基于时序过程的沿黄粮食主产区土地利用分异研究_杨崇科.pdf

2 0 2 3 年 8 月农 业 机 械 学 报第 54 卷 第 8 期doi:106041/j issn 1000-1298 2023 08 016基于时序过程的沿黄粮食主产区土地利用分异研究杨崇科1，2马泉来1，2周浩3万小强1，2曹艳杰1，2(1 河南省资源环境调查一院，郑州 450007;2 河南省自然资源科技创新中心(资源环境承载能力评价与监测预警研究)，郑州 450007;3 湖南师范大学地理科学学院，长沙 410081)摘要:探查粮食主产区土地利用变化规律，能够发现土地利用行为异常、实现粮食生产优化配置，但相关研究在时空过程解析上重格局轻过程、重模拟轻度量，定量分析仍显不足。本文基于多期土地利用序列数据等，从时序过程视角构建累积动态度模型，并采用时空栅格建模、空间点模式分析等方法，定量揭示 1980 年以来河南省沿黄粮食主产区土地利用变化过程特征，深化土地利用变化内在规律挖掘和多维表达研究。结果表明:19802020 年，河南省沿黄的原阳县、封丘县等 6 县以耕地利用为主且面积占比均超过 79%，城镇建设用地剧烈扩张而农村居民点面积增长平缓，城乡二元化发展显著，水域、林地受国家政策调控影响较大，面积波动变化。变化时序过程受距离线性要素(黄河和主干道路)远近的影响较大，但影响类型和范围存在差异。距离较近范围的累积变化类型、均处于聚集状态，且随着缓冲区扩大，类型的聚集程度先增后减，类型、则持续减弱。变化时序过程的空间尺度性效应显著。累积变化强烈的地区受空间尺度影响较小，空间尺度 1 km 下各类型均处于离散状态，但随着空间尺度增加，聚集性逐渐提高，并至 9 km 处达到极值。土地利用累积动态度能较好揭示长时间序列土地利用变化的过程性规律，为加强对当地土地利用变化认知、促进土地资源优化配置提供理论支撑。关键词:土地利用变化;遥感;累积动态度;时序过程;粮食生产中图分类号:F323.211文献标识码:A文章编号:1000-1298(2023)08-0171-09OSID:收稿日期:2022 12 20修回日期:2023 02 27基金项目:河南省重点研发与推广专项(222102320299)、湖南省自然科学基金项目(2021JJ40352)和湖南省教育厅创新平台科研项目(20K080)作者简介:杨崇科(1988)，男，高级工程师，主要从事资源环境效应及优化配置研究，E-mail:15290851067163 com通信作者:周浩(1990)，男，讲师，博士，主要从事耕地及国土资源综合利用研究，E-mail:zhouhao7404163 comLand Use Differentiation in Typical Main Grain Producing Areas alongYellow iver Based on Time Series ProcessesYANG Chongke1，2MA Quanlai1，2ZHOU Hao3WAN Xiaoqiang1，2CAO Yanjie1，2(1 The First Institute of esources and Environment Investigation of Henan Province，Zhengzhou 450007，China2 Science and Technology Innovation Centre of Nature esources of Henan Provinces(Evaluation Monitoring andEarly Warning of esource Environmental Bearing Capacity)，Zhengzhou 450007，China3 School of Geographic Sciences，Hunan Normal University，Changsha 410081，China)Abstract:By exploring the laws of land use changes in the main grain producing areas，the abnormalland use behaviors can be identified and the allocation of grain production can be optimized However，current research primarily focuses on patterns rather than processes，and simulations rather thanquantitative analyses，resulting in insufficient data Multi-period land use sequence data was used toquantitatively reveal the characteristics of land use change processes in the main grain producing areasalong the Yellow iver in Henan Province since 1980 Time-series processes，time-space grid modeling，cumulative dynamic degree models，spatial point pattern analyses，and other methods were employed todeepen understanding of the internal laws and multi-dimensional expressions of land use change Theresults showed that since 1980，there was significant temporal and spatial heterogeneity in land use alongthe Yellow iverThe area of cultivated land was decreased slowly，urban construction land wasexpanded，rural residential areas were grown slowly，the land for water areas was firstly decreased andthen increased，and the forest land was increased first and then decreased The land developmentactivities along the Yellow iver and around the county built-up areas were intensified and become morefrequent The time sequence process was greatly affected by the distance from roads and rivers，but theimpact types and scope were different The land dynamic change types，and，located close tothe linear elements，were in the aggregation distribution state With the expansion of the buffer zone，theaggregation degree of type was firstly increased and then decreased，while types and continuedto be weaken The temporal process was greatly affected by the spatial scale The stronger the changewas，the weaker the influence of the spatial scale was All types were in a discrete state at 1 km spatialscale，but the aggregation was increased gradually with the increase of spatial scale The time-seriesprocess research method based on cumulative dynamic degree could better reveal the information of long-time series land use change，thus deepening the understanding of land use changesKey words:land use changes;remote sensing;cumulative dynamic degree;sequential process;grainproduction0引言探查特定地区土地利用变化规律，能够发现土地利用行为异常、实现土地资源优化配置1。自 21世纪初以来，我国城镇化和工业化进程持续推进，土地利用变化表现为传统用地类型减少、景观同质化显著等特点2 3。其中，对于主要粮食产区而言，由于粮食生产与经济建设的客观矛盾，土地利用变化不仅表现更为突出的建设占用耕地、林草地退化等空间维度差异，而且在全域时序过程上也呈现高度复杂性4 6。因此，有必要围绕该类型区开展土地利用变化的内在规律挖掘和多维表达研究，以促进土地资源优化配置和保障粮食安全。作为全球变化研究的组成部分和重要动因，面向粮食生产需求的土地利用变化研究已引起了学者高度关注。当前，相关研究主要集中在经济发达区或生态脆弱区，多围绕土地利用变化的“形”(空间形态)、“量”(类型与数量)和“理”(演化机理)等，采用如结构比例、转移矩阵、土地利用动态度、热点分析、地统计学分析等模型来简化土地利用过程，分析其基本模式、数量结构和空间格局，为深化土地利用变化研究提供了基础。如宋戈等7 引入空间形态学中的标准差椭圆，来研究三江平原耕地利用变化的方向性特征;周浩等8 通过动态度指数来研究挠力河流域相邻年份间土地利用变化剧烈程度;宋小青等9 采用转移矩阵来描述耕地在不同时间节点上的数量转型特征;丁智强等10 运用信息图谱论揭示了云南哈尼梯田长时间序列的土地利用时空变化特征及其地形梯度效应。但上述研究多侧重于研究对象整体或内部结构单元的状态特征描述(如结构比例、动态度指数等指标仅描述了研究对象的整体变化速率，无法细致度量单位内部的异质性)，在时空过程解析上重格局轻过程、重模拟轻度量，定量分析仍显不足。同时有研究发现，通过定量表达多时空条件下土地利用的“空间格局”和“时序特征”，对土地利用变化过程进行量化，有利于进一步深化土地利用变化研究11 12。因此，从时序过程视角出发，对土地利用变化的时空过程进行度量，能够探查土地利用状态分析中难以发现的差异，从而揭示时空过程潜在规律，以深化土地利用变化研究。黄河中游沿岸作为我国传统农区和新时期高质量发展战略区，在推动国家生态文明建设及商品粮供应安全上具有重要作用13 15。长期以来，经济发展建设及持续性生态退耕政策等综合作用，导致该地区土地利用变化显著且时序过程趋于复杂。基于此，本文以位于黄河中游沿岸的河南 6 县(以下简称“沿黄 6 县”)为研究区，从时序过程视角构建累积动态度模型以拓展土地利用变化研究思路，并采用时空栅格建模、空间点模式分析等方法，定量揭示19802020 年该地区土地利用变化过程特征，挖掘潜在分布模式，以加强对当地土地利用配置的认