1. 引言
近年来，随着经济的迅猛发展和城市化进程的迅速推进，工业规模持续扩大，对环境产生了深远的影响。面对这一现实，国内外对于“土地利用与土地覆被变化(LUCC)”的研究呈现出日益增长的态势。我国地域辽阔，各地区间的自然条件和社会经济状况差异显著，因此，针对不同时期、不同地区的土地利用和土地覆被变化进行深入研究显得尤为重要。为了更加精准地预测区域土地利用的变化趋势，需要深入探讨土地利用变化的内在规律和机制[1]。这样的研究不仅能深化对土地利用变化本质的认识，还能为土地资源可持续利用提供有力支持。
随着现代化和城市化进程的加快，红塔区的土地利用调整逐渐变得愈发频繁且复杂。通过对红塔区自2000年至2020年的土地利用数据进行详尽的对比与深入分析，可以得到该区域土地利用的动态变化趋势。通过此次研究，能更加清晰地认识到红塔区土地利用的变化特征，有助于了解土地资源的现状和未来发展趋势，为未来的土地规划与管理提供了重要的理论依据。
近年来，国内外学者对土地利用的动态变化进行了广泛而深入的研究。在数据获取方面，得益于遥感和地理信息系统等技术的不断进步，得以获取更加精准的土地利用数据，为相关研究提供了坚实的数据支持。而在研究方法上，定量分析、空间分析以及动态模拟等先进方法的运用，进一步提升了土地利用动态变化研究的科学性和准确性。在理论构建方面，相关学科的交叉融合为其提供了更加全面的理论基础[2]。
但是，土地利用动态变化研究在当前的学术领域中仍然面临着诸多挑战。例如，土地利用变化是一个复杂的系统，受到自然因素和人为因素的共同影响，对其驱动力的识别和分析仍然存在一定的难度[3]。此外，土地利用动态变化研究需要长期、持续的观测和研究，而数据的获取和处理需要耗费大量的人力和物力资源。因此，如何提高数据获取和处理效率，以及如何运用先进的技术和方法进行数据分析[4]，是当前土地利用动态变化研究需要解决的问题。未来，为了更有效地保护和合理利用土地资源，需进一步强化相关研究。
2. 研究区域及方法
2.1. 研究区概况
红塔区位于云南省的中部，隶属于玉溪市，地理坐标介于北纬24˚08'30"至24˚32'18"、东经102˚17'32"至102˚41'37"之间，与江川区、通海县、峨山县和晋宁区相邻，区域面积为1004 km2 (如图1)。截至2020年，红塔区常住人口为58.87万人。
Figure 1. Overview of the study area
图1. 研究区概况
2.1.1. 自然环境概况
红塔区地形特征显著，北部较宽而南部较窄，四周被群山环绕。东部有龙马山作为天然屏障，南部有凤凰山拱卫，西部有高鲁山巍然耸立，北部大黑山横贯而过。其海拔高度从最低的1502 m到最高的2614 m不等，地形变化多样。红塔区属于中亚热带半湿润冷冬高原季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温在17.4~23.8℃之间，年均降水量在670~2412 mm之间。这种气候使得红塔区生态环境多样，动植物资源丰富。红塔区的森林覆盖率为62.6%，玉溪大河横贯坝区，为野生动植物提供了良好的栖息地。
2.1.2. 社会经济状况
红塔区下辖9个街道、2个彝族乡，9个街道分别是玉兴街道、玉带街道、凤凰街道、北城街道、大营街街道、研和街道、李棋街道、春和街道、高仓街道，2个彝族乡是洛河乡和小石桥彝族乡。
红塔区经济总量持续增长，2020年红塔区地方生产总值890.16亿元，其三产业产值比为2.2:59.1:38.7，各领域均有所增长，财政总收入37.15亿元。城镇居民和农村居民的人均可支配收入分别为43672元和19988元，与上年相比，分别增长了1518元和1255元；社会固定资产投资总额为107亿元，比上年增长9.4%。全区固定资产投资下降8.1%。
2.2. 数据来源
本研究区域的自然环境、社会经济等相关数据来源于玉溪市红塔区统计年鉴、总体规划等辅助性文献资料；红塔区2000年和2020年土地利用数据来源于中国科学院地理科学与资源研究所的中国多时期土地利用土地覆被遥感监测数据集；在土地分类上参照了中国多时期土地利用/土地覆盖遥感监测数据分类系统，采用了三级分类系统中的一级分类，一级分类将土地划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地六大类。
2.3. 研究方法
本文采用了文献资料法，针对红塔区的土地利用状况，进行了深入的研究。然后在这一研究的基础上，进一步运用了土地利用动态度分析、土地利用转移矩阵分析以及GIS技术，对收集到的红塔区土地利用数据进行了系统的整理和分析。具体研究方法如下：
(1) 单一土地利用动态度模型
土地利用动态度模型考虑研究时段内各土地利用类型之间的转移，主要反映土地利用变化的剧烈程度与变化速率的区域差异，分为单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。单一土地利用动态度反映的是一定时间范围内，研究区内某种土地利用类型面积变化的速率，侧重于分析各土地利用类型的变化情况[5]。其公式为：
(1)
在式(1)中，K代表某一土地利用类型在研究时段内的动态度。具体而言，Ua和Ub分别代表该土地利用类型在研究初期和末期的数量，而T则代表整个研究时长。当将T的时段设定为年时，K所表示的便是该土地利用类型的年变化率[6]。
(2) 土地利用转移矩阵
土地利用转移矩阵是一种数学模型，旨在定量分析系统状态与状态转移的方法。通过这一模型，能够精准地描述区域内土地利用变化的结构特点以及各用地类型变化的方向，从而更深入地理解土地利用的动态变化过程[6]。转移矩阵的数学形式为：
(2)
式中，S为土地面积，n为土地类型数量，Sij为i类土地类型转化为j类土地利用类型的转移面积。
3. 玉溪市红塔区土地利用情况及动态变化分析
红塔区2000年、2020年及2000~2020年变化的地类面积如表1所示。
3.1. 土地利用情况分析
Table 1. Classification statistics of land use status in Hongta District in 2000 and 2020
表1. 红塔区2000年和2020年土地利用现状面积分类统计
| 土地利用类型 |
2000年 |
2020年 |
2000~2020年土地变化情况(km2) |
| 面积(km2) |
占比(%) |
面积(km2) |
占比(%) |
| 耕地 |
214.42 |
22.32 |
182.34 |
18.98 |
−32.07 |
| 林地 |
599.44 |
62.39 |
603.50 |
62.81 |
4.06 |
| 草地 |
84.66 |
8.81 |
74.77 |
7.78 |
−9.89 |
| 水域 |
7.62 |
0.79 |
6.49 |
0.68 |
−1.13 |
| 建设用地 |
54.70 |
5.69 |
93.74 |
9.76 |
39.04 |
3.1.1. 2000 年土地利用情况分析
根据《土地利用现状分类标准(GB21010-2017)》，红塔区的主要土地利用类型可明确划分为几大类别，包括耕地、林地、草地、水域以及建设用地。2000年，红塔区的土地利用结构以耕地和林地为主，二者合计占据了全区总土地面积的84.71%，其中林地尤为突出，占据了总土地面积的62.39%；与此相比，草地和建设用地则占据了较小的比例，合计为14.5%；而水域面积则相对较小，占比为0.79%。由图2可以看出，耕地与林地交错分布，林地大部分在红塔区的西南部。建设用地大部分在该区的中东部，耕地在中东部和东南部有一定的分布，而水域则分布在东北部，主要由东部的东风水库和城区北部的红旗水库组成。
Figure 2. Land use status of Hongta District in 2000
图2. 红塔区2000年土地利用现状
根据表1所呈现的数据，可以清晰地看出2000年红塔区各类土地利用面积的大小关系，具体可排序为林地、耕地、草地、建设用地、水域。
3.1.2. 2020年土地利用情况分析
由图3可以看出，2020年红塔区的土地利用类型依然以林地与耕地为主。其中，林地是区域内最为显著的土地利用类型，占比高达62.81%，广泛分布于整个区域；耕地占比为18.98%，与林地交错分布；建设用地占9.76%，主要集中于中东部地区，且相较于2000年，其面积有所增加。草地占比7.78%，而水域仅占0.68%，没有明显的变化。通过对比2000年的数据，可以观察到部分耕地逐渐转化为林地和建设用地，导致耕地面积有所减少。
Figure 3. Land use status of Hongta District in 2020
图3. 红塔区2020年土地利用现状
根据表1数据，2020年红塔区各类土地利用面积的大小关系可排序为：林地、耕地、建设用地、草地、水域。
3.2. 土地利用动态变化分析
3.2.1. 2000~2020年土地利用变化情况分析
从表2可以看出，2000年至2020年间，红塔区耕地、草地及水域面积均呈下降趋势，而林地与建设用地面积均呈增加趋势。通过对红塔区2000、2020年用地变化的分析，表明20多年来，该区新增林地的主要转变来源为耕地、草地；红塔区中央大营街街道新增了林地；建设用地由草地和耕地转变，同时也有少量的林地转换；新增建设用地主要位于玉兴街道、玉带街道、凤凰街道，还有少部分在高仓街道和研和街道。
Table 2. Changes in land area and proportion in Hongta District from 2000 to 2020
表2. 红塔区2000~2020年地类面积及占比变化
| 地类 |
耕地 |
林地 |
草地 |
水域 |
建设用地 |
| 面积变化(km2) |
−32.07 |
+4.06 |
−9.89 |
−1.13 |
+39.04 |
| 占比变化(%) |
−3.34 |
+0.42 |
−1.03 |
−0.12 |
+4.06 |
3.2.2. 红塔区土地利用类型动态度分析
从表3可以看出，红塔区在2000年至2020年间，不同地类的动态度呈现出明显的差异。具体来看，建设用地的动态度为3.57%，位居首位，表明其变化速度最快。而林地的动态度仅为0.03%，变化速度相对最慢。此外，耕地、草地和水域的动态度分别为−0.75%、−0.58%和−0.74%，均呈现出下降趋势。综上所述，红塔区建设用地的扩张速度显著，而林地则保持相对稳定，其他地类则有所减少。
Table 3. Dynamic changes in land use types in Hongta District from 2000 to 2020
表3. 红塔区2000~2020年土地利用类型动态变化
| 土地类型 |
2000年~2020年土地利用动态度 |
| 耕地 |
−0.75% |
| 林地 |
0.03% |
| 草地 |
−0.58% |
| 水域 |
−0.74% |
| 建设用地 |
3.57% |
3.2.3. 红塔区土地利用空间转型分析
(1) 红塔区土地利用转移矩阵分析
研究获得的转移矩阵结果(表4)表明，红塔区2000到2020年间，土地利用类型发生了显著的变化，主要表现在以下几个方面：① 通过表4可以得到，在过去的20年里，建设用地的转化量有所减少。② 耕地转化量明显增加，主要向建设用地、林地转化为主。③ 林地和水域均略有减少，如下表。
Table 4. Land use transfer matrix of Hongta District from 2000 to 2010 (unit: km2)
表4. 红塔区2000~2010年土地利用转移矩阵(单位km2)
|
2020年 |
|
|
草地 |
耕地 |
建设用地 |
林地 |
水域 |
总计 |
| 2000年 |
草地 |
61.96 |
2.43 |
6.57 |
13.63 |
0.02 |
84.60 |
| 耕地 |
3.27 |
162.98 |
35.09 |
12.94 |
0.08 |
214.37 |
续表
|
建设用地 |
0.21 |
5.73 |
47.93 |
0.78 |
0.05 |
54.70 |
| 林地 |
8.26 |
10.97 |
3.97 |
575.15 |
0.42 |
598.77 |
| 水域 |
1.03 |
0.18 |
0.17 |
0.32 |
5.93 |
7.62 |
|
总计 |
74.72 |
182.29 |
93.74 |
602.81 |
6.49 |
960.05 |
最后，由表2、表4分析得知，红塔区的耕地和草地在不断减少，而建设用地却在增加，这是因为红塔区正在推进山地的开发，并逐渐提升其山地用地比例，以此作为推动山地城镇建设的策略。根据《玉溪市红塔区土地利用总体规划(2010~2020年)》中提出的指标，到2020年，全市的山地比例达到40%以上。红塔区积极响应市政府的号召，推出了新型城镇化的发展战略。该战略强调以人为本，着眼于提升城市整体结构和品质，以及不断提高城镇化率和城镇人口规模，从而推动红塔区乃至整个玉溪市的高质量发展。
(2) 红塔区土地利用空间转移分析
2000~2020年期间，随着工业化进程的加快、城市化水平的不断提升以及社会经济结构的持续优化，红塔区的土地利用方式发生了变化，同时，在空间分布上也表现出明显的变化趋势。本研究以红塔区为研究对象，以ArcGIS10.8为主要工具，利用两期土地利用分类图进行了空间转移分析，并在此基础上，构建研究区2000~2020年土地利用空间转移图(见图4)。
Figure 4. Spatial transfer map of land use in Hongta District from 2000 to 2020
图4. 红塔区2000年~2020年土地利用空间转移图
在2000年至2020年间，红塔区的土地利用转换主要集中在区域的中东部和南部，少量分散于东北部和西部。红塔区的土地利用表现出明显的向东北部迁移和少数向南部迁移的趋势。这一变化的原因在于其地理特征，特别是中部平原地区作为繁华中心，因此建设用地的增加主要是从中部地区向外逐渐扩展，这是因为红塔区城镇工矿用地布局以中心城区为龙头，提升城市品位，充分体现红塔区在玉溪市“三湖”(抚仙湖、星云湖、杞麓湖)生态城市群中的主导作用，着力打造中央商务区、加速中心城区“东拓、南迁、西提、北连”战略性发展。
4. 玉溪市红塔区土地利用存在的问题与建议
红塔区土地利用存在如下问题：
(1) 人地关系紧张，耕地面积呈下降趋势。作为玉溪市政府的所在地，红塔区的社会和经济得到了迅速的发展，人口也在不断地增长，同时，非农业建设用地也在迅速增长，占用了大量的耕地。而区内可供开垦的耕地后备资源非常有限，在区内难以实现耕地占补平衡，耕地面积在逐年减少。
(2) 城镇化和工业化的深入发展，给农业生产，尤其是耕地的保护带来了严峻的挑战。当前，红塔区正在加快城市化和产业化的步伐，这导致了城镇用地的持续扩张。红塔区的耕地，特别是优质耕地主要集中分布在坝区，随着城市化和工业化进程的加快，对土地的需求也越来越多，这导致耕地保护与经济发展之间产生了尖锐的矛盾。在保障地区粮食安全与推动城镇化、工业化发展的双重压力下，耕地保护的形势愈发严峻，成为红塔区所面临的一大挑战。
未来，应当着重强化土地资源的节约与集约利用，促使土地资源从单一的横向扩展转变为横向与纵向相结合的综合性发展。具体而言，可以通过提升建设用地的小区容积率、优化耕地与林地的空间垂直利用等方式，实现土地资源的更高效利用；建设山地城镇，严格保护耕地，加强规划的引导和调控作用，促进土地利用的合理配置；严格把控建设用地面积审批，提前制定土地资源利用规划方案，拆除违建物，将建设用地退还原有地类；保护好基本农田，合理划定基本农田保护区的范围。在提供就业机会的同时，带动一、三产业的融合，促进区域经济发展和提高人口容量。
5. 结论与不足
5.1. 主要结论
近20年来，随着现代化和城市化进程的持续发展，红塔区的土地利用调整变得愈加频繁和复杂。本文利用GIS技术，对红塔区2000年至2020年的土地利用数据进行了深入分析，发现红塔区的土地利用类型在此期间发生了明显的变化。最后针对红塔区土地利用中现存的问题提出了一些针对性的建议和对策，主要结论如下：
红塔区近20年来，土地利用虽然以林地和耕地为主体，但其空间结构已出现不同程度的改变，主要体现在：建设用地面积在扩大，而耕地、草地、水域等地在减少；各用地的变化趋势为：建设用地 > 耕地 > 水域 > 草地 > 林地；建设用地单一动态度为3.57%，比其它的土地利用类型都要大得多，而且变化速率也是最快的。因此，红塔区2000~2020年间，各土地利用类型呈现出明显的变化特征。耕地面积显著减少，并逐渐转化为建设用地，这种变化的原因之一是玉溪市积极推动新型城镇化，大量开发建设用地。然而这种城市扩张和人类对自然环境的干预也引发了生态环境问题，这些问题包括耕地和草地面积的不断减少以及水土流失问题的日益加剧。最后，本研究所得结果为玉溪市红塔区未来的土地利用规划提供了坚实的理论依据和实践指导。
5.2. 不足之处
(1) 目前，对土地利用变化的研究多集中在量和结构层次上，而对多维(如质量变化)的研究还存在不足。
(2) 因其驱动机理研究较为复杂，且数据可得性和个人能力有限，未能对红塔区土地利用变化的驱动机理进行深入剖析[7]。
(3) 最后，本文在总结以往的研究成果基础上，提出了一些宏观的政策建议，但是没有对未来的发展趋势进行预测和分析。
基金项目
云南省大学生创新创业项目“玉溪市土地可持续利用与城镇化时空耦合协调研究”(S202211390009)；云南省地方本科高校(部分)基础研究联合专项项目“国土空间规划视角下西南山区生态屏障区划定与评价——以玉溪市为例”(202101BA070001-078)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。