李夢圓 陳小敏 肖巧玲 李苗

摘要：本研究選取三江平原1990年、2000年、2010年和2018年四期遙感影像為數(shù)據(jù)源，提取研究區(qū)水體、耕地、林地、濕地、建設(shè)用地、草地和未利用地七種土地利用類型，并通過土地利用動態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對三江平原近30年土地利用動態(tài)變化展開分析。結(jié)果表明：近30年間，耕地和建設(shè)用地面積變化均處于增加狀態(tài)，且耕地面積保持較大幅度的持續(xù)增加趨勢，其中耕地面積增加主要由草地、濕地和未利用地轉(zhuǎn)化而來;而草地、濕地、水體和未利用地的面積持續(xù)減少，其中草地和濕地減少最為顯著;林地的面積呈波動趨勢，變化不顯著。

關(guān)鍵詞：遙感;三江平原;土地利用變化;地理信息系統(tǒng)

中圖分類號：X144 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.086

Analysis on the change of cultivated land area in Sanjiang Plain in the past 30 years

Li Mengyuan，Chen Xiaomin，Xiao Qiaoling，Li Miao

（School of Geographical Sciences，Harbin Normal University，Harbin Heilongjiang 150025，China）

Abstract：In this study， the four remote sensing images of Sanjiang Plain in 1990， 2000， 2010 and 2018 were selected as data sources to extract seven land use types：water， cultivated land， forest land， wetland， construction land， grassland and unused land in the study area.And through the land use dynamic degree and land use transfer matrix to analyze the dynamic changes of land use in the Sanjiang Plain in the past 30 years.The results show that over the past 30 years or so， the changes in the area of cultivated land and construction land have been increasing， and the cultivated land area has maintained a large and continuous increasing trend. Among them， the increase in cultivated land area is mainly derived from the conversion of grassland， wetland and unused land; The area of grassland， wetland， water body and unused land continued to decrease， among which the decrease of grassland and wetland was the most significant; the area of forest land showed a fluctuation trend， and the change was not significant.

Key words：Remotesensing;Sanjiang Plain;Land use;GIS

土地利用變化的研究一直是熱點(diǎn)問題，耕地是土地利用類型中極其重要的一種，其時空變化與綜合利用程度更是備受關(guān)注[1]。目前的研究主要是在農(nóng)業(yè)安全、生態(tài)建設(shè)、景觀格局變化、耕地占用與補(bǔ)償平衡等背景下，對耕地面積變化、驅(qū)動力影響因素進(jìn)行分析。耕地面積變化研究主要基于不同時期的遙感影像，提取不同類型的土地，結(jié)合地理信息系統(tǒng)分析國家或區(qū)域尺度上的時空變化。如劉紀(jì)遠(yuǎn)等基于遙感數(shù)據(jù)，對中國1990～2010年二十年間土地利用變化的空間格局與時空特征進(jìn)行分析，指出氣候變化對北方地區(qū)耕地變化有一定的影響，但是國家宏觀政策的調(diào)控和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動仍然是導(dǎo)致我國土地利用變化及其時空差異的主要原因[2];莊大方和劉明亮等利用遙感技術(shù)提取了中國耕地空間數(shù)據(jù)及中國土地利用矢量圖，對中國耕地資源的來源、去向及其空間分布特征進(jìn)行了深入分析;杜國明等利用遙感數(shù)據(jù)分析三江平原北部的耕地變化特征，在數(shù)據(jù)支持方面，為土地整改項目、生態(tài)工程建設(shè)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提供了強(qiáng)有力的保障[3];趙曉麗等采用遙感技術(shù)對中國耕地空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理，并利用該數(shù)據(jù)對耕地變化的整個過程展開深入研究，透徹分析了近30年來耕地面積的變化特征[4];歐名豪和李鑫以江蘇省1980～2009年耕地數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，建立了耕地和耕地變化指數(shù)，探究了耕地的空間分布格局和變化規(guī)律[5]。

習(xí)近平總書記到黑龍江考察，首站來到三江平原的建三江。三江平原的人均耕地面積大致相當(dāng)于全國平均水平的5倍。由于該區(qū)域土地利用模式在過去的30年期間有了顯著的變化。因此，本研究選擇三江平原區(qū)為研究區(qū)域，利用3S技術(shù)對三江平原區(qū)土地利用類型變化進(jìn)行分析，以期為該區(qū)域土地合理利用和生態(tài)保護(hù)提供決策支持和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

三江平原包括黑龍江、松花江和烏蘇里江的沖積平原，以及完達(dá)山以南由烏蘇里江和興凱湖沖積而成的低地平原[6]。行政區(qū)劃包含哈爾濱市依蘭縣、富錦市、同江市、雙鴨山市、密山市、七臺河市、鶴崗市等23個區(qū)縣。三江平原氣候?qū)儆跍貛駶櫋霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，從平均狀況看，其凍結(jié)期可維持7～8個月，最大凍深可達(dá)1.5～2.1m。1月平均氣溫多在-21～-18℃之間，7月平均氣溫在21～～22℃之間，10℃以上活動積溫介于2 300～2 500℃。全年日照時數(shù)可達(dá)2 400～2 500h，無霜凍期介于120～140d之間，年降水量500～650mm，其中6～10月占比相對較大，可占75%～85%。區(qū)域水資源豐富，總水量187.64億m?[6]。在低山區(qū)和丘陵地區(qū)，有針葉林和闊葉混交林面積252萬hm?。三江平原耕地廣闊，海拔較低，一般在45～602m之間，降水主要集中于夏秋寒濕季節(jié);水面變寬，水流速度減慢，攜帶泥沙能力減弱，加上季節(jié)性的重凍融土壤的促進(jìn)作用，形成地表大面積沼澤植被、沼澤水體和土壤沼澤化，構(gòu)成了奇特的沼澤景觀。目前，三江平原人口862.5萬，環(huán)境條件良好。所建成的10個保護(hù)區(qū)得到了國際生態(tài)環(huán)境保護(hù)組織的重視和支持，6個國家級濕地自然保護(hù)區(qū)中有3個已被列入國際重要濕地名錄。三江平原具有相對較大的生產(chǎn)規(guī)模及農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度，其中農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度位居全國榜首，糧食產(chǎn)量可達(dá)每年1 500萬噸，人均耕地面積和糧食產(chǎn)量均超過全國平均水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究采用1990年、2000年、2010年及2018年的四期遙感影像，影像均從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載，同時收集高分影像地圖、下載三江平原統(tǒng)計年鑒等相關(guān)資料。對三江平原遙感影像進(jìn)行裁剪、幾何糾正、降噪處理及圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。

2 研究方法

2.1 地物信息提取方法

監(jiān)督分類需要先在研究區(qū)內(nèi)選擇足夠的訓(xùn)練樣區(qū)，再根據(jù)訓(xùn)練樣區(qū)的特征建立各個訓(xùn)練樣區(qū)的判別函數(shù)，通過這些特征來對研究區(qū)的像元進(jìn)行分類處理。本文綜合考慮研究區(qū)的遙感影像特點(diǎn)，利用支持向量機(jī)分類方法（SVM）提取1990-2018年三江平原土地利用信息。根據(jù)研究區(qū)的特點(diǎn)，劃分七類土地利用類型，分別為水體、耕地、林地、建設(shè)用地、草地、濕地和未利用地。分類后進(jìn)行圖斑合并，并根據(jù)高分影像及高清地圖驗證分類精度，最終得到了土地利用的影像解譯結(jié)果。

2.2 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度表示一定時間范圍內(nèi)某研究區(qū)中某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，是表征土地利用變化速率的重要模型[6]，其表達(dá)式如下：

式中：K表示研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度;Ua、Ub分別為研究期初期和研究末期某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時段長;當(dāng)T的時段設(shè)定為年時，則K表示該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

2.3 土地利用與土地覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣

馬爾可夫模型以目前的時間狀況為基礎(chǔ)，根據(jù)馬爾可夫鏈，預(yù)測其在將來的各個時期變化情況的方法，是土地利用與土地覆蓋類型變化研究中較為重要的一種模型，具體表達(dá)式為：

在式（2）中，i行表示從研究時段起始時間到終止時間，該土地利用與土地覆蓋類型轉(zhuǎn)移為其他土地利用與土地覆蓋類型時的面積，j列表示研究時段起始時間到終止時間，其他土地利用與土地覆蓋類型轉(zhuǎn)化為該種土地利用與土地覆蓋類型的面積，則表示在整個研究時段內(nèi)，i種土地利用與土地覆蓋類型轉(zhuǎn)化為j種土地利用與土地覆蓋類型的面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用時空變化分析

1990年、2000年、2010年和2018年土地利用類型如圖2所示。1990～2018年期間，耕地面積持續(xù)增加，而濕地、草地、水體和未利用地的面積有減少的趨勢，林地面積基本保持穩(wěn)定，其中1990～2000年濕地面積減少明顯，2010～2018年期間建設(shè)用地的面積增加顯著。

表1為三江平原各研究時段單一土地利用與土地覆蓋面積變化情況。由表1可知2018年耕地占地面積最多，為63 470.8km2。近30年間，耕地面積呈增加趨勢，增加了27 485.3km2;而濕地、草地、水體和未利用地的面積呈減少趨勢，分別減少了7 052.9km2、6 285.8km2、214.2km2和713.1km2;林地面積呈現(xiàn)波動趨勢，略微增加了0.96km2;建設(shè)用地的面積增加了273.9km2。綜合來看，近30年間，耕地面積一直保持增加的趨勢，共增加了27 485.3km2。

3.2 土地利用動態(tài)度分析

三江平原各研究時段的單一土地利用動態(tài)度如表2所示。近30年間，水體、耕地、林地、草地、濕地、建筑用地、未利用地的單一土地利用動態(tài)度分別為-0.15%、1.44%、0.01%、-2.56%、-2.6%、0.41%、-1.67%。綜合各研究時段來看，耕地的單一動態(tài)度一直呈增長趨勢，草地、濕地和未利用土地的變化呈較明顯的下降趨勢，說明三江平原逐漸重視對未利用土地的開發(fā)和再利用，使土地資源能夠得到合理利用。

3.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移分析

從三江平原1990～2018年不同土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣（見表3）及三江平原1990～2018年土地利用與土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移概率矩陣（見表4）可以看出，從1990～2018年，耕地88.7%保持不變，面積為

31 912.4km2 ，4.66%轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，轉(zhuǎn)變的面積為1 675.86 km2，3.71%轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫?，轉(zhuǎn)化面積為1 337.6km2;林地63.3%保持不變、32.1%轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，轉(zhuǎn)化面積為12 491.0 km2，其余類型面積轉(zhuǎn)化不明顯;未利用地91.3%轉(zhuǎn)為耕地，轉(zhuǎn)化面積為1 884.4km2 ;濕地 86.5%轉(zhuǎn)化為耕地，轉(zhuǎn)化面積為21 303.7km2，7.0%轉(zhuǎn)化為林地，轉(zhuǎn)化面積為1 742.0km2 ;水體36.6%轉(zhuǎn)化為耕地，轉(zhuǎn)化面積為1 165.4km2，11.1%轉(zhuǎn)化為林地，轉(zhuǎn)化面積為352.2km2 。綜上可知，水體的變化相對穩(wěn)定，草地、濕地、未利用地的減少對耕地面積的增加貢獻(xiàn)相對較大，其中未利用地轉(zhuǎn)移概率最大，為91.3%，未利用土地的面積也明顯減少，使土地的利用程度加大。其中建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐牟糠挚赡芘c政府禁止建筑物占用耕地有關(guān)，再加上退耕還林等政策，林地的面積也略微有所增加。

4 結(jié)束語

三江平原位于我國東北偏遠(yuǎn)地區(qū)，之前被稱為“北大荒”。中華人民共和國成立后，經(jīng)過半個世紀(jì)大規(guī)模的開墾，使“北大荒”成為年產(chǎn)70億kg的重要糧食基地，三江平原也變成了“北大倉”。由于農(nóng)田大面積的開墾，耕地、居民地、建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)大，林地、濕地、草地與未利用地面積不斷減少，尤其是在自然條件優(yōu)越、交通便利、人口密度較大的區(qū)域，大量適宜開墾的林地、草地、濕地被開墾為農(nóng)田[6]。20世紀(jì)90年代末期，由于人為過度改造生態(tài)環(huán)境，致使三江平原自然災(zāi)害頻發(fā)，濕地、耕地面積銳減，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大創(chuàng)傷。因此國家決定建立自然保護(hù)區(qū)，退耕還林，保護(hù)濕地。從本研究也可以看出1990～2000年林地持續(xù)減少，2000年之后研究區(qū)林地面積持續(xù)增加。從三江平原1990～2018年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移概率矩陣可以看出，有4.7%耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍?/p>

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-10-01

基金項目：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：201910231005）;黑龍江省普通本科高等學(xué)校青年創(chuàng)新人才項目（編號：UNPYSCT-2017176）;哈爾濱師范大學(xué)博士啟動基金項目（編號：XKB201807）。

作者簡介：李夢圓（1999-），女，漢族，大學(xué)本科，研究方向為遙感信息分析與應(yīng)用。