王蒙,譚秀翠,徐望達,馮在香

泰安市東平縣1985－2015年土地利用時空變化規(guī)律

王蒙1,譚秀翠2*,徐望達2,馮在香2

1. 華北水利水電大學水利學院, 河南 鄭州 450046 2. 山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院, 山東 泰安 271018

土地利用變化的時空特征和變化規(guī)律的分析對于一個城市的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃有著重要的科學指導作用。本文研究泰安市東平縣1985-2015年土地利用時空變化規(guī)律，在RS/GIS技術(shù)支持下，以7個時段Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用ERDAS軟件進行影像融合、裁剪與監(jiān)督分類，得到各時期的土體利用類型空間分布圖，并對土地利用動態(tài)度進行了研究。結(jié)果表明:1985年到2015年各土地利用類型都有浮動，30年來，東平縣土地利用類型以耕地為主，耕地面積1985－2005年變化較大，2005－2015變化較小，水體利用面積較為穩(wěn)定，變幅較小。林地及裸巖石礫地利用面積呈先減少后增加狀態(tài)，建設用地呈先增加再減少，再增加趨勢。從2005-2015年的數(shù)據(jù)來看，建設用地，林地，裸巖砂礫地呈增長趨勢，水體與耕地呈減少趨勢。

東平縣; 土地利用; 時空變化

土地利用與土地結(jié)構(gòu)變化是全球環(huán)境變化的基礎組成部分，也是造成全球環(huán)境變化的重要原因。隨著我國城市化進程的加快，人多地少，土地資源分配不合理，利用率低的問題日益突出，資源環(huán)境問題日益嚴重。土地資源具有稀缺性和不可再生性。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的不斷加速，土地利用動態(tài)變化已成為當前眾多學科研究領域的關注課題。近年來，隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，基于遙感技術(shù)對規(guī)劃研究區(qū)的土地利用動態(tài)變化、演化趨勢、格局變化進行定量分析與評價，已經(jīng)形成了較為成熟的研究方法。何春陽等提出了在分類后比較法和變化分析矢量相結(jié)合的基礎上新的混合遙感監(jiān)測方法[1]。2007年尹發(fā)能等關于大九湖土地利用變化及其對濕地生態(tài)環(huán)境的影響研究[2]。在大量研究的基礎上，眾多學者已經(jīng)意識到，只有在現(xiàn)有研究的基礎上通過理論和方法的重新綜合，并尋求新的土地利用研究思路，才能充分反映土地利用變化的復雜性，認識和理解土地利用變化的機制和各種生態(tài)影響，從而能夠取得研究突破[3]。

十八大的召開，土地的合理分配以及均衡利用的實現(xiàn)，是黨和政府“四化同步”、“美麗中國”以及建設生態(tài)文明重大戰(zhàn)略的要求[4]，由于城市土地供給的稀缺性，盲目擴張必然是不可取的，土地利用結(jié)構(gòu)的合理性一定程度上影響著城市的綜合實力，城市結(jié)構(gòu)不合理雖然短期能夠快速發(fā)展，但這種犧牲壞境以謀求發(fā)展的道路是本末倒置。因此，找出與城市經(jīng)濟社會發(fā)展相適應的土地利用結(jié)構(gòu)，能夠有效協(xié)調(diào)好“資源節(jié)約-環(huán)境友好-快速發(fā)展”關系，提高土地開發(fā)利用效率[5]。

本文以東平縣為研究對象，以LandsatTM影像、土地利用專題圖作為資料源，借助RS技術(shù)和GIS技術(shù)對泰安市東平縣1985-2015年7期遙感影像資料，研究分析土地利用的時空變化規(guī)律，了解各類型土地的面積、分布狀況等變化規(guī)律、土地利用程度、土地利用結(jié)構(gòu)及土地利用效率，總結(jié)其變化特征，能夠進一步提高土地資源的使用，可以探究土地利用變化對生態(tài)環(huán)境效應的影響，有助于東平縣土地的有效利用和生態(tài)環(huán)境的健康永續(xù)發(fā)展[6]。

1 研究區(qū)域概況

東平縣位于山東省西南部，東望泰山，西臨黃河，南臨孔孟故里，北依省會濟南，總面積1330.44 km2，下轄3個街道、9個鎮(zhèn)、2個鄉(xiāng)。東平縣地勢東北高、西南低，縣境內(nèi)擁有多種地貌類型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊、河流等，山地丘陵主要分布在縣境北部地區(qū)，平原主要分布在南部地區(qū)，屬大汶河沖積平原，地面高程在40 m以上，多數(shù)土層深厚，土壤構(gòu)型良好，適宜農(nóng)業(yè)種植。平縣處于魯西南平原北部，東部受魯中山區(qū)的阻擋，境內(nèi)受季風的影響，屬溫帶季風型大陸性氣候。具有四季分明的特點。

圖1 東平縣位置圖

2 數(shù)據(jù)來源與信息提取

本文選用的東平縣遙感數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），數(shù)據(jù)時段為1985-2015年。根據(jù)《東平縣土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》及其他圖紙資料，進行數(shù)據(jù)進行篩選與統(tǒng)計。根據(jù)《全國土地分類標準》[7]和《全國土地利用現(xiàn)狀分類》[8]分類標準，將東平縣的土地類型劃分為水體、耕地、林地、建設用地、裸巖石礫地五個利用類型。

本研究的數(shù)據(jù)處理主要采用ERDAS與ArcGIS軟件。具體步驟如下:

1）使用ERDAS進行影像融合。ERDAS遙感影像融合是將在空間、時間、波譜上冗余或互補的多源遙感數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進行運算處理，獲得比任何單一數(shù)據(jù)更精確、更豐富的信息，生成具有新的空間、波譜、時間特征的合成影像數(shù)據(jù)；

2）在ArcGIS中進行縣圖的矢量化。圖片矢量化是重要的地理數(shù)據(jù)獲取方式之一，是把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)的處理過程[9]；

3）使用ERDAS進行影像裁剪與監(jiān)督分類。監(jiān)督分類首先顯示東平縣的影像圖，打開分類模板編輯器，再調(diào)整分類屬性字段，獲取分類模板并評價分類結(jié)果是否滿意，再執(zhí)行監(jiān)督分類并評價監(jiān)督分類結(jié)果。這里將東平縣的區(qū)域劃分為耕地，林地，建設用地，裸巖石礫地，水體五個利用類型；

4）ERDAS進行分類后處理。為了對監(jiān)督分類結(jié)果產(chǎn)生的一些面積很小的圖斑進行剔除，首先在圖像解譯里完成聚類統(tǒng)計，再進行過濾分析與去除分析[10]。得到土地利用數(shù)據(jù)，見圖2。

圖2 2015年東平縣土地利用圖

3 土地利用動態(tài)度計算

人類活動的影響，不同區(qū)域的土地利用方式存在差異，各時期變化的速度和幅度也有所不同。單一土地利用動態(tài)度表征在一定時間段內(nèi)不同土地利用類型的變化速度和幅度[11]，用來比較土地利用變化的區(qū)域差異和預測未來土地利用變化趨勢[12]。其數(shù)學模型為：

式中，為計算期間研究的某類土地利用類型的動態(tài)度，可以表示為某土地利用類型年變化率。U為研究初始，某類土地利用類型面積；U為研究末期某類土地利用類型面積；為研究的時長。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用面積分析

利用ERDAS進行監(jiān)督分類，得到東平縣1985-2015年土地利用數(shù)據(jù)（見表1）。將東平縣土地利用類型制成柱狀圖，如圖3。通過對土地利用類型每五年變化情況的對比，可以直觀地反映東平縣主要土地類型的變化?？梢杂^察出1985年到2015年各土地利用類型或多或少都有浮動，30年來，東平縣土地利用類型以耕地為主，耕地面積1985-2005年變化較大，2005-2015變化較小，水體利用面積較為穩(wěn)定，變幅較小。林地及裸巖石礫地利用面積呈先減少后增加狀態(tài)，建設用地呈先增加再減少，再增加趨勢。從2005-2015年的數(shù)據(jù)來看，建設用地，林地，裸巖砂礫地呈增長趨勢，水體與耕地呈減少趨勢。

表1 1985-2015年東平縣土地利用面積/km2

圖3 1985-2015年東平縣土地利用變化分布圖

4.2 土地利用動態(tài)度分析

1985-2015年東平縣不同階段不同地類的土地利用動態(tài)度有著明顯的差異。1985-1990年，建設用地的年均增加率為9.82%，變化最快，裸巖石礫地次之，年均減少率為6.90%，耕地年增加率為5.03%，林地年減少率為5.43%，水體最慢，年減少率為4.55%。1990–1995年，裸巖石礫地用地的年均減少率為15.79%，變化最快，耕地次之，年均減少率為49.32%，建設用地年減少率為2.22%，林地年減少率為3.54%，水體最慢，年減少率為0.43%。1995–2000年，裸巖石礫地用地的年均增加率41.02為%，變化最快，林地次之，年均增加率為9.00%，耕地年增加率為7.70%，建設用地年減少率為7.75%，水體最慢，年減少率為0.46%。2000–2005年，裸巖石礫地用地的年均增加率為6.54%，變化最快，水體次之，年均增加率為3.53%，耕地年減少率為3.19%，建設用地年減少率為0.33%，林地最慢，年減少率為0.18%。2005–2010年，裸巖石礫地用地的年均增加率為5.27%，變化最快，建設用地次之，年均增加率為2.08%，耕地年減少率為0.31%，水體年減少率為1.30%，林地最慢，年增加率為0.90%。2010–2015年，林地用地的年均增加率為6.94%，變化最快，水體次之，年均減少率為3.30%，建設用地年增加率為3.06%，裸巖石礫地年減少率為0.69%，耕地最慢，年減少率為0.10%。由多年平均土地利用動態(tài)度可知，1985-2015年，東平縣土地利用動態(tài)度排序，依次為裸巖石礫地>林地>水體>建設用地>耕地[13]。

表2 1985-2015年東平縣土地利用動態(tài)度統(tǒng)計

5 結(jié)論

1985年到1995年各地物動態(tài)度較低，從1995年開始到2015年，各地物變化幅度較大，耕地自2000年-2015年均呈現(xiàn)減少狀態(tài)，結(jié)合實際情況可知這段時間中國經(jīng)濟飛速發(fā)展。耕地多被建設用地占用，這是城鎮(zhèn)化建設不可避免的附加影響。但耕地仍是土地類型中，占地面積最多的，說明東平縣仍然是農(nóng)業(yè)為主，耕地是所有地物中需要尤其注意的內(nèi)容，不管經(jīng)濟發(fā)展如何，糧食都是必不可少的生活必需品。而且東平縣耕地面積在研究期間呈現(xiàn)逐年下降趨勢，為了確保經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，保障人民安居樂業(yè)，必須守好耕地這條“紅線”。東平縣應繼續(xù)根據(jù)國家政策，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟發(fā)展與土地利用之間的關系。

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Spatial and Temporal Change Law of Land Use in Dongping County Tai’an City from 1985 to 2015

WANG Meng1, TAN Xiu-cui2*, XU Wang-da2, FENG Zai-xiang2

1450046,2271018,

The analysis of the temporal and spatial characteristics and change rules of land use change plays an important role in guiding the regional development planning of a city. In this paper, the spatial and temporal variation of land use in Tai’an City dongping county from 1985 to 2015 was studied. With the support of RS/GIS technology, Landsat remote sensing images in 7 periods were taken as data sources, and ERDAS software was used for image fusion, cropping and supervision classification to obtain the spatial distribution diagram of soil mass utilization types in each period, and the dynamic attitude of land use was studied. The results showed that the land use types in Dongping county fluctuated more or less from 1985 to 2015. In the past 30 years, the land use types in Dongping County were mainly cultivated land, and the cultivated land area changed a lot from 1985 to 2005, but changed a little from 2005 to 2015. The water body use area was relatively stable and the variation was small. The utilization area of forestland and bare rock and gravel land decreased first and then increased, and the construction land increased first and then decreased, and then increased. According to the data from 2005 to 2015, construction land, forest land, bare rock, sand and gravel land show an increasing trend, while water body and cultivated land show a decreasing trend.

Dongping County; land use; spatial and temporal change

F301.24

A

1000-2324(2021)05-0860-05

2020-10-20

2021-01-04

山東省重點研發(fā)計劃項目(2019GSF111043);高等學校博士學科點專項科研基金(20133702120016)

王蒙(1999-),女,碩士研究生,水利工程專業(yè). E-mail:2861801171@qq.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:tanxiucuiqq@163.com