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干旱区研究 >

2025 , Vol. 42 >Issue 4: 695 - 707

DOI: https://doi.org/10.13866/j.azr.2025.04.11

生态与环境

甘肃省土地利用转型时空格局演化及多情景模拟

  • 王立媛 ,
  • 张勇
展开
  • 安徽财经大学财政与公共管理学院，安徽 蚌埠 233030
张勇. E-mail:

王立媛（2001-），女，硕士研究生，主要从事土地利用相关研究. E-mail:

收稿日期: 2024-11-12

  修回日期: 2025-02-13

  网络出版日期: 2025-08-14

基金资助

国家自然科学基金面上项目(71974002)

收起

Evolution of spatiotemporal patterns and multiscenario simulation of land use transition in Gansu Province

  • WANG Liyuan ,
  • ZHANG Yong
Expand
  • School of Finance and Public Management, Anhui University of Finance and Economics, Bengbu 233030, Anhui, China

Received date: 2024-11-12

  Revised date: 2025-02-13

  Online published: 2025-08-14

Fold

摘要

对兼具重要生态功能的欠发达地区土地利用转型态势进行探究，对于推动城乡融合、实现区域可持续发展具有重要意义。本文基于甘肃省2000—2020年5期土地利用数据，从时空维度分析土地利用类型数量分布、空间布局及相互转移情况，并采用FLUS模型，模拟了2035年惯性发展、城乡融合、规划约束和生态修复四种情景下土地利用转型情况。结果表明：（1） 2000—2020年，甘肃省土地利用类型以耕地、草地和未利用地为主，且不同地类在空间分布上呈现出显著的区域异质性；其综合土地利用动态度呈先上升后下降再上升的趋势。（2） 受到西部大开发战略的持续推进和退耕还林还草等政策的影响，甘肃省土地利用转型主要表现在耕地向草地、林地转移，以及建设用地向耕地、草地转移。（3） 在城乡融合和规划约束两种情景下，土地利用模拟结果较为合理，兼顾了耕地保护和区域生态环境修复，可满足未来发展需求，为甘肃省未来国土空间治理提供了参考。

关键词： 土地利用转型; 时空特征; 多情景模拟; 城乡融合; 甘肃

本文引用格式

王立媛 , 张勇 . 甘肃省土地利用转型时空格局演化及多情景模拟[J]. 干旱区研究, 2025 , 42(4) : 695 -707 . DOI: 10.13866/j.azr.2025.04.11

Abstract

Exploring the transition situation of land use in ecologically significant but underdeveloped areas is crucial for promoting urban-rural integration and achieving regional sustainable development. Using the land use data from five time points in Gansu Province from 2000 to 2020, this study analyzed the quantitative distribution, spatial patterns, and mutual transfer of land use types. The Future Land Use Simulation model was used to simulate the land use transformation under four scenarios of inertia development, urban-rural integration, planning constraints, and ecological restoration in 2035. The study found that: (1) The main land use types in Gansu Province are cultivated land, grassland, and unused land, exhibiting significant regional heterogeneity in spatial distribution. The comprehensive land use dynamics initially increased, then decreased, before increasing again. (2) Under the influence of the continuous promotion of the Western Development Strategy and the policy of returning farmland to forest and grassland, the land use transition in the Gansu Province is mainly manifested in the transfer of cultivated land to grassland and woodland, and the transfer of construction land to cultivated land and grassland. (3) Under the two scenarios of urban-rural integration and planning constraints, the results of land use simulation are reasonable, considering cultivated land protection and regional ecological environment restoration, which can meet the needs of future development. This study provides a valuable reference for land governance and spatial planning in Gansu Province.

Key words： land use transition; spatiotemporal characteristics; multiscenario simulation; urban-rural integration; Gansu

土地利用转型是由于人类活动引起的土地利用类型的变化，是在一定时期内土地由一种形态转化为另一种形态的过程[1]，强调了土地利用类型在时间和空间维度上的转变过程及其背后的驱动机制。随着工业化、城镇化进程的加快推进，特别是在经济发达地区，土地利用转型在一定程度上促进了产业升级、推动了城市扩张，但同时不可避免地导致了城镇建设用地的过度蔓延、耕地非农化以及生态环境质量下降等一系列问题[2⇓-4]，严重影响了土地供需关系、城乡空间重构以及区域经济社会可持续发展。相较于发达地区，欠发达地区由于其落后的社会经济发展水平和相对脆弱的生态环境条件，加之因缺乏科学合理的规划引导，在面对土地利用转型时呈现出更为复杂且严峻的局面。因此，深入探究土地利用转型的特征及演变情况，对于揭示欠发达地区土地利用转型的内在规律、促进土地资源优化配置和实现区域社会经济可持续发展，具有重要的理论与现实意义。
土地利用转型作为LUCC研究的重要内容，已成为学界广泛关注的领域[5]。长期以来，学者们对土地利用转型的阶段特征、理论模型、测度方法、驱动机制等方面进行了研究[6⇓-8]。其中，国内学者聚焦于显性与隐性转型两个维度，在显性转型方面，部分学者从“三生空间”视角研究其生态环境与碳排放效应[9⇓-11]，也有学者从时空维度分析转型过程及其驱动机制等[12⇓⇓-15]；在隐性转型方面，大多学者从土地利用隐性形态时空特征及其转型模式等方面进行了探究[16-17]。近年来，土地利用转型领域的研究方法也日趋多样，包括土地利用转移矩阵、动态度、生态环境效应分析以及Moran’s I指数等[18⇓⇓-21]。针对土地利用多情景模拟，早期的模拟多为数量预测，后来逐步演变为空间分布预测，同时模型构建和模拟情景的设置也日益完善[22⇓⇓⇓-26]。虽然，目前土地利用转型的相关研究取得了一些进展，但仍存在以下不足，一方面是现有研究区域多集中于经济发达地区，而针对甘肃省等欠发达地区和重要生态功能区的研究成果相对较少；另一方面，学者多从耕地保护、生态保护、经济发展等角度设置土地利用模拟情景，而针对城乡融合、规划约束等背景下的情景模拟探究较少。
甘肃省地形地貌复杂多样，不仅是西北地区关键的交通枢纽，更是重要的生态屏障和功能区。受经济发展水平的制约，相较于经济发达地区，甘肃省土地利用隐性转型程度较低，仍呈现以显性转型为主的态势，且未利用地占比高达40%，与其他地区的土地利用类型分布存在明显差异。同时，随着西部大开发战略的深入推进和城镇化进程的加快，土地资源开发利用活动愈发频繁，土地利用形态发生了显著变化。鉴于此，为揭示甘肃省土地利用转型特征及其未来土地利用转型趋势，本文基于2000—2020年土地利用数据，通过分析土地利用动态度和土地利用转移矩阵，探究了甘肃省土地利用转型的时空格局演化特征，并采用FLUS模型，设置惯性发展、城乡融合、规划约束和生态修复等四种情景，对甘肃省2035年土地利用转型态势进行预测，以期为促进甘肃省社会经济与资源环境协调发展、国土空间合理布局提供有益参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文采用的数据包括土地利用数据、行政区划数据和多情景模拟所需的驱动因子等空间数据（表1）。其中，2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（http://www.resdc.cn），其土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地等六大类。驱动因子主要包括社会经济因素、自然环境因素和交通可达性因素等[27-28]。
表1 数据来源

Tab. 1 Data source information

数据类型 数据名称 数据精度 数据来源
土地利用数据 土地利用数据 30 m 中国科学院资源环境科学与数据中心
（http://www.resdc.cn）
限制因子 水域 1 km
自然保护区 1 km
社会经济因素 人口密度 1 km
GDP 1 km
自然环境因素 高程（DEM） 30 m 地理空间数据云（https://www.gscloud.cn）
坡度 30 m 根据DEM数据由ArcGIS生成
坡向 30 m
年降水量 1 km 国家青藏高原科学数据中心
年平均气温 1 km
交通可达因素 到河流距离 1 km 1:1000000全国基础地理数据库，由ArcGIS生成
到国道距离 1 km
到省道距离 1 km
到高速距离 1 km
到铁路距离 1 km
行政区划数据 甘肃省行政边界 - 地理空间数据云（https://www.gscloud.cn）

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用动态度

土地利用动态度主要用于表达某一研究区域的不同用地类型在一定时期内的变化速率和幅度，具体包括单一土地利用动态度和综合土地利用动态度，其数学表达式如下：
（1） 单一土地利用动态度
X = S 2 - S 1 S 1 × 1 T × 100 %
式中： X表示某种土地利用类型在选定研究期间T内的变化率； S 1、 S 2分别表示研究区域某类土地在研究基期年和末期年的占用面积；T为研究期限。
（2） 综合土地利用动态度
L = ∑ i = 1 n S 2 - S 1 ∑ i = 1 n S 1 × 1 T × 100 %
式中：L表示该研究区域在选定研究期间T内的土地利用变化率； S 1、 S 2分别表示研究区域某类土地在研究期初和期末占用的面积；T为研究期限；n表示土地利用类型数。

1.2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵是根据不同土地利用类型之间的相互转化而排列的矩阵，以此呈现出不同土地利用类型在研究期内的面积变化情况及转换方向，分析不同地类之间的转化特点，其数学表达式为：
T i j = T 11 T 12 ⋯ T 1 n T 21 T 22 ⋯ T 2 n
式中： T i j表示研究区域内各土地利用类型之间相互转换的面积大小；n表示土地利用类型数量；i和j分别表示研究期初和研究期末的土地利用类型。

1.2.3 FLUS模型

FLUS模型旨在对人类活动与自然因素共同作用下的土地利用格局演变及未来情景进行模拟与预测。其核心算法融合了传统元胞自动机（CA）及人工神经网络算法（ANN）的优势，相较于其他模型，该模型的模拟准确度较高，可以更加准确地模拟土地利用转型过程。在模型构建中，根据不同的模拟情景，设定相应邻域权重，同时考虑社会经济、自然环境与交通可达性等驱动因素，以此来表征不同因素对土地利用转型的驱动机制；再依据上述条件进行迭代运算，基于设定的参数和主要驱动因素，模拟土地利用的时空动态变化，最终实现对甘肃省未来土地利用转化态势的多情景模拟。

2 结果与分析

2.1 土地利用结构分析

运用空间分析方法，将甘肃省土地利用类型数据导入ArcGIS 10.8中，进而统计2000—2020年不同时期各类用地面积（表2）。
表2 甘肃省土地利用类型面积变化

Tab. 2 Changes in land use types and areas in Gansu Province

土地利用
类型		 2000年 2005年 2010年 2015年 2020年
面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/%
耕地 65595 15.42 65509 15.39 65057 15.29 64888 15.25 63883 15.01
林地 37636 8.84 38156 8.97 38530 9.05 38533 9.06 38517 9.05
草地 142700 33.54 142923 33.59 143014 33.61 142952 33.59 143664 33.76
水域 3304 0.78 3293 0.77 3545 0.83 3535 0.83 3841 0.90
建设用地 3541 0.83 3770 0.89 4283 1.01 4745 1.12 5564 1.31
未利用地 172744 40.60 171870 40.39 171092 40.21 170868 40.16 170031 39.96
从数量上看，甘肃省土地利用类型呈现出以未利用地、草地及耕地为主体的格局，约占全省土地总面积的90%。其中，未利用地占全省总面积最多，高达40%，其次为草地和耕地，分别占全省土地总面积的34%、15%，而建设用地和水域在全省土地总面积中所占比例较低，均未达到1%。2000—2020年期间，甘肃省耕地、未利用地面积呈现明显的缩减态势，尤其耕地面积减少幅度越来越大，而水域、建设用地面积有明显的增加。20 a间林地面积总体上呈先增加后减少的变化趋势，且林地增加面积在2000—2005年最多，主要是期间退耕还林工程的全面推进。在2015—2020年，林地面积出现了减少的情况，可能是由于城镇化进程中，部分林地被开发用于其他建设项目，从而致使林地面积有所下降。期间草地面积占比有所增加，其中2010—2015年期间的变化幅度为负值，在2015—2020年期间，草地增加面积相对较多，是由于新一轮退耕还林还草政策的实施，并且安排专项资金予以补助，在一定程度上为草地面积增加提供了保障。由于甘肃省地处内陆，虽有黄河流经甘肃省省域，但其水域面积占比相对较少，研究期内，水域面积总体上呈增加趋势。另外，全省建设用地扩张态势尤为显著，其面积从2000年的3541 km2上升到2020年的5564 km2，占省域总面积的比例也由0.83%增长至1.31%，这一显著变化源于西部大开发战略的实施，大量的基础设施建设项目与工业项目落地甘肃，有力加快了城镇化进程的步伐，致使城乡建设用地需求增加。
从图1可以看出，在空间分布上，甘肃省耕地主要分布在河西走廊一带（嘉峪关、张掖、武威等）和陇东陇中黄土高原（兰州、白银、临夏、庆阳、天水）；林地主要分布在甘南高原和陇南山地，其中酒泉市、金昌市、兰州市林地面积相对较少；甘肃省境内草地较多，省域范围内零散分布，主要集中在兰州以南地区；水域主要以河流为主，包括内陆河流域、黄河流域等；未利用地占到甘肃省土地总面积的40%左右，主要分布在兰州市以北、河西走廊（酒泉、嘉峪关、张掖、金昌、武威等），甘南高原也存在部分未利用地（甘南州迭部县、玛曲县、舟曲县等）；建设用地主要集中在省会及经济发展条件优异、交通条件便利的地区，如：兰州、白银、天水等地。此外，2000—2020年期间，甘肃省建设用地扩张主要集中在嘉峪关、武威、兰州等地，尤以兰州市永登县、皋兰县和白银市白银区建设用地面积扩张明显，均以侵占耕地、草地为主。
图1 2000—2020年甘肃省土地利用类型分布

Fig. 1 Distribution of land use types in Gansu Province from 2000 to 2020

2.2 土地利用动态度分析

随着社会经济的发展，土地利用类型也表现出明显的动态变化。为了准确衡量甘肃省土地利用动态变化，分别采用单一土地利用动态度和综合土地利用动态度两个指标进行分析（表3）。
表3 甘肃省土地利用动态变化度

Tab. 3 Dynamic changes in land use in Gansu Province /%

土地利用类型 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 综合动态度
2000—2005年 -0.03 0.28 0.03 -0.06 1.29 -0.10 1.79
2005—2010年 -0.14 0.20 0.01 1.53 2.73 -0.09 4.69
2010—2015年 -0.05 0.007 -0.01 -0.06 2.15 -0.03 2.30
2015—2020年 -0.31 -0.01 0.10 1.73 3.46 -0.10 5.70
针对单一土地利用动态度而言，2000—2020年期间，建设用地的变化速度较为显著且其动态度呈现出逐渐升高的态势，说明甘肃省建设用地扩张速度呈加快态势。究其原因，一方面是由于城镇人口的持续增长，数据显示，2000年甘肃省城镇人口比重为24.01%，到2020年城镇人口比重上升至52.23%，增加了28.22个百分点①(①国家统计局. 2020年第七次全国人口普查主要数据.)，导致对居住、商业等建设用地需求增加。另一方面是由于工业化进程的加快，对建设用地的需求呈现出强劲的增长态势。水域动态度呈现振荡型波动特征，且在2015—2020年期间动态度达到最高值。耕地的动态变化程度也较为显著，2000—2020年间各阶段动态度均为负值，耕地面积逐年减少并且在2015—2020年期间变化幅度最大，说明由于工业化、城镇化进程的快速推进，导致建设用地大量侵占耕地，耕地面积持续减少。在2000—2020年间，林地、草地、未利用地的变化速度相对较慢，其中，草地动态度在不同阶段呈现出正负交替的情况。林地动态度在2000—2015年各阶段均为正值，在2015—2020年为负值，意味着在社会经济发展的压力下，部分林地受到了人为活动干扰，导致林地面积减少。
针对综合土地利用动态度而言，甘肃省呈现出先上升后下降再上升的波动变化趋势。其中，2015—2020年间综合土地利用动态度达到最大值，在此期间，耕地、未利用地、建设用地和水域用地的单一土地利用动态度均达到了最大值，其中，耕地和未利用地动态度为负值，耕地面积减少的速度由2000—2005年间的0.03%升高到2015—2020年间的0.31%，建设用地和水域用地的单一土地利用动态度为正值。上述变化特征表明了甘肃省建设用地的快速扩张主要是以大量侵占耕地和未利用地为代价来获取增长空间。

2.3 土地利用转型分析

2.3.1 土地利用转移矩阵

根据表4数据可知，2000—2005年，从土地转出来看，耕地转出率在各类用地中处于较高水平，其转向草地的面积最多，这一现象可能是由于产业结构调整，通过实施退耕还草政策发展畜牧业。其次为林地和建设用地，转化率最低的用地类型为水域；从土地转入来看，草地转入面积最多，主要由耕地和未利用地转化而来，建设用地主要由耕地转化而来。2005—2010年，该阶段相对于其他阶段，各土地利用类型转化率较高，且转移面积均有所增加。从土地转出来看，建设用地转出率最高， 受到2005年城乡建设用地增减挂钩试点工作的开展和2007年《甘肃省人民政府办公厅关于加快旱作农业发展的意见》等政策的影响，推动了部分农村建设用地转化为耕地。从土地转入来看，草地转入面积最多，耕地次之，转为耕地的主要用地类型为草地、未利用地和建设用地；该阶段建设用地转入的面积约为第一阶段的3倍，充分反映了城镇化发展速度在这一时期的快速提升，城镇规模不断扩大，对建设用地的需求急剧增加，从而导致其他用地类型向建设用地的转化速度明显加快，有力地推动了建设用地的快速扩张。2010—2015年，该阶段在20 a间土地利用类型转化率最低，较上一阶段部分用地转移面积减少。从土地转出来看，水域用地转化率最高，主要转向未利用地；从土地转入来看，草地转入面积仍为最多，但不同于前两阶段的是，该阶段转入草地的面积主要由耕地和林地提供，主要是由于在这一时期，甘肃省积极贯彻落实国务院出台的草原生态保护补助奖励政策，促使部分地区将不适宜耕种或养殖的耕地和林地恢复为草地，以获得相应的政策补贴。2015—2020年，从土地转出来看，同第二阶段，建设用地转化率较高，达到10.38%，并且在各阶段、各土地利用类型转化率中位居最高水平，主要转为耕地和未利用地；耕地转出率相较于前三个阶段较高，该阶段耕地主要转化为草地、林地等，这主要得益于新一轮退耕还林还草工程的深入推进和全面实施；从土地转入来看，建设用地主要由耕地和草地转化而来，且在20 a间该阶段建设用地转入面积最多。
表4 2000—2020年不同阶段甘肃省土地利用转移矩阵

Tab. 4 Land use transfer matrix in Gansu Province at different stages from 2000 to 2020 /km2

耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地
2000—2005年
耕地 63890.9 250.9 1208.1 10.8 171.5 61.1
林地 83.9 37399.5 147.3 1.7 13.2 8.3
草地 828.3 503.2 141155.3 13.2 29.8 135.5
水域 14.0 1.3 29.4 3220.7 1.9 35.6
建设用地 12.0 1.4 6.8 0.6 3547.7 0.6
未利用地 677.1 18.2 339.9 45.2 33.5 171622.8
2005—2010年
耕地 62075.8 305.5 2343.0 36.4 512.6 232.5
林地 176.5 37613.1 268.7 22.9 18.1 74.8
草地 1753.7 545.8 138923.2 63.9 112.0 1486.5
水域 42.2 6.6 35.5 3100.1 6.8 100.8
建设用地 221.3 8.3 26.0 1.5 3517.2 23.1
未利用地 785.4 69.2 1377.9 318.7 145.2 169165.4
2010—2015年
耕地 63944.2 60.0 678.3 24.6 287.7 59.5
林地 60.7 38238.7 222.1 4.4 6.3 15.5
草地 627.5 213.7 141814.9 28.5 61.7 227.5
水域 12.1 2.1 18.7 3389.0 2.7 118.5
建设用地 40.0 2.0 12.2 0.9 4254.7 2.1
未利用地 202.8 15.9 203.5 86.7 131.7 170441.7
2015—2020年
耕地 61238.6 199.9 2362.3 54.7 558.9 468.1
林地 139.3 37711.9 576.2 13.7 44.9 40.9
草地 1716.1 489.7 139259.5 66.8 296.5 1098.8
水域 38.1 11.1 58.9 3313.5 17.0 92.0
建设用地 270.2 14.5 104.3 8.0 4252.3 95.4
未利用地 477.8 84.5 1291.0 381.0 394.8 168223.2
总体而言，2000—2020年期间，甘肃省林地、草地、未利用地的转化概率相对较小，而建设用地转化概率在所有地类中最大。甘肃省土地利用转型主要表现为耕地向草地、林地、建设用地的转化以及建设用地向耕地、草地转化。并且部分属于生态安全屏障区的未利用地较为脆弱，容易转变为其他用地，这表明甘肃省的一些重要生态安全用地在不加以保护的情况下，易遭到破坏，凸显了生态保护的重要性，地方政府应注重生态安全修复问题，制定相关政策法规来遏制生态安全用地被破坏。此外，土地利用类型的转变也受到社会经济活动和相关政策等众多因素的影响。在社会经济活动方面，城镇化进程的加速、产业结构的调整与发展需求，是推动土地利用转型的主要内在动力。其中，城镇化进程中人口的迁移和城镇规模扩张，直接导致了建设用地需求的持续增长，从而引发了大量耕地和其他用地向建设用地的转化；产业结构的调整则促使耕地向草地等其他用地类型转变。在政策方面，随着西部大开发战略的实施、兰州新区的设立，进一步加速了建设用地的扩张；另外，退耕还林还草工程、草原生态保护补助奖励等政策的出台和实施，助推了耕地向草地、林地的转化。

2.3.2 土地利用转换格局

从图2来看，在土地转出层面，耕地转移主要集中在陇东陇中黄土高原及陇南地区；林地转出面积相对较少，主要集中在甘南藏族自治州；草地转移面积，在省域范围内零散分布，其中酒泉市、张掖市、武威市和庆阳市转出面积相对较多；水域转出面积无明显变化；建设用地转出面积以河西走廊（嘉峪关市和金昌市）和兰州市居多；未利用地转出分布在河西走廊。在土地转入层面，各市（州）均有不同程度的耕地转入面积，其中河西走廊一带主要由建设用地或未利用地转入，陇东陇中黄土高原和陇南地区转入的耕地主要由草地转化而来；林地转入主要集中在酒泉市和张掖市，转入来源为未利用地和耕地；草地转入面积同转出面积在省域范围内广泛分布，河西走廊一带新增草地主要来源于未利用地，这一来源与近年来甘肃省加强祁连山国家公园的综合治理密切相关，陇东陇中地区新增草地主要来源于耕地，其中酒泉市、张掖市、庆阳市转入面积相对较多；建设用地的转入集中在酒泉市、金昌市和兰州市，其中酒泉市和金昌市转入面积多来源于未利用地，而兰州市新增建设用地面积主要由耕地和草地转化而来；未利用地转入面积主要来源于耕地和草地，集中在河西走廊一带，其中张掖市西北部转入的未利用地大部分为草地。
图2 2000—2020年甘肃省土地利用转换格局

Fig. 2 Land use conversion pattern in Gansu Province from 2000 to 2020

3 土地利用转型的多情景模拟

3.1 模拟情景设置

甘肃自然环境复杂多样，生态系统十分脆弱，长期以来，由于土地资源开发利用的不合理，社会经济发展与生态环境保护之间的矛盾日益突出。为更好地推进城乡经济社会协调发展和加强生态环境保护，本文基于甘肃省 2000—2020年土地利用变化情况、《甘肃省国土空间规划（2021—2035年）》《甘肃省国土空间生态修复规划（2021—2035年）》《甘肃省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》等规划文件，设置惯性发展、城乡融合、规划约束和生态修复四种模拟情景，来模拟甘肃省2035年的土地利用变化，以此来研究上述四种情景下的甘肃省未来土地利用需求量及土地利用转型的空间演化格局。
（1） 情景一：惯性发展情景。假定未来土地利用变化不受相关规划与政策干预，遵循2000—2020年土地利用转换规律持续演进，且认定此模式在未来几十年内仍将存在，故该情境下的模拟中不施加任何限制条件，随后借助Markov chain计算得到2035年甘肃省的各类土地利用需求量。
（2） 情景二：城乡融合情景。城乡融合发展战略聚焦于促进城乡要素流动，其中土地作为关键要素，发挥着极其重要的作用[29]。伴随着城镇化进程的加快，农村劳动力大量外流，农村建设用地闲置现象愈演愈烈[30]；同时，城镇建设用地供不应求，致使近郊区农用地被大量占用，严重威胁了粮食安全和生态安全。鉴于此，应严控建设用地总体规模，坚持“减量增长”理念，强化存量建设用地再开发的管控，尤其是围绕实施乡村振兴战略与促进城乡融合发展等目标，通过激活农村闲置建设用地为乡村产业振兴提供土地要素保障。该情景以惯性发展情景为参照，适度降低农用地向建设用地的转化概率，提升建设用地向耕地、林地等转移的可能性。
（3） 情景三：规划约束情景。2019年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于在国土空间规划中统筹划定落实三条控制线的指导意见》中指出“要合理划定生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条控制线，落实最严格的生态环境保护制度、耕地保护制度和节约用地制度”。2024年1月，国务院批复通过的《甘肃省国土空间规划（2021—2035年）》指出“到2035年，甘肃省耕地保有量不低于51353 km2，划定生态保护红线不低于12.5×104 km2，城镇开发边界范围控制在2020年现状城镇建设用地总规模的1.3倍以内”。基于此，此情景应结合前期土地利用转型特点，对成本矩阵和领域因子进行修正，即一方面要控制建设用地的扩张态势，以降低耕地向建设用地、林地的转移概率；另一方面要增加建设用地和未利用地向耕地的转移概率，以抑制各类用地向建设用地转化倾向。
（4） 情景四：生态修复情景。甘肃省是重要的水源涵养区，在维护国家生态安全格局中占据关键地位。依据《甘肃省国土空间规划（2021—2035年）》《甘肃省国土空间生态修复规划（2021—2035年）》中关于“加快实施重要生态系统保护和修复重大工程，推进山水林田湖草沙一体化保护修复，提升生态系统多样性、稳定性、持续性”的要求，甘肃省共划定生态保护红线12.62×104 km2，以确保重要的生态功能区、生态安全屏障区、生态敏感脆弱区等得到有效保护，并于规划期内加速修复因气候变化、城镇扩张等因素导致的生态系统受损问题。故此情景下，以保障自然保护区、水域的稳定为前提，增加耕地向林地、草地转移的概率，降低向建设用地转移的概率；降低林地向耕地、草地、建设用地转移的概率；降低草地向建设用地转移的概率。

3.2 模拟精度验证

基于2005年土地利用数据对甘肃省2020年土地利用分布态势进行模拟分析，经验证，模拟结果的精度和可靠性均满足要求。采用FLUS模型对甘肃省2020年土地利用变化进行模拟，得到Kappa系数为0.897，整体精度达0.928，参考已有研究[31⇓⇓-34]，该结果证明了所选驱动因子对甘肃省土地利用转型的解释能力较强，可以支撑对甘肃省未来土地利用转型的多情景模拟。由图3可知，2020年甘肃省土地利用模拟结果与实际土地利用结果基本一致，差异主要体现在兰州市北部，该差异主要是由于2012年8月兰州新区的设置对土地利用格局产生了显著影响，致使模拟结果与实际情况在该区域出现偏离。
图3 2020年土地利用实际情况与模拟结果对比

Fig. 3 Comparison of actual land use and simulation results in 2020

3.3 模拟结果分析

未来土地利用类型的模拟需要考虑不同的驱动因子，从而控制模型预测中研究区域未来的土地利用趋势和扩展方向。基于Markov chain预测的土地需求量，结合已有研究和甘肃省相关政策规划选取一定数量的驱动因子，随后根据甘肃省实际情况和未来发展规划，设置惯性发展、城乡融合、规划约束以及生态修复等四种情景，模拟甘肃省2035年土地利用面积变化和空间格局演化（图4）。
图4 甘肃省2035年土地利用多情景模拟结果

Fig. 4 Multiscenario simulation results of land use in Gansu Province in 2035

（1） 惯性发展情景：主要通过延续过去20 a土地利用类型转换特点，不限制用地之间相互转移，从而对甘肃省2035年土地利用布局情况进行预测。由图4可知，从总体数量上看，该情境下建设用地面积、草地面积急剧增加，相较于2020年，分别增加了1072.85 km2、854.21 km2；水域和未利用地面积也有所增加，林地面积减少，但基本保持稳定；耕地面积大幅度减少，减少了1568.99 km2，主要转化为建设用地和未利用地。在该情景下，建设用地的扩张是以侵占耕地、未利用地等为代价的。从空间分布上看，建设用地转入主要集中在河西走廊城镇带（嘉峪关、张掖、金昌市中部、武威市北部地区）以及兰州-白银都市圈，建设用地新增面积主要由城市近郊区的耕地和未利用地转换而来。依据《甘肃省国土空间规划（2021—2035年）》《甘肃省新型城镇化规划（2021—2035年）》等相关规划，甘肃省将建成以兰州市为核心的“一带一廊多通道、一主三副多节点”的城镇空间格局，其中位于河西走廊生态经济带的酒泉、嘉峪关、张掖、金昌、武威等城市将推进城镇组团发展，加快新能源制造、农产品加工以及特色文化旅游等产业的发展，并着力培育兰州-白银都市圈，积极推进国家自主创新示范区试点建设。这说明该情景下的土地利用模拟结果符合甘肃省未来城镇规划建设目标。然而，该情景下的耕地面积与林地面积均有所减少，与甘肃省切实保障粮食安全、建立健全自然保护地体系和加快国土空间生态修复等要求不符合，故应探索更合理的情景以模拟符合规划的土地利用格局。
（2） 城乡融合情景：该情景下的耕地面积变化量较惯性发展情景明显减少，林地、未利用地面积也呈减少态势，但基本保持稳定，草地、水域面积有所增加。通过限制建设用地的转入，该情境下的建设用地虽仍有扩张趋势，但相较于惯性发展情景，建设用地面积增加量明显减少，仅为148.49 km2。从空间分布来看，建设用地的扩张集中在兰州新区和陇东陇南地区，主要由城市周边的草地转化而来。
（3） 规划约束情景：该情景下的耕地、林地、未利用地面积均有所减少，但基本保持稳定；草地面积增加相较于2020年增加了578.63 km2。在该情景下，耕地面积变化量相对较小，是由于在耕地保护政策扶持下，耕地转为建设用地的成本增加，故该情景下的建设用地主要由草地、未利用地等转化而来。从空间分布上看，耕地面积的减少主要集中在沿黄农业产业带（兰州、白银）和河西绿洲戈壁农业发展带（张掖、武威、酒泉）以及庆阳市；建设用地面积有所增加，但相较于惯性发展情景，变化量明显降低，主要分布在“兰州-白银”都市圈和“金昌-武威”城镇圈。
（4） 生态修复情景：该情景是以自然保护区和水域为限制转化区的前提下，降低林地、草地等转化为其他用地的概率，从而对2035年甘肃省土地利用变化情况进行模拟。从总体数量上看，该情景下生态用地面积相较于2020年有所增加，尤以草地面积增加显著，2035年草地面积为144805.10 km2，增加了1141.05 km2；建设用地面积也有所增加，但与惯性发展情景相比，增加幅度较小，在合理扩张范围内。从空间分布上看，草地面积增长幅度最大，主要分布在陇中陇东黄土高原（定西市、平凉市、庆阳市、天水市、临夏市等地）、甘南高原（甘南州舟曲县、迭部县），这一预测结果与《甘肃省国土空间生态修复规划（2021—2035年》中“筑牢西部生态安全屏障、维护生态安全格局”的目标相一致。

4 讨论

本研究系统分析了甘肃省2000—2020年土地利用转型特征，并对未来甘肃省的土地利用转型趋势进行多情景模拟。研究期内，建设用地规模扩张较为明显，且主要来源于耕地、林地和草地，这与苏泽琛等[35]在干旱区土地利用变化方面的研究结果相符。本文采用FLUS模型模拟未来不同情景下甘肃省的用地需求，整体精度和Kappa系数较高，表明该模型对甘肃省土地利用模拟适用性较好，印证了已有研究成果[33]。从多情景模拟结果来看，就城乡融合这一情景而言，有效减少了耕地流失，契合了严格耕地保护的要求；同时，建设用地呈现向兰州新区及陇东陇南地区扩张的态势。从区域发展空间格局来看，甘肃省兰州新区致力于打造国家关键产业基地、向西开放的核心区域以及承接产业转移的示范区域；而以天水为核心的陇东南地区，则聚焦于推动该区域协同发展。就规划约束情景而言，耕地变动幅度较小，建设用地多由草地、未利用地转化而来，此态势与甘肃省耕地保护及合理开发未利用地的规划导向较为契合。在生态修复情景中，陇中陇东黄土高原、甘南高原等地草地面积显著增多，与《甘肃省国土空间生态修复规划（2021—2035年》中筑牢生态安全屏障目标保持一致，同时建设用地合理扩张，兼顾了生态与发展双重目标，符合甘肃省生态保护与经济发展的实际需求。
基于本文研究结果，结合甘肃省土地利用现状，提出以下对策建议：首先，落实最严格的耕地保护制度，特别是在沿黄农业产业带和河西绿洲戈壁农业发展带等重要农业区域，防止耕地遭受不合理侵占，确保耕地面积稳定，筑牢粮食安全根基。其次，加强对建设用地扩张的源头管控，严格审批程序，坚持“减量增长”理念，依据《甘肃省国土空间规划（2021—2035年）》，引导建设用地向兰州新区、陇东陇南等重点发展区域有序扩张，切实提高土地节约集约利用水平，杜绝建设用地盲目扩张。最后，加大省域国土空间生态修复力度，对陇中陇东黄土高原、甘南高原等生态关键区域，严格限制建设活动对生态环境的破坏，同时建立健全生态补偿机制，对因生态保护而限制发展的地区给予合理的经济补偿。
尽管本文对甘肃省土地利用转型的时空格局演化进行了分析，并对多情景下的土地利用转型情况进行模拟，但本研究仍存在一些局限，选择的驱动因子虽涵盖了社会经济、自然环境、交通可达性等因素，却忽视了上述因素的动态变化。因此，未来研究应充分考虑诸如产业转移、城镇化水平、人口外流等关键驱动因子的动态变化过程，从而提出更加科学合理的国土空间治理路径。

5 结论

本文基于甘肃省2000—2020年间5期土地利用数据，分析了甘肃省土地利用转型的时空格局特征，并借助FLUS模型对甘肃省2035年的土地利用转型格局进行模拟，得到以下主要结论：
（1） 2000—2020年间，甘肃省土地利用类型以未利用地、草地、耕地为主，未利用地占比最高。不同区域土地利用类型分布存在差异，耕地主要分布在河西走廊和陇东陇中黄土高原，林地主要分布在甘南高原和陇南山区，未利用地主要分布在河西走廊和甘南高原，建设用地集中在陇东陇中黄土高原。
（2） 耕地和未利用地各阶段土地利用动态度均为负值，建设用地规模扩张最明显，且扩张速度越来越快。就综合土地利用动态度而言，甘肃省综合土地利用动态度呈现先上升后下降再上升的趋势。
（3） 2000—2020年间，由于西部大开发战略的持续推进、退耕还林还草工程实施及城镇化进程加快推进，甘肃省土地利用转型主要表现在耕地向草地、林地和建设用地的转移，以及建设用地向耕地、草地的转移，且耕地转移主要集中在陇东陇中黄土高原及陇南山区，建设用地转移集中于河西走廊和兰州市。
（4） 模拟结果显示，不同情景下耕地面积始终呈减少趋势，建设用地面积则全部呈现扩张态势。其中城乡融合及规划约束情景下变化量相对较小。生态修复情景下林地、草地面积增加量均达到最大值。在城乡融合和规划约束情景下，土地利用数量和空间分布较为合理，兼顾了耕地保护和生态环境修复，符合甘肃省未来发展要求，为甘肃省未来国土空间治理提供了有益参考。

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