李雪瑩，王方雄，薛忠躍，周 洲，魏志明

（1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029）

基于GIS的莊河市土地利用變化及驅(qū)動(dòng)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(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029）

以莊河地區(qū)為研究對(duì)象，采用遙感、GIS一體化技術(shù)，以2000年和2010年2期遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，對(duì)莊河市10 a來土地利用的變化進(jìn)行了研究。通過相關(guān)分析、主成分分析等方法對(duì)莊河市2000～2010年間的土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化水平3個(gè)方面。結(jié)果表明，2000年以來10 a間各類建設(shè)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(xiàn)象嚴(yán)重。

土地利用變化；驅(qū)動(dòng)因素；GIS；莊河市

土地利用/土地覆被變化研究（LUCC）是當(dāng)前全球環(huán)境變化研究領(lǐng)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(duì)土地進(jìn)行科學(xué)合理的利用已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2-14]。本文以莊河市為研究區(qū)，借助遙感和GIS工具分析了該區(qū)2000～2010年土地利用變化的時(shí)空特征，旨在為該區(qū)制定重大戰(zhàn)略決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

莊河位于遼東半島東側(cè)南部，大連東北部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)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(yíng)口的蓋州、鞍山的岫巖縣相連，南瀕黃海與長(zhǎng)?？h隔海相望，自然海岸線長(zhǎng)285 km。近年來莊河市大力發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟(jì)，2008年全市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值286．2億元，按可比價(jià)格計(jì)算比上年增長(zhǎng)18．3%；同時(shí)加快了城市建設(shè)步伐，使得莊河地區(qū)的土地開發(fā)和利用情況大為改變。2000年的建設(shè)用地總數(shù)為444．43 km2，2010年為765．46 km2，增加了321．03 km2。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用和勞動(dòng)力分配等因素使沿海地區(qū)人口和外來人口增加。莊河市的總?cè)丝跀?shù)從2000年的89．8萬增加到2010年的90．5萬；農(nóng)業(yè)人口減少了2．5萬人，非農(nóng)業(yè)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(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用全國(guó)土地分類系統(tǒng)進(jìn)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(qū)內(nèi)的土地分為7種：旱地、林地、草地、水田、水域、建設(shè)用地和其他利用類型。

2.2 數(shù)據(jù)來源與方法

本文遙感數(shù)據(jù)選取了Landsat衛(wèi)星2000年、2010年2個(gè)時(shí)段的ETM、TM影像數(shù)據(jù)，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(qū)劃圖、2010年土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)及野外調(diào)查數(shù)據(jù)等。

莊河市土地利用變化研究的技術(shù)流程如圖1所示。首先將研究區(qū)的1∶5萬地形圖等進(jìn)行掃描，應(yīng)用ArcGIS軟件進(jìn)行處理，建立統(tǒng)一的投影坐標(biāo)，利用 ENVI 4．7遙感數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)2個(gè)時(shí)段的遙感影像進(jìn)行幾何校正，對(duì)校正后的影像圖進(jìn)行掩膜處理，按照行政區(qū)劃范圍切出2個(gè)時(shí)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(duì)合成后的影像進(jìn)行非監(jiān)督分類，建立分類模板，依照全國(guó)土地利用分類系統(tǒng)的解譯標(biāo)志選擇訓(xùn)練樣本對(duì)模板進(jìn)行修改，用改后的模板進(jìn)行監(jiān)督分類，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)、地形圖、野外調(diào)查數(shù)據(jù)等非遙感資料對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行人工目視解譯，分類后處理得到2個(gè)時(shí)相的分類結(jié)果。利用ArcGIS軟件繪制出2個(gè)時(shí)相的土地利用現(xiàn)狀分布圖如圖2、圖3所示。

圖1 技術(shù)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(jié)構(gòu)的變化

土地利用面積變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)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(shè)用地和其他利用類型土地面積均增加了。其中，建設(shè)用地面積增加最多，凈增面積高達(dá)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(qū)2000年和2010年2期土地利用影像數(shù)據(jù)得到各種土地利用類型的面積，見圖4。

圖4 莊河地區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)圖

3.2 土地利用的轉(zhuǎn)變

基于遙感和GIS技術(shù)分析的關(guān)鍵是在明確各類用地結(jié)構(gòu)變化前提下，還能確定各類用地的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及空間分布情況。對(duì)莊河地區(qū)2期土地利用影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)移的面積統(tǒng)計(jì)表/hm2

由其他利用類型土地、林地和水田轉(zhuǎn)變成的建設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，但2006年在市政府的帶領(lǐng)下開展了大規(guī)模的植樹造林活動(dòng)，所以森林總面積并沒有太大的波動(dòng)。由水域轉(zhuǎn)變成的建設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的面積很少，約占流失總面積的0．06%；由草地轉(zhuǎn)變的建設(shè)用地占總增加總面積最少，約為0．08%。

4 土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素

4.1 指標(biāo)選取

在土地利用變化機(jī)制研究中，驅(qū)動(dòng)力問題一直占據(jù)著重要地位[12]。為分析莊河市土地利用的變化機(jī)制，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，選取總戶數(shù)（X1）、非農(nóng)業(yè)人口（X2）、農(nóng)業(yè)人口（X3）、總?cè)丝冢╔4）、人口密度（X5）、地區(qū)生產(chǎn)總值（X6）、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值（X7）、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值（X8）、糧食產(chǎn)量（X9）、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力（X10）、農(nóng)村居民人均純收入（X11）、房地產(chǎn)開發(fā)面積（X12）、實(shí)際利用外資（X13）和工業(yè)總產(chǎn)值（X14）共14個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為自變量，即驅(qū)動(dòng)因素。

4.2 土地利用變化與驅(qū)動(dòng)因素的相關(guān)分析

在進(jìn)行相關(guān)分析之前，需對(duì)所有原始數(shù)據(jù)采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除量綱影響[15]。再采用SPSS19．0進(jìn)行相關(guān)分析，得出2000～2010年莊河市土地利用面積變化與其驅(qū)動(dòng)因素的相關(guān)系數(shù)多在0．84以上，說明高度相關(guān)。其中土地利用變化與總?cè)丝?、地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力、房地產(chǎn)開發(fā)面積、工業(yè)總產(chǎn)值的相關(guān)系數(shù)依次為0．957、0．882、0．876、0．913和0．834，表明驅(qū)動(dòng)因素的選取很合理。莊河市土地利用變化受人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高、城市化程度和工業(yè)化等因素的綜合作用。

4.3 土地利用變化與驅(qū)動(dòng)因素的主成份分析

主成份分析方法是指把多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，而這少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)又能最大限度地反映原來變量(指標(biāo))信息的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法[16]。應(yīng)用SPSS19．0對(duì)14個(gè)變量進(jìn)行主成份分析。對(duì)樣本進(jìn)行分析計(jì)算，得出相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值、主成份貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率（見表2、表3）。由表2可知，所選取的驅(qū)動(dòng)因子之間存在著不同程度的相關(guān)性，其中X1與X4、X4與X5、X8與X9、X10與X8具有較強(qiáng)的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為0．999、0．998、0．998和0．999。這表明它們之間擁有著較強(qiáng)的因果關(guān)系，也表明了運(yùn)用主成份分析的可行性。

表2 驅(qū)動(dòng)力因子相關(guān)系數(shù)矩陣

由表3可知，第一個(gè)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82．844%,第二個(gè)因子的特征值大于1，且其貢獻(xiàn)率為14．030%，因此，前2個(gè)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率為96．874,達(dá)到了分析的要求且分析效果較好。只提取前2個(gè)因子，進(jìn)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(dá)總戶數(shù)、非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)人口、人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力、房地產(chǎn)開發(fā)面積和工業(yè)總產(chǎn)值等11種指標(biāo)，其中與農(nóng)業(yè)人口成高度負(fù)相關(guān)。第一種主成分與非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)村居民人均純收入和實(shí)際利用外資相關(guān)性較差甚至不相關(guān)；但第二種主成份卻可很好地表達(dá)這3種指標(biāo)?？蓪⒖倯魯?shù)、非農(nóng)業(yè)人口、總?cè)丝凇⑥r(nóng)業(yè)人口和人口密度等5種指標(biāo)看成是人口因素，將地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量、農(nóng)村居民人均純收入、實(shí)際利用外資、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力和工業(yè)總產(chǎn)值等8種指標(biāo)看成是經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素，將房地產(chǎn)開發(fā)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(biāo)歸納為人口、經(jīng)濟(jì)和城市化水平3個(gè)方面。

表3 驅(qū)動(dòng)因子特征值及主成份貢獻(xiàn)率

表4 主成份載荷矩陣

5 結(jié) 語

莊河市的自然地理位置優(yōu)越，地理海岸線長(zhǎng)285 km，有利于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。莊河瀕臨黃海北岸，海岸線綿延曲折，有利于港口的建設(shè)進(jìn)而推進(jìn)海洋交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。莊河海域?qū)賰?nèi)陸淺海，水溫具有明顯的季節(jié)性變化。因此可以利用海水溫差發(fā)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(yǎng)殖業(yè)、海洋化工產(chǎn)業(yè)等發(fā)展。因此，發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)使之成為莊河市經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn)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(fā)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?yàn)橥恋乩靡?guī)劃。

2013-05-14。

項(xiàng)目來源：遼寧省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（WT2010031）；遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310165022）。