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        青海省東部城鎮(zhèn)土地利用/ 覆蓋變化及其驅(qū)動因素研究

        2021-10-18 08:58:02李洪梅李文奇張振軍
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年27期
        關(guān)鍵詞:因素研究

        李洪梅 李文奇* 袁 媛 張振軍

        (1、青海漢圖測繪科技有限公司,青海 西寧 810000 2、青海星繪地景科技有限公司,青海 西寧 810000 3、青海大學(xué)土木工程學(xué)院,青海 西寧 810000)

        鄉(xiāng)村振興的核心目的是系統(tǒng)構(gòu)建人口、土地、產(chǎn)業(yè)等多種發(fā)展要素的耦合格局,這將引起城鎮(zhèn)聚落區(qū)域的自然和人文交叉變化,并通過土地利用/覆蓋變化(Landp-Use and Land-Cover Changes, LUCC)來反映區(qū)域自然和人文交叉變化的密切關(guān)系,反映出人口聚集和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)性資源的支撐作用[1]?!皣H地圈與生物圈計劃”和“全球環(huán)境變化的人文領(lǐng)域計劃”于1995 年聯(lián)合提出了“土地利用/覆蓋”研究計劃,并于1999 年發(fā)表了《LUCC 研究實(shí)施策略》,隨后國際組織和國家也紛紛啟動了各自的LUCC 研究項(xiàng)目[2-4]。

        本文以青海東部典型高原河谷型城鎮(zhèn)為研究對象,采用遙感技術(shù)獲取研究區(qū)土地利用/覆蓋變化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。通過遙感圖像解譯,分類提取研究區(qū)土地利用/覆蓋變化信息,結(jié)合高原城鎮(zhèn)社會經(jīng)濟(jì)因素,揭示研究區(qū)土地利用/覆蓋的空間變化規(guī)律,分析和探討研究區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動因素。

        1 青海東部城鎮(zhèn)自然地理概況

        研究區(qū)地處青海東部與黃土高原交錯地帶,平均海拔2295m,四面環(huán)山,地貌以淺山丘陵和川水河谷階地為主,受地形海拔及水熱條件影響,形成了川水、腦山及淺山3 個生態(tài)區(qū)域,森林植被覆蓋度低[6]。

        2 土地利用及覆蓋研究

        2.1 研究方法和內(nèi)容

        結(jié)合國家現(xiàn)行的土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)以及遙感影像數(shù)據(jù),利用ERDAS 的可視化編程Modeler 模塊生成二值和多值掩模圖像,并驗(yàn)證研究區(qū)1998 年至2017 年之間兩期掩模圖像所取閾值的正確性,即分類圖像的可靠性。兩期影像經(jīng)融合裁切后,包含研究區(qū)范圍內(nèi)所有行政村,含植被、山地、居民地、農(nóng)田、耕地、房屋、裸地、河流、建筑用地、鐵路、公路及其他交通道路等地物。經(jīng)ArcGIS 比較兩個時期研究區(qū)的土地利用類型、面積變化,結(jié)合研究區(qū)自然和社會經(jīng)濟(jì)因素統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析研究區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動因素。

        2.2 數(shù)據(jù)的獲取

        選用研究區(qū)1:50000 的地形圖、ETM+的8 個單波段影像,采用的是1999 年分辨率為2.5m 的Spot 全色波段影像作為一期影像,采用2011 年分辨率為0.61m 的Quick bird 全色波段影像作為二期影像。土地資源和氣候人文數(shù)據(jù)均來自青海省統(tǒng)計年鑒。

        2.3 軟件的選取與數(shù)據(jù)預(yù)處理

        選取的遙感圖像處理系統(tǒng)軟件ERDAS IMAGINE,對研究區(qū)基礎(chǔ)底圖的獲取、圖像裁剪、幾何精校正、圖像鑲嵌、圖像融合等進(jìn)行處理,坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)置(表1)。利用ERDAS 軟件分別對研究區(qū)地形圖進(jìn)行幾何校正。對幾何校正后的地形圖進(jìn)行內(nèi)圖廓的裁切,將裁切后的內(nèi)圖廓進(jìn)行鑲嵌,得到研究區(qū)基礎(chǔ)底圖(圖1),作為其余遙感影像幾何校正的標(biāo)準(zhǔn)。

        表1 坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)置

        圖1 研究區(qū)基礎(chǔ)底圖

        2.3.1 遙感數(shù)據(jù)的裁剪與波段合成

        對ETM+1 波段的影像裁剪出研究區(qū),利用裁切ETM單波段影像的方法對spot2.5m 的影像進(jìn)行裁剪,得到研究區(qū)的初步區(qū)域。將裁切后的ETM+1、2、3、4、5、7、8 這七個波段,利用Layer stack 功能合成,得到空間分辨率為15m 的ETM+1、2、3、4、5、7、8 多波段影像。將已裁切好的研究區(qū)spot 2.5m 全色波段影像,根據(jù)研究區(qū)基礎(chǔ)底圖進(jìn)行幾何精校正,校正方法與地形圖的幾何校正相同,得到的spot 2.5m 全色波段影像。將已裁剪好的Quick bird 0.61m 全色波段影像,根據(jù)研究區(qū)基礎(chǔ)底圖進(jìn)行幾何精校正。校正方法與地形圖的幾何校正相同,幾何校正后的Quick bird 0.61m 全色波段影像。

        2.3.2 影像融合

        根據(jù)本工程實(shí)際條件,借助易工軟件對沉箱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力以及抗滑、抗傾覆情況進(jìn)行計算,計算結(jié)果見表1。分析可知:

        將校正后的空間分辨率為2.5m 的SPOT 全色波段影像,與校正后的空間分辨率為15m 的ETM+多波段影像融合,得到空間分辨率為2.5m 的ETM+多波段影像。將校正后的空間分辨率為0.61m 的Quick bird 全色波段影像,與校正后的空間分辨率為15m 的ETM+多波段影像進(jìn)行融合,得到0.61m 的ETM+多波段影像。將融合后的空間分辨率為2.5mETM+多波段影像和空間分辨率為0.61m 的ETM+多波段影像,根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際范圍分別進(jìn)行裁切,得到相同的實(shí)際區(qū)域的影像,裁切結(jié)果如圖2 所示。

        圖2 裁切后相同區(qū)域的ETM+多波段影像

        3 研究區(qū)土地利用/覆蓋分類

        以土地的經(jīng)濟(jì)用途、經(jīng)營特點(diǎn)、利用方式和覆蓋物特征為主要依據(jù)和標(biāo)志,對研究區(qū)土地利用進(jìn)行綜合性分類[1,7]。參照《土地利用現(xiàn)狀分類》(2007 年9 月),將研究區(qū)的土地利用/覆蓋類型分為:植被、水域、建設(shè)用地、其他用地四大類。

        4 土地利用/覆蓋變化及其驅(qū)動力分析

        4.1 土地利用/覆蓋變化研究

        基于研究區(qū)土地利用類型數(shù)量及面積變化,對研究區(qū)1999年至2017 年的土地利用/覆蓋變化進(jìn)行分析如圖3 和表2,分別反映研究區(qū)地類整體的空間分布和土地覆蓋變化的數(shù)量。分析圖3 和表2,研究區(qū)的土地利用/覆蓋面積在兩個時期發(fā)生了一定程度的波動變化,1999 年各類面積占總面積的比例由大到小為:植被>建設(shè)用地>其他用地>水;2017 年各類面積占總面積的比例由大到小為:植被>建設(shè)用地>其他用地>水;1999~2017 年發(fā)生變化量由大到小為:其他用地>植被>建設(shè)用地>水。

        圖3 研究區(qū)1999 年~2017 年土地利用/覆蓋變化

        表2 研究區(qū)1999~2017 年之間土地利用面積變化統(tǒng)計

        4.2 自然因素驅(qū)動力分析

        4.2.1 氣候因素

        太陽輻射與氣溫是決定土地生產(chǎn)潛力的基本因素,研究區(qū)1999~2017 年平均氣溫統(tǒng)計和全年降水量統(tǒng)計情況如表3、表4 所示。

        表3 1998~2010 年研究區(qū)年平均氣溫統(tǒng)計表(單位:攝氏度)

        表4 1998~2010 年研究區(qū)全年降水量統(tǒng)計(單位:毫米)

        分析表3 及表4 氣候變化趨勢,結(jié)果如圖4(A)所示。1998~2017 年研究區(qū)年平均氣溫變化幅度基本保持在0.7℃之內(nèi),變化不大。全年降水量變化幅度在350~550mm 之間,變化不大,因此,對研究區(qū)土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動作用不大。

        4.2.2 地形地貌因素

        4.2.3 水文因素

        觀察研究區(qū)兩期ETM+多波段影像圖3,其河道發(fā)生了一些明顯變化,但只對研究區(qū)灘地的利用及灘地的生產(chǎn)力較小的影響。

        4.2.4 土壤因素

        土壤是構(gòu)成土地的核心要素,是對土地利用影響最為深刻的因素之一。研究區(qū)地處青藏高原與黃土高原的過渡地段,大部分土質(zhì)屬一般土質(zhì),肥力一般,不會輕易產(chǎn)生大的變化,所以研究區(qū)土地利用/覆蓋變化受到土壤因素的影響極小。

        4.2.5 植被因素

        研究區(qū)植被覆蓋度較高,可提升土壤的肥力,有利于植被生長,加快耕地的開發(fā)等,所以研究區(qū)土地利用/覆蓋變化一定程度上受到植被因素的影響。

        綜上可知,研究區(qū)土地利用/覆蓋發(fā)生的變化,其驅(qū)動因素為地形地貌、土壤類型、水文和植被,對比圖3、表2、表3 和表4,總體上反映出這些因素對研究區(qū)土地利用/覆蓋發(fā)生變化的驅(qū)動貢獻(xiàn)小。

        4.3 社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素分析

        4.3.1 人口規(guī)模:人口既是土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組織者和參與者,也是系統(tǒng)輸出產(chǎn)品的消費(fèi)者。人口增長會使居民住地、土地利用系統(tǒng)輸出產(chǎn)品需求增加。一般情況下,人口增長導(dǎo)致居住、交通等用地的需求和城鎮(zhèn)的擴(kuò)張,大量農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。研究區(qū)1998~2017 年之間人口變化如表5 所示。

        表5 1998~2017 年城北區(qū)人口總數(shù)統(tǒng)計(單位:萬人)

        4.3.2 經(jīng)濟(jì)規(guī)模

        土地利用方式和結(jié)構(gòu)的形成與變化主要取決于社會經(jīng)濟(jì)增長水平,研究區(qū)生產(chǎn)總值統(tǒng)計情況表明(圖4(B)),研究區(qū)城鎮(zhèn)化使人口、產(chǎn)業(yè)集中、地域擴(kuò)散占用土地以及生活方式和價值觀念的擴(kuò)散。使土地利用出現(xiàn)非農(nóng)化,改變了原有的土地利用結(jié)構(gòu),在這種進(jìn)程當(dāng)中,農(nóng)用地非農(nóng)化的趨勢尤為突出。此外,技術(shù)的進(jìn)步帶來土地格局的變化,土地政策、農(nóng)業(yè)政策、環(huán)保政策等制度及政策因素也影響著土地資源的開發(fā)利用形式。

        圖4 研究區(qū)1998~2017 年平均氣溫變化和降水量變化(A)及人口總數(shù)與生產(chǎn)總值(B)

        5 討論及結(jié)論

        綜上分析,研究區(qū)1998 年以來,人口數(shù)量在持續(xù)增長,引發(fā)對土地及其產(chǎn)品需求的增加,特別是建設(shè)用地的需求增加,引起其他用地的減少?;谶@些需求的增加,帶動了地方經(jīng)濟(jì)的增長,引起對土地的需求及土地利用/覆蓋類型的變化。同時,也引起技術(shù)的進(jìn)步,引起土地利用深度和廣度的變化。此外,研究區(qū)實(shí)施的鄉(xiāng)村振興的稅收、環(huán)保等生態(tài)保護(hù)政策,促使植被覆蓋度有所提升,土地利用/覆蓋類型也在不斷的轉(zhuǎn)化,在研究區(qū)形成了一個復(fù)雜的綜合土地變化驅(qū)動系統(tǒng)。

        5.1 研究區(qū)的土地利用/覆蓋類型、面積變化趨勢為植被、建設(shè)用地、水的面積增加,其他用地面積減少。這些變化驅(qū)動因素以人口規(guī)模、GDP 總值、科學(xué)技術(shù)、制度政策等經(jīng)濟(jì)社會因素驅(qū)動為主,地形地貌等自然因素變化驅(qū)動為輔。

        5.2 鄉(xiāng)村振興政策下青海東部城鎮(zhèn)土地利用/覆蓋類型驅(qū)動變化,必須與青藏高原生態(tài)保護(hù)需求、區(qū)域自然本地條件和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相適應(yīng)。在激活青海東部城鎮(zhèn)分布區(qū)人口規(guī)模、土地和產(chǎn)業(yè)等關(guān)鍵發(fā)展要素之際,應(yīng)注意統(tǒng)籌鄉(xiāng)村物質(zhì)振興與精神內(nèi)核的協(xié)調(diào)提升。

        5.3 青海東部城鎮(zhèn)分布區(qū)未來有必要重視土地利用/覆蓋類型的價值趨向,在統(tǒng)一生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃體系下,統(tǒng)籌土地利用規(guī)劃與鄉(xiāng)村振興規(guī)劃,建議重視發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)與土地多功能相結(jié)合的新模式。

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