山东省位于中国东部、北临渤海、东临黄海，位于北纬34˚22.9'~38˚24.0'，东经114˚47.5'~122˚42.3'，总面积约15.72万km²。占全国总面积的1.6%。地势较低，中部山地凸起，东部丘陵，北部及西部为平原地区。50.6%的面积海拔高度为0~50米。海拔100 m以上的区域占总面积的32.0%。气候类型属温带季风气候，年均温在11℃~14℃之间，年均降水在550~950 mm之间，光照资源充足，年均日照时数为2300~2890小时。山东省共有17个地级市和31个县级市，总人口数为9213万人，人均土地资源2.55亩，不足全国均值的1/5，为土地稀缺、人口稠密地区。山东省经济位于全国前列，省内西部内陆地区经济发展水平低于东部沿海地区。

1985~2015年山东省土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)。该数据主要以Landsat TM/ETM和GF-2等遥感卫星数据为基础，通过人机交互解译，完成1985至2015年每隔5年的7期中国土地利用数据库。该数据集已经过统一的质量控制和核对检查，采用混淆矩阵方法对数据精度进行评价的结果表明，土地利用一级分类综合评价精度93%以上 [ 16 ]。本研究中利用山东省矢量边界将山东省7期的土地利用数据分别进行提取，基于土地利用类型的一级分类进行分析，即将土地利用类型分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用地。

使用ArcGIS的Reclassify工具对土地利用数据进行重分类，将土地利用二级分类合并为一级分类。对山东省每个时期的耕地和建设用地的面积进行统计，分析两种土地利用类型总面积随时间的变化。将2000年至2005年、2005年至2010年、2010年至2015年每隔5年的土地利用数据进行两两叠加运算，生成各时期相应的土地利用转移矩阵，基于土地利用转移矩阵分析不同时期各土地利用类型在数量上相互转换的情况，重点关注耕地和建设用地之间的转移。

生成山东省各时期土地利用空间分布图，对比分析耕地和建设用地在空间上的变化。利用ArcGIS栅格计算器对前后两个时期的土地利用数据进行叠加运算，进而从空间上获得耕地向其它用地转出的分布状况，以及山东省其他用地向耕地转化的空间分布状况。

基于山东省土地利用数据，分析耕地和建设用地总面积的变化(图1)。可见山东省建设用地呈逐年增长趋势，1985~2015年均增长率为195平方公里/年。耕地总趋势为下降趋势，但是在1995年至2000年间呈增加趋势，这可能跟1994年国家提出的耕地占补平衡政策有关。耕地占补平衡指的是建设用地占用耕地与土地整理复垦补充耕地两者之间的平衡，即“占多少，垦多少” [ 17 ]。但由于经济的快速发展增加了建设用地面积需求，使得2000至2015年耕地总面积继续减少。1985~2015年耕地年均减少率为115平方公里/年。

图1. 山东省1985~2015年耕地和建设用地总量变化

每隔5年计算了不同土地利用类型之间的转移矩阵。根据2000至2005年土地利用转移矩阵可知，这期间转出的1571 km²耕地中，78.36%转为建设用地，19.86%转出为水体，0.95%转为林地，0.83%转为未利用地，没有发生向草地的转换。而补充的耕地面积为749 km²，增加的耕地中有65.15%来自于草地，25.5%来自于未利用地，6.68%转自水体，2.14%来自建设用地，0.53%来自林地(表1)。

表1. 2000~2005年山东省土地利用转移矩阵(单位：km²)

2005~2010年山东省土地利用比较稳定。根据2005~2010年土地利用转移矩阵可知，该时段转出耕地的面积为1010 km²，其中87.52%转为建设用地，10.79%转出为水体，0.99%转为林地，0.69%转为未利用地，没有发生向草地的转换。该时段其他类型用地向耕地转化为39 km²，其中5 km²来自于草地，16 km²来自于水体，5 km²来自于建设用地，513 km²来自于草地(表2)。

表2. 2005~2010年山东省土地利用转移矩阵(单位：km²)

2010~2015年山东省各土地利用类型转移情况如表3所示。该时段转出耕地的面积为857 km²，其中86.11%转为建设用地，8.87%转出为水体，1.75%转为林地，1.17%转为未利用地，没有发生向草地的转换。该时段其他类型用地向耕地转化为139 km²，其中69.78%来自于建设用地，22.30%来自于水体，4.32%来自于建设用地，2.16%来自于草地，1.44%来自于林地。

表3. 2010~2015年山东省土地利用转移矩阵(单位：km²)

山东省各时期土地利用空间分布如图2所示。各时期耕地是山东省主要的土地类型。30年间建设用地扩张现象明显，主要分布在山东省东南部，以及中西部地区，新增建设用地一般是在原有建设用地的基础上向外扩张。耕地在中部和北部地区可见减少。

将不同时期(1985年和2015年、2000年和2005年、2005年和2010年、2010年和2015年)的土地利用数据进行空间叠加分析，得到对应各时段耕地向其它类型用地转移的空间分布(图3)，同时基于空间叠加分析得到对应各时段其它类型用地向耕地转移的空间分布(图4)。可见在各时段耕地向建设用地的转移占比例最大，在全省范围内建设用地向耕地的转移发生较为广泛，在各时段耕地向其它用地的转移较少，呈零星分布(图3)。

1985至2015年间，其它用地类型向耕地的转移中，草地和水体向耕地转移的面积最大，草地向耕地的转移主要分布在山东省背部，水体向耕地的转移主要分布在山东省北部和其他地区(图4(a))。2000至2005年，在草地向耕地转移面积所占比例最高，主要分布在山东省北部地区东营市(图4(b))。2005至2010年，其它类型用地向耕地转移面积均较少，其中水体向耕地转移面积相对较大，且分布不集中，呈离散分布(图4(c))。2010至2015年，其它类型用地向耕地转移面积均较少，其中建设用地向耕地转移面积相对较大，在全省范围内呈零星分布(图4(d))。

图2. 山东省1985~2015年土地利用空间分布

图3. 山东省不同时期耕地向其它类型用地转移的空间分布；(a) 1985~2015；(b) 2000~2005；(c) 2005~2010；(d) 2010~2015

图4. 山东省不同时期其它类型用地向耕地向转移的空间分布；(a) 1985~2015；(b) 2000~2005；(c) 2005~2010；(d) 2010~2015

基于山东省土地利用遥感监测数据，本文归纳了1985~2015年山东省建设用地扩张及耕地减少的时空格局特征，研究结果表明1985~2015年山东省建设用地呈持续增长趋势，耕地面积除了在1995至2000年增加以外，其余时间均呈下降趋势。进一步对不同土地利用类型之间的相互转化进行了分析，表明2000至2005年、2005至2010年、2010至2015年间，减少的耕地均主要转为建设用地，其比例分别为78.36%、87.52%、86.11%。可见建设用地扩张是导致耕地减少的主要原因。其他用地类型向耕地的转移情况在每个时段不一致，主要发生在未利用地、草地或水体向耕地的转移。遥感数据不同的分辨率会对研究结果产生一定的影响，由于混合像元现象的存在，使用高分辨率的土地利用数据可以提高结果精度。

由于目前耕地面积仍处于下降趋势，因此山东省应进一步加强耕地保护，并加强对耕地后备资源的开发利用，通过对耕地后备资源进行宜耕性评价 [ 18 ]，因地制宜采用不同的开发利用方式，一方面应注重耕地的占补平衡，另一方面应提高对现有耕地的利用效率，加强对生态安全的重视。

本研究采用土地利用分类方式采用的是一级分类，其中耕地包含水田和旱地；建设用地包含城镇用地、农村居民点用地、其他建设用地如交通道路、机场、厂矿、大型工业区、采石场等；未利用地包含沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地等。为了更详细的了解耕地向建设用地的转移和具体转为耕地的用地类型，今后的研究中可采用二级分类进行分析，或者根据研究需求将二级分类进行选择性的重分类。

本研究只仅对山东省耕地和建设用地的数量变化进行了分析，由于占补平衡不仅关注耕地数量的变化，2017年，中共中央国务院印发了《关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》，要求同时加强耕地数量、质量、生态三方面的保护兼顾，以保障我国粮食安全和生态安全 [ 19 ]。因此，今后将基于系统论思维对土地利用变化尤其是耕地和城乡建设用地的转化对粮食产量、生态环境质量的影响进行研究。