基于GIS的生態(tài)用地空間格局演變特征研究

王帥

摘要：生態(tài)用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間格局特征的分析是生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)，其空間格局演變規(guī)律對(duì)于生態(tài)資源的保護(hù)和保障國(guó)家可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文綜合運(yùn)用GIS和RS作為技術(shù)手段，利用核密度分析方法對(duì)黑龍江省2000-2016年間生態(tài)用地進(jìn)行了演變特征分析。研究結(jié)果表明：從空間分布來(lái)看，2000-2016年間黑龍江省生態(tài)用地核密度值分布較平均，呈現(xiàn)從北到南降低趨勢(shì)，并且核密度高值地區(qū)的核密度有向低值轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 生態(tài)用地; 空間格局; 演變特征; GIS

0 引? 言

伴隨著中國(guó)新型城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，中國(guó)大量占用生態(tài)用地，生態(tài)用地質(zhì)量不斷下降，造成資源嚴(yán)重短缺，使中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口增長(zhǎng)與生態(tài)資源保護(hù)的矛盾更加突出[1-3]。所以，研究生態(tài)用地?cái)?shù)量變化與空間分布特征，對(duì)于合理利用生態(tài)資源，保障生態(tài)安全，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4]。本文以黑龍江省作為研究區(qū)，利用RS和GIS等技術(shù)，從水平空間方面研究了黑龍江省生態(tài)用地空間演變特征。利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析了黑龍江省生態(tài)用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征，利用核密度分析、點(diǎn)密度等方法分析了生態(tài)用地空間分布密度和空間聚集位置等。研究成果可為保護(hù)黑龍江省生態(tài)用地資源提供一定的科學(xué)參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

黑龍江省位于中國(guó)最東北部，東、北分別以烏蘇里江、黑龍江為界與俄羅斯接壤，西接內(nèi)蒙古自治區(qū)，南連吉林省，地處東經(jīng)43°25′～53°33′，東經(jīng)121°11′～135°05′，跨越10個(gè)緯度，14個(gè)經(jīng)度，南北長(zhǎng)約1120 km，東西寬約930 km，總面積47.3萬(wàn)km2（含加格達(dá)奇區(qū)和松嶺區(qū)），它是中國(guó)最北、最東、緯度最高、經(jīng)度最東的一個(gè)省。黑龍江省西部屬于松嫩平原，東北屬于三江平原，平原面積占全省的37.0%，北部和東南部屬于山地，平均海拔在50～200 m之間。溫帶大陸性季風(fēng)氣候。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文以研究區(qū)2000年、2010年、2016年3期土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，提取生態(tài)用地信息。采用土地資源信息全數(shù)字人機(jī)交互遙感快速提取方法，建立的全國(guó)土地利用變化數(shù)據(jù)集。利用覆蓋了研究區(qū)的2016年數(shù)據(jù)，對(duì)57幅Landsat-8/OLI、 TIRS圖像進(jìn)行分類，再根據(jù)分類結(jié)果進(jìn)行人工目視判讀，生成了區(qū)土地利用圖形數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)Kappa系數(shù)檢驗(yàn)和實(shí)地驗(yàn)證，其準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。

2 研究方法

2.1核密度分析

核密度估計(jì)（kemel density estimation， KED）是一種探測(cè)數(shù)據(jù)分布情況的方法，它可以用來(lái)分析點(diǎn)狀地理要素，從而清楚地反映地理現(xiàn)象在空間擴(kuò)散中的距離衰減規(guī)律。核密度估算公式如下：

式中，n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，h為閾值，K （x-xi）為核密度方程;（x-）是估計(jì)點(diǎn)x到事件的距離。對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從而得到黑龍江省生態(tài)用地的分布密度[6]。

3 生態(tài)用地空間格局演變特征

3.1 空間格局演變核密度分析

在ArcGIS10.2中，使用”Feature to to point”工具，將每一年的生態(tài)地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)，然后利用”Kernal Density”模塊計(jì)算點(diǎn)狀生態(tài)地形圖的核素密度值，根據(jù)2000年的數(shù)據(jù)，使用”Natural Breaks”方法對(duì)2000年生態(tài)地形圖的核素密度值進(jìn)行分級(jí)，依次為：0-0.04塊·/km2、0.04-0.08塊·/km2、0.08-0.12塊·/km2、0.12-0.16塊·/km2、0.16-0.20塊·/km2其他年份以此為依據(jù)劃分，最終生成黑龍江省不同年份生態(tài)用地核密度值空間分布圖（圖1）。

如圖1所示，黑龍江省3個(gè)年份生態(tài)用地核密度空間分布呈現(xiàn)出相似的空間格局，生態(tài)用地核密度值總體較為平均，除綏化市核密度值較低外，其他各地區(qū)均有不同程度的核密度值分布，由北向南核密度值逐漸降低，核密度值最高的地區(qū)為大興安嶺地區(qū)、黑河市北部以及大慶市南部。核密度值最低的地區(qū)主要包括綏化市、哈爾濱西部、雙鴨山市北部以及佳木斯市南部，其中綏化市生態(tài)用地核密度值幾乎全部為0-0.04塊·/km2，哈爾濱市生態(tài)用地核密度值幾乎全部為0.04-0.08塊·/km2，是黑龍江省兩個(gè)典型的生態(tài)用地核密度低值區(qū)。

從各年份生態(tài)用地核密度值空間分布來(lái)看，2000-2016年期間，黑龍江省生態(tài)用地核密度高值地區(qū)有向核密度低值轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，核密度值有所降低，表現(xiàn)在大興安嶺地區(qū)、大慶市、牡丹江市等地區(qū)。

4 結(jié)? 語(yǔ)

本文以黑龍江省2000年、2010年、2016年3期土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，提取生態(tài)用地信息，綜合利用GIS手段和數(shù)學(xué)模型，從生態(tài)用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)、空間分布方面研究生態(tài)用地空間格局演變特征，得到主要結(jié)論如下：從空間分布上來(lái)看，黑龍江省生態(tài)用地在2000-2016年期間空間分布呈現(xiàn)出相似格局，生態(tài)用地核密度值分布總體較平均，生態(tài)用地核密度從北到南逐漸降低，綏化市為典型的生態(tài)用地核密度低值地區(qū)，大興安嶺地區(qū)為核密度高值地區(qū)，并且核密度高值地區(qū)的核密度值有隨時(shí)間向低值轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在伊春市西南部與黑河市中部。總體上看，生態(tài)用地變化地區(qū)的集聚程度在近幾年有所緩和，趨于穩(wěn)定，變化集中區(qū)域在不斷縮小。

參考文獻(xiàn)

[1]張騫，高明，楊樂(lè)，等. 1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（2）：566-575.

[2]程迎軒，王紅梅，劉光盛，等. 基于最小累計(jì)阻力模型的生態(tài)用地空間布局優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（16）：248-257.

[3]周朕，蒙吉軍，齊楊，等. 中國(guó)生態(tài)用地重要性及其格局優(yōu)化研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（1）：18-225.

[4]朱戰(zhàn)強(qiáng)，楊帆，宋志軍.北京生態(tài)用地的空間格局及復(fù)雜性[J].經(jīng)濟(jì)地理，2015，35（7）：168-175.

[5]陳利，朱喜鋼.中國(guó)城鎮(zhèn)化的地域非均衡及其動(dòng)態(tài)演進(jìn)——來(lái)自基尼系數(shù)及核密度估計(jì)的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2017，32（5）：76-84.

[6]李鵬山，呂雅慧，張超.基于核密度估計(jì)的京津冀地區(qū)耕地破碎化分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47（5）：281-287.

[7]武虹.多因子影響下的史前西遼河流域聚落空間格局演變研究[D].泉州：華僑大學(xué)，2017，5.

成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610059