1985－2020年漢江生態經濟帶土地利用/覆蓋演變特征分析

安 彬

（1.安康學院 旅游與資源環境學院/陜西省院士專家工作站，陜西 安康 725000；2.安康學院 陜南鄉村振興研究中心，陜西 安康 725000；3.安康學院 陜南生態研究中心，陜西 安康 725000）

土地利用（Land Use）指人類對土地進行諸如城鎮建設、土地墾殖等形式的開發利用[1]，土地覆蓋（Land Cover）則指自然營造物（如冰川積雪）和人工建筑物（如道路）所覆蓋的地表諸要素的綜合體[2]，土地利用/覆蓋變化（Land Use/Cover Change，LUCC）是地球陸地表層系統最突出的景觀標志，是全球變化研究的重要組成部分[3-4]。當前，由LUCC引發的區域陸面自然要素演變、地球化學循環、生態失衡等問題引起學者們的重視[5-7]。2017年黨的十九大報告提出了新時期我國國土空間開發具體要求，其中土地利用現狀調查成果是基礎[8]。因此，厘清國土空間規劃背景下的LUCC 結構現狀及其變化過程是區域可持續發展的必要工作。

漢江生態經濟帶處于我國中西部地區的結合部，是西北地區通江達海的重要通道，也是連接長江經濟帶和絲綢之路經濟帶的重要橋梁，境內的丹江口水庫是南水北調中線工程重要水源地。2018年國家發展改革委印發了《漢江生態經濟帶發展規劃》的通知，有力推動了漢江流域全面建成小康社會并向現代化邁進[9]。近年來，學者們圍繞漢江生態經濟帶LUCC 展開研究，如周致遠等[10]指出2000-2013 年湖北漢江生態經濟帶土地利用的結構穩定性較差，耕地主要轉到林地；楊倩[11]發現1980-2010年間湖北漢江流域主要用地類型為耕地和林地，耕地減幅最大，其轉向為水域和建設用地；呂志航[12]采用未來土地利用變化情景模型（FLUS）模擬了2035年漢江生態經濟帶的多情景下生態空間變化特征，認為生態空間僅在生態優先情景下有增長趨勢。此外，部分學者還重點分析了漢江生態經濟帶內漢中[13]、安康[14]、商洛[15]、十堰[16]、襄陽[17]、武漢[18]等市域的土地利用變化特征。目前的研究結合長時間序列資料對漢江生態經濟帶LUCC 演變特征的研究相對較少。本文以近35a（1985-2020 年）土地利用數據為基礎數據，結合土地利用結構、動態度及轉移圖譜等指標，定量分析漢江生態經濟帶LUCC 演變特征，以期為漢江生態經濟帶國土空間開發、社會經濟實現高質量發展提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文選取了1985年（T1）、2000年（T2）、2010年（T3）和2020 年（T4）四期30m×30m 空間精度的土地利用數據，其均由中國年土地覆蓋產品（https：//doi.org/10.5281/zenodo.5816591） 提 供①參見Yang Jie， Huang Xin.The 30 m annual land cover datasets and its dynamics in China from 1990 to 2021（1.0.0）.https://doi.org/10.5281/zenodo.5210928.。該數據基于Google Earth Engine 上Landsat 影像，結合中國土地利用/覆蓋數據集（China's Land-Use/Cover Datasets， CLUD）提取的穩定樣本進行可視化解譯；然后通過隨機森林分類法獲得耕地、林地、灌木、草地等用地類型，時空一致性高。結合研究區實際情況，本文選擇耕地、林地、灌木、草地、水域、荒地、建設用地共7類用地類型。

1.2 研究方法

為了充分反映漢江生態經濟帶LUCC 時空動態演變過程，采用下列指標：（1）土地利用程度綜合指數（L）。其反映了自然和人類因素對土地的綜合作用[19]，原理與計算方式見文獻[20]。（2）綜合土地利用動態度（R）。其能夠精確表達某時段內所有土地利用類型的變化情況，計算方式見文獻[21]。（3）轉移矩陣。其能夠刻畫研究區土地利用變化的細節結構特征，可借助Origin2021 軟件繪制?；鶊D來表征。（4）土地利用信息圖譜。其能有效反映土地利用過程集成特征，根據參考文獻[22]60劃分方法，漢江生態經濟帶土地利用圖譜類型可概括為6 種類型：穩定型（T1-T4用地類型保持不變），前期變化型（地類僅在T1-T2變化），中間過渡型（地類僅在T2-T3變化），后期變化型（地類僅在T3-T4變化），反復變化型（地類在T1-T4發生兩次以上轉換，但T1與T4一致），持續變化型（地類在T1-T4發生兩次以上轉換，且T1與T4不同）。

2 結果分析

2.1 LUCC結構變化特征

由表1 可知，1985-2020 年漢江生態經濟帶土地利用面積占比變化幅度較為明顯的有林地（4.25%）、耕地（-2.97%）、草地（-2.36%）和建設用地（1.91%）。具體來看，漢江生態經濟帶以林地最為典型，是長江經濟帶生態屏障的重要組成部分；1985-2000 年林地面積保持相對穩定但略有減少，2000年之后呈逐年快速增加趨勢，至2020年面積占比達到58.52%，較1985 年凈增加4.25%。近35a 來耕地面積占比共減少了2.97%，其面積由2000年之前的相對緩慢增加轉為之后的大幅減少。草地和灌木地面積均表現下降趨勢，面積占比分別減少了2.36%、1.07%；其中草地減少幅度相對穩定，灌木地面積占比較低（＜1.50%），1985-2000年面積減少最多，2000年之后減少幅度趨于放緩，至2020年面積占比僅為0.10%。水域面積占比相對較低（＜2%），總體上保持相對穩定，面積占比保持在1.49%～1.74%之間?；牡孛娣e占比相對較小，對漢江生態經濟帶用地結構影響有限。建設用地面積總體上表現持續增加態勢，2010 年之前呈緩慢增加，而在2010年之后大幅增加，至2020年其面積占比達到峰值3.17%。整體上，漢江生態經濟帶土地利用程度綜合指數（L）呈早期快速上升，而后轉為緩慢下降特征。1985-2000年L由241.28增加至243.82，表明該時期研究區的土地利用處于發展階段，其利用程度不斷加深；2000-2020年L不斷減少，表明這一時期內土地利用結構朝著有利于生態建設方向發展。近35a 漢江生態經濟帶綜合土地利用動態度（R）介于0.30%～0.40%之間，說明土地利用結構比較穩定。

表1 1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用結構變化

由圖1 可知，漢江生態經濟帶的林地集中分布在漢江上游地區，少量分布于荊門和隨州交界的大洪山、隨州北部桐柏山等山區。耕地主要分布在漢江中下游的河南南陽盆地、湖北襄陽至武漢等平原，少量分布在漢江上游干流流經的漢中和安康盆地。灌木地、草地和荒地分布較為分散，均無明顯空間集聚特征；水域主要為境內的漢江干流及丹江、旬河等支流。建設用地是城市和鄉村發展重要載體，漢江生態經濟帶的建設用地以點狀形態散布在南陽、襄陽、武漢等城市，而在漢江中下游干流、交通沿線呈帶狀分布。1985-2020 期間，陜西省林地面積增加最為明顯，占比增加了10.65%，耕地面積占比減少了5.35%；河南省建設用地面積增加最為明顯，占比增加了3.41%，耕地面積占比減少了3.47%；湖北省以建設用地面積占比增加最為明顯（2.35%）、 草地面積占比減少最為明顯（1.14%）。

圖1 1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用空間分布

2.2 土地利用轉移特征

整體上，1985-2020 年漢江生態經濟帶LUCC轉變的主要方式有林地和耕地之間的相互轉移、建設用地的轉入，占所有土地轉移類型總面積的64.91%（見表2）。具體來看，耕地向林地轉移面積最大，達到8575.07km2，占耕地轉出總面積的63.62%，其次耕地轉為建設用地（26.73%）也是重要的轉移類型；灌木地和草地均主要向林地轉移，分別占各自轉出總面積的91.44%、75.59%。林地向耕地轉移面積為所有土地轉移類型第二多，占林地轉出總面積的95.10%；水域和建設用地均主要向耕地轉移，分別占各自轉出總面積的75.17%、57.40%。近35a 來，耕地面積的增加最主要來自林地轉入，貢獻達到75.58%，另外草地貢獻了13.31%；林地是轉入最為活躍的土地利用類型，其新增面積59.99%來自耕地轉入，草地和灌木地分別貢獻了26.21%、13.60%，這與該區域實施長江流域防護林體系建設工程、天然林保護工程、退耕還林等重大生態工程密切相關[23]。新增的灌木地主要來源為草地轉入，貢獻了51.20%；新增的草地和水域、建設用地均主要源自耕地轉入，表明耕地是最為活躍轉出類型。

表2 1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用類型面積轉移矩陣

?；鶊D可直觀顯示出漢江生態經濟帶各階段主要LUCC 的轉移流向和流量。由圖2 可知，1985-2020 年三個階段各土地轉型關系與整個研究時段總體一致，均以林地和耕地互轉為主要方式；三個階段轉型面積分別為1140.96 km2/a、1271.60 km2/a、1519.24 km2/a，呈轉移規模不斷增多、轉移關系更為復雜的特征。1985-2000年期間，各類土地轉型規模中以林地轉出最多、耕地轉入最多，尤其以林地向耕地轉移最為典型，可能與該時段基于糧食安全考慮，通過增加耕地面積以提高糧食產量有關。如安康市白河縣倡導發揚“三苦”精神，1972 年之后的20余年間新修造23萬畝水平梯田[24]。此外，隨著草地、灌木地生長形成林地的面積分別達到1120.66 km2、2039.97 km2。階段I和II期間，各類土地轉型規模中以林地轉入最多、耕地轉出最多，尤其以耕地向林地轉移最為典型，與該流域生態工程實施、農業結構調整等相關；值得注意的是，隨著占補平衡等耕地保護政策的發展完善，林地、灌木地等非農耕地轉為耕地增多[25]，但耕地流入量仍小于流出量，處于縮減狀態。隨著秦巴山集中連片特困地區脫貧攻堅戰的全面勝利，漢江生態經濟帶內城鄉居民收入提高，加之易地扶貧搬遷政策、快速城鎮化等因素導致了大量耕地占用[26]，三個階段由耕地轉入建設用地的面積分別達到84.36 km2/a、96.26 km2/a、169.26 km2/a，累計占轉入建設用地面積的89.96%，高于1990-2015年全國耕地占新增建設用地總面積的比例（72.5%）[27]。

圖2 1985-2020年漢江生態經濟帶主要土地利用轉移?；鶊D（單位：km2）

由圖3 可知，1985-2020 年研究區各省三個階段均以林地和耕地互轉為主要方式，但存在省際差異。具體來看，陜西省耕地轉為林地面積呈大幅增加到小幅下降變化特征，年均轉移面積由階段I 的123.96 km2/a增加到階段II的297.70 km2/a，而階段II至階段III 期間轉移面積增加幅度減少了37.75 km2/a；林地轉為耕地面積呈大幅下降到小幅增加階段特征；此外，陜西省有較大規模的灌木地、草地轉為林地，但其轉移面積逐階段減少。河南省耕地轉為林地面積以較大幅度呈持續增加特征，三個階段年均轉移面積分別為21.85 km2/a、56.98 km2/a、103.01 km2/a；與此同時，近35a耕地轉為建設用地的流量相對穩定，是河南省較為重要的土地轉移關系；林地轉為耕地面積表現出小幅下降到大幅下降變化特征。湖北省耕地轉出流量呈增加趨勢，主要轉出為林地、建設用地和水域，其中耕地轉為林地的增加面積最為明顯，階段I 至階段II 和階段II 至階段III期間增幅分別達到125.46 km2/a、82.13 km2/a；在階段I至階段II 期間，耕地轉為建設用地面積增加規模維持在45 km2/a左右，至階段III期間增加規模達到107.92 km2/a，與其城鎮化水平高密切相關[28]；耕地轉為水域是湖北省較為重要的土地轉移關系，且其轉移流量表現出逐階段增加特征，與丹江口水庫二期工程蓄水位加高進而淹沒大量耕地有關[29]。近35a來，湖北省林地轉為耕地面積呈大幅下降到小幅增加階段特征，與河南省變化特征相同；與其他兩個省份相比，水域和建設用地轉為耕地是湖北省較為特殊的轉移流向，轉移流量均逐階段增加。

圖3 1985－2020年漢江生態經濟帶各省主要土地利用轉移?；鶊D（單位：km2）

2.3 土地利用變化圖譜

表3 顯示了1985-2020 年漢江生態經濟帶LUCC的內部過程與機制，具體表現為：（1）穩定型是漢江生態經濟帶最重要的圖譜類型，其面積占到研究區總面積的81.67%，其最大圖譜類型為“林地-林地-林地-林地”，面積達到92252.36 km2，占總面積的48.8%，有別于1990-2015 年陜南地區最大圖譜類型（草地-草地-草地-草地）[22]66；其次是“耕地-耕地-耕地-耕地”圖譜類型，其面積占到研究區總面積的30.49%。這充分說明以丹江口水庫為分界線，漢江生態經濟帶形成了西部林地、東部耕地為主的穩定用地結構（圖1），構建了生態為主、生活為輔的空間用地。（2）前期變化型面積為9914.69 km2，占到研究區總面積的5.25%，其最大圖譜類型為“林地-耕地-耕地-耕地”，其面積比例為1.44%。（3）中間過渡型和后期變化型的最大圖譜類型分別為“耕地-耕地-林地-林地”、“耕地-耕地-耕地-林地”，反復變化型的最大圖譜類型是“林地-耕地-林地-林地”，三種類型面積共占總面積的11.56%，表明自退耕還林工程實施以來漢江生態經濟帶取得巨大成就。（4）持續變化型在所有圖譜類型中占總面積比例最低，其最大圖譜類型為“林地-耕地-林地-耕地”，其面積僅占0.18%。綜上可知，近35a來漢江生態經濟帶土地利用結構兼顧了生產（耕地）、生態（林地、草地），形成了林地與耕地之間的角逐轉換格局。此外，生活空間（建設用地）的最大圖譜類型為“耕地-耕地-耕地-建設用地”，其面積占總面積的0.85%。

表3 1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用轉移圖譜

漢江生態經濟帶各省土地利用變化圖譜均以穩定型為主，面積占各區域面積的比例由高到低為：河南?。?3.96%）＞湖北?。?2.33%）＞陜西?。?9.68%）；其中最大圖譜類型均是“林地-林地-林地-林地”，但其面積占比以陜西省為最高（66.75%）、湖北省次之（40.11%）、河南省最低（34.15%），這與湖北省和河南省有較大比例的“耕地-耕地-耕地-耕地”圖譜類型有關（表4）。從各省第二大圖譜類型來看，陜西省和河南省皆為前期變化型，其中陜西省最大圖譜類型為“林地-耕地-耕地-耕地”，河南省則是“耕地-建設用地-建設用地-建設用地”；湖北省是后期變化型，其最大圖譜類型為“耕地-耕地-耕地-林地”。此外，持續變化型均是各省圖譜占總面積比例最低的類型，但最大圖譜類型略有不同，陜西省為“草地-耕地-林地-林地”，河南省為“耕地-草地-草地-林地”，而湖北省與研究區一致。

表4 1985-2020年漢江生態經濟帶各省土地利用轉移圖譜

3 結論

（1）1985-2020年漢江生態經濟帶以林地、耕地為主要用地類型，占研究區總面積的93%以上；林地呈增加趨勢，耕地、草地和灌木地面積均表現為減少趨勢，水域面積相對穩定略有增加，建設用地面積持續增加。漢江生態經濟帶土地利用程度綜合指數（L）變化較小，呈相對快速上升至緩慢下降階段特征；綜合土地利用動態度（R）介于0.30%～0.40%之間，土地利用結構比較穩定。

（2）1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用轉移以林地和耕地互轉、建設用地的轉入為主，林地和耕地分別是最為活躍的轉入、轉出類型。新增的林地面積59.99%來自耕地轉入，26.21%來自草地轉入；耕地75.58%來自林地轉入，灌木地來自草地轉入，草地和水域、建設用地均主要源自耕地轉入。

（3）1985-2020年漢江生態經濟帶轉移規模不斷增多、轉移關系更為復雜，由以林地向耕地轉移轉為以耕地向林地轉移最為典型。陜西省耕地轉為林地面積呈大幅增加到小幅下降特征，湖北省和河南省呈較大幅度持續增加特征；陜西省林地轉為耕地呈大幅下降到小幅增加特征，湖北省和河南省增加幅度有所放緩；湖北省和河南省耕地以相對穩定流量轉為建設用地，耕地與水域的互轉、建設用地轉為耕地是湖北省較為重要的土地轉移關系。

（4）1985-2020年漢江生態經濟帶土地利用變化圖譜最主要的是穩定型，最大圖譜類型為“林地-林地-林地-林地”；其他變化圖譜類型均是林地與耕地之間的角逐轉換。研究區各省最主要的皆是穩定型圖譜，且河南?。?3.96%） ＞湖北?。?2.33%）＞陜西?。?9.68%）；各省第二大圖譜類型中，陜西省是林地轉向耕地的前期變化型，河南省是耕地轉向建設用地的前期變化型，湖北省是耕地轉向林地的后期變化型。