4.3.1.1土地利用變化範圍
土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、空間變化和質量變化。面積變化反映在不同類型的總變化中。通過分析土地利用類型的總體變化，可以了解土地利用變化的概況和土地利用結構的變化。
表4.2 1996-2005年河南省土地利用結構變化
數據來源:1996，2005年河南省土地利用現狀數據手冊。
表4.2顯示了河南省土地利用變化的程度。從1996到2005年，農用地和建設用地均呈增加趨勢，增加面積分別為53081.37hm2和62841.39hm2。未利用地呈減少趨勢，減少面積為115922.76hm2。
在農業用地中，除耕地面積和草地面積外，其余都在增加。其中，耕地面積減少185035.05hm2，草地減少56.21hm 2；園地增加9751.48hm2，林地增加1.850.65 hm2，其他農用地增加4738+0 hm2。
在建設用地中，除農村居民點和鹽田外，其他都在增加。其中農村居民點用地減少最多，減少面積52453.37hm2，減少面積59.38hm2，交通用地、城鎮用地和獨立工礦區增加較多，增加面積分別為32132.89hm2、27219.05hm2和26380.56hm2。
總體而言，林地和耕地是河南省土地利用變化的主要方面，其次是交通用地和城市用地，草地和鹽田變化最小。
4.3.1.2土地利用變化速度
土地資源的數量變化可以用土地利用動態來表示。土地利用動態可以定量描述區域土地利用變化的速度，對預測未來土地利用變化趨勢具有重要作用。
單壹土地利用類型的動態態度表達了研究區某壹土地利用類型在壹定時間範圍內的數量變化，其表達式為:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
其中:k為研究期內某壹土地利用類型的動態態度；Ua和Ub分別是研究開始和結束時某壹土地利用類型的數量；t是研究周期的長度。當時間段T設置為年時，K值為研究區某壹土地利用類型的年變化率。
根據上述公式，河南省單壹土地利用類型的動態度見表4.3。
表4.3 1996-2005年河南省土地利用年度變化
表4.3顯示了河南省土地利用類型的數量變化。總體情況是1996-2005年間農用地年均增加0.05%，但經歷了兩個階段。第壹階段，從1996到2000年，年均遞減0.06%，呈遞減趨勢；第二階段，2000-2005年年均增長0.13%，呈增長趨勢。
從1996到2005年，建設用地年均增長0.33%，但從1996到2000年快速增長，年均增長0.43%，而從2000年到2005年有所下降，年均增長僅為0.25%。
未利用地的變化與建設用地的變化正好相反，從1996到2005年年均遞減率為0.58%，從1996到2000年遞減率較慢，年均遞減率僅為0.10%，但隨後幾年遞減率急劇上升，年均遞減率為0.97。
(1)耕地變化:從1996年到2005年，河南省耕地面積呈持續減少趨勢，從185035.05hm2到10年，年均減少0.25%。在此期間，耕地面積由慢變快。第壹階段為1996 ~ 2000年，耕地面積呈穩中有降趨勢，幅度小而緩。五年內，* * *減少29083.56hm2，年均減少0.09%；第二階段，2000-2005年，耕地面積比上壹階段減少速度加快，* * *減少155951.49hm2，年均減少0.39%。耕地面積減少主要是由於隨著人口的增加，城市規模不斷擴大，大量耕地被非農業用地占用，耕地面積急劇減少。農業結構調整、生態退耕、災後退耕也是耕地面積減少的原因。近年來，國家加強了土地管理工作，把保護耕地和嚴格控制非農建設用地作為工作重點，切實保護了耕地。然而，由於經濟發展和人口快速增加，耕地面積仍在減少。
(2)園地變化:從1996到2005年，河南省園地面積呈增加趨勢，10期間增加了9751.48hm2，年均增長0.35%。在此期間，園地面積的變化與耕地面積的變化成反比，由快速減少轉為快速增加。第壹階段為1996 ~ 2000，園地面積增加不多。五年間，* * *增加了1984.8hm2，年均增長0.16%。第二階段是2000年至2005年。在這壹階段，園區面積呈快速增長趨勢，面積為7766.69hm2，年均增長0.5%，遠高於第壹階段的年均水平。園地增加主要與農村經濟發展、農業內部結構調整和較強的市場導向有關。因為物價上漲，糧食生產效益下降，農民為了增加收入，自發調整作物種植結構，大力發展果樹、蔬菜等各種經濟作物，導致園地面積急劇增加。
(3)林地變化:從1996到2005和10年，* *增加了187550.65hm2，年變化率為0.74%。在1996 ~ 2000年期間，林地面積基本保持不變，僅減少了107.29hm2，但2000 ~ 2005年增長速度加快，年均增長1.33%，增加的面積達到187657.94hm2尤其是2001之後，壹是由於國家退耕還林生態政策的實施，各地退耕還林的力度大大超出了當初的規劃預期；二是河南省有很多國家生態退耕試點縣，如三門峽市下轄的6個縣，洛陽市新安縣，濟源市等。三是以荒山荒地為主的土地開發活動，進壹步擴大了森林面積，因此森林面積開始大幅度增加。
(4)草地變化:草地在1996 ~ 2005年變化不大，僅在100年減少***56.21hm2，但在1996 ~ 2000年和2000 ~ 2005年兩個階段變化較大。在1996 ~ 2000年期間，面積增加了226.53hm2，年均增長率為0.39%，但在2000 ~ 2005年期間，面積年均下降了0.39%，面積減少了282.75hm2，總的來說，1996 ~ 2000年的增加量與2000 ~ 2005年的減少量相差不大，因此草地變化不大
(5)城鎮用地、城鎮用地和居住用地的變化:從1996到2005年10，城鎮用地和城鎮用地分別以年均4.26%和3.24%的速度增加，農村居住用地以年均0.40%的速度減少。1996 ~ 2000年與2000 ~ 2005年城市土地利用變化速度基本壹致，分別為3.75%和4.06%。從2000年到2005年，城鎮用地變化速度基本上是2006年的65438±0.5倍，分別為3.68%和2.28%。從1996到2000年，農村居民點用地年均變化率僅為0.06%，但從2000年到2005年，變化速度加快，年均變化率達到0.68%，增長了近11倍。這主要是由於河南省城市化戰略的實施，特別是中原城市群的崛起，使得城市用地迅速增加。農村居民點用地面積減少，說明這兩年“三整治”(空心村、磚窯、工礦廢棄地)初見成效。
(6)獨立工礦用地變化:總體來看，2005年河南省獨立工礦用地由1.996增加了* * * 26,380.56 hm2，年均變化率為1.46%，2000-2005年變化率高於1.996 ~。這主要是因為2000年以後，河南經濟進入快速發展階段，能源、礦產開發等工礦用地快速增加。此外，由於統計標準不統壹，壹些工業園區等本應列為城鎮用地面積的土地，在土地利用現狀變更調查中仍被統計為獨立工礦用地，使得獨立工礦用地數量明顯增加。
(7)交通用地變化:從1996到2005年，交通用地面積從85036.53hm2變化到117169.43hm2，年均變化率為4.20%。從1996到2000年，面積增加了9313.35hm2，年均變化率為2.74%。2000-2005年變化速度明顯加快，年均變化率為4.84%，* * *增加了22819.54hm2，這主要是因為河南省是全國重要的交通樞紐，經濟處於快速發展時期。加大基礎設施投入，著力建設基礎設施，改善交通條件，大力建設鐵路、公路、農村路網等交通設施，特別是公路建設，經歷了前所未有的發展時期。因此，交通用地的增長趨勢非常明顯。
(8)水利設施用地變化:水利設施面積由2005年的181558.8171.4 hm2增加到2005年的171 hm2。從1996到2000年增加了5371.39hm2，年均變化率為0.79%。從2000年到2005年，面積增加了6016.03hm2，年均變化率為0.69%。可以看出，這壹時期水域面積呈穩步增加趨勢。
4.3.2土地利用結構的時空演變分析
4.3.2.1土地利用結構時間變化
河南省65438-0996和2005年土地利用詳查數據分析見圖4.1。從圖中可以看出10年間河南省土地利用結構的變化。總體來看，耕地、農村居民點用地和未利用地比例下降，其中耕地變化較大，從48.99%下降到47.88%，下降幅度為1.11%；未利用地次之，從13.46%下降到12.75%，下降幅度為0.71%。農村居民點用地變化不大，從8.80%下降到8.48%，降幅為0.32%。除草地和鹽田外，其他土地類型所占比例均有所增加，其中林地變化較大，從17.11%增加到18.24%，增幅為1.13%。交通用地由0.51%增加到0.71%，增加了0.20%；城鎮用地和獨立工礦用地均增加0.16%；園地、城鎮用地和水利設施用地均增加約0.10%。
4.3.2.2土地利用結構的空間變化
(1)耕地空間變化:從1996到2005年，河南省耕地面積呈減少趨勢。濟源、三門峽、平頂山變化較大，變化幅度分別為5.40%、3.27%、3.15%。周口、漯河、開封變化較小，變化幅度分別為0.065438±0%、0.27%、0.42%(圖4.2)。
(2)園林空間變化:從1996到2005年，河南省園林面積總體呈增加趨勢。其中焦作、濮陽、三門峽變化較大，變化幅度分別為1.31%、0.64%、0.53%。商丘、漯河、駐馬店、濟源、南陽變化較小，變化幅度分別為0.03%、0.04%、0.04%、0.04%、0.05%(圖4.3)。
(3)林地空間變化:從1996到2005年，河南省林地面積呈現先減少後增加的趨勢。其中三門峽、焦作變化較大，均為5.10%；鄭州和漯河的變化相對較小，分別為0.01%和0.05%(圖4.4)。
圖4.1 2005年河南省土地利用類型變化趨勢
圖4.2河南省1996-2005年耕地變化趨勢
圖4.3 1996-2005年河南省園林變化趨勢
圖4.4 1996-2005年河南省林地變化趨勢
(4)草地空間變化:從1996到2005年，河南省草地面積呈先增加後減少的趨勢。其中，鄭州和三門峽變化最大，分別為0.11%和0.1%；焦作、信陽、濟源變化相對較小，變化幅度約為0.01%，其余基本保持不變(圖4.5)。
圖4.51996-2005年河南省草地變化趨勢。
(5)城市用地空間變化:從1996到2005年，河南省城市用地面積呈快速增長趨勢。其中，鄭州和濟源變化最大，分別為2.83%和1.48%；安陽、三門峽、南陽變化較小，變化幅度分別為0.05%、0.05%、0.08%(圖4.6)。
(6)農村居民點用地空間變化:從1996到2005年，河南省農村居民點用地面積呈減少趨勢。漯河、平頂山、鶴壁、濟源變化較大，變化幅度高達1.84%、1.26%、1.65%、438+07%、1.05%。周口、安陽、洛陽變化較小，分別為0.03%、0.08%、0.09%。濮陽基本保持不變(圖4.7)。
圖4.6 1996-2005年河南省城市土地利用趨勢
圖4.7 2005年河南省農村居民點用地變化趨勢
(7)獨立工礦用地空間變化:1996 ~ 2005年，河南省獨立工礦用地面積呈增加趨勢。其中，變化最大的是鄭州，變化幅度為1.29%；南陽、開封、三門峽變化較小，變化幅度分別為0.065438±0%、0.05%、0.06%(圖4.8)。
(8)交通用地空間變化:從1996到2005年，河南省交通用地面積呈快速增長趨勢。其中焦作和鄭州變化較大，變化幅度為0.63%和0.48%；變化最小的是鶴壁市，變化幅度僅為0.01%(圖4.9)。
(9)水利設施用地空間變化:從1996到2005年，河南省水利設施用地面積呈增加趨勢。變化最大的是濟源市，變化率高達2.23%。其次是洛陽市，變化率為0.42%；開封和南陽變化較小，變化幅度僅為0.01%(圖4.10)。
圖4.8 2005年河南省獨立工礦用地變化趨勢1996
圖4.9 1996-2005年河南省交通用地變化趨勢
(10)未利用地空間變化:從1996到2005年，河南省未利用地面積呈快速減少趨勢。其中，焦作市變化最大，變化率為4.26%；其次是三門峽市，變化率為2.52%；開封、周口、濮陽、駐馬店變化幅度較小，變化幅度分別為0.19%、0.19%、0.14%、0.13%(圖4.11)。
4.3.3土地利用程度的變化
土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，既反映了土地利用中土地本身的自然屬性，也反映了人文因素和自然環境因素的綜合作用。根據劉繼元等(1992)提出的土地利用程度綜合分析方法，根據土地自然復合體在社會因素影響下的自然平衡狀態，將土地利用程度劃分為若幹等級，並給出分級指數，從而給出土地利用程度綜合指數的定量表達式和土地利用程度變化模型。
圖4.10 2005年河南省水利設施用地變化趨勢
圖4.11河南省1996-2005年未利用地變化趨勢。
4.3.3.1土地利用程度綜合指數模型
研究區土地利用程度綜合指數可表示為:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
式中:Lj為研究區域土地利用程度的綜合指數；Ai為研究區I級土地利用分類指數；Ci為研究區I級土地利用分類的面積百分比；n是土地利用程度的分類數。
4.3.3.2土地利用程度變化模型
特定範圍內土地利用程度的變化是各種土地利用類型變化的結果，土地利用程度及其變化量和變化率可以定量地揭示該範圍內土地利用的綜合水平和趨勢。土地利用程度的變化量和變化率可以表示為:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
其中:Lb和La分別為B時和A時的區域土地利用程度綜合指數；δl B-A是A到B期間土地利用程度的變化；Ai為I級土地利用分類指數；Cib和Cia分別是某壹區域在B時刻和A時刻I級土地利用程度的面積百分比；Rj是土地利用程度的變化率。
例如δ lb-a > 0，或者Rj > 0。0，該區域土地利用處於發展期，否則處於調整期或下降期。
根據劉繼元等(1992)提出的土地利用程度綜合分析法，根據土地自然復合體在社會因素影響下的自然平衡狀態，將土地利用程度劃分為若幹等級，並給出分級指數(表4.4)，從而計算出土地利用程度綜合指數。
表4.4土地利用類型和分類
基於1996和2005年數據，按公式(4.3)和(4.4)計算河南省土地利用綜合指數、土地利用程度變化率和變化量(表4.5)。
從表4.5可以看出，河南省土地利用程度綜合指數(L)從0.996年的65，438+263.96上升到2005年的264.40，土地利用程度變化量(δ L)為0.44，土地利用程度變化率(R)為0.65，438+07，表明河南省土地利用總體處於發展時期。由於受影響因素不同，各地土地利用程度不同，有的處於發展期，有的處於調整期或衰退期。從土地利用綜合指數來看，1996的漯河市、商丘市、周口市綜合指數較高，均大於300。漯河市綜合指數最高，達到309.34，超過河南省40多分。2005年總體綜合指數呈上升趨勢，但漯河市、商丘市、周口市、許昌市仍較高，位居前列。從土地利用變化來看，1996 ~ 2005年期間，平頂山、濟源、南陽、駐馬店、漯河、信陽、鶴壁、洛陽、三門峽的變化小於零，說明這些城市的土地利用處於調整期，其余9個城市的土地利用處於發展期，發展趨勢良好。從土地利用程度變化率來看，鄭州最高，為3.35，處於快速發展期；焦作次之，1.92，處於壹般發展期；新鄉、許昌、周口、商丘、安陽、濮陽、開封分別為0.57、0.40、0.35、0.17、0.12、0.10、0.01，均處於緩慢發展期。
壹般來說，人類活動對土地利用程度影響很大。對於發展中的城市，如鄭州，由於人類活動增加，耕地和未利用地減少，城市居住用地和交通用地增加，土地利用程度有所提高。對於調整期的城市，如平頂山市，由於耕地大幅減少，未利用地大幅增加，土地利用程度降低。
表4.5河南省土地利用程度變化率和數量
4.3.4土地利用變化的區域差異
土地利用變化存在顯著的區域差異，可以通過各區域某壹土地利用類型的相對變化率和各區域不同的土地利用動態態度來體現。土地利用動態態度主要描述土地利用的變化速度，研究結束時的變化速度比研究開始時更加突出，這是時間上的區域差異；土地利用相對變化率主要描述某壹區域土地利用類型的變化和整個區域的比較。與土地利用動態態度相比，選取的參照物不同，空間上的區域差異突出。本研究采用兩種方法分析土地利用變化的區域差異，可以從兩個角度進行分析，為揭示河南省土地利用變化規律提供科學依據。土地利用動態態度已經詳細說明，下面只分析土地利用相對變化率的計算。研究區域內特定土地利用類型的相對變化率(r)可表示為:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
其中:Ka和Kb為某壹區域特定土地利用類型研究開始和結束時的面積；Ca和Cb分別代表研究開始和結束時特定土地利用類型在整個研究區的面積。
如果某壹區域某壹土地利用類型的相對變化率r大於1，說明該區域該土地利用類型的變化大於整個區域。相對變化率是反映土地利用變化區域差異的好方法。河南省土地利用相對變化率見表4.6。
表4.6河南省土地利用相對變化率
4.3.4.1耕地相對變化率的區域差異
耕地相對變化率以許昌市最大，達到1.24；其次是開封、安陽、漯河、周口、駐馬店，R值為1
4.3.4.2園林相對變化率的地域差異
園林變化較大，濮陽相對變化率最大，達到1.79，其次是新鄉(R =1.48)和洛陽(R = 1.16)。焦作市園地的相對變化率最小，r值為0.63。
4.3.4.3林地相對變化率的區域差異
林地相對變化率焦作市最大，達到1.60，其次是許昌市(R = 1.24)；周口市林地的相對變化率最小，r值為0.89。
4.3.4.4城市土地利用相對變化率的區域差異
濟源市的相對變化率最大，達到4.23，其次是鄭州市(R = 1.89)和信陽市(R = 1.05)。平頂山市城市土地相對變化率最小，r值為0.75。
4.3.4.5農村居民點相對變化率的區域差異
相對變化率以許昌最大，達到1.31，其次是安陽(R = 1.05)和焦作(R = 1.05)。平頂山市農村居民點用地相對變化率最小，R值為0.80。
4.3.4.6獨立工礦用地相對變化率的區域差異
鄭州的相對變化率最大，達到1.31，其次是許昌(R = 1.13)；獨立工礦用地相對變化率平頂山市最小，R值為0.85。
4.3.4.7交通用地相對變化率的區域差異
相對變化率最大的是焦作市，達到1.32，其次是許昌市(R = 1.28)；交通用地相對變化率鶴壁市和平頂山市最小，R值分別為0.74和0.79。
4.3.4.8水利設施用地相對變化率的區域差異
濟源市相對變化率最大，達到13.56，其次是洛陽市(R = 1.62)和許昌市(R = 1.14)。周口市水利設施用地的相對變化率最小，r值為0.90。
4.3.4.9未利用土地相對變化率的區域差異
相對變化率以許昌市最大，達到1.22；焦作市未利用地相對變化率最小，r值為0.83。
4.3.5土地利用變化的空間格局
土地利用空間格局主要包括:①土地利用類型；②土地利用類型的空間布局；③土地利用數量結構，即土地利用圖上的斑塊分布。通過研究土地利用的空間格局，可以詳細掌握土地利用現狀，分析結果可以反映區域內土地資源的特點和優劣，診斷土地利用是否合理，從而為土地規劃設計、土地可持續開發利用、土地管理和調控提供科學依據。
本研究采用景觀生態學中的多樣性指數、優勢度指數和均勻度指數作為土地利用的空間格局指數，分析了河南省土地利用的空間格局。
(1)土地利用多樣性指數:可以用來描述土地利用類型的豐富程度和復雜程度，反映土地利用類型的數量和各種類型的比例。當土地利用類型的比例差異減小時，多樣性增加。公式是:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
(2)土地利用優勢度指數:用於表示壹類或多類土地利用結構占整個土地利用的程度。它的表述是:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
(3)土地利用均勻度指數:用於描述土地利用類型分布的均勻度，可用Romme相對均勻度計算。它的表述是:
河南省土地資源生態安全的理論、方法與實踐
上述類別中，H為土地利用多樣性指數；Pi為I類土地利用類型占總面積的百分比；d是土地利用優勢度指數；m為土地利用類型的類型；e是土地利用均勻度指數；h’是修正的辛普森指數；H'max是在給定豐富度t的條件下最大可能的壹致性。
空間格局指數反映了人類活動對土地利用的幹擾程度。隨著幹擾程度的增加，土地利用的多樣性和均勻度增加，優勢度降低。根據上述公式，計算出的河南省及各地(市)土地利用空間格局指數值見表4.7和圖4.12。
表4.7河南省土地利用空間格局指數值
多樣性指數反映了土地利用類型的豐富性和復雜性。通常在人口集中、人類活動強烈的地區，土地多為農業、工礦、城鄉居民開發，區域內土地利用類型和多樣性增加。河南省土地利用多樣性指數為2.30。從各市情況來看，鄭州最高，土地利用多樣性指數為2.58，平頂山、濟源、焦作、信陽、鶴壁、南陽等6市高於全省多樣性指數。其余均低於全省多樣性指數，最低的是周口市，土地利用多樣性指數僅為1.57。
圖4.12河南省土地利用空間格局指數
土地利用優勢度描述的是壹種或幾種土地利用結構對整個土地利用的支配程度。優勢度越高，人類對土地利用的幹擾越低。與多樣性指數相比，多樣性指數越高，優勢度指數越低；反之，多樣性指數低，優勢度指數高，即人類活動對土地利用的幹擾增加。從全省各市優勢度指數來看，周口市最高，土地利用優勢度指數為2.02，鄭州市、平頂山市、濟源市、焦作市等市最低，土地利用優勢度指數分別為1.00、1.12和1.65438+。
土地利用均勻性用於描述土地利用類型的分布均勻性。城市中，濟源、平頂山、鄭州、信陽、南陽、洛陽、焦作等7個城市高於河南省平均水平。最低的是周口市，土地利用均勻度僅為0.28。與多樣性指數趨勢壹致，但與優勢度指數成反比，即均勻度指數越高，多樣性指數越高，而優勢度指數越低，表明人類活動對該地區土地利用幹擾越大。