王亞欣
(哈爾濱師范大學(xué))
土地資源是地球上一切生物賴以生存的重要載體,人類所進行的任何生產(chǎn)活動都離不開土地,土地是人地關(guān)系的重要組成部分,土地利用變化[1-2](即 Land Use Change,簡稱LUC)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展影響較大.土地利用的變化受許多因素的影響,包括區(qū)域自然、社會、經(jīng)濟和許多其他因素同時會進一步影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng).導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的改變,土地利用變化對生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量起決定性作用的但又受其制約,因此研究區(qū)域土地利用變化促使合理利用土地對于保護生態(tài)環(huán)境有重要的意義[4-6].
道里區(qū)是哈爾濱市的主城區(qū),該區(qū)經(jīng)濟發(fā)達(dá),2015年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到609.3億元,其中第一產(chǎn)業(yè)18.6億元,第二產(chǎn)業(yè)171.8億元,第三產(chǎn)業(yè)418.9億元.地區(qū)生產(chǎn)總值增長速度達(dá)到8.3%.作為哈爾濱市的重要交通樞紐,道里區(qū)交通四通八達(dá),是全省唯一具有臨空經(jīng)濟優(yōu)勢的城區(qū),機場高速路、老機場路、哈雙北路、江南中環(huán)路、二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)路、公路大橋、四方臺大橋等交通干道使道里區(qū)四面通達(dá),由于西客站北廣場的建設(shè),道里區(qū)將成為高鐵旅客的交通集散地,設(shè)有渡口1處,碼頭7處,下可達(dá)俄羅斯,上可至吉林省.不僅如此,道里區(qū)區(qū)內(nèi)風(fēng)景名勝頗多,有兆麟公園、斯大林公園、九站公園、松花江索道、防洪紀(jì)念塔、索菲亞教堂、中央大街步行街等,廣泛吸引來自五湖四海的游客前來觀光游玩.
該研究借助GIS與RS平臺,針對2003~2015年哈爾濱市道里區(qū)土地利用變化加以分析,為將來對區(qū)域土地資源管理以及社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的制定提供重要的依據(jù).
道里區(qū)坐落于哈爾濱市區(qū)西北部,北緯45°32′~45°47′、東經(jīng)126°08′~126°38′,東以濱洲鐵路線與道外區(qū)分界,西與雙城縣為鄰,南與南崗區(qū)接壤,北與肇東縣、道外區(qū)相連.海拔高度為112~179 m,屬于半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,四季分明.春季平均氣溫為4.6℃,夏季平均氣溫為21.3℃,秋季平均氣溫為4.1℃,冬季平均氣溫為-17.3℃.道里區(qū)處于哈爾濱市較繁華地段,截止到2015年全區(qū)戶籍人口73.5萬人,有19個街道辦事處、4個鎮(zhèn)、117個社區(qū)居委會.
該文選用的是從地理空間數(shù)據(jù)云中下載的3期哈爾濱市道里區(qū)遙感影像,分別為2003、2009、2015 年影像數(shù)據(jù),文中涉及到的人口及經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自哈爾濱市統(tǒng)計年鑒.
首先利用ENVI軟件分別對道里區(qū)2003、2009和2015年3期遙感影像進行幾何校正、影像融合、影像拼接和裁剪等一系列預(yù)處理操作.
采用監(jiān)督分類法,以ENVI軟件中Supervised工具對預(yù)處理后的3期遙感影像進行分類,按照以下步驟進行實現(xiàn).
第一步是進行類別定義:根據(jù)道里區(qū)的土地利用特征,將土地利用類型定義為6類:河流、濕地、草地、耕地、城市綠地和建設(shè)用地;第二步是依據(jù)各地類在遙感影像上呈現(xiàn)光譜特征的不同,結(jié)合目視判讀以及外業(yè)調(diào)查所得經(jīng)驗,在研究區(qū)域內(nèi)對每一種類別均勻地選取一定數(shù)量的訓(xùn)練樣本;第三步是利用Supervised分類器、采用最大似然分類法,把選好的各地類樣本應(yīng)用于整個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分類;第四步是利用 Majority Analysis工具對分類的結(jié)果進行去除斑點噪聲操作,最后結(jié)合Arcmap10.2空間分析軟件生成哈爾濱市道里區(qū)3期土地利用類型圖(如圖1所示).
圖1 哈爾濱市道里區(qū)2003、2009、2015年土地利用類型圖
土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣可以表達(dá)出該區(qū)域中土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和各種土地利用類型變化的發(fā)展方向,它的意義在于通過分析該地初期和末期的土地利用類型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移的變化情況,揭示研究區(qū)初期各個類型的流失走向情況和研究區(qū)末期各個土地利用類型的來源與組成.
(1)
在式(1) 中,i行表示從起始時間到終止時間,此土地利用類型轉(zhuǎn)換為其他土地利用類型時的面積;j列表示起始時間到終止時,其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為此土地利用類型的面積,Sij則表示在這個研究時期內(nèi)的起始時間到終止時間,i種轉(zhuǎn)化為j種土地利用類型的面積.根據(jù)(1)式算得2003~2009年、2009~2015年2個時間段內(nèi)不同土地利用類型之間原始面積轉(zhuǎn)移矩陣( 見表1、表2) 及2003~2015年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移總矩陣(見表3).
單一土地利用類型動態(tài)度表示在一定時間范圍內(nèi),研究區(qū)的某種土地利用類型在數(shù)量上的變化情況,不同的土地利用類型的動態(tài)度可以反映研究區(qū)內(nèi)土地利用類型變化的大小,它的計算公式為:
(2)
在式(2) 中,U1、U2分別代表研究的起始時間和終止時間,T表示整個研究時期,K代表在這時間段內(nèi)某種土地利用類型的動態(tài)度,根據(jù)這個模型能夠?qū)ρ芯繀^(qū)域中不同土地利用類型之間面積轉(zhuǎn)換情況和速度作出較為精準(zhǔn)的分析.
從2003年到2009年不同的土地利用類型轉(zhuǎn)化情況(見表1)可以看出草地和耕地之間轉(zhuǎn)換比較頻繁,這6年間,草地轉(zhuǎn)為耕地面積為25.75 km2,耕地轉(zhuǎn)為草地面積為29.04 km2.與此同時,耕地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換也比較頻繁,其中14.91 km2建設(shè)用地轉(zhuǎn)換為耕地,31.83 km2的耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地,根據(jù)統(tǒng)計年鑒了解到2003~2009年人口從66.5萬人增長到71.33萬人.而建設(shè)用地面積的增加是與人口的增長、人民生活水平的提高及其國家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是息息相關(guān)的.
表1 2003~2009年道里區(qū)土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2
從2009~2015年不同的土地利用類型轉(zhuǎn)化情況(見表2)可以看出建設(shè)用地轉(zhuǎn)為城市綠地面積較大,有15.04 km2.2012年11月,黨的十八大生活做出“大力推進生態(tài)文明的戰(zhàn)略決策”,這就要求人們一定要牢牢樹立社會主義生態(tài)文明觀,推動形成人與自然和諧發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)新格局,為保護生態(tài)環(huán)境作出努力,做到尊重自然、順應(yīng)自然和保護自然.城市綠地對于改善生態(tài)環(huán)境,保護自然資源,促進經(jīng)濟發(fā)展等方面都起著重要的作用.而黑龍江省擴建城市綠地這一舉措,恰恰說明了黑龍江省貫徹落實了生態(tài)文明建設(shè)這一戰(zhàn)略決策.
表2 2009~2015年道里區(qū)土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2
綜合分析表1、表2可以得出2003~2015年不同的土地利用類型轉(zhuǎn)化情況(見表3),總體來看,草地和耕地之間轉(zhuǎn)化程度趨于平穩(wěn),轉(zhuǎn)化后2種用地類型面積變化不算很大.而耕地轉(zhuǎn)換為城市綠地和建設(shè)用地面積較大,分別為34.64 km2和41.42 km2,這說明伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提升,越來越多的人們由于工作學(xué)習(xí)等需求更趨向于繁華的地段生活居住導(dǎo)致建設(shè)用地面積增加幅度很大,而耕地面積的減少表明了退耕還林政策的實施,黑龍江省重視生態(tài)文明建設(shè),退耕還林有助于保護生態(tài)環(huán)境,促進可持續(xù)發(fā)展.
表3 2003~2015年道里區(qū)土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2
通過應(yīng)用 arcmap10.2軟件對哈爾濱市道里區(qū) 2003、2009和2015年3期土地利用圖 ( 如圖1所示) 的屬性進行相應(yīng)的統(tǒng)計分析,得出了 2003 ~2015 年道里區(qū)不同土地利用類型面積變化情況及單一動態(tài)度變化統(tǒng)計表(見表4).為了便于探討,把2003 ~ 2009 年稱為前6年,2009 ~ 2015年稱為后6年. 從表4中可以看出河流面積先增加后來基本不變,前6年增加了7.16 km2,之后基本持平.草地和耕地面積一直在減少,前6年分別減少了0.98、14.09 km2,后6年分別減少了7.74、56.5 km2.濕地和城市綠地面積先減少后增加,前6年分別減少了2.61、10.73 km2,后6年分別增加了2.09、51.51 km2.其中城市綠地面積在后6年增幅較大,這表明黑龍江省越來越重視城區(qū)綠化.建設(shè)用地的面積一直在增加,前6年增加了27.97 km2,后6年增加了10.67 km2.建設(shè)用地一直在增加的主要原因就是人口的不斷增多和經(jīng)濟的不斷發(fā)展.
表4 2003 ~ 2015年道里區(qū)土地利用面積變化及單一動態(tài)度
表5 2003 ~ 2015年哈爾濱市道里區(qū)各地類面積、比例與變化
(1)哈爾濱市道里區(qū)地表覆蓋主要以耕地、草地、建設(shè)用地為主,其中耕地面積最多.2003年耕地面積比例高達(dá)68.99%,2015年耕地面積比例變?yōu)?1.87%.
(2)哈爾濱市道里區(qū)2015年與2003年相比,河流、城市綠地和建設(shè)用地面積有所增加,濕地、草地、耕地面積有所減少(見表5).從數(shù)量上看,河流面積增加的最少、增加了7.13 km2,城市綠地面積增加的最多、增加了40.78 km2,減少的最多的是耕地、減少了70.59 km2,減少的最少的是濕地、僅減少了0.52 km2.從變化幅度上看,增幅最大的是城市綠地、增幅達(dá)290.87%,最小的是建設(shè)用地、增幅為71.49%;減幅最大的是耕地、減幅達(dá)23.65%,最小的是濕地、減幅為5.62%.
(3)2003~2015年道里區(qū)土地利用地類變化中,河流和濕地變化幅度較小,草地和耕地之間轉(zhuǎn)化比較頻繁,城市綠地和建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)化也比較頻繁.
針對以上所得出的結(jié)論,給政府及相應(yīng)土地規(guī)劃管理部門提供幾點的建議.
(1)建設(shè)用地的增多主要是由于經(jīng)濟的發(fā)展、城市人口的增多從而使用地需求不斷增加所導(dǎo)致的,而城市人口的擴張以及經(jīng)濟的發(fā)展必然會對城市的生態(tài)環(huán)境帶來一定的壓力,建議政府及時采取一定的措施,制定相應(yīng)的制度政策來宣傳、引導(dǎo)城市居民,提升市民自身素質(zhì),使其保持美好的生態(tài)環(huán)境,促使城市生態(tài)文明建設(shè)得到良好發(fā)展.
(2)耕地的減少、城市綠地的增加表明了退耕還林政策的實施卓有成效,促進了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,政府下一步更應(yīng)該注重優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,使不同土地類型利用最大功能化,可以采取向當(dāng)?shù)鼐用癜l(fā)放調(diào)查問卷等方法,廣泛征取市民在環(huán)境綠化以及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等不同方面的意見,并選取合理的意見加以調(diào)整改善,給予市民便捷舒適的居住、出行環(huán)境,進而提升市民安居樂業(yè)幸福指數(shù).