洞庭湖生态经济区土地利用变化特征及地形梯度效应_张览岳.pdf

湖北农业科学2023 年洞庭湖生态经济区土地利用变化特征及地形梯度效应张览岳，毛德华（湖南师范大学地理科学学院，长沙410016）摘要：以洞庭湖生态经济区为研究区域，依据湖南省土地利用数据以及DEM数据，通过构建土地利用动态变化度、地形位以及地形位分布指数，探究洞庭湖生态经济区的土地利用变化特征以及地形梯度效应。结果表明，洞庭湖生态经济区土地利用类型以耕地和林地为主，耕地、草地呈减少趋势，林地先减少后增加，水域先增加后减少，城乡建设用地快速扩张，未利用地面积不断扩大；耕地主要分布在低地形位，林地主要分布在中高和高地形位，水域、城乡建设用地和未利用地主要分布在低地形位，草地在各个地形位均有分布，但不具有分布优势；稳定变化型是主要土地利用变化图谱，持续变化型、反复变化型主要是低地形位的耕地、水域、未利用地之间的转化，前期变化型和后期变化型中，耕地、林地转变为城乡建设用地主要分布在中低地形位，退耕还林主要分布在中高地形位。基于上述分析，将洞庭湖生态经济区分为综合功能区、高品质乡村地区和生态保育区，并提出了相应的土地利用以及社会经济发展策略。关键词：土地利用；地形位指数；地形位分布指数；洞庭湖经济区中图分类号：F301.21文献标识码：A文章编号：0439-8114（2023）03-0080-08DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.015开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Change characteristics and terrain gradient effects of land use in Dongting Lake EcologicalEconomic ZoneZHANG Lan-yue，MAO De-hua（School of Geographical Sciences，Hunan Normal University，Changsha 410016，China）Abstract：Taking Dongting Lake Ecological Economic Zone as the research area，based on the land use data and DEM data of HunanProvince，the dynamic change degree，terrain niche and terrain niche distribution index of land use were constructed，and the landuse change characteristics and terrain gradient effects were analyzed.The results showed that cultivated land and woodland were themain types of land use，cultivated land and grassland showed a decreasing trend，woodland decreased first and then increased，watersarea increased first and then decreased，urban and rural construction land expanded rapidly，and the area of unused land expandedcontinuously.The dominant position of cultivated land lied in the low terrain niche，woodland centrally located in the middle-high andhigh terrain niche，water，urban and rural construction land and unused land were mainly distributed in the low terrain niche，andgrassland was distributed in all terrain niche，but had no distribution advantage.Stable change type was the main land use change mapping.Continuous change type and repeated change type were mainly the conversion among cultivated land，waters and unused land inthe low terrain niche.In the early change type and late change type，the conversion of cultivated land and woodland into urban and rural construction land was mainly located in the middle and low terrain niche，and the conversion of cultivated land to woodland wasmainly located in the middle and high terrain niche.Based on the above analysis，the Dongting Lake Ecological Economic Zone was divided into comprehensive functional areas，high quality rural areas and ecological conservation areas，and the corresponding strategiesof land use and social and economic development were put forward.Key Words：land use；terrain niche；distribution index of terrain niche；Dongting Lake Ecological Economic Zone收稿日期：2022-09-29基金项目：湖南省自然资源科研项目（2021-37）；国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目（U19A2051）作者简介：张览岳（1994-），男，天津人，在读硕士研究生，研究方向为土地利用，（电话）18622725987（电子信箱）；通信作者，毛德华（1964-），男，湖南益阳人，教授，博士，主要从事土地利用规划与管理、流域水资源与水环境研究，（电子信箱）。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.，2023张览岳，毛德华.洞庭湖生态经济区土地利用变化特征及地形梯度效应 J.湖北农业科学，2023，62（3）：80-87第 3 期湖区处于多种土地利用竞争的热点区域，湖区的土地利用变化对区域粮食安全与生态安全影响重大。尤其是地形平坦、水源丰富的湖区更是主要的农业主产区，同时具有十分重要的生态价值，提供了多种生态系统服务。洞庭湖生态经济区是全国大湖流域生态文明建设区、保障粮食安全的现代农业生产基地以及“两型”引领的“四化”同步发展先行区。当前，国内外学者对洞庭湖生态经济区的研究主要集中在洪灾防治1，2、水位演变3、生态环境效应4、区域经济可持续发展5等方面。土地利用/覆被变化（LUCC）是全球环境变化研究的核心话题之一6，是由社会、生态以及地理因素相互作用的复杂过程7。地形因素不仅会影响到地表物质的迁移与能量转换，还会影响到各种土地利用类型的分布与土地利用类型的转变。因此，土地利用/土地覆被变化与地形变化受到广泛研究。当前，学者们探讨了流域8、山地丘陵地区9以及区县市10的土地利用/覆被变化与地形之间的关系，对推进研究区域土地可持续利用以及环境保护具有重要意义。洞庭湖生态经济区包括洞庭湖平原以及武陵山区、雪峰山区以及罗霄山区的部分地区，呈北面低，西面、东面、南面高的特征，主要土地利用类型为耕地、林地以及水域。洞庭湖生态经济区规划 中明确了区域定位，加快了洞庭湖生态经济区城镇化进程，也推动了洞庭湖生态经济区土地利用变化。基于此，本研究以洞庭湖生态经济区为研究区域，根据湖南省土地利用数据以及涵盖高程、坡度等地形信息的 DEM 数据，研究 20002020 年的土地利用变化特征以及地形梯度效应，并探究主要影响因素，从而丰富洞庭湖生态经济区的研究，为洞庭湖生态经济区土地合理利用、推动区域经济可持续发展提供参考。1研究区域概况洞庭湖生态经济区在湖南省域范围内主要包括岳阳市、常德市、益阳市以及长沙市望城区，区域内有25个县（市、区），面积4.64万km2。本研究区域为岳阳、常德、益阳 3市，其研究区域地理位置见图 1。洞庭湖生态经济区属亚热带季风湿润气候，四季分明，夏热冬寒、春雨秋旱；区域以平原地貌为主。洞庭湖生态经济区是中国重要的粮食、棉花、油料、淡水鱼等重要农产品生产基地，实现经济发展与生态保护的良性互动是洞庭湖生态经济区可持续发展的前提。2研究方法与数据来源2.1研究方法2.1.1土地利用变化图谱土地利用变化图谱是通过对土地利用变化过程进行多尺度的图形运算来研究土地利用/土地覆被变化及其环境因素之间规律性的空间关系11。根据本研究时间段，将土地利用变化图谱划分为稳定变化型、持续变化型、反复变化型、前期变化型和后期变化型。其中，稳定变化型指在研究时间段内土地利用类型维持稳定状态，未与其他用地类型发生转变；持续变化型指在 2000年、2010年、2020年土地利用类型均不一致；反复变化型指20002020年土地利用类型发生变化，但2020年土地利用类型又变为与2000年相同的类型；前期1 4 200 0001 2 500 000图1研究区域区位张览岳等：洞庭湖生态经济区土地利用变化特征及地形梯度效应81湖北农业科学2023 年变化型指在20002010年土地利用类型发生变化，20102020年土地利用类型维持稳定；后期变化型指 20002010 年土地利用类型维持不变，20102020年土地利用类型发生变化。2.1.2土地利用变化动态度综合土地利用变化动态度反映的是一定时间段内区域内所有土地利用类型的变化速度指标，其计算公式如式（1）所示。S=ijn()Si-j/Si1t 100%（1）式中，S为综合土地利用变化动态度；Si-j为研究时间段内第i种土地利用类型转换为第j种土地利用类型的面积；Si为研究时间段内第i种土地利用类型的总面积；t为研究时间段。单一土地利用变化动态度是反映一定时段内某种土地利用类型的变化速度指标，其计算公式如式（2）所示。K=Ui-UjUj1T 100%（2）式中，K为某种土地利用类型的变化动态度；Ui、Uj分别为某种土地利用类型初期面积、末期面积；T为研究时间段。2.1.3地形位指数地形位可反映坡度和高程的综合影响程度12，其表达式如式（3）所示。T=ln()E/E0+1()F/F0+1（3）式中，T为地形位；E、F分别为某个栅格点的高程和坡度；E0、F0分别为整个区域内平均高程以及平均坡度。采用等数量重分类（Quantile reclassify）法13对地形位进行分级，将地形位分为低、中低、中高、高地形位 4个地形位区，并使用几何间隔法将各个地形位分为12个等级。2.1.4地形位分布指数地形位分布指数是反映土地利用类型或者图谱类型在不同地形位分布情况的指标14，其表达式如式（4）所示。DI=Aij/AiAj/TA（4）式中，DI为地形位分布指数；Aij为第i种土地利用类型或者土地利用变化图谱在第j地形位的分布面积；Ai为第i