基于Landsat影像的石家莊市土地利用變化分析

李偉妙　邢倩　董坤　張雪梅

摘要：由于城市的飛速發(fā)展，土地利用變化越來越受到人們的重視，以石家莊市為研究區(qū)，基于RS和GIS技術(shù)手段，分析了2000年～2010年10年間的土地利用變化格局，在此基礎(chǔ)上，分析了石家莊市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力，研究結(jié)果表明：（1） 石家莊市在2000年至2010年間，土地利用類型發(fā)生了較大的變化，主要表現(xiàn)在耕地河流和未利用地的面積在減少，園地、建設(shè)用地的面積迅速增加，林地和草地的面積變化保持穩(wěn)定。（2） 石家莊市土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力是人口、經(jīng)濟(jì)和城市化。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；驅(qū)動(dòng)力；石家莊市

土地利用/覆被及其變化是人類活動(dòng)與自然環(huán)境結(jié)合最為密切的方面[1-2]，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都在研究，目前已經(jīng)成為全球變化研究的熱點(diǎn)問題。土地利用/覆蓋變化能體現(xiàn)人類活動(dòng)的過程，對(duì)它的研究有助于增強(qiáng)對(duì)人類活動(dòng)在全球變化中作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)[3]。土地利用變化研究涉及兩方面的問題，一是對(duì)土地利用變化過程的研究，二是對(duì)土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的研究。研究土地利用變化過程是研究其驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)[4]。分析土地利用變化的時(shí)空過程，找到影響其變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，對(duì)可持續(xù)利用土地有著重大的意義。

1. 研究范圍與研究方法

圖1—1 研究區(qū)范圍

1.1 研究區(qū)概況

石家莊市地處東經(jīng)113°18ˊ～115°30′，北緯37°30ˊ～38°40ˊ之間，地處河北省中南部，環(huán)渤海灣經(jīng)濟(jì)區(qū)，距首都北京283公里，為河北省省會(huì)，是華北地區(qū)重要的工商業(yè)中心城市，河北省政治經(jīng)濟(jì)文化中心，被譽(yù)為火車?yán)瓉淼某鞘小?/p>

研究區(qū)位于河北省中南部，地勢(shì)西高東低。西部為中低山丘陵區(qū)，東部為遼闊的華北平原，氣候本區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)溫差大，四季明顯，人口達(dá)1000萬以上，成為特大城市，GDP破5000億財(cái)政收入公共財(cái)政收入均居全省第一。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

數(shù)據(jù)來源于2000年、2005年和2010年的三期LandsatTM遙感影像，將影像進(jìn)行預(yù)處理，得到研究區(qū)的三期影像，如下圖：

圖1-2 研究區(qū)2000年、2005年、2010年TM遙感影像

通過人工解譯和野外數(shù)據(jù)驗(yàn)證，得到研究區(qū)的數(shù)據(jù)，依據(jù)國(guó)土資源部制定的《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程（TD/T 1014—2007）》和《全國(guó)土地分類（試行）》提出的分類標(biāo)準(zhǔn)，考慮信息源的空間分辨率和石家莊土地利用的特點(diǎn)，將土地利用類型分為：耕地、居民點(diǎn)、林地、草地、園地、工業(yè)用地、采礦場(chǎng)、交通用地、河流、水面用地、運(yùn)河/水渠和未利用地。

利用多張同地區(qū)不同時(shí)段的遙感資料，運(yùn)用圖像處理工具，研究方法和過程，本研究選用的時(shí)間跨度為2000年到2010年，選取了3個(gè)時(shí)段，得到3期土地利用現(xiàn)狀圖，對(duì)研究區(qū)域的土地利用狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過分析比較得出研究時(shí)段內(nèi)土地利用動(dòng)態(tài)變化的特征[5-6]。

2. 石家莊市土地利用變化過程分析

區(qū)域土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、結(jié)構(gòu)變化和空間變化等。面積變化反映在不同類型的總量變化上，通過分析土地利用類型的總量變化，可了解土地利用變化總的態(tài)勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)的變化。

2.1 土地利用現(xiàn)狀特征

從表2-1可以看出，2000年～2010年10年間，石家莊地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。

表2-1 土地利用數(shù)量與結(jié)構(gòu)變化（hm2，%）

[＼&2000年＼&2005年＼&2010年＼&＼&面積＼&比例＼&面積＼&比例＼&面積＼&比例＼&耕地＼&749967.99＼&53.03＼&693803.46＼&49.06＼&675839.49＼&47.79＼&居民點(diǎn)＼&155586.16＼&11.00＼&163896.71＼&11.59＼&171057.70＼&12.10＼&林地＼&381250.59＼&26.96＼&388101.00＼&27.45＼&393234.53＼&27.81＼&草地＼&96827.21＼&6.85＼&110395.16＼&7.81＼&106651.84＼&7.54＼&園地＼&9810.36＼&0.69＼&32724.66＼&2.31＼&40570.64＼&2.87＼&工業(yè)用地＼&1497.96＼&0.11＼&2917.00＼&0.21＼&5192.22＼&0.37＼&采礦場(chǎng)＼&446.67＼&0.03＼&467.26＼&0.03＼&479.41＼&0.03＼&交通用地＼&4673.54＼&0.33＼&5913.68＼&0.42＼&7911.38＼&0.56＼&河流＼&1666.99＼&0.12＼&1688.05＼&0.12＼&1076.38＼&0.08＼&水面用地＼&9177.47＼&0.65＼&12686.01＼&0.90＼&10282.75＼&0.73＼&運(yùn)河/水渠＼&1180.43＼&0.08＼&310.03＼&0.02＼&310.03＼&0.02＼&未利用地＼&2016.65＼&0.14＼&1198.73＼&0.08＼&1495.64＼&0.11＼&]

2.1.1 數(shù)量特征和空間分布特征

（1）2000年，占主體地位的土地利用類型是耕地、林地、居民點(diǎn)和草地，上述四種地類占全區(qū)土地總面積的比例分別為53.03%、26.96%、11%和6.85%，四者比例之和達(dá)到97.85%（表2-1）。

2000年，土地利用變化的空間分布表現(xiàn)出如下主要特點(diǎn)：耕地主要分布在東部平原地區(qū)；居民點(diǎn)主要鑲嵌在東部平原區(qū)；林地和草地主要分布在西部太行山地區(qū)；園地主要分布在位于東南方向的趙縣和晉州兩個(gè)縣市；采礦場(chǎng)分布在西部井陘礦區(qū)（圖2-1）。

圖2-1 2000年石家莊土地利用現(xiàn)狀圖

（2）2005年，與2000年相比城市化速度有所加快，在城市化拉動(dòng)下，耕地?cái)?shù)量開始減少；居民點(diǎn)面積增加；在追求經(jīng)濟(jì)利益的指導(dǎo)思想帶動(dòng)下，園地面積大幅度增加，同時(shí)未利用地也呈快速減少態(tài)勢(shì)，在全球氣候變暖的大趨勢(shì)下，運(yùn)河/水渠面積大幅度減少。由于自然土地的快速減少，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能明顯下降。上述土地利用類型的轉(zhuǎn)換是2000年～2005年間土地利用變化的突出特點(diǎn)。2005年，占主體地位的土地利用類型依然是耕地、林地、居民點(diǎn)和草地，上述四種地類占全區(qū)土地總面積的比例分別為49.06%、27.45%、11.59%和7.81%，四者比例之和達(dá)到95.91%。這一期的土地利用類型變化最明顯的是園地，由2000年的0.69%增加到2.31%，幾乎是2000年的四倍。在主導(dǎo)用地類型中，直接為農(nóng)業(yè)服務(wù)的用地面積繼續(xù)保持優(yōu)勢(shì)地位（表2-1）。

圖2-2 2005年石家莊土地利用現(xiàn)狀圖

2005年，土地利用變化的空間分布表現(xiàn)出如下主要特點(diǎn)：由于居民點(diǎn)和建設(shè)用地呈攤大餅?zāi)Ｊ桨l(fā)展，主要由原來的分布區(qū)向四周發(fā)展，4%的耕地轉(zhuǎn)化為居民點(diǎn)和工業(yè)用地；在退耕還林（草）的生態(tài)工程影響下，西部山區(qū)的林地和草地有所增加；在比較利益下，園地比耕地的經(jīng)濟(jì)效益更高，因此這一時(shí)間，園地在2000年的基礎(chǔ)上迅速擴(kuò)大（圖2-2）。

（3）2010年，這一時(shí)期土地利用變化的仍延續(xù)耕地減少的趨勢(shì)，交通用地、居民點(diǎn)用地、工業(yè)用地等建設(shè)用仍是增長(zhǎng)的趨勢(shì)。水資源緊缺的局面開始出現(xiàn)，導(dǎo)致河流大幅度萎縮；同時(shí)在比較效益作用下，園地?cái)?shù)量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。上述土地利用類型的轉(zhuǎn)換是2005年～2010年間土地利用變化的突出特點(diǎn)。2005年，占主體地位的土地利用類型仍然是耕地、林地、居民點(diǎn)和草地，上述四種地類占全區(qū)土地總面積的比例分別為47.79%、27.81%、12.1%和7.54%，四者比例之和達(dá)到95.24%。在主導(dǎo)用地類型中，直接為農(nóng)業(yè)服務(wù)的用地面積繼續(xù)保持優(yōu)勢(shì)地位（表2-1）。

2010年，土地利用變化的空間分布表現(xiàn)出如下主要特點(diǎn)：在糧食安全的引導(dǎo)下，耕地面積減少趨勢(shì)變緩；園地、工業(yè)用地面積繼續(xù)增加；伴隨著幾條重要高速公路的通車，交通用地面積迅速增加，占據(jù)了部分耕地；今后區(qū)域土地利用變化主要有以下可能走勢(shì)：東部地區(qū)在比較效益等市場(chǎng)力影響下土地利用在工業(yè)用地、交通用地和園地之間轉(zhuǎn)化，西部地區(qū)在政府生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策的作用下，林地和草地面積有所增加，但增幅有限（圖2-3）。

2.2 土地利用變化特征分析

由圖2-4可以看出，2000年～2005年主要地類是耕地、居名點(diǎn)、林地和草地，這四類在2000年所占比例為97%左右，其他地類總和所占比例低于3%，到了2005年，仍是以這四種為主要用地類型，但是所占比例有過下降，將至95%左右，這也是平原地區(qū)的土地利用類型的主要特征。在各地類中，耕地、河流、運(yùn)河/水渠是轉(zhuǎn)出大于轉(zhuǎn)入，其他類型用地是轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出。

轉(zhuǎn)出面積最大的是耕地，轉(zhuǎn)出面積為56164.53公頃，占2000年耕地總面積的7.49%，另外兩種主要轉(zhuǎn)出地類為運(yùn)河/水渠和未利用地，比例分別為73.74%和40.56%。

園地是轉(zhuǎn)入面積最大的，轉(zhuǎn)入面積為22914.31公頃，比2000面積增加將近4倍（圖2-5），主要原因是市場(chǎng)因素。

圖2-5 2000年～2005年園地所占比例（%）

工業(yè)用地和交通用地也是增幅較大的，增加比例為94.73%和26.54%；居民點(diǎn)、林地、草地也成緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖2-6 2005年～2010年主要地類所占比例（%）

2005年～2010年土地利用類型變化特點(diǎn)：耕地減少速度放慢，河流和水面用地減少速度較快，其他用地則是增長(zhǎng)趨勢(shì)。

耕地主要轉(zhuǎn)出為居民點(diǎn)、園地、工業(yè)用地和交通用地，較少面積占2005年面積的2.59%，可見耕地減少速度變慢，這一時(shí)期在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，耕地得到一定的保護(hù)。河流、水面用地仍是快速減少的趨勢(shì)，這是石家莊地區(qū)缺水的反映。工業(yè)用地、交通用地和園地仍是大幅度增加的趨勢(shì)，兩者增加的比例是2005年的78%、33.78%和23.98%，這是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。居民點(diǎn)、林地等其他地類的增加比例在1%～4%之間。

3. 石家莊市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化的影響因素主要包括自然因素和人文因素兩大類[7]，在短時(shí)間尺度上，土地利用系統(tǒng)的自然因子對(duì)土地利用變化的影響非常小，通常作為生產(chǎn)要素投入到人類生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，因此文中主要從人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素考慮。

3.1 人口因素

人口是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)展的主體，是土地利用變化中最具活力的驅(qū)動(dòng)因素之一[8]，人口增加必然要求更多的居住、交通、服務(wù)設(shè)施用地等，然而土地總量有限，在未利用地減少到一定程度時(shí)建設(shè)用地必定占用農(nóng)用地。石家莊市2000年人口數(shù)量是9241751人，到2010年增長(zhǎng)為10163788人（石家莊市2010年第六次全國(guó)人口普查主要數(shù)據(jù)公報(bào)），增加了922037人，增長(zhǎng)比例為9.98%，同期耕地面積減少了5.24%，居民點(diǎn)增加了9.9%，交通用地增加了69.3%，可見人口變化與土地利用變化明顯相關(guān)。

3.2 經(jīng)濟(jì)因素

經(jīng)濟(jì)因素往往會(huì)改變使土地的利用方式，由于生活水平的提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，人們對(duì)食物結(jié)構(gòu)和質(zhì)量有了更高的要求，促使新的土地利用結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，2010年全市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值3401億元，比2000年的1001.2億元，增加了239.7%。全市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)達(dá)到2537個(gè)，（石家莊市2010年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)）同期建設(shè)用地增加了112.3%。，因此，經(jīng)濟(jì)因素也是導(dǎo)致土地利用變化的重要因素。

3.3 政策因素

土地利用變化受政策的導(dǎo)向，它對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)影響最為直接。由于各縣市大搞開發(fā)區(qū)建設(shè)以及石家莊三年大變樣政策是實(shí)施，很多市內(nèi)的污染性企業(yè)逐步外遷，使的建設(shè)用地比例迅速增加，農(nóng)用地大量流失。

石家莊作為省會(huì)城市，城市化水平在不斷提高，城市化通過人口、產(chǎn)業(yè)集中、地域擴(kuò)散占用土地，使土地利用非農(nóng)化，從而改變?cè)瓉淼耐恋乩媒Y(jié)構(gòu)。石家莊市2000年城市化水平為24%，到2010年增長(zhǎng)為 50%，大量的農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)人口，對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)方式也發(fā)生變化，造成了非農(nóng)業(yè)用地的急劇增加。

4. 結(jié)論

通過上述分析，石家莊市人口空間分布具有以下特征：

（1）石家莊市在2000年～2010年間，土地利用現(xiàn)狀發(fā)生了一定變化，主要表現(xiàn)在耕地、河流、運(yùn)河/水渠和未利用地面積在減少，居民點(diǎn)、建設(shè)用地、園地面積在增加，林地、草地等生態(tài)用地面積基本穩(wěn)定。

（2）經(jīng)分析得出，影響石家莊市土地利用變化最主要的因素有三個(gè)，分別是人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)因素和政策因素。

為了保證石家莊是土地資源的可持續(xù)利用和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該繼續(xù)控制人口的增長(zhǎng)，編制科學(xué)的土地利用總體規(guī)劃，做好土地利用的宏觀調(diào)控，嚴(yán)格保護(hù)好耕地，堅(jiān)持節(jié)約用地與集約經(jīng)營(yíng)，提高土地利用效率，最終實(shí)現(xiàn)土地資源的合理利用和可持續(xù)發(fā)展。

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