基于ArcGIS對鶴慶縣松桂鎮農用土地變化的研究分析

李汝彬

(鶴慶縣松桂鎮林業草原工作站，云南 鶴慶 671503)

1 區域概況

1)松桂鎮位于云南省大理白族自治州鶴慶縣中部，屬山區、半山區，處于100°03′～100°20′E，26°16′～26°28′N。松桂鎮交通便利，是鶴慶縣重要的交通樞紐，是縣城壩區通往其他5個山區鄉鎮的必經之地，距縣城27 km，東接六合鄉，南連西邑鎮，西鄰洱源縣牛街鄉，北與金墩鄉毗鄰。

2)松桂鎮地勢呈西高東低的高程分布，海拔落差較大，最高點海拔3 932 m，最低點海拔1 640 m，氣候垂直差異明顯，氣候及植被、作物多樣性明顯。地形為半山區、山區。西部、西北部坡度較大，中部和東部、南部坡度較緩，南北部差異較大。松桂鎮屬高原季風氣候，冬干夏濕。年平均降雨量1 050 mm，年平均氣溫14.3 ℃。松桂鎮北部海拔高，水利條件好，水資源豐富；松桂鎮東部及南部海拔低，水資源匱乏，較為干旱。松桂鎮境內主要河流有漾工江，其為金沙江水系支流。

3)松桂鎮下轄15個村委會，122個自然村，188個村民小組。2021年末全鎮有人口8 848戶33 031人，少數民族人口26 519人，占全鎮人口的80%，主要居住漢、彝、白、傈僳和苗等19個民族[1]。2021年松桂鎮完成全年地區生產總值56 890萬元，實現財政總收入4 637.07萬元，農民人均純收入1.25萬元。

2 數據處理

2.1 坐標轉換

由于各坐標系使用的參考基準點不一樣，其橢球參考也不同，所以各坐標系下測繪的數據不能直接相互參考使用，要通過參數轉換才能實現不同坐標系之間的轉換，才能使不同時間節點下的數據統一坐標系，從而更好地進行變化分析。

坐標系之間的轉換參數一般要使用七參數，X軸平移、Y軸平移、Z軸平移、X軸旋轉、Y軸旋轉、Z軸旋轉、比例差(縮放尺度)。七參數的計算需要在研究區內設置3個以上的公共點，進而在不同的坐標系下測量這些公共點的坐標和高程(X，Y，H)。通過七參數計算軟件，對這些公共點進行分析計算，即可獲得不同坐標系下轉換的七參數。本研究中統一將坐標系設為CGCS2000坐標系，所有七參數均為轉換到CGCS2000坐標系的參數，在ArcGIS中進行坐標轉換(圖1)。

圖1 ArcGIS坐標轉換過程

2.2 矢量數據分析

矢量數據和矢量數據的疊加分析，能讓矢量數據獲得新的屬性，同時也能得到新的矢量數據，最常用的方法是面層與面層的疊加，本研究中使用的也是該種疊加分析，矢量數據疊加分析見圖2(由于日常的矢量數據圖層是由多個矢量組成的，不利于疊加分析過程的剖析解釋，所以在圖2中假設輸入的矢量圖層中僅有一個多邊形矢量)。

圖2 矢量數據疊加分析過程

3 土地利用布局變化分析

3.1 利用布局現狀及幅度變化分析

本研究通過對鶴慶縣松桂鎮2006年、2011年、2016年、2021年4期的土地利用現狀數據進行對比分析，通過數據匯總得出4期土地面積和比例匯總(表1)。

表1 松桂鎮土地利用匯總

由表1可以看出，鶴慶縣松桂鎮農用土地面積最大，表明該地區是以農業為主的鄉鎮。其中林地面積占比最高，其次是耕地、未利用地、建設用地，園地和水域面積較小。

通過對土地利用變化幅度的分析，能更加直觀地看出土地變化的趨勢。對表1中的數據進行對比計算分析，得出變化量和幅度(表2)。

表2 松桂鎮土地利用面積變化量及幅度

由表2可以看出，研究區內各地類均發生了不同幅度的變化。在2006—2021年整個研究時間段內，僅有林地和建設用地面積增加，其余地類面積均有所減少，其中水域面積減少幅度最大，其次是園地、耕地、未利用地。2006—2011年時間段內，僅有林地面積增加，其余地類均為負增長，其中建設用地減幅最大，其次是園地、未利用地、水域、耕地。2011—2016年時間段內，建設用地增加幅度最大，其次是未利用地和林地；水域減少幅度最大，其次是園地和耕地。2016—2021年時間段內建設用地面積增加幅度最大，其次是未利用地、耕地、水域，園地和林地面積減少。

3.2 土地利用類型變化分析

3.2.1 土地利用類型相互轉換分析

土地利用轉移矩陣是研究土地利用類型相互轉換常用的方法，使用ArcGIS軟件的疊加分析工具通過對2006年與2011年、2011年與2016年、2016年與2021年的疊加分析，得出3個時間段內土地利用類型的變化情況，從而得出3個時間段內的土地利用轉移矩陣，其公式如下

(1)

式中：Sij為研究時間段內i地類變為j地類面積；

n為地類的數量。

通過該矩陣還可以得出i地類的未轉換的面積、減少的面積以及j地類增加的面積，并對3個時間段內土地利用轉移矩陣計算(表3—表5)。

表3 2006—2011年松桂鎮土地利用類型轉換

表4 2011—2016年松桂鎮土地利用類型轉換

表5 2016—2021年松桂鎮土地利用類型轉換

1)2006—2011年期間林地轉出887.175 4 hm2，轉入1 819.432 hm2，凈增932.256 6 hm2；此時段林地的大幅增加主要原因是得益于2000—2008年期間退耕還林及未利用地造林等項目的實施。2011—2016年期間林地轉出912.004 2 hm2，轉入1 350.347 6hm2，凈增438.343 4 hm2；此時段林地的增長繼續受退耕還林及未利用地造林的影響，同時蠶桑產業的發展也促使農戶在耕地內種植桑樹將耕地變為灌木林地。2016—2021年期間林地轉出791.370 74 hm2，轉入509.389 1 hm2，凈增-281.981 6 hm2；此時段林地的減少主要因為政策的原因，項目占用林地的審批指標增加，導致林地負增長。

2)2006—2011年期間耕地轉出1 550.918 1 hm2，轉入1 104.620 1 hm2，凈增-446.298 hm2；此時段轉為耕地的部分主要原因是農民退耕還林退出退化的耕地，之后又毀林開墾耕地來滿足生計。加之一些農戶選擇了新的宅基地搬遷之后將老宅基進行復墾。2011—2016年期間耕地轉出1 387.144 hm2，轉入855.367 8 hm2，凈增-531.776 2 hm2；2016—2021年期間耕地轉出395.663 6 hm2，轉入441.663 7 hm2，凈增46.000 1 hm2；這兩個時段轉入耕地的部分主要是持續的毀林開墾、未利用地開墾、老宅基的復墾、退化水域的開墾以及土地整治項目的實施。結合1)可以看出當地居民非常善于利用耕地和林地，在保持生態的前提下能完成林地和耕地的轉換。

3)2006—2011年期間園地轉出37.197 2 hm2，轉入3.352 7 hm2，凈增-33.844 5 hm2；2011—2016年期間園地轉出50.158 5 hm2，轉入7.034 9 hm2，凈增-43.123 6 hm2；2016—2021年期間園地轉出8.286 4 hm2，轉入3.159 8 hm2，凈增-5.126 2 hm2；該區域的園地主要分布在耕地或者房屋周圍，耕地的治理或者房屋的擴建重建均會占用園地，該地區氣候環境不適宜發展果業，將園地轉為耕地或者建設用地對于農民而言獲益更多。轉入園地的地類主要為一些搬遷后的宅基地或者使用剩余的建設用地邊角。

4)2006—2011年期間建設用地轉出506.030 2 hm2，轉入218.484 3 hm2，凈增-287.545 9 hm2；此時段建設用地的負增長主要原因是異地搬遷的項目大量實施，搬遷后的建設用地大部分復墾成為耕地，部分隨著自然更新或者人工更新成為林地，少部分補被廢棄成為未利用地；轉入建設用地的部分主要是耕地和林地內國家建設項目審批、建房和設施農用地審批等。2011—2016年期間建設用地轉出200.949 2 hm2，轉入299.384 hm2，凈增98.434 8 hm2；此時間段由于道路交通的不斷完善，以前在田邊建設的看護房、倉庫等簡易建筑物逐漸被取締復墾成為耕地，同時經濟發展繼續推動建設項目、農村建房、圈舍等發展，使建設用地面積增加。2016—2021年期間建設用地轉出91.315 2 hm2，轉入286.412 8 hm2，凈增195.097 6 hm2；此時段許多重點項目在松桂鎮境內實施，同時該時段處于脫貧攻堅的最后階段，大量的建設項目的實施使建設用地大量增加。

5)2006—2011年期間水域轉出32.138 2 hm2，轉入24.614 8 hm2，凈增-7.523 4 hm2；2011—2016年期間水域轉出58.881 8 hm2，轉入4.305 2 hm2，凈增-54.576 6 hm2；2016—2021年期間水域轉出4.566 1 hm2，轉入4.867 3 hm2，凈增0.301 2 hm2；水域面積的持續衰減主要原因是持續的干旱造成地表徑流縮減、小庫塘枯竭，特別是2008年和2015年的干旱尤為嚴重，退化后的水域被開墾為耕地。2016年以后環境逐漸好轉，水域面積也保持相對穩定，一部分新建的小型水庫也是水域面積小幅增長。

6)2006—2011年期間未利用地轉出573.210 5 hm2，轉入416.165 7 hm2，凈增-157.044 8 hm2；2011—2016年期間未利用地轉出532.721 1 hm2，轉入625.419 3 hm2，凈增92.698 2 hm2；2016—2021年期間未利用地轉出245.112 3 hm2，轉入290.821 2 hm2，凈增45.708 9 hm2；未利用地轉入主要原因是森林火災燒毀森林后未恢復、審批使用后林地未恢復和退化耕地地被棄耕；而未利用地的轉出主要原因是人工造林、開墾耕地和建設項目等。

3.2.2 土地利用動態度分析

土地利用動態度有單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度，本研究主要對松桂鎮的3個研究時間段內6種地類的變化情況進行研究分析，所以使用單一土地利用動態度即可。

計算公式如下

(2)

式中：K為研究時間段內某地類的土地利用動態度；

Ui為研究期起始時某地類的數量；

Uj為研究期期末時某地類的數量；

T為研究期時長。

對比松桂鎮2006—2021年3個研究時間段6種地類單一土地利用動態度(表6)。

表6 松桂鎮2006—2021年單一土地利用動態度

由表6的數據可以得出，各地類在2006—2011年、2011—2016年2個時間土地利用動態度變化較大，2016—2021年期間土地利用動態度變化相對較小。

3.3 土地利用程度分析

土地利用程度綜合指數是反映土地利用程度高低的重要指標。根據莊大方、劉紀遠在《中國土地利用程度的區域分異模型研究》一文中提出的分級賦值量化模型，將土地利用狀態分為4個土地利用級，并賦值1—4，作為4種土地利用程度的分級指數(表7)。

表7 松桂鎮土地利用分級賦值

根據分級指數可以計算出土地利用程度綜合指數，從而通過量化數據得出土地利用程度的高低，土地利用程度綜合指數計算公式為

(3)

式中：La為土地利用程度綜合指數；

Ai為第i級土地利用程度分級指數；

Ci為第i級土地利用程度分級面積百分比[2](表8)。

表8 松桂鎮2006—2021年土地利用程度綜合指數

由表8可以得出，松桂鎮2006—2021年土地利用程度綜合指數在100～400，且均在200以上，屬于中偏上的水平，說明松桂鎮土地利用開發穩定合理。

4 農用土地利用布局變化驅動因子分析

4.1 自然因子

4.1.1 地形地貌

地形地貌是決定土地利用類型分布的重要因素。鶴慶縣松桂鎮地勢總體西高東低，四周被群山環繞。最低點海拔約為1 640 m，最高點海拔約3 932 m，海拔落差為2 292 m。松桂鎮的地形地貌原因導致了境內地貌類型多樣，加之四周均為中山，導致中部農用土地以平地為主，四周以坡地為主。松桂鎮農用土地變化中林地的增加和耕地、園地的減少主要發生在四周地勢相對陡峭的地方，而耕地的增加主要集中在相對平緩的地方。

4.1.2 氣候降水

氣候和降水的變量能引起土地利用類型隨之變化。鶴慶縣松桂鎮屬于高原季風氣候，夏季高溫潮濕，冬季寒冷干燥。根據查閱鶴慶縣氣象局提供的資料，松桂鎮冬季氣溫在5～8 ℃，極端低溫達-11 ℃；夏季平均在21～24 ℃，極端高溫達35 ℃。全年無霜期235 d，年平均日照2 100 h。降水分布不均，大部分山區干旱少雨，降雨時間主要集中在每年6—10月，通常為持續陰雨天氣，導致了雨季地質災害頻發。通過查閱資料找到2006—2021年的年均降水量為900～1 000 mm，部分年度發生大規模的干旱。

受氣候和水資源的限制，松桂鎮每年小春播種面積在1 200～2 000 hm2，大春播種面積在5 400～5 900 hm2，每年耕地有部分閑置。根據實地調查發現受自然條件限制有大部分耕地一年才可播種一次，有部分耕地需要根據氣候情況多年才能耕作一次。

4.1.3 水文水利

水資源的豐富程度能影響農業用地的分布、面積等。松桂鎮呈北部、西部水資源豐富，南部相對干旱，東部較為干旱的局面。由于水資源分布的不均衡，松桂鎮的水資源較為集中的西部、南部、中部地區耕地面積較為穩定，有小幅上漲的趨勢，而干旱的西北部、東部耕地、園地面積減少較為明顯。同時由于近年來氣候的變化及農業用水的需求增加，水庫、小壩塘蓄水從未飽和，河流出現季節性斷流、河道變窄等情況，導致水域面積減少。

自然因子是決定土地利用類型的關鍵因素，地形地貌、氣候和水資源等條件疊加造就了土地利用的環境。松桂鎮的高海拔地區地勢陡峭、氣溫寒冷干燥、干旱，這些區域不太適合的農業生產，隨著氣候的條件的惡化，農業用地面積也隨之縮減，耕地和園地被丟荒，慢慢地被自然更新為林地。

4.2 社會因子

4.2.1 人口和農民收入

人口的增加對糧食、水、建筑物的需求也會增加，進而農用土地、建設用地、水域的需求也會增加，反之則會減少。對于從事農業生產的農民而言，增加收入除提高生產技術獲得更高的產量，還有就是獲得更多的農用土地資源，如果兩者都沒有條件實現，從事農業生產的農民就會選擇從事其他產業，造成農用土地閑置，長此以往會改變閑置土地的地類。通過查閱鶴慶年鑒與松桂鎮農業統計報表，2006—2021年期間松桂鎮人口總量從32 785人減至31 731人，人均收入從1 313.4元增至12 506元。根據2010年和2020年人口普查數據顯示，松桂常住人口分別為28 900人和26 105人。2015—2021年期間雖然勞動力人口從17 719人增長至19 694人，但是外出務工人員也從6 303元增長至9 229人，總人口的減少與外出務工人員的增多，致使留在松桂鎮務農的人口減少，進而農用土地的面積需求也會減少。2018年起松桂鎮大規模修繕了村間道路，農戶也大規模重新修建住房，導致建設用地面積增加，而這些用地大多是農戶占用自家的林地、耕地、園地來建設，致使該時期農用土地面積小幅降低。

4.2.2 項目建設

經濟的發展需要項目建設，而項目建設則需要占用大量的土地，特別是農用土地。松桂鎮地處鶴慶縣中部，是重要的交通、經濟、文化樞紐。2006年以來大量的項目建設都涉及松桂鎮，征占用了許多農用土地，特別是2011年以后大量的農用土地被征占成為項目建設用地，導致農用土地減少。

4.2.3 政策及規劃

政策及規劃的方向指引著一個地區發展趨勢，土地利用類型也因相關政策和規劃的制定而受影響。退耕還林項目的實施使坡度較大或者退化的耕地轉為林地。土地開發和土地整治項目將耕地提質改造，優化了耕地的同時合理開發耕地周圍的未利用地，增加耕地面積。農戶在異地搬遷后，其宅基地和耕地權屬雖然未發生改變，但宅基地廢棄、耕地棄耕，自然演化成為未利用地或者林地，進而使林地和未利用地面積小幅上漲。

5 存在的問題與對策建議

5.1 存在的問題

5.1.1 耕地保護力度不足

根據松桂鎮2006—2021年間土地利用轉移情況可以看出，松桂鎮耕地面積持續減少，且大部分轉移的面積均變為建設用地。結合對應年度的人口來看，在人口減少的同時，耕地面積減少，建設用地面積增加，去除國家項目建設用地因素，其余減少的耕地，主要是當地居民用來建設住房或者圈舍?？傮w來看，當地在耕地保護上力度還不夠，對土地保護相關的法律法規和制度的落實還不到位。

5.1.2 水域用地建設滯后

松桂鎮水資源匱乏，水域面積持續減少。干旱地區水利設施建設滯后，農事生產用水得不到解決，對應地區的耕地就會被棄耕，之后自然更新為林地或者荒廢變成未利用地，耕地面積隨之減少。部分區域耕地只能播種一季，很多耕地至今還沒有修繕水渠，農業生產用水無法滿足，耕地處于閑置狀態，百姓為了生活選擇外出務工，影響了地區農業生產和社會經濟發展。

5.1.3 林地利用單一

目前松桂鎮林地利用主要是項目征用、維護生態和收集林副產品等。鶴慶縣屬于限制采伐縣，每年的采伐指標均優先用于重點項目建設，農戶幾乎沒有采伐林木進行交易的可能，所以松桂鎮的林木無論處于何種林種內主要是發揮其生態效益。林地帶來的經濟效益主要是基于林內一些林副產品的收集、采摘、林內畜牧和林地林木的項目建設征占用等。林地的利用還是處于傳統林業生產的模式，利用單一，林地經濟效益不高。

5.1.4 人地協調意識不足

在松桂鎮因為耕地土壤退化，部分地區毀林開墾開發新的耕地，有些地區選擇到林區內取土改良耕地內退化的土壤。隨著家庭收入的增加，農戶在宅基地旁有其余土地的條件下侵占周圍土地擴建住宅或圈舍。土地的利用是一個環環相扣的循環，每一種地類的改變都會影響其他地類。生產者和土地一樣作為自然組成中的一員，更是要協調好人地關系，才能獲得人地可持續的發展。

5.2 對策建議

5.2.1 加強土地治理，積極落實保護制度

相關部門要合理規劃利用土地資源，積極落實土地保護制度，加強土地管理，及時制止各種違建行為，同時要積極宣傳各種土地保護的相關法律制度，增強居民保護土地的意識。對于畜牧用地的規劃設計要充分考慮優先使用未利用地、廢棄的建筑用地等地類，減少“以畜占耕”的現象。對于非法占用土地的，要加大查處力度，恢復對應土地的生產條件。針對土壤退化的治理，相關部門要加大土壤保護的宣傳力度，積極開展土壤保護的相關技術培訓。鼓勵農戶減少化肥農藥的使用，倡導農戶自行堆積農家肥。

5.2.2 強化基礎建設，補齊用地短板

基礎設施建設的完善，能提升土地的區位優勢。偏遠土地的道路修繕、干旱土地的水渠貫通，使土地的區位條件提升，促進土地的可持續循環使用。在水源地旁選擇合適的土地，修建水庫或水塘，能解決一部分土地的生產用水，同時提高了對應土地的生產能力。

基層土地利用的審批、開發等需要到縣級或以上部門才能得到解決，加強基層服務機構的建設，能方便解決相關土地的問題，減少生產者在規劃利用環節的時間，使其有更多時間參與生產。

5.2.3 合理利用土地，探索多元化開發

從理想的角度來看，肥沃平坦的土地應該用來種植，而偏遠貧瘠的土地應該用作建設用地。土地利用的多元化，要考慮多種地類的協調。耕地的開發可以積極探索拓寬耕地的耕種范圍以及耕種形式，探索適合當地氣候條件種植的新作物，激活閑置的耕地轉換為經濟林或者優先審批為設施農用地、發展田園綜合體優化鄉村旅游產業；林地內可以發展林下種植、林內養殖和旅游等。

5.2.4 科學布局，引導集約化生產

結合當下鄉村振興的實施，可以根據地區自身的情況，科學合理地對土地進行規劃布局，將土地使用模塊化。用地要集中連片，避免各種地類相互穿插使用，導致土地資源閑置浪費。特別是農業種植和畜牧養殖，集中用地會讓基礎設施建設規劃更容易，百姓的參與度也會更高，對于產業發展也是有利的。