 , 我们构建了能全面反 映我国 20 世纪 90 年代土地利用变化的时空信息平台 。在其支持下 , 我们可以开展这一时 期内各种土地的数量 、变化量 、区域分布及其变化原因的研究和分析 , 有效地支持国家资 源环境政策法规的制定和监督实施 。 2. 2 模型与方法 以覆盖全国的 1km 栅格土地利用本底与动态的成分数据作为土地利用动态区域划分 的依据 , 可以在消除空间数据尺度效应的基础上 , 保证数据的空间精度和面积精度 [ 8 ,9 ] 。 将动态图进行 1km 大小的矢量栅格切割 , 可以得到每个栅格内各土地类型的动态变化面 积及类型之间的转换面积 ( 图 1) 。这样 , 每一栅格上负载了不同时期土地利用类型的面积 百分比及其变化比例 、变化方式等信息 [ 8 ] 。 图 1 中 , 动态度图可以反应土地利用变化 速率 的 区 域 差 异 , 土 地 利 用 动 态 度 按 下 式 计 算 [ 10 ] :
土地利用规模和结构调整的环境影响评价模型研究
该模型体系主要由规划前后土地规模和结构变化评价模型和规划前后土地规模和结构环境影响评价模型 两大类构成，前者主要有土地利用类型转移计算模型和多样性指数模型，后者主要有土地生态服务价值计算模 型、生态足迹和生态承载力评价模型。利用该模型体系，可以从规划前后土地规模和结构变化评价及规划前后土 地规模和结构环境影响评价两方面比较全面系统地评价土地规划中土地利用规模和结构调整的相关环境影响。
土地利用规模和结构调整的影响评价
规划前后土地规模和结构变化评价
规划前后土地规模和结构环境影响评价
土地利用变化方向
土地利用结构 多样化程度
生态服务价值变化
生态足迹和生 态承载力评价
转移矩阵
吉布斯·马丁多 样化程度指数
生态服务价值模型
生态足迹和生 态承载力模型
图 1 土地利用规模和结构调整的环境影响评价模型整体框架 Fig.1 Framework of environmental impact assessment model for land use scale and structure adjustment
２ 土地利用规模和结构调整的环境影响评价模型体系
参考国土资源部下发的《省级土地利用总体规划环境影响评价技术指引》和《市级土地利用总体规划环境影 响评价技术指南》，笔者认为构建土地利用规模和结构调整环境影响评价模型体系应该坚持以下原则：（１）科学 性。应客观评价区域规划方案实施对相关环境要素及其所构成的生态系统可能造成的影响，构建的模型应具有 明确的科学内涵和较好的度量性。（２）可操作性。相关评价指标应该易于从国民经济统计数据、国土资源管理等 相关部门资料中获取。为此，提出了如图 １ 的土地利用规模和结构调整的环境影响评价模型体系。
通过分析规划前后区域生态服务功能总价值变化情况作为对该规划环评的综合性评价结论，并将结论反馈
影响研究
第33卷 第6期2019年6月Vol.33 No.6Jun.,2019中国土地科学China Land Science1 引言乡村振兴战略是实现人口、土地和产业要素在城乡间优化配置、城乡互动和融合发展过程[1]，伴随此过程，作为乡村主要生产、生活、生态空间之一的耕地，其利用形态也将发生转型。
耕地利用转型是指耕地利用形态变化的趋势性转折，随着学者们在耕地利用转型研究路径与指标体系建构[2-3]、耕地利用转型模式与格局[4-5]等方面开展研究，耕地利用转型研究进一步扩展到分析其社会经济效应，耕地利用转型对农业经济增长的影响成为重要研究内容之一。
耕地利用转型可分为显性转型和隐性转型[6]，决定了其对农业经济增长的两条影响路径。
耕地利用显性转型侧重于从耕地数量和空间格局形态变化的角度分析其对农业经济增长的影响。
学者们[7-8]验证了耕地数量变化与农业经济增长之间的关系，部分学者[9-10]指出在经济转型过程中维持耕地数量稳定是推进农业经济增长的重要原因。
在耕地空间格局研究方面，陈英[11]等以耕地景观破碎度作为表征耕地空间格局的指标，认为耕地景观破碎度对于农业经济增长存在正负效应。
耕地利用隐性转型聚焦于因农地产权变动、耕地经营方式和耕地经营主体变化等方面对农业经济增长的影响。
罗必良[12-13]、钱忠好[14]等学者的研究表明，国家耕地产权管制松动引致耕地经营方式和耕地经营主体等方面的变革是农业经济增长的重要源泉之一。
唐轲[15]、祝志勇[16]等指出耕地经营方式和经营主体的变化对农业经济增长存在长期效应。
在此基础上，向敬伟[17]、张安录[18]等比较分析了各个地域单元耕地利用转型对农业经济增长影响效应的差异性。
由于耕地空间位置相邻性促使耕地利用主体行为会间接影响其他利用主体福利，因此耕地利用具有外部性。
PACE和LESAGE[19]将PIGOU[20]提出的外部性理论延伸到空间计量经济学中，认为解释变量变动会产生对该地域单元的影响（直接效应）以及其他地域单元的影响（溢出效应）。
基于遥感和GIS的朝阳县土地利用变化分析
辽宁农业科学㊀2022(3):36~40Liaoning Agricultural Sciences〛文章编号:1002-1728(2022)03-0036-05㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀doi:10.3969/j.issn.1002-1728.2022.03.008基于遥感和GIS的朝阳县土地利用变化分析∗魏㊀玺,蔡湘文(桂林理工大学地球科学学院,广西桂林㊀541000)摘要:朝阳县属于丘陵地区,县域荒漠化㊁沙化严重,农用地出现破碎化和退化,农用地生产效率低下㊂由于该地区土地利用问题严峻,本文采用遥感和GIS技术,结合土地利用变化幅度㊁动态度及转移矩阵方法,就朝阳县2005~2020年土地利用总体特征变化㊁动态变化和转移进行了研究㊂研究结果表明,受经济㊁政策㊁土壤㊁降雨等自然因素和人文因素影响,2005~2020年朝阳县耕地面积减少了239.786km2,草地面积减少相对较多,林地面积增加相较多,水域㊁未利用地和建设用地面积增加;朝阳县2005~2010年土地利用变化强烈, 2010~2020年变化趋缓,2015~2020年未利用地面积增加较为明显;16年来,朝阳县耕地较多转移成林地和建设用地;草地较多转移成林地;建设用地㊁水域和未利用地的主要转移来源是耕地,在推进经济发展进程的同时,要加强对耕地资源的保护与合理利用㊂关键词:土地利用动态度;土地转移矩阵;朝阳县中图分类号:F301.24文献标识码:B㊀㊀土地是人类主要从事社会经济活动的空间载体,是全球环境变化和可持续发展研究的重要组成部分[1~2]㊂土地利用变化作为全球变化中的一种,研究土地利用变化已经成为学者关注的热点问题之一㊂土地利用变化之所以受到如此关注主要就是因为土地利用变化与地表径流㊁城市化发展㊁海岸线变化㊁生境质量㊁区域碳排放和生态安全等息息相关[3~8]㊂土地利用变化不仅客观地描述了人类改变地球表面特征空间格局的活动,而且还再现了地球表面景观的时空动态变化过程[9]㊂目前,国内外学术界对于土地利用变化研究已取得了显著成果,主要利用土地利用变化幅度㊁土地利用动态度㊁土地利用转移矩阵㊁地理探测器㊁CA-Markov模型等方法对省㊁市㊁县㊁流域㊁重点生态功能区等不同尺度的土地利用的时空演变㊁驱动因素㊁模拟预测和生态效益进行了大量研究[10~16]㊂大多研究在省㊁市域层面上对土地利用变化进行了积极有意义的研究,但在县域层面上开展土地利用变化的研究较为欠缺还比较少㊂朝阳县属于丘陵地区,县域荒漠化㊁沙化面积为13.53万hm2,集中连片的耕地较少并且都划为永久基本农田,大多呈零散分布,农用地出现破碎化和退化,农用地生产效率低下㊂由于该地区土地利用问题严峻,因此,本文基于遥感和GIS技术,结合土地利用变化幅度㊁动态度和转移矩阵的方法,研究朝阳县2005~2020年土地利用变化,对未来优化朝阳县土地利用规划布局提供借鉴依据,促使朝阳县构建有利于碳达峰㊁碳中和的国土空间利用保护格局㊂1㊀研究区概况朝阳县地处冀蒙辽三区交界处,是辽宁西部防风固沙与水源涵养的生态屏障,同时也是高效特色农业重点发展地区之一,距沈阳328km,东接北票市和锦州市,南与葫芦岛市接壤,西㊁西北和建平市㊁喀喇沁左翼蒙古族自治县相邻,是辽宁进入内蒙古的门户区域㊂全县地势西北高东南低,丘陵分布范围广,平原面积较小㊂气温属于温带大陆性气候,年均温8.5ħ,年降水量486mm㊂2㊀数据来源及处理利用的数据主要包括朝阳县2005㊁2010㊁2015和2020年4个时期的遥感影像和朝阳县相关统计资料㊂遥感影像数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心,分辨率30m;社会发展统计数据来源于朝阳县国民经济和社会发展统计公报㊂通过对4期遥感影像进行解译(解译精度良好),并按照LUCC分类标准划分为耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地和未利用地6个类型,借助Arc-GIS10.3工具处理形成2005㊁2010㊁2015㊁2020年4个时期∗收稿日期:2022-01-24作者简介:魏玺(1998-),男,甘肃会宁人,硕士研究生,研究方向为土地资源管理㊂通讯作者:蔡湘文(1973-),男,湖南株洲人,博士,副教授,研究方向为土地资源管理㊂第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀魏㊀玺等:基于遥感和GIS 的朝阳县土地利用变化分析的朝阳县土地利用现状图㊂图1 朝阳县区位图3㊀研究方法3.1㊀土地利用转移矩阵土地利用转移矩阵是研究土地利用类型之间转换的一种方法,用土地利用转移矩阵可以定量反映不同土地利用类型间互相转化情况[17~18],转移矩阵形式为:S +(S ij )m ˑm =S 11 S 1mS m 1S mm éëêêêêùûúúúú(1)式中:m 为土地利用类型数量;S ij 为第i 类型转化为第j 类型的面积㊂3.2㊀土地利用变化幅度土地利用面积的变化数量情况,可以利用土地利用变化幅度来研究,其公式如下:K 1=U b -U a (2)K 2=U b -U aT =K 1T(3)式中:K 1为研究期内某类土地面积变化幅度;K 2为研究期内某类土地面积年均变化幅度;U a ㊁U b 分别为研究期期初和期末某类土地面积;T 为研究期年数㊂3.3㊀土地利用动态度土地利用动态度反映各土地利用类型在研究期内面积变化的快慢[19],包括单一类型动态度㊁综合类型动态度㊂单一动态度可反映研究区一定时间段内各土地利用类型的数量变化情况,土地利用单一类型时间变化动态度和空间变化动态度表达式分别为[20]:P 1=U b -U aU aˑ1Tˑ100%(4)P 2=ΔU in +ΔU outUaˑ1Tˑ100%(5)式中:P 1为研究期内某类土地时间变化动态度;P 2为某类土地在研究期某时间段的空间变化动态度;ΔU in为研究期内某类土地由其他类型转化形成的面积;ΔU out 为研究期内某类土地转化为其他类型的面积㊂综合类型动态度反映研究区所有类型土地之间相互转化的整体动态变化程度,公式为:L a =ðni =1ΔL C (i -j )ː2ðni =1L Ci ˑ1Tˑ100%(6)式中:L a 为研究期内土地利用综合类型动态度;L Ci为研究期期初第i 类土地利用面积;ΔL C (i -j )为研究期内第i 类土地转化为第j 类土地的面积;n 为土地利用类型数㊂4㊀朝阳县土地利用变化4.1㊀土地利用变化总体特征从土地利用类型结构来看,2005年朝阳县土地利用类型以耕地㊁林地㊁草地为主,分别占总面积的38.783%和12.318%㊁43.837%㊂随着朝阳县社会经济的发展,2020年耕地面积为1400.144km 2,占总面积的33.113%;林地面积为1724.977km 2,占总面积的40.785%;草地面积为739.891km 2,占总面积的17.506%;水域面积为121.095km 2,占总面积的2.862%;建设用地面积为234.523km 2,占总面积的5.548%;未利用面积为5.791km 2,占总面积的0.137%㊂2005~2020年朝阳县土地利用变化幅度较为明显,耕地面积减少了239.786km 2;林地面积增加相对较多,增幅为1203.984km 2;草地面积减少相对较多,从2005年的1852.750km 2减少到2020年的739.891km 2,减幅为1112.859km 2;建设用地面积从2005年的119.419km 2增加到2020年的234.523km 2,增幅为115.104km 2;水域和未利用地面积增加,增幅分别为32.358km 2㊁1.187km 2(表1)㊂具体来看,受地形地貌和水系的影响,朝阳县耕地主要分布在西北部低山区及大小凌河河谷平原,2005~2020年间整体呈现减少的趋势,2005~2010年间耕地面积减少过多,但是受退耕还林等政策的影响,2010年之后耕地面积减少趋势放缓;草地主要分布在丘陵和山地,2005~2010年间,是朝阳县面积最大的土地类型,但2010年之后,更多的草地变成林地,草地整体呈现减少趋势;林地主要分布在努鲁儿虎山㊁清风岭㊁大青山和刘炮手等自然保护区,2005~2020年面积持续增加;2005~2010年间水域面积大幅度增加,2010年后面积有所减少,整体呈现增加趋势;建设用地主要分布在在朝阳县区㊁各乡镇镇区,整体呈现增加的趋势,2005~2010年间建设用地面积增加较多,但是2010年之后建设用地面积增加趋势放缓;未利用地主要位于沙漠化严重和矿业发达地区,经历了先减后增的变化过程,2015~2020年间增加幅度最为明显,整体呈现增加的趋势,未利用地面积的增加给朝阳县生态环境带来了一定的压力㊂㊃73㊃辽宁农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2022年表1㊀不同时段各类土地面积变化幅度㊀㊀(km2)时段耕地林地草地水域建设用地未利用地2005~2010-234.991211.467-1108.95535.47599.674-2.77 2010~2015-4.1578-2.138-1.555-0.1588.1280.002 2015~2020-0.6382-5.345-2.349-2.9597.302 3.955 2005~2020-239.7861203.984-1112.85932.358115.104 1.1874.2㊀土地利用动态变化特征2005~2010年时段,朝阳县耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地㊁未利用地单一类型时间变化动态度分别为-2.875%㊁46.501%㊁-11.971%㊁7.919%㊁16.919%和-12.041%㊂可以看出受国家退耕还林工程的影响[21],林地面积增加较为明显;同时,朝阳县地处朝阳市中,城市规模不断扩大,建设用地也呈快速增长态势(单一类型时间变化动态度为正)[22];草地和未利用地面积减少较明显(单一类型时间变化动态度为负)㊂2010~2015㊁2015~ 2020两时段,除了未利用地,耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地单一类型时间变化动态度比较小,数值不超过1%㊂2015~2020年未利用地单一类型时间变化动态度为43.078%,表明这个时段未利用地增加较明显,主要是由于朝阳县受土壤㊁降雨和人类活动等因素的影响,使本县水土流失严重,水土流失造成土壤肥力下降㊁土地沙化及石漠化[23](表2)㊂2005~2010年时段,朝阳县耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地㊁未利用地单一类型空间变化动态度分别为11.100%㊁55.951%㊁17.059%㊁17.565%㊁33.466%㊁62.628%,可以看出2005~2010年各土地利用类型空间变化动态度数值比较大,特别是未利用地㊁建设用地和林地,说明这个时段未利用地㊁建设用地和林地同其它土地利用类型转入㊁转出强烈㊂2010~2015年间各土地利用类型单一类型空间变化动态度数值非常小,表明各土地利用类型之间转入㊁转出不太明显,土地利用趋于稳定状态㊂2015~2020年,除未利用地,其他土地利用类型单一类型空间变化动态度比较小,表明未利用地同其它土地利用类型转入㊁转出明显,其它各土地利用类型之间转换不明显㊂未利用地转入为其它土地利用类型有利于改善生态环境,其它土地利用类型转入为未利用地,可能造成生态环境恶化,当地政府应特别重视未利用地的转入㊁转出(表3)㊂朝阳县2005~2020年各土地利用类型综合类型动态度为1.673%;2005~2010年㊁2010~2015年与2015~2020年间各土地利用类型的综合动态度分别为5.007%㊁3.920%㊁0.419%㊂从综合土地利用类型变化来看,朝阳县2005~2010年间㊁2010~2015年间㊁2015~2020年间各土地利用类型的综合动态度依次减小,说明在2005~2010年期间土地利用变化较为活跃,此阶段朝阳县依靠丰富的矿产资源,经济发展迅速,尤其2008年以后,朝阳县经济水平在8个县市中排名前列,到2010年以后,朝阳县由于矿产企业关停并转,导致其经济实力迅速下滑㊂经济作为主要的影响因素[24],影响土地利用变化趋缓(表4)㊂结合表2㊁3㊁4综合分析可得,受经济㊁政策㊁土壤和降雨等自然和人文因素的影响,朝阳县2005~2010年土地利用变化强烈,主要表现在林地和建设用地;2010~2020年变化趋缓,2015~2020年间未利用地增加较为明显,当地政府应对其重视㊂㊀㊀表2㊀某土地利用类型单一类型时间变化动态度计算结果㊀(%)土地利用类型2005~20102010~20152015~2020耕地-2.875-0.048-0.009林地46.501-0.023-0.062草地-11.971-0.043-0.063水域7.919-0.029-0.477建设用地16.9190.6150.643未利用地-12.0410.03943.078㊀㊀表3㊀某土地利用类型单一类型空间变化动态度计算结果㊀(%)土地利用类型2005~20102010~20152015~2020耕地11.1000.612 1.822林地55.9510.3060.955草地17.0590.548 1.644水域17.5650.868 3.395建设用地33.466 1.848 5.071未利用地62.6280.83914.669㊀㊀表4㊀某时段所有土地利用类型综合类型动态度计算结果㊀(%)时段综合类型动态度2005~2010 5.0072010~2015 3.9202015~20200.4192005~2020 1.673㊃83㊃第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀魏㊀玺等:基于遥感和GIS 的朝阳县土地利用变化分析4.3㊀土地利用转移特征土地利用转移矩阵不但可以体现土地利用类型的转移数量变化,而且可以体现出各土地利用类型的转移去向㊂各土地利用转移情况见表5,从表5可以看出:2005~2010土地利用转移变化主要表现在耕地㊁林地㊁草地和建设用地,其中耕地较多转移成林地和建设用地,草地较多转移成林地,较少转移成耕地和其它用地㊂2010~2015土地利用转移变化主要表现在耕地㊁草地㊁林地和建设用地,其中耕地较多转移成建设用地,林地较多转移成建设用地㊁草地较多转移成建设用地㊂2015~2020土地利用转移变化主要表现在林地㊁草地㊁水域和未利用地,其中,林地较多转移成建设用地,草地较多转移成建设用地,水域和耕地较多转移成未利用地㊂总的来看,2005~2020年,朝阳县耕地较多转移成林地和建设用地;草地较多转移成林地;建设用地的主要转移来源是耕地;水域的主要转移来源是耕地;未利用地的主要转移来源是耕地㊂结合表5综合分析,2005~2020年朝阳县草地主要转移成林地,耕地较多的转移成林地,表明受 退耕还林政策的影响比较大;水域的主要转移来源是耕地,建设用地的主要转移来源是耕地,未利用地的主要转移来源是耕地,说明可能为了满足当地居民生活和生产用水,征用耕地建造水库,其次朝阳县2005年城镇化率4.761%,2018年城镇化率22.300%,由于城镇化的推进,部分耕地被征用为建设用地;同时农业人口数量减少,耕地荒芜情况越来越严重,加之县域水土流失严重,导致耕地向未利用地转移[24],因此,要加强耕地资源的保护与合理利用,处理好耕地㊁经济发展与土地合理利用关系,才能保证朝阳县经济稳步有序发展㊂表5㊀土地转移矩阵计算结果㊀㊀(km 2)时段土地利用类型耕地林地草地水域建设用地未利用地2005~2010耕地1066.86564.047231.87710.38327.096 3.785林地248.333397.6151067.4337.15511.3100.091草地176.90346.908507.882 2.9978.9450.034水域41.488 4.3158.33367.313 2.0510.345建设用地105.3897.90136.2750.85970.0090.001未利用地0.8330.0000.6400.0090.0000.3492010~2015耕地1380.8798.479 5.674 1.375 4.2340.017林地7.7001717.6552.4660.743 1.3100.008草地 5.603 2.496732.6810.283 1.0120.006水域1.4390.7730.320121.2210.2440.002建设用地8.3882.486 2.4980.196213.6300.004未利用地0.0250.0050.0070.0020.001 1.7952015~2020耕地1336.23924.56116.777 6.14015.8950.100林地23.5881684.9367.855 2.647 4.5410.022草地17.4407.144710.003 1.009 3.7280.012水域4.857 2.510 1.183111.8990.5000.009建设用地16.7469.0815.629 1.006202.0180.002未利用地 1.5320.6440.251 1.1950.480 1.6882005~2020耕地1065.22964.121229.26310.60626.676 3.806林地245.797393.4021066.848 6.35311.0570.095草地175.05546.074506.582 2.7898.8090.031水域39.576 4.1028.29166.852 1.8080.337建设用地111.22912.32739.0250.89071.0110.002未利用地2.5690.0961.6071.1490.0360.3335㊀结论朝阳县属于丘陵地区,县域荒漠化㊁沙化严重,农用地出现破碎化和退化,农用地生产效率低下㊂由于该地区土地利用问题严峻,本文基于遥感和GIS 技术,结合土地利用变化幅度㊁动态度及转移矩阵方法,研究朝阳县2005~2020年土地利用变化,对未来优化朝阳县土地利用规划布局提供借鉴依据,促使朝阳县构建有利于碳达峰㊁碳中和的国土空间利用保护格局㊂主要得出以下结论:从2005~2020年间朝阳县土地利用总体特征变化㊁动态变化和转移来看,受经济㊁政策㊁土壤㊁降雨等自然因素和人文因素影响,耕地面积减少239.786km 2,林地面积增加相对较多,增幅为1203.984km 2;草地面积减少相对较多,减幅为1112.859km 2;建设用地面积从2005年的119.419km 2增加到2020年的234.523km 2,增幅为115.104km 2;水域和未利用地面积增幅分别为32.358km 2㊁1.187km 2,朝阳县2005~2010年土地利用变化强㊃93㊃辽宁农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2022年烈,2010~2020年变化趋缓,2015~2020年间未利用地增加较为明显,当地政府应对其重视;16年来,朝阳县耕地较多转移成林地和建设用地,草地较多转移成林地,建设用地的主要转移来源是耕地,水域的主要转移来源是耕地,未利用地的主要转移来源是耕地,因此在推进经济发展进程的同时,要加强对耕地资源的保护与合理利用,处理好耕地㊁经济发展与土地合理利用关系,保证朝阳县经济稳步有序发展㊂参考文献:[1]㊀苑韶峰,唐奕钰,申屠楚宁.土地利用转型时空演变及其生态环境效应 基于长江经济带127个地级市的实证研究[J].经济地理,2019,39(9):174~181.[2]㊀陈曦,常存,包安明,等.改革开放40年来新疆土地覆被变化的空间格局与特征[J].干旱区地理,2020,43(1):1~11.[3]㊀田甜,牟凤云,王俊秀,等.重庆市主城区土地利用变化对地表径流的影响[J].水土保持研究,2021,28(4):128~135.[4]㊀何媛婷,王石英,袁再健,等.珠江三角洲土地利用变化及其对城市化发展的响应[J].生态环境学报,2020,29(2):303~310.[5]㊀王志成,高志强,尚伟涛,等.1987~2017年莱州湾沿岸土地利用变化及其对海岸线变化的影响[J].水土保持通报, 2021,41(1):309~316,336.[6]㊀黄宝华.基于时序变化的山东土地利用对生境质量影响研究[J].国土资源科技管理,2021,38(4):41~50. [7]㊀赵荣钦,黄贤金,揣小伟.中国土地利用碳排放的研究误区和未来趋向[J].中国土地科学,2016,30(12):83~92. [8]㊀李雪梅,刘倩,韩杰,等.天津市1980~2019年土地利用及土地生态安全时空演变分析[J].Journal of Resources and Ecology,2021,12(3):367~375.[9]㊀史培军,宋长青,景贵飞.加强我国土地利用/覆盖变化及其对生态环境安全影响的研究 从荷兰 全球变化开放科学会议 看人地系统动力学研究的发展趋势[J].地球科学进展,2002(2):161~168.[10]㊀厉静文,董锁成,李宇,等.中蒙俄经济走廊土地利用变化格局及其驱动因素研究[J].地理研究,2021,40(11):3073~3091.[11]㊀罗鸿,杨存建.2005~2015年四川省土地利用变化及驱动力分析[J].生态科学,2021,40(1):86~94. [12]㊀谷彦斐,徐泮林,高明超.1987~2017年南京市土地利用/覆被变化及驱动力分析[J].测绘与空间地理信息,2021,44(7):131~13,143.[13]㊀朱晓昱,王宗明,徐大伟,等.呼伦贝尔草原生态功能区土地利用变化及驱动力分析[J].中国农业资源与区划,2020,41(4):74~82.[14]㊀段红腾,吴发启,杨一凡,等.近10年巴音河流域土地利用变化及驱动力分析[J].水土保持研究,2020,27(2):172~177.[15]㊀王柏玲.彰武县土地利用变化特征及驱动力分析[D].沈阳:沈阳农业大学,2018.[16]㊀刘金巍,靳甜甜,刘国华,等.新疆玛纳斯河流域2000~2010年土地利用/覆盖变化及影响因素[J].生态学报,2014,34(12):3211~3223.[17]㊀许小娟,刘会玉,林振山,等.基于CA-MARKOV模型的江苏沿海土地利用变化情景分析[J].水土保持研究,2017,24(1):213~218.[18]㊀杨清可,段学军,王磊,等.基于 三生空间 的土地利用转型与生态环境效应:以长江三角洲核心区为例[J].地理科学,2018,38(1):97~106.[19]㊀张明阳,王克林,刘会玉,等.喀斯特生态脆弱区桂西北土地变化特征[J].生态学报,2009,29(6):3106~3116. [20]㊀刘耀林,焦利民.顾及尺度效应和景观格局的土地利用综合指标研究[J].测绘学报,2009,38(6):549~554. [21]㊀李慧颖.基于遥感和InVEST模型的辽宁省退耕还林工程生态效应评估[D].长春:吉林大学,2019. [22]㊀陈宝文.朝阳县域土地利用存在的问题与优化措施[J].江西农业,2017(13):69.[23]㊀孙飞.朝阳县水土流失的成因与防治对策[J].内蒙古水利,2019(2):42,45.[24]㊀张雪英.1990~2020年辽西地区土地利用变化及驱动力分析[J].无线电工程,2021,51(8):711~719.Research on Land Use Change and Its Impact on Ecological Environment in Chaoyang County Based on Remote Sensing and GISWEI Xi,CAI Xiang-wen(School of Earth Sciences,Guilin University of Technology,Guilin,Guangxi㊀541000) Abstract:Chaoyang County is a hilly area.The desertification and sandification of the county are serious,and the agricultural land is fragmented and degraded,and the production efficiency of the agricultural land is low. Due to the serious land use problem in this area,this paper uses remote sensing and GIS technology,com-bined with the land use change range,dynamic degree and transfer matrix method,to study the overall charac-teristics,dynamic changes and transfer of land use in Chaoyang County from2005to2020.The results show that due to the influence of economic,policy,soil,rainfall and other natural and human factors,the cultivated land area in Chaoyang County decreased by239.786km2from2005to2020,the grassland area decreased by a relatively large amount,and the forest land area increased by a relatively large amount.The area of land and construction land has increased;the land use change in Chaoyang County in the past16years mainly occurred between2005and2010,and the area of unused land increased significantly between2015and2020;in the past16years,the grassland in Chaoyang County has mainly been transferred to forest land,and the cultivated land has mainly been transferred to Grassland,construction land,and water areas are mainly transferred to cultivated land.The main transfer source of construction land is cultivated land,and the main transfer source of unused land is cultivated land.Therefore,while promoting the process of economic development,it is nec-essary to strengthen the protection and rational utilization of cultivated land resources.Key words:Dynamic degree of land use;Land transfer matrix;Ecological environment;Chaoyang county ㊃04㊃。
土地利用变化的数学模型解析
土地利用变化的数学模型解析鲁春阳1 ，齐磊刚2 ，桑超杰3（1. 西南大学地理科学学院，重庆北碚400715 ；2. 河南中化地质测绘院有限公司，河南郑州450011 ；3.南昌有色冶金设计研究院，江西南昌330002 ）摘要：本文归纳了目前在研究土地利用变化中广泛采用的一些数学模型，并对每种模型的涵义和意义进行了解析。
按照模型反映的内容不同，将其分为三大类：（ 1）土地资源数量变化模型；（2 ）土地资源质量变化模型；（3 ）土地资源空间变化模型。
总结了每类模型的特点和不足之处。
关键词：土地利用变化；模型；解析区域土地利用变化已成为全球变化研究的热点问题，国际地圈- 生物圈计划（IGBP ）和全球变化中的人文领域计划（HDP ）在1995 年联合提出了“土地利用和土地覆盖变化”研究计划［1］。
地学界利用遥感与GIS 技术对不同区域的土地利用变化现象进行了大量的案例研究［2 ，3 ，4］，在这些案例的基础上，陆续提出了一系列分析区域土地利用变化的模型与模型框架［5 ，6］。
这些模型从不同的角度反映土地利用的数量、质量和空间格局变化。
我国学者在这方面也进行了大量研究，但大多是引进外国学者的模型成果，而且有些数学模型还有待于完善。
1 土地资源数量的变化1.1 土地利用动态度在区域土地利用变化过程中，耕地、林地等用地类型由于关系到区域食物安全与生态安全而备受关注。
为了反映这些类型用地面积的变化幅度与变化速度以及区域土地利用变化中的类型差异，利用土地利用动态度模型分析土地利用类型的动态变化，可以真实反映区域土地利用类型的变化剧烈程度。
单一土地利用动态度的表达式：式中, Ｋ为研究时段内某一土地利用类型动态度; Ｕa, Ｕb 分为研究初期及研究末期某一土地利用类型的数量; Ｔ为研究时段长,当Ｔ的时段设定为年时, Ｋ的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。
综合土地利用动态度：式中：LC 为土地利用变化率，反映土地资源数量变化程度；LC i 为测量开始时第i 类土地利用类型面积，是测量时段内第i类土地利用类型转化为非i 类土地利用类型面积的绝对值；T 为监测时段长度，当T 的时段设为年时，LC 的值就是该研究区土地利用年变化率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第27卷 第6期2008年11月地 理 研 究GEOGRAPHICAL RESEARCHVol.27,No.6Nov.,2008
收稿日期:2008-06-05;修订日期:2008-09-14 基金项目:国家自然科学基金项目资助(40701055,40301002,40335046) 作者简介:朱晓华(1972-),男,安徽郎溪人,博士,副研究员。主要从事综合自然地理学研究。E-mail:zhuxh@igsnrr.ac.cn
土地利用类型结构的多尺度转换特征朱晓华1,李亚云1,2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100049)
摘要:尺度一直是LUCC到GLP研究所关注的重要问题。以不同比例尺的辽宁省土地利用数据为例,以贵州省土地利用数据进行验证,系统探讨了土地利用类型结构在不同尺度间可能存在的转换特征。结论如下:(1)辽宁省土地利用的分形结构跨1∶10万、1∶50万、1∶100万这3个比例尺客观存在;(2)对不同比例尺的同一区域不同土地利用类型而言,各土地利用类型分维在不同比例尺之间存在的响应关系并不一致,某些土地利用类型的分维随着比例尺由1∶10万向1∶50万再向1∶100万的变小,分维呈现变大趋势,而某些土地利用类型的分维随比例尺的变化并不如此,所以,对于不同的土地利用类型而言存在一定的差别,不可一概而论;(3)不同尺度间的土地利用类型结构只能够在两两连续间隔的两种比例尺土地分维之间建立起关系显著的定量关系模型。所得结论对科学认知土地结构空间配置的多尺度特征以及建立相应尺度转换模型具有积极的参考意义。关键词:土地利用类型;多尺度;分形;分维文章编号:1000-0585(2008)06-1235-08
1 前言尺度与尺度转换问题正逐渐引起生态、地理等领域研究者的关注[1,2]。越来越多的学
者已经认识到科学研究中关注尺度问题的重要性,“尺度”已成为一个出现频率渐增的科学关键词,也成为人们认识客观世界格局、过程及其时空分布特征的一把关键“钥匙”。 20世纪90年代初期,由IGBP和IHDP共同发起了LUCC核心研究项目,此后成为各国学术界的研究热点,同时也成为了公众和管理决策界的关注焦点[3]。在LUCC研究
中,在主要关注土地利用/土地覆被的位置变化与数量变化过程及其驱动力、土地利用/土地覆被变化生物物理反馈之结合等问题的同时,土地利用/土地覆被变化驱动力模拟的尺度依赖性也成为其中的一个重要研究命题[4]。
2005年10月,在LUCC研究计划告一段落并整合其所取得成就的基础上,IGBP与IHDP联合发布了题为“GlobalLandProject—SciencePlanandImplementationStrategy”的全新报告,这是对LUCC研究计划的进一步继承与深入发展。“GlobalLandProject”(GLP)全球土地计划的目标确定为“度量、模拟和理解人类与环境复合系统”,由此,“土地系统的驱动力、土地系统变化的结果、土地可持续性的综合分析与模拟”被确定为GLP未来研究的三大主题[5]。主题之一“土地系统的驱动力”细化为3个问题,与尺度
有关的问题为“全球大气、生物地球化学和生物物理尺度变化怎样影响生态系统的结构和1236 地 理 研 究27卷功能?”;主题之二“土地系统变化的结果”细化为4个问题,与尺度有关的问题为“人类怎样从多种尺度对生态系统提供的服务做出响应?”;主题之三“土地可持续性的综合分析与模拟”的3个细化问题中虽然没有明确提到尺度一词,但是其问题之一“土地系统变化的关键途径”必然会涉及到对不同时空尺度下土地系统变化过程的深切关注。由此可见,“尺度”已经成为理解与开展GLP三大主题研究的核心关键词。 自LUCC计划开展以来,围绕土地利用/土地覆被变化、驱动力、模拟等方面取得了大量研究成果[4,6～10],但是,通过由LUCC到GLP的发展过程可以看出,“解释不同层次
地球表层过程发生的机理,发展尺度转化的方法,探讨模型模拟研究在刻画地球表层系统整体性中的作用”、“重视不同尺度的研究,尤其关注百年、十年尺度和全球及区域尺度,着力探索不同尺度之间的关系”[11,12]依然是地理科学开展前沿创新性探索的重要方向。 土地利用/土地覆被变化研究涉及地块尺度、坡面尺度、流域尺度等不同的空间尺度[13],也涉及到几个月、几年、几十年、几个世纪等不同的时间尺度。在土地利用/土地
覆被变化研究过程中,须首先明确研究对象的时间尺度和空间尺度,必须先对研究对象的时间尺度、空间尺度有一个明确的界定。如果认识不到过程对尺度的依赖性(scale-de-pendentprocesses),往往就会用不恰当的甚至是错误的尺度去观察、说明或解释问题,从而在一定程度上混淆对事物现象与本质关系的认识,将根据一个尺度上数据得出的结论应用到另一个尺度上去,或者是以点的特征来简单代替面或体的特征。只有先搞清楚一个尺度上的特定问题,才能进一步搞清楚不同尺度上各种问题之间的复杂关系。应清楚地界定区域等多个尺度上的科学问题,正视多学科和多空间尺度的综合[3,14]。在大尺度开展的
土地利用/土地覆被变化模拟,不能简单地使用小尺度的资料,也不能简单地将其应用到另外一个尺度上去[15]。尺度是地理现象的基本特征,地理学研究对象格局与过程的发生、
时空分布、相互耦合等特性都具有尺度依存性,因而,只有在连续的尺度序列上对其进行考察和研究,才能把握它们的内在规律[16]。
总体而言,由于受传统研究方法和测量手段限制,目前开展土地利用/土地覆被尺度问题的研究还处于初级阶段,虽然说尺度问题已经引起了该领域相关科学家的重视,但是还比较困难,这一方面表现为对不同尺度下土地利用/土地覆被格局与过程所具有的尺度特征还缺乏系统研究和揭示,另一方面表现为还缺乏对各尺度间土地利用/土地覆被格局与过程相互关系及其转换模式的研究,进而,关于土地利用/土地覆被存在尺度特征的机制问题更是缺乏研究。地理尺度转换中在关于尺度定义、尺度类型、尺度域界定、尺度转换模式与技术等领域目前存在着一些歧义和片面认识[16],实际上,诸如尺度选择不当、
有意无意漠视研究结果的尺度性等问题,在土地利用/土地覆被的研究中同样存在。可以说,关于土地利用/土地覆被尺度及其转换的统一而有效的理论与方法体系远没有形成。 1967年,美国科学家曼德尔勃罗特(Mandelbrot)在国际顶级刊物“Science”上发表了《英国海岸线究竟有多长?统计自相似性和分形维数》的论文[17],标志着分形理论
的诞生。与传统欧氏几何相比,分形理论更适于描述大自然中复杂的真实客体[18,19]。分
形理论可为土地利用/土地覆被尺度研究的创新提供全新理论支撑与机遇。当然,当前分形理论在地理科学中的应用还处于发展阶段,地理现象分形性质的揭示仍然是当前“分形地学”的主要研究任务[20,21]。与地理科学中分形应用研究的现状大致对应,土地利用/土
地覆被中的分形研究在土地类型分维计算、土地结构分形研究方法、土地结构动态变化分维描述、区域土地结构动态变化分形模拟、土地分形结构及其机制、土地结构尺度转换特 6期朱晓华等:土地利用类型结构的多尺度转换特征1237 征等各方面进行了一定研究[22～24],但是,关于土地利用类型结构在不同尺度间存在有怎
样的空间响应关系尚未见报导。本文则以不同比例尺的辽宁省土地利用数据为例,以贵州省土地利用数据为验证,在此方面进行了有益探索,期望对认识土地利用空间结构的多尺度转换特征有所裨益。
2 研究方法与数据来源2.1 研究方法 根据传统欧氏几何,对于半径为r、面积为A、周长为P的圆,各参数之间的关系分别为: A=πr2 (1) P=2πr(2)
由此可推倒出A与P之间的关系为: P=(4πA)12(3) Mandelbrot由此提出了面状分形对象的周长-面积关系如下[25]:
P1D∝A12 (4) 即 p∝AD2(5) Lovejoy等还证明了降雨云的周长、面积关系也符合(5)式[26]。 对于某一土地利用类型而言,通过双对数回归分析,可建立某土壤类型系列斑块周长
-面积关系为:lgA=2Dlgp+C(6)
式中,A为某一斑块面积,P为同一斑块周长,D为分维,C为待定常数。 根据常识,不同比例尺对应不同的空间尺度,较小比例尺对应相对大的地理空间尺度,而较大比例尺则对应比较小的地理空间尺度。对于区域土地利用类型结构而言,存在着耕地、林地、水面、交通用地、居民用地等不同土地利用类型的空间组合,在一幅反映小区域土地利用状况的大比例尺土地利用图上理论上假设可以看见旱地(a)、水面(b)、居民用地(c)、林地(d)、水田(e)这5种土地类型,随着尺度的变化,由于不同地类面积的客观变化(类似海岸线长度测量时所包含的弯曲程度细节的变化),在小比例尺土地利用图上也许就只能看到旱地、林地、水面、居民用地这4种土地利用类型(图1)。比例尺的不同,也就是空间尺度的不同,导致了不同比例尺图上所反映的土地利用类型结构的客观变化。与这种客观变化相对应存在怎样的尺度转换特征,是当前和今后一个时期土地科学研究必须回答的重要命题,如此,才可以促进当代土地科学的完善与发展。
图1 不同比例尺(尺度)下土地利用类型结构的变化Fig.1 Landusestructureatdifferentscales 本文即是基于图1所提出的重要命题,基于1∶10万、1∶50万、1∶100万这3个比例尺(尺度)的辽宁省、贵州省土地利用数据,在计算各土地利用类型分维这一参量的基础上,深入探讨土地利用类型结构的多尺度转换特征。2.2 数据来源 本文所使用的1∶10万、1∶50万、1∶100万这3个不同比例尺(尺度)的辽宁省、贵州省土地利用数据由中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)提供