孫貞貞

(遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連 116029)

1 引言

土地利用變化是指人類改變土地利用和管理方式，導致土地覆被的變化[1，2]，是自然和人文過程交叉最為密切的問題。區(qū)域土地利用變化的研究目前已成為 “全球環(huán)境變化的人文因素計劃(IHDP)”的重要組成部分[3]。其中對土地利用 /土地覆蓋的測量一直作為土地利用 /土地覆蓋研究的重要基礎，受到IHDP組織者的高度重視[4]。近年來山西城鄉(xiāng)結(jié)合部土地利用類型正在悄然發(fā)生變化，同時遙感和地理信息系統(tǒng)由于宏觀性、綜合性、多光譜性等特征在土地利用變化研究中起著越來越重要的作用[5，6]，成為該研究不可或缺的技術(shù)手段。本文以晉中市榆次區(qū)城北新區(qū)為研究對象，對該區(qū)域2006～2011、2013～2018年TM數(shù)據(jù)利用Arcgis進行遙感解譯，并結(jié)合動態(tài)模型、質(zhì)量模型、空間模型分析了榆次城北新區(qū)2006～2018年各種土地利用類型的基本特征以及空間格局，以了解研究時段內(nèi)該區(qū)域土地利用變化的基本特征，為城北新區(qū)土地規(guī)劃提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

榆次城北新區(qū)位于晉中市城區(qū)北部，2006年城北新區(qū)開始施工，2013年正式投入使用，是太榆同城化的重要抓手，是山西省教育基地、科研智庫，將成為晉中市發(fā)展的前沿陣地[7，8]。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2006～2011年、2013～2018年土地利用數(shù)據(jù)來源于Landsat5TM數(shù)據(jù)(2012Landsat衛(wèi)星出現(xiàn)故障)，分辨率為30 m。首先利用Arcgis10.2對2018年TM2、TM3、TM4進行標準假彩色合成。而后以此為基準，對其他年份影像進行幾何校正，最后基于全國土地利用分類系統(tǒng)將其分為：建設用地、水體、植被、耕地。并利用ERDAS軟件對影像進行遙感解譯，解譯完成后野外驗證發(fā)現(xiàn)分類結(jié)果可以滿足研究精度。

3 研究方法

3.1 土地利用類型動態(tài)變化模型

土地利用類型動態(tài)度直觀反映了區(qū)域土地利用類型的變化劇烈程度[9]。計算公式如下：

K=(Ua-Ub)/Ua×1/T×100%

(1)

式(1)中:K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua，Ub為研究初期與研究末期某一土地利用類型的數(shù)量；T為研究時長。

3.2 土地利用類型空間變化模型

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣是土地利用格局變化研究的一種重要的方法，可以動態(tài)地反映各種土地利用類型相互轉(zhuǎn)換的過程[10]。公式如下：

(2)

式(2)中:P表示面積；n表示土地利用類型數(shù)；Pij中的i、j分別表示研究初期與末期的土地利用景觀類型。

3.3 土地利用類型質(zhì)量變化模型

土地資源開發(fā)度表示的是單位時間中某種土地利用類型實際新開發(fā)程度，其表示為單位時間內(nèi)某種土地利用類型新開發(fā)的土地面積占初期該土地利用類型總面積的百分比[11]。公式如下：

P=Dab/Ua×1/T×100%

(3)

式(3)中:P為土地利用開發(fā)度，Dab為從a時刻到b時刻某種土地利用類型新開發(fā)的面積，Ua表示a時刻該種土地利用類型的面積，T為研究時長。即從a時刻到b時刻。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用變化動態(tài)模型分析

隨著LUCC研究的不斷深入發(fā)展，定量分析在土地利用變化分析中得到廣泛應用[12]。整體來看，土地利用動態(tài)度整體趨勢與土地利用變化總的特征相一致，2006～2012年動態(tài)度的絕對值比2012～2018年大，說明在2006～2012年土地利用類型的變化劇烈，而此階段為北部大學城建設初期，土地利用類型整體在發(fā)生變化(表1)。

表1 土地利用類型動態(tài)度 %

4.2 土地利用變化空間模型分析

由表2可知，三時段內(nèi)耕地轉(zhuǎn)化為建設用地轉(zhuǎn)移面積巨大，分別占同期耕地轉(zhuǎn)移量的94.7%,28.6 %,24.8%，耕地轉(zhuǎn)化為建設用地是研究時段內(nèi)主要趨勢，這與城北新區(qū)初始主要土地利用類型為耕地以及城北新區(qū)建設密切相關(guān)。水體與耕地相互轉(zhuǎn)換在研究時段內(nèi)均有發(fā)生，2006～2010年和2014～2018年年耕地轉(zhuǎn)化為水體的轉(zhuǎn)移量遠不及水體轉(zhuǎn)化為耕地的轉(zhuǎn)移量，2010～2014年耕地轉(zhuǎn)化為水體居絕對優(yōu)勢。2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年水體轉(zhuǎn)化為建設用地的轉(zhuǎn)移量占同期轉(zhuǎn)移量的31.2%、42.3%、27.4%，轉(zhuǎn)移量在2010～2014年達到最大值。

表2 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣提取信息 m2

4.3 土地利用變化質(zhì)量模型分析

通過對土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣中各種土地利用類型轉(zhuǎn)移量的計算得出時間段內(nèi)開發(fā)量，并計算出土地利用開發(fā)度表。由表3可知，2006～2010年、2010～2014年、2014～2018年植被土地利用開發(fā)度度分別為0.53%、38.72%、11.82%。建設用地在三個時段內(nèi)開發(fā)度分別為：26.15%、27.07%、15.4%，整體來看都在15%之上，大于其他類型，數(shù)據(jù)說明城北新區(qū)在2006～2018年處于發(fā)展期，從2014～2018年數(shù)據(jù)來看，未來繼續(xù)發(fā)展的可能性很大。水體土地利用開發(fā)度分別為8.75%、143.71%、18.01%，2010～2014年開發(fā)度高達143.71%，這可能是建設中主要建筑完成后對周圍景觀進行布置。三種土地類型在2010～2014年開發(fā)度達到最大，前期為建筑預熱時期，中期建筑面積增大，各項土地利用類型開發(fā)度最大。

表3 土地利用開發(fā)度數(shù)據(jù) %

5 結(jié)論

土地利用變化是指人類改變土地利用和管理方式，導致土地覆被的變化[13]，尺度規(guī)模是區(qū)域土地利用變化特征及驅(qū)動機制研究的核心問題，關(guān)于大尺度中尺度的研究成果已有很多，而小尺度研究是土地利用變化進程中重要組成部分[14]。

(1)土地利用存在一個機會成本，當耕地的收益明顯低于建設用地時，耕地將大量轉(zhuǎn)化為建筑用地。

(2)土地利用轉(zhuǎn)移量最大的方向為其他土地類型向建設用地的轉(zhuǎn)化，2012年前轉(zhuǎn)移量巨大，2012年后轉(zhuǎn)移量變小，但相比于其他來說，仍然較大。

(3)2006～2012年動態(tài)度的絕對值比2012～2018年大，說明在2006～2012年土地利用類型的變化劇烈，而此階段為北部大學城建設初期，土地利用類型整體在發(fā)生變化，而2012年大學城基本建設完畢，所以2012～2018年土地利用動態(tài)度絕對值相對較小。

(4)在城北新區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)化過程中，自然因素、社會經(jīng)濟因素尤其是政策因素、環(huán)保意識等發(fā)揮了重要作用，前期建設用地、耕地、水域的轉(zhuǎn)換與社會經(jīng)濟因素密切相關(guān)。但后期國內(nèi)環(huán)境突出，人們越來越重視自然環(huán)境。