近20年來長春市土地利用變化及其影響因素探討

白含之，姜琦剛

(吉林大學 地球探測科學與技術學院，吉林 長春 130026)

近20年來長春市土地利用變化及其影響因素探討

白含之，姜琦剛

(吉林大學 地球探測科學與技術學院，吉林 長春 130026)

以長春市區為研究區域，利用Landsat遙感數據為主要數據源，選擇1995、2001、2014年為研究時間，運用遙感技術，研究了近20年長春市土地利用類型的變化，進行了動態對比研究，并探討了影響其變化的驅動力，最后根據研究成果，為長春市土地利用保護提出了對策建議。

遙感；土地利用；動態變化；驅動力

土地利用/土地覆蓋這一概念，在陸地表層系統及全球變化研究中被明確的定義為以下4個方面：土地覆蓋、土地利用、土地覆蓋變化和土地利用變化[1]。其中土地利用是指以人類活動所需要的地表土地被利用的情況，土地覆蓋是表示地表各類地物的覆蓋狀況，研究土地利用變化和土地覆蓋變化可以更好地了解土地的實際情況，及時調整土地利用結構，規劃土地資源管理[2]。

本文主要采用Landsat遙感數據，運用遙感影像處理技術、遙感圖像計算機自動分類技術對土地類型信息進行提取，并通過人工目視解譯的方法加以修正。然后根據遙感圖像分類結果，分析土地利用類型變化趨勢及其驅動力。

1 研究區域與數據選擇

長春市是吉林省的省會，下轄6區4市(縣)，作為東北的新興城市，長春市的GDP已連續近20年保持了兩位數以上的增長，但與此同時，也伴隨著土地利用不合理、資源浪費等問題。本文選取了長春市南關區、朝陽區、寬城區、二道區、綠園區、凈月開發區、汽車產業開發區、經濟技術開發區、高新技術開發區9個行政區為研究范圍，總面積約為1110 km2。

選擇長春市區1995年Landsat TM影像、2001年Landsat 7 ETM影像、2014年的Landsat 8影像為主要數據源、并利用長春市行政區劃矢量圖、長春市地圖以及1995～2014年長春市社會經濟統計資料為輔助資料。

2 土地利用信息提取

2.1 遙感圖像處理

為了提高圖像質量，更好地進行土地分類，需要對獲取的遙感影像進行預處理。通過運用ENVI軟件對Landsat影像進行校正、鑲嵌、裁剪，得到覆蓋整個研究區域的影像，并對其進行反差增強處理，以擴大地物間亮度差異，從而便能夠分辨出盡可能多的亮度等級，使圖像對比度增強，突出遙感影像的有用信息，便于土地專題信息提取[3]。

2.2 土地利用分類

本文參照《土地利用分類》國家標準[4]，根據長春市實際情況和研究內容需要，將研究區域土地利用類型分為6類：建設用地、耕地、綠地、水體、交通運輸用地和未利用地。

遙感信息的提取方式主要有計算機自動分類和人交互解譯2種方法。一般來說，計算機自動提取的方法速度較快，工作簡單，但精度不能保證，而人機交互解譯的方法精度較高，但耗費時間多,工作量大，效率低。因此本文將這2種方法結合起來使用。

首先運用監督分類的方法自動提取土地利用信息。監督分類是先在圖像中選取已知樣本(或訓練區)的統計數據，從中找出分類的參數、條件，并建立判別函數，然后對整個圖像或待分類像元做出判別分類的方法[5]。本文選擇應用最大似然法。最大似然法是以似然度為分類指標，鑒定各類別總體的概率密度分布均為正態分布，通過待分類像元與各類別的似然率比較而將其劃分至與之似然率最大的類別當中，這種方法的精度較高。

完成土地利用類型監督分類后，由于分類結果存在一定誤差，因此需要將分類結果導入ArcGIS軟件中進行人工修正，并統計每種土地利用類型的面積。結果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 1995年長春市土地利用分類圖

3 土地利用變化分析

3.1 土地利用變化數量分析

土地利用變化的數量主要通過每種土地利用類型面積的變化反映出來。通過土地利用變化的數量，可以分析出某一時間段內土地利用變化的幅度，進而能夠了解區域土地利用變化的總體趨勢。

1995、2001、2014年長春市土地利用類型面積統計結果如表1、表2所示。

由表1、表2可以看出1995、2001、2014年長春市各土地類型的面積分布和所占比例，直接反映出土地利用類型的基本情況。而土地利用變化直方圖展示了不同時間段內土地利用類型的變化，反映出土地利用變化趨勢。如圖4、圖5所示。

圖2 2001年長春市土地利用分類圖

圖3 2014年長春市土地利用分類圖

圖4 長春市土地利用數量變化直方圖

由以上結果可以看出，近20年來長春市土地利用類型變化總體趨勢：建設用地、交通運輸用地面積持續增長，耕地面積、綠地面積不斷減少，水域面積先減少后增多，總體變化比較平穩，而未利用地面積有所減少，土地利用率一直較高。其中，耕地和建設用地是變化較為明顯的2種土地利用類型，且1995～2001年的變化幅度小于2001～2014年，20年間綠地面積一直在減少，而水域面積在20年間的浮動不超過0.1%，幾乎沒有產生變化。

表1 長春市土地利用類型分類面積 km2

表2 長春市土地利用類型分類比重 %

圖5 長春市土地利用類型比重變化直方圖

3.2 土地利用變化速度分析

土地利用動態度是定量描述區域土地利用變化

速度的變化指標，它對比較土地利用變化的區域差異和預測土地利用未來變化趨勢都具有一定的指示意義[6]。單一土地利用動態度用于表示某一區域在一定時間段內某種土地利用類型數量的變化速度，其表達式為：

K=(Ub-Ua)×Ua-1×T-1×100%

(1)

式中，K為研究期間內某一種土地利用類型動態度，Ua、Ub則分別表示研究期初、期末某一種土地利用類型的數量，T為研究時間長度，一般設定為年[7]。

通過計算，可以得出長春市1995～2001年和2001～2014年2個時間段的土地利用變化動態度，結果如表3所示。

表3 長春市土地利用動態度 %

由此可見，長春市土地利用變化動態度在這2個時間段差別不是很大，正值表示土地利用類型的面積增加，負值代表土地利用類型的面積減少，絕對值即反映了土地利用變化的幅度。

結果顯示，絕對值最大的數值為1995～2001年未利用地的9.15%，說明該時間段內未利用地變化明顯，其次是1995～2001年建設用地的6.35%，反映了這一時期建設用地的面積明顯增加,同時,2001～2014年建設用地面積變化仍然比較明顯；絕對值最小的數值為2001～2014年綠地的0.04%，說明這一時間段內綠地面積的變化十分微小。總體而言，長春市土地利用類型的變化比較平穩，速度變化差距不大，可以預測在未來一段時間內土地利用變化程度不會出現太大起伏。

3.3 土地利用變化結構分析

土地利用結構決定土地利用系統，土地利用系統的良性循環，取決于合理的土地利用結構，土地利用結構變動速度指標可以表示某個時間段內土地利用類型變化的速度，計算公式為:

(2)

其中,K表示土地利用結構變動速度，Qit和Qi0表示某種土地類型，在期末和期初在區域整體土地利用中所占的比重，T為研究時間段的時間間隔，一般以年為單位。

根據前面得到的數據，可以算出1995～2001年土地結構變動速度為0.0301，而2001～2015年的變動速度為0.03497。由此得出，長春市的土地利用結構變化逐步增加，但總體速度較慢，即反映了長春市近20年來土地利用結構沒有發生明顯的實質性變化，土地利用類型種類沒有發生明顯變化。

4 土地利用變化驅動力分析

土地利用與土地覆蓋是地球表層系統最突出的景觀標志，其動態變化主要受控于變化的驅動力[8]。驅動力問題在土地利用規劃機制的研究中一直占據著主導地位，驅動力指主要的生物物理和社會經濟因素導致土地利用的方式和目的發生變化[9]。在城市發展過程中，驅動力作用主要從自然因素、經濟因素、社會因素3個方面影響著城市土地利用變化。

4.1 自然因素

自然環境的變化往往能夠給區域土地利用類型的變化帶來很大影響，自然因素主要包括地貌、水文、土壤、氣候等因子。其中，地貌是土地利用基礎，地貌類型的不同，可以導致不同的水文、土壤、氣候條件，從而影響土地利用的類型和結構。水文則決定一定區域范圍內的水資源情況，對土地的生產狀況和生產方式有很大影響，土壤是植物生長的重要基礎，具有供應和調節水分、養分等植物生長要素的能力[10]。

長春市地處東北平原，地勢平坦，氣候四季分明，水資源比較豐富。地勢平坦有利于城市交通運輸用地的建設，同時穩定的地質環境為城市建設用地提供了牢固的基礎。氣候條件決定了長春市農業生產一年一熟的特征，制約了農業的全年發展，但與此同時，良好的光照，充足的水資源以及肥沃的土壤，提高了長春市的農業產值，糧食產量較高。總體來說，自然因素決定了長春市土地利用的基本類型，但對土地利用類型的變化影響較小。

4.2 人口因素

城市化一詞起源于18世紀工業革命后，是人類由傳統的農耕技術轉化為現代科技技術的一種動態過程[11]。城市化伴隨著城市人口增多、經濟發展，從而影響著城市土地結構的變化。城市是人類的聚集地，在城市化進程中人口的增減變動不可避免。

表4顯示了1995、2001、2014年長春市及長春市區總人口、非農業人口比重及變化。

表4 1995、2001、2014年長春市人口變化

注：數據來源于《中國城市統計年鑒》[12]、《長春市統計年鑒》[13]。

20年來，無論是長春地區人口還是長春市區人口都成持續增加態勢，長春地區非農人口比例持續上升，而長春市區非農人口比例先上升后下降,且比例一直較高。根據人口變化趨勢可知，長春市區周邊城鎮因為城市化進程，大量務農人員涌進城市，農業人口比例下降，導致耕地面積減少，反之，城市人口增多，城市面積必然擴張，城市用地增多。

4.3 經濟因素

經濟活動是人類最主要的活動之一，土地作為經濟發展的重要載體，其利用方式勢必會受到經濟發展的影響而發生變化，反之土地利用的變化也會影響到地區或區域的經濟發展[14]。

經濟因素對土地利用的影響體現在經濟的發展提高了人們的生活水平，促使城市向外擴張，城市建設用地的面積不斷增多，耕地面積隨之減少，進一步引起了城市產業結構的變化，導致了土地利用類型變化。表5為長春地區及長春市轄區1995、2001、2014年國內生產總值變化情況。

由表5可看出，長春市經濟20年來取得了快速發展，國內生產總值及人均國內生產總值均大幅提升，且長春市區的國內生產總值占長春地區國內生產總值的50%以上，人均國內生產總值也高于長春地區的人均國內生產總值。由此說明，長春地區的發展還不平衡，市區發展較快，周圍城鎮發展速度較慢，這也一定程度上影響了土地利用變化，使長春市城區范圍不斷擴大，城市建設用地增多。

表5 長春市國內生產總值(GDP)變動情況

注：數據來源于中國城市統計年鑒、長春市統計年鑒、吉林統計年鑒[15]。

表6反映了20年間長春市產業結構的變化，長春地區和長春市區的第一產業比重均大幅減少，第二、第三產業比重上升，表明長春市的產業結構已經發展到了以第二、第三產業為主。產業結構的變化必然影響到土地利用類型的變化，工業、運輸業、餐飲商貿等產業的發展使城市建設用地被大量開發，土地利用速度逐漸增快。

表6 長春市產業結構變化 %

5 結論及建議

本文利用遙感技術，研究了近20年來長春市的土地利用類型變化，結果顯示，20年間長春市城市發展迅速，建設用地顯著增加，耕地、綠地減少。同時對近20年來長春市的土地變化和驅動力進行了分析，發現長春市土地利用結構變動較小，速度較為平穩，人口因素、經濟因素對城市土地利用的影響較為明顯。城市建設仍然需要理性規劃，避免土地資源的浪費，以實現土地資源與經濟發展的協調發展。

[1] Turner B L I, Skole D L, Sanderson S, et al. Land-use and land-cover change science/research plan[J]. Global Change Report, 1995, 43: 669-679.

[2] 李秀彬.全球環境變化研究的核心領域:土地利用/土地覆被變化的國際研究動向[J].地理學報，1996,51(6)：553-557.

[3] 陳民，于學政，王寧,等.3S技術在土地利用變化監測中的應用[J].測繪與空間地理信息，2014，37(2)：80-83.

[4] 陳百明,周小萍.《土地利用現狀分類》國家標準的解讀[J].自然資源學報，2007,22(6)：994-1003.

[5] 邢立新，陳圣波，潘軍.遙感信息科學概論[M].長春：吉林大學出版社，2003：147.

[6] 徐朱.現代遙感和GIS技術支持下的江蘇省某市土地利用變化研究[D].南京：南京師范大學，2006.

[7] 王月香.基于遙感和GIS技術的淮安市土地利用變化研究[D].長春：東北師范大學，2009.

[8] 李吉英.基于GIS的土地利用變化驅動力研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2006.

[9] 閆江虹.城市化進程中土地利用變化及驅動力研究[D].開封：河南大學，2013.

[10] 蔡為民.黃河三角洲土地利用變化及其可持續性評價[D].北京：中國農業大學，2004.

[11] 李彩敏.長舂市城市化進程中土地利用變化研究[D].長春：吉林農業大學，2013.

[12] 國家統計局城市社會經濟調查司.中國城市統計年鑒[M].北京：中國統計出版社,1996，2002，2015.

[13] 長春市地方志編纂委員會.長春年鑒(2015)[M].長春：吉林人民出版社，2015.

[14] 王新玉.北京市土地利用遙感信息提取及動態變化研究[D].北京：北京林業大學，2006.

[15] 吉林省統計局，國家統計局吉林調查總隊.吉林統計年鑒2002[M].北京：中國統計出版社，2002.

(責任編輯：管珊紅)

Change of Land Use and Its Influencing Factors in Changchun in Last Twenty Years

BAI Han-zhi, JIANG Qi-gang

(College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China)

According to the data of Landsat remote sensing in 1995, 2001 and 2014, the author studied the dynamic change in land use type in Changchun city in recent 20 years, and explored the driving force affecting land use change, finally put forward several countermeasures and proposals for the utilization and protection of land in Changchun city according to the results of this research.

Remote sensing; Land use; Dynamic change; Driving force

2017-05-14

白含之(1992—)，女，吉林長春人，碩士研究生，研究方向：資源遙感。

S-9；TP79

A

1001-8581(2017)09-0132-05