胡天然

摘要

以1992、2001、2010年3個時相的衛(wèi)星遙感圖像 TM 為主要數(shù)據(jù)源，基于RS與GIS，分別對研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進行解譯和提取，獲得 1992～2010年肇州縣土地利用變化的基礎數(shù)據(jù)，由此計算出土地利用類型的動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動態(tài)度指數(shù)、定量分析該區(qū)土地利用變化情況。結(jié)果表明：肇州縣林地面積在迅速的增加，隨著當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)投入的加大以及養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，草地面積也在迅猛增長，同時在縣域經(jīng)濟發(fā)展的帶動影響下，建設用地面積呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，且其他用地的開發(fā)利用速度較快。從區(qū)域LUCC空間動態(tài)度來看，肇州縣土地利用變化逐漸由基本處于雙向轉(zhuǎn)移平衡狀態(tài)向單向不平衡轉(zhuǎn)移狀態(tài)轉(zhuǎn)化。

關鍵詞 遙感；土地利用；動態(tài)度；肇州縣

中圖分類號 S28 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）31-11158-05

Analysis of Land Use Dynamic in Zhaozhou Region Based on RS and GIS

HU Tianran1，2

（1. Forestry School of Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150001； 2. Heilongjiang Institute of Water and Soil Conservation， Harbin， Heilongjiang 150070）

Abstract With the 3 phase of the TM satellite remote sensing image as the main data source， based on RS and GIS， land use data in the study area in 1992， 2001， 2010 was interpreted and extracted， the basic data of land use dynamic in Zhaozhou County during 1992-2010 was obtained. The land use transfer matrix， the land use dynamic index was calculated， the land use change was quantitatively analyzed. The results showed that： the area of woodland in Zhaozhou increased rapidly， along with the local agricultural and animal husbandry increase in investment and development of aquaculture， grassland area also is in rapid growth， at the same time under the economic development， construction land area is showing a trend of rapid growth， and development rapid of other land use is fast. From the dynamicof the LUCC， the land use change in Zhaozhou transfer gradually from twoway equilibrium state to one-way unbalanced transformation.

Key words Remote sensing； Land use； Dynamic degree； Zhaozhou County

20世紀90年代以來，土地利用/覆被變化 （LUCC） 是全球環(huán)境變化的重要組成部分和造成全球環(huán)境變化的重要原因，日益受到國際組織和世界各國的普遍關注，目前已成為國際上全球變化研究的前沿和熱點課題。近幾年國內(nèi)外在區(qū)域土地利用變化方面研究的廣度和深度都有了很大的提高^[1-12]，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的劇增，城市的土地利用變化迅速， 國內(nèi)外對一些大都市區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的城市土地利用變化研究較多^[8-11]，而對一些中小城市的土地利用變化研究相對較少。筆者以土地資源遙感調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎，利用遙感和地理信息系統(tǒng)方法，結(jié)合統(tǒng)計分析，揭示1992～2010年肇州縣土地利用的數(shù)量變化和空間變化特征，明確其變化的主要類型和區(qū)域差異，為該區(qū)域土地管理決策、生態(tài)環(huán)境保護以及進一步深入研究奠定基礎，對于區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

肇州縣隸屬于黑龍江省大慶市，位于黑龍江省西南部，松花江之北，松嫩平原腹地。背靠大慶油田，東部與肇東市比鄰，西部與大同區(qū)交界，南部與肇源縣接壤，北部與安達市相連，是長春、哈爾濱、大慶、齊齊哈爾黃金經(jīng)濟帶上的一個重要縣份。地理坐標為124°48′12″～125°48′03″E、45°35′02″～46°16′08″N。全境南北長77 km，東西寬72 km，境內(nèi)幅員面積2 398 km2。轄6鎮(zhèn)6鄉(xiāng)2場，104個行政村，731個自然屯。肇州縣地處黑龍江省第一積溫帶，屬中溫帶大陸性季風氣候，年均活動積溫2 800 ℃，無霜期143 d。全境為沖擊平原，地勢平坦，平均海拔150 m。

1.2 資料來源

研究區(qū)的遙感影像資料包括1992、2001和2010年的3期landsat TM 多波段的數(shù)據(jù)，其地形圖數(shù)據(jù)為全國1∶5萬地形圖。

1.3 遙感圖像信息提取

遙感影像預處理包括影像的波段處理、幾何校正、影像的拼接與裁剪。遙感影像利用ENVI軟件進行計算機監(jiān)督分類處理之后，利用ArcMap成圖功能，得到了研究區(qū)1992、2001和2010年的土地利用現(xiàn)狀圖（圖1～3）和研究區(qū)1992～2001、2001～2010年土地利用動態(tài)變化圖（圖4、5）。

1.4 研究方法

利用遙感圖像處理 ENVI 軟件， 首先對 3 個時相的遙感圖像進行幾何校正、鑲嵌、幾何配準、監(jiān)督分類，從中提取出主要的土地利用類型，提取出土地利用變化信息，在此基礎上建立土地利用變化動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和主要變化類型的空間分布圖。在 ArcGIS、Excel等軟件的支持下，計算出肇州縣土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動態(tài)度等模型，對該區(qū)1992～2010年土地利用時空變化進行定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

為了分析土地利用類型的轉(zhuǎn)移趨向，在ArcGIS和Excel軟件中對不同時相遙感圖像的分類結(jié)果進行運算，可獲得1992～2001、2001～2010年研究區(qū)各土地利用類型之間的變化量。將1992、2001和2010年3期矢量數(shù)據(jù)的耕地、林地、草地、水域、建設用地和其他用地類別的相同地類編碼通過ArcGIS中的融合工具分別進行同一地類的合并，得到6類用地類型的相關數(shù)據(jù)新表；經(jīng)過3個時段矢量數(shù)據(jù)的兩兩相交操作分別得到各用地類型的地類編碼轉(zhuǎn)換對照表，并在ArcGIS里將面積發(fā)生變化的用地類型總面積計算出來；將數(shù)據(jù)導出為.dbf格式文件，利用Excel中的數(shù)據(jù)透視表和數(shù)據(jù)透視圖工具對得到的2期數(shù)據(jù)分別進行相關數(shù)據(jù)的計算操作；由計算所得結(jié)果得到肇州縣土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣^[13]（表1、2）。

由表1～2可以看出，1992～2001年及2001～2010年的土地利用變化主要是耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、草地和建設用地；林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾徒ㄔO用地；草地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、林地和其他用地；水域主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾推渌玫?；建設用地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍⒘值睾筒莸?；其他用地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、草地、水域和建設用地。

2.1.1

耕地轉(zhuǎn)換分析。

1992～2001年，耕地向其他類型用地轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為向林地、草地和建設用地轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化量分別為316.33、991.05和287.05 hm2，分別占由耕地轉(zhuǎn)換為他類用地類型總量的16.74%、52.46%和15.19%。由其他類型的土地轉(zhuǎn)換為耕地的類型中林地占8.02%，草地占80%，建設用地占7.97%，但耕地的總量是增加的，凈增加了500.75 hm2。2001～2010年，耕地主要向林地、草地和建設用地轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化量分別為4 698.22、2 448.38和5 739.37 hm2，比前一個時期的轉(zhuǎn)化量明顯高出很多，分別占由耕地轉(zhuǎn)化為其他用地類型總量的34.39%、17.92%和42.01%。由其他類型土地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐念愋椭校莸卣?8.19%，建設用地占27.41%，其他用地占24.83%。相較于上一時期，草地的轉(zhuǎn)化比例有所下降，建設用地的轉(zhuǎn)化量有所增加，同時新增了其他用地的轉(zhuǎn)化，但總體上這一時期耕地的總量是減少的，凈減少了2 991.05 hm2。

2.1.2

林地轉(zhuǎn)換分析。1992～2001年，林地主要向耕地、草地和其他用地轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換面積分別為191.67、10.76和9.04 hm2，分別占轉(zhuǎn)為其他類型的土地總量的88.15%、4.95%和4.16%。在由其他類型的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值氐念愋椭?，主要是林地和草地，分別占轉(zhuǎn)入總量的52.51%和44.29%。這一時期林地的總量是增加的，總共增加了384.92 hm2 。2001～2010年，林地主要表現(xiàn)出向耕地和建設用地轉(zhuǎn)換的趨勢。其中林地轉(zhuǎn)化為耕地和建設用地的面積分別為965.43和172.27 hm2，分別占由林地轉(zhuǎn)化為其他類型用地總量的79.43%和14.17%。在由其他類型土地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值氐念愋椭?，主要是耕地、草地、建設用地和其他用地，分別占總量的71.82%、9.16%、8.88%和9.88%。在此期間林地的總量仍是持續(xù)增加的，在上一期的基礎上凈增加了5 326.30 hm2。

2.1.3

草地轉(zhuǎn)換分析。

1992～2001年，草地主要轉(zhuǎn)換為耕地、林地和水域和其他用地，轉(zhuǎn)換面積分別為1 911.88、266.76、177.63和686.18 hm2，分別占由草地轉(zhuǎn)換為其他類型總量的62.75%、8.76%、5.83%和22.52%。同時，在其他土地轉(zhuǎn)換為草地的類型中主要是耕地、水域和其他用地，面積分別為991.05、584.14和1 040.11 hm2，分別占總量的37.74%、22.24%和39.6%。在這一時期內(nèi)，草地的總量是減少的，共減少了420.74 hm2。2001～2010年，草地有4 075.31 hm2轉(zhuǎn)換為耕地，占轉(zhuǎn)出總量的54.89%，有713.98 hm2轉(zhuǎn)換為建設用地，占轉(zhuǎn)出總量的9.62%，有1 394.83 hm2轉(zhuǎn)換為其他用地，占轉(zhuǎn)出總量的18.79%。同時，主要由耕地和其他用地來彌補草地的損失，分別占轉(zhuǎn)入總量的7.81%和88.66%。在此期間，草地的總量大幅增加，凈增加了23 907.41 hm2。

2.1.4

水域轉(zhuǎn)換分析。

肇州縣水域資源比較豐富，主要包括河流、湖泊水面、水庫和坑塘等。1992～2001年，水域有584.14 hm2轉(zhuǎn)換為草地，有1 465.95 hm2轉(zhuǎn)換為其他用地，分別占轉(zhuǎn)出總量的28.26%和70.92%。同時，在其他類型土地轉(zhuǎn)換為水域用地的主要是草地和其他用地，面積分別為177.63和417.02 hm2，占轉(zhuǎn)入總量的28.12%和66.01%，總體上來說，該時期內(nèi)水域的總量減少了1 435.27 hm2。2001～2010年，水域主要轉(zhuǎn)換為草地和建設用地，轉(zhuǎn)換量分別為577.19和132.49 hm2，占轉(zhuǎn)出總量的69.74%和16.01%。由其他類型轉(zhuǎn)換為水域的主要是耕地、草地和其他用地，分別占轉(zhuǎn)入總量的13.18%、21.66%和63.23%。這一時期水域的總體上呈增加趨勢，面積增加了2 134.12 hm2。

2.1.5

建設用地轉(zhuǎn)換分析。

1992～2001年，建設用地轉(zhuǎn)化為其他類型的土地在數(shù)量上主要表現(xiàn)為向耕地轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)出量為190.37 hm2，占轉(zhuǎn)出總量的97.04%。與此同時，由其他類型土地轉(zhuǎn)換為建設用地也主要是耕地，還有少量其他用地，數(shù)量為287.05和9.49 hm2，分別占轉(zhuǎn)入總量的93.49%和3.09%，由此可以看出，在此期間建設用地和耕地間的轉(zhuǎn)換比較頻繁，而且轉(zhuǎn)換量比較大，但總體上來看，建設用地的面積還是增加的，總共增加了110.89 hm2。在2001～2010年期間，建設用地轉(zhuǎn)換為其他類型的土地，按照數(shù)量的多少分別是耕地、林地和草地，其面積分別為2 925.26、581.06和462.39 hm2，分別占由建設用地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋涂偭康?1.31%，14.16%和11.27%。同時可以看出，主要由耕地、草地和其他用地來彌補建設用地的流失，分別占轉(zhuǎn)換總量的70.10%、8.72%和18.52%。可見，建設用地迅速增加主要是靠占用大量耕地得以實現(xiàn)的，其次是林地和草地。與1992～2001年相比，建設用地仍是持續(xù)增加的，但增幅較大，在面積上增加了4 084.85 hm2，比上期的110.89 hm2高出很多。

2.1.6

其他用地轉(zhuǎn)換分析。

1992～2001年，其他用地有79.06 hm2轉(zhuǎn)換為耕地，有1 040.11 hm2轉(zhuǎn)換為草地，有417.02 hm2轉(zhuǎn)換為水域，分別占轉(zhuǎn)出總量的5.07%、66.69%和26.74%。同時，主要由耕地、草地和水域轉(zhuǎn)換為其他用地，轉(zhuǎn)換面積分別為257.61、686.18和1465.95 hm2，分別占轉(zhuǎn)入總量的10.65%、28.36%和60.60%。這一時期內(nèi)其他用地凈增加了859.44 hm2。2001～2010年，其他用地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、林地、草地、水域和建設用地，轉(zhuǎn)換量分別為2 650.06、646.34、27 777.47、1 872.82和1 516.30 hm2，分別占轉(zhuǎn)出總量的7.69%、1.88%、80.60%、5.43%和4.40%，同時，主要由耕地、草地和水域轉(zhuǎn)換為其他用地，分別占轉(zhuǎn)入總量的19.30%、69.69%和4.20%，但其他用地的總量是急劇降低的，凈減少了32 461.61 hm2。由此可以看出，其他用地在此期間得到了比較充分地利用。

2.2 土地利用動態(tài)度

2.2.1

單一及綜合土地利用變化動態(tài)度。

利用土地利用動態(tài)度模型來定量反映區(qū)域土地利用變化的速率，對比不同時段土地利用變化差異和預測未來土地利用變化的趨勢具有積極意義。單一土地利用類型動態(tài)度表示某研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。計算公式為^[15]：

Rs=（Ub-Ua）/Ua×（1/T）×100%

從表3可以看出，6種土地利用類型中林地年變化率最大，其次為草地，再次為其他用地和建設用地。說明由于1992～2010年肇州縣對生態(tài)環(huán)境建設的重視，林地面積在迅速的增加，隨著當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)投入的加大以及養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，草地面積也在迅猛增長，在縣域經(jīng)濟發(fā)展的帶動影響下，建設用地面積呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，且其他用地的開發(fā)利用速度較快。以上數(shù)據(jù)還表明，1992～2010年研究區(qū)域綜合土地利用年均變化速度為0.86%，其中2001～2010年綜合土地利用年均變化速度相比1992～2001年要更快，約為前者的18倍，說明2001～2010年研究區(qū)在土地利用方面有很大的調(diào)整和變化。

2.2.2

土地利用變化空間動態(tài)度。

為了對研究區(qū)的各類用地數(shù)據(jù)類型進行更深入的分析，在進行了數(shù)量變化及不同土地類型間的轉(zhuǎn)移矩陣及單一、綜合動態(tài)度的分析之后，綜合利用數(shù)據(jù)進行土地利用變化空間動態(tài)度和趨勢狀態(tài)指數(shù)的相關研究分析，其中使用的土地利用類型間轉(zhuǎn)移指數(shù)模型^[19]見表4。表4中，Ua為研究期初某一種土地利用類型的數(shù)量；ΔUin為研究時段T內(nèi)其他類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃愋偷拿娣e之和，ΔUout為某一類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷拿娣e之和；ΔUin-i為研究期間其他類型轉(zhuǎn)變?yōu)閕類型的面積之和；ΔUout-i為i類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷拿娣e之和；∑

從表5中數(shù)據(jù)（Rss行列）分析可看出，1992～2001年水域的變化空間動態(tài)度最大，其次是林地和草地，說明在研究期間水域和林地等土地利用類型輸入與輸出轉(zhuǎn)化頻繁，或轉(zhuǎn)化量占各自期初面積的百分比較大。2001～2010年林地變化空間動態(tài)度最大，其次是草地和水域，再次是其他用地和建設用地，較之上一期整體空間動態(tài)度數(shù)值都有大幅增加，說明在此期間除了上述地類土地利用類型輸入與輸出轉(zhuǎn)化頻繁或轉(zhuǎn)化量占各自期初面積的百分比較大之外，各地類之間轉(zhuǎn)化面積比例也有較大規(guī)模變動。在2個時間段空間動態(tài)度最小的都是耕地，說明1992～2010年耕地空間轉(zhuǎn)移不頻繁，或轉(zhuǎn)化量占期初面積的百分比不大。

從 Ps行列分析，當0≤Ps≤1時則該土地利用類型朝著規(guī)模增大的方向發(fā)展，該類型處于“漲勢”狀態(tài)。Ps越接近于0，表明該土地利用類型的規(guī)模增長越緩慢，且雙向轉(zhuǎn)換頻繁，呈現(xiàn)平衡態(tài)勢，但轉(zhuǎn)換為其他類型的面積略微小于其他類型轉(zhuǎn)換為該類型的面積，如1992～2001年的耕地和2001～2010年的建設用地；Ps越接近于1，說明土地利用類型的轉(zhuǎn)換方向主要為其他類型轉(zhuǎn)換為該類型，呈現(xiàn)極端非平衡態(tài)勢，致使該類型面積穩(wěn)步增加，如兩個時期的林地。

當-1≤Ps≤ 0時，則土地利用類型朝著規(guī)模減少的方向發(fā)展，該類型處于“落勢”狀態(tài)。Ps越接近0，表明該類型的規(guī)模減少越緩慢，且雙向轉(zhuǎn)換頻繁，呈現(xiàn)平衡態(tài)勢，但面積轉(zhuǎn)換為其他類型面積略微大于其他類型轉(zhuǎn)為該類型的面積，如1992～2001年的草地和2001～2010年的耕地；Ps越接近于-1，說明土地利用類型的轉(zhuǎn)換方向主要為該類型轉(zhuǎn)換為其他類型，呈極端非平衡態(tài)勢，致使該類型規(guī)模逐步萎縮，如1992～2001年的水域和2001～2010年時段的其他用地。

從區(qū)域LUCC空間動態(tài)度（Rts）來看，2001～2010年肇州縣各種土地利用類型總的空間轉(zhuǎn)移量（轉(zhuǎn)出或轉(zhuǎn)入）比前一時段有所增加。從區(qū)域空間變化趨勢狀態(tài)指數(shù)（Pt）分析，當Pt越接近0時，表明區(qū)域內(nèi)所有的土地利用類型的雙向轉(zhuǎn)移越頻繁，且呈現(xiàn)均衡轉(zhuǎn)移的態(tài)勢；當越接近于1時，說明每種土地利用類型的轉(zhuǎn)移方向主要為單向的極端不均衡轉(zhuǎn)移，或者是該類型轉(zhuǎn)移為其他類型，或者是其他類型轉(zhuǎn)移為該類型。為了更好地表達和理解 LUCC的趨勢和狀態(tài)，可對區(qū)域LUCC的整體趨勢和狀態(tài)指數(shù)進行分級：當0≤Pt≤0.25時，定義區(qū)域LUCC處于平衡狀態(tài)；當0.25≤Pt≤0.50時，定義區(qū)域LUCC處于準平衡狀態(tài)；當0.50≤Pt≤0.75時，定義區(qū)域LUCC處于不平衡狀態(tài)；當0.75≤Pt≤1時，定義區(qū)域LUCC處于極端不平衡狀態(tài)。從表5中的數(shù)據(jù)可看出，肇州縣土地利用變化逐漸由基本處于雙向轉(zhuǎn)移平衡狀態(tài)向單向不平衡轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)論與討論

（1）研究區(qū)土地利用數(shù)量變化存在著明顯的差異性，其中草地在研究期內(nèi)總量增加了23 674.51 hm2，而其他用地面積減少了31 498.27 hm2，這兩者是面積變化最明顯的土地類別。

（2）1992～2010年肇州縣林地面積在迅速的增加，隨著當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)投入的加大以及養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，草地面積也在迅猛增長，同時在縣域經(jīng)濟發(fā)展的帶動影響下，建設用地面積呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，且其他用地的開發(fā)利用速度較快。此外，較之1992～2001年，2001～2010年肇州縣各土地利用類型在數(shù)量方面有很大的調(diào)整和變化。

（3）1992～2001年肇州縣在水域和林地的分配和利用方面有較大比例調(diào)整，與該時期相比，2001～2010年除了林地和水域之外，肇州縣對草地、建設用地以及其他用地的利用都有較大調(diào)整和變動，因在此期間以上地類的空間動態(tài)度指標變化較明顯。與以上地類相比，1992～2010年肇州縣對耕地的保有量和轉(zhuǎn)換控制較好，耕地面積基本無大規(guī)模變動。

（4）從趨勢狀態(tài)指數(shù)方面來看，研究區(qū)1992～2001年的耕地和2001～2010年的建設用地的規(guī)模增長較緩慢，且雙向轉(zhuǎn)換頻繁，呈現(xiàn)平衡態(tài)勢，但轉(zhuǎn)換為其他類型的面積略微小于其他類型轉(zhuǎn)換為該類型的面積；2個時期的林地增長呈現(xiàn)極端非平衡態(tài)勢，致使該類型面積穩(wěn)步增加。1992～2001年的草地和2001～2010年的耕地規(guī)模減少較緩慢，且雙向轉(zhuǎn)換頻繁，呈現(xiàn)平衡態(tài)勢，但面積轉(zhuǎn)換為其他類型面積略微大于其他類型轉(zhuǎn)為該類型的面積；1992～2001年的水域和2001～2010年的其他用地類型規(guī)模逐步萎縮，呈極端非平衡態(tài)勢。

（5）從區(qū)域LUCC空間動態(tài)度來看，肇州縣土地利用變化逐漸由基本處于雙向轉(zhuǎn)移平衡狀態(tài)向單向不平衡轉(zhuǎn)移狀態(tài)轉(zhuǎn)化。

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