青海省東部城鎮(zhèn)土地利用/ 覆蓋變化及其驅動因素研究

李洪梅 李文奇* 袁 媛 張振軍

（1、青海漢圖測繪科技有限公司，青海 西寧 810000 2、青海星繪地景科技有限公司，青海 西寧 810000 3、青海大學土木工程學院，青海 西寧 810000）

鄉(xiāng)村振興的核心目的是系統(tǒng)構建人口、土地、產業(yè)等多種發(fā)展要素的耦合格局，這將引起城鎮(zhèn)聚落區(qū)域的自然和人文交叉變化，并通過土地利用/覆蓋變化(Landp-Use and Land-Cover Changes, LUCC）來反映區(qū)域自然和人文交叉變化的密切關系，反映出人口聚集和產業(yè)發(fā)展提供基礎性資源的支撐作用[1]。“國際地圈與生物圈計劃”和“全球環(huán)境變化的人文領域計劃”于1995 年聯合提出了“土地利用/覆蓋”研究計劃，并于1999 年發(fā)表了《LUCC 研究實施策略》，隨后國際組織和國家也紛紛啟動了各自的LUCC 研究項目[2-4]。

本文以青海東部典型高原河谷型城鎮(zhèn)為研究對象，采用遙感技術獲取研究區(qū)土地利用/覆蓋變化基礎數據[5]。通過遙感圖像解譯，分類提取研究區(qū)土地利用/覆蓋變化信息，結合高原城鎮(zhèn)社會經濟因素，揭示研究區(qū)土地利用/覆蓋的空間變化規(guī)律，分析和探討研究區(qū)土地利用變化的主要驅動因素。

1 青海東部城鎮(zhèn)自然地理概況

研究區(qū)地處青海東部與黃土高原交錯地帶，平均海拔2295m，四面環(huán)山，地貌以淺山丘陵和川水河谷階地為主，受地形海拔及水熱條件影響，形成了川水、腦山及淺山3 個生態(tài)區(qū)域，森林植被覆蓋度低[6]。

2 土地利用及覆蓋研究

2.1 研究方法和內容

結合國家現行的土地利用分類標準以及遙感影像數據，利用ERDAS 的可視化編程Modeler 模塊生成二值和多值掩模圖像，并驗證研究區(qū)1998 年至2017 年之間兩期掩模圖像所取閾值的正確性，即分類圖像的可靠性。兩期影像經融合裁切后，包含研究區(qū)范圍內所有行政村，含植被、山地、居民地、農田、耕地、房屋、裸地、河流、建筑用地、鐵路、公路及其他交通道路等地物。經ArcGIS 比較兩個時期研究區(qū)的土地利用類型、面積變化，結合研究區(qū)自然和社會經濟因素統(tǒng)計數據，分析研究區(qū)土地利用變化的主要驅動因素。

2.2 數據的獲取

選用研究區(qū)1：50000 的地形圖、ETM+的8 個單波段影像，采用的是1999 年分辨率為2.5m 的Spot 全色波段影像作為一期影像，采用2011 年分辨率為0.61m 的Quick bird 全色波段影像作為二期影像。土地資源和氣候人文數據均來自青海省統(tǒng)計年鑒。

2.3 軟件的選取與數據預處理

選取的遙感圖像處理系統(tǒng)軟件ERDAS IMAGINE，對研究區(qū)基礎底圖的獲取、圖像裁剪、幾何精校正、圖像鑲嵌、圖像融合等進行處理，坐標系參數設置（表1）。利用ERDAS 軟件分別對研究區(qū)地形圖進行幾何校正。對幾何校正后的地形圖進行內圖廓的裁切，將裁切后的內圖廓進行鑲嵌，得到研究區(qū)基礎底圖（圖1），作為其余遙感影像幾何校正的標準。

表1 坐標系參數設置

圖1 研究區(qū)基礎底圖

2.3.1 遙感數據的裁剪與波段合成

對ETM+1 波段的影像裁剪出研究區(qū)，利用裁切ETM單波段影像的方法對spot2.5m 的影像進行裁剪，得到研究區(qū)的初步區(qū)域。將裁切后的ETM+1、2、3、4、5、7、8 這七個波段，利用Layer stack 功能合成，得到空間分辨率為15m 的ETM+1、2、3、4、5、7、8 多波段影像。將已裁切好的研究區(qū)spot 2.5m 全色波段影像，根據研究區(qū)基礎底圖進行幾何精校正，校正方法與地形圖的幾何校正相同，得到的spot 2.5m 全色波段影像。將已裁剪好的Quick bird 0.61m 全色波段影像，根據研究區(qū)基礎底圖進行幾何精校正。校正方法與地形圖的幾何校正相同，幾何校正后的Quick bird 0.61m 全色波段影像。

2.3.2 影像融合

根據本工程實際條件，借助易工軟件對沉箱基礎結構受力以及抗滑、抗傾覆情況進行計算，計算結果見表1。分析可知：

將校正后的空間分辨率為2.5m 的SPOT 全色波段影像，與校正后的空間分辨率為15m 的ETM+多波段影像融合，得到空間分辨率為2.5m 的ETM+多波段影像。將校正后的空間分辨率為0.61m 的Quick bird 全色波段影像，與校正后的空間分辨率為15m 的ETM+多波段影像進行融合，得到0.61m 的ETM+多波段影像。將融合后的空間分辨率為2.5mETM+多波段影像和空間分辨率為0.61m 的ETM+多波段影像，根據研究區(qū)的實際范圍分別進行裁切，得到相同的實際區(qū)域的影像，裁切結果如圖2 所示。

圖2 裁切后相同區(qū)域的ETM+多波段影像

3 研究區(qū)土地利用/覆蓋分類

以土地的經濟用途、經營特點、利用方式和覆蓋物特征為主要依據和標志，對研究區(qū)土地利用進行綜合性分類[1，7]。參照《土地利用現狀分類》（2007 年9 月），將研究區(qū)的土地利用/覆蓋類型分為：植被、水域、建設用地、其他用地四大類。

4 土地利用/覆蓋變化及其驅動力分析

4.1 土地利用/覆蓋變化研究

基于研究區(qū)土地利用類型數量及面積變化，對研究區(qū)1999年至2017 年的土地利用/覆蓋變化進行分析如圖3 和表2，分別反映研究區(qū)地類整體的空間分布和土地覆蓋變化的數量。分析圖3 和表2，研究區(qū)的土地利用/覆蓋面積在兩個時期發(fā)生了一定程度的波動變化，1999 年各類面積占總面積的比例由大到小為：植被＞建設用地＞其他用地＞水；2017 年各類面積占總面積的比例由大到小為：植被＞建設用地＞其他用地＞水；1999～2017 年發(fā)生變化量由大到小為：其他用地>植被＞建設用地＞水。

圖3 研究區(qū)1999 年～2017 年土地利用/覆蓋變化

表2 研究區(qū)1999～2017 年之間土地利用面積變化統(tǒng)計

4.2 自然因素驅動力分析

4.2.1 氣候因素

太陽輻射與氣溫是決定土地生產潛力的基本因素，研究區(qū)1999～2017 年平均氣溫統(tǒng)計和全年降水量統(tǒng)計情況如表3、表4 所示。

表3 1998～2010 年研究區(qū)年平均氣溫統(tǒng)計表(單位：攝氏度)

表4 1998～2010 年研究區(qū)全年降水量統(tǒng)計(單位：毫米)

分析表3 及表4 氣候變化趨勢，結果如圖4（A）所示。1998～2017 年研究區(qū)年平均氣溫變化幅度基本保持在0.7℃之內，變化不大。全年降水量變化幅度在350～550mm 之間，變化不大，因此，對研究區(qū)土地利用/覆蓋變化的驅動作用不大。

4.2.2 地形地貌因素

4.2.3 水文因素

觀察研究區(qū)兩期ETM+多波段影像圖3，其河道發(fā)生了一些明顯變化，但只對研究區(qū)灘地的利用及灘地的生產力較小的影響。

4.2.4 土壤因素

土壤是構成土地的核心要素，是對土地利用影響最為深刻的因素之一。研究區(qū)地處青藏高原與黃土高原的過渡地段，大部分土質屬一般土質，肥力一般，不會輕易產生大的變化，所以研究區(qū)土地利用/覆蓋變化受到土壤因素的影響極小。

4.2.5 植被因素

研究區(qū)植被覆蓋度較高，可提升土壤的肥力，有利于植被生長，加快耕地的開發(fā)等，所以研究區(qū)土地利用/覆蓋變化一定程度上受到植被因素的影響。

綜上可知，研究區(qū)土地利用/覆蓋發(fā)生的變化，其驅動因素為地形地貌、土壤類型、水文和植被，對比圖3、表2、表3 和表4，總體上反映出這些因素對研究區(qū)土地利用/覆蓋發(fā)生變化的驅動貢獻小。

4.3 社會經濟驅動因素分析

4.3.1 人口規(guī)模：人口既是土地利用系統(tǒng)結構的組織者和參與者，也是系統(tǒng)輸出產品的消費者。人口增長會使居民住地、土地利用系統(tǒng)輸出產品需求增加。一般情況下，人口增長導致居住、交通等用地的需求和城鎮(zhèn)的擴張，大量農用地轉化為建設用地。研究區(qū)1998～2017 年之間人口變化如表5 所示。

表5 1998～2017 年城北區(qū)人口總數統(tǒng)計(單位：萬人)

4.3.2 經濟規(guī)模

土地利用方式和結構的形成與變化主要取決于社會經濟增長水平，研究區(qū)生產總值統(tǒng)計情況表明（圖4（B）），研究區(qū)城鎮(zhèn)化使人口、產業(yè)集中、地域擴散占用土地以及生活方式和價值觀念的擴散。使土地利用出現非農化，改變了原有的土地利用結構，在這種進程當中，農用地非農化的趨勢尤為突出。此外，技術的進步帶來土地格局的變化，土地政策、農業(yè)政策、環(huán)保政策等制度及政策因素也影響著土地資源的開發(fā)利用形式。

圖4 研究區(qū)1998～2017 年平均氣溫變化和降水量變化（A）及人口總數與生產總值（B）

5 討論及結論

綜上分析，研究區(qū)1998 年以來，人口數量在持續(xù)增長，引發(fā)對土地及其產品需求的增加，特別是建設用地的需求增加，引起其他用地的減少?；谶@些需求的增加，帶動了地方經濟的增長，引起對土地的需求及土地利用/覆蓋類型的變化。同時，也引起技術的進步，引起土地利用深度和廣度的變化。此外，研究區(qū)實施的鄉(xiāng)村振興的稅收、環(huán)保等生態(tài)保護政策，促使植被覆蓋度有所提升，土地利用/覆蓋類型也在不斷的轉化，在研究區(qū)形成了一個復雜的綜合土地變化驅動系統(tǒng)。

5.1 研究區(qū)的土地利用/覆蓋類型、面積變化趨勢為植被、建設用地、水的面積增加，其他用地面積減少。這些變化驅動因素以人口規(guī)模、GDP 總值、科學技術、制度政策等經濟社會因素驅動為主，地形地貌等自然因素變化驅動為輔。

5.2 鄉(xiāng)村振興政策下青海東部城鎮(zhèn)土地利用/覆蓋類型驅動變化，必須與青藏高原生態(tài)保護需求、區(qū)域自然本地條件和社會經濟發(fā)展階段相適應。在激活青海東部城鎮(zhèn)分布區(qū)人口規(guī)模、土地和產業(yè)等關鍵發(fā)展要素之際，應注意統(tǒng)籌鄉(xiāng)村物質振興與精神內核的協調提升。

5.3 青海東部城鎮(zhèn)分布區(qū)未來有必要重視土地利用/覆蓋類型的價值趨向，在統(tǒng)一生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃體系下，統(tǒng)籌土地利用規(guī)劃與鄉(xiāng)村振興規(guī)劃，建議重視發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護與土地多功能相結合的新模式。