基于遙感影像的萬年縣土地資源承載力評價研究

謝文 劉穗 郭熙 匡麗花

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，土地資源的開發(fā)利用不斷的深化，人類活動在改變土地的地表特征和景觀格局的同時，增大了土地資源的承受壓力。本文選取江西省上饒市萬年縣作為研究對象，通過對萬年縣2005年、2016年這兩個時段的Landsat ETM遙感影像進(jìn)行分析處理，得到萬年縣兩個時段的土地利用信息，綜合考慮人口、資源、環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建了萬年縣土地資源承載力評價體系，并采用均方差決策法，對萬年縣的土地資源承載能力進(jìn)行評價分析，研究結(jié)果表明在2005年到2016年期間，萬年縣的土地承載力有了很大的提高，土地利用效率和土地利用結(jié)構(gòu)都呈上升趨勢， 但2016年土地利用強(qiáng)度得分低于2005年，原因是萬年縣國土面積不變而人口卻是在持續(xù)增長過程中，所以人口密度只增不減，另外，耕地面積雖然也有增加，但是增速遠(yuǎn)低于人口增長速度，所以人均耕地面積也是下降的，但總的來說，萬年縣的土地資源承載力是有很大提高的，土地利用效率有所提高。

關(guān)鍵詞：遙感影像;土地資源承載力;萬年縣

中圖分類號：P284 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-9129（2019）13-0050-03

Abstract： With the continuous progress and development of the economy and society， the exploitation and utilization of land resources are also deepening. Human activities change the land surface characteristics and landscape pattern at the same time. Therefore， it is very important to study the bearing capacity of land resources in various regions. In this paper， Wannian County， Shangrao City， Jiangxi Province， is selected as the research object. Through the analysis and processing of the Landsat ETM remote sensing images of Wannian County in 2005 and 2016， the land use information of Wannian County in these two periods is obtained， and the population is considered comprehensively. With the coordinated development of resources and environment， the evaluation system of land resource carrying capacity in Wannian county is constructed. The mean square deviation decision method is adopted to evaluate and analyze the carrying capacity of land resources in Wannian county. The results show that in the period from 2005 to 2016， the land resource carrying capacity of Wannian county is evaluated and analyzed. The carrying capacity of land in Wannian County has been greatly improved， land use efficiency and land use structure are on the rise， but the score of land use intensity in 2016 is lower than that in 2005. The reason is that the land area of Wannian County is fixed and the population is in the process of sustained growth， so the population density only increases unabated. In addition， although the area of cultivated land has also increased， However， the growth rate is far lower than the rate of population growth. Therefore， the per capita cultivated land area is also declining. But in general， the carrying capacity of land resources in Wannian County has been greatly improved， and the efficiency of land use has been improved.

Key words： Remote sensing image; land resource carrying capacity; Wannian county

隨著人口的不斷增長和經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)定發(fā)展，作為一個人口多土地少的發(fā)展中國家，我國的土地資源的壓力越來越大[1]。因此在越來越強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今時代，研究土地資源的承載能力成了研究土地資源的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[2]。

萬年縣生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們對美好生活的追求，人們對土地的利用也在十幾年間發(fā)生了巨大的變化， 2005-2016年期間，萬年縣城鎮(zhèn)化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程都快速向前發(fā)展，這對土地資源承載能力產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，因此，在時間上對萬年縣進(jìn)行土地資源承載力對比評價分析十分必要。

本文選取萬年縣2005年和2016年的遙感影像圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對萬年縣土地資源承載力進(jìn)行評價，為有效提高萬年縣土地資源承載力、合理規(guī)劃土地開發(fā)利用方向、保護(hù)耕地、積極有效控制城鎮(zhèn)規(guī)模、改善土地資源缺乏等問題提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況。

萬年縣位于江西省東北部鄱陽湖東南，是饒昌景鷹這4個城市的樞紐節(jié)點(diǎn)，處于環(huán)鄱陽湖地區(qū)和海西經(jīng)濟(jì)區(qū)的前沿位置。位于東經(jīng)116°46′41″～117°15′16″，北緯28°30′00″～28°54′08 ″?？偯娣e為1140.7600平方公里，2005年人口總數(shù)是358000萬人，2016年人口總數(shù)是435000萬人。萬年縣是世界稻米的發(fā)源地之一。萬年縣東邊與弋陽縣以及鷹潭市的貴溪市相鄰，南邊和鷹潭市余江縣相接，西邊跟余干縣接壤，北面和樂平市相連還有與鄱陽縣隔著樂安河相望?？h城距離南昌93千米，景德鎮(zhèn)76千米，鷹潭56千米，上饒95千米。萬年縣生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，但是隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快土地可持續(xù)利用與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾也日益凸顯。

1.2 數(shù)據(jù)的獲取與處理。

（1）數(shù)據(jù)的獲取。

本文所用的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自萬年縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。遙感影像數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云下載的2005年7月和2016年7月兩個時期的Landsat ETM遙感影像圖，并對其進(jìn)行預(yù)處理和分類，以此來獲取萬年縣兩個時期的土地利用數(shù)據(jù)。

（2）遙感數(shù)據(jù)的處理。

本文利用ENVI5.3里的ENVI Classic對兩期遙感影像進(jìn)行以下處理：①去壞條帶及云層;②將九個波段堆積在一起;③用基于地理坐標(biāo)系的方法對遙感影響進(jìn)行拼接;④裁剪和圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。根據(jù)國家土地利用現(xiàn)狀分類的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合研究區(qū)的具體情況將研究區(qū)的土地利用類型劃分為耕地、水域、林地、建設(shè)用地、園地、未利用地等六類[3]。此次研究對遙感影像進(jìn)行分類采用的方法是監(jiān)督分類法，通過ENVI Classic里的感興趣區(qū)對遙感影像制定合理的樣本之后在執(zhí)行監(jiān)督分類后，利用ArcMap10.2出圖，得到兩個時期的萬年縣土地信息提取圖。

2005年精度評價結(jié)果，Overall Accuracy = 99.8630%， Kappa Coefficient = 0.9981，大于最低分類精度標(biāo)準(zhǔn)（70%）;2016年精度評價結(jié)果，Overall Accuracy = 98.5043%， Kappa Coefficient = 0.9806，大于最低分類精度標(biāo)準(zhǔn)（70%）。所以，此次分類結(jié)果可行。分類結(jié)果見圖1、2。

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系的建立。

土地承載力和土地資源利用強(qiáng)度、土地資源利用效率、土地資源利用結(jié)構(gòu)等多方面有關(guān)，因此在構(gòu)建土地資源承載力評價指標(biāo)體系時堅持系統(tǒng)性、典型性、實用性以及動靜態(tài)結(jié)合原則。因此本文在遵循該原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合萬年縣實際情況，選擇土地利用強(qiáng)度、土地利用效率、土地利用結(jié)構(gòu)三個準(zhǔn)則層下面的十一個指標(biāo)層構(gòu)成萬年縣土地資源承載力評價指標(biāo)體系。詳見表1。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)值的確定和指標(biāo)量化。

標(biāo)準(zhǔn)值的確定在遵循①標(biāo)準(zhǔn)值盡量采用已由國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)數(shù)值;②參考國內(nèi)外具有良好借鑒意義的標(biāo)桿城鎮(zhèn)的現(xiàn)狀值;③盡量與國家已有相關(guān)資料的目標(biāo)值一致或優(yōu)于已有目標(biāo)值;④當(dāng)數(shù)據(jù)不夠完整而且缺失的是指標(biāo)體系中必須要有的指標(biāo)時，采取相似指標(biāo)暫時代替或者用專家咨詢結(jié)果來確定[3]的基礎(chǔ)上，結(jié)合萬年縣的實際情況，確定了萬年縣評價因子的標(biāo)準(zhǔn)值，評價標(biāo)準(zhǔn)值的確定結(jié)果詳見表1。

萬年縣國民經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)采用2005年和2016年的萬年縣人民政府里的萬年縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)將其分為三個類型，分別是：效益型指標(biāo)、成本型指標(biāo)、適度型指標(biāo)。評價指標(biāo)的量化根據(jù)三種類型的指標(biāo)來計算，其公式如下：

2.3 標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重的確定。

本文指標(biāo)權(quán)重的確定時采用了均方差決策法，均方差決策法主要用到隨機(jī)變量也就是各評價指標(biāo)，隨機(jī)變量的取值是指標(biāo)的量化值記為（Zae），先計算隨機(jī)變量均值（記為E（Sa）），然后計算個隨機(jī)變量的均方差記為（ σ（Sa）），接著對均方差進(jìn)行歸一化，由此得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)記為（We）。計算過程如下：

2.4 模型的評價。

運(yùn)用多因素加權(quán)模型計算萬年縣土地資源承載力得分，公式為[5]：

式中：Kae為萬年土地資源承載力得分;Sae-a目標(biāo)e指標(biāo)的分值;Lea研究區(qū)第a個指標(biāo)的權(quán)重;n指研究區(qū)評價指標(biāo)的數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用強(qiáng)度評價。

根據(jù)式1、2、3、4計算可得到研究區(qū)2005年人口密度量化值為0.9554，人均耕地面積量化值為0.7400，人均建設(shè)用地面積量化值為0.7316;2016年人口密度量化值為0.7874，人均耕地面積量化值為0.6500，人均建設(shè)用地面積量化值為0.7667。同理，根據(jù)式5、6、7土地利用強(qiáng)度權(quán)重計算結(jié)果最終得到人口密度的權(quán)重為0.5736，人均耕地面積權(quán)重為0.3069，人均建設(shè)用地面積權(quán)重為0.1195，詳見表2。

根據(jù)式8，土地利用強(qiáng)度計算結(jié)果最終得到2005年土地利用強(qiáng)度得分為0.8625，2016年土地利用強(qiáng)度得分為0.7428。詳見表3。

由計算結(jié)果可以看出從2004年到2016年，萬年縣的土地利用強(qiáng)度明顯在下降，這說明萬年縣在此期間土地資源的使用和人口資源沒有得到很合理的分配，出現(xiàn)這種情況的原因是萬年縣的國土面積是一定的，但是人口卻是在不斷的增長的，所以2016年萬年縣的人口密度會大于2005年的人口密度;雖然相較于2005年，2016年的耕地面積也有增加（由圖1、圖2可以看出），但是增長速度沒有人口的增長速度快，所以人均耕地的量化值也降低了;隨著人們生活水平的提高，人們的需求也與日俱增，科學(xué)技術(shù)水平也不斷提高，所以土地利用規(guī)劃發(fā)生了變化，使得土地利用強(qiáng)度得分有所下降，但從綜合指標(biāo)角度來看，萬年縣土地利用強(qiáng)度良好。

3.2 土地利用效率評價。

由式1、2、3、4可以計算得到研究區(qū)2005年和2016年土地利用效率量化值，2005年單位面積生產(chǎn)總值的量化值為0.1012，單位面積固定資產(chǎn)投資的量化值為0.0780，單位面積糧食產(chǎn)量的量化值為0.2131，單位面積工業(yè)生產(chǎn)總值的量化值為0.0335;2016年單位面積生產(chǎn)總值的量化值為0.6329，單位面積固定資產(chǎn)投資的量化值為1.0000，單位面積糧食產(chǎn)量的量化值為0.2550，單位面積工業(yè)生產(chǎn)總值的量化值為1.0000。同理，根據(jù)式5、6、7可以計算土地利用效率權(quán)重，單位面積生產(chǎn)總值權(quán)重為0.2126，單位面積固定資產(chǎn)投資權(quán)重為0.3761，單位面積糧食產(chǎn)量權(quán)重為0.0170，單位面積工業(yè)生產(chǎn)總值權(quán)重為0.3942。詳見表4。

由式8得到土地利用效率計算結(jié)果，2005年土地利用效率得分為0.0677，2016年土地利用效率得分為0.9092。詳見，5。

經(jīng)計算得出2005年研究區(qū)土地利用效率為0.0677，2016年的土地利用效率為0.9092。由計算結(jié)果可以看出萬年縣的土地利用效率在2005-2016這是一年期間得到了巨大的改善，2005年各項土地利用效率指標(biāo)狀態(tài)值均遠(yuǎn)低于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，而2016年的各項土地利用效率指標(biāo)狀態(tài)值（單位面積糧食產(chǎn)量除外，單位面積糧食產(chǎn)量之所以遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)值，是因為萬年縣森林覆蓋率極高），均逼近標(biāo)準(zhǔn)值甚至遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值（例如地均工業(yè)生產(chǎn)總值，標(biāo)準(zhǔn)值為50萬元每公頃，指標(biāo)狀態(tài)值為73.0129萬元每公頃）。這說明2005年萬年縣受科學(xué)技術(shù)以及資金的限制比較嚴(yán)重，所以對土地的投入很低，導(dǎo)致土地利用效率低;相較于2005年，2016年的突飛猛進(jìn)式發(fā)展充分說明萬年縣的土地利用效率在當(dāng)?shù)厝嗣裾念I(lǐng)導(dǎo)下取得了飛躍發(fā)展，土地資源得到了合理有效的利用，單位生產(chǎn)總值、單位固定資產(chǎn)投資以及地均工業(yè)生產(chǎn)總值均取得了極其優(yōu)異的成果，但是在萬年縣的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，糧食生產(chǎn)能力進(jìn)步卻并不大。

3.3 土地利用結(jié)構(gòu)評價。

同理，由式1、2、3、4可計算得到研究區(qū)2005年和2016年土地利用結(jié)構(gòu)量化值，2005年土地利用效率、農(nóng)用地比例以及單位土地面積水資源量的量化值均為1，建設(shè)用地比例的量化值為0.5165;2016年土地利用效率、農(nóng)用地比例以及單位土地面積水資源量的量化值均為1，建設(shè)用地比例的量化值為0.6315。根據(jù)式5、6、7可以計算得到土地利用效率權(quán)重系數(shù)為0.0226，農(nóng)用地比例的權(quán)重系數(shù)為0.1497，建設(shè)用地比例的權(quán)重系數(shù)為0.0414，單位土地面積水資源量的權(quán)重系數(shù)為0.7863。詳見表6。

由式8得到土地利用結(jié)構(gòu)得分，2005年土地利用結(jié)構(gòu)承載力得分為0.9799，2016年得分為0.9847。詳見表7。

根據(jù)結(jié)果可以看出，萬年縣土地利用結(jié)構(gòu)布局整體上相對合理，為了滿足人民日益增長的需求，將來的土地利用規(guī)劃必須要將重點(diǎn)放在優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提高土地利用效益上;兩個時期的建設(shè)用地比例都遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，這說明萬年縣還需要提高對土地資源的投入?？傮w上說，萬年的土地資源結(jié)構(gòu)布局很合理，但是為了貫徹落實可持續(xù)發(fā)展理念，需要對土地利用方向進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計。

3.4 土地資源承載力評價。

根據(jù)表3、5、7中土地利用強(qiáng)度、土地利用效率、土地利用結(jié)構(gòu)評價得分，根據(jù)式5、6、7計算得到土地利用強(qiáng)度的權(quán)重系數(shù)為0.1239，土地利用效率的權(quán)重系數(shù)為0.8711，土地利用結(jié)構(gòu)的權(quán)重系數(shù)為0.005。詳見表8。

經(jīng)過計算得到萬年縣2005年的土地資源承載力得分為0.1707，2016年的土地資源承載力得分為0.8890。

由此結(jié)果可以看出，在2005年-2016年期間，萬年縣的土地資源能承載力有了巨大的提高。2005年的土地承載力低主要是因為當(dāng)時的土地利用效率低，受到當(dāng)時經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平的限制，對土地資源的經(jīng)濟(jì)投入和技術(shù)投入都很低，土地資源的利用方式相對2016年來說粗放很多，因此2005年的土地利用效率極低并由此直接導(dǎo)致當(dāng)年的土地資源承載力得分低。我國的經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，這使得人們在利用土地的過程中對土地追加了資金技術(shù)投入，因此2016年的土地利用效率有了極大的改觀，土地利用方式變得更加合理。

2016年的人均耕地面積較2005年有所下降，政府和相關(guān)土地工作者在制定土地利用規(guī)劃時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮耕地;另外，在此次研究過程中還發(fā)現(xiàn)萬年縣的人均建設(shè)用地一直都低于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)很多，當(dāng)?shù)卣梢钥紤]適當(dāng)?shù)脑黾踊A(chǔ)設(shè)施投入。

萬年是一個生態(tài)環(huán)境優(yōu)美的產(chǎn)糧大縣，土地利用結(jié)構(gòu)相對合理，土地利用強(qiáng)度也比較合適，為了使其土地資源承載力得到持續(xù)增強(qiáng)，應(yīng)當(dāng)在不造成土地資源退化、破壞生態(tài)環(huán)境以及土地資源不可逆等負(fù)面效果的前提下，適當(dāng)增加科學(xué)技術(shù)和資金投入，合理利用區(qū)域內(nèi)的每一寸土地。

4 結(jié)論

本文以2005-2016年遙感解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合統(tǒng)計年鑒及其他相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)資料，對萬年縣土地承載力進(jìn)行了評價，得出以下結(jié)論：

（1）本文基于Landsat7 ETM遙感影像，將萬年縣兩個時期的土地利用現(xiàn)狀和其社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r相結(jié)合，根據(jù)土地資源承載力理論及應(yīng)用，建立了萬年縣土地資源承載力評價的指標(biāo)體系，基于此對萬年縣的土地資源承載力進(jìn)行評價分析研究，每個地區(qū)的具體情況不同，建立的承載力評價體系也不同，本文在量化處理階段所采用的標(biāo)準(zhǔn)值是全國、江西省或者同級地區(qū)較高水準(zhǔn)的數(shù)值，能夠較好地確保評價結(jié)果的科學(xué)性。

（2）本文根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，選取了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、自然環(huán)境、土地利用狀況、人口狀況以及人們生活與發(fā)展的需要等方面，土地承載力評價是涉及多種因素、多項指標(biāo)綜合決定的，因此需要綜合分析自然環(huán)境、人口、經(jīng)濟(jì)等多個方面，只有將這些都全面協(xié)調(diào)起來才能有效提高土地資源的承載能力。

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作者簡介：謝文（1978-），女， 江西上高人，講師，博士研究生，主要從事土地資源信息技術(shù)研究。