基于遙感影像的單縣土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

宋丹妮++匡鴻海

摘要：土地動(dòng)態(tài)變化的研究對(duì)于土地資源的可持續(xù)利用、社會(huì)的和諧發(fā)展都有重要作用。運(yùn)用遙感技術(shù)能夠高效、精確地對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。以單縣為研究對(duì)象，運(yùn)用ENVI軟件，對(duì)山東省單縣2000年和2009年兩期遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)、裁剪、監(jiān)督分類(lèi)等操作，將該縣土地分為耕地、林地、居民地、湖泊、河流、其他用地六種類(lèi)型。結(jié)果表明，從2000年到2009年，居民用地、林地不斷減少，耕地、湖泊的面積在擴(kuò)大，其中湖泊的年變化速度最快，其他用地在大幅度減少?？傊?，該縣要嚴(yán)格控制人口增長(zhǎng)；實(shí)行退耕還林政策，提高耕地的質(zhì)量；合理開(kāi)發(fā)、規(guī)劃土地，處理好單縣的城市發(fā)展與耕地、林地之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)該縣土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：遙感影像；土地利用；動(dòng)態(tài)分析；單縣

中圖分類(lèi)號(hào)：S127；F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）03-0550-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.011

Analyses of Dynamic Changes in Land Use in Shanxian County

Based on Remote Sensing Image

SONG Dan-ni，KUANG Hong-hai

（School of Geographical Sciences， Southwest University， Chongqing 400715，China）

Abstract： The studies on dynamic changes of land play an important role in the sustainable use of land resources and the harmonious development of society. Using remote sensing technology can efficiently and accurately analyze the dynamic changes of land use. Shanxian County and the ENVI software was used to registrate， clip and supervise classification and other operations with two remote sensing images of Shanxian County in 2000 and 2009. The county was divided into six types including cultivated land， forest land， lakes and other land. Results showed that the residential land and forest land continuously reduced. The area of cultivated land and lakes were expanded. Other land type reduced greatly. It is advised for the county to strictly control population growth， adopt a policy of returning farmland to forest， improve the quality of cultivated land， reasonably exploit and plan land to solve the conflict between urban development and cultivated land， forest land and to realize the sustainable development of the land resources.

Key words： remote sensing image； land use； dynamic analysis； Shanxian County

土地是人類(lèi)賴(lài)以生存的地方，同時(shí)也是一種不可再生資源。隨著現(xiàn)代社會(huì)的迅猛發(fā)展和人口激增，人們對(duì)土地的需求也迅速增加，對(duì)土地的利用范圍、強(qiáng)度不斷擴(kuò)大，從而改變了地表形態(tài)，土地稀缺問(wèn)題日益突出，因此土地的動(dòng)態(tài)變化分析成為一個(gè)關(guān)鍵而迫切的研究課題[1]。遙感影像的多時(shí)相特征能夠?yàn)橥恋乩脛?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供豐富的可供定性、定量的分析數(shù)據(jù)，在國(guó)內(nèi)外土地利用動(dòng)態(tài)分析中應(yīng)用廣泛。

近年來(lái)，中國(guó)區(qū)域土地利用變化的研究一直受到眾多研究者的高度重視[2]。他們一般都是利用同一地區(qū)兩期或多期遙感影像，利用RS/GIS技術(shù)，研究土地利用的變化量、變化幅度、動(dòng)態(tài)度等。在中國(guó)東北、華北、西南、華南等地區(qū)進(jìn)行了較多的研究，主要是對(duì)城市等大尺度范圍研究較多，對(duì)于中、小尺度范圍，尤其是縣級(jí)的研究較少。本研究利用單縣的土地利用動(dòng)態(tài)變化，研究小尺度范圍的土地利用變化情況，為今后小范圍的研究提供參考；同時(shí)，對(duì)產(chǎn)生土地動(dòng)態(tài)變化的原因綜合分析，提出可行性建議，為單縣今后發(fā)展提供參考。

研究以單縣2000年和2009年兩期遙感影像為基礎(chǔ)，利用RS技術(shù)定性和定量地分析單縣近10年的土地利用的動(dòng)態(tài)變化，為單縣等小尺度區(qū)域今后更好地利用土地和生態(tài)環(huán)境促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供支持。

1 研究區(qū)域概況

單縣隸屬山東省菏澤市，位于東經(jīng)115°48′-116°24′和北緯34°34′-34°56′，地處北溫帶黃河沖積平原，四季分明，光照充足，境內(nèi)物產(chǎn)豐富。單縣自古以來(lái)就是溝通中原和華東的要道，圖1為單縣在山東省的地理位置。endprint

2 土地動(dòng)態(tài)變化分析方法

2.1 原始資料選取

遙感影像包含了地理目標(biāo)的大量空間、光譜和專(zhuān)題信息，是土地分析很好的數(shù)據(jù)源。本研究選擇分辨率為30 m的單縣2000年和2009年兩期遙感影像來(lái)分析土地的動(dòng)態(tài)變化。

2.2 影像處理

ENVI軟件能夠?qū)崿F(xiàn)影像處理、幾何校正、矢量化等多種功能[3]。研究運(yùn)用ENVI 4.7進(jìn)行前期的圖像處理和分類(lèi)工作。多圖像就是同一地區(qū)不同時(shí)刻的圖像或者是不同傳感器獲得的多種圖像[4]。本研究就是利用2009年影像對(duì)2000年影像作幾何校正，均勻地選取20個(gè)同名控制點(diǎn)，利用多項(xiàng)式校正法，對(duì)影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。再利用單縣的矢量輪廓進(jìn)行精確裁剪。為了提高圖像的可解譯性，采用信息量最豐富的543波段合成效果很好的假彩色影像。

利用ENVI軟件，假彩色影像為底圖，按照目視解譯標(biāo)志和國(guó)家土地利用類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)等，運(yùn)用最大似然法，掩膜處理后，對(duì)單縣進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)（圖2、圖3），結(jié)果分離性精度均大于1.95，目譯為耕地（紫色）、林地（綠色）、河流（淡藍(lán)）、湖泊（深藍(lán)）、居民用地（紅色）和其他（橘黃）六類(lèi)。然后選取5×5大小平滑窗口進(jìn)行濾波方法處理噪聲[5]。最后采用混淆矩陣進(jìn)行精度評(píng)定，2000年分類(lèi)結(jié)果的Kappa系數(shù)為0.985 7，2009年的Kappa系數(shù)為0.994 8。

2.3 分析流程

對(duì)單縣土地動(dòng)態(tài)變化的分析，主要進(jìn)行了收集研究區(qū)域資料、影像預(yù)處理、監(jiān)督分類(lèi)、分類(lèi)后處理、土地統(tǒng)計(jì)分析等工作，最后對(duì)單縣土地的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，工作的流程如圖4所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地?cái)?shù)據(jù)分析

在ENVI中，得到單縣各類(lèi)型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，從2000年到2009年單縣用地類(lèi)型為其他用地的變化最大，所占比例由1.90%下降為0.02%。林地、居民用地在不斷減少，其中林地的變化較大，所占的比例由69.07%下降到55.46%，而耕地和湖泊用地在大幅度增長(zhǎng)，其中湖泊用地增長(zhǎng)最快，所占比例由0.22%增加到1.92%，河流的變化比較平穩(wěn)。

把表1分類(lèi)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中，制作了單縣土地利用分類(lèi)圖如圖5、圖6所示。

3.2 土地利用變化分析

3.2.1 土地利用變化幅度 土地利用的變化幅度是指土地利用類(lèi)型在面積方面的變化幅度，體現(xiàn)在不同土地利用類(lèi)型的總量變化上，通過(guò)分析土地利用類(lèi)型面積的總量變化，可反映區(qū)域土地利用變化總態(tài)勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)變化信息[6]，表達(dá)式為：

？駐U=■×100%

在上面的公式中，？駐U表示研究區(qū)域所研究的時(shí)段內(nèi)土地利用變化的程度，Ub和Ua分別表示研究區(qū)末期和初期某種土地類(lèi)型的面積。對(duì)單縣兩期影像進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

在表2中，負(fù)值表示減少。由表2可以看出，從2000年到2009年，湖泊變化幅度最大，達(dá)到762.7%，面積增加了27.84 km2。耕地也有很大的變化，增加了259.31 km2，變化幅度為100.26%。劃分為其他用地的土地，減少的幅度最大，為-99.00%，面積減少了30.9 km2。居民用地的面積在不斷縮小，變化量為-39.63 km2，變化幅度為-21.65%。林地在10年間也不斷減少，變化量和變化幅度分別為-223.57 km2、-19.70%。河流的面積變化不大，比較平穩(wěn)。

3.2.2 單一土地利用變化速度 單一土地利用的變化速度又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)度，是指在一定的時(shí)間段內(nèi)，某種類(lèi)型土地利用的數(shù)量變化情況[7]。土地利用動(dòng)態(tài)度可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，它對(duì)比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用變化趨勢(shì)具有積極的作用[8]。一般情況下，單一土地利用動(dòng)態(tài)度公式為：

R= ■×■×100%

在上面的公式中，T為研究的時(shí)間，分析的結(jié)果如表2所示。由表2數(shù)據(jù)制作了更為直觀的各類(lèi)土地利用動(dòng)態(tài)度的比較圖（圖7）。

通過(guò)圖7的分析，湖泊的面積增長(zhǎng)速度最快，達(dá)到了年均增長(zhǎng)76.27%。其次是耕地也在不斷增加，年均增長(zhǎng)速度為10.03%。土地利用類(lèi)型為其他用地的土地在急劇減少，年均減少為9.90%。居民用地、林地的用地也在不斷地減少，動(dòng)態(tài)度依次為-2.17%、-1.97%。單縣土地利用變化的特點(diǎn)是，不斷占用居民用地、林地的面積，由此會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面問(wèn)題。

3.3 驅(qū)動(dòng)力分析

驅(qū)動(dòng)力主要指引起各個(gè)土地類(lèi)型的面積發(fā)生變化的自然和社會(huì)人文因素。影響單縣土地動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力主要從以下方面來(lái)分析。

3.3.1 自然因素 影響單縣土地動(dòng)態(tài)變化的主要自然因素有氣候、土壤、地形。

1）氣候影響。單縣地處黃河沖積平原，主要受到溫帶季風(fēng)氣候的影響，季節(jié)間的先旱后澇，澇后又旱，年際間的旱澇，多年間的連旱連澇，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期以來(lái)不穩(wěn)定，農(nóng)作物產(chǎn)量減少，因而一些其他用地的土地被開(kāi)發(fā)為耕地、湖泊等，其他用地面積大幅度減少。

2）土壤地形的影響。單縣南鄰黃河故道，由于歷史上黃河多次決口，泛濫沖積形成各種微地貌類(lèi)型，有河灘高地、河槽地等。土壤主要包括潮土、鹽土和風(fēng)沙土三大類(lèi)，潮土占據(jù)了該縣土地的90%以上，由于該種土壤大部分屬于中、低產(chǎn)土壤，作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)，對(duì)于土質(zhì)較差的土壤便轉(zhuǎn)換成了湖泊等用地，林地的面積卻在不斷減少。

3.3.2 人文因素

1）人口增長(zhǎng)。人口作為土地利用變化研究最為活躍的因素，一直以來(lái)都作為研究的熱點(diǎn)。人口的密度與土地利用變化速度呈正相關(guān)關(guān)系，人口增長(zhǎng)的速度越快，土地利用變化也越快[9]。人口因素對(duì)土地的影響主要體現(xiàn)在兩方面：首先是人口增長(zhǎng)對(duì)土地的壓力；其次是改革、治理和開(kāi)發(fā)土地的生產(chǎn)力[10]。人口增長(zhǎng)對(duì)單縣土地變化的影響主要有以下表現(xiàn)：?jiǎn)慰h近年來(lái)人口增長(zhǎng)，首先是來(lái)自人口的自然增長(zhǎng)，其次是旅游的發(fā)展帶動(dòng)外來(lái)流動(dòng)人口的增加，全縣每年接待國(guó)內(nèi)外游客10多萬(wàn)人次，該縣湖泊的面積在旅游業(yè)帶動(dòng)下大幅度增長(zhǎng)。endprint

人口數(shù)量增多，需要更多的耕地來(lái)養(yǎng)活激增的人口，因而耕地大增，壓縮了居住用地、林地的面積。人們對(duì)森林不加節(jié)制地砍伐，肆意地毀林開(kāi)荒、破壞植被，導(dǎo)致林地的面積減少，不僅減弱了森林凈化空氣的能力，而且很容易引發(fā)一些次生的自然災(zāi)害如泥石流的發(fā)生。為了緩解人地之間的矛盾，該縣一部分土地類(lèi)型為其他用地的土地被開(kāi)發(fā)，這也是近10年來(lái)單縣未利用地大量減少的一個(gè)重要原因。

2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展。自2000年以來(lái)，單縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，直接影響了土地開(kāi)發(fā)利用的規(guī)模、結(jié)構(gòu)等。首先，近年來(lái)單縣經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)增加，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化的加快，大量的居住用地、林地轉(zhuǎn)變?yōu)榱撕?、耕地；其次，跟隨全國(guó)旅游熱的大潮，單縣旅游產(chǎn)業(yè)也飛速發(fā)展，該縣西南的浮龍湖水庫(kù)被開(kāi)發(fā)成了風(fēng)景旅游區(qū)，水庫(kù)周?chē)牧值?、居住用地也被大量占用，極大地?cái)U(kuò)張了湖泊的面積；單縣擁有豐富的礦產(chǎn)資源，如煤、石油、天然氣、鐵礦等，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量增加，導(dǎo)致了該縣地表植被、林地的破壞，當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境也遭到了破壞。

3）國(guó)家政策。作為土地利用的直接決定因素，國(guó)家的政策在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直起著重要作用，宏觀調(diào)控社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，深刻影響區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化[11]。單縣積極響應(yīng)國(guó)家建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的號(hào)召，促使該縣湖泊面積增加，從而較好地改善了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。

在農(nóng)業(yè)方面，自從2006年國(guó)家全面減免農(nóng)業(yè)稅以后，極大地調(diào)動(dòng)了農(nóng)民的積極性，很多農(nóng)戶調(diào)整了自己的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，經(jīng)營(yíng)以楊樹(shù)、桐樹(shù)為主的速生豐產(chǎn)林、經(jīng)濟(jì)林，單縣還形成了糧棉、油料等10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地。在工業(yè)方面，單縣運(yùn)用產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，已經(jīng)逐漸成為海內(nèi)外企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)和沿海企業(yè)轉(zhuǎn)移內(nèi)地的首選地之一。這些生產(chǎn)基地、企業(yè)需要大量占用林地、居民用地，在利益的驅(qū)動(dòng)下，導(dǎo)致居民用地、林地被開(kāi)墾為耕地，面積在不斷增加。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)單縣兩期遙感影像的分析，運(yùn)用遙感知識(shí)和相關(guān)的軟件，總體上了解了單縣土地利用變化的情況。自2000年到2009年，該縣的土地利用還是發(fā)生了較大的變化?？傮w來(lái)說(shuō)，居民用地、林地不斷地減少，耕地、湖泊的面積在擴(kuò)大，其中湖泊的年變化速度最快，其他用地在大幅度減少。

單縣土地利用結(jié)構(gòu)的變化可能引發(fā)一些問(wèn)題。居民用地面積減少很容易造成人口住房難、房?jī)r(jià)大幅度上漲的嚴(yán)重后果。另外，該縣其他用地在大幅度減少，后備土地資源嚴(yán)重不足。耕地增加、林地減少，植被的覆蓋度降低、礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用，直接或間接地造成水土流失、土地污染、地面塌陷等問(wèn)題。

對(duì)于單縣土地利用結(jié)構(gòu)變化可能引發(fā)的問(wèn)題，提出以下建議。首先，嚴(yán)格控制人口增長(zhǎng)。當(dāng)一個(gè)地區(qū)的人口數(shù)量超過(guò)當(dāng)?shù)氐某休d能力時(shí)，違背了客觀規(guī)律，必然導(dǎo)致土地資源和環(huán)境的惡化?？刂迫丝诘脑鲩L(zhǎng)速度，也就意味著降低了人們對(duì)農(nóng)、副產(chǎn)品的需求量，從而能夠很好地緩解對(duì)耕地的壓力。人口減少了，對(duì)住房的需求也會(huì)減少，能夠緩解居民用地不足的問(wèn)題。其次，實(shí)行退耕還林政策，提高耕地的質(zhì)量。耕地的保護(hù)是作為解決糧食問(wèn)題的重要途徑，但該縣耕地近年來(lái)的增加，從另一方面也說(shuō)明了耕地的質(zhì)量在下降，今后要合理地改造中低產(chǎn)田，加強(qiáng)潮土的合理利用與改良，實(shí)施水、旱、風(fēng)、沙、堿、漬綜合治理的措施。盡量使用土壤肥力低的土地來(lái)進(jìn)行非農(nóng)業(yè)建設(shè)。可以把一些土質(zhì)較差的耕地退耕還林，種植一些經(jīng)濟(jì)林、速生豐產(chǎn)林等，既美化了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，還發(fā)展了單縣的經(jīng)濟(jì)。最后，合理開(kāi)發(fā)、綜合規(guī)劃土地也很重要。單縣的煤炭、油氣資源較為豐富，大量開(kāi)采造成了部分地區(qū)的地面塌陷、沉降，給今后的土地利用帶來(lái)很大的困難，要進(jìn)行有效的改造、適度的開(kāi)發(fā)利用。進(jìn)行土地資源的合理規(guī)劃，合理用地、集約用地，采取有效措施解決土地后備資源不足的問(wèn)題。

通過(guò)以上的分析，為單縣政府制定相應(yīng)的土地利用政策服務(wù)，是積極應(yīng)對(duì)單縣人口不斷增長(zhǎng)和未來(lái)可能出現(xiàn)巨大人口壓力的迫切需要；也是為該縣建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)提供智力支持。

由于研究方法有限，沒(méi)有更精確地分析出土地利用動(dòng)態(tài)變化具體的位置、變化量的多少，改進(jìn)研究方法是今后研究要解決的問(wèn)題。

總之，單縣要提高土地的利用率，堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路，處理好單縣的城市發(fā)展與耕地、林地之間的矛盾，逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、生態(tài)文明建設(shè)的統(tǒng)一，為建設(shè)美麗中國(guó)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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