城市土地利用資源動(dòng)態(tài)變化的研究與分析*

張玉娟，劉丹丹

(黑龍江工程學(xué)院)

0 引言

土地利用變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分［1］，對(duì)土地利用的現(xiàn)狀及其變化影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的變化，已引起各國(guó)政府普遍關(guān)注［2-4］.應(yīng)用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，借助土地利用變化模型是目前研究區(qū)域地利用變化過程、格局、機(jī)理的有效選擇［5-6］，在此研究的基礎(chǔ)上，可深入了解其成因、過程以及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制［7-8］.目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的區(qū)域土地利用變化研究多側(cè)重于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展地區(qū)的土地利用變化研究［9-10］，而對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較快的黑龍江省部分地區(qū)而言，研究土地利用變化的相對(duì)較少.基于此，該文在ArcGIS10的支持下，通過對(duì)1995年和2007年兩期城市土地利用圖進(jìn)行疊加運(yùn)算，使用土地利用動(dòng)態(tài)模型等分析方法完成對(duì)哈爾濱市阿城區(qū)土地資源的定性、定量化分析，通過研究土地利用的動(dòng)態(tài)變化過程及各土地利用類型間相互轉(zhuǎn)化的來(lái)源和去向［11-12］，揭示土地利用變化的過程與機(jī)制，以期為區(qū)域的土地資源合理利用提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)域概況

哈爾濱市阿城區(qū)，位于黑龍江省南部，距離哈爾濱市23公里，地理坐標(biāo)為E:126°40'-127°39'，N:456°11'-46°00'.東北以蜚克圖河、舍利河為界與賓縣相鄰，東南與尚志市接壤，西南與五常市毗連，西與雙城市為鄰，西北與哈爾濱市區(qū)連接，北至松花江南沿，與呼蘭區(qū)隔江相望.阿城區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬長(zhǎng)夏短.基本地貌為“六山一水三分田”，東部山區(qū)峰巒疊嶂，西部平原坦蕩如砥，境內(nèi)有松花江、阿什河、蜚克圖河等大小河流近10條，地表水資源較為豐富，森林覆蓋率達(dá)到49.4%.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

以1995年和2007年的TM遙感影像數(shù)據(jù)(8月和9月)為主要數(shù)據(jù)源，以1∶50000地形圖為地理參照，在遙感處理軟件ENVI4.7的支持下，完成對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正處理，并保證其誤差精度小于1個(gè)像元，以波段4、5、3(RBG)進(jìn)行假彩色合成.并在此基礎(chǔ)上，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)和行政區(qū)界限裁剪等處理，參照國(guó)家土地利用分類體系和實(shí)際土地利用情況，利用監(jiān)督分類并結(jié)合人機(jī)交互的方法，完成對(duì)遙感數(shù)據(jù)的分類解譯，以Google Earth高分辨率衛(wèi)星圖片為基準(zhǔn)，完成對(duì)部分解譯結(jié)果的精度驗(yàn)證，進(jìn)而獲取研究區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，其土地利用分類為:耕地、林地、草地、水域、居民點(diǎn)工礦用地和未利用土地.在ArcGIS10的支持下，并對(duì)解譯后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)為柵格格式(grid)，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2.2 土地利用變化模型

單一土地利用動(dòng)態(tài)很好地度量了土地利用的凈變化速度，但單純的增減變化速度往往在一定程度上掩蓋土地利用變化的實(shí)際情況.為此借助土地利用開發(fā)度和耗減度兩個(gè)指數(shù)，研究土地利用實(shí)際新開發(fā)和實(shí)際被耗減的速率［13-14］.

(1)土地利用開發(fā)度(LUD)［15］

(2)土地利用耗減度(LUC)［15］

式中:Uab為從a時(shí)刻到b時(shí)刻某種土地利用類型被消耗的面積，ΔUab為從a時(shí)刻到b時(shí)刻新開發(fā)的某類型土地利用的面積;Ua為a時(shí)刻該土地利用類型的面積;T為a到b時(shí)刻的研究期，以年為單位.

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用總體特征

基于ArcGIS對(duì)研究區(qū)域1995—2007年12年中土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知(見表1)，耕地在該區(qū)域占據(jù)較大的優(yōu)勢(shì)地位，其面積比例分別為54.44%和51.93%，是面積分布最廣的土地利用類型，其次是林地.1995年水域所占的面積比例最小，而在2007年未利用地的最小.就耕地和林地而言，其面積比例分別為92.41%和90.19%，占據(jù)絕對(duì)的面積優(yōu)勢(shì)地位，表明區(qū)域以農(nóng)林生產(chǎn)為主，符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的特點(diǎn)［16］.在12年間，耕地面積和草地面積呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，其中耕地減少的面積最大;林地、水域、居民工礦用地和未利用地的面積呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，其中居民工礦用地增加的面積最大，為34.26 km2，主要源于人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，促使大量耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榫用窆さV用地，結(jié)果造成耕地面積的不斷減少，而居民工礦用地面積不斷的增加，如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和有限耕地資源的合理利用是阿城區(qū)今后城市化進(jìn)程過程中要面臨的一個(gè)重要問題;林地增加的面積次之，為33.85 km2.林地面積的增加在一定程度上表明區(qū)域的生態(tài)環(huán)境有所改善，歸功于天然林保護(hù)工程等生態(tài)措施的成功推行，從側(cè)面表明天然林保護(hù)工程在該研究區(qū)域取得了一定的成效.未利用地增加很大程度上來(lái)源為坡度較陡區(qū)域的部分棄耕地和撂荒地，歸因于退耕還林等生態(tài)政策和受自然條件的限制，人類的開發(fā)利用和生產(chǎn)活動(dòng)受到了一定的自然條件限制.

表1 研究區(qū)域土地利用變化特征

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

在ArcGIS的支持下，將1995—2007年的兩期土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，并運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行土地利用的開發(fā)和消耗情況，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2.

表2 研究區(qū)域1995—2007年土地利用開發(fā)利用統(tǒng)計(jì)

就開發(fā)度而言，耕地在12年間得到了很好的開發(fā)，其次是居民工礦用地和草地，其中耕地的開發(fā)度最大，為8.32%，源于阿城區(qū)作為哈爾濱的一個(gè)衛(wèi)星城市，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速不斷的受到哈爾濱市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，致使城市化進(jìn)程不斷的加快且城市規(guī)模逐步的擴(kuò)大，部分耕地被開發(fā)和占用.尤其是哈爾濱到阿城公交線路的開通，使哈爾濱市和阿城區(qū)之間，形成了城鄉(xiāng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的主城—衛(wèi)星城—小城鎮(zhèn)為軸線的多層次、網(wǎng)絡(luò)狀城鎮(zhèn)體系［17］，更加速了該區(qū)域的城市化進(jìn)程.水域的開發(fā)度最小，源于該地類對(duì)地形條件具有一定的選擇性，其開發(fā)程度往往受到一定的地域條件限制.在消耗度方面，耕地的最大，其次是草地和居民工礦用地，林地的最小.就各類土地利用的動(dòng)態(tài)變化的總體而言，耕地和草地的開發(fā)度均小于其消耗度，林地、草地、水域和居民工礦用地各自的開發(fā)利用度要大于各自耗減度，對(duì)于耕地和草地而言，說明在土地利用過程中其它地類轉(zhuǎn)入耕地和草地的面積要小于耕地和草地轉(zhuǎn)換為其它地類的面積，但耕地自身的消耗量也較大.

4 結(jié)論與討論

研究區(qū)域土地資源利用以區(qū)域以農(nóng)林生產(chǎn)為主，耕地是是面積分布最廣的土地利用類型，居民工礦用地也占據(jù)一定的比例，1995年水域所占的面積比例最小，而在2007年未利用地的最小.

1995—2007年間，耕地面積和草地面積呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，其中耕地減少的面積最大，面積為68.65 km2;林地、水域、居民工礦用地和未利用地的面積呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，其中居民工礦用地增加的面積最大，為34.26 km2;林地面積的增加在一定程度上表明區(qū)域的生態(tài)環(huán)境有所改善.

在12年間，耕地的開發(fā)度和消耗度都是最大，耕地和草地的開發(fā)度均小于其消耗度，林地、草地、水域和居民工礦用地各自的開發(fā)利用度要大于各自耗減度.

［1］ 孫美琴，趙成義，施楓芝，等.近20 a塔里木河干流區(qū)土地利用變化特征［J］.干旱區(qū)研究，2013，30(1):16-21.

［2］ 李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域—土地利用/土地覆被變化的國(guó)際研究動(dòng)向［J］.地理學(xué)報(bào)，1996，51(6):553-558.

［3］ 史培軍.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實(shí)踐［M］.北京:科學(xué)出版社，1996.

［4］ 朱會(huì)義，李秀彬.環(huán)渤海地區(qū)土地利用的時(shí)空分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2001，56(3):253-259.

［5］ 鄔建國(guó).景觀生態(tài)學(xué):格局、過程、尺度與等級(jí)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［6］ Verbrug P H，Koning G H J，Kok K，et al.A spatial explicit allocation procedure for modeling the pattern of land use change based upon actual land use［J］.Ecological Modeling，1999，78(116):45-61.

［7］ 曾暉，胡振琪，謝宏全.基于多時(shí)相遙感的煤礦區(qū)LUCC信息圖譜［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(4):626-629.

［8］ 李忠鋒，王彥麗.定邊縣土地利用動(dòng)態(tài)變化研究［J］.干旱區(qū)地理，2004 ，27(4):520-524.

［9］ 黎夏.珠江三角洲發(fā)展走廊1988-1997年土地利用變化特征的空間分析［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2004，19(3):307-315.

［10］史培軍，陳晉，潘耀忠.深圳市土地利用變化機(jī)制分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55(2):51-60.

［11］王良健，包浩生.基于遙感和GIS的區(qū)域土地利用變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2000，20(2):47-50.

［12］馮海霞，高守英.濟(jì)南市土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析［J］.國(guó)土資源科技管理，2004，21(3):72-74.

［13］王秀蘭，包玉海.土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，1999，18(1):81-87.

［14］張新長(zhǎng)，梁金成.城市土地利用動(dòng)態(tài)變化及預(yù)測(cè)模型研究［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，43(2):121-125.

［15］胡振琪，王金，楊成兵，等.基于RS與GIS的榆林地區(qū)土地動(dòng)態(tài)變化分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2008，22(4):82-85.

［16］龔文峰，袁力，范文義.基于CA-Markov的哈爾濱市土地利用變化及預(yù)測(cè)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(14):216-222.

［17］李建，劉振乾，方建德.武漢市土地利用景觀格局變化研究［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，51(3):931-934.

［18］張愛娟，李朝奎，王勇，等.基于南方cass的土地利用圖斑繪制改進(jìn)方法研究［J］.測(cè)繪工程，2011，20(1):59～62.

［19］王麗英，劉紅.露天煤礦三維地質(zhì)地形建模、可視化及應(yīng)用研究［J］.測(cè)繪工程，2013，22(2):86-89