基于GIS的莊河市土地利用變化及驅動力

李雪瑩，王方雄，薛忠躍，周 洲，魏志明

（1.遼寧師范大學 城市與環境學院，遼寧 大連 116029）

基于GIS的莊河市土地利用變化及驅動力

李雪瑩1，王方雄1，薛忠躍1，周 洲1，魏志明1

（1.遼寧師范大學 城市與環境學院，遼寧 大連 116029）

以莊河地區為研究對象，采用遙感、GIS一體化技術，以2000年和2010年2期遙感影像為主要數據源，對莊河市10 a來土地利用的變化進行了研究。通過相關分析、主成分分析等方法對莊河市2000～2010年間的土地利用變化的驅動因子進行定量分析，并采用因子分析法將影響莊河市土地利用變化的因素概括為社會經濟發展、人口增長和城市化水平3個方面。結果表明，2000年以來10 a間各類建設用地增加了3．21萬hm2, 占總面積的比重增加了8．78%；旱地減少了3．76萬hm2,占總面積的比重減少了10．29%；水田面積增加了0．57萬hm2，占總面積的比重增加了1．56%；林地和水域面積略有減少，草地和其他利用類型土地面積略有增加，土地利用不合理現象嚴重。

土地利用變化；驅動因素；GIS；莊河市

土地利用/土地覆被變化研究（LUCC）是當前全球環境變化研究領域的重要課題[1]。近年來，隨著土地資源稀缺矛盾的日益突出，如何對土地進行科學合理的利用已成為人們關注的熱點問題[2-14]。本文以莊河市為研究區，借助遙感和GIS工具分析了該區2000～2010年土地利用變化的時空特征，旨在為該區制定重大戰略決策提供科學依據。

1 研究區概況

莊河位于遼東半島東側南部，大連東北部，地理坐標為東經122°29′～123°31′，北緯39°25′～40°12′，東與丹東接壤，西與普蘭店為鄰，北與營口的蓋州、鞍山的岫巖縣相連，南瀕黃海與長海縣隔海相望，自然海岸線長285 km。近年來莊河市大力發展工業經濟，2008年全市實現生產總值286．2億元，按可比價格計算比上年增長18．3%；同時加快了城市建設步伐，使得莊河地區的土地開發和利用情況大為改變。2000年的建設用地總數為444．43 km2，2010年為765．46 km2，增加了321．03 km2。由于經濟發展、土地利用和勞動力分配等因素使沿海地區人口和外來人口增加。莊河市的總人口數從2000年的89．8萬增加到2010年的90．5萬；農業人口減少了2．5萬人，非農業人口增加了3．2萬人。

2 研究方法與過程

2.1 土地利用分類

在充分分析莊河市土地利用現狀的基礎上，利用全國土地分類系統進行分類，并考慮到研究需要和遙感影像可分辨的最小圖斑、人工判讀的可能性等，本文將研究區內的土地分為7種：旱地、林地、草地、水田、水域、建設用地和其他利用類型。

2.2 數據來源與方法

本文遙感數據選取了Landsat衛星2000年、2010年2個時段的ETM、TM影像數據，共2景，各景影像的云覆蓋率均小于5%；非遙感信息源主要包括1∶5萬莊河市地形圖、行政區劃圖、2010年土地利用現狀矢量數據及野外調查數據等。

莊河市土地利用變化研究的技術流程如圖1所示。首先將研究區的1∶5萬地形圖等進行掃描，應用ArcGIS軟件進行處理，建立統一的投影坐標，利用 ENVI 4．7遙感數據處理軟件對2個時段的遙感影像進行幾何校正，對校正后的影像圖進行掩膜處理，按照行政區劃范圍切出2個時相影像的相同范圍，再利用TM/ETM（5，4，3）波段合成假彩色圖像。對合成后的影像進行非監督分類，建立分類模板，依照全國土地利用分類系統的解譯標志選擇訓練樣本對模板進行修改，用改后的模板進行監督分類，結合土地利用現狀矢量數據、地形圖、野外調查數據等非遙感資料對分類結果進行人工目視解譯，分類后處理得到2個時相的分類結果。利用ArcGIS軟件繪制出2個時相的土地利用現狀分布圖如圖2、圖3所示。

圖1 技術流程圖

圖2 莊河市2000年土地利用分布圖

圖3 莊河市2010年土地利用分布圖

3 土地利用變化分析

3.1 土地利用結構的變化

土地利用面積變化的統計結果表明，10 a來，莊河市的旱地面積減少了近37 613 hm2，占總面積的比重減少了10．29%；旱地占總面積的比重由變化初期的24．08%減少為2010年的13．79%。；水域面積減少了511 hm2，占總面積的比重減少了近0．14%；而林地只增加了約2 hm2。草地、水田、建設用地和其他利用類型土地面積均增加了。其中，建設用地面積增加最多，凈增面積高達3．21萬hm2, 占土地總面積的比重增加了8．78%；水田次之，凈增面積約為5 696 hm2, 占總面積的比重增加了1．56%；草地面積增加了208 hm2,占總面積的比重增加還不到0．06%；其他利用類型土地面積增加了119 hm2, 占總面積的比重約增加0．033%，凈變化很小。由莊河地區2000年和2010年2期土地利用影像數據得到各種土地利用類型的面積，見圖4。

圖4 莊河地區土地利用類型結構圖

3.2 土地利用的轉變

基于遙感和GIS技術分析的關鍵是在明確各類用地結構變化前提下，還能確定各類用地的轉換關系以及空間分布情況。對莊河地區2期土地利用影像數據進行統計分析得出，10 a間主要土地利用類型之間面積的變化情況如表1所示。

表1 莊河市10 a來土地利用轉移的面積統計表/hm2

由其他利用類型土地、林地和水田轉變成的建設用地的面積分別占增加總面積的44．14%、32．50%和23．16%。從表1可知，雖然有大量的林地轉變為建設用地，但2006年在市政府的帶領下開展了大規模的植樹造林活動，所以森林總面積并沒有太大的波動。由水域轉變成的建設用地雖然占增加總面積不多，為11．52%，但卻占其流失總面積的52．81%；由旱地轉變為建設用地的面積很少，約占流失總面積的0．06%；由草地轉變的建設用地占總增加總面積最少，約為0．08%。

4 土地利用變化的驅動因素

4.1 指標選取

在土地利用變化機制研究中，驅動力問題一直占據著重要地位[12]。為分析莊河市土地利用的變化機制，結合研究區的實際情況，選取總戶數（X1）、非農業人口（X2）、農業人口（X3）、總人口（X4）、人口密度（X5）、地區生產總值（X6）、農林牧漁總產值（X7）、農業產值（X8）、糧食產量（X9）、農機總動力（X10）、農村居民人均純收入（X11）、房地產開發面積（X12）、實際利用外資（X13）和工業總產值（X14）共14個社會經濟指標作為自變量，即驅動因素。

4.2 土地利用變化與驅動因素的相關分析

在進行相關分析之前，需對所有原始數據采用極差標準化方法進行標準化處理，以消除量綱影響[15]。再采用SPSS19．0進行相關分析，得出2000～2010年莊河市土地利用面積變化與其驅動因素的相關系數多在0．84以上，說明高度相關。其中土地利用變化與總人口、地區生產總值、農機總動力、房地產開發面積、工業總產值的相關系數依次為0．957、0．882、0．876、0．913和0．834，表明驅動因素的選取很合理。莊河市土地利用變化受人口增長、經濟發展、農業生產力提高、城市化程度和工業化等因素的綜合作用。

4.3 土地利用變化與驅動因素的主成份分析

主成份分析方法是指把多個指標化為少數幾個綜合指標，而這少數幾個綜合指標又能最大限度地反映原來變量(指標)信息的一種多元統計分析方法[16]。應用SPSS19．0對14個變量進行主成份分析。對樣本進行分析計算，得出相關系數矩陣、特征值、主成份貢獻率與累計貢獻率（見表2、表3）。由表2可知，所選取的驅動因子之間存在著不同程度的相關性，其中X1與X4、X4與X5、X8與X9、X10與X8具有較強的相關性，其相關系數分別為0．999、0．998、0．998和0．999。這表明它們之間擁有著較強的因果關系，也表明了運用主成份分析的可行性。

表2 驅動力因子相關系數矩陣

由表3可知，第一個因子的累計貢獻率為82．844%,第二個因子的特征值大于1，且其貢獻率為14．030%，因此，前2個因子的累計貢獻率為96．874,達到了分析的要求且分析效果較好。只提取前2個因子，進一步得出主成份載荷矩陣。從表4可以看出，第一種主成份可很好地表達總戶數、非農業人口、農業人口、人口密度、地區生產總值、農林牧漁總產值、農業產值、糧食產量、農機總動力、房地產開發面積和工業總產值等11種指標，其中與農業人口成高度負相關。第一種主成分與非農業人口、農村居民人均純收入和實際利用外資相關性較差甚至不相關；但第二種主成份卻可很好地表達這3種指標。可將總戶數、非農業人口、總人口、農業人口和人口密度等5種指標看成是人口因素，將地區生產總值、農林牧漁總產值、農業產值、糧食產量、農村居民人均純收入、實際利用外資、農機總動力和工業總產值等8種指標看成是經濟發展因素，將房地產開發面積看成是城市化水平因素，因此可以將影響莊河市土地利用變化的各種指標歸納為人口、經濟和城市化水平3個方面。

表3 驅動因子特征值及主成份貢獻率

表4 主成份載荷矩陣

5 結 語

莊河市的自然地理位置優越，地理海岸線長285 km，有利于海洋產業的發展。莊河瀕臨黃海北岸，海岸線綿延曲折，有利于港口的建設進而推進海洋交通運輸業的發展。莊河海域屬內陸淺海，水溫具有明顯的季節性變化。因此可以利用海水溫差發展海洋電力。海底地貌類型主要為水下淺海和淺海堆積平原，有利于海水養殖業、海洋化工產業等發展。因此，發展海洋產業使之成為莊河市經濟的新增長點尤為重要。在土地的利用上找出山、水、田、林、路綜合治理的最佳模式，讓莊河市更好更快地發展。

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P208

B

1672-4623（2014）01-0119-04

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.041

李雪瑩，研究方向為土地利用規劃。

2013-05-14。

項目來源：遼寧省教育廳創新團隊資助項目（WT2010031）；遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目（201310165022）。