万州区位于长江中上游三峡库区腹心，承载着三峡库区生态环境保护和移民安稳致富的双重使命。本文依据万州区土地变更调查资料，在GIS技术的支持下，结合万州区自身的区位和地貌特征，对万州区2009-2013年间土地利用变化特征进行追踪与研究。结果表明：研究区土地利用结构相对稳定，土地利用综合程度处于中等水平，耕地、林地为区域主要的土地利用类型；单一土地利用动态度变化各有不同，其中建设用地面积增长较为明显，林地和耕地的面积有所减少。本文旨为万州区土地资源的合理开发利用提供理论依据和数据支持。
一、引言
土地利用反映了人与自然界相互影响与相互作用最直接和最密切的关系，土地利用的方式及其变化是一个相当复杂的过程，每一次转变都将产生一系列资源、环境和社会经济问题。进入20世纪以来，随着社会经济的发展、科学技术水平的提高以及人口的增加，土地利用变化的速度与强度显著增长，人地关系日益为人们所重视，土地利用问题也成了国内外学术界研究的重要课题。
万州区位于三峡库区核心区，是重庆市人口最多、城市体量最大、管理单元最多的区县，也是西南诸省市中极为重要的一部分。本文依据万州区2009年、2013年两期土地变更调查成果数据，在GIS技术支持下，分析万州区土地利用及其变化特征，以期为保障万州区土地资源及其安全利用，制定地方经济发展与生态环境保护政策提供科学依据与参考。
二、研究区概况
万州区地处重庆市东北部，三峡库区腹地，全区幅员面积3457Km2，辖52个乡镇街道，总人口（2014年常住户籍）175.35万人，城市建成区面积57.60Km2，城镇化率59.50%。该区日照充足，雨量充沛，四季分明，属亚热带东南季风气候区；境内多年平均年日照时数1484.4h，多年平均降水1243mm，多年平均气温17.7℃；地形以丘陵、低山为主，地势南北高、中间低；境内河流纵横，高低悬殊，落差大，且呈枝状分布，均属长江水系。
三、数据来源与研究方法
（一）数据源
本研究数据采用2009年、2013年两期土地利用变更数据；自然、社会、经济及其它统计数据主要来自《重庆市万州区统计年鉴》以及重庆市万州区土地利用总体规划。已收集的两期土地变更数据，系同一坐标系统的矢量图，精准度高，通过ArcGIS10.1软件的转换工具，转换得到六个土地类型的两期土地利用栅格图，栅格单元大小为10m。
（二）研究方法
基于GIS空间分析技术，本文选取了单一土地利用动态度、单一土地利用开发度、单一土地利用耗损度、土地利用综合动态度以及土地利用程度综合指数5个指数，来对研究区土地利用变化情况进行分析。
单一土地利用类型动态度是反应区域土地利用变化的一个重要指标，可以对研究区某种土地类型，在一定时间范围内发生的变化进行定量描述。计算公式为：
式（1）中，R为研究区某一土地利用类型动态度；分别为研究初期和研究末期某土地利用类型的面积；T为研究区时长，当T为年时R则为该研究区某种土地利用类型的年变化率。
单一土地利用开发度，反应了单位时间内某一土地类型面积实际增加的速度。以单位时间内新开发面积占初期该类型面积比例来表示。计算公式为：
式（2）中，RD为某一土地利用开发度；为该土地利用类型从a时刻到b时刻，由其他土地利用类型转变为该类型面积的总和；为a时刻该土地利用类型的总面积；T为a时刻到b时刻时间长度，以年为单位。
单一土地利用耗损度，反应了单位时间内某一土地类型面积实际减少的速度。以单位时间内新损耗面积占初期该类型面积比例来表示。计算公式为：
式（3）中，RU为某一土地利用耗损度；为该土地利用类型从a时刻到b时刻，转变为其他土地利用类型面积的总和；为a时刻该土地利用类型的总面积；T为a时刻到b时刻时间长度，以年为单位。
土地利用综合动态度综合考虑了研究期内土地利用类型间的转变，若研究期以年为单位，综合动态度就反映了研究区土地利用年变化情况，即区域在不同年份土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化程度。其计算公式为：
式中，C为研究区土地利用综合动态度；为研究起始时刻第i类土地利用类型的面积；为研究期间第i类土地利用类型转变为其他类型面积的绝对值；T为研究期间时长。
土地利用程度综合指数，反应了研究区土地利用的深度和广度，主要体现人为因素在土地系统中的影响程度。
式（5）中，D为土地利用程度综合指数；为第i级土地利用程度分级指数；为第i级土地类型面积；S为研究区总面积。 四、结果与分析
在土地利用现状栅格数据的基础上，利用GIS技术，对研究区土地利用情况进行监测，分别得到万州区2009-2013年土地利用结构统计表（表1）、土地利用转移矩阵（表2）；根据表1和表2的数据通过公式（1-4），计算得到万州区2009-2013年土地利用动态度（表3）、土地利用程度综合指数统计表（表4）。
（一）土地利用结构特征分析
对万州区两期土地利用结构统计结果进行对比分析可知，林地和耕地所占比重最多，两者面积之和约占研究区总面积80%，4年中林地面积减少7.71Km2，到2013年林地面积占研究区总面积43.06%，耕地面积减少了24.14Km2，到2013年耕地面积占研究区总面积35.46%；建设用地面积增加了33.62Km2，占研究区总面积的比值由2009年的7.62%增加到8.59%；草地、未利用地和湿地三类土地面积在4年间总量基本保持持平。总体上万州区的土地利用结构在2009年到2013间保持相对稳定。
土地利用转移矩阵是土地利用类型由一种类型转移为另一种类型的定量描述。通过对万州区2009-2013年土地利用转移矩阵的统计结果表2进行对比分析可知：
从转出总量来看，2009年到2013年间万州区土地面积转出最多的土地类型是耕地68.08Km2，占2009年耕地总面积的5.45%；其次是林地50.47Km2和建设用地18.16Km2，占其2009年该地类总面积比例分别为3.37%和6.89%。从转入总量来看，2009年到2013年间万州区土地面积转入最多的土地类型是建设用地51.77Km2，占2009年总建设用地面积的19.65%；其次是耕地43.94Km2和林地42.76Km2，占其2009年该地类总面积比例分别为3.52%和2.86%。
土地利用程度方面，综合指数由2009年216.76增加到2013年的220.72，增长了约4个点。表明在这4年间，研究区对土地利用的广度和深度有所提高。由于土地利用程度综合指数的理论值介于100到400之间，可知万州区土地利用综合程度还处于中等水平。
（二）土地利用动态度分析
由表3可知，2009-2013年万州区土地利用变化幅度最大的是建设用地，其次为未利用地，草地、耕地、林地和湿地的变化幅度较小。4年中，建设用地、未利用地和湿地面积增加，草地、耕地和林地面积减少。
1、建设用地的开发度大于耗损度，单一动态度为各地类中最大值3.19%，这与研究区近几年来逐渐扩张的城镇用地的实际情况是相符的。由表2土地利用转移矩阵知，增加的建设用地主要由耕地和林地转变而来，分别有30.16Km2耕地和18.23Km2林地转变为建设用地；减少的建设用地主要转变为耕地和林地，转变面积分别为12.35Km2和4.97Km2。
2、草地的单一动态度、开发度和耗损度分别为-0.35%、0.68%和1.03%。由表2土地利用转移矩阵知，增加的草地主要由林地和耕地转变而来，分别有4.52Km2林地和2.68Km2耕地转变为草地；减少的草地主要转变为林地和耕地，分别为5.39Km2林地和4.78Km2耕地。总体来说，草地的转入与转出都较为温和，且都源自于林地和耕地的转换，
3、耕地的单一动态度、开发度和耗损度分别为-0.48%、0.88%和1.36%，损耗度仅次于建设用地。由表2土地利用转移矩阵知，增加的耕地主要由林地和建设用地转变而来，分别有25.8Km2林地和12.35Km2建设用地转变为耕地；减少的耕地主要转变为林地和建设用地，面积分别为31.15Km2和30.16Km2。可见，耕地的损耗主要为转变为建设用地。
4、林地的开发度和耗损度基本持平，增加的林地主要由耕地转变而来，转变的面积为31.15Km2，另有少量的草地和建设用地转变为林地；减少的林地主要转变为耕地和建设用地，转变面积分别为25.08Km2和18.23Km2。
5、未利用地的单一动态度、开发度和耗损度分别为2.11%、3.15%和1.04%。由表2土地利用转移矩阵知，未利用地的转入总面积为0.95Km2，转出总面积0.32Km2，减少的未利用地其转变为各其他土地类型的面积和比例都不明显，且未利用地的总面积仅7.57Km2，所以该地类利用变化并无明显特征。
6、湿地的单一动态度、开发度和耗损度分别为0.26%、1.06%和0.80%。由表2土地利用转移矩阵知，增加的湿地主要由耕地和林地转变而来，分别有3.76Km2耕地和2.13Km2林地转变为湿地；减少的湿地主要转变为建设用地，面积为1.96Km2；其次是耕地1.64Km2和林地1.14Km2。
万州区2009-2013年土地利用综合动态度为0.56%，在不影响研究区整体土地利用结构的前提下，综合动态度可以作为调控土地利用类型内部改变的一项指标。一般情况下，综合动态度在0.3%到0.6%之间能在一定程度下表明该区域土地利用类型的变化不会对土地质量、生态环境产生大的影响。0.56%表明在2009-2013年间，万州区参与土地利用变化的面积比较适中。
五、结论
利用GIS技术对万州区土地利用变化进行监测与分析，可以及时反映土地的属性变化。本研究对2009年和2013年重庆市万州区的土地利用变化情况进行分析，结果表明：
在土地利用方面，万州区建设用地4年间面积增加了33.62Km2，增加幅度12.76%，主要沿着河流水体发展。林地、耕地变化幅度不大，而未利用地、湿地基本保持不变。
在土地利用空间转变方面，万州区的主要转化方向是由耕地、林地向建设用地的转化，还有部分林地、耕地和草地的相互转化。
在研究过程中，也存在一些不足包括：
由于本文采用的土地现状矢量数据从2009年开始，而2009年之前的土地利用现状数据只能通过解译遥感影像获取，两种数据源不同，因此造成研究区土地利用变化监测与分析的时间序列较短，对2009年之前的土地变化分析不够。
本文仅对研究区土地利用变化的现状进行了分析，还需对产生该变化的驱动力进行进一步的分析，以及预警预测研究。