基于遙感影像的單縣土地利用動態變化分析

宋丹妮++匡鴻海

摘要：土地動態變化的研究對于土地資源的可持續利用、社會的和諧發展都有重要作用。運用遙感技術能夠高效、精確地對土地利用動態變化進行分析。以單縣為研究對象，運用ENVI軟件，對山東省單縣2000年和2009年兩期遙感影像進行配準、裁剪、監督分類等操作，將該縣土地分為耕地、林地、居民地、湖泊、河流、其他用地六種類型。結果表明，從2000年到2009年，居民用地、林地不斷減少，耕地、湖泊的面積在擴大，其中湖泊的年變化速度最快，其他用地在大幅度減少。總之，該縣要嚴格控制人口增長；實行退耕還林政策，提高耕地的質量；合理開發、規劃土地，處理好單縣的城市發展與耕地、林地之間的矛盾，實現該縣土地資源的可持續發展。

關鍵詞：遙感影像；土地利用；動態分析；單縣

中圖分類號：S127；F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）03-0550-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.011

Analyses of Dynamic Changes in Land Use in Shanxian County

Based on Remote Sensing Image

SONG Dan-ni，KUANG Hong-hai

（School of Geographical Sciences， Southwest University， Chongqing 400715，China）

Abstract： The studies on dynamic changes of land play an important role in the sustainable use of land resources and the harmonious development of society. Using remote sensing technology can efficiently and accurately analyze the dynamic changes of land use. Shanxian County and the ENVI software was used to registrate， clip and supervise classification and other operations with two remote sensing images of Shanxian County in 2000 and 2009. The county was divided into six types including cultivated land， forest land， lakes and other land. Results showed that the residential land and forest land continuously reduced. The area of cultivated land and lakes were expanded. Other land type reduced greatly. It is advised for the county to strictly control population growth， adopt a policy of returning farmland to forest， improve the quality of cultivated land， reasonably exploit and plan land to solve the conflict between urban development and cultivated land， forest land and to realize the sustainable development of the land resources.

Key words： remote sensing image； land use； dynamic analysis； Shanxian County

土地是人類賴以生存的地方，同時也是一種不可再生資源。隨著現代社會的迅猛發展和人口激增，人們對土地的需求也迅速增加，對土地的利用范圍、強度不斷擴大，從而改變了地表形態，土地稀缺問題日益突出，因此土地的動態變化分析成為一個關鍵而迫切的研究課題[1]。遙感影像的多時相特征能夠為土地利用動態監測提供豐富的可供定性、定量的分析數據，在國內外土地利用動態分析中應用廣泛。

近年來，中國區域土地利用變化的研究一直受到眾多研究者的高度重視[2]。他們一般都是利用同一地區兩期或多期遙感影像，利用RS/GIS技術，研究土地利用的變化量、變化幅度、動態度等。在中國東北、華北、西南、華南等地區進行了較多的研究，主要是對城市等大尺度范圍研究較多，對于中、小尺度范圍，尤其是縣級的研究較少。本研究利用單縣的土地利用動態變化，研究小尺度范圍的土地利用變化情況，為今后小范圍的研究提供參考；同時，對產生土地動態變化的原因綜合分析，提出可行性建議，為單縣今后發展提供參考。

研究以單縣2000年和2009年兩期遙感影像為基礎，利用RS技術定性和定量地分析單縣近10年的土地利用的動態變化，為單縣等小尺度區域今后更好地利用土地和生態環境促進社會可持續發展提供支持。

1 研究區域概況

單縣隸屬山東省菏澤市，位于東經115°48′-116°24′和北緯34°34′-34°56′，地處北溫帶黃河沖積平原，四季分明，光照充足，境內物產豐富。單縣自古以來就是溝通中原和華東的要道，圖1為單縣在山東省的地理位置。endprint

2 土地動態變化分析方法

2.1 原始資料選取

遙感影像包含了地理目標的大量空間、光譜和專題信息，是土地分析很好的數據源。本研究選擇分辨率為30 m的單縣2000年和2009年兩期遙感影像來分析土地的動態變化。

2.2 影像處理

ENVI軟件能夠實現影像處理、幾何校正、矢量化等多種功能[3]。研究運用ENVI 4.7進行前期的圖像處理和分類工作。多圖像就是同一地區不同時刻的圖像或者是不同傳感器獲得的多種圖像[4]。本研究就是利用2009年影像對2000年影像作幾何校正，均勻地選取20個同名控制點，利用多項式校正法，對影像進行幾何配準。再利用單縣的矢量輪廓進行精確裁剪。為了提高圖像的可解譯性，采用信息量最豐富的543波段合成效果很好的假彩色影像。

利用ENVI軟件，假彩色影像為底圖，按照目視解譯標志和國家土地利用類型標準等，運用最大似然法，掩膜處理后，對單縣進行監督分類（圖2、圖3），結果分離性精度均大于1.95，目譯為耕地（紫色）、林地（綠色）、河流（淡藍）、湖泊（深藍）、居民用地（紅色）和其他（橘黃）六類。然后選取5×5大小平滑窗口進行濾波方法處理噪聲[5]。最后采用混淆矩陣進行精度評定，2000年分類結果的Kappa系數為0.985 7，2009年的Kappa系數為0.994 8。

2.3 分析流程

對單縣土地動態變化的分析，主要進行了收集研究區域資料、影像預處理、監督分類、分類后處理、土地統計分析等工作，最后對單縣土地的動態變化進行驅動力分析，工作的流程如圖4所示。

3 結果與分析

3.1 土地數據分析

在ENVI中，得到單縣各類型面積統計結果如表1所示。從表1可以看出，從2000年到2009年單縣用地類型為其他用地的變化最大，所占比例由1.90%下降為0.02%。林地、居民用地在不斷減少，其中林地的變化較大，所占的比例由69.07%下降到55.46%，而耕地和湖泊用地在大幅度增長，其中湖泊用地增長最快，所占比例由0.22%增加到1.92%，河流的變化比較平穩。

把表1分類的數據導入Excel中，制作了單縣土地利用分類圖如圖5、圖6所示。

3.2 土地利用變化分析

3.2.1 土地利用變化幅度 土地利用的變化幅度是指土地利用類型在面積方面的變化幅度，體現在不同土地利用類型的總量變化上，通過分析土地利用類型面積的總量變化，可反映區域土地利用變化總態勢和土地利用結構變化信息[6]，表達式為：

？駐U=■×100%

在上面的公式中，？駐U表示研究區域所研究的時段內土地利用變化的程度，Ub和Ua分別表示研究區末期和初期某種土地類型的面積。對單縣兩期影像進行分析，結果見表2。

在表2中，負值表示減少。由表2可以看出，從2000年到2009年，湖泊變化幅度最大，達到762.7%，面積增加了27.84 km2。耕地也有很大的變化，增加了259.31 km2，變化幅度為100.26%。劃分為其他用地的土地，減少的幅度最大，為-99.00%，面積減少了30.9 km2。居民用地的面積在不斷縮小，變化量為-39.63 km2，變化幅度為-21.65%。林地在10年間也不斷減少，變化量和變化幅度分別為-223.57 km2、-19.70%。河流的面積變化不大，比較平穩。

3.2.2 單一土地利用變化速度 單一土地利用的變化速度又稱為動態度，是指在一定的時間段內，某種類型土地利用的數量變化情況[7]。土地利用動態度可定量描述區域土地利用變化的速度，它對比較土地利用變化的區域差異和預測未來土地利用變化趨勢具有積極的作用[8]。一般情況下，單一土地利用動態度公式為：

R= ■×■×100%

在上面的公式中，T為研究的時間，分析的結果如表2所示。由表2數據制作了更為直觀的各類土地利用動態度的比較圖（圖7）。

通過圖7的分析，湖泊的面積增長速度最快，達到了年均增長76.27%。其次是耕地也在不斷增加，年均增長速度為10.03%。土地利用類型為其他用地的土地在急劇減少，年均減少為9.90%。居民用地、林地的用地也在不斷地減少，動態度依次為-2.17%、-1.97%。單縣土地利用變化的特點是，不斷占用居民用地、林地的面積，由此會產生一些負面問題。

3.3 驅動力分析

驅動力主要指引起各個土地類型的面積發生變化的自然和社會人文因素。影響單縣土地動態變化的驅動力主要從以下方面來分析。

3.3.1 自然因素 影響單縣土地動態變化的主要自然因素有氣候、土壤、地形。

1）氣候影響。單縣地處黃河沖積平原，主要受到溫帶季風氣候的影響，季節間的先旱后澇，澇后又旱，年際間的旱澇，多年間的連旱連澇，使農業生產長期以來不穩定，農作物產量減少，因而一些其他用地的土地被開發為耕地、湖泊等，其他用地面積大幅度減少。

2）土壤地形的影響。單縣南鄰黃河故道，由于歷史上黃河多次決口，泛濫沖積形成各種微地貌類型，有河灘高地、河槽地等。土壤主要包括潮土、鹽土和風沙土三大類，潮土占據了該縣土地的90%以上，由于該種土壤大部分屬于中、低產土壤，作物產量低而不穩，對于土質較差的土壤便轉換成了湖泊等用地，林地的面積卻在不斷減少。

3.3.2 人文因素

1）人口增長。人口作為土地利用變化研究最為活躍的因素，一直以來都作為研究的熱點。人口的密度與土地利用變化速度呈正相關關系，人口增長的速度越快，土地利用變化也越快[9]。人口因素對土地的影響主要體現在兩方面：首先是人口增長對土地的壓力；其次是改革、治理和開發土地的生產力[10]。人口增長對單縣土地變化的影響主要有以下表現：單縣近年來人口增長，首先是來自人口的自然增長，其次是旅游的發展帶動外來流動人口的增加，全縣每年接待國內外游客10多萬人次，該縣湖泊的面積在旅游業帶動下大幅度增長。endprint

人口數量增多，需要更多的耕地來養活激增的人口，因而耕地大增，壓縮了居住用地、林地的面積。人們對森林不加節制地砍伐，肆意地毀林開荒、破壞植被，導致林地的面積減少，不僅減弱了森林凈化空氣的能力，而且很容易引發一些次生的自然災害如泥石流的發生。為了緩解人地之間的矛盾，該縣一部分土地類型為其他用地的土地被開發，這也是近10年來單縣未利用地大量減少的一個重要原因。

2）經濟發展。自2000年以來，單縣的經濟發展很快，直接影響了土地開發利用的規模、結構等。首先，近年來單縣經濟飛速發展，城鎮建設增加，鄉鎮企業迅速發展，農村城鎮化的加快，大量的居住用地、林地轉變為了湖泊、耕地；其次，跟隨全國旅游熱的大潮，單縣旅游產業也飛速發展，該縣西南的浮龍湖水庫被開發成了風景旅游區，水庫周圍的林地、居住用地也被大量占用，極大地擴張了湖泊的面積；單縣擁有豐富的礦產資源，如煤、石油、天然氣、鐵礦等，經濟的發展，礦產資源的需求量增加，導致了該縣地表植被、林地的破壞，當地的環境也遭到了破壞。

3）國家政策。作為土地利用的直接決定因素，國家的政策在社會經濟發展中一直起著重要作用，宏觀調控社會經濟的發展，深刻影響區域土地利用結構變化[11]。單縣積極響應國家建設環境友好型社會的號召，促使該縣湖泊面積增加，從而較好地改善了當地的環境。

在農業方面，自從2006年國家全面減免農業稅以后，極大地調動了農民的積極性，很多農戶調整了自己的生產結構，經營以楊樹、桐樹為主的速生豐產林、經濟林，單縣還形成了糧棉、油料等10個標準化生產基地。在工業方面，單縣運用產業集聚效應，已經逐漸成為海內外企業進入中國市場和沿海企業轉移內地的首選地之一。這些生產基地、企業需要大量占用林地、居民用地，在利益的驅動下，導致居民用地、林地被開墾為耕地，面積在不斷增加。

4 結論與建議

通過對單縣兩期遙感影像的分析，運用遙感知識和相關的軟件，總體上了解了單縣土地利用變化的情況。自2000年到2009年，該縣的土地利用還是發生了較大的變化。總體來說，居民用地、林地不斷地減少，耕地、湖泊的面積在擴大，其中湖泊的年變化速度最快，其他用地在大幅度減少。

單縣土地利用結構的變化可能引發一些問題。居民用地面積減少很容易造成人口住房難、房價大幅度上漲的嚴重后果。另外，該縣其他用地在大幅度減少，后備土地資源嚴重不足。耕地增加、林地減少，植被的覆蓋度降低、礦產資源的開發利用，直接或間接地造成水土流失、土地污染、地面塌陷等問題。

對于單縣土地利用結構變化可能引發的問題，提出以下建議。首先，嚴格控制人口增長。當一個地區的人口數量超過當地的承載能力時，違背了客觀規律，必然導致土地資源和環境的惡化。控制人口的增長速度，也就意味著降低了人們對農、副產品的需求量，從而能夠很好地緩解對耕地的壓力。人口減少了，對住房的需求也會減少，能夠緩解居民用地不足的問題。其次，實行退耕還林政策，提高耕地的質量。耕地的保護是作為解決糧食問題的重要途徑，但該縣耕地近年來的增加，從另一方面也說明了耕地的質量在下降，今后要合理地改造中低產田，加強潮土的合理利用與改良，實施水、旱、風、沙、堿、漬綜合治理的措施。盡量使用土壤肥力低的土地來進行非農業建設。可以把一些土質較差的耕地退耕還林，種植一些經濟林、速生豐產林等，既美化了當地的環境，還發展了單縣的經濟。最后，合理開發、綜合規劃土地也很重要。單縣的煤炭、油氣資源較為豐富，大量開采造成了部分地區的地面塌陷、沉降，給今后的土地利用帶來很大的困難，要進行有效的改造、適度的開發利用。進行土地資源的合理規劃，合理用地、集約用地，采取有效措施解決土地后備資源不足的問題。

通過以上的分析，為單縣政府制定相應的土地利用政策服務，是積極應對單縣人口不斷增長和未來可能出現巨大人口壓力的迫切需要；也是為該縣建設資源節約型、環境友好型社會提供智力支持。

由于研究方法有限，沒有更精確地分析出土地利用動態變化具體的位置、變化量的多少，改進研究方法是今后研究要解決的問題。

總之，單縣要提高土地的利用率，堅持走可持續發展道路，處理好單縣的城市發展與耕地、林地之間的矛盾，逐步實現經濟、政治、文化、社會、生態文明建設的統一，為建設美麗中國作出應有的貢獻。

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