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知，为促进土地资源优化配置提供理论支撑。1研究区概况与数据来源1.1研究区概况沿黄 6 县位于黄河中部的干流北岸、河南省境内，辖原阳县、封丘县、延津县、长垣县、滑县和濮阳县6 个县级行政区(图1)，总面积7 657.15 km2。地势以平原为主，属温带大陆性季风气候区，四季分明，但降水年际和区域分布不均，易形成季节性干旱。该地的农业开发利用条件较为优越，农业生产空间占国土总面积的近 80%，并已成为河南省乃至我国最重要的粮食主产区之一。根据第七次人口普查数据，2020 年其常住人口已达到 473.37 万人，对应 GDP 为 1 739.94 亿元，土地利用及开发程度较高，受人类活动干扰强烈。因此，在相对较小的时空尺度，该地区富集了本文所需的自然、经济、政策等信息，具有显著的地域特色和代表性。271农业机械学报2 0 2 3 年图 1研究区地理位置示意图Fig 1Location of research areas1.2数据来源土地利用原始信息源均来自美国陆地资源卫星Landsat 多光谱遥感影像，数据获取自美国地质勘探局(USGS)(http:earthexplorer usgs gov/)，过程中选用不同的卫星数字产品，在影像的几何纠正、图像增强等预处理基础上，采用不同波段的标准假彩色融合以实现人机交互式目视解译，并结合后期的室内数据纠正，完成 1980、1990、2000、2010、2020 年共 5 期土地利用信息识别，具体划分类型包括耕地(包括旱地和水田)、林地、草地、水域、建设用地(城镇建设用地、农村居民点和其他建设用地)和未利用地 6 大类;解译精度验证方面，由于早期(1980 年和 1990 年)图件数据等资料较少，主要通过比对中国科学院资源环境科学数据中心(http:wwwresdc cn)“中国土地利用现状遥感监测数据”(30 m)以及历史文本资料进行，中期(2000 年和2010 年)则通过 Google Earth 软件布控数据的采样网格验证点来实现(解译准确率均大于 85%)，而对于现状年(2020 年)的验证，通过对实地 GPS 信息样点的比对验证和记录(考察时间为 2020 年 8 月713 日)，完成土地利用解译数据的精度验证(解译准确率89.20%);基础地理信息数据包括行政区划数据(县级和乡镇级)、黄河水系分布以及基础道路交通数据，均来自于当地自然资源管理部门。研究中各图件经投影变换统一转为 Albers 双标准纬线等积投影。2研究方法通过栅格化处理相邻年期的土地利用变化过程，以揭示土地动态演化在空间维度上的异质性规律，继而通过累加研究期不同时段的空间过程，实现土地利用变化的时序过程探查。2.1土地利用动态度2.1.1动态度计算动态度客观描述了土地利用变化状态的总体特征，其中单一动态度 D 为某地类在研究期的面积变化速率，综合动态度 C 则为所有地类在研究期的整体面积变化快慢情况8，计算公式为D=1T(Ub Ua)/Ua100%(1)C=1Tni=1CUi(j2ni=1C)Ui100%(2)式中Ua 对应地类在研究初期面积，km2Ub 该地类在研究末期面积，km2T 研究时段长度，aCUi 研究初期 i 种地类面积，km2CUi j i 种地类变为 j 种地类面积，km22.1.2动态度栅格化处理由于动态度无法细致度量土地利用变化的内部空间过程，因此借鉴景观生态学中能反映景观格局特征的网格采样法，并考虑平均斑块面积(平均斑块面积的 2 5 倍能较好地反映采样区周围景观格局的异质性特征16)，确定网格采样尺寸为 2 km 2 km(研究区边缘的不规则地块，面积大于 0.5 个规则网格的单独作为一个样区，面积小于 0.5 个规则网格的并入相邻的样区，最终共有样区 2 100 个)，来网格采样 C;继而将对应网格的 C 视作该网格中心点值，并运用克里金插值法(Kriging)，实现沿黄 6县综合动态度的栅格化处理(分辨率为 30 m)。2.2CDDLU 模型构建为实现土地利用变化的三维时空过程向二维平面压缩，对所有相邻时段动态度差值的绝对值进行求 和 处 理，即 可 获 得 土 地 利 用 累 积 动 态 度(Cumulative dynamic degree of land use，CDDLU)，以深化土地利用变化研究。CDDLU 反映不同时序过程所对应的土地利用变化快慢程度，CDDLU 越大则土地利用变化时序过程越强烈，采用 K-means 聚类法对 CDDLU 进行等级类型评价，以保证每一类型的差异最小，进而挖掘土地利用变化的时序过程模式。公式为CDDLU=|Ct Ct+1|(3)式中t 年份时点由小到大的序列数，本文1980、1990、2000、2010、2020 年的 t 值依次为 1、2、3、4、5Ct 对应年份时点栅格化处理后的综合动态度2.3时序过程模式探索方法研究区属黄河干流北岸豫北平原的核心粮食主产区，农业生产空间规模大，其境内黄河以及国省道、高速公路、铁路等基础道路地理要素对该地区土地利用格局形成影响显著，因此本文选取黄河以及371第 8 期杨崇科 等:基于时序过程的沿黄粮食主产区土地利用分异研究主干道路等线性地理要素，来分析土地利用变化时序过程模式的近邻缓冲尺度效应。同时，在具体模式效应探索过程中，空间点模式分析中的最近邻指数(NNI)12 通过计算最邻近点对应的平均距离，来比较该点的观测模式与随机模式之间的相似性，进而判定点的分布模式状态，在空间尺度分析上具有较好的探索性和应用性。因此，本文选取该指数来研究单一空间尺度下不同土地利用变化类型的临近缓冲特征，公式为NNI=ni=1din1n槡A(4)式中di 第 i 个网格与其最近邻网格之间距离，取1、2、3、5、10 kmn 动态度网格采样数目A 研究区面积NNI=1，类型点处于随机分布状态;NNI 1，类型点处于集聚分布状态;NNI 1，对应类型点处于均匀分布状态。为了更好地反映实测平均距离和预期平均距离偏离程度，用正态分布检验得出 Z 值及其置信水平，Z 值为负值且越小，则要素分布越趋于集聚分布;Z 值为正值且越大，则要素显著偏向均匀分布;位于二者间则随机分布。由于点分布模式的空间尺度性效应，使得点在不同缓冲距离上，其所表现的聚类效果存在差异，因此，采用多距离空间聚类的 ipley s k 指数法17，通过比较某一空间尺度的观测 K 值和期望 K 值的相对大小确定类型点的分布模式，来描述多空间尺度所对应的土地利用变化时序过程特征，以最大限度挖掘空间点信息，公式为K(r)=An2ni=1nj=1Ir(uij)(ij)(5)其中Ir(uij)=1(uijr)0(uij r)(6)式中r 空间尺度uij 点 i 和点 j 之间的距离为了更好地解释实际空间格局，提出了 L 函数代替 K 函数，由此可得L(d)=Ani=1nj=1Ki，jn(n 1槡)(7)式中d 距离Ki，j 权重，如果没有边校正，当 i 和 j 之间的距离小于 d 时，Ki，j=1，反之 Ki，j=0在 L(d)变换下，预期值 K 等于距离。当处于置信区间内，如果特定空间尺度的 K 观测值大于 K 预期值，则该类型点分布的聚类程度更高;如果 K 观测值小于 K 预期值，类型点分布的离散程度更高。3结果与分析3.11980 年以来沿黄 6 县土地利用现状利用 ArcGIS 10.5 对1980 年以来土地利用现状数据进行汇总统计。由表 1 和图 2 可知，40 年来，沿黄 6 县土地利用结构以旱地、水田、建设用地和水域用地为主，林地、草地以及未利用地面积占比较低，土地利用发生了明显变化。其中，建设用地面积持续增加，且尤以城镇建设用地最为迅速，空间上主要集中于长垣县、延津县、原阳县等建成区周边地带。水田、旱地和林地面积均呈先增加后减少特点，草地、水域用地和未利用地面积持续减少，主要是由于中期黄河沿岸耕地后备资源的持续性开发至殆尽以及经济快速发展导致。具体表现为:(1)长期以来，作为粮食主产区的沿黄 6 县，耕地保护目标战略执行较好，整体数量格局稳定，其二级类 的 旱 地、水 田 面 积 占 比 分 别 由 1980 年 的73.29%、6.50%变为2020 年的73.10%、6.30%;同时，沿黄 6 县属河南省农业人口相对稠密区，境内城市化、工业化进程持续推进，以及郑州市、上海市等发达城市对该地区的人口虹吸作用，使得其城乡发展呈显著的“二元化”特点，并表现在建设用地内部结构变化差异上。40 年间，该地区建设用地中城镇建设 用 地 扩 张 显 著，其 面 积 占 比 由 1980 年 的0.42%上升至 2020 年的 2.29%，与之对应的是农村居民点面积占比仅增加 0.15 个百分点，二者相对面积扩张比达到 5.33 1;对于生态性用地而言，林地和水域用地面积波动变化，其中林地面积先增后减，而水域用地自 2000 年来受当地退耕还湿等政策影响，研究期内面积先减后增，草地面积占比由1980 年的 0.17%降至 2020 年的 0.07%，未利用地则由 1980 年的 0.82%变为 0.02%。(2)从动态度来看，各时段的土地利用变化状态存在较大差异。19802020 年，沿黄 6 县水田和旱地面积缓慢下降，动态度分别为 0.08%和0.01%，面积下降时段主要集中在 2000 年后;建设用地中城镇建设用地的动态度为所有地类最高(10.97%)，其他建设用地为 4.90%，二者均表现出快速扩张的特点，而农村居民点面积呈增加减少增加态势，平均动态度仅为 0.03%;草地面积持续下降且尤以 20002010 年最为突出，年均变化率达到 4.72%，水域用地先减后增，未利用地先增后减，二者平均动态度分别为 0.64%和 2.44%。471农业机械学报2 0 2 3 年表 119802020 年各土地利用类型面积和动态度Tab1Statistics on area and dynamics of various land use types from 1980 to 2020项目水田旱地林地草地水域用地 城镇建设用地 农村居民点 其他建设用地 未利用地1980 年面积/km2497.935 611.7651.0012.94365.7632.52994.7026.9662.931990 年面积/km2495.295 588.2757.0912.91359.8738.16997.6028.3778.922000 年面积/km2505.185 735.7065.5611.69221.3860.01994.1632.7730.052010 年面积/km2501.945 712.5244.836.17255.99118.70967.0542.716.582020 年面积/km2482.395 596.6237.385.08272.23175.231 006.2579.851.461980 年面积占比/%6.5073.290.670.174.780.4212.990.350.822020 年面积占比/%6.3073.100.490.073.562.2913.141.040.0219801990 年动态度/%0.050.041.190.020.161.730.030.522.5419902000 年动态度/%0.200.261.480.953.855.730.031.556.1920002010 年动态度/%0.060.043.164.721.569.780.273.037.8120102020 年动态度/%0.390.201.661.760.634.760.418.707.7919802020 年动态度/%0.080.010.671.520.6410.970.034.902.44图 219802020 年研究区土地利用现状Fig 2Land use status of study area from 1980 to 2020在空间上，草地、水域用地以及未利用地变化区均集中分布于原阳县和封丘县的黄河沿岸带，反映了黄河对该地区生态性用地格局形成的重要作用。3.2土地利用累积动态度3.2.1动态度空间格局计算各采样网格中心点的土地利用动态度并运用 Kriging 空间插值法，实现动态度的栅格化处理。从图 3 可看出，经过栅格化处理的动态度，能够较好反映沿黄 6 县在不同时段的土地利用变化特点。其中，19801990 年和 19902000 年 2 个时段的土地利用变化较为平缓，整体动态度偏低。但由于原阳县和封丘县南部以及长垣市东南等地邻近黄河，受黄河沿岸的水域湿地变化影响较大，使得 该 地 区 动 态 度 的 高 值 区 多 集 中 于 此，且19902000 年的变化强度高于 19801990 年;自21 世纪初以来，沿黄 6 县土地利用变化加剧明显。20002010 年，南部黄河沿岸以及各主要乡镇周边土地利用开发活动强烈，动态度偏高，其相对高值区(大于 3%)主要分布在封丘县的荆隆宫乡、曹岗乡、李庄镇以及长垣县的恼里镇。20102020 年，土地利用变化强度有所放缓，但高值区更集中分布于各县域的建成区周边地带。3.2.2累积动态度时序过程基于各时段栅格化处理的动态度数据，实现沿黄6 县土地利用累积动态度(CDDLU)提取，采用 K-means 聚类法并依据 CDDLU，划分 3 个土地利用变571第 8 期杨崇科 等:基于时序过程的沿黄粮食主产区土地利用分异研究图319802020 年研究区不同时段土地利用动态度分布Fig 3Dynamic degree of land use in different periods in study area from 1980 to 2020化过程类型(类型、)(图 4)。研究结果表明，CDDLU 能较好表征长时间序列土地利用变化的时空过程信息，1980 年来，沿黄 6 县土地利用变化呈显著的空间异质性和阶段性分布特点，尤其对于黄河沿岸及若干主要县域建成区周边地区而言，土地利用变化频繁且强烈，差异性时序过程特征突出。具体表现为:图 4研究区土地利用累积动态度评价Fig 4Evaluation of CDDLU in study area(1)CDDLU 范围为 0.16%7.30%，其中高值区主要分布在黄河沿岸及其邻近缓冲区，受人类农业开发活动以及黄河湿地退化等因素影响较大，同时各县域建成区周边的土地利用开发活动频繁，土地利用稳定性差，导致对应的 CDDLU 也偏高。中部、北部等地的 CDDLU 偏低，主要是由于该地区为传统商品粮种植区，土地利用变化时序过程平缓。从行政区来看，封丘县的 CDDLU 均值最高，达到1.38%，位于其境内的李庄镇、恼里镇和曹岗乡以及位于延津县的新乡食品纺织工业聚集区的 CDDLU均值依次为 3.77%、2.87%、2.66%和 2.96%，土地利用变化过程强烈。然而，作为河南省县域粮食产量最高的滑县，CDDLU 仅为 0.64%，土地利用变化时序过程平缓，实地考察资料显示，该地区支柱性产业以农业生产及其次级加工为主，耕地数量保护较好。(2)类型(CDDLU 为 2.97%7.30%)所对应的土地处于剧烈时序过程变化状态，面积占比为5.44%，主要分布在南部黄河沿岸，西北部也分布着少量该过程类型土地。上文分析显示，该地区土地利用变化以生态性用地(草地、水域用地和未利用地)为主，强烈的生态性用地变化过程，易导致其生态系统脆弱。因此，类型所属地区应尤为关注“黄河流域生态保护和高质量发展”国家级战略契机，以促进生态性用地趋于稳定及良性结构发展;类型(CDDLU 为 1.04%2.96%)面积占比为23.75%，时序过程较为明显，土地利用变化频繁，空间上呈环研究区边缘地带分布的特点，同时原阳县、封丘县、长垣县等县域中心建成区周边地带也分布一定面积的该类型土地，后续国土空间管理与生态保护建设需重点关注该类型区对应的土地;类型671农业机械学报2 0 2 3 年(CDDLU 为 0.16%1.03%)为该地区最主要的土地利用变化时序过程类型，面积占比达到 70.81%，广泛分布于研究区中部、南部等地，与耕地分布存在较高重合性，时序过程较为平缓，需重点维持其对应的用地功能和结构面积稳定性。从行政区来看，长垣县、封丘县和原阳县的土地利用变化显著区(类型和类型)依次占对应土地总面积的 48.61%、48.34%和 46.17%，而滑县的变化显著区面积占比仅为 9.52%，各县域单元时序过程的类型差异明显。3.3土地利用变化聚集性模式将 CDDLU 赋值给网格中心点，继而采用 NNI指数，来探索单一空间尺度所对应的土地利用变化过程类型的聚集性特点(表 2 和图 5)。从时序过程的全域 NNI 指数来看，沿黄 6 县土地利用动态演化特征突出。其中，类型和类型的时序过程显著，对应样点数分别为 160 个和 530 个，在 99%置信度下，二者均处于聚集分布状态。类型的时序变化过程平缓，对应样点数为 1 384 个，分布均匀，同样呈现统计显著性;从河网、公路网基本线性要素的不同缓冲区 NNI 统计结果来看，在距离线性要素较近的范围内(1 km 和2 km)，类型、均处于聚集分布状态，但随着缓冲区范围增加，类型的聚集性程度先增后减，类型的聚集性则持续减弱，类型图 6研究区类型、在各缓冲区下的 ipley s k 指数统计结果Fig 6Statistical results of ipley s k indices for land use change types(，and)under various buffers in study area的聚集性同样持续减弱，并同时导致其分布模式由聚集分布逐渐转变为均匀分布，说明土地利用变化的时序过程受距离道路、河流远近影响显著，但影响类型和范围均存在差异。表 23 类土地利用变化时序过程的 NNI 指数Tab2NNI of spatial and temporal processes forland use change types变化过程类型样点数/个最近邻指数 分布模式ZP1600.36聚集15.420.0015300.76聚集10.680.0011 3841.36均匀25.780.001注:置信度为 99%。图5研究区线性要素在不同缓冲区范围内的 NNI 指数Fig 5NNI statistical results of linear elements indifferent buffer ranges in study area采用 ipley s k 指数描述多空间尺度(1、2、3、5、10 km)对应的时序过程类型的聚集性特征，以研究沿黄 6 县土地利用变化空间模式的尺度性效应。从图 6 可以看出，在分析尺度 1 km 下，3 个时序变化过程类型的观测 K 值均小于预期 K 值，表示该空间尺度下各时序过程类型均处于离散状态，但随着空间尺度递增，其差值转为正数且绝对值也越来越大，聚集性逐渐提高。同时，在不同空间尺度下，类型、的离散和聚集性程度也存在差异。类型聚集性的递增速度最快，且至分析尺度 9 km，其观测 K 值与预期 K 值的差值达到最大(10 073.30)，而对应的类型为 4 543.53。类型在分析尺度1 km 的离散程度最高，但随着空间尺度增大，聚集性递增程度在 3 个类型中最低，其在 9 km 处的观测K 值与预期 K 值差值仅为 2 879.82。上述分析结果表明，沿黄 6 县土地利用变化程度受空间尺度影响较大，但变化越强烈的地区，其受空间尺度影响程度越弱。因此，沿黄 6 县在后续土地利用开发管理中，应在重点考虑线状要素(黄河和主干道路)布局的前提下，根据线状要素近邻程度特点，制定差别化的利用管理措施，以促进土地利用优化布局。4讨论土地利用变化为自然、社会和经济等因素驱动下的复杂性过程。本文从动态度着手，通过对单一771第 8 期杨崇科 等:基于时序过程的沿黄粮食主产区土地利用分异研究状态过程的差值累加来实现土地利用变化的时序过程提取，为土地利用变化的时空模式挖掘提供了新思路。但由于地理事件或地理现象的空间统计模式存在尺度依赖，本文得出的结论只是在特定采样尺度下(2 km 2 km)的特定结论，是该尺度下土地利用变化的时序过程规律的表征，但采样方式和网格单元的取值方法不同，或会对土地利用变化的时序过程模式结论产生影响，采样方式取决于其对时空模式结论的影响最小，因此，这种影响的规律性需要进一步定量研究18 21;其次，CDDLU 模型是本文提出的概化土地利用变化时序过程核心手段，但由于不同类型划分结果会对土地利用变化的时空模式的度量产生影响，如何依据 CDDLU 来科学划分不同过程类型，为影响时空模式挖掘的关键，后续需全面分析不同分级结果对土地利用变化模式度量的影响;再次，河南沿黄 6 县位于黄河以北，是我国重要的粮食主产区，其土地利用格局形成受黄河、基础交通道路信息影响较大，为保证时空模式挖掘的简洁性，本文选取包括黄河和道路因子在内的线性要素进行分析，重点讨论了上述线性要素的不同邻近性对土地利用变化时序过程的影响，但这种随着线性要素邻近性的时空模式还受到其他因素影响，后续需进一步对其他要素进行论证以提高模式的精确性。5结论(1)河南沿黄 6 县土地利用变化呈显著的空间异质性与阶段性分布特点。耕地面积缓慢下降，城镇建设用地扩张明显，水域用地和林地面积波动变化，同时在前期黄河沿岸的农业土地开发活动尤为强烈，至后期，原阳县、封丘县和长垣县等县域建成区周边地带土地利用变化强烈。(2)CDDLU 能较好表征长时间序列土地利用变化的时空过程信息。类型、均处于聚集分布状态，面积占比分别为 5.44%、23.75%，类型均匀分布;变化时序过程受道路、河流距离影响较大，但影响类型和范围存在差异。距离线性要素较近范围的类型、均处于聚集分布状态，但随着缓冲区范围增加，类型的聚集性程度先增后减，类型、则持续减弱;变化时序过程受空间尺度影响较大，变化越强烈地区，受空间尺度影响的程度越弱。分析尺度 1 km 下，各类型均处于离散状态，但随着空间尺度递增，聚集性逐渐提高;沿黄 6 县土地利用开发管理，应适度考虑黄河和主干道路等线性要素近邻特点，制定差别化的利用管理措施，以促进当地土地利用优化布局。参考文献 1 梁鑫源，金晓斌，孙瑞，等 粮食安全视角下的土地资源优化配置及其关键问题 J 自然资源学报，2021，36(12):3031 3053LIANG Xinyuan，JIN Xiaobin，SUN ui，et al Optimal allocation of land resources and its key issues from a perspective offood security J Journal of Natural esources，2021，36(12):3031 3053(in Chinese)2 周浩，胡凌，陈竹书 基于量子遗传投影寻踪的长株潭地区耕地系统安全评价 J 农业机械学报，2022，53(8):268 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