基于遙感圖像的南京市農(nóng)業(yè)用地動(dòng)態(tài)分析

李超君

（紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校地理系，紐約賓漢姆頓13902）

基于遙感圖像的南京市農(nóng)業(yè)用地動(dòng)態(tài)分析

李超君

（紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校地理系，紐約賓漢姆頓13902）

土地利用的好壞是事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大問題，因此，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握各區(qū)域內(nèi)土地的變化情況，是政府和國(guó)土資源管理部門合理調(diào)控土地使用政策的基礎(chǔ)。以2005，2008，2011，2014年拍攝的南京市區(qū)域的Landsat遙感圖像資料為數(shù)據(jù)源，通過對(duì)農(nóng)用土地信息的提取，定量分析了南京市農(nóng)用土地的變化情況及其發(fā)展態(tài)勢(shì)，并探討了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)用土地變化的相關(guān)性，以期能給國(guó)土資源管理部門政策制定提供借鑒。

遙感圖像；農(nóng)業(yè)遙感；農(nóng)業(yè)用地；影像特征

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市建設(shè)呈現(xiàn)出迅猛擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，東部發(fā)達(dá)地區(qū)的城市擴(kuò)張速度尤為突出，三大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極不平衡。受城市擴(kuò)張及道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地的影響，農(nóng)業(yè)用地面積受到嚴(yán)重蠶食，農(nóng)用地生產(chǎn)力狀況及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合能力有惡化趨勢(shì)[1]。在此情形下，充分精確地掌握區(qū)域內(nèi)的土地變化情況及其發(fā)展規(guī)律就顯得尤為重要。

隨著地理信息技術(shù)及衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展以及可靠性的不斷增強(qiáng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地的變化情況和全面及時(shí)掌握農(nóng)用地的變化態(tài)勢(shì)成為可能[2-3]。劉錦春[4]基于紅外航片，通過航空遙感綜合判讀，對(duì)山西省昔陽縣的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與分析；安娜[5]和胡杰華[6]分別使用SPOT5數(shù)據(jù)和Landsat TM數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)了陜西省武功縣和北京市大興區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化；趙飛燕等[7]和劉述彬等[8]則具體量化分析了不同區(qū)域的農(nóng)用地整體變化情況和各分類變化情況，并對(duì)變化原因進(jìn)行了探究。這些研究成果為合理地制定各項(xiàng)土地政策、高效地利用農(nóng)用土地和開發(fā)土地資源提供了巨大幫助。

筆者以南京市土地變化情況為研究對(duì)象，分別以2005，2008，2011，2014年拍攝的南京市區(qū)域的Landsat遙感圖像資料為主要數(shù)據(jù)源，通過對(duì)影像的具體分析和實(shí)地調(diào)查，定量分析研究了2005—2014年南京市農(nóng)用地的變化情況及發(fā)展態(tài)勢(shì)，以期為國(guó)土資源管理部門制定政策提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

南京市位于北緯31°14″～32°27″，東經(jīng)118°22″～119°14″，是江蘇省省會(huì)，現(xiàn)轄11個(gè)區(qū)縣，轄區(qū)總面積約6 597 km2。截至2014年底，全市常住人口821.61萬人。南京地處北亞熱帶的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，四季分明，有著較為充沛的水熱資源，是全國(guó)重要的農(nóng)業(yè)和商品糧基地之一。作為國(guó)家區(qū)域型中心城市，南京的城市空間擴(kuò)展與土地利用變化情況具

1.2 數(shù)據(jù)源與軟件平臺(tái)

綜合考慮遙感圖像的空間分辨率、使用成本、多光譜等因素，本研究選取了4期Landsat遙感影像作為主要數(shù)據(jù)源。其中，2005，2008，2011年分別使用了Landsat 4-5 TM影像，2014年則使用了Landsat 8 OLI/TIRS影像，地面分辨率均為30 m。為了達(dá)到更精確的分類效果，保持分類標(biāo)準(zhǔn)的一致性，所有圖像均選自當(dāng)年10月，且單張影像的云層覆蓋率小于10%。此外，本研究還使用了南京市1∶5萬的地形圖、1∶10萬的市政區(qū)劃圖、4個(gè)年份的南京市統(tǒng)計(jì)年鑒以及Google Earth上高分辨率的歷史影像作為輔助資料。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究具體采用了ENVI 5.1和ArcGIS10.3軟件對(duì)圖像進(jìn)行解譯和信息提取，進(jìn)而進(jìn)行土地利用分類。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖像解譯

通過對(duì)Landsat 2個(gè)系列的圖像光譜信息進(jìn)行比較，首先將獲取的TM和OLI/TIRS圖像分別合成為541波段和652波段的假彩色圖像，便于進(jìn)一步的圖像處理和農(nóng)用地信息提取。以2005年的TM圖像作為控制影像，經(jīng)過反復(fù)比較篩選，選取了25個(gè)較為明顯且穩(wěn)定的地物點(diǎn)作為控制點(diǎn)，通過雙線性插值法對(duì)圖像進(jìn)行幾何矯正，并將采樣后的誤差控制在1/2像元內(nèi)。

結(jié)合Google Earth上的高分辨率歷史影像和實(shí)地調(diào)查，在四期合成的假彩色圖像上對(duì)南京的土地利用分類進(jìn)行目視判讀。根據(jù)現(xiàn)行的《土地管理法》和《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[10]，將南京土地利用類型具體劃分為農(nóng)用地（耕地、園地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地）、建設(shè)用地和未利用地，并對(duì)農(nóng)用地面積進(jìn)行提取，具體解譯結(jié)果如圖1所示。

將不同年份提取的南京農(nóng)用地范圍顯示在同一圖層，可得到2005—2014年的南京市農(nóng)用地縮減圖（圖2）。

2.2南京市農(nóng)用地信息提取結(jié)果

通過遙感解譯得出的南京市土地總面積為658 686.7 hm2，比實(shí)際面積略小，其余各類土地面積提取結(jié)果列于表1。

表1 南京農(nóng)用地面積hm2

表2具體統(tǒng)計(jì)了2005—2014年間南京農(nóng)用地面積的縮減情況。由表2可知，南京市農(nóng)用地面積在2005—2014年間有較為明顯的縮減，其中，2008—2011年縮減百分比最大。

表2 南京農(nóng)用地減少面積統(tǒng)計(jì)

2.3 對(duì)南京市農(nóng)用地變化的分析

南京市區(qū)域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，強(qiáng)烈影響著農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，真實(shí)反映在土地的變化上[11]。突出表現(xiàn)在城市人口的高速增長(zhǎng)，城市邊緣帶的農(nóng)用地迅速減少[12]，大量資金服務(wù)于城市、廠房的快速擴(kuò)張，配套服務(wù)于城市的道路、橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，大量蠶食著耕地、林地、牧草地。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)重影響，生態(tài)被嚴(yán)重破壞。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明（表3），到2005年底，南京市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值2 413億元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別為80億、1 215億、1 118億元。到2008年底，南京市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值為3 775億元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別為93億、1 795億、1 887億元，3 a分別增長(zhǎng)56.44%，16.25%，47.74%，67.78%，而同期農(nóng)用地減少4 900 hm2，耕地減少2 986.7 hm2，園地增加326.6 hm2，林地減少440 hm2，牧草地減少6.6 hm2，其他農(nóng)用地減少1 793.3 hm2。到2011年底，南京市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值為6 146億元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別為164億、2 761億、3 221億元。3 a分別增長(zhǎng)62.81%，76.34%，53.82%，70.69%，而同期農(nóng)用地減少12 200 hm2，耕地減少5 233.3 hm2，園地增加2 186.7 hm2，林地減少560 hm2，牧草地減少20 hm2，其他農(nóng)用地減少8 573.4 hm2。

截至2014年底，南京市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值為8 821億元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別為224億、3 671億、4 925億元。3 a分別增長(zhǎng)43.52%，36.59%，32.96%，52.90%，同期農(nóng)用地減少9 820 hm2，耕地減少6 460 hm2，園地減少820 hm2，林地減少1 080 hm2，牧草地減少6.7 hm2，其他農(nóng)用地減少1 453.3 hm2。2005—2014年的9 a中，農(nóng)業(yè)用地共計(jì)減少了26 920 hm2，僅在2008—2011年的3 a農(nóng)業(yè)用地就減少了12 200 hm2，可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用地減少最快的年份也是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最快的年份。由此揭示出工業(yè)化及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、人口增長(zhǎng)和城市快速擴(kuò)張分別構(gòu)成區(qū)域農(nóng)用地減少的第一、第二因子。

表3 南京市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r

3 結(jié)論

本研究通過利用南京市區(qū)域Landsat衛(wèi)星遙感影像，獲得了南京市2005，2008，2011，2014年同時(shí)期的各類農(nóng)用土地?cái)?shù)量情況，結(jié)合南京市在這一時(shí)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局情況，可以得出，區(qū)域經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、中心城區(qū)快速擴(kuò)張、大量配套基礎(chǔ)設(shè)施及廠房的建設(shè)，伴隨著該區(qū)域農(nóng)用地的大量流失，特別是耕地這一農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略資源的流失。

區(qū)域經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與農(nóng)用地的減少呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)為動(dòng)態(tài)掌握監(jiān)測(cè)農(nóng)用地的變化情況提供了可靠手段。

［1］史舟，梁宗正，楊媛媛，等.農(nóng)業(yè)遙感研究現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015（2）：247-260.

［2］楊桄，劉湘南.遙感影像解譯的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].國(guó)土資源遙感，2004，16（2）：7-10.

［3］趙春江.農(nóng)業(yè)遙感研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014（12）：277-293.

［4］劉錦春.山西省昔陽縣土地利用航空遙感監(jiān)測(cè)研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，30（3）：80-81.

［5］安娜.3S技術(shù)在土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用：以北京市大興區(qū)為例[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2012.

［6］胡杰華.基于TM影像的武功縣土地利用變化監(jiān)測(cè)研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

［7］趙飛燕，李飛.遙感技術(shù)在農(nóng)用地縮減統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2016，14（5）：64-66.

［8］劉述彬，劉洋，陸忠軍，等.黑龍江省農(nóng)用地資源遙感監(jiān)測(cè)方法的研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（4）：8-11.

［9］王茜，張?jiān)鱿?，易玲，?南京城市擴(kuò)展的遙感研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2007，16（5）：554-559.

［10］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21010—2007土地利用現(xiàn)狀分類[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［11］曹雪，柯長(zhǎng)青.基于TM影像的南京市土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2006，31（11）：958-961.

［12］于伯華，呂昌河.城市邊緣區(qū)耕地面積變化時(shí)空特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制：以北京市順義區(qū)為例[J].地理科學(xué)，2008，28（3）：348-353.

Dynamic Analysis of Agricultural Land Use in Nanjing Based on Remote Sensing Image

LI Chaojun
（Department ofGeography，Binghamton University，State UniversityofNewYork，Binghamton 13902，United States）

Land use is a matter of great concern to people's livelihood.Timely and accurately monitoring of land use changes is the base for both government and land and resources administration department rationally regulating land use policies.This article extracted the information of agricultural land using Landsat images taken in 2005,2008,2011 and 2014 separately,and conducted a quantitative analysis ofagricultural land change and developing trend in Nanjing.In addition,the correlation between regional economic development and agricultural land change was also examined.This study intended to provide future reference for land and resources management departments toformulate relevant policies.

remote sensingimages;agricultural remote sensing;agricultural land;image feature

F301.24

A

1002-2481（2016）12-1896-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.39

2016-10-12

李超君（1993-），女，山西太原人，在讀碩士，研究方向：城市遙感與GIS應(yīng)用。有一定的典型性與代表性[9]，且經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期快速平穩(wěn)增長(zhǎng)，2014年全年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值8 820.75億元，按可比價(jià)格計(jì)算，比上年增長(zhǎng)10.1%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值223.96億元，增長(zhǎng)3.5%；第二產(chǎn)業(yè)增加值3 671.45億元，增長(zhǎng)8.8%；第三產(chǎn)業(yè)增加值4 925.34億元，增長(zhǎng)11.5%。按常住人口計(jì)算，當(dāng)年全市人均地區(qū)生產(chǎn)總值已達(dá)到107 545元。