基于遙感的彰武土地利用變化分析

張海丹 王東升 雷澤勇

摘要 選用遼寧省阜新市彰武縣1985與2016年的遙感影像，通過(guò)對(duì)影像的定標(biāo)、大氣校正、影像融合、影像拼接和剪裁，然后進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，從而提取出2個(gè)年份的土地利用數(shù)據(jù)，并在此同時(shí)結(jié)合對(duì)該縣的實(shí)地調(diào)查，對(duì)其土地利用情況進(jìn)行了分析，得出該縣不同時(shí)期的土地利用動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，1985—2016年彰武縣土地利用類(lèi)型以耕地和林草地為主，土地利用變化以林草地、建筑用地面積增多，耕地、水域面積和未利用土地面積減少為特征，其中人文和政策因素占主導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 土地利用；監(jiān)督分類(lèi)；動(dòng)態(tài)變化；彰武

中圖分類(lèi)號(hào) S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）22-0049-03

Abstract Remote sensing images of 1985 and 2016 in Zhangwu County of Fuxin， Liaoning Province were selected to calibrate the images， atmospheric correction， image fusion， image mosaic and cropping， and supervised classification was performed to extract land use data for two years. At the same time， combined with field surveys in the county， the land use situation was analyzed and the dynamic changes in land use in different periods in the county were obtained. The results showed that：from 1985 to 2016， the land use types in Zhangwu County were mainly cultivated land， forestry and grassland， and the land use change was characterized by the increase of forest grassland， cultivated land and construction land area， and the reduction of water area and unused land area.Among them， humanistic and policy factors played a leading role.

Key words Land use；Supervision classification；Dynamic change；Zhangwu

土地利用變化與生態(tài)環(huán)境變化有密切關(guān)系，深入的研究區(qū)域土地利用變化可以為生態(tài)環(huán)境的研究和治理提供重要依據(jù)，而且是當(dāng)今社會(huì)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題之一。土地利用變化一方面為人類(lèi)帶來(lái)生存益處，與此同時(shí)，如若不合理利用有限的土地資源，則會(huì)導(dǎo)致水土流失、土地退化，甚至土地沙漠化等生態(tài)環(huán)境的惡化[1]，那么，由此可見(jiàn)，怎么合理規(guī)劃、開(kāi)發(fā)和利用有限的土地資源，最大程度地實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，已然成為每個(gè)國(guó)家所關(guān)注的重要議題，同時(shí)也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題[2]。

彰武位于科爾沁沙地的南部，歷史曾是水草豐茂的草原，但由于人類(lèi)的長(zhǎng)期不合理利用土地資源，使得這一景觀遭到破壞，并且有流動(dòng)沙丘形成，自20世紀(jì)50年代開(kāi)始，彰武便開(kāi)始了以防沙治沙為主的環(huán)境治理活動(dòng)，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到了改善，但是隨之而來(lái)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展使得土地利用強(qiáng)度增大，土地利用的過(guò)度開(kāi)采問(wèn)題也頻頻出現(xiàn)，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[3-4]。目前有關(guān)彰武縣的土地利用變化的研究比較少，并且利用遙感技術(shù)方法來(lái)研究彰武縣的土地利用動(dòng)態(tài)變化鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者依據(jù)遙感技術(shù)[5-6]，利用ENVI軟件對(duì)彰武縣遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，通過(guò)對(duì)影像解譯后提取數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析，得出彰武縣的土地利用變化情況，最后分析彰武縣的土地利用變化的主導(dǎo)因素，從而揭示該縣土地利用變化規(guī)律，為今后保護(hù)和合理利用土地資源及改善區(qū)域生態(tài)和環(huán)境提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

彰武縣地處遼寧省的西北部，沙漠化嚴(yán)重的科爾沁沙地的邊緣，有著北高南低的地勢(shì)特點(diǎn)，地形包括沙丘、平原及沙荒土地。彰武縣屬于溫和半濕潤(rùn)的干旱季風(fēng)大陸性氣候[7]，雨季主要集中在夏季，該地區(qū)常年多風(fēng)，大風(fēng)季多為春季，冬季寒冷且為期較長(zhǎng)，四季氣候特點(diǎn)分明。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 該研究采用的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云，選取遼寧阜新市彰武縣1985和2016年的遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合矢量數(shù)據(jù)為1∶10 000的研究地行政區(qū)劃圖、土地利用情況現(xiàn)狀圖以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)地調(diào)查。

1.3 研究方法

1.3.1 遙感影像數(shù)據(jù)分析。

1.3.1.1 影像下載。

首先，在中國(guó)科學(xué)研究院遙感數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站（地理空間數(shù)據(jù)云）注冊(cè)賬號(hào)、選擇數(shù)據(jù)集，之后按照行政區(qū)域檢索彰武縣歷年數(shù)據(jù)資料，根據(jù)數(shù)據(jù)年份、云量等條件篩選出合適的影像資料。該研究選取遙感影像來(lái)自1985年的Landsat TM影像和Landsat8的2016年遙感影像（圖1）進(jìn)行下載，由于遙感影像的清晰度受云量和分辨率的影響較大，因此，在此選取的是云量極低、空間分辨率盡可能高的影像，以便地表物形能夠更好地顯現(xiàn)，更有利于信息的提取，為之后的數(shù)據(jù)處理做好基礎(chǔ)。

1.3.1.2 影像處理。

影像的處理可分為定標(biāo)、大氣校正、影像融合、影像拼接和剪裁等預(yù)處理，在預(yù)處理之后采用監(jiān)督分類(lèi)方法進(jìn)行土地類(lèi)型分類(lèi)等主要處理步驟[8]，根據(jù)研究的需要，將土地利用類(lèi)型分為建設(shè)用地、耕地、林草地、水域及未利用地[9-10]。首先選取各類(lèi)型土地的訓(xùn)練區(qū)域若干，并且必須極具代表性；然后利用這些區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，最后進(jìn)行影像解譯，建立解譯標(biāo)志。

1.3.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化分析方法。各類(lèi)土地?cái)?shù)量的變化特征采用單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度K表示[11]為：

式中，K表示研究時(shí)段某一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度指數(shù)；Ua、Ub分別表示研究初期和末期某類(lèi)型土地的數(shù)量；T表示研究時(shí)段，當(dāng)T設(shè)為年時(shí)，K值就是該地區(qū)某種土地利用類(lèi)型的年變化率[12]。

2 結(jié)果與分析

通過(guò)使用ENVI軟件，對(duì)1985和2016年的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理及處理后的監(jiān)督分類(lèi)（圖2），可以得到各類(lèi)型土地利用面積的具體數(shù)據(jù)（由于受影像的空間分辨率的影響，監(jiān)督分類(lèi)的結(jié)果可能存在誤差，但經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，準(zhǔn)確精度在85%以上，監(jiān)督分類(lèi)的結(jié)果在可靠范圍內(nèi)），彰武縣1985和2016年主要土地利用類(lèi)型的數(shù)據(jù)如圖3所示。經(jīng)計(jì)算，得出彰武縣不同土地類(lèi)型的土地利用動(dòng)態(tài)度（表1）。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，再利用直接比較法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)結(jié)合實(shí)地考察可以發(fā)現(xiàn)，1985—2016年彰武縣建設(shè)用地的使用面積、林草地面積呈明顯的增加趨勢(shì)，建設(shè)用地的面積比例由1985年的4.77%增長(zhǎng)至2016年的11.01%，林草地的面積占比由1985年的22.02%增長(zhǎng)至2016年的40.91%；耕地面積則有小幅度的減少，減少了近5.29%，引起這一變化與地方政府大力宣傳并推出退耕還林還草工程的實(shí)施有密切關(guān)系；而水域面積則呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，面積占比由1985年的7.34%減少至2016年的3.67%，未利用土地面積大幅度

減少，由1985年的27.15%減少至2016年的11.19。結(jié)合土地利用變化度來(lái)看，1985—2016年建設(shè)用地的面積變化幅度是最大的，緣于近32年來(lái)彰武縣工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展及交通運(yùn)輸方面的發(fā)展建設(shè)；變化幅度其次是林草地，與近32年來(lái)當(dāng)?shù)亻_(kāi)展植樹(shù)造林、各種防沙固沙工程林的建設(shè)是分不開(kāi)的；除此之外未利用土地的面積變化程度和水域面積變化最為明顯，基于此，彰武縣的土地利用類(lèi)型仍以耕地和林草地為主，只是各類(lèi)型土地面積之間存在著轉(zhuǎn)化。

近32年來(lái)，引起彰武縣土地利用變化有很多因素，例如人口方面因素，1985—2016年彰武縣的人口數(shù)量已增長(zhǎng)至42萬(wàn)人，人口的增加對(duì)區(qū)域內(nèi)的土地利用造成了很大的壓力，一方面需要增加耕地面積來(lái)滿足人口對(duì)糧食的需求，增加的耕地面積主要來(lái)自未利用土地、林草地；另一方面則是增加建設(shè)用地來(lái)滿足人口增長(zhǎng)的需要，增加的建設(shè)用地主要來(lái)自林草地和耕地[13]。

人口的增加除了引起土地利用形式上的變化外，也帶來(lái)了一系列的社會(huì)和生態(tài)問(wèn)題。人口數(shù)量增加，則耕地面積增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和居民飲用水量就會(huì)增加，而這些農(nóng)業(yè)用水及飲用水的來(lái)源主要是地下水，這就使得地下水位下降，為了彌補(bǔ)地下水的消耗，地表水也發(fā)生了下滲等改變，導(dǎo)致水域面積也受到一定的影響[14]。

除了人口因素，彰武縣的政策也影響著當(dāng)?shù)氐耐恋乩谩?0世紀(jì)50年代開(kāi)始，彰武縣開(kāi)展防風(fēng)固沙為主的環(huán)境治理工程，開(kāi)始大面積造林，林地面積增加，后來(lái)隨著三北防護(hù)林體系建設(shè)工程啟動(dòng)[15]，以及國(guó)務(wù)院下發(fā)的退耕還林、退草還林政策，保護(hù)森林資源開(kāi)始受到人們的重視，同時(shí)由于退耕還林的優(yōu)惠政策，人們的積極性大增，有一定面積的耕地轉(zhuǎn)化為林地，區(qū)域內(nèi)的林草地面積大幅度增加，未利用土地面積大幅減少，也就出現(xiàn)了耕地面積減少的現(xiàn)象，土地利用類(lèi)型變化明顯。

32年間對(duì)彰武縣土地利用的影響因素少不了自然因素。該縣地處遼寧西北部，位于科爾沁沙地南部，屬于遼西北沙漠化較嚴(yán)重的地區(qū)。根據(jù)該縣氣象資料顯示，1985—2016年彰武縣的蒸發(fā)量大幅增加，而干燥度也在增加[16]，導(dǎo)致了該縣的干旱化更加趨于惡化。那么河流水域的蒸發(fā)量大，徑流流入量較少，同時(shí)，人類(lèi)的生活、工農(nóng)業(yè)等過(guò)度開(kāi)采地下水的現(xiàn)象加劇，地表水又得不到及時(shí)的補(bǔ)充，致使地表水域斷流、干涸，面積減小，甚至消失。因此，干旱化和降雨量少是導(dǎo)致水域面積減少的一個(gè)重要原因。

3 結(jié)論

（1） 1985—2016年彰武縣土地利用形式以耕地和林草地為主，土地利用類(lèi)型變化以林草地、建設(shè)用地的增加和未利用土地、耕地及水域面積的減少為特征，即使如此，部分地區(qū)仍有集中成片的沙地存在。因此該研究為以后彰武縣沙漠化等生態(tài)環(huán)境的治理提供理論基礎(chǔ)。

（2）彰武縣土地利用情況受人口因素、政策因素和自然因素的綜合影響，其中自然因素雖然是決定土地利用形式的重要因素，但由于1985—2016年的時(shí)間尺度長(zhǎng)達(dá)30余年，因此人口因素和政策因素仍然是主導(dǎo)因素。

（3） 針對(duì)彰武縣土地利用情況有如下建議：首先，要做到因地制宜，使每一寸土地都得到合理的利用；充分考慮土地的自然因素，以土地本身特點(diǎn)為依據(jù)，在區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，使有限的土地資源發(fā)揮其最大的價(jià)值；其次，要注意加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理，優(yōu)化土地資源配置，重視精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等技術(shù)的應(yīng)用[17]，不斷優(yōu)化制度建設(shè)，加大公眾參與的力度，建立有利于土地資源合理利用的組織管理體系與政策監(jiān)督機(jī)制[18]，在保證土地資源經(jīng)濟(jì)效益最大化的同時(shí)注意保護(hù)好每一寸土地。

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