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Geo-spectrum characteristics of land use change in Jiangsu Province, China.

江苏省土地利用变化的图谱特征


基于地学信息图谱理论与方法,运用ArcGIS 10.0软件,以江苏省1990、2000和2010年3期遥感解译数据为空间数据源合成江苏省1990—2000和2000—2010年两个10年阶段的土地利用变化图谱以及耕地利用变化模式图谱,据此揭示江苏省土地利用变化时空特征及规律.结果表明: 1990—2000年,江苏省土地利用变化以耕地与城乡建设用地、耕地与水域以及耕地与林草地的图谱单元互换为主要特征,尤其是以“耕地→城乡建设用地”、“耕地→水域”最为显著,耕地数量减少、空间分布集中.2000—2010年,江苏省土地利用变化最显著的仍是“耕地→城乡建设用地”图谱单元;同时,“草地→水域”、“城乡建设用地→水域”图谱类型分布集中且扩大趋势明显;与1990—2000年相比,空间图谱变化总面积和空间分离度均有所增大.江苏省耕地利用变化模式以后期变化型为主,前期变化型次之,反复和持续变化型耕地所占比例较小.

This paper studied the spatial-temporal characteristics and rules of land use change in Jiangsu Province using theories and methods of geo-spectrum. Based on the land use data translated from remote sensing images of 1990, 2000 and 2010, we synthesized the geo-spectrum of the mode of arable land use change and that of land use change in two corresponding phases, 1990-2000 and 2000-2010, in Jiangsu using ArcGIS 10.0. The results showed that in the phase of 1990-2000, the major characteristics of land use change were swaps between the geospectrum unit of arable land and urbanrural construction land, arable land and water body, and arable land and grassland. Specifically, the patterns of “arable land → urbanrural construction land” and “arable land→ water body” were highly significant. We also found the reduction of arable land area and the concentration of its spatial distribution. In the phase of 2000-2010, the “arable land → urbanrural construction land” pattern was still the most salient characteristic. In addition, the patterns of “grassland → water body” and “urbanrural construction land → water body” became more spatially concentrated and tended to expand. Compared with the previous phase, the area of  the land use in the phase of 2000-2010 had been changed expanded and became more scattered. Overall, the geospectrum of arable land use change in Jiangsu was mainly shaped by the anaphase change type and partially by the prophase change type, with a tiny influence of the repeated and continuous change.


全 文 :江苏省土地利用变化的图谱特征
吕  晓1,2∗  史洋洋1  黄贤金2,3  孙晓芳1  苗志伟1
( 1曲阜师范大学地理与旅游学院, 山东日照 276826; 2国土资源部海岸带开发与保护重点实验室, 南京 210024; 3南京大学地
理与海洋科学学院, 南京 210023)
摘  要  基于地学信息图谱理论与方法,运用 ArcGIS 10.0软件,以江苏省 1990、2000 和 2010
年 3期遥感解译数据为空间数据源合成江苏省 1990—2000 和 2000—2010 年两个 10 年阶段
的土地利用变化图谱以及耕地利用变化模式图谱,据此揭示江苏省土地利用变化时空特征及
规律.结果表明: 1990—2000年,江苏省土地利用变化以耕地与城乡建设用地、耕地与水域以
及耕地与林草地的图谱单元互换为主要特征,尤其是以“耕地→城乡建设用地”、“耕地→水
域”最为显著,耕地数量减少、空间分布集中.2000—2010年,江苏省土地利用变化最显著的仍
是“耕地→城乡建设用地”图谱单元;同时,“草地→水域”、“城乡建设用地→水域”图谱类型
分布集中且扩大趋势明显;与 1990—2000年相比,空间图谱变化总面积和空间分离度均有所
增大.江苏省耕地利用变化模式以后期变化型为主,前期变化型次之,反复和持续变化型耕地
所占比例较小.
关键词  土地利用变化; 图谱特征; 空间分离度; 耕地占补; 江苏省
Geo⁃spectrum characteristics of land use change in Jiangsu Province, China. LYU Xiao1,2∗,
SHI Yang⁃yang1, HUANG Xian⁃jin2,3, SUN Xiao⁃fang1, MIAO Zhi⁃wei1 ( 1 School of Geography
and Tourism, Qufu Normal University, Rizhao 276826, Shandong, China; 2Key Laboratory of the
Coastal Zone Exploitation and Protection, Ministry of Land and Resource, Nanjing 210024, China;
3School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023, China) .
Abstract: This paper studied the spatial⁃temporal characteristics and rules of land use change in
Jiangsu Province using theories and methods of geo⁃spectrum. Based on the land use data translated
from remote sensing images of 1990, 2000 and 2010, we synthesized the geo⁃spectrum of the mode
of arable land use change and that of land use change in two corresponding phases, 1990-2000 and
2000-2010, in Jiangsu using ArcGIS 10.0. The results showed that in the phase of 1990-2000, the
major characteristics of land use change were swaps between the geo⁃spectrum unit of arable land
and urban⁃rural construction land, arable land and water body, and arable land and grassland. Spe⁃
cifically, the patterns of “arable land → urban⁃rural construction land” and “arable land→ water
body” were highly significant. We also found the reduction of arable land area and the concentration
of its spatial distribution. In the phase of 2000-2010, the “arable land → urban⁃rural construction
land” pattern was still the most salient characteristic. In addition, the patterns of “grassland → wa⁃
ter body” and “urban⁃rural construction land → water body” became more spatially concentrated
and tended to expand. Compared with the previous phase, the area of the land use in the phase of
2000-2010 had been changed expanded and became more scattered. Overall, the geo⁃spectrum of
arable land use change in Jiangsu was mainly shaped by the anaphase change type and partially by
the prophase change type, with a tiny influence of the repeated and continuous change.
Key words: land use change; characteristics of geo⁃spectrum; space separating degree; arable
land occupation and supplement; Jiangsu Province.
本文由国土资源部海岸带开发与保护重点实验室开放基金项目(2015CZEPK02)、国家自然科学基金项目(41301185)和国家级大学生创新创
业训练计划项目(201410446035)资助 This work was supported by the Open Foundation of Key Laboratory of the Coastal Zone Exploitation and Protec⁃
tion, Ministry of Land and Resource (2015CZEPK02), National Natural Science Foundation of China (41301185), and National University Students’
Innovation and Entrepreneurship Training Program (201410446035) .
2015⁃07⁃01 Received, 2016⁃01⁃15 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: lvxiao@ qfnu.edu.cn
应 用 生 态 学 报  2016年 4月  第 27卷  第 4期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2016, 27(4): 1077-1084                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201604.006
    土地利用 /覆盖变化 ( land use / cover change,
LUCC)是自然环境、时空关系和经济技术等结构和
行为对土地利用方式与目的改变的体现[1-2],涉及
地理学、生态学、经济学、管理学等多个学科,一直是
可持续发展、全球变化等研究领域的重要方法和手
段[3] .土地利用时空变化是 LUCC 研究的重要内容,
研究问题主要集中在何时、何地、如何、为何等方面,
其中,土地利用变化的时空过程作为基础研究已得
到广泛开展[4-6] .目前,对于土地利用格局的动态变
化研究主要是对不同时期的土地利用数据或遥感影
像进行空间叠加,通过转移矩阵获得土地利用在数
量上的变化[7],由此得到的土地利用变化缺乏形象
思维,非空间属性数据在空间位置方面的表达不足.
地学信息图谱能够以图谱单元来记录土地利用变化
的时空复合信息,具有定量地表示多时空条件下
“空间格局”与“时序特征”的复合特点[6-10] .有研究
表明,土地利用变化信息图谱对土地利用变化的空
间位置和空间行为具有很好的指示性[7-10],将土地
利用变化过程谱系化、动态化,有利于发挥图谱模型
数据挖掘、知识发现的特长,进一步深化土地利用变
化内在规律的挖掘与多维表达[11-12] .
作为我国经济发达地区的典型代表,江苏省城
镇化、工业化进程迅速,人地矛盾较为突出,是土地
利用变化研究的热点地区.为此,本文基于遥感解译
数据,通过建立土地利用变化图谱模型,对江苏省
1990—2000和 2000—2010年两个 10年阶段的土地
利用变化进行图谱分析,并对耕地利用变化模式进
行专题探讨,以识别江苏省主要土地利用类型的变
化轨迹和特征规律,为区域土地可持续利用及国土
空间格局优化提供科学依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
江苏省(30°45′—35°20′ N,116°18′—121°57′ E)
位于中国大陆东部沿海中心,地处长江三角洲,东濒
黄海,西连安徽,北接山东,东南与浙江和上海毗邻.
全省土地总面积 10.26×104 km2,占全国总面积的
1􀆰 1%,其中,平原和水面面积分别达 7. 06 × 104、
1.73×104 km2,合计占全省土地总面积的 85.7%.江
苏省下辖 13个地级市,可大致划分为苏北、苏中、苏
南三大经济区.1990—2010年,全省地区生产总值由
1416. 50 亿元增长至 41425. 48 亿元;总人口由
6766􀆰 90万增长至 7869.34 万;城镇化率由 21.6%增
长至 60􀆰 6%;农民人均纯收入由 883. 80 元增长至
9118.20元.
1􀆰 2  数据来源与预处理
本研究所需数据来源于地球系统科学数据共享
网项目———“江苏省 1 ∶ 10 万土地利用数据集”.该
数据集由长江三角洲数据共享平台 ( http: / / nnu.
geodata.cn)提供,选择数据集中的 1980 年代末(为
了方便表述,统一界定为 1990 年)、2000 和 2010 年
共 3个时期的土地利用数据.该数据的底图来自
1980年代以来的 Landsat数据、其他航片资料、辅助
历史资料等遥感数据源.数据处理方法:首先对遥感
数据进行融合增强处理,然后对其进行目视解译、精
度检验,再对各幅进行拼接处理.数据的属性值与其
真值基本相符合,具有逻辑一致性,且地理数据具备
一定数据完整性.本数据集隶属的地球系统科学数
据共享平台对每期数据集都进行统一的质量检查和
数据集成,土地利用一级类型综合评价精度达到
94􀆰 3%以上,满足 1 ∶ 10万比例尺制图精度[13-14] .为
了便于空间信息模型的分析和提升图谱可视化处理
的效率,本文将 3 期矢量数据转为栅格数据,Cell
size设定为 1 km,统一空间分辨率.
在土地利用分类上,针对江苏省土地利用方式
主要转变特征,参考土地利用现状分类国家标准,将
土地利用现状分为耕地、林地、草地、水域、城乡建设
用地和未利用地.为了便于图谱模型的建立和空间
数据的运算,对 3 期数据进行图谱单元重编码,把
1、2、3、4、5、6分别赋予耕地、林地、草地、水域、城乡
建设用地、未利用地.
1􀆰 3  图谱模型构建
1􀆰 3􀆰 1建立土地利用变化图谱  借鉴已有研究[12,15]
提出的图谱代码融合方法,对前后两期土地利用图
谱单元进行地图代数叠加运算并实现图谱融合.具
体合成操作为:N= 10F+L,式中:N 表征研究阶段内
土地利用演替变化新的图谱单元栅格图;F 表征前
一时刻的土地利用图谱单元栅格属性值;L 表征后
一时刻土地利用类型图谱单元栅格属性值.由此得
到江苏省 1990—2000年和 2000—2010 年两个时期
的土地利用变化图谱.
1􀆰 3􀆰 2建立土地利用变化模式图谱  参考相关研究
成果[6,16-17],根据江苏省土地利用图谱单元的变化
特征,将其概括为 4 种图谱变化模式:1)前期变化
型图谱,土地利用类型只在 1990—2000 年发生转
变;2)后期变化型图谱,土地利用类型只在 2000—
2010 年发生转变;3)反复变化型图谱,土地利用类
型在 1990—2000年发生转变后出现回归;4)持续变
8701 应  用  生  态  学  报                                      27卷
化型图谱,土地利用类型在 1990—2010年间持续发
生变化.在此基础上,融合后的土地利用变化栅格图
与图谱模式对应比较即可得到土地利用变化的时空
动态格局变化.具体合成操作为:N = 100A+10B+C,
式中:N表示研究阶段内土地利用演替变化新的图
谱单元栅格图;A表征 1990年江苏省土地利用图谱
单元栅格属性值;B表征 2000年的土地利用图谱单
元栅格属性值;C表征 2010年的土地利用图谱栅格
属性值.
1􀆰 4  图谱变化特征统计
以基本的单一土地利用类型图谱单元为基础,
在 ArcGIS 10.0 中 Spatial analyst 模块支持下,运用
栅格计算器进行地图代数运算,基于江苏省 3 个时
期的土地利用类型矢量数据,生成 1990—2000 和
2000—2010年两期土地利用变化图谱,其表征了两
个时期内单一类型土地利用变化图谱单元在“空间
格局”和“时序特征”上的转变过程.为了更加清楚
地表达土地利用类型图谱单元变化特征,引入土地
利用变化的空间分离度指标作为量化方式进一步体
现.变化比率和空间分离度的计算公式如下[6,18-20]:
Vij = P ij × 100% /∑

i = 1


j = 1
P ij   ( i ≠ j) (1)
R ij =


×
Dij /∑

i = 1


j = 1
P ij
P ij /∑

i = 1


j = 1
P ij
(2)
式中:Vij、R ij分别表示变化比率和空间分离度;Dij、
P ij分别表示初期( t)第 i 种土地利用类型转变为末
期( t+Δt)第 j 种土地利用类型的图谱单元数和面
积;n是土地利用类型的个数.Vij指转移后的单一土
地利用变化图谱单元占区域内所有已转移的土地利
用变化图谱单元总面积的比率.R ij反映土地利用图
谱单元在区域空间分布上离散程度,分离度值越大,
表示图谱单元在空间格局分布上的离散程度越大.
2  结果与分析
2􀆰 1  1990—2000年土地利用变化图谱特征
2􀆰 1􀆰 1图谱单元的空间变化差异   在 1990—2000
年土地利用变化图谱(图 1)中,共有 23 类土地利用
图谱单元发生变化,在空间格局上存在一定差异.其
中,图谱单元变化最为显著的是“耕地→城乡建设
用地(编码 15)”图谱单元类型,从空间分布上来看,
主要集中分布在苏南地区的南京市、常州市、苏州市
以及苏中的泰州市主城区,苏北则分布比较分散.其
次,图谱变化比较明显的是 “草地→耕地 (编码
31)”、“草地→水域(编码 34)”和“草地→城乡建设
用地(编码 35)”的集中分布,主要集中在盐城市下
辖的射阳县和大丰市东部沿海地区.而“城乡建设用
地→耕地(编码 51)”的图谱单元总量很大,仅次于
编码为 15的“耕地→城乡建设用地”图谱单元类型
的分布,但其图谱空间分布相对分散,仅在连云港市
下辖的赣榆县东南部存在集聚式分布,从空间格局
分布上来看,其在苏南地区图谱单元分布最少.
    基于土地利用变化图谱单元的空间分离度指标
(图 2)可以发现,耕地与城乡建设用地(编码 15、
51)和耕地与水域(编码 14、41)互换的分离度最低
且相近,说明该类变化图谱单元在区域比较集中.分
离度值比较大的图谱单元有4类:“草地→林地(编
图 1  1990—2000年江苏省土地利用变化图谱
Fig.1  Geo⁃spectrum of land use change during 1990-2000 in
Jiangsu Province.
1)耕地 Arable land; 2)林地 Forestland; 3)草地 Grassland; 4)水域
Water body; 5)城乡建设用地 Urban⁃rural construction land; 6)未利用
地 Unused land. 下同 The same below.
图 2  1990—2000年江苏省土地利用变化图谱单元的空间
分离度
Fig.2   Space separating degree of geo⁃spectrum units of land
use change during 1990-2000 in Jiangsu Province.
97014期                              吕  晓等: 江苏省土地利用变化的图谱特征           
码 32)”、“未利用地→水域(编码 64)”和“水域→未
利用地(编码 46)”、“未利用地→林地(编码 62)”.
其中,前两类分离度值相同(16.67),后两类分离度
值(25)最大,说明前两类变化图谱单元在区域上比
较分散.
2􀆰 1􀆰 2图谱单元的数量变化差异   1990—2000 年,
江苏省土地利用变化总面积达 5794 km2,其中,耕
地和城乡建设用地的相互转化(编码 15 和 51)占土
地利用变化总量的 73.0%,是本阶段江苏省最主要
的土地利用变化类型.在耕地与城乡建设用地的相
互转化过程中,耕地被占用的面积(3211 km2)远大
于来自城乡建设用地补充的面积(1021 km2),耕地
占用为主要转换类型.总体来看,耕地占用累计变化
比率 ( 67. 0%) 远大于耕地补充累计变化比率
(25􀆰 9%),说明耕地转换过程占用大于补充,耕地数
量净减少.另外,草地的占用规模也十分明显,草地
占用面积(324 km2)远大于草地补充(编码 43、13、
53和 23)的面积(44 km2).水域与城乡建设用地、林
草地和未利用地之间的转换较少,变化比率均小于
1%,空间分离度越来越大,其中水域与未利用地转
换(编码 46)和未利用地与林地转换(编码 62)的空
间分离度最大,分离度值为 25(表 1).
2􀆰 2  2000—2010年土地利用变化图谱特征
2􀆰 2􀆰 1图谱单元的空间变化差异   2000—2010 年,
土地利用变化图谱(图 3)共有 27 类土地利用图谱
发生变化,相比较前一阶段土地利用图谱空间格局
分布更趋于复杂化、局部集中化,出现了集群式空间
布局结构.图谱变化最为显著的仍是“耕地→城乡建
设用地(编码 15)”,其在上一阶段所集中分布的苏
南和苏中地区继续出现了大规模的扩张.而苏北则
由原来的分散布局转为局部集群式布局.同时,耕
地、草地和城乡建设用地被水域淹没的图谱变化比
较明显,其中,“耕地→水域(编码 14)”图谱单元变
化主要集中分布于南京市高淳县西部,在苏州市和
兴化市也出现广泛分布.另外,水域侵蚀草地和城乡
建设用地较为集中,“草地→水域(编码 34)”和“城
乡建设用地→水域(编码 54)”集中分布在盐城市下
辖的射阳县、大丰市和东台市东部沿海地区,南通市
表 1  1990—2000年土地利用变化类型图谱单元排序表
Table 1  Geo⁃spectrum unit order of land use change during 1990-2000
排序
Sequence
编码
Code
土地利用变化类型
Type of land use change
图谱变化单元数
Number of geo⁃
spectrum unit
变化比率
Change ratio
(%)
面积
Area
(km2)
空间分离度
Space separating
degree
1 15 耕地→城乡建设用地 3211 55.4 3211 0.01
2 51 城乡建设用地→耕地 1021 17.6 1021 0.03
3 14 耕地→水域 526 9.1 526 0.06
4 41 水域→耕地 237 4.1 237 0.12
5 12 耕地→林地 135 2.3 135 0.21
6 31 草地→耕地 124 2.1 124 0.23
7 34 草地→水域 118 2.0 118 0.25
8 21 林地→耕地 116 2.0 116 0.25
9 35 草地→城乡建设用地 80 1.4 80 0.36
10 25 林地→城乡建设用地 62 1.1 62 0.47
11 45 水域→城乡建设用地 41 0.7 41 0.70
12 54 城乡建设用地→水域 33 0.6 33 0.88
13 43 水域→草地 22 0.4 22 1.32
14 52 城乡建设用地→林地 18 0.3 18 1.61
15 24 林地→水域 12 0.2 12 2.38
16 42 水域→林地 10 0.2 10 2.94
17 13 耕地→草地 9 0.2 9 3.13
18 53 城乡建设用地→草地 9 0.2 9 3.13
19 23 林地→草地 4 0.1 4 7.14
20 32 草地→林地 2 0.0 2 16.67
21 64 未利用地→水域 2 0.0 2 16.67
22 46 水域→未利用地 1 0.0 1 25.00
23 62 未利用地→林地 1 0.0 1 25.00
合计 5794 100 5794 109.00
1)耕地 Arable land; 2)林地 Forestland; 3)草地 Grassland; 4)水域 Water body; 5)城乡建设用地 Urban⁃rural construction land; 6)未利用地 Un⁃
used land. 下同 The same below.
0801 应  用  生  态  学  报                                      27卷
下辖的如东县沿海区域和扬州的高邮市中部也有分
布.耕地占用林地和草地(编码 21 和 31)过程加剧,
图谱单元主要分布在丰县、沛县境内以及东台市东
部沿海地区.
    由图 4 可以看出,2000—2010 年,土地利用变
化图谱单元空间分离度与上一阶段相比明显偏大,
总体分离度(250)远大于上一阶段的 109(表 1、表
2),说明江苏省土地利用变化在空间格局上的分散
程度加大.其中,分离度值最大的有 3 类:“草地→林
地(编码 32)”、“水域→林地(编码 42)”和“水域→
未利用地(编码 46)”.草地转林地图谱单元分散程
度加大,草地和水域在该阶段仍不很活跃,空间上很
分散.
2􀆰 2􀆰 2图谱单元的数量变化差异   2000—2010 年,
江苏省土地利用变化总面积为 8662 km2,比上一阶
段增加了2868 km2,总变化率下降,表明土地利用
图 3  2000—2010年江苏省土地利用变化图谱
Fig.3  Geo⁃spectrum of land use change during 2000-2010 in
Jiangsu Province.
图 4  2000—2010年江苏省土地利用变化图谱单元的空间
分离度
Fig.4   Space separating degree of geo⁃spectrum units of land
use change during 2000-2010 in Jiangsu Province.
图谱单元分离度增大,在一定程度上验证了本阶段
土地利用变化类型在空间格局上的进一步分散(表
2).“耕地→城乡建设用地”占总土地利用变化的
63.8%,是主要的土地利用变化方式,比上一阶段增
长了 8􀆰 3%.在耕地被占用的过程中,出现了新的类
型———未利用地(面积 61 km2,变化比率 0.7%),而
耕地转换为林地 ( 65 km2,0. 8%)和草地 ( 7 km2,
0􀆰 1%)则在排序上较上一阶段下降;在耕地补充过
程中,林地(187 km2,2.2%)较上一阶段排序上升 1
个位次,城乡建设用地 ( 232 km2, 2. 7%)、水域
(125 km2,1.4%)和草地(118 km2,1.4%)均不同程
度地下降.耕地占补过程中,耕地占用累计比率
(76􀆰 0%)远大于耕地补充累计比率(7.6%),净减少
5923 km2 .总体来看,水域和未利用地占用耕地的趋
势进一步加剧,林地转换为耕地成为主要补充来源.
同时,水域侵蚀草地(编码 34)排序较上一阶段上升
到第 3位,城乡建设用地与水域的相互转换(编码
54和 45)整体也有所上升,转换面积和比率大致相
等,空间分离度相同.城乡建设用地主要的补充来源
草地、林地在总体上也呈上升趋势.未利用地变化比
率远小于 1%,在本阶段转出很不活跃.
2􀆰 3  耕地变化模式的图谱特征
对 1990—2000和 2000—2010年两个阶段江苏
省土地利用变化图谱分析结果表明,在两个阶段中
变化图谱单元总量最大、图谱转移最为显著的是耕
地的占用与补充过程.为了进一步研究耕地利用变
化模式,通过融合 1990、2000和 2010 年 3 期土地利
用现状数据,构建耕地利用变化模式图谱(图 5)来
探究耕地在每一变化模式的图谱变化特征(表 3)及
其原因.由图 5、表 3可知,全省耕地利用变化模式以
图 5  耕地利用变化模式图谱
Fig.5  Geo⁃spectrum of arable land use change model.
18014期                              吕  晓等: 江苏省土地利用变化的图谱特征           
表 2  2000—2010年土地利用变化类型图谱单元排序表
Table 2  Geo⁃spectrum unit order of land use change during 2000-2010
排序
Sequence
编码
Code
土地利用变化类型
Type of land use change
图谱变化单元数
Number of geo⁃
spectrum unit
变化比率
Change ratio
(%)
面积
Area
(km2)
空间分离度
Space separating
degree
1 15 耕地→城乡建设用地 5523 63.8 5523 0.01
2 14 耕地→水域 929 10.7 929 0.05
3 34 草地→水域 369 4.3 369 0.12
4 54 城乡建设用地→水域 275 3.2 275 0.16
5 45 水域→城乡建设用地 273 3.2 273 0.16
6 51 城乡建设用地→耕地 232 2.7 232 0.19
7 21 林地→耕地 187 2.2 187 0.23
8 41 水域→耕地 125 1.4 125 0.35
9 35 草地→城乡建设用地 122 1.4 122 0.35
10 31 草地→耕地 118 1.4 118 0.37
11 25.00 林地→城乡建设用地 105 1.2 105 0.41
12 43 水域→草地 77 0.9 77 0.56
13 12 耕地→林地 65 0.8 65 0.67
14 16 耕地→未利用地 61 0.7 61 0.71
15 36 草地→未利用地 61 0.7 61 0.71
16 26 林地→未利用地 37 0.4 37 1.16
17 56 城乡建设用地→未利用地 36 0.4 36 1.19
18 53 城乡建设用地→草地 31 0.4 31 1.39
19 52 城乡建设用地→林地 14 0.2 14 3.13
20 13 耕地→草地 7 0.1 7 6.25
21 24 林地→水域 6 0.1 6 7.14
22 62 未利用地→林地 2 0.0 2 25.00
23 64 未利用地→水域 2 0.0 2 25.00
24 65 未利用地→城乡建设用地 2 0.0 2 25.00
25 32 草地→林地 1 0.0 1 50.00
26 42 水域→林地 1 0.0 1 50.00
27 46 水域→未利用地 1 0.0 1 50.00
合计 8662 100 8662 250.00
表 3  耕地利用变化模式图谱特征
Table 3  Geo⁃spectrum characteristics of arable land use change model
变化模式
Change model
编码
Code
转移类型
Type of transfer
图谱单元数
Number of geo⁃
spectrum unit
面积
Area
(km2)
本阶段转移比率
Transferring ratio
in this stage
(%)
前期变化 122 耕地→林地→林地 114 114 3.1
Prophase change 133 耕地→草地→草地 9 9 0.3
144 耕地→水域→水域 472 472 12.9
155 耕地→城乡建设用地→城乡建设用地 3071 3071 83.8
后期变化 112 耕地→耕地→林地 64 64 1.0
Anaphase change 113 耕地→耕地→草地 5 5 0.1
114 耕地→耕地→水域 897 897 140.4
115 耕地→耕地→城乡建设用地 5383 5383 84.2
116 耕地→耕地→未利用地 42 42 0.7
反复变化 121 耕地→林地→耕地 13 13 8.8
Repeated change 141 耕地→水域→耕地 22 22 15.0
151 耕地→城乡建设用地→耕地 112 112 76.2
持续变化 124 耕地→林地→水域 1 1 1.5
Continuous change 125 耕地→林地→城乡建设用地 6 6 8.8
126 耕地→林地→未利用地 1 1 1.5
145 耕地→水域→城乡建设用地 32 32 47.1
152 耕地→城乡建设用地→林地 3 3 4.4
154 耕地→城乡建设用地→水域 20 20 29.4
156 耕地→城乡建设用地→未利用地 5 5 7.4
2801 应  用  生  态  学  报                                      27卷
后期变化型为主,前期变化型次之,反复和持续变化
耕地所占比例较小,耕地利用变化模式出现了明显
的时间序列特征.
2􀆰 3􀆰 1前期变化型   前期变化型模式指耕地只在
1990—2000年间出现转移的类型.由图 5可见,江苏
省耕地的前期变化图谱类型分布范围比较广,苏北
地区比较分散,苏中和苏南分布较为集中,主要分布
在南京市主城区、泰州市和镇江市的毗连区域、常州
市和苏州市主城区范围内,空间格局上表现为“南
密北疏”的特征.在耕地的前期变化模式中,“耕地→
城乡建设用地→城乡建设用地(编码 155)”面积达
3071 km2,为这一阶段主要转移类型,占本阶段转移
总面积的 83.8%(表 3).
2􀆰 3􀆰 2后期变化型   后期变化型模式指耕地只在
2000—2010年间出现的转移类型.耕地的后期变化
在空间格局上表现出“大集聚与小集聚”同时存在
的现象,“南密北疏”的特征依然明显.变化图谱主要
分布在南京市外围城郊、高淳县西部和以苏州市、无
锡市、常州市为中心的轴线区域,其中,苏州市分布
最为集中.另外,在徐州市、宿迁市、淮安市和盐城市
也出现了较为集中的图谱分布.耕地的后期变化模
式总图谱面积 ( 6391 km2 ) 是其前期变化模式
(3666 km2)的近 2 倍,尤其是“耕地→耕地→城乡
建设用地(编码 115)”面积 5383 km2,是本阶段面积
变化最大的图谱变化类型.
2􀆰 3􀆰 3反复变化型和持续变化型  反复变化型是指
耕地只在 2000年发生转移,1990 和 2010 年保持原
耕地类型不变.持续变化型指耕地在 1990—2010 年
间持续发生转移.这两类图谱单元数在空间分布上
很少且非常不集中,反复变化型图谱总面积仅
147 km2,持续变化型图谱总面积更少(68 km2).在
反复变化型图谱中,面积变化最大的是“耕地→城
乡建设用地→耕地(编码 151)”图谱类型,持续变化
型图谱中,面积变化最大的是“耕地→水域→城乡
建设用地(编码 145)”图谱类型.结合耕地的前期变
化型和后期变化型的图谱模式,可见城乡建设用地
在耕地的占用和补充过程中起着重要作用,反映出
城乡建设过程中对耕地的大量占用以及近年来土地
整治对耕地补充的重要作用.
3  讨    论
运用 GIS和 RS 技术,基于地学信息图谱理论
与方法,分析江苏省 1990—2010年土地利用变化时
空特征.结果表明,1990—2000 年,江苏省土地利用
变化以耕地与城乡建设用地、耕地与水域以及耕地
与林草地之间的图谱单元互换为主要特征;在空间
上以“耕地→城乡建设用地”、“草地→耕地”、“草地
→水域”和“草地→城乡建设用地”的集中分布最为
显著;耕地数量减少,空间分离度小,草地、未利用地
和水域转出不很活跃,空间上较分散. 2000—2010
年,江苏省土地利用变化最为显著的仍是“耕地→
城乡建设用地”图谱单元类型,空间上表现出“局部
集中分布”的新特征;“草地→水域”和“城乡建设用
地→水域”图谱类型分布集中,扩大趋势明显;草地
转林地图谱单元分散程度加大,草地和水域在该阶
段转出仍不活跃;与上一阶段相比,图谱变化总面积
扩大、空间分离度亦增大.
江苏省耕地利用变化模式以后期变化型为主,
前期变化型次之,反复和持续变化型所占比例较小.
在前期变化模式中,“耕地→城乡建设用地→城乡
建设用地”为这一阶段主要转移类型,空间上表现
为“南密北疏”的特征;在后期变化模式中,“耕地→
耕地→城乡建设用地”图谱单元类型面积最大,空
间上表现出“大集聚与小集聚”同时存在的现象;在
反复和持续变化型模式中,耕地与城乡建设用地反
复转换和耕地转出最终成为城乡建设用地是主要耕
地转变类型,存在局部不稳定性.总体来看,全省耕
地与城乡建设用地之间的转移最为密切.
自 1990年代中期“LUCC”研究计划提出以来,
中外学者进行了大量卓有成效的研究,LUCC 研究
方法从定性到定量,从“空间格局”、“时间过程”到
“时空动态”不断发展[21-22] .地学信息图谱以 RS、
GIS以及计算机制图等技术为支撑,能够把“表现空
间单元特征的图”与“表示事件发展之起点与过程
的谱”合二为一[8],是研究土地利用时空变化的理
想手段.目前,围绕土地利用变化的研究十分丰富,
但常用的仍是通过转移矩阵获得土地利用数量变
化、通过不同时期的图件叠置分析得出空间分布,时
空分析相对割裂.地学信息图谱分析能够有效地运
用时间⁃空间信息分析手段,实现对土地利用变化
“空间格局”与“时间过程”特征的集成,使土地利用
变化研究更加准确、直观和形象.与已有相关研
究[23]相比,本文得出的土地利用变化时空特征可更
加清晰地揭示江苏省土地利用“格局”与“过程”之
间的交替转化规律以及直观的区域差异,为进一步
厘清不同类型和区域的变化原因、开展土地规划奠
定了科学基础.本文仅依托地学图谱理论与方法对
土地利用变化时空过程特征进行了分析,下一步有
38014期                              吕  晓等: 江苏省土地利用变化的图谱特征           
待开展土地利用变化的驱动力分析以及变化趋势的
模拟预测.
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作者简介  吕  晓,男,1984年生,博士,副教授.主要从事土
地利用与乡村发展、土地利用与规划研究. E⁃mail: lvxiao@
qfnu.edu.cn
责任编辑  杨  弘
吕晓, 史洋洋, 黄贤金, 等. 江苏省土地利用变化的图谱特征. 应用生态学报, 2016, 27(4): 1077-1084
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Applied Ecology, 2016, 27(4): 1077-1084 (in Chinese)
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