基于GIS的魯中地區(qū)土地利用動態(tài)變化研究

摘要：采用魯中地區(qū)１９９０年、１９９５年、２０００年和２００５年共４期衛(wèi)星遙感圖像，運用ＧＩＳ及ＥＲＤＡＳ軟件中監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法，定量分析了該區(qū)土地利用類型的動態(tài)變化。結(jié)果表明，１９９０～２００５年間，魯中地區(qū)林地、建筑用地和水域面積持續(xù)增加，而耕地、草地和未利用土地面積呈減少態(tài)勢；其單一土地利用動態(tài)度也呈現(xiàn)相應(yīng)變化，而綜合土地利用動態(tài)度呈先減后增趨勢；土地利用類型結(jié)構(gòu)基本沒有變化。綜合分析表明在自然驅(qū)動力與社會經(jīng)濟驅(qū)動力中，后者才是造成土地利用方式變化的主要因素。

關(guān)鍵詞：土地利用；土地利用動態(tài)度；多樣性指數(shù)；動態(tài)變化；驅(qū)動因子

中圖分類號：Ｆ３０１．２４；Ｆ３２３．２１１；Ｐ２０８ 文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）03－0493-03

Study on the Dynamic Change of Land Use Based on GIS in Luzhong Prefecture

ＬＡＮＧ Ｘｉｎ－ｚｈｕ１，ＧＡＯ Ｐｅｉ－ｌｉｎｇ１，２，ＬＩＵ Ｘｉａｎ－ｗｅｉ１，ＣＨＥＮ Ｆｅｉ１

（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｉｂｏ ２５５０４９， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒｙｌａｎｄ Ｆａｒｍｉｎｇ ｏｎ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＩＳ ａｎｄ ＥＲＤＡＳ， ｆｏｕｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ（１９９０， １９９５， ２０００ ａｎｄ ２００５） ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎ Ｌｕｚｈｏｎｇ ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｉｔｓ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｗａｓ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｄｕｒｉｎｇ １９９０－２００５， ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒｓ ｇｒｅｗ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ； ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ， ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｎｄ ｕｎｕｓｅｄ ｌａｎｄ ｗｅｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ. Tｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｄｅｘ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｈａｎｇｅ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｄｅｘ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｔ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｈａｄ ｎｏ ｃｈａｎｇｅ． Other than ｎａｔｕｒａｌ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ， ｓｏｃｉｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆｏｃｔｏｒ causing ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｆｏｒｍａｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｇｒｅｅ； ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ； ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅ； ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ

土地是人們賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，土地利用變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一，利用遙感技術(shù)對其進行研究已成為全球變化研究的前沿和熱點課題。國內(nèi)外關(guān)于土地利用動態(tài)變化及其驅(qū)動力研究主要是在全球和區(qū)域兩個層次上進行的。在全球尺度上多側(cè)重于對熱帶雨林、牧草地、農(nóng)業(yè)用地、城市用地等土地利用類型的變化原因分析以及人口、政策等因子驅(qū)動機制的研究；而區(qū)域尺度上主要是典型地區(qū)、熱點地區(qū)及環(huán)境脆弱區(qū)的研究［１］。

隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市化進程加速，土地利用狀況發(fā)生了前所未有的變化。城市迅速擴展，農(nóng)田大量流失，人地矛盾愈加尖銳，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，這些都制約了區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展［２］。山東省淄博市地處魯中地區(qū)，近年來土地利用方式發(fā)生了一定程度的變化，給當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了一定影響。本文利用４期衛(wèi)星遙感圖像，通過ＧＩＳ及ＥＲＤＡＳ軟件中監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合等方法對淄博市土地利用動態(tài)變化情況進行了定量分析，并計算了土地利用動態(tài)度等相關(guān)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了淄博市土地利用面積及比例動態(tài)變化、土地利用動態(tài)度及多樣性指數(shù)動態(tài)變化，并進行了驅(qū)動因子分析，以期為及時、全面地掌握該市土地利用的變化信息，實現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供一定的數(shù)據(jù)支持。

１研究區(qū)概況

淄博市位于山東省中部魯中山地與魯北平原的交接地帶，總面積５ ９３８ ｋｍ２。市域最大縱距１５１ ｋｍ，最大橫距８７ ｋｍ。現(xiàn)轄張店、淄川、博山、周村、臨淄等５區(qū)和桓臺、高青、沂源等３縣。五城區(qū)和桓臺縣城呈梅花狀分布，東西南北城區(qū)距中心城區(qū)分別為２０ ｋｍ左右，城鄉(xiāng)交錯，布局舒展，形成城市組群。

淄博地處暖溫帶，屬半濕潤、半干旱的大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫１３．９℃，年平均降水量６２８ ｍｍ。

２數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文對淄博市１９９０～２００５年的土地利用現(xiàn)狀遙感圖像進行解譯，以ＡｒｃＧＩＳ９．０地理信息系統(tǒng)和ＥＲＤＡＳ圖像處理軟件為平臺，根據(jù)淄博市土地利用方式的特點，將土地利用類型劃分成６類，分別為耕地、林地、草地、建筑用地、水域和未利用土地［３］。從４個時相的圖像上分別提取出各土地利用類型，并結(jié)合人-機交互方式，對錯分的地區(qū)進行修改，獲得各時相土地利用分類圖，然后對該市１９９０～２００５年間的土地利用時空變化進行定量分析。

２．１土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，它對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢都具有積極作用［４］，包括單一土地利用類型動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度，可從不同方面定量地表達研究區(qū)在一定時段內(nèi)土地利用類型的變化程度［５］。

２．１．１單一土地利用動態(tài)度單一土地利用類型動態(tài)度表達的是某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況［６］，計算公式為：

式中，ＬＣ為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ｕａ為研究期初某一種土地利用類型的數(shù)量；Ｕｂ為研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；Ｔ為研究時段長，當(dāng)Ｔ的時段設(shè)定為年時，ＬＣ就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

２．１．２綜合土地利用動態(tài)度區(qū)域綜合土地利用動態(tài)度也可以描述區(qū)域土地利用變化的速度［７］，計算公式為：

式中，ＬＵｉ為監(jiān)測起始時間第ｉ類土地利用類型面積；△ＬＵｉ為監(jiān)測時段內(nèi)第ｉ類土地利用類型轉(zhuǎn)為非ｉ類土地利用類型面積的絕對值；Ｔ為監(jiān)測時段長度。當(dāng)Ｔ的時段設(shè)定為年時，ＬＣ就是研究區(qū)土地利用的年變化率。

２．２土地利用多樣性指數(shù)

土地利用多樣性指數(shù)能分析土地利用類型的復(fù)雜情況，其公式為：

式中，Ｈ為多樣性指數(shù)，Ｐｉ是土地利用類型ｉ所占面積的比例；ｎ為土地利用類型的數(shù)目。Ｈ值越大，土地利用類型結(jié)構(gòu)及其內(nèi)在聯(lián)系就越復(fù)雜。

３淄博市土地利用格局時空動態(tài)變化分析

３．１淄博市土地利用面積及比例動態(tài)變化分析

土地利用類型的數(shù)量變化反映在不同類型面積總量的變化上，通過分析土地利用／覆被類型的總量變化，可以掌握土地利用變化總趨勢及其結(jié)構(gòu)變化特征。本文對４個時段土地利用圖形數(shù)據(jù)分別進行了統(tǒng)計分析，并最終得出了淄博市１９９０～２００５年（每隔５年１期，共４期）的土地利用分類結(jié)果（表１）。

由表１可知，從１９９０年到２００５年，淄博市土地利用／覆被變化顯著。其中，耕地面積由２ ８０６.00 ｋｍ２減少到２ ６８４.00 ｋｍ２，平均每年減少８．１３ ｋｍ２；林地面積由１ ０９９．００ ｋｍ２增加到１ ６８０．００ ｋｍ２，平均每年增加３８．７３ ｋｍ２。１９９０年原有草地面積１ ３０２．５０ ｋｍ２，２００５年縮減為４３５．８５ ｋｍ２，在１５年間共減少８６６．６５ ｋｍ２，平均每年減少５７．７８ ｋｍ２，占淄博市總面積的比例減少了１４．５６個百分點，是各種土地利用類型中動態(tài)變化最顯著的。水域的面積變化相對較小，由１９９０年的５３．００ ｋｍ２增加到２００５年的１２２．００ ｋｍ２，這主要是修建水庫以及建設(shè)水渠引起的。建筑用地變化顯著，由１９９０年的５９０．００ ｋｍ２擴展到２００５年的９５３．９０ ｋｍ２，在１５年時間內(nèi)增加了３６３．９０ ｋｍ２，平均每年增加２４．２６ ｋｍ２。

３．２淄博市土地利用動態(tài)度及多樣性指數(shù)動態(tài)變化分析

由淄博市單一土地利用類型動態(tài)度（表２）可知，每個時段內(nèi)各種土地利用類型的變化不盡相同，其中１９９０～２００５年間水域的變化速度最快，動態(tài)度達８．６８％，遠高于其他土地利用類型；其次是草地，動態(tài)度為－４．４４％；建筑用地和林地的年變化率也較大，分別達到４．１１％和３．５２％；未利用土地和耕地的年變化率較小，分別為－１．７１％和－０．２９％。

由淄博市不同土地利用類型的綜合土地利用動態(tài)度（表２）可知，２０００～２００５年淄博市土地利用類型的變化速度較快，綜合土地利用動態(tài)度達１．５８％；而由于１９９５～２０００年間其變化速度較慢（０．５１％），１９９０～２００５年間總的綜合土地利用動態(tài)度降為１．１４％，即１５年來淄博市綜合土地利用動態(tài)度呈現(xiàn)出先減后增的趨勢，土地利用類型隨著時間的推移變化也更為劇烈。該時期淄博市城市化迅速發(fā)展成為導(dǎo)致該地區(qū)土地利用類型相互變化的主要驅(qū)動力?？偟膩碚f，隨著淄博市工業(yè)化和城市化進程的快速發(fā)展，用地結(jié)構(gòu)調(diào)整也較大。

通過計算得到１９９０年、１９９５年、２０００年和２００５年淄博市土地利用多樣性指數(shù)分別為１．３４、１．３５、１．３５和１．３４，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，這表明在研究期內(nèi)淄博市土地利用類型結(jié)構(gòu)及其內(nèi)在聯(lián)系變化不大。

３．３驅(qū)動因子分析

土地利用變化反映了人類與自然的相互影響關(guān)系，造成土地利用變化的驅(qū)動力主要有自然驅(qū)動力與社會經(jīng)濟驅(qū)動力兩個方面［８］。

通過對淄博市土地利用情況的變化分析及其驅(qū)動因子分析可知，社會經(jīng)濟驅(qū)動力是淄博市土地利用方式變化的主要因素，即最主要的驅(qū)動力。近年來淄博市關(guān)閉了多家生產(chǎn)工藝落后、破壞生態(tài)環(huán)境的礦山企業(yè)，大量植樹造林改造環(huán)境使得該市林地面積明顯增加［９］；同時由于不尊重規(guī)劃、盲目開發(fā)草地的情況繼續(xù)存在，草地面積急劇下降［１０］；淄博市是國家的重工業(yè)基地，工業(yè)項目和其他民營經(jīng)濟發(fā)展較快，小城鎮(zhèn)建設(shè)步伐和城市化發(fā)展戰(zhàn)略的加快實施，加大了土地開發(fā)強度，這使得建筑面積逐漸增加而耕地及未利用土地面積下降；在此期間，淄博市城市規(guī)劃與建設(shè)在一定程度上注意到了城市水體的保護，使得水域面積有所增加。總之，在社會經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動下，淄博市土地利用類型在近年來發(fā)生了較大的變化。

４結(jié)論與建議

本文以淄博市為研究區(qū)開展土地利用動態(tài)變化問題研究。結(jié)果表明，１９９０～２００５年間，林地、建設(shè)用地和水域面積持續(xù)增加，而耕地、草地和未利用土地面積呈現(xiàn)出持續(xù)減少的態(tài)勢；其單一土地利用動態(tài)度也呈現(xiàn)相應(yīng)變化，綜合土地利用動態(tài)度呈先減后增趨勢；而淄博市土地利用類型結(jié)構(gòu)基本沒有變化。

通過對淄博市土地利用情況的變化分析及其驅(qū)動因子分析可知，淄博市為促進社會經(jīng)濟發(fā)展關(guān)閉落后企業(yè)并加大土地開發(fā)強度使得該市土地利用類型在１９９５～２００５年間發(fā)生了較大變化，社會經(jīng)濟驅(qū)動力是淄博市土地利用方式變化的主要因素，即最主要的驅(qū)動力。由此可知政府需對土地合理規(guī)劃，實現(xiàn)其可持續(xù)利用。各級政府要合理確定土地利用的結(jié)構(gòu)和布局，做好土地利用總體規(guī)劃的編制，既要因地制宜，又要注意協(xié)調(diào)，保持上下一致，確保土地資源的合理和高效利用［１１］；嚴(yán)格項目用地和住宅建設(shè)用地的審批；進行農(nóng)村住宅建設(shè)的改革，倡導(dǎo)建設(shè)農(nóng)村居民樓小區(qū)，節(jié)省和保護土地［１２］；積極進行土地開發(fā)和整理，要和保護土地相統(tǒng)籌動態(tài)平衡，以實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

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