基于Landsat影像的石家莊市土地利用變化分析

李偉妙　邢倩　董坤　張雪梅

摘要：由于城市的飛速發展，土地利用變化越來越受到人們的重視，以石家莊市為研究區，基于RS和GIS技術手段，分析了2000年～2010年10年間的土地利用變化格局，在此基礎上，分析了石家莊市土地利用變化的驅動力，研究結果表明：（1） 石家莊市在2000年至2010年間，土地利用類型發生了較大的變化，主要表現在耕地河流和未利用地的面積在減少，園地、建設用地的面積迅速增加，林地和草地的面積變化保持穩定。（2） 石家莊市土地利用變化的主要驅動力是人口、經濟和城市化。

關鍵詞：土地利用變化；驅動力；石家莊市

土地利用/覆被及其變化是人類活動與自然環境結合最為密切的方面[1-2]，國內外很多學者都在研究，目前已經成為全球變化研究的熱點問題。土地利用/覆蓋變化能體現人類活動的過程，對它的研究有助于增強對人類活動在全球變化中作用機制的認識[3]。土地利用變化研究涉及兩方面的問題，一是對土地利用變化過程的研究，二是對土地利用變化驅動力的研究。研究土地利用變化過程是研究其驅動力的基礎[4]。分析土地利用變化的時空過程，找到影響其變化的驅動機制，對可持續利用土地有著重大的意義。

1. 研究范圍與研究方法

圖1—1 研究區范圍

1.1 研究區概況

石家莊市地處東經113°18ˊ～115°30′，北緯37°30ˊ～38°40ˊ之間，地處河北省中南部，環渤海灣經濟區，距首都北京283公里，為河北省省會，是華北地區重要的工商業中心城市，河北省政治經濟文化中心，被譽為火車拉來的城市。

研究區位于河北省中南部，地勢西高東低。西部為中低山丘陵區，東部為遼闊的華北平原，氣候本區屬溫帶半濕潤、半干旱大陸性季風氣候，其特點溫差大，四季明顯，人口達1000萬以上，成為特大城市，GDP破5000億財政收入公共財政收入均居全省第一。

1.2 數據來源與研究方法

數據來源于2000年、2005年和2010年的三期LandsatTM遙感影像，將影像進行預處理，得到研究區的三期影像，如下圖：

圖1-2 研究區2000年、2005年、2010年TM遙感影像

通過人工解譯和野外數據驗證，得到研究區的數據，依據國土資源部制定的《第二次全國土地調查技術規程（TD/T 1014—2007）》和《全國土地分類（試行）》提出的分類標準，考慮信息源的空間分辨率和石家莊土地利用的特點，將土地利用類型分為：耕地、居民點、林地、草地、園地、工業用地、采礦場、交通用地、河流、水面用地、運河/水渠和未利用地。

利用多張同地區不同時段的遙感資料，運用圖像處理工具，研究方法和過程，本研究選用的時間跨度為2000年到2010年，選取了3個時段，得到3期土地利用現狀圖，對研究區域的土地利用狀況進行動態監測，通過分析比較得出研究時段內土地利用動態變化的特征[5-6]。

2. 石家莊市土地利用變化過程分析

區域土地利用變化包括土地利用類型的面積變化、結構變化和空間變化等。面積變化反映在不同類型的總量變化上，通過分析土地利用類型的總量變化，可了解土地利用變化總的態勢和土地利用結構的變化。

2.1 土地利用現狀特征

從表2-1可以看出，2000年～2010年10年間，石家莊地區的土地利用結構發生了顯著變化。

表2-1 土地利用數量與結構變化（hm2，%）

[＼&2000年＼&2005年＼&2010年＼&＼&面積＼&比例＼&面積＼&比例＼&面積＼&比例＼&耕地＼&749967.99＼&53.03＼&693803.46＼&49.06＼&675839.49＼&47.79＼&居民點＼&155586.16＼&11.00＼&163896.71＼&11.59＼&171057.70＼&12.10＼&林地＼&381250.59＼&26.96＼&388101.00＼&27.45＼&393234.53＼&27.81＼&草地＼&96827.21＼&6.85＼&110395.16＼&7.81＼&106651.84＼&7.54＼&園地＼&9810.36＼&0.69＼&32724.66＼&2.31＼&40570.64＼&2.87＼&工業用地＼&1497.96＼&0.11＼&2917.00＼&0.21＼&5192.22＼&0.37＼&采礦場＼&446.67＼&0.03＼&467.26＼&0.03＼&479.41＼&0.03＼&交通用地＼&4673.54＼&0.33＼&5913.68＼&0.42＼&7911.38＼&0.56＼&河流＼&1666.99＼&0.12＼&1688.05＼&0.12＼&1076.38＼&0.08＼&水面用地＼&9177.47＼&0.65＼&12686.01＼&0.90＼&10282.75＼&0.73＼&運河/水渠＼&1180.43＼&0.08＼&310.03＼&0.02＼&310.03＼&0.02＼&未利用地＼&2016.65＼&0.14＼&1198.73＼&0.08＼&1495.64＼&0.11＼&]

2.1.1 數量特征和空間分布特征

（1）2000年，占主體地位的土地利用類型是耕地、林地、居民點和草地，上述四種地類占全區土地總面積的比例分別為53.03%、26.96%、11%和6.85%，四者比例之和達到97.85%（表2-1）。

2000年，土地利用變化的空間分布表現出如下主要特點：耕地主要分布在東部平原地區；居民點主要鑲嵌在東部平原區；林地和草地主要分布在西部太行山地區；園地主要分布在位于東南方向的趙縣和晉州兩個縣市；采礦場分布在西部井陘礦區（圖2-1）。

圖2-1 2000年石家莊土地利用現狀圖

（2）2005年，與2000年相比城市化速度有所加快，在城市化拉動下，耕地數量開始減少；居民點面積增加；在追求經濟利益的指導思想帶動下，園地面積大幅度增加，同時未利用地也呈快速減少態勢，在全球氣候變暖的大趨勢下，運河/水渠面積大幅度減少。由于自然土地的快速減少，區域生態系統服務功能明顯下降。上述土地利用類型的轉換是2000年～2005年間土地利用變化的突出特點。2005年，占主體地位的土地利用類型依然是耕地、林地、居民點和草地，上述四種地類占全區土地總面積的比例分別為49.06%、27.45%、11.59%和7.81%，四者比例之和達到95.91%。這一期的土地利用類型變化最明顯的是園地，由2000年的0.69%增加到2.31%，幾乎是2000年的四倍。在主導用地類型中，直接為農業服務的用地面積繼續保持優勢地位（表2-1）。

圖2-2 2005年石家莊土地利用現狀圖

2005年，土地利用變化的空間分布表現出如下主要特點：由于居民點和建設用地呈攤大餅模式發展，主要由原來的分布區向四周發展，4%的耕地轉化為居民點和工業用地；在退耕還林（草）的生態工程影響下，西部山區的林地和草地有所增加；在比較利益下，園地比耕地的經濟效益更高，因此這一時間，園地在2000年的基礎上迅速擴大（圖2-2）。

（3）2010年，這一時期土地利用變化的仍延續耕地減少的趨勢，交通用地、居民點用地、工業用地等建設用仍是增長的趨勢。水資源緊缺的局面開始出現，導致河流大幅度萎縮；同時在比較效益作用下，園地數量呈增長態勢。上述土地利用類型的轉換是2005年～2010年間土地利用變化的突出特點。2005年，占主體地位的土地利用類型仍然是耕地、林地、居民點和草地，上述四種地類占全區土地總面積的比例分別為47.79%、27.81%、12.1%和7.54%，四者比例之和達到95.24%。在主導用地類型中，直接為農業服務的用地面積繼續保持優勢地位（表2-1）。

2010年，土地利用變化的空間分布表現出如下主要特點：在糧食安全的引導下，耕地面積減少趨勢變緩；園地、工業用地面積繼續增加；伴隨著幾條重要高速公路的通車，交通用地面積迅速增加，占據了部分耕地；今后區域土地利用變化主要有以下可能走勢：東部地區在比較效益等市場力影響下土地利用在工業用地、交通用地和園地之間轉化，西部地區在政府生態環境保護政策的作用下，林地和草地面積有所增加，但增幅有限（圖2-3）。

2.2 土地利用變化特征分析

由圖2-4可以看出，2000年～2005年主要地類是耕地、居名點、林地和草地，這四類在2000年所占比例為97%左右，其他地類總和所占比例低于3%，到了2005年，仍是以這四種為主要用地類型，但是所占比例有過下降，將至95%左右，這也是平原地區的土地利用類型的主要特征。在各地類中，耕地、河流、運河/水渠是轉出大于轉入，其他類型用地是轉入大于轉出。

轉出面積最大的是耕地，轉出面積為56164.53公頃，占2000年耕地總面積的7.49%，另外兩種主要轉出地類為運河/水渠和未利用地，比例分別為73.74%和40.56%。

園地是轉入面積最大的，轉入面積為22914.31公頃，比2000面積增加將近4倍（圖2-5），主要原因是市場因素。

圖2-5 2000年～2005年園地所占比例（%）

工業用地和交通用地也是增幅較大的，增加比例為94.73%和26.54%；居民點、林地、草地也成緩慢增長趨勢。

圖2-6 2005年～2010年主要地類所占比例（%）

2005年～2010年土地利用類型變化特點：耕地減少速度放慢，河流和水面用地減少速度較快，其他用地則是增長趨勢。

耕地主要轉出為居民點、園地、工業用地和交通用地，較少面積占2005年面積的2.59%，可見耕地減少速度變慢，這一時期在經濟發展的同時，耕地得到一定的保護。河流、水面用地仍是快速減少的趨勢，這是石家莊地區缺水的反映。工業用地、交通用地和園地仍是大幅度增加的趨勢，兩者增加的比例是2005年的78%、33.78%和23.98%，這是經濟發展的需要。居民點、林地等其他地類的增加比例在1%～4%之間。

3. 石家莊市土地利用變化的驅動力分析

土地利用變化的影響因素主要包括自然因素和人文因素兩大類[7]，在短時間尺度上，土地利用系統的自然因子對土地利用變化的影響非常小，通常作為生產要素投入到人類生產經濟活動中，因此文中主要從人文社會經濟因素考慮。

3.1 人口因素

人口是人類社會經濟生產發展的主體，是土地利用變化中最具活力的驅動因素之一[8]，人口增加必然要求更多的居住、交通、服務設施用地等，然而土地總量有限，在未利用地減少到一定程度時建設用地必定占用農用地。石家莊市2000年人口數量是9241751人，到2010年增長為10163788人（石家莊市2010年第六次全國人口普查主要數據公報），增加了922037人，增長比例為9.98%，同期耕地面積減少了5.24%，居民點增加了9.9%，交通用地增加了69.3%，可見人口變化與土地利用變化明顯相關。

3.2 經濟因素

經濟因素往往會改變使土地的利用方式，由于生活水平的提高，消費結構在發生變化，人們對食物結構和質量有了更高的要求，促使新的土地利用結構的出現，2010年全市實現生產總值3401億元，比2000年的1001.2億元，增加了239.7%。全市規模以上工業企業達到2537個，（石家莊市2010年國民經濟和社會發展統計公報）同期建設用地增加了112.3%。，因此，經濟因素也是導致土地利用變化的重要因素。

3.3 政策因素

土地利用變化受政策的導向，它對土地利用結構影響最為直接。由于各縣市大搞開發區建設以及石家莊三年大變樣政策是實施，很多市內的污染性企業逐步外遷，使的建設用地比例迅速增加，農用地大量流失。

石家莊作為省會城市，城市化水平在不斷提高，城市化通過人口、產業集中、地域擴散占用土地，使土地利用非農化，從而改變原來的土地利用結構。石家莊市2000年城市化水平為24%，到2010年增長為 50%，大量的農業人口轉變為非農業人口，對應的生產方式也發生變化，造成了非農業用地的急劇增加。

4. 結論

通過上述分析，石家莊市人口空間分布具有以下特征：

（1）石家莊市在2000年～2010年間，土地利用現狀發生了一定變化，主要表現在耕地、河流、運河/水渠和未利用地面積在減少，居民點、建設用地、園地面積在增加，林地、草地等生態用地面積基本穩定。

（2）經分析得出，影響石家莊市土地利用變化最主要的因素有三個，分別是人口的增長、經濟因素和政策因素。

為了保證石家莊是土地資源的可持續利用和區域經濟的可持續發展，應該繼續控制人口的增長，編制科學的土地利用總體規劃，做好土地利用的宏觀調控，嚴格保護好耕地，堅持節約用地與集約經營，提高土地利用效率，最終實現土地資源的合理利用和可持續發展。

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