基于转移矩阵的上海市土地利用变化分析

羊秀娟 赵文琳 唐庆

摘 要：土地利用的变化对水土流失有着重要的影响，近15年来经济发展迅速，土地利用结构变化明显，同时造成了一些环境问题如水土流失，虽然较轻微但也会在局地影响经济发展。因此，研究上海市的土地利用变化状况对水土保持工作有着十分重要的意义。经研究发现，上海市近15年来土地利用变化情况如下：2000—2015年，研究区总体上耕地、水域、未利用土地和草地面积呈减少趋势，而城乡工矿居民用地、林地面积呈增加趋势，水域面积变化不明显。土地利用类型变化主要为耕地、草地与未利用土地变化为城乡工矿居民用地与林地。

关键词：上海市；转移矩阵；土地利用；水土保持

中图分类号 F304.3 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）15-0078-03

Abstract：The change of land use has an important influence on soil erosion. In recent 15 years，the economic development of Shanghai is rapid and the structure of land use changes obviously. At the same time， some environmental problems，such as soil and water loss， will be slightly affected by the local economic development. Therefore， the study of land use change in Shanghai is of great significance for soil and water conservation. It is found that the changes of land use in Shanghai in the last 15 years are as follows： from 2000 to 2015，the area of cultivated land，water，unused land and grassland is decreasing， while the area of urban and rural industrial and mining land and forest land is increasing，and the change of water area is not obvious.The change of land use types is mainly the change of farmland，grassland and unused land into urban and rural industrial and mining residential land and woodland.

Key words：Shanghai City；Transition matrix；land use；Water and soil conservation

土地利用是指人們根据土地资源特性、功能和一定的经济目的，对土地进行使用、保护和改造的过程[1]。土地利用结构一直处于不断的变化中，好的土地利用结构会对水土保持产生积极的影响，目前各地正大力推进土地的可持续利用[2]。若土地利用不合理，会造成水土流失，通常发生在顺坡耕地上，其中又以中坡和陡坡耕地为主[3]。水土流失则是指自然或人为因素对水土资源不合理的开发利用，致使土壤表层物质遭受破坏，土壤被侵蚀剥夺、搬运，且侵蚀速度大于土壤形成或恢复速度，导致岩层裸露，再次被侵蚀[4，5]，对水土流失人类采取各种措施进行水土保持，主要有预防和治理措施，其中从土地利用方面进行水土保持较常见[6]。

土地利用动态分析常见方法有转移矩阵法、数理统计法、构造参数法等，转移矩阵是根据同一地区不同时相的土地覆盖现状的转化关系求得的1个二维矩阵[7]，通过对得到的转移矩阵进行分析，能够得到2个时相，不同的地类之间相互转化的情况，它描述了不同的土地利用的类型在不同年份发生变化的土地类别以及发生变化的位置和变化的面积[8]。它不仅能反映上述固定区域、时间的各个地类面积数据，还能反映初期各个地类的面积转出以及末期不同地类转入面积，可以分析出土地利用结构的变化[8，9]。土地利用状况是影响上海市水土流失变化的重要因素[10]，采用转移矩阵对上海市土地利用状况的变化进行研究，对水土流失治理有着重要的意义。

1 研究区概况

上海市位于北纬31°14'，东经121°29'，地处长江三角洲前缘，东濒东海，南临杭州湾，西接江苏、浙江两省，北界长江入海口，长江与东海在此连接。气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长，属北亚热带季风性气候，四季分明，雨量充沛，年降水量1208.8mm。地貌主要是在全新世海侵旋回和构造沉降的同时，又经历了江、海、河、湖的沉积作用，除西南部有少数丘陵山脉外，全为坦荡低平的平原，相对高差不大，地势总体趋势由东向西略微倾斜。到目前为止，上海主要的土地利用方式是城乡、工矿、居民用地，耕地，水域等，未利用土地很少，土地后备资源严重不足。

2 数据来源与方法

本研究选取上海市土地利用数据，包括2000、2005、2015年3个时段的土地利用现状图。利用ArcGIS10.1工具进行分析，首先使用数据分析工具（Data Management Tools）中的融合工具（Dissolve）分别对3个时段的上海市土地利用数据进行数据融合，再用数据分析工具（Analysis Tools）中的Intersect工具进行两两叠置分析，包括2000年与2005年叠置分析，2005年与2015年叠置分析，再计算面积。对叠置后的图层用Calculate Geometry进行面积计算和导出属性表，对导出的属性表进行转移矩阵计算，用Excel中的数据透视表进行计算，最后整理得出上海市近15年来土地转移情况表。

3 结果与分析

3.1 土地利用转移矩阵定义 土地利用转移矩阵可以反映一定地区在某一时段初期和末期各地类面积之间相互转化的动态过程信息[11]。土地利用转移矩阵通用形式如表1所示。

式中：Pij表示T1至T2期间土地类型i转换为土地类型j的面积占土地总面积的百分比； Pii表示T1～T2期间i种土地利用类型保持不变的面积百分比。Pi+表示T1时点地类i的总面积百分比。P+j表示T2时点j种土地利用类型的总面积百分比。Pi+-Pii为T1～T2期间地类i面积减少的百分比； P+j-Pjj为T1～T2期间地类j面积增加的百分比。转移前后土地利用类型数可以有所不同，这是矩阵的行数和列数不同，是1个一般矩阵。为了研究方便，转移前后通常采用相同的分类体系和分类精度，这样矩阵的行数列数相同，它就是1个N阶方阵。土地利用转移矩阵含有丰富的研究时段期初和期末各地类之间相互转化的信息，并具有丰富的统计学意义。

3.2 上海市土地利用变化情况

3.2.1 2005—2010年上海市土地利用转移矩阵 從表2可以看出，上海市2005—2010年的土地利用总体变化情况，这5年间草地转入面积为125.87hm2，而转出为522.45hm2，可见草地面积减少。有13025.7hm2其他土地转变为城乡工矿居民用地，而转出才2063.3hm2，所以城乡工矿居民用地面积增加较多。耕地面积转入为7117.1hm2，转出为66191.0hm2，耕地面积明显减少，变化幅度较大。林地14662.8hm2，转出804.91hm2，林地以转入为主，面积增多。水域面积转入为3050.41hm2，转出为7871.68hm2，面积减少。总体是城乡工矿居民用地、林地面积增多，而其他类型用地面积减少。这是因为随着上海市经济不断的发展，城市化不断加快，城乡工矿居民建设对土地需求增多，土地利用变化较明显。

3.2.2 2010—2015年上海市土地利用转移矩阵 从表3可以看出，上海市2010—2015年的土地利用总体变化情况，其中有12016.73hm2的其他土地类型转变为城乡工矿居民用地，其中耕地转入面积为11450.59hm2，林地转入281.16hm2，水域转入为181.96hm2，草地转入为102.69hm2。草地转出133.8hm2，转入9.36hm2。耕地转出12215.7hm2，转入为1946.7hm2，面积减少。林地转出394.5hm2，转入712.1hm2，面积增加，水域面积转入674.2hm2，转出672.9hm2，面积增多，但变化不大。这5年间草地、耕地面积减少较多，城乡工矿居民用地、林地与水域面积增加，上海市经济继续不断的发展，城市化水平进一步提高，城乡建设对土地的需要进一步增多，使得城乡工矿居民用地面积增多；林地增多是因为随着生活质量的提高，人们对环境有更高的要求以及对环境的保护，城市与周围县区林地面积增多。随着经济发展，土地利用变化与上一阶段基本相似。

3.3 不同土地利用类型水土流失特点 不同土地利用类型水土流失情况各不相同[12]，由数据可知，上海市土地利用主要分为林地、耕地、水域和城市用地。各用地水土流失情况分别为：林地有稳固水土防止水土流失的作用；耕作用地则是地表裸露时雨季会造成水土流失，大小视降雨量而定；城市建设用地则是在建设施工阶段，水土流失较多；水域则与水土流失关系较小。从上述分析中可以看出，上海市近年来耕地减少，林地增多会使水土流失缓解，城乡工矿居民用地面积增多，使得地表硬化，水土流失情况也会减少。

4 结论与讨论

上海市水土流失情况较轻微，主要受人为活动与植被、降水、风力作用的影响，其中土地利用深刻的影响着水土流失的情况。短期水土流失情况的改变基本是人为，其中土地利用情况很大程度上受人类活动的影响。从上述分析中可以看出，上海市近年来耕地减少，林地增多会使水土流失缓解；城乡工矿居民用地面积增多，使得地表硬化，水土流失情况也会减少；对环境保护意识增强等采取的保护措施，也使得上海水土流失减少。今后，随着上海市城市继续发展，城市化水平将进一步提高，生活水平提高，人们对环境问题积极采取措施，上海的水土流失情况会在现在基础上更好。

参考文献

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（责编：张宏民）